DE69013420T2

DE69013420T2 - Konstruktive Verbesserung des Hauptwellenantriebs von Werkzeugmaschinen.

Info

Publication number: DE69013420T2
Application number: DE69013420T
Authority: DE
Inventors: Tai-Her Yang
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-07-11
Filing date: 1990-07-06
Publication date: 1995-02-23
Anticipated expiration: 2010-07-07
Also published as: US5002443A; CN1022741C; ATE112996T1; ES2064639T3; CN2094417U; DE69013420D1; CN1058163A; EP0408264B1; EP0408264A1

Description

Die Erfindung betrifft eine strukturelle Verbesserung der Hauptwellen bei Werkzeugmaschinen vom Gegenhaltertyp, welche hauptsächlich darauf basiert, daß zwei Kopplungsebenen unter 45º zueinander geneigt sind, was eine 360º-Drehpositionierung gestattet und eine Einstellung und Positionierung nach vorn, nach hinten, nach links, nach rechts, nach oben, nach unten oder universell erlaubt. Ferner wird die Verwendung einer horizontalen Werkzeugwelle ermöglicht, welche zwischen einer Wellenbohrung in dem Maschinenchassis und dem Gegenhalter montiert ist. Dies erlaubt eine Einstellung nach innen (nach hinten). Die Maschine ermöglicht daher duale Betriebe mit vertikaler und horizontaler Funktion.
In der EP 0,234,272 ist ein zweifach drehbarer Universalkopf für Werkzeugmaschinen beschrieben. Er weist einen Kopf und einen Kopfträger auf. Der Kopfträger ist so an das Maschinenchassis angebracht, daß er um eine Horizontalachse drehbar ist. Der Kopf ist an den Kopfträger angebracht, jedoch ist die Grenzfläche zwischen beiden unter 45º zu der Grenzfläche zwischen dem Maschinenchassis und den Kopfträger geneigt. Der Kopf ist auf dem Kopfträger an der Grenzfläche zwischen dem Kopf und dem Kopfträger drehbar. Die Spindel ist unter 45º zu der Ebene der Grenzfläche geneigt in den Kopf montiert. Dies gestattet lediglich fünf Richtungseinstellungen.
Die Erfindung betrifft eine verbesserte Werkzeugmaschine mit
einem Maschinenchassis 110,
einem an das Maschinenchassis 110 montierbaren und für Antriebs- und Einstellzwecke vor- und zurückbewegbaren Gegenhalter 101, wobei zu dem Gegenhalter eine Gegenhalterkopplungsebene 102 gehört,
einer Hilfskomponente 103, welche eine mit der Gegenhalterkopplungsebene 102 verbindbare erste Kopplungsebene 104 enthält, wobei die Milfskomponente 103 bezüglich der verbundenen Gegenhalterungsebene 102 koaxial drehbar einstellbar ist und darüber hinaus eine zweite Zwischenabtriebsebene 105 besitzt, welche unter 45º zu der ersten Kopplungsebene 104 angeordnet ist,
eine Abtriebskomponente 106, welche eine mit der Zwischenabtriebsebene 105 verbindbare Abtriebskopplungsebene 107 aufweist, wobei die Abtriebskomponente zwischen 0-360º um eine zu der verbundenen Abtriebskopplungsebene 107 und Zwischenabtriebsebene 105 senkrechte Achse für Einstellung/Schließen drehbar ist, und mit
einer Abtriebswelle 108, welche innerhalb der Abtriebskomponente 106 angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsebene 102 des Gegenhalters 101 nach unten von der Vertikalen unter 45º geneigt ist, wodurch die zweite Zwischenabtriebsebene 105 nach vorne, nach unten oder in verschiedenen Zwischenwinkeln weisend, einstellbar und positionierbar ist, daß die Abtriebswelle 108 parallel zu der Abtriebskopplungsebene 107 liegt und von 0- 360º einstellbar ist, daß die Abtriebswelle 108 eine Abtriebswellenbohrung 109 zum Schließen/Fixieren von Bearbeitungswerkzeugen, wie Fräser, Schleifer, Bohrer und Vertikalschneider, enthält, daß die Abtriebswelle 108 zum Antrieb nach vorne, nach hinten, nach links, nach rechts, nach oben, nach unten und in dazwischenliegenden Positionen einstellbar ist, daß eine Wellenlagerbohrung 111 im Maschinenchassis 110 unterhalb des Gegenhalters 101 zur Lagerung eines Endes einer horizontalen Werkzeugwelle 112 angeordnet ist, wobei für das andere Ende der Werkzeugwelle 112 eine Anordnung in der Abtriebswelle 108 der nach innen zeigenden Abtriebskomponente 106 und ein Antrieb durch diese vorgegeben ist, und daß die Werkzeugwelle 112 zusätzlich durch Stützlager 114 lagerbar ist, wobei die Werkzeugwelle 112 entlang Führungsschienen 113 einstellbar ist, welche unterhalb des Gegenhalters 101 angeordnet sind.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht der Hauptwellenstruktur mit Sechs-Ebenen-Einstellung gemäß der Erfindung;
Fig. 1A-1F praktische Beispiele der Hauptwelle, wie in Fig. 1 gezeigt, in verschiedenen Positionen gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Horizontalfräsmaschinenstruktur, welche eine Hauptwelle mit sechs Richtungseinstellungen und eine Wellenbohrung aufweist, welche sich im Maschinenchassis gemäß der Erfindung befindet;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines praktischen Beispiels der in Fig. 2 gezeigten Struktur gemäß der Erfindung;
Fig. 4 eine teilweise geschnittene Ansicht einer Übertragungswelle, welche durch den Mittelpunkt der 45º- Kopplungsebene gemäß der Ausführungsform in Fig. 1 geführt ist; und
Fig. 5 einen Querschnitt einer Übertragungswelle, welche durch den Mittelpunkt der 45º-Kopplungsebene gemäß der Ausführungsform einer herkömmlichen vertikal- horizontal einstellbaren Hauptwelle geführt ist.
Konventionelle Fräs-(Werkzeug-)maschinen vom Gegenhaltertyp besitzen üblicherweise einen Gegenhalter, welcher in der Lage ist, sich in Längsrichtung nach vorn und nach hinten zu bewegen. Sie weisen ferner Maschinen mit einem Universalhauptwellenkopf auf, welcher zu einer selektiven 0-360º-Drehung und Positionierung fähig ist. Diese Maschinen besitzen darüber hinaus eine andere Hilfskomponente, deren eines Ende, nämlich eine erste Kopplungsebene, mit der Basis koppelbar ist. Dies gestattet eine 0-360º-Dreheinstellung zwischen der Hilfskomponente und der Basis. Die Hilfskomponente weist eine zweite Kopplungsebene auf, welche unter 45º zu der ersten Ebene geneigt ist, wobei die zweite Kopplungsebene eine Zwischenabtriebsebene ist. Eine Abtriebskopfkomponente ist mit der Zwischenabtriebsebene koppelbar. Sie besitzt eine Abtriebshauptwelle und eine diesbezügliche Kopplungsebene als eine Abtriebsebene. Die Abtriebshauptwelle ist unter 45º aus der Abtriebsebene geneigt. Die Kopplung mit der Zwischenabtriebsebene gestattet eine selektive 0-360º-Drehung und Positionierung durch sowohl mechanische als auch manuelle Vorrichtungen. Diese Abtriebskomponente führt eine Abtriebswelle vor der hinteren Kopplungsebene, was erlaubt, die Welle nach oben/nach unten, nach vorne, nach links und nach rechts in fünf Richtungen oder Ebenen zu bewegen, während blockierfreie Positionsein-Stellungen für Schneidearbeitsstücke (Befestigung A) beibehalten werden. Diese Anordnung ist als Normaltyp nützlich, bei der eine horizontale Werkzeugwelle von der Innenseite her mittels Fräsrahmenzubehör angetrieben wird, welches an die vertikale Hauptwelle (Befestigung B) befestigt ist. Sie ist ferner nützlich als Normaltyp, bei dem die Horizontalwelle vom inneren Ende her über eine vertikale Hauptwelle mittels einer vertikalen Werkzeugkopfstruktur angetrieben wird, welcher durch eine Hilfshalterung (Befestigung C) gehalten wird. Diese beiden Anordnungen haben die Nachteile, daß sie unpraktisch sind, eine geringere mechanische Festigkeit aufweisen, höhere Kosten und größeres Gewicht aufweisen. Die Lagerung des Zubehörs ist zudem ein Problem bei B.
Aus praktischen Gründen benötigt die Abtriebswelle oft eine sechste Richtung für die Horizontalfräswelle, welche innerhalb der Abtriebskomponente gelagert ist, wie bei einer Universalfräsmaschine. Für das Maschinenfräsverfahren weisen die Strukturen B und C viele Zubehör- und Extrateile dafür auf. Diese neigen dazu, verloren zu gehen oder beschädigt zu werden, und sind schwierig zu ersetzen. Die Hauptverbesserung der Erfindung ist die Offenbarung einer Maschine, welche mittels einer Welle zum horizontalen Innenfräsen fähig ist und dabei Bearbeitungen in sechs verschiedenen Richtungen auszuführen kann. Die horizontale Werkzeugwelle ist an ihrem inneren Ende durch eine Wellenbohrung im Maschinenchassis gelagert. Dabei kann es sich um ein Durchgangsloch oder ein Sackloch handeln. Die Hauptmerkmale dieser Maschine werden in der Fig. 1 und in den Fig. 1A-1F gezeigt. Eine Fräsmaschine vom Gegenhaltertyp wird nur beispielhaft beschrieben. Der Gegenhalterkopf ist fähig, sich in Längsrichtung nach vorne und nach hinten zu bewegen. Er besitzt eine Kopplungsebene, welche unter einem Winkel von 45º von der Vertikalen nach unten geneigt ist. Eine Hilfskomponente ist mit der Gegenhalterkopplungsebene koppelbar. Die Hilfskomponente besitzt eine erste Kopplungsebene, welche mit der Gegenhalterkopplungsebene koppelbar ist, und eine zweite Kopplungsebene, welche unter 45º zu der ersten Kopplungsebene geneigt ist. Die Abtriebskomponente weist eine Zwischenabtriebskopplungsebene auf, welche mit der zweiten Kopplungsebene der Hilfskomponente verbindbar ist. Diese Kopplung ist durchgehend 360º drehbar, um eine wählbare Drehung und Positionierung der Hauptwelle zu erlauben. Die Hauptwelle ist nach vorn, nach hinten, nach links, nach rechts, nach oben und nach unten oder in jedem dazwischenliegenden Winkel positionierbar.
In den Figuren 1 und 2 besitzt die Vorrichtung der Erfindung zusätzlich zu den konventionellen Antriebsmechanismen, welche mechanisch oder manuell betriebene Getriebe und Schließmechanismen aufweisen, die folgenden Merkmale:
Der Gegenhalter 101, welcher nach vorn und hinten zur Einstellung und zum Antrieb während des Fräsens bewegbar ist und eine Kopplungsebene 102 an einem vorderen Ende besitzt, welche nach unten unter 45º zur Kopplung mit einer Hilfskomponente 103 geneigt ist. Die Kopplung gestattet Rotation der Hilfskomponente in der Ebene ihrer Kopplung mit der Gegenhalterkopplungsebene.
Die Hilfskomponente 103 besitzt eine zweite Zwischenabtriebsebene 105, welche unter 459 zu der ersten Hilfskopplungsebene geneigt ist.
Die Abtriebskomponente 103 besitzt eine Abtriebsebene 107, welche mit der Zwischenabtriebsebene 105 der Hilfskomponente 103 koppelbar ist. Die Kopplung gestattet eine selektive 0- 360º-Rotation und Positionierung.
Die Abtriebskomponente 106 weist eine Abtriebswelle 108 auf, welche in der Ebene der Abtriebskopplungsebene liegt, jedoch über dieser Ebene angeordnet ist. Die Abtriebswelle 108 be stimmt eine Wellenbohrung 109, durch welche sie hindurchgeführt ist. Die Abtriebswelle ist dafür ausgelegt, Fräswerkzeuge einzurichten und abzuschließen, wie ein Amboßwerkzeug, ein Schleifwerkzeug, ein Bohrwerkzeug oder ein Vertikalschneidewerkzeug. Diese Werkzeuge können durch die 0-360º-Rotation und Positionierung der zwei Kopplungsverbindungen, welche unter 45º relativ zueinander durch die Hilfskomponente beibehalten wird, selektiv positioniert werden. Die erste Kopplungsverbindung befindet sich zwischen der Gegenhalterkopplungsebene und der ersten Hilfskomponentenkopplungsebene, und die zweite Kopplungsverbindung zwischen der zweiten Hilfskopplungsebene (oder Zwischenabtriebsebene) und der Abtriebskomponentenkopplungsebene. Die Hauptwelle kann nach vorn, nach hinten, nach links, nach rechts, nach oben oder nach unten in insgesamt sechs Richtungen zeigend bewegt und positioniert werden. Diese Richtungen sind in den Fig. 1A-1F gezeigt. Andere dazwischenliegende Richtungen sind ebenfalls möglich.
Eine horizontale Werkzeugwelle kann verwendet werden, welche zwischen dem Maschinenchassis 110 und dem Gegenhalterkopf montiert ist, der so positioniert ist, daß die Abtriebswelle hin zur Maschinenchassis 110 gerichtet ist. Verschiedene Typen von Maschinenchassis können verwendet werden, einschließlich eines Typs mit vertikaler Säule oder eines Typs mit erhöhtem Maschinenchassis. Das Maschinenchassis 110 weist eine Durchgangsbohrung oder eine Basisgrundbohrung bzw. Sackbohrung zum Festlegen eines inneren Endes der horizontalen Werkzeugwelle auf. Das äußere Ende der horizontalen Werkzeugwelle wird durch die Abtriebshauptwelle 108 gehalten, welche wiederum durch den Gegenhalter 101 gehalten wird. Die Unterseite des Gegenhalters 101 weist Führungsschienen 113 auf. Stützlager 114 sind an die Führungsschienen 113 angebracht und halten die horizontale Werkzeugwelle. Die Stützlager 114 sind entlang der Länge der Führungsschienen 113 einstellbar. Die horizontale Werkzeugwelle wird durch die Abtriebswelle 108 angetrieben.
Diese Ausführungsform weist auf:
(1) einen Universalhauptwellenkopf zur Einstellung und Positionierung in sechs Richtungen und für dessen Positionierung, so daß er nach innen zeigt und dabei mit einer horizontalen Werkzeugwelle gekoppelt ist. Die horizontale Werkzeugwelle wird durch den Universalhauptwellenkopf angetrieben, wie in den Fig. 1-3 gezeigt ist.
(2) Eine Drehantriebsquelle oder -motor ist in dem Gegenhalter montiert. Drehkraft wird über eine erste Kopplungsebene zwischen dem Gegenhalter und dem Hilfsabschnitt mittels einer Übertragungswelle 401 übertragen, welche durch den Drehmittelpunkt der ersten Kopplungswelle hindurch montiert ist. Dies ist in Fig. 4 gezeigt. Es wird die konventionelle Kegelradanordnung ersetzt und dabei wurden die Kosten gesenkt und die Effizienz der Maschine erhöht. Diese Anordnung kann auch für konventionelle Vertikal-zu-Horizontal-Gegenhaltungstypen oder Maschinen mit fixem Kopf angewandt werden, außer daß diese zu einem Sechs-Richtungs-Betrieb wie die oben beschriebene Maschine nicht fähig wären. Die konventionellen Maschinen, welche verwendet werden können, sind diejenigen, welche winklige Kopplungsebenen und herkömmliche Übertragungssysteme wie Kegelräder oder Universalverbindungen mit konstanter Geschwindigkeit aufweisen und eine Übertragungswelle 501 durch den Mittelpunkt der Kopplungsebene zwischen dem Gegenhalter und der Abtriebskomponente, wie in Fig. 5 gezeigt, besitzen.
Fräsmaschinen und andere Werkzeugmaschinen gemäß dieser Erfindung, besonders in der oben genannten Ausführungsform, weisen bedeutende ökonomische und praktische Vorteile auf.

Claims

1. Werkzeugmaschine mit

einem Maschinenchassis (110),

einem an das Maschinenchassis (110) montierbaren und für Antriebs- und Einstellzwecke vor- und zurückbewegbaren Gegenhalter (101), wobei zu dem Gegenhalter eine Gegenhalterkopplungsebene (102) gehört,

einer Hilfskomponente (103), welche eine mit der Gegenhalterkopplungsebene (102) verbindbare erste Kopplungsebene (104) enthält, wobei die Hilfskomponente (103) bezüglich der verbundenen Gegenhalterungsebene (102) koaxial drehbar einstellbar ist und darüberhinaus eine zweite Zwischenabtriebsebene (105) besitzt, welche unter 45º zu der ersten Kopplungsebene (104) angeordnet ist,

einer Abtriebskomponente (106), welche eine mit der Zwischenabtriebsebene (105) verbindbare Abtriebskopplungsebene (107) aufweist, wobei die Abtriebskomponente zwischen 0-360º um eine zu der verbundenen Abtriebskopplungsebene (107) und Zwischenabtriebsebene (105) senkrechte Achse für Einstellung/Schließen drehbar ist, und mit

einer Abtriebswelle (108), welche innerhalb der Abtriebskomporfente (106) angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsebene (102) des Gegenhalters (101) nach unten von der Vertikalen unter 45º geneigt ist, wodurch die zweite Zwischenabtriebsebene (105) nach vorn, nach unten oder in verschiedenen Zwischenwinkeln weisend, einstellbar und positionierbar ist, daß die Abtriebswelle (108) parallel zu der Abtriebskopplungsebene (107) liegt und von 0-360º einstellbar ist, daß die Abtriebswelle (108) eine Abtriebswellenbohrung (109) zum Schließen/Fixieren von Bearbeitungswerkzeugen, wie Fräser, Schleifer, Bohrer und Vertikalschneider, enthält, daß die Abtriebswelle (108) zum Antrieb nach vorne, nach hinten, nach links, nach rechts, nach oben, nach unten und in dazwischenliegenden Positionen einstellbar ist, daß eine Wellenlagerbohrung (111) im Maschinenchassis (110) unterhalb des Gegenhalters (101) zur Lagerung eines Endes einer horizontalen Werkzeugwelle (112) angeordnet ist, wobei für das andere Ende der Werkzeugwelle (112) eine Anordnung in der Abtriebswelle (108) der nach innen zeigenden Abtriebskomponente (106) und ein Antrieb durch diese vorgegeben ist, und daß die Werkzeugwelle (112) zusätzlich durch Stützlager (114) lagerbar ist, wobei die Werkzeugwelle (112) entlang Führungsschienen (113) einstellbar ist, welche unterhalb des Gegenhalters (101) angeordnet sind.

2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu einem Universalhauptwellenkopf gehören:

ein Gegenhalter (101), welcher zur Längspositionierung nach vorne und hinten einstellbar ist,

eine Hilfskomponente (103), welche eine erste Kopplungsebene (104) zur Kopplung mit der Kopplungsebene (102) des Gegenhalters und eine mit 45º zu der ersten Kopplungsebene (104) geneigte Zwischenabtriebsebene (105) enthält,

ein konventioneller Universalhauptwellenkopf, welcher an die Zwischenabtriebskoppelebene (105) montiert ist und

eine Abtriebswelle (108) enthält, welche an beiden Enden offen ist, wobei jede der Kopplungen zur Abtriebswelleneinstellung in fünf Richtungen, nach oben, nach unten, nach vorn, nach links und nach rechts sowie Zwischenpositionen zwischen 0-360º drehbar einstellbar ist und eine horizontale Werkzeugwelle (112) zwischen der Wellenlagerbohrung (111) in dem Maschinenchassis (110) und der Abtriebswelle (108) anschließbar ist.

3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Drehantriebsquelle, die derart an dem Gegenhalter (101) angeordnet ist, daß die Drehkraft durch die erste Kopplungsebene (104) der Hilfskomponente (103) auf die Zwischenabtriebsebene (105) der Hilfskomponente (103) mittels einer Übertragungswelle durch den Rotationsmittelpunkt der ersten Kopplungsebene (104) der Hilfskomponente (103) übertragen wird, wobei eine konventionelle Kegelradanordnung ersetzt wird.

4. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen konventionellen Antriebsmechanismus und einen motorangetriebenen oder manuellen Mechanismus zur universellen Einstellung und Positionierung des Universalhauptwellenkopfes, welcher in eine Horizontalposition so einstellbar ist, daß die Abtriebswelle (108) mit der Wellenlagerbohrung (111) in dem Maschinenchassis (110) zur Montage einer horizontalen Werkzeugwelle (112) zwischen der konischen Hauptwellenbohrung und der Wellenbohrung fluchtet.

5. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen manuellen oder mechanischen Einstellmechanismus und eine Hauptwellenstruktur, welche zur Positionierung nach oben, nach unten, nach rechts, nach links, nach vorn und nach hinten in sechs Richtungen sowie Positionen dazwischen zur ungehinderten Bewegung einstellbar ist.