DE3918118A1 - Plandrehkopf mit massenausgleich - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Plandrehkopf nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Plandrehkopf dieser Gattung ist aus der US-PS 38 24 883 bekannt. Bei diesem Plandrehkopf sind die nebeneinanderlie­ genden Schieber, die jeweils mit einem Werkzeug bestückt sind, im Grundkörper geradlinig geführt, so daß sie bei einer Werk­ zeugverstellung eine geradlinige (gegensinnige) Bewegung aus­ führen. Vorteilhaft bei dieser Ausführung ist, daß der Massen­ ausgleich in der gleichen axial definierten Radialebene er­ folgt. Nachteilig ist, daß zum Verstellen der Schieber die im Betrieb auftretende Fliehkraft der Schieber überwunden werden muß. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß sich die Fliehkraft proportional zum radialen Abstand der Schieber von der Werk­ zeugspindelachse ändert. Wenn der Schwerpunkt der Schieber über die Werkzeugspindelachse läuft, findet sogar ein Kraftrichtungs­ umkehr statt, die sich häufig am Drehbild des zu bearbeitenden Werkstückes nachteilig bemerkbar macht. Die Folge sind nicht nur entsprechend große Abmessungen der Betätigungsvorrichtung und weiterer Bauteile des Plandrehkopfes, sondern auch größere Lagerbeanspruchung, erhöhte Flächenbelastung der Gleitflächen, größerer Schmierungsaufwand und ein ungleichmäßiges Drehbild am zu bearbeitenden Werkstück auf Grund wechselnder Beanspru­ chungsarten und Belastungen.

Die durch die Fliehkräfte bedingten Schwierigkeiten treten auch bei Plandrehköpfen auf, bei denen die zum Wuchtausgleich dienenden Schieber axial hintereinander liegen, wie z. B. in der DE-OS 34 08 352 gezeigt, oder zentral ineinander angeord­ net sind, wie dies in der deutschen Patentanmeldung P 39 10 677 offenbart ist.

Naturgemäß sind die durch die Fliehkräfte bedingten Schwierig­ keiten besonders gravierend bei schnell laufenden Plandrehköpfen bzw. bei Plandrehköpfen mit großem Durchmesser, wie sie zur Er­ zielung hoher Schnittgeschwindigkeiten immer häufiger einge­ setzt werden.

Aus der Zeitschrift "tz für Metallbearbeitung" 76. Jahrgang (1982) Heft 3, S. 24-26 ist ein Plandrehkopf bekannt, bei dem die beiden zum Massenausgleich dienenden Schieber bei einer Werkzeugverstellung nicht linear verschoben, sondern um eine bezüglich des Grundkörpers feste Achse gedreht werden. Sind diese Drehschieber bezüglich ihrer Drehachse ausgewuchtet, so behält der Schwerpunkt der Drehschieber seine Lage während der Drehung bei; es entsteht daher kein Drehmoment, und die An­ triebskraft bleibt konstant. Die Fliehkräfte der Drehschieber haben somit keinen Einfluß auf die Antriebskraft. Nachteilig ist jedoch, daß sich die Schneidenwinkel bei einer Werkzeug­ verstellung erheblich ändern, da sich die Werkzeugschneide auf einer Kreisbahn bewegt. Diese relativ großen Schneidwinkel­ änderungen ergeben schlechtere Zerspanbedingungen, unstabile Schneiden wegen kleinerem Keilwinkel sowie unterschiedliche Oberflächengüte. Die Drehbarkeit der Schieber bedingt außer­ dem eine schwierige Konstruktion durch schlecht überschau­ bare Kinematik, einen ungleichmäßigen Vorschub pro Umdrehung und keine exakte Zustellung bei Längsdrehbearbeitungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Plandrehkopf mit zwei zum Massenausgleich gegensinnig bewegbaren Schiebern zu schaffen, bei dem die von den Schiebern erzeugten Flieh­ kräfte keinen nachteiligen Einfluß auf die Antriebskraft zum Verstellen der Schieber haben und dennoch eine zu große Änderung der Schneidenwinkel bei einer Werkzeugverstellung vermieden wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeich­ nete Erfindung gelöst.

Unter einem Parallelkurbelgetriebe ist bekanntlich ein "Gelenk­ viereck" mit zwei Kurbeln zu verstehen, die um zwei beabstandete Drehpunkte drehbar sind und an ihren freien Enden durch einen Verbindungslenker (Koppel) miteinander verbunden sind, wobei die beiden Kurbeln die gleiche Länge haben und der Abstand zwischen den Drehpunkten der Kurbeln gleich der Länge des Ver­ bindungslenkers ist. Bei einer Drehbewegung der Kurbeln führt jeder Punkt des Verbindungslenkers ebenfalls eine Drehbewegung aus, wobei jedoch der Verbindungslenker parallel zu sich selbst bleibt.

Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Plandrehkopf ist ein "doppelseitiges" Parallelkurbelgetriebe vorgesehen, deren beide Kurbeln doppelarmig ausgebildet sind und an ihren freien Enden zwei die Schieber bildende Verbindungslenker tragen. Da die beiden Schieber über die Kurbeln untereinander verbunden sind, haben die von den Schiebern erzeugten Fliehkräfte keinen Ein­ fluß auf die Antriebskraft zum Verstellen der Schieber. Da fer­ ner die Schieber bei einer Werkzeugverstellung parallel zu sich selbst bleiben, ändern sich bei einer Werkzeugverstellung die Werkzeugschneiden von an den Schiebern vorgesehenen Werkzeugschnei­ den nur geringfügig. Darüberhinaus zeichnet sich der erfindungs­ gemäß ausgebildete Plandrehkopf durch konstruktive Einfachheit, hoher Funktionssicherheit und geringen Herstellungsaufwand aus.

Die Erfindung ist besonders geeignet für schnellaufende Plan­ drehköpfe bzw. Plandrehköpfe mit großem Durchmesser.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen angegeben.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Endansicht eines Plandrehkopfes;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Plandrehkopf in Blick­ richtung der Pfeile II in Fig. 1;

Fig. 3 und 4 Varianten des Plandrehkopfes der Fig. 1 und 2.

Der in Fig. 1 und 2 gezeigte Plandrehkopf besitzt einen Grund­ körper 10, der an einer (nicht gezeigten) Werkzeugspindel befe­ stigbar ist und mit dieser um die Werkzeugspindelachse A um­ läuft. Der Grundkörper 10 trägt zwei Schieber 12, 14. Minde­ stens einer der beiden Schieber 12, 14 ist mit einem schema­ tisch angedeuteten Schneidwerkzeug 16 bzw. 18 zum Plandrehen versehen; der andere Schieber kann entweder ebenfalls mit ei­ nem Schneidwerkzeug oder mit einem entsprechenden Gegengewicht versehen sein.

Eine Werkzeugverstellung erfolgt durch eine entsprechende Be­ wegung des betreffenden Schiebers; hierbei werden beide Schie­ ber zum Massenausgleich gleichzeitig und gegensinnig bewegt, wie im folgenden genauer erläutert wird.

Im Grundkörper 10 ist eine doppelarmige Kurbel 20 um eine feste Achse B drehbar, und eine doppelarmige Kurbel 22 ist um eine feste Drehachse C drehbar. Der Schieber 12 ist einer­ seits über einen Kurbelzapfen 24 mit der Kurbel 20 und ande­ rerseits über einen Kurbelzapfen 26 mit der Kurbel 22 gelenkig verbunden. Der Schieber 14 ist ebenfalls über Kurbelzapfen 28, 30 mit den doppelarmig ausgebildeten Kurbeln 20 und 22 gelenkig verbunden.

Die Anordnung ist hierbei so getroffen, daß die Kurbelachsen B und C in einer durch die Werkzeugspindelachse A verlaufenden Mittelebene M liegen und den gleichen Abstand von der Werkzeug­ spindelachse A haben. Die Verbindungslinie zwischen den Kurbel­ zapfen 24 und 26 und die Verbindungslinie zwischen den Kurbel­ zapfen 28 und 30 und somit die beiden Schieber 12, 14 sind parallel und mit gleichem Abstand zu der Mittelebene M ange­ ordnet. Die beiden Kurbelzapfen 24, 28 bzw. 26, 30 jeder der doppelarmigen Kurbeln 20, 22 sind bezüglich der zugehörigen Kurbelachse B bzw. C um 90° zueinander versetzt, d.h., sie liegen jeweils auf einer gemeinsamen Durchmesserlinie. Die vier Kurbelzapfen 24, 26, 28, 30 bilden somit die Eckpunkte eines Parallelogramms, dessen Mittelpunkt auf der Werkzeug­ spindelachse A liegt.

Die beiden Schieber 12, 14 bilden somit die Verbindungslenker (Koppeln) zweier doppelarmiger Kurbeln 20, 22 eines Parlallel­ kurbelgetriebes 31. Hierdurch werden die beiden Schieber 12, 14 so geführt, daß sie bei einer gemeinsamen Drehbewegung der beiden Kurbeln 20, 22 einen Teil einer Kreisbahn beschreiben, während sie jedoch ihre parallele Lage beibehalten. Ihre Bewe­ gung ist somit einer linearen Verschiebung angenähert. Bei ei­ ner Werkzeugverstellung ändern sich daher die Schneidwinkel des von den Schiebern getragenen Schneidwerkzeuges nur gering­ fügig.

Zum Drehen der Kurbeln 20, 22 und damit zum Verstellen der Schieber 12, 14 ist eine Betätigungsvorrichtung 32 vorgesehen. Die Betätigungsvorrichtung 32 weist ein Verzahnungsgetriebe 33 auf, das eine axiale Hin- und Herbewegung einer zentral angeordneten Betätigungsstange 34 in eine Drehbewegung der Kurbeln 20, 22 umsetzt.

Das Verzahnungsgetriebe 33 weist zwei Stirnzahnräder 36, 38 auf, von denen das Stirnzahnrad 36 über eine Welle 40 mit der Kurbel 20 und das Stirnzahnrad 38 über eine Welle 42 mit der Kurbel 22 drehfest verbunden ist. Die Welle 40 und somit das Stirnzahnrad 36 und die Kurbel 20 sind mittels (schematisch angedeuteter) Wellenlager im Grundkörper 10 um die Achse B drehbar gelagert, und die Welle 42 zusammen mit dem Stirnzahn­ rad 38 und der Kurbel 22 sind ebenfalls mittels Wellenlager um die Achse C drehbar gelagert.

Die Stirnzahnräder 36 und 38 stehen mit einem zentral angeord­ neten Stirnzahnrad 44 in Eingriff, das mittels (schematisch angedeuteter) Lager um die Werkzeugspindelachse A drehbar ist. Das zentrale Stirnzahnrad 44 steht über ein Steilgewinde 46 mit der drehfest geführten Betätigungsstange 34 in Eingriff.

Beide der doppelarmigen Kurbeln 20, 22 sind als kreisrunde Scheiben ausgebildet, die zweckmäßigerweise den gleichen Durchmesser wie die Stirnzahnräder 36 und 38 haben. Die Kurbel­ zapfen 24, 26, 28 und 30 stehen jeweils von der einen Seite der zugehörigen Kurbel 20 bzw. 22 ab und greifen in entspre­ chende Bohrungen der Schieber 12, 14. Die Schieber 12, 14 wer­ den auf ihren Kurbelzapfen durch eine Deckplatte 48 gehalten, die am Grundkörper befestigt ist.

Im Betrieb wird zur Werkzeugverstellung die Betätigungsstange 34 axial verschoben. Das Verzahnungsgetriebe 33 wandelt diese Axialbewegung in eine entsprechende Drehbewegung der Kurbeln 20, 22 um. Hierdurch werden die beiden Schieber 12, 14 gleich­ zeitig und gegensinnig in der oben beschriebenen Weise bewegt. Die Schwerpunkte S der Schieber 12, 14, die sich jeweils in der Mitte zwischen den beiden zugehörigen Kurbelzapfen 24, 26 bzw. 28, 30 befinden, bewegen sich hierbei ebenfalls gleich­ zeitig und gegensinnig.

Auf diese Weise ist ein Massenausgleich gewährleistet. Da die Schieber 12, 14 über die doppelarmigen Kurbeln 20, 22 unterein­ ander verbunden sind, wirken die von den Schiebern erzeugten Fliehkräfte einer Verstellung der Kurbeln 20, 22 nicht entgegen. D. h., daß die Fliehkräfte keinen Einfluß auf die von der Betäti­ gungsstange 34 aufzubringenden Antriebskraft haben. Die Betäti­ gungsvorrichtung 32 und insbesondere das Verzahnungsgetriebe 33 können daher relativ leicht ausgebildet sein, und auch die Lagerbelastungen und Verzahnungsflächenpressungen sind ver­ gleichsweise gering.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 sind die Kurbel­ zapfen an den zugehörigen Kurbeln einstückig angeformt und in Bohrungen der Schieber drehbar gelagert. Bei dem Ausführungs­ beispiel der Fig. 3 dagegen sind die Kurbelzapfen (vergl. Kurbelzapfen 24 a) an den Schiebern einstückig angebracht und in Bohrungen der Kurbeln drehbar gelagert.

Während bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen die Kurbelzapfen an den zugehörigen Teilen einstückig angebracht sind, sind bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 die Kurbel­ zapfen (vergl. Kurbelzapfen 24 b) jeweils mittels eines angeform­ ten Gewindezapfens 50 in die zugehörigen Kurbeln eingeschraubt. An ihrem anderen Ende sind die Kurbelzapfen mit erweiterten Ansätzen 52 versehen, die die Schieber axial halten. Bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 4 kann daher auf die in den vor­ hergehenden Ausführungsbeispielen vorgesehene Deckplatte 48 verzichtet werden.

Claims (13)

1. Plandrehkopf für eine Werkzeugmaschine, mit einem Grund­ körper, der mit der Werkzeugspindel um die Werkzeugspindel­ achse drehbar ist, zwei Schiebern, von denen mindestens einer ein Werkzeug trägt und die im Grundkörper in einer auf der Werkzeugspindelachse senkrecht stehenden Radialebene nebenein­ anderliegend angeordnet sind, und einer zur Werkzeugverstellung dienenden Betätigungsvorrichtung, die die beiden Schieber zum Wuchtausgleich gleichzeitig und gegensinnig zueinander bewegt, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schieber (12, 14) als Verbindungslenker zwischen zwei doppel­ armigen Kurbeln (20, 22) eines Parallelkurbelgetriebes (31) ausgebildet sind, die durch die Betätigungsvorrichtung (32) um einen begrenzten Winkel drehbar sind, so daß jeder Punkt der Schieber (12, 14) bei einer Werkzeugverstellung einen Teil ei­ ner Kreisbahn beschreibt.

2. Plandrehkopf nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kurbelachsen (B, C) in einer durch die Werkzeugspindelachse (A) verlaufenden Mittelebene (M) lie­ gen und den gleichen radialen Abstand von der Werkzeugspindel­ achse (A) haben.

3. Plandrehkopf nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede doppelarmige Kurbel (20, 22) zum Anlenken der die Schieber (12, 14) bildenden Verbindungslenker zwei Kurbelzapfen (24, 28; 26, 30) aufweist, die bezüglich der zugehörigen Kurbelachse (B; C) um 180° gegeneinander versetzt sind.

4. Plandrehkopf nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die die Schieber (12, 14) bildenden Verbindungslenker parallel und mit gleichem Abstand zu der Mittelebene (M) angeordnet sind.

5. Plandrehkopf nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schwerpunkte (S) der Schieber (12, 14) jeweils in der Mitte zwischen den beiden zugehörigen Kurbel­ zapfen (24, 26; 28, 30) liegen.

6. Plandrehkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede der doppel­ armigen Kurbeln (12, 14) als runde Scheiben (20; 22) ausgebil­ det ist.

7. Plandrehkopf nach den Ansprüchen 3 und 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kurbelzapfen (24, 26; 28, 30; 24 b) an den Kurbelscheiben (20, 22) angebracht und in Boh­ rungen der beiden Schieber (12, 14) drehbar gelagert sind.

8. Plandrehkopf nach den Ansprüchen 3 und 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kurbelzapfen (24 a) an den Schiebern (12) angebracht und in Bohrungen der beiden Kurbel­ scheiben (20) drehbar gelagert sind.

9. Plandrehkopf nach Anspruch 7 oder 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schieber (12, 14) durch eine Deckplatte (48) am Grundkörper (10) axial gehalten werden.

10. Plandrehkopf nach Anspruch 7 oder 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schieber (12) durch er­ weiterte Ansätze (52) der Kurbelzapfen (24 b) am Grundkörper (10) axial gehalten werden.

11. Plandrehkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvor­ richtung (32) ein Verzahnungsgetriebe (33) aufweist, das eine axiale Hin- und Herbewegung einer Betätigungsstange (34) in eine Drehbewegung der Kurbeln (20, 22) umsetzt.

12. Plandrehkopf nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Verzahnungsgetriebe (33) zwei Stirn­ zahnräder (36, 38) aufweist, die mit den Kurbeln (20, 22) dreh­ fest verbunden sind und durch ein zentrales Stirnzahnrad (44) angetrieben werden.

13. Plandrehkopf nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das zentrale Stirnzahnrad (44) über ein Steilgewinde (46) mit der drehfest angeordneten Betätigungs­ stange (34) in Eingriff steht.