DE4210678A1 - Fräskopf mit integriertem Werkzeugwechselsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Fräskopf, insbesondere ei­ nen Schlagzahnfräser, mit einem Grundkörper, einem am Grundkörper angeordneten, an einer Maschinenspindel einspannbaren Schaft und mehreren im Winkelabstand von­ einander am Grundkörper angeordneten Schneidkörpern.

Fräsköpfe mit als Schlagzähne ausgebildeten Schneidkör­ pern werden vorzugsweise für die dekorative Oberflä­ chenbearbeitung an runden oder flachen Werkstücken, wie Schmuckwaren, zur Herstellung einer vorgegebenen Ober­ flächenstruktur eingesetzt. Es ist dabei erwünscht, daß die Schneidkörper in vorgegebener Folge nacheinander zum Einsatz kommen.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, einen Fräskopf der eingangs angegebenen Art zu entwickeln, der einen vorzugsweise programmgesteuerten, vollautomatischen Schneidkörperwechsel ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die erfindungsgemäße Lösung geht von dem Gedanken aus, daß die über den Umfang des Grundkörpers gleichmäßig verteilten Schneidkörper so angeordnet sind, daß der zum Einsatz kommende Schneidkörper radial gegenüber der Fräskopf-Peripherie nach außen versetzt ist, während alle anderen hinter die Peripherie zurückgezogen sind. Um dies zu ermöglichen, wird gemäß der Erfindung vorge­ schlagen, daß der Grundkörper ein zur Schaftachse ko­ axiales, im wesentlichen flachzylindrisches Gehäuse mit mehreren, im Winkelabstand voneinander angeordneten, mit einer Radialöffnung versehenen Führungskammern auf­ weist, und daß in den Führungskammern je eine einen der Schneidkörper tragende Kassette radial verschiebbar an­ geordnet ist, von denen wahlweise mindestens eine mit­ tels einer am Grundkörper angeordneten Stellvorrichtung in eine mit ihrem Schneidkörper durch die Radialöffnung hindurch über den Umfang des Grundkörpergehäuses über­ stehende Arbeitsstellung verschiebbar ist, während die übrigen Kassetten mit ihren Schneidkörpern in eine Park­ stellung im Gehäuseinneren zurückgezogen sind.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Stellvorrichtung eine konzentrisch zur Gehäuse- und Schaftachse verdrehbare, vorzugsweise ringförmige Schaltscheibe aufweist, die eine axial offene Steuernut für den Eingriff von an dem Kassetten achsparallel über­ stehenden Führungsbolzen aufweist. Die Flanken der Steu­ ernut bilden dabei zweckmäßig eine Steuerkurve, die im wesentlichen konzentrisch zur Schaftachse verläuft und mit einer in einem Winkelsegment schräg radial nach außen geführten nockenartigen Ausbuchtung versehen ist. Um die Kassetten in ihrer Arbeitsstellung in radialer Richtung stabil abzustützen, sind die Flanken der Steu­ ernut im Scheitelbereich der Ausbuchtung in Tangential­ ebenen planparallel zueinander ausgerichtet. Weiter ist es für diesen Zweck von Vorteil, wenn die Kassetten oder die Schaltscheibe in den Arbeitsstellungen der Kassetten am Grundkörper in Drehrichtung einrastbar sind.

Um unnötige Reibungsverluste zu vermeiden, sind die Führungsbolzen mittels vorzugsweise als Nadellager aus­ gebildeten Wälzlagerkörpern in der Steuernut geführt, während die Schaltscheibe vorzugsweise mittels Wälzla­ gerkörpern am Grundkörper oder auf dem Schaft drehbar gelagert und zugleich axial fixiert ist.

Für den automatischen Werkzeugwechsel ist es wichtig, daß die Drehlage des Grundkörpers oder des Schafts ge­ genüber der Maschinenspindel mittels einer vorzugsweise als Indexstift ausgebildeten Verdrehsicherung festleg­ bar ist. Zum Schneidkörperwechsel wird die Schaltschei­ be zweckmäßig mittels maschinenfester Arretierungsmit­ tel festgehalten und der Grundkörper über die Maschi­ nenspindel verdreht. Die Arretierungsmittel können da­ bei einen über eine NC-Steuerung vorzugsweise pneuma­ tisch betätigbaren maschinenfesten Schalthebel aufwei­ sen, der mit einem Schaltstift in eine Arretierungsaus­ sparung der Schaltscheibe einführbar ist, so daß der Schneidkörperwechsel über einen mit der Maschinenspin­ del zusammenwirkenden Drehwinkelgeber programmgesteuert ausführbar ist. Um den Schneidkörperwechsel möglichst rasch ausführen zu können, wird zweckmäßig die zu dem in Arbeitsstellung gebrachten Schneidkörper gehörende relative Drehlage der Schaltscheibe für den folgenden Schneidkörperwechsel zum schnellen Auffinden der Arre­ tierungssaussparung abgespeichert.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Er­ findung ist der Schneidkörper innerhalb der Kassette gegen Verschieben in radialer Richtung fixiert, während er in axialer Richtung und/oder in seinem Anstellwinkel in Schnittrichtung unter Verstellung seines Frei- und Spanwinkels bei gleichbleibendem Keilwinkel verstellbar ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Fräsmaschine in teil­ weise geschnittener schematischer Darstellung;

Fig. 2 den Fräskopf nach Fig. 1 in teilweise geschnit­ tener Darstellung;

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Fräskopf nach Fig. 2;

Fig. 4a eine Draufsicht auf die Schaltscheibe des Fräs­ kopfs;

Fig. 4b einen Schnitt entlang der Schnittlinie B-B der Fig. 4a;

Fig. 5a bis c eine Seitenansicht, eine Draufsicht und eine Stirnseitenansicht einer Werkzeugkassette;

Fig. 6a und b zwei um 90° gegeneinander versetzte Sei­ tenansichten eines in die Werkzeugkassette nach Fig. 5a bis b einsetzbaren Schneidkörpers.

Die in Fig. 1 gezeigte Fräsmaschine besteht im wesent­ lichen aus einer an einem Spindelstock 50 in Wälzlagern 52 drehbar gelagerten, mittels eines NC-gesteuerten An­ triebsmotors 54 und eines Riementriebs 56 antreibbaren Maschinen- oder Frässpindel 58, einem mittels eines Steilkegelschaftes 1 in eine Werkzeugaufnahme 60 ein­ führbaren und mittels einer Spannvorrichtung 62 in der Spindelaufnahme 60 einspannbaren, mit einer Mehrzahl von im Winkelabstand voneinander angeordneten Schneid­ körper 11 bestückten Fräskopf 64 sowie einer in Rich­ tung des Doppelpfeils 66 am Spindelstock 50 hin- und her verschiebbaren, und mit seiner Spitze 68 in eine Positionieraussparung 70 einer am Werkzeugkopf 64 ange­ ordneten Schaltscheibe 7 des Fräskopfs 64 beim Schneid­ körperwechsel einführbaren Schaltstift 72 aufweisenden Wechselvorrichtung. Die ringförmige Schaltscheibe 7 ist mittels eines Kugellagers 13 auf dem Schaft 1 des Fräs­ kopfs 64 drehbar gelagert, während ein Grundkörper 2 mit Deckplatte 3 des Fräskopfs 64 über eine Paßfeder 8 mit dem Schaft 1 drehfest verbunden ist.

Der Grundkörper 2 ist mit einer Mehrzahl, beispielswei­ se sechzehn radial randoffenen Führungskammern 9 verse­ hen, in denen Werkzeugkassetten 4 radial begrenzt ver­ schiebbar sind. Die Werkzeugkassetten enthalten eine nutenförmige Einfräsung 10 zur Aufnahme der Schneidkör­ per 11. Am einen Ende der Werkzeugkassetten 4 ist quer zur Bewegungsrichtung ein Führungsbolzen 5 eingepreßt, auf welchem eine Distanzscheibe 12 und ein in eine Steuernut 14 der Schaltscheibe 7 eingreifendes Nadel­ lager 6 befestigt sind. Die Schaltscheibe 7 ist über ein Kugellager 13 drehbar und axial fixiert auf dem Schaft 1 gelagert.

Die auf der zum Inneren des Grundkörpers 2 weisende Steuernut 14 bildet eine Steuerkurve, die im wesentli­ chen konzentrisch zur Schaftachse 15 verläuft und in einem Winkelsegment unter Bildung einer radialen Aus­ buchtung 16 schräg radial zu einem nockenartigen Schei­ tel 74 nach außen geführt ist. Über die Steuernut, in welche die an den Werkzeugkassetten 4 angeordneten Füh­ rungsbolzen 5 eingreifen, wird je nach Drehstellung der Schaltscheibe 7 relativ zum Grundkörper 2 sicherge­ stellt, daß zwangsgeführt immer nur ein Schneidkörper 11 über die Ausbuchtung 16 in die radial nach außen ge­ stellte Arbeitsstellung gebracht wird, während alle an­ deren Schneidkörper 11 in ihrer in das Grundkörperge­ häuse zurückgezogenen Parkposition gehalten werden.

Beim Schneidkörperwechsel wird der am Spindelstock 50 angeordnete Schaltstift 72 z. B. pneumatisch über die NC-Steuerung quer zur Spindelachse 15 so verschoben, daß er in die im Umfangsbereich der Schaltscheibe 7 an­ geordnete Schaltaussparung 70 eingreift. Dadurch wird die Schaltscheibe 7 relativ zum Spindelstock 50 festge­ halten, während der Grundkörper 2 über den Antriebsmo­ tor 54 und die Frässpindel 58 verdreht wird. Durch die Veränderung der Drehlage des Grundkörpers 2 relativ zur Schaltscheibe 7 wird jeweils eine andere Werkzeugkas­ sette 4 in die Ausbuchtung 16 der Steuernut 14 geführt und radial nach außen gestellt.

Der Schaft 1 ist über eine als Indexzapfen 18 ausgebil­ dete Verdrehsicherung auf der Frässpindel 58 lageorien­ tiert. Die Frässpindel 58 ist ihrerseits mit einem Dreh­ winkelgeber 76 ausgerüstet, dessen Nullmarke jeweils in Bezug zum ausgewählten Schneidkörper 11 gebracht werden kann. Über die in den meisten NC-gesteuerten Werkzeug­ maschinen vorhandene Funktion der drehlageorientierten Spindelpositionierung wird die Spindel 58 bei jedem Werkzeugwechsel aufgrund des beim letzten Werkzeugwech­ sel abgespeicherten Drehlagewerts so positioniert, daß der Schaltstift 72 in die Aussparung 70 der Schaltschei­ be 7 einrasten kann. Sodann wird Spindel 58 über die Positionierfunktion in dies neue, dem einzusetzenden Schneidkörper 11 entsprechende Drehlage gebracht und anschließend der Schaltstift 72 wieder außer Eingriff gebracht. Sicherheitshalber kann die Schaltscheibe 7 über eine nicht dargestellte Kugelrast, welche neben der nockenartigen Ausbuchtung 16 zusätzlich Beschleuni­ gungskräfte aufnimmt, in ihrer Position relativ zum Grundkörper 2 gehalten werden. Sodann kann der Fräskopf 64 auf Arbeitsdrehzahl und der als Schlagzahn ausgebil­ dete ausgewählte Schneidkörper 11 zum Fräseinsatz ge­ bracht werden.

Die einzelnen Schneidkörper 11 müssen in den Werkzeug­ kassetten 4 gegen Verschieben in radialer Richtung fi­ xiert und zweckmäßig sowohl in axialer Richtung als auch in ihrem Anstellwinkel gegenüber einem nicht dar­ gestellten Werkstück einstellbar sein.

Eine Seitenwand 78 der Werkzeugkassette 4 ist mit einer Gewindebohrung 20 versehen, welche über einen Quer­ schlitz 21 und eine Klemmschraube 22 federnd verengt werden kann. In der gegenüberliegenden zweiten Seiten­ wand 80 ist eine im Paßmaß ausgeführte, mit der Gewin­ debohrung 20 fluchtende Bohrung 82 eingebracht. In die Gewindebohrung 20 ist eine Seitenstellschraube 26 ein­ gesetzt, die mit einem Innengewinde 85 ausgestattet ist, welches in einen der Verstellung dienenden, stirn­ seitig zugänglichen Innensechskant mündet. Der an ent­ sprechender Stelle mit einer Bohrung 84 versehene Schneidkörperschaft 11′ wird mit einer Befestigungs­ schraube 24 über das Innengewinde 85 der Seitenstell­ schraube 26 gegen die Planfläche 25, die zwischen In­ nen- und Außengewinde der Seitenstellschraube 26 ange­ ordnet ist, verschraubt.

Der im Paßmaß ausgebildete Kopf der Befestigungsschrau­ be 24 zentriert sich in der Bohrung 82 der zweiten Sei­ tenwand 80. Zur Seitenverstellung des Schneidkörpers 11 muß die Befestigungsschraube 24 gelöst und die über die Klemmschraube 22 vorgespannte Seitenstellschraube 26 mittels Innensechskantschlüssel verdreht werden. Im hinteren Teil der nutenförmigen Einfräsung 10 der Kas­ sette 4 sind beide Seitenwände 78, 80 mit einer weiteren Durchgangsbohrung versehen. Dort wird ein nicht darge­ stellter Exzenterbolzen eingesetzt, welcher sich an beiden Enden in der Bohrung 27, 28 zentriert und im da­ zwischen liegenden Bereich mit einem zu den Achsen sei­ ner Endstücke exzentrischen runden Stellteil ausgestat­ tet ist. Dieser greift in eine am hinteren Ende des Schneidkörperschaftes 4 befindliche Stellnut 30 ein. Wird der Exzenterbolzen verdreht, so schwenkt der Schneidkörper 4 um den Drehpunkt der Befestigungs­ schraube 24, wodurch der Anstellwinkel der Schneide relativ zu einer Werkstückoberfläche in Schnittrichtung so verändert wird, daß Freiwinkel α und Spanwinkel β bei gleichbleibendem Keilwinkel sich verändern.

Zusammenfassend ist folgendes festzustellen: Die Erfin­ dung bezieht sich auf einen Fräskopf 64, insbesondere einen Schlagzahnfräser mit integriertem Schneidkörper­ wechsler. Der Fräskopf 64 weist einen Grundkörper 2, einen starr am Grundkörper 2 angeordneten Schaft 1 zur Aufnahme in einer Maschinenspindel 58 sowie mehrere im Winkelabstand voneinander am Grundkörper 2 angeordnete Schneidkörper 11 auf. Für den automatischen Schneidkör­ perwechsel weist der Grundkörper 2 ein zur Schaftachse 15 koaxiales, im wesentlichen flachzylindrisches Gehäu­ se mit mehreren, im Winkelabstand voneinander angeord­ neten, mit einer Radialöffnung 25 versehenen Führungs­ kammern 9 auf, während in den Führungskammern 9 je ei­ ne, einen der Schneidkörper 11 tragende Kassette 4 ra­ dial verschiebbar angeordnet ist. Von den Kassetten 4 wird wahlweise jeweils eine mittels einer am Grundkör­ per 2 angeordneten Schaltscheibe 7 in eine mit ihrem Schneidkörper 11 durch die Radialöffnung 25 hindurch über die Peripherie des Grundkörpers 2 überstehende Ar­ beitsstellung verschoben, während die übrigen Kassetten 4 mit ihren Schneidkörpern 11 in eine Parkstellung im Inneren des Grundkörpers 2 zurückgezogen sind.

Claims (14)

1. Fräskopf, insbesondere Schlagzahnfräser, mit einem Grundkörper (2) , einem am Grundkörper starr ange­ ordneten Schaft (1) zur Aufnahme in einer Maschi­ nenspindel und mehreren im Winkelabstand voneinan­ der am Grundkörper (2) angeordneten Schneidkörpern (11), dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (2) ein zur Schaftachse (15) koaxiales, vorzugswei­ se flachzylindrisches Gehäuse mit mehreren, im Win­ kelabstand voneinander angeordneten, mit einer Ra­ dialöffnung (25) versehenen Führungskammern (9) aufweist, und daß in den Führungskammern (9) je ei­ ne, einen der Schneidkörper (11) tragende Kassette (4) radial verschiebbar angeordnet ist, von denen wahlweise mindestens eine mittels einer am Grund­ körper (2) angeordneten Stellvorrichtung (7) in ei­ ne mit ihrem Schneidkörper (11) durch die Radial­ öffnung (25) hindurch über den Umfang des Grundkör­ pers (2) überstehende Arbeitsstellung verschiebbar ist, während die übrigen Kassetten (4) mit ihren Schneidkörpern (11) in eine Parkstellung im Gehäu­ seinneren zurückgezogen sind.

2. Fräskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung eine konzentrisch zur Schaftachse (15) verdrehbare, vorzugsweise ringför­ mige Schaltscheibe (7) aufweist, die eine axial offene Steuernut (14) für den Eingriff von an den Kassetten (4) quer zu ihrer Bewegungsrichtung über­ stehenden Führungsbolzen (5) aufweist.

3. Fräskopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanken der Steuernut (14) eine Steuerkurve für die Führungsbolzen (5) der Kassetten (4) bil­ den, die im wesentlichen konzentrisch zur Schaft­ achse (15) verläuft und mit einer in einem Winkel­ segment schräg radial nach außen geführten nocken­ artigen Ausbuchtung (16) versehen ist.

4. Fräskopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanken der Steuernut (14) im Scheitelbe­ reich der Ausbuchtung (16) in Tangentialebenen planparallel zueinander ausgerichtet sind.

5. Fräskopf nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kassetten (4) in ihrer Ar­ beitsstellung am Grundkörper (2) einrastbar sind.

6. Fräskopf nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltscheibe (7) in den Arbeitsstellungen der Kassetten (4) am Grundkörper (2) in Drehrichtung einrastbar ist.

7. Fräskopf nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbolzen (5) mittels vorzugsweise als Nadellager (6) ausgebildeten Wälz­ lagerkörpern in der Steuernut (14) geführt sind.

8. Fräskopf nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltscheibe (7) vorzugs­ weise mittels Wälzlagerkörpern (13) am Grundkörper (2) oder auf dem Schaft (1) drehbar gelagert sowie axial fixiert ist.

9. Fräskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Fräskopf (64) mit seinem Grundkörper (2) oder seinem Schaft (1) an der Ma­ schinenspindel (58) mittels einer vorzugsweise als Indexstift (18) ausgebildeten Verdrehsicherung fest­ legbar ist.

10. Fräskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltscheibe (7) zum Schneidkörperwechsel mittels maschinenfester Arre­ tierungsmittel (72) festhaltbar und der Grundkörper (2) über die Maschinenspindel (58) relativ zur Schaltscheibe (7) verdrehbar ist.

11. Fräskopf nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Arretierungsmittel einen über eine NC-Steu­ erung vorzugsweise pneumatisch betätigbaren Schalt­ stift (72) aufweisen, der in eine Arretierungsaus­ sparung (70) der Schaltscheibe (7) einführbar ist, und daß der Schneidkörperwechsel über einen mit der Maschinenspindel zusammenwirkenden (58) Drehwinkel­ geber (76) programmgesteuert ausführbar ist.

12. Fräskopf nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zu dem in Arbeitsstellung gebrach­ ten Schneidkörper (11) gehörende relative Drehlage der Schaltscheibe (7) für den folgenden Schneidkör­ perwechsel abspeicherbar ist.

13. Fräskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneidkörper (11) inner­ halb der Kassette (4) gegen Verschieben in radialer Richtung fixiert ist.

14. Fräskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneidkörper (11) inner­ halb der Kassette (4) in axialer Richtung und/oder in seinem Anstellwinkel in Schnittrichtung unter Verstellung seines Frei- und Spanwinkels (α, β) bei gleichbleibendem Keilwinkel verstellbar ist.