DE102010037737B4

DE102010037737B4 - Turret for a machine tool spindle

Info

Publication number: DE102010037737B4
Application number: DE102010037737A
Authority: DE
Inventors: Rüdiger Schrott
Original assignee: F Zimmermann GmbH and Co KG
Current assignee: F Zimmermann GmbH and Co KG
Priority date: 2010-09-23
Filing date: 2010-09-23
Publication date: 2012-09-06
Anticipated expiration: 2030-09-24
Also published as: DE102010037737A1

Abstract

Ein Drehkopf zur gesteuerten Positionierung einer Werkzeugmaschinenspindel zur spanabhebenden Bearbeitung von Werkstücken weist eine um eine erste Achse (C) drehbar angeordnete Gabel (6) mit zwei im Abstand zueinander verlaufenden Gabelarmen (7a, 7b) und eine zwischen den Gabelarmen schwenkbar gehaltene Spindeleinrichtung (9) auf, die um eine zweite Achse (A) in Bezug auf die Gabel (6) drehbar angeordnet ist. Eine erste Antriebseinrichtung (15) weist einen Torquemotor (27) auf, der zum Direktantrieb und zur Steuerung der Drehung der Gabel (6) um die erste Achse (C) mit dieser gekoppelt ist. Zum Antrieb und zur Steuerung der Drehung der Spindeleinrichtung (9) um die zweite Achse (A) dient eine in der Gabel (6) angeordnete zweite Antriebseinrichtung (16), die zwei Torquemotoren (21, 22) aufweist, die wirkungsmäßig parallel zueinander angeordnet und gesondert voneinander ansteuerbar sind. Zwischen den Torquemotoren (21, 22) und der Spindeleinrichtung (9) ist ein Zahnradgetriebe (23) mit zwei Untersetzungsstufen eingefügt, das zwei Zwischenwellen (46) aufweist, die jeweils mit einem der Torquemotoren (21, 22) sowie mit einem gemeinsamen Abtriebselement (49, 51) gekoppelt sind, das mit der Spindeleinrichtung (9) drehfest verbunden ist. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der zweiten Antriebseinrichtung (16) ermöglicht eine sehr hohe Drehmomentabgabe bei reduzierter Störkontur des Drehkopfs (3). Durch geeignete Ansteuerung können die beiden Torquemotoren (21, 22) elektronisch gegeneinander verspannt werden, um Spiele in dem Antriebsstrang für die zweite Achse (A) zu beseitigen, so dass hochpräzise Positionierungen in den beiden Achsen (C, A) bei der Bearbeitung von Werkstücken erreicht werden.A rotary head for the controlled positioning of a machine tool spindle for the machining of workpieces has a fork (6) rotatably arranged around a first axis (C) with two fork arms (7a, 7b) extending at a distance from one another and a spindle device (9) held pivotably between the fork arms which is arranged rotatably about a second axis (A) with respect to the fork (6). A first drive device (15) has a torque motor (27) which is coupled to the fork (6) about the first axis (C) for direct drive and for controlling the rotation of the fork (6). To drive and control the rotation of the spindle device (9) about the second axis (A) is a second drive device (16) arranged in the fork (6), which has two torque motors (21, 22) which are arranged in parallel to each other and in terms of their effect can be controlled separately from each other. Between the torque motors (21, 22) and the spindle device (9), a gear transmission (23) with two reduction stages is inserted, which has two intermediate shafts (46), each with one of the torque motors (21, 22) and with a common output element ( 49, 51) are coupled, which is rotatably connected to the spindle device (9). The configuration of the second drive device (16) according to the invention enables a very high torque output with a reduced interfering contour of the rotary head (3). With suitable control, the two torque motors (21, 22) can be electronically braced against each other in order to eliminate play in the drive train for the second axis (A) so that high-precision positioning in the two axes (C, A) when machining workpieces can be achieved.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehkopf zur gesteuerten Positionierung einer Werkzeugmaschinenspindel mit Antriebseinrichtungen zum Antrieb und zur Steuerung der Drehung der Werkzeugmaschinenspindel um wenigstens zwei Achsen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen gabelförmigen Fräskopf für eine Fräsmaschine, insbesondere eine Fräsmaschine einer zur Bearbeitung von Großteilen geeigneten Bauart, wie sie im Werkzeug-, Formen, Modell- und Prototypenbau in der Automobil-, Luftfahrt- und Raumfahrtindustrie eingesetzt wird.The present invention relates to a rotary head for the controlled positioning of a machine tool spindle with drive means for driving and for controlling the rotation of the machine tool spindle about at least two axes. In particular, the present invention relates to a fork-shaped milling head for a milling machine, in particular a milling machine suitable for machining of large parts type, as used in tool, mold, model and prototype construction in the automotive, aerospace industry.

Bei derartigen Anwendungen müssen zum Teil sehr komplexe dreidimensionale Oberflächenformen an großen Werkstücken schnell und mit hoher Bearbeitungsgenauigkeit gefräst werden. Hierzu werden bspw. Fräskopfeinheiten eingesetzt, die über Linearachsen in der X-, Y- und Z-Richtung in einem Arbeitsraum bewegt werden und einen um eine erste, im Betrieb bspw. senkrechte Drehachse C schwenkbar angetriebenen Fräskopf aufweisen, der eine um eine weitere, insbesondere horizontale Drehachse A schwenkbar angetriebene Frässpindel mit einem Fräswerkzeug trägt. Somit kann das Fräswerkzeug in Abhängigkeit von der Kontur der bearbeiteten Oberfläche stets in die jeweils erforderliche Winkellage in Bezug auf das Werkstück positioniert werden. Als Drehantriebe sind früher Getriebemotoren, bspw. mit Synchronriemen, Schneckengetrieben, Kegelgetrieben oder Stirnrädergetrieben, eingesetzt worden. Heutzutage besteht eher ein Trend zu getriebelosen direkten Antriebskonzepten, um Elastizitäten und Spiele zu reduzieren.In such applications sometimes very complex three-dimensional surface shapes on large workpieces must be milled quickly and with high machining accuracy. For this purpose, for example, milling head units are used, which are moved via linear axes in the X, Y and Z directions in a working space and have a first, in operation, for example, vertical axis of rotation C pivotally driven milling head, one by another, especially horizontal axis of rotation A pivotally driven milling spindle carries with a milling tool. Thus, depending on the contour of the machined surface, the milling tool can always be positioned in the respectively required angular position with respect to the workpiece. Geared motors, for example with synchronous belts, worm gears, bevel gears or spur gears, have previously been used as rotary drives. Today there is a trend towards gearless direct drive concepts to reduce elasticity and play.

Aus der EP 0 885 081 B1 ist ein getriebeloser, direkt angetriebener Zweiachsen-Drehkopf für eine Werkzeugmaschinenspindel bekannt, der einen vertikalen Tragbalken, eine an dem Tragbalken gehaltene Gabel, die um eine senkrechte Achse C in Bezug auf den Tragbalken drehbar ist und zwei Gabelarme aufweist, zwischen denen eine Werkzeugmaschinenspindel um eine horizontale Achse A drehbar aufgenommen ist. In dem Tragbalken und den Gabelarmen sind Servomotoren zum direkten Antrieb und zur Steuerung der Gabeldrehung bzw. der Spindeldrehung angeordnet. Die Servomotoren sind in Form von Ringlinearmotoren jeweils mit einem Stator, der an einem Gehäuseteil ortsfest befestigt ist, und einem Rotor ausgebildet, der direkt mit dem Fräskopf bzw. mit der Frässpindel verbunden ist. Die Direktantriebe ermöglichen hohe Schwenkgeschwindigkeiten, Beschleunigungen und Abbremsungen und somit schnelle Stellbewegungen der Spindel. Sie sorgen auch für eine hohe Steifigkeit der Fräskopfeinheit. Ferner sind Direktservoantriebe einfach zu montieren und relativ wartungsfreundlich. Sie können aber nur ein begrenztes Drehmoment liefern, das für eine Großteilebearbeitung eventuell nicht ausreichend ist.From the EP 0 885 081 B1 a gearless, directly driven two-axis turret is known for a machine tool spindle having a vertical support beam, a fork held on the support beam, which is rotatable about a vertical axis C with respect to the support beam and two fork arms, between which a machine tool spindle horizontal axis A is rotatably received. In the support beam and the fork arms servomotors for direct drive and for controlling the fork rotation or the spindle rotation are arranged. The servomotors are in the form of linear motors ring each with a stator which is fixedly secured to a housing part, and formed a rotor which is connected directly to the milling head or with the milling spindle. The direct drives allow high swing speeds, accelerations and decelerations and thus fast positioning movements of the spindle. They also provide a high rigidity of the milling head unit. Furthermore, direct servo drives are easy to assemble and relatively easy to maintain. However, they can only provide a limited torque, which may not be sufficient for a large part of the machining.

DE 100 47 917 B4 beschreibt einen ähnlichen getriebelosen Drehkopf für industrielle Bearbeitungsmaschinen, wobei die A- und die C-Schwenkachse zur Positionierung der Spindel direkt über einen jeweils zugeordneten Torquemotor antreibbar sind, wobei der jeweilige permanentmagneterregte Läufer des Torquemotors in die jeweilige Schwenkachse integriert ist. DE 100 47 917 B4 describes a similar getriebelosen turret for industrial processing machines, the A- and C-pivot axis for positioning the spindle can be driven directly via a respective associated torque motor, wherein the respective permanent magnet excited rotor of the torque motor is integrated into the respective pivot axis.

Es können höhere Drehmomente durch den Einsatz der sog. Torquemotoren erreicht werden, die an sich Synchronmotoren sind, deren Geometrie aber speziell auf hohe Drehmomente statt auf hohe Leistungsabgabe bin optimiert ist. Drehmomentstarke Torquemotoren bauen jedoch relativ groß, so dass zu ihrer Unterbringung ein großer Platzbedarf erforderlich ist. Dies wirkt sich bei Dreh- bzw. Fräsköpfen der Gabelbauart im Antriebsstrang für die A-Achse besonders negativ aus, weil die in den Gabelarmen angeordneten Torquemotoren die Größe des Fräskopfes und seine Störkontur in unmittelbarer Nähe des Werkzeugs und somit der Bearbeitungsposition stark vergrößern. Damit das Werkzeug aber in einem beschränkten Raum arbeiten kann, sollte die Störkontur des Fräskopfes möglichst klein sein. Außerdem ist auch auf ein möglichst geringes Gewicht des Antriebsmotors zu achten, weil dieses die Dynamik der Werkzeugmaschine reduziert und eine höhere Schwingungsneigung bei Lastwechseln zur Folge hat.Higher torques can be achieved through the use of the so-called. Torquemotoren, which are synchronous motors per se, but the geometry of which is especially optimized for high torques instead of high power output bin. Torque-strong torque motors, however, build relatively large, so that their housing requires a large amount of space is required. This has a particularly negative effect on rotary or milling heads of the fork design in the drive train for the A-axis, because the arranged in the fork arms torque motors greatly increase the size of the milling head and its interference contour in the immediate vicinity of the tool and thus the machining position. But so that the tool can work in a limited space, the interference contour of the milling head should be as small as possible. In addition, it is also important to pay attention to the lowest possible weight of the drive motor, because this reduces the dynamics of the machine tool and has a higher tendency to oscillate during load changes result.

Diesbezüglich wird in der DE 10 2005 043 835 A1 vorgeschlagen, den Torquemotor zum Antrieb der A-Achse nicht direkt, sondern über ein untersetzendes Zahnradgetriebe mit der Werkzeugmaschinenspindel zu koppeln. Der Torquemotor kann dann im Vergleich zu Direktantrieben mit gleicher Drehmomentabgabe kleiner ausgelegt werden, um Bauvolumen und Gewicht zu reduzieren. Dies jedoch auf Kosten eines Spiels, das in dem Getriebe herstellungs- und toleranzbedingt vorliegt und das dann die Bearbeitungsgenauigkeit beeinträchtigt. Um dies zu vermeiden, wird ferner empfahlen, ein einstufiges, mechanisch spielfrei verspanntes Zahnradgetriebe zu verwenden. Die mechanische Verspannung kann jedoch ein Spiel nur begrenzt und nicht dauerhaft minimieren. Durch Verschleiß der ständig kämmenden Getriebezahnräder entsteht neues Spiel, das nicht oder nur mit hohem Aufwand, unter Einsatz komplizierter Justiervorrichtungen, kompensiert werden kann.In this regard, in the DE 10 2005 043 835 A1 proposed to couple the torque motor for driving the A-axis not directly, but via a gear reducer gear with the machine tool spindle. The torque motor can then be designed smaller compared to direct drives with the same torque output to reduce the overall volume and weight. However, this at the expense of a game that is in the transmission manufacturing and tolerance-related and then affects the machining accuracy. To avoid this, it is further recommended to use a single-stage, mechanically play-free braced gear transmission. However, the mechanical tension can only limited a game and not permanently. By wear of the constantly meshing gear wheels new game that can not be compensated or only with great effort, using complicated adjusting devices.

Die vorangemeldete, nachveröffentlichte DE 10 2009 044 788 A1 beschreibt einen Drehspindelkopf, der eine um eine vertikale C-Achse drehbar angeordnete Gabel mit zwei im Abstand zueinander verlaufenden Gabelarmen und eine zwischen den Gabelarmen schwenkbar gehaltene Spindeleinrichtung aufweist, die um eine horizontale A-Achse in Bezug auf die Gabel drehbar angeordnet ist. Eine erste Antriebseinrichtung ist zum Antrieb und zur Steuerung der Drehung der Gabel um die C-Achse vorgesehen. Zum Antrieb und zur Steuerung der Drehung der Spindeleinrichtung um die A-Achse dient eine in der Gabel angeordnete zweite Antriebseinrichtung, die zwei Torquemotoren, die wirkungsmäßig parallel zueinander angeordnet und synchron zueinander ansteuerbar sind, und ein Zahnradgetriebe aufweist, das zwischen den Torquemotoren und der Spindeleinrichtung angeordnet ist. Das Zahnradgetriebe ist ein einstufiges Untersetzungsgetriebe, das zwei Antriebszahnräder, die jeweils mit einem der Torquemotoren gekoppelt sind, und ein gemeinsames Abtriebszahnrad aufweist, das mit der Spindeleinrichtung drehfest verbunden ist und mit den beiden Antriebszahnrädern kämmt. Jedes Antriebszahnrad ist geteilt, mit zwei axial zueinander parallelen Zahnrädern ausgebildet, die durch Drehung gegeneinander mechanisch verspannbar sind, um Zahnradspiele zu reduzieren.The pre-registered, post-published DE 10 2009 044 788 A1 describes a rotary spindle head, which is arranged around a vertical C-axis rotatably arranged fork with two spaced apart fork arms and one between the Fork arms pivotally held spindle device which is arranged rotatably about a horizontal A-axis with respect to the fork. A first drive means is provided for driving and controlling the rotation of the fork about the C-axis. To drive and control the rotation of the spindle device about the A-axis is arranged in the fork second drive means, the two torque motors, which are arranged operatively parallel to each other and synchronously driven, and a gear transmission having, between the torque motors and the spindle device is arranged. The gear transmission is a single stage reduction gear having two drive gears each coupled to one of the torque motors and a common output gear rotatably connected to the spindle device and meshing with the two drive gears. Each drive gear is divided, formed with two axially parallel to each other gears which are mechanically braced against each other by rotation to reduce gear games.

EP 1 892 055 A1 beschreibt eine Fräskopfeinheit, die einen längs einer vertikalen Z-Achse verfahrbaren Träger, einen im wesentlichen zylindrischen Schwenkkörper, der an dem Träger über eine Bogenführungseinrichtung um eine zu der Z-Achse senkrechte erste horizontale Schwenkachse B schwenkbar gelagert und geführt ist, und eine in einer Ausnehmung des Schwenkkörpers angeordnete motorfrässpindel aufweist, die an dem Schwenkkörper um eine zu der B-Schwenkachse senkrechte zweite horizontale Schwenkachse A schwenkbar gelagert ist. Die Drehungen des Schwenkkörpers und der Frässpindel sind durch den A- und B-Schwenkachsen zugeordnete Antriebseinrichtungen gesteuert. Die Antriebseinrichtung für die B-Achse weist zwei um den Umfang des Schwenkkörpers voneinander beabstandet angeordnete Servomotoren und ein einstufiges Untersetzungsgetriebe auf, zu dem an den Antriebswellen der Servomotoren vorgesehene Antriebsritzel und eine um den Umfang des Schwenkkörpers herum verlaufende Stirnverzahnung als gemeinsames Abtriebselement gehören. Die Antriebseinrichtung für die A-Achse ist durch einen Torquemotor zum direkten Antrieb und Steuerung der Drehung der Motorfrässpindel gebildet. EP 1 892 055 A1 describes a milling head unit, which is a movable along a vertical Z-axis carrier, a substantially cylindrical pivot body which is pivotally mounted and guided on the support via a sheet guiding device about a Z-axis perpendicular first horizontal pivot axis B, and guided in one Recess of the pivot body arranged motor milling spindle, which is mounted on the pivot body about a perpendicular to the B-pivot axis second horizontal pivot axis A pivotally. The rotations of the pivot body and the milling spindle are controlled by the A and B pivot axes associated drive means. The B-axis drive means comprises two servomotors spaced apart around the circumference of the pivot body and a single-stage reduction gear to which drive pinions provided on the drive shafts of the servomotors and spur gear teeth extending around the periphery of the pivot body belong as a common output member. The drive means for the A-axis is formed by a torque motor for direct drive and control of the rotation of the motor milling spindle.

Somit besteht weiterhin ein Bedarf nach präzisen, spielfreien und kompakten Fräsköpfen, die sehr hohe Drehmomente im kontinuierlichen Bearbeitungsbetrieb realisieren können.Thus, there is still a need for precise, backlash-free and compact milling heads that can realize very high torques in continuous machining operation.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die obigen Nachteile und Unzulänglichkeiten zu beseitigen oder zu minimieren und einen für die eingangs erwähnten Anwendungen zur Großteilebearbeitung geeigneten dynamischen Drehkopf zu schaffen, der ein sehr schnelles und genaues Bearbeiten von Werkstücken ermöglicht, sehr hohe Drehmomente ergeben kann und möglichst einfachen und kompakten Aufbau aufweist. Insbesondere sollten dabei die Störkontur und die Masse verringert sein, um Bearbeitungsoperationen auf kleinem Raum bei höchster Dynamik zu ermöglichen.On this basis, it is an object of the present invention to eliminate or minimize the above drawbacks and deficiencies and to provide a suitable for the above-mentioned applications for large-scale machining dynamic rotary head, which allows a very fast and accurate machining of workpieces, can give very high torques and has the simplest possible and compact structure. In particular, the interference contour and the mass should be reduced in order to allow machining operations in a small space with maximum dynamics.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen derartigen Drehkopf zu schaffen, bei dem die Spiele in dem Antriebsstrang reduziert oder beseitigt sind und ferner die Möglichkeit besteht, durch Verschleiß bedingte Spiele zu kompensieren.Another object of the present invention is to provide such a rotary head in which the games are reduced or eliminated in the drive train and also has the ability to compensate for wear-related games.

Diese und weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden durch den erfindungsgemäßen Drehkopf mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.These and other objects of the present invention are achieved by the rotary head according to the invention having the features of patent claim 1.

Der zur gesteuerten Positionierung einer Werkzeugmaschinenspindel zur spanabhebenden Bearbeitung von Werkstücken eingerichtete Drehkopf gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine um eine erste Achse C drehbar angeordnete Gabel mit zwei im Abstand zueinander verlaufenden Gabelarmen und eine zwischen den Gabelarmen gehaltene Spindeleinrichtung auf, die um eine zweite, insbesondere zu der ersten Achse C senkrechte Achse A in Bezug auf die Gabel drehbar angeordnet ist. Eine erste Antriebseinrichtung weist einen ansteuerbaren ersten Antriebsmotor zum Antrieb und zur Steuerung der Drehung der Gabel um die erste Achse C auf. Ferner ist in der Gabel eine zweite Antriebseinrichtung angeordnet, die zum Antrieb und zur Steuerung der Drehung der Spindeleinrichtung um die zweite Achse A dient und die eine ansteuerbare Motoreinrichtung und eine untersetzende Zahnradgetriebeeinrichtung aufweist. Die Getriebeeinrichtung ist zwischen der Motoreinrichtung und der Spindeleinrichtung antriebsmäßig eingefügt, um die Drehbewegung der Motoreinrichtung auf die Spindeleinrichtung zu übertragen und das von der Motoreinrichtung gelieferte Drehmoment auf für die Spindeleinrichtung erforderliche Drehmomentwerte zu erhöhen. Erfindungsgemäß weist die Motoreinrichtung wenigstens einen zweiten und einen dritten Antriebsmotor auf, die durch Torquemotoren gebildet sind und die wirkungsmäßig parallel zueinander angeordnet und gesondert voneinander ansteuerbar sind. Die Getriebeeinrichtung bildet ein zwei- oder mehrstufiges Untersetzungsgetriebe und weist gesonderte Getriebeeingangselemente in Form von Antriebsritzeln, die mit dem jeweiligen zweiten bzw. dritten Antriebsmotor gekoppelt sind, eine erste und eine gesonderte zweite Zwischenwelle, die jeweils ein Zwischenwellen-Zahnrad tragen, das mit einem der von dem zweiten bzw. dritten Antriebsmotor angetriebenen Antriebsritzel kämmt, und ein gemeinsames Getriebeausgangselement auf, das mit der Spindeleinrichtung gekoppelt ist.The arranged for controlled positioning of a machine tool spindle for machining workpieces rotary head according to the present invention comprises a about a first axis C rotatably arranged fork with two spaced apart fork arms and held between the fork arms spindle device to a second, in particular the first axis C vertical axis A is rotatably arranged with respect to the fork. A first drive device has a controllable first drive motor for driving and for controlling the rotation of the fork about the first axis C. Further, in the fork, a second drive means is arranged, which serves for driving and for controlling the rotation of the spindle means about the second axis A and which has a controllable motor means and a step down gear transmission means. The gear means is drivingly interposed between the motor means and the spindle means to transmit the rotational movement of the motor means to the spindle means and to increase the torque delivered by the motor means to torque values required for the spindle means. According to the invention, the motor device has at least one second and one third drive motor, which are formed by torque motors and which are arranged operatively parallel to one another and can be actuated separately from one another. The transmission device forms a two- or multi-stage reduction gear and has separate transmission input elements in the form of drive pinions, which are coupled to the respective second and third drive motor, a first and a separate second intermediate shaft, each carrying an intermediate shaft gear, which with one of the driven by the second and third drive motor drive pinion meshes, and a common transmission output member which is coupled to the spindle device.

Erfindungsgemäß sind also als Antrieb für die zweite Achse A wenigstens zwei Torquemotoren als Antriebsmotoren vorgesehen, die wirkungsmäßig parallel zueinander angeordnet und gesondert voneinander ansteuerbar sind. D. h., beide Antriebsmotoren sind mit der Spindeleinrichtung antriebsmäßig gekoppelt, und können unabhängig von dem anderen und/oder in gekoppelter Weise derart angesteuert und somit betrieben werden, dass wahlweise entweder nur einer von beiden oder beide für den Antrieb der Spindeleinrichtung um die zweite Achse A sorgt bzw. sorgen. Die Getriebeeinrichtung, die die notwendige Antriebsverbindung zu der Spindeleinrichtung schafft, ermöglicht die verschiedenen vorerwähnten Betriebsmodi und sorgt stets für die erforderliche Drehmomenterhöhung, Da die erfindungsgemäße Getriebeeinrichtung ein wenigstens zweistufiges oder sogar mehrstufiges Untersetzungsgetriebe bildet, kann damit auch bei sehr kleinen Antriebsmotoren für die A-Achse ein für die vorliegenden Anwendungen hinreichendes Ausgangsdrehmoment erzielt werden. Durch die erfindungsgemäße Konfiguration können beide Antriebsmotoren wahlweise gleichzeitig im gleichen Wirkungssinne angesteuert werden, um die Drehmomentabgabe bedarfsweise auf extrem hohe Werte, weit über die eines einzelnen Motors zu erhöhen. Dies ergibt hohe Beschleunigungen und kurze Zeiten bei der Positionierung in der A-Achse. Die beiden Antriebsmotoren können auch derart angesteuert werden, dass sie wirkungsmäßig entgegengesetzt zueinander betrieben und somit elektronisch gegeneinander verspannt werden. Dadurch lässt sich ein Spiel in dem Antriebsstrang für die A-Achse, insbesondere in der Zahnradgetriebeeinrichtung beseitigen. Vorteilhaferweise kann auch ein infolge von Verschleiß im Laufe der Zeit auftretendes Spiel allein durch Ansteuerung der beiden Antriebsmotoren aufwandslos wieder eliminiert und somit auf Dauer Spielfreiheit erreicht werden. Dadurch ist die Grundlage für eine hochgenaue Spindelpositionierung und eine hochpräzise Werkstückbearbeitung geschaffen. Thus, according to the invention, at least two torque motors are provided as drive motors for driving the second axle A, which are operatively arranged parallel to one another and can be actuated separately from one another. D. h., Both drive motors are drivingly coupled to the spindle device, and can be controlled independently of the other and / or in a coupled manner and thus operated either selectively either only one or both for driving the spindle device to the second Axis A takes care of. The transmission device, which provides the necessary drive connection to the spindle device, allows the various aforementioned operating modes and always provides the required increase in torque, since the transmission device according to the invention forms an at least two-stage or even multi-stage reduction gear, so even with very small drive motors for the A-axis a sufficient output torque for the present applications can be achieved. As a result of the configuration according to the invention, both drive motors can optionally be actuated simultaneously in the same sense of action in order to increase the torque output, if necessary, to extremely high values, far above that of a single motor. This results in high accelerations and short times in the positioning in the A-axis. The two drive motors can also be controlled such that they are operatively operated opposite to each other and thus clamped against each other electronically. This can eliminate a backlash in the drive train for the A-axis, in particular in the gear transmission device. Vorteilhaferweise can also effort due to wear occurring over time alone by controlling the two drive motors effortlessly eliminated and thus be achieved in the long run backlash. This creates the basis for high-precision spindle positioning and high-precision workpiece machining.

Der erfindungsgemäße Drehkopf ermöglicht eine Bearbeitung von Werkstücken mit hoher Bearbeitungsgenauigkeit und -geschwindigkeit, mit sehr hohen Drehmomenten und sehr geringen Spielen. Durch geeignete Anordnung der Komponenten der zweiten Antriebseinrichtung kann die Störkontur des Drehkopfes in der Nähe der Arbeitsspindel gering gehalten und somit ein sehr einfacher, kompakter Aufbau erreicht werden, der einen geringen Montage- und Wartungsaufwand erfordert. Vorteilhafterweise ist weder eine aufwendige manuelle Instandsetzung und Nachjustage des A-Achsen-Antriebsstrangs zur Beseitigung darin auftretender Spiele erforderlich, noch muss zu diesem Zweck irgendeine komplizierte selbsttätige Justiereinrichtung eingebaut werden.The rotary head according to the invention enables machining of workpieces with high processing accuracy and speed, with very high torques and very low games. By suitable arrangement of the components of the second drive means, the interference contour of the rotary head can be kept low in the vicinity of the work spindle and thus a very simple, compact structure can be achieved, which requires little installation and maintenance. Advantageously, neither a complex manual repair and readjustment of the A-axis drive train to eliminate occurring in games is required, nor must be built for this purpose any complicated automatic adjustment.

Der erfindungsgemäße Drehkopf ist insbesondere als Fräskopf für eine Fräsmaschine zur Bearbeitung großer dreidimensionaler Strukturteile beim Werkzeug-, Formen-, Modell- und Prototypenbau oder bei der Produktion in der Luftfahrt- und Kraftfahrzeugindustrie vorgesehen. Die schlanke und leichte Bauform sowie geringe Störkontur macht den Fräskopf auch für das Erzeugen sehr feiner Details auf engem Raum bei hohen Vorschub- und Schwenkgeschwindigkeiten und somit auch für aufwendige, hochpräzise und schnelle 5-Achsen-Simultanbearbeitungen gut geeignet.The rotary head according to the invention is provided in particular as a milling head for a milling machine for processing large three-dimensional structural parts in tool, mold, model and prototype construction or in production in the aerospace and automotive industry. The slim, lightweight design and low interference contour also make the milling head well-suited for producing very fine details in confined spaces at high feed and swivel speeds, making it well-suited for complex, high-precision and fast 5-axis simultaneous machining.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Gabel des Drehkopfs an einem Tragarm gehalten, der bspw. an einer Portalfräsmaschine oder dgl. in einem Arbeitsraum bewegbar montiert sein kann und der ein Gehäuse aufweist, in dem die erste Antriebseinrichtung sowie eine von dieser antreibbare Hülse untergebracht sind. Die Hülse ist konzentrisch zu der ersten Drehachse C angeordnet und mit der Gabel drehfest verbunden. Die C-Achse fällt dann vorzugsweise mit einer Mittel- bzw. Längsachse der Hülse und des Drehkopfs zusammen und ist orthogonal zu der zweiten Achse A ausgerichtet.In one embodiment of the invention, the fork of the turret is held on a support arm, which may, for example. On a portal milling machine or the like. In a working space can be movably mounted and having a housing in which the first drive means and a drivable by this sleeve are housed , The sleeve is arranged concentrically to the first axis of rotation C and rotatably connected to the fork. The C-axis then preferably coincides with a central or longitudinal axis of the sleeve and the turret and is oriented orthogonal to the second axis A.

Vorteilhafterweise ist der erste Antriebsmotor zum Direktantrieb der Gabel eingerichtet und mit dieser entsprechend gekoppelt. Dies ergibt eine spielfreie, verschleißarme und steife Direktantriebsverbindung, die hohe Drehmomente und Drehgeschwindigkeiten bzw. -beschleunigungen bei der Positionierung in der C-Achse ermöglicht.Advantageously, the first drive motor for direct drive of the fork is set up and coupled with this accordingly. This results in a backlash-free, low-wear and stiff direct drive connection that allows high torques and rotational speeds or accelerations in the C-axis positioning.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der erste Antriebsmotor ein Torquemotor, der zum Direktantrieb der Gabel mit dieser gekoppelt ist. unter einem „Torquemotor” wird hier ein Servomotor mit einer Geometrie verstanden, die speziell im Sinne hoher Drehmomente bzw. Kräfte anstelle einer hohen Leistungsabgabe konzipiert ist. Die Bauform von Torquemotoren ist daher eher kurz und mit großem Durchmesser. Im Allgemeinen haben Torquemotoren auch mehr Pole als konventionelle Servomotoren. Sie besitzen auch eine hinreichend große thermische Zeitkonstante. Dies hat zur Folge, dass auch bei sehr kleinen Drehzahlen ein extrem hohes Drehmoment erreicht werden kann. Damit ist bei diesen Motoren die Drehmoment- bzw. Kraftabgabe statt des Wirkungsgrads optimiert. Moderne Ausführungen sind elektrisch gesehen dreiphasige bürstenlose Synchronmotoren mit Permanenterregung. Es sind Ausführungen mit Außen- oder Innenläufer bekannt. Torquemotoren sind von Motorherstellern neben herkömmlichen Servomotoren gesondert, auch als komplette Einbaueinheiten mit Rotor, Stator, Lagern und integrierter Kühlung, erhältlich.In a particularly preferred embodiment, the first drive motor is a torque motor, which is coupled to the direct drive of the fork with this. A "torque motor" here is understood to mean a servomotor with a geometry that is designed specifically in the sense of high torques or forces instead of a high power output. The design of torque motors is therefore rather short and with a large diameter. In general, torque motors also have more poles than conventional servomotors. They also have a sufficiently large thermal time constant. As a result, an extremely high torque can be achieved even at very low speeds. Thus, the torque or power output is optimized in these engines instead of the efficiency. Modern versions are electrically three-phase brushless synchronous motors with permanent excitation. There are versions with external or internal rotor known. Torque motors are available separately from motor manufacturers in addition to conventional servo motors, as complete installation units with rotor, stator, bearings and integrated cooling.

Der bei der Erfindung für die C-Drehachse einsetzbare Torquemotor ist vorzugsweise in Form eines direkt angetriebenen Rundmotors ausgebildet, der einen als Außenring ausgebildeten Stator mit Drehmomentwicklungen sowie einen als Innenring ausgebildeten Rotor mit Permanentmagneten aufweist, der im Inneren des Stators, konzentrisch zu diesem angeordnet ist. Der Rotor des Torquemotors ist um die erste Achse C drehbar und konzentrisch zu dieser angeordnet sowie mit der Hülse des Tragarms verbunden, um diese direkt drehbar anzutreiben. Prinzipiell könnten auch Torquemotoren mit einem Außenläufer verwendet werden.The usable in the invention for the C-axis rotary torque motor is preferably in shape a directly driven round motor is formed, which has a stator formed as an outer ring with torque windings and designed as an inner ring rotor with permanent magnets, which is arranged in the interior of the stator, concentric to this. The rotor of the torque motor is rotatable about the first axis C and arranged concentrically to this and connected to the sleeve of the support arm to drive these directly rotatable. In principle, torque motors with an external rotor could also be used.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die als der wenigstens zweite und dritte Antriebsmotor dienenden Torquemotoren ebenfalls in Form von Rundmotoren mit außen liegendem Stator und innen liegendem Rotor ausgeführt. Die beiden Rotoren sind dann um zu der zweiten Achse A parallele, beabstandete Motorachsen drehbar und mit jeweiligen Eingangselementen der Getriebeeinrichtung drehfest gekoppelt. Die Verwendung von Torquemotoren ermöglicht eine im Vergleich zu Servomotoren erhöhte Drehmomentabgabe sowie eine höhere Dynamik und Steifigkeit. Durch die Zwischenschaltung der erfindungsgemäßen Getriebeeinrichtung in dem A-Achsen-Antriebsstrang wird das Drehmoment weiter ausreichend erhöht, während die Torquemotoren derart kleiner ausgelegt werden können, dass zwei Torquemotoren in dem Gabelkopf Platz finden. Dadurch werden die vorerwähnten Betriebsmodi ermöglicht, während das Bauvolumen und Gewicht des Gabelkopfes gering bleiben.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the torque motors serving as the at least second and third drive motor are likewise designed in the form of round motors with an external stator and an internal rotor. The two rotors are then rotatable about parallel to the second axis A, spaced motor axes and rotatably coupled to respective input elements of the transmission device. The use of torque motors enables increased torque output as well as higher dynamics and rigidity compared to servomotors. By the interposition of the transmission device according to the invention in the A-axis drive train, the torque is further increased sufficiently, while the torque motors can be made smaller so that two torque motors find space in the clevis. As a result, the above-mentioned operating modes are made possible, while the construction volume and weight of the fork head remain low.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist jeder Rotor des zweiten und des dritten Antriebsmotors an einer drehbar gelagerten Motorwelle befestigt, die die jeweilige Motorachse definiert und ein jeweiliges Antriebsritzel der Getriebeeinrichtung trägt. Die Antriebsritzel, die die Eingangselemente der Getriebeeinrichtung bilden, sind vorzugsweise integral, in einem Stück an den Motorwellen angeformt, können jedoch auch an diesen befestigt sein.In an advantageous embodiment, each rotor of the second and the third drive motor is attached to a rotatably mounted motor shaft, which defines the respective motor axis and carries a respective drive pinion of the transmission device. The drive pinions, which form the input elements of the transmission device, are preferably integrally formed integrally with the motor shafts, but may also be attached thereto.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist ein zweistufiges Untersetzungsgetriebe vorgesehen. Damit wird der beste Kompromiss zwischen Bauvolumen, Drehmomentabgabe, Teilezahl, Steifigkeit, Montageaufwand etc. erzielt.In a particularly preferred embodiment, a two-stage reduction gear is provided. Thus, the best compromise between construction volume, torque output, number of parts, rigidity, assembly effort, etc. is achieved.

Jede Untersetzungsstufe weist eine Getriebeuntersetzung von vorzugsweise wenigstens 1:4, bevorzugt etwa 1:6 auf. Bei einem angenommenen erforderlichen Abtriebsdrehmoment von etwa 1200 Nm und zwei Untersetzungsstufen müssten die Torquemotoren für die A-Achse dann nur etwa 30 Nm liefern, was äüßerst geringe Baugröße und Masse der Torquemotoren ergibt.Each reduction stage has a gear reduction of preferably at least 1: 4, preferably about 1: 6. With an assumed required output torque of about 1200 Nm and two reduction stages, the torque motors for the A-axis would then only deliver about 30 Nm, which results in extremely small size and mass of the torque motors.

In der Ausführungsform mit zweistufigem Untersetzungsgetriebe ist sowohl dem zweiten als auch dem dritten Antriebsmotor eine eigene Zwischenwelle der Getriebeeinrichtung zugeordnet werden, die jeweils das mit dem Antriebsritzel kämmende Zahnrad trägt, um die erste Untersetzungsstufe zu bilden. Die zweite Untersetzungsstufe wird durch ein weiteres, kleineres Zahnrad, das auf der Zwischenwelle integral angeformt sein kann, und ein gemeinsames Abtriebsrad gebildet, mit dem die Zwischenwellen-Zahnräder kämmen. Das Abtriebsrad bildet das Ausgangselement der Getriebeeinrichtung. Wenn jedem Antriebsmotor, insbesondere Torquemotor, eine eigene Zwischenwelle zugeordnet ist, lässt sich auf besonders einfache Weise auf der Abtriebswelle bzw. dem Abtriebsrad Spielfreiheit erzielen.In the two-stage reduction gear embodiment, both the second and third drive motors have their own intermediate shaft associated with the gear device, each carrying the pinion meshing with the drive pinion to form the first reduction stage. The second reduction stage is formed by another, smaller gear, which may be integrally formed on the intermediate shaft, and a common driven gear, with which the intermediate shaft gears mesh. The output gear forms the output element of the transmission device. If each drive motor, in particular torque motor, a separate intermediate shaft is assigned, can be achieved in a particularly simple manner on the output shaft and the driven gear backlash.

Die Gabel des Drehkopfes weist Draufsicht eine im Wesentlichen U-förmige Gestalt mit einer Basis zur Sicherung an dem Tragarm, insbesondere der drehangetriebenen Hülse und mit den von der Basis aus frei vorragenden Gabelarmen auf, die im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Jeder Gabelarm weist ein Gehäuse auf, das einen im Wesentlichen kubischen Innenraum definiert. Vorteilhafterweise kann die zweite Antriebseinrichtung vollständig in dem Innenraum lediglich eines einzelnen Gabelarmes untergebracht sein. In dem anderen Gabelarm ist dann Platz für andere Einrichtungen des Drehkopfes, wie bspw. eine hydraulische Klemmeinrichtung zur Erzielung extrem hoher Haltemomente, sowie für Messeinrichtungen zur Erfassung der Positionierung in der A-Achse.The fork of the turret has a plan view of a substantially U-shaped configuration with a base for securing to the support arm, in particular the rotationally driven sleeve and with the free projecting from the base fork arms, which are substantially parallel to each other. Each fork arm has a housing defining a substantially cubic interior. Advantageously, the second drive means can be completely housed in the interior of only a single fork arm. In the other fork arm is then room for other facilities of the rotary head, such as. A hydraulic clamping device to achieve extremely high holding torques, and for measuring devices for detecting the positioning in the A-axis.

Erfindungsgemäß sind der zweite und der dritte Antriebsmotor näher an der Basis der Gabel angeordnet, während die zweite Achse näher an dem freien Ende der Gabelarme angeordnet ist. Dazwischen ist die Getriebeeinrichtung eingefügt. In anderen Worten, ist in der normalen vertikalen Betriebsstellung der gesamte Antriebsstrang für die A-Achse, einschließlich der Motoreinrichtung und der Getriebeeinrichtung, oberhalb der A-Achse angeordnet. Damit wird eine schlanke, nach unten verjüngte kompakte Bauform erreicht, die dem Dreh- bzw. Fräskopf eine äußerst geringe Störkontur verleiht.According to the invention, the second and the third drive motor are arranged closer to the base of the fork, while the second axis is arranged closer to the free end of the fork arms. In between, the transmission device is inserted. In other words, in the normal vertical operating position, the entire A-axis powertrain, including the engine and transmission devices, is located above the A-axis. Thus, a slim, tapered down compact design is achieved, which gives the turning or milling head an extremely low interference contour.

Zwischen den Gabelarmen ist die Spindeleinrichtung schwenkbar angeordnet, die eine Spindelaufnahme für eine Arbeitsspindel aufweist. Es können unterschiedliche Spindeln für diverse Bearbeitungsaufgaben eingesetzt werden.Between the fork arms, the spindle device is pivotally mounted, which has a spindle receptacle for a work spindle. Different spindles can be used for various machining tasks.

Die erfindungsgemäße Konfiguration des Antriebsstrangs für die A-Achse ermöglicht es, den zweiten und den dritten Antriebsmotor anzusteuern, um sie gleichzeitig entweder in gleichem Wirkungssinne, um die Drehmomentabgabe zu erhöhen, oder im entgegengesetzten Wirkungssinne zu betreiben, um die Antriebsmotoren elektronisch gegeneinander zu verspannen und somit jedes Spiel in dem Antriebsstrang zu eliminieren. Dies wird durch eine Steuerungseinrichtung erreicht, die zur Steuerung der ersten und der zweiten Antriebseinrichtung dient, um die Spindeleinrichtung in der ersten und der zweiten Achse zu positionieren. Insbesondere weist die Steuerungseinrichtung vorzugsweise eine Ansteuerungslogik auf, die eingerichtet ist, um in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen den zweiten und den dritten Antriebsmotor gegensinnig wirken zu lassen, um sie elektronisch spielfrei gegeneinander zu verspannen, und/oder diese gleichsinnig wirken zu lassen, um die Antriebskraft zu erhöhen. Im letzteren Fall können sehr starke Beschleunigungen und hohe Drehmomente erzielt werden, wobei dann bei den starken Beschleunigungen die Trägheit der Masse entgegenwirkt, um Spiele im Antriebsstrang zu beseitigen oder zumindest auf ein Minimum zu reduzieren.The A-axis powertrain configuration of the present invention allows the second and third drive motors to be driven simultaneously to operate in either the same sense to increase torque output or in the opposite sense to electronically clamp the drive motors together thus eliminating any play in the powertrain. This is done by a Controlling device is achieved, which serves to control the first and the second drive means to position the spindle device in the first and the second axis. In particular, the control device preferably has a control logic that is set up to allow the second and the third drive motor to act in opposite directions depending on operating conditions in order to brace them against each other electronically and / or to allow them to act in the same direction in order to increase the drive force increase. In the latter case, very strong accelerations and high torques can be achieved, in which case counteracts the inertia of the mass at the strong accelerations to eliminate or at least minimize to games in the drive train.

Außerdem weist der erfindungsgemäße Drehkopf vorzugsweise eine Messeinrichtung zur Erfassung der relativen Winkelstellung bzw. -geschwindigkeit der Spindeleinrichtung um die erste und die zweite Achse A, C auf. Es können optische, mechanische, magnetische oder kapazitive Messsysteme eingesetzt werden, oder die Positionsdaten können indirekt aus der relativen Winkellage bspw. von Antriebswellen der Motoren oder dgl. abgeleitet werden. Jedenfalls werden die erfassten Positionsdaten der Steuerungseinrichtung zugeführt und zur genauen Steuerung der Positionierung in den beiden Achse A, C verwendet.In addition, the rotary head according to the invention preferably has a measuring device for detecting the relative angular position or speed of the spindle device about the first and the second axis A, C. Optical, mechanical, magnetic or capacitive measuring systems can be used, or the position data can be derived indirectly from the relative angular position, for example, of drive shafts of the motors or the like. In any case, the detected position data is supplied to the control device and used for precise control of the positioning in the two axes A, C.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus Unteransprüchen, den Zeichnungen sowie der zugehörigen Beschreibung. Es zeigen:Further advantageous details of the invention will become apparent from the dependent claims, the drawings and the associated description. Show it:

1 einen erfindungsgemäßen Fräskopf als Teil einer Fräsmaschine in einer ausschnittsweisen, stark schematisierten perspektivischen Darstellung; 1 a milling head according to the invention as part of a milling machine in a fragmentary, highly schematic perspective view;

2 eine vergrößerte Darstellung des erfindungsgemäßen Fräskopfes nach 1 in einer vereinfachten Perspektivdarstellung mit zum Teil abgenommenem Gehäuse; 2 an enlarged view of the milling head according to the invention 1 in a simplified perspective view with partially removed housing;

3 den Fräskopf nach 1 und 2 in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung, zum Teil aufgeschnitten und in anderem Maßstab; und 3 the milling head 1 and 2 in a simplified perspective view, partially cut open and on a different scale; and

4 den Fräskopf nach 1 bis 3 in einer vereinfachten perspektivischen Seitendarstellung, zum Teil aufgeschnitten, im gleichen Maßstab wie in 3, jedoch mit anderer Blickrichtung. 4 the milling head 1 to 3 in a simplified perspective side view, partly cut open, on the same scale as in 3 , but with a different perspective.

1 zeigt in einer schematisierten Darstellung einen Ausschnitt einer Werkzeugmaschine 1, die hier lediglich durch einen Tragbalken 2 angedeutet ist. Die Werkzeugmaschine 1 kann eine Fräsmaschine, insbesondere eine Portalfräsmaschine, zur 5-Achsen-Simultanbearbeitung von Werkstücken sein und drei angetriebene Linearachsen X, Y und Z sowie wenigstens zwei angetriebene Drehachsen A, C aufweisen. Im Detail weist die Fräsmaschine 1 den Tragbalken 2 auf, der an einem bewegbaren Portal oder Ausleger montiert sein kann, das bzw. der in einer durch einen Doppelpfeil angezeigten, z. B. horizontalen X-Richtung verfahrbar ist. Der Tragbalken selbst ist vorzugsweise derart gelagert und geführt, dass er in einer hier ebenfalls durch einen Doppelpfeil angezeigten weiteren horizontalen Y-Richtung senkrecht zu der X-Richtung verfahrbar ist. Der Tragbalken 2 trägt einen Fräskopf 3, der einen Tragarm 4 und einen Schwenkkörper 6 aufweist. 1 shows a schematic representation of a section of a machine tool 1 here only by a stringers 2 is indicated. The machine tool 1 may be a milling machine, in particular a portal milling machine, for 5-axis simultaneous machining of workpieces and three driven linear axes X, Y and Z and at least two driven axes of rotation A, C have. In detail, the milling machine 1 the stringers 2 on, which may be mounted on a movable portal or arm, the or in a indicated by a double arrow, z. B. horizontal X-direction is movable. The supporting beam itself is preferably mounted and guided in such a way that it can be moved perpendicular to the X direction in a further horizontal Y direction, which is also indicated here by a double arrow. The stringers 2 carries a milling head 3 , a carrying arm 4 and a swivel body 6 having.

Der Tragarm 4 des Fräskopfes 3 ist mit einem Ende in dem Tragbalken 2 der Fräsmaschine 1 in vertikaler Z-Richtung verschiebbar gelagert und geführt und mit seinem anderen Ende mit dem Schwenkkörper 6 verbunden. Der Schwenkkörper 6 ist in Form eines U-förmigen Gabelkopfes mit zwei Gabelarmen 7a, 7b ausgebildet, die von einer an dem Tragarm 4 befestigten Basis 8 aus parallel zueinander, in 1 senkrecht nach unten vorragen.The support arm 4 of the milling head 3 is with one end in the stringers 2 the milling machine 1 Slidably mounted and guided in the vertical Z-direction and guided with its other end to the swivel body 6 connected. The swivel body 6 is in the form of a U-shaped clevis with two fork arms 7a . 7b formed by one on the support arm 4 fixed base 8th from parallel to each other, in 1 project vertically downwards.

Zwischen den Gabelarmen 7a, 7b ist eine Spindeleinrichtung 9 mit einer Frässpindel 9 aufgenommen, die an ihrem über die Gabelarme 7a, 7b hinausragenden freien Ende ein Werkzeug 11 zur spanabhebenden Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere ein Fräswerkzeug, trägt.Between the fork arms 7a . 7b is a spindle device 9 with a milling spindle 9 taken at her over the fork arms 7a . 7b projecting free end a tool 11 for the machining of workpieces, in particular a milling tool, carries.

Der Schwenkkörper 6 des Fräskopfs 3 ist in Bezug auf den Tragbalken 2 und den Tragarm 4 um eine erste Drehachse C drehbar angeordnet, die hier im Wesentlichen zentral durch den Tragbalken und den Fräskopf 3 in deren Längsrichtung parallel zu der vertikalen Z-Richtung verläuft. Die Frässpindel 9 ist um eine weitere Drehachse A verschwenkbar, die hier in horizontaler Richtung senkrecht zu der Drehachse C verläuft. Somit kann der Fräskopf 3 in allen drei Koordinatenrichtungen X, Y und Z eines dreidimensionalen Messraums beliebig positioniert und die Frässpindel 10 mit dem Werkzeug 11 um die beiden Drehachsen A, C verschwenkt werden, um eine für die jeweilige Bearbeitungsstelle geeignete Winkellage im Raum einzunehmen.The swivel body 6 of the milling head 3 is in relation to the stringers 2 and the support arm 4 rotatably arranged about a first axis of rotation C, here substantially centrally through the support beam and the milling head 3 in the longitudinal direction parallel to the vertical Z-direction. The milling spindle 9 is pivotable about a further axis of rotation A, which in this case runs in the horizontal direction perpendicular to the axis of rotation C. Thus, the milling head 3 in all three coordinate directions X, Y and Z of a three-dimensional measuring space arbitrarily positioned and the milling spindle 10 with the tool 11 be pivoted about the two axes of rotation A, C in order to take a suitable angular position for the respective processing site in space.

Die Verfahrbewegungen des Fräskopfs 3 und die Stellbewegungen der Frässpindel 9 sind durch eine numerische Steuerung gesteuert, die in 1 durch einen Block 12 veranschaulicht ist, während weitere Einzelheiten ebenso wie die linearen Antriebe, Führungen, Schlitten, Wegmesssysteme und dgl. aus Übersichtlichkeitsgründen weggelassen sind. Diese Einrichtungen sind als solche bekannt und nicht Gegenstand der Erfindung. Die Drehantriebe zum Antrieb und zur Steuerung der Drehung um die A- und die C-Achse sind nachstehend im Zusammenhang mit 2 bis 4 näher erläutert.The movements of the milling head 3 and the adjusting movements of the milling spindle 9 are controlled by a numerical control, which in 1 through a block 12 while other details as well as the linear drives, guides, carriages, path measuring systems and the like are omitted for clarity. These devices are known as such and not the subject of the invention. The rotary actuators for driving and controlling the rotation about the A- and the C-axis are hereafter related to 2 to 4 explained in more detail.

2 zeigt auf leicht vereinfachte Weise den erfindungsgemäßen Fräskopf 3 als solchen in einer gegenüber 1 leicht vergrößerten Darstellung. Es sind der Tragarm 4 und der Schwenkkörper 5 ersichtlich, während das Fräswerkzeug 11 hier weggelassen ist. Der Tragarm 4 weist ein mehrteiliges Gehäuse 13 mit einer hier zylindrischen Außenfläche auf, die koaxial zu einer zentralen Mittelachse verläuft, die mit der Drehachse C übereinstimmt. An dem in 2 oberen Ende des Tragarms 4 sind Anschlüsse 14 vorgesehen, die elektrische Anschlüsse zur Verbindung mit einer elektrischen Energieversorgung, Kommunikationsanschlüsse zur Verbindung mit der Steuerungseinrichtung 12, um Steuersignale von dieser zu empfangen und Messsignale zu dieser zu übertragen, sowie pneumatische und/oder hydraulische Anschlüsse zum Zuführen von Schmiermittel und/oder Kühlfluid zu dem Fräskopf 3 umfassen. 2 shows in a slightly simplified manner the milling head according to the invention 3 as such in one opposite 1 slightly enlarged view. It is the arm 4 and the swivel body 5 visible while the milling tool 11 omitted here. The support arm 4 has a multi-part housing 13 with a cylindrical outer surface here, which runs coaxially to a central central axis, which coincides with the axis of rotation C. At the in 2 upper end of the support arm 4 are connections 14 provided, the electrical connections for connection to an electrical power supply, communication terminals for connection to the control device 12 to receive control signals therefrom and transmit measurement signals thereto, and pneumatic and / or hydraulic ports for supplying lubricant and / or cooling fluid to the milling head 3 include.

Im Inneren des Gehäuses 13 des Tragarms 4 ist eine hier nicht näher veranschaulichte erste Antriebseinrichtung 15 angeordnet, die für den Antrieb und zur Steuerung der Drehung des Gabelkopfs 6 um die erste Achse C dient. Die erste Antriebseinrichtung 15 ist in den 3 und 4 veranschaulicht und in Zusammenhang mit diesen nachstehend detaillierter beschrieben.Inside the case 13 of the support arm 4 is a not shown here in detail first drive means 15 arranged for driving and controlling the rotation of the clevis 6 around the first axis C serves. The first drive device 15 is in the 3 and 4 and described in more detail below in connection with these.

Zum Antrieb und zur Steuerung der Drehung der Spindeleinrichtung 9 in Bezug auf die zweite Achse A ist eine zweite Antriebseinrichtung 16 vorgesehen, die in dem Gabelkopf 6 angeordnet und aus 2 ersichtlich ist. In 2 ist eine Gehäusewand 17 des Gabelarms 7b entfernt, um einen Blick in den Innenraum 18 des Gabelarmes 7b zuzulassen. Wie ersichtlich, ist die zweite Antriebseinrichtung 16 vollständig in dem Innenraum 18 des Gabelarmes 7b untergebracht. Sie weist eine Motoreinrichtung 19 mit einem ersten und einem zweiten Antriebsmotor 21, 22 und eine Getriebeeinrichtung 23 (nachfolgend auch als Zahnradgetriebeeinrichtung bezeichnet) auf, die die Antriebsmotoren 21, 22 mit der Spindeleinrichtung 9 antriebsmäßig verbindet. Details zu der Motoreinrichtung 19 und der Getriebeeinrichtung 23 sind in den 3 und 4 veranschaulicht und im Zusammenhang mit diesen nachstehend näher erläutert.For driving and controlling the rotation of the spindle device 9 with respect to the second axis A is a second drive means 16 provided in the clevis 6 arranged and off 2 is apparent. In 2 is a housing wall 17 of the fork arm 7b removed to take a look inside 18 of the fork arm 7b permit. As can be seen, the second drive means 16 completely in the interior 18 of the fork arm 7b accommodated. It has a motor device 19 with a first and a second drive motor 21 . 22 and a transmission device 23 (hereinafter also referred to as gear transmission device) on which the drive motors 21 . 22 with the spindle device 9 drivingly connects. Details of the engine setup 19 and the transmission device 23 are in the 3 and 4 illustrated and explained in more detail below in connection with these.

Es wird nun auf 3 und 4 Bezug genommen, die in vereinfachten Darstellungen, in vergrößertem Maßstab und zum Teil aufgeschnitten, Details des erfindungsgemäßen Fräskopfs 1 mit der ersten und der zweiten Antriebseinrichtung 14, 16 veranschaulichen. 3 zeigt eine Perspektivansicht, bei der die Schnittebene, die den Tragarm 4 und den Schwenkkörper 6 weitgehend schneidet, im wesentlichen durch die C-Achse verläuft, während 4 eine gegenüber 3 leicht verdrehte perspektivische Seitenansicht zeigt, bei der die Schnittebene weiter nach außen verlegt ist, um weitere Details zu veranschaulichen.It will be up now 3 and 4 Referenced, in simplified representations, on an enlarged scale and partially cut, details of the milling head according to the invention 1 with the first and second drive means 14 . 16 illustrate. 3 shows a perspective view in which the cutting plane, the support arm 4 and the swivel body 6 largely intersects, substantially through the C axis, while 4 one opposite 3 slightly twisted perspective side view, in which the cutting plane is moved further outward to illustrate more details.

Bezug nehmend auf 3 definiert das Gehäuse 13 des Tragarms 4 einen Innenraum 24, in dem die erste Antriebs einrichtung 15 sowie eine von dieser angetriebene Hülse 25 angeordnet sind. Die Hülse 26 verläuft längs des Tragarms 4, konzentrisch zu der C-Achse und ist hier mehrteilig ausgebildet, wobei ein in den 3 und 4 unteres Ende der Hülse 26 an dem Gabelkopf 6 befestigt ist. Im mittleren Bereich der Hülse 26 befindet sich zwischen dieser und dem Gehäuse 13 des Tragarms 4 die erste Antriebseinrichtung 15.Referring to 3 defines the housing 13 of the support arm 4 an interior 24 , in which the first drive device 15 and a driven by this sleeve 25 are arranged. The sleeve 26 runs along the support arm 4 , concentric with the C-axis and is here formed in several parts, with one in the 3 and 4 lower end of the sleeve 26 on the clevis 6 is attached. In the middle area of the sleeve 26 is located between this and the housing 13 of the support arm 4 the first drive device 15 ,

Die erste Antriebseinrichtung 15 ist zum direkten Antrieb und zur Steuerung der Gabeldrehung eingerichtet. Sie ist hier vorteilhafterweise durch einen Torquemotor 27, also einen für hohe Drehmomente ausgelegten Servomotor, gebildet, zu dem im Wesentlichen ein ringförmiger Stator 28 und ein innerhalb des Stators 28 drehbar angeordneter Rotor 29 gehören. Der Statur 28 trägt die zur Erregung des Torquemotors 27 dienenden Drehstromwicklungen, während der Rotor 29 mit Permanentmagneten versehen ist. Der Stator 28 ist an dem Gehäuse 13 geeignet fixiert. Der ebenfalls ringförmige Rotor 29 ist unter Ausbildung eines geringen Spalts dem Stator 28 radial gegenüberliegend angeordnet und an der Hülse 26 drehfest angebracht.The first drive device 15 is designed for direct drive and for controlling the fork rotation. It is here advantageously by a torque motor 27 , Thus, designed for high torque servomotor, formed, which is essentially an annular stator 28 and one inside the stator 28 rotatably mounted rotor 29 belong. The stature 28 contributes to the excitement of the torque motor 27 serving three-phase windings, while the rotor 29 is provided with permanent magnets. The stator 28 is on the case 13 fixed properly. The likewise annular rotor 29 is to form a small gap the stator 28 arranged radially opposite and on the sleeve 26 rotatably attached.

Die Hülse 26 ist zur Drehung um die Achse C durch übliche Lageranordnungen geeignet gelagert, die hier nicht näher veranschaulicht sind. Es ist jedoch unterhalb des Torquemotors 27 in den 3 und 4 eine vorzugsweise hydraulische oder pneumatische Klemmeinrichtung 31 veranschaulicht, die dazu dient, bedarfsweise, für schwere Bearbeitung, z. B. Schrupparbeiten, durch hydraulische Klemmung die Hülse 26 fest mit dem Gabelkopf 6 zu verbinden und damit den Torquemotor 27 aus der Regelung herauszunehmen. Dadurch lassen sich wesentlich höhere Haltemomente erzielen als mit dem Torquemotor 27.The sleeve 26 is suitably supported for rotation about the axis C by conventional bearing arrangements, which are not illustrated here. It is however below the torque motor 27 in the 3 and 4 a preferably hydraulic or pneumatic clamping device 31 which serves, if necessary, for heavy processing, for. B. Schrupparbeiten, by hydraulic clamping the sleeve 26 firmly with the fork head 6 to connect and thus the torque motor 27 to be removed from the scheme. As a result, much higher holding torques can be achieved than with the torque motor 27 ,

Ferner ist in den 3 und 4 eine Messeinrichtung 32 veranschaulicht, die dazu dient, die relative Winkelstellung oder Geschwindigkeit der Hülse 26 und des daran befestigten Gabelkopfes 6 in Bezug auf die C-Achse zu erfassen und hierfür kennzeichnende Signale an die Steuerungseinrichtung 12 zu senden. Die Messeinrichtung 32 weist eine mit der Hülse 26 drehfeste Maßverkörperung 33 und einen zugehörigen Messkopf 34 auf, der ortsfest angebracht ist und anhand der Maßverkörperung 33 bspw. die Winkelposition absolut erfasst. Die Messeinrichtung 32 kann magnetisch, optisch oder auf sonstige geeignete Weise arbeiten.Furthermore, in the 3 and 4 a measuring device 32 which serves to determine the relative angular position or speed of the sleeve 26 and the fork head attached to it 6 with respect to the C axis and signals indicative thereof to the controller 12 to send. The measuring device 32 has one with the sleeve 26 rotatable measuring standard 33 and an associated measuring head 34 on, which is fixed and based on the material measure 33 For example, the angular position detected absolutely. The measuring device 32 can work magnetically, optically or in any other suitable way.

In den 3 und 4 ist auch die zweite Antriebseinrichtung 16 für die A-Achse detailliert veranschaulicht, wie sie die beiden Antriebsmotoren 21 und 22 und die Getriebeeinrichtung 23 aufweist. Die beiden Antriebsmotoren 21 und 22 sind hier vorteilhafterweise ebenfalls als Torquemotoren und insbesondere baugleich als Innenläufer-Ringmotoren ausgebildet. Sie weisen jeweils einen äußeren Statorring 36, der die Drehstromwicklungen trägt, und einen mit Permanentmagneten bestückten inneren Rotorring 37 auf. Allerdings sind die Torquemotoren 21, 22 hier nicht als Direktantriebsmotoren an die Spindeleinrichtung 9 angekoppelt. Vielmehr enthält die zweite Antriebseinrichtung 16 die untersetzende Zahnradgetriebeeinrichtung 23, die zwischen den Torquemotoren 21, 22 und der Spindeleinrichtung 9 zur Übertragung der Drehbewegung und insbesondere zur Drehmomenterhöhung eingefügt ist. Nachdem die beiden Torquemotoren 21, 22 im Wesentlichen baugleich ausgebildet und durch die Getriebeeinrichtung 23 in gleicher Weise, parallel mit der Spindeleinrichtung 9 gekoppelt sind, genügt es im Folgenden, den Antriebsstrang zwischen dem ersten Torquemotor 21 und der Spindeleinrichtung 9 zu beschreiben. Die Ausführungen gelten dann sinngemäß auch für den zweiten Antriebsstrang, der von dem zweiten Antriebsmotor 22 zu der Spindeleinrichtung 9 führt. In the 3 and 4 is also the second drive device 16 detailed for the A-axis as they illustrate the two drive motors 21 and 22 and the transmission device 23 having. The two drive motors 21 and 22 are here also advantageously designed as torque motors and in particular identical in construction as internal rotor ring motors. They each have an outer stator ring 36 which carries the three-phase windings, and an inner rotor ring equipped with permanent magnets 37 on. However, the torque motors 21 . 22 not here as direct drive motors to the spindle device 9 coupled. Rather, the second drive device contains 16 the reducing gear transmission device 23 between the torque motors 21 . 22 and the spindle device 9 is inserted for transmitting the rotational movement and in particular for increasing the torque. After the two torque motors 21 . 22 formed substantially identical and by the transmission device 23 in the same way, in parallel with the spindle device 9 coupled, it is sufficient in the following, the drive train between the first torque motor 21 and the spindle device 9 to describe. The comments apply mutatis mutandis to the second drive train of the second drive motor 22 to the spindle device 9 leads.

Unter besonderer Bezugnahme auf 4, ist der Statorring 36 des Torquemotors 21 (bzw. 22) an einem Motorlagergehäuse 38 befestigt, das mit dem Gehäuse 39 des Gabelkopfs 6 starr verbunden ist. Der Rotorring 37 ist mit einer Motorwelle 41 drehfest verbunden, die an dem Motorlagergehäuse 38 über eine Wälzlageranordnung 42 drehbar gelagert ist. Die Motorwelle 41 trägt ein Ritzel 43, das vorzugsweise integral, in einem Stück gemeinsam mit der Motorwelle 41 ausgebildet ist und das ein Eingangselement der Getriebeeinrichtung 23 bildet.With particular reference to 4 , is the stator ring 36 of the torque motor 21 (respectively. 22 ) on an engine mount housing 38 attached to the case 39 of the clevis 6 is rigidly connected. The rotor ring 37 is with a motor shaft 41 rotatably connected to the engine mount housing 38 via a rolling bearing arrangement 42 is rotatably mounted. The motor shaft 41 carries a pinion 43 preferably integrally, in one piece together with the motor shaft 41 is formed and that is an input element of the transmission device 23 forms.

Wie weiter insbesondere aus 4 ersichtlich, ist die Getriebeeinrichtung 23 hier als ein Zahnradgetriebe mit zwei Untersetzungsstufen ausgebildet. Die erste Untersetzungsstufe ist durch das mit der Motorwelle 41 drehfeste Antriebsritzel 43 und ein großes Zwischenwellen-Zahnrad 44 gebildet, das auf einer Zwischenwelle 46 drehfest angebracht ist und mit dem Ritzel 43 kämmend in Eingriff steht. Die Zwischenwelle 46 ist hier zwischen dem Antriebsmotor 21 (bzw. 22) und der zweiten Achse A in einem mittleren Bereich der Längserstreckung des Gabelarms 7b von der Basis 8 bis zu seinem freien unteren Ende angeordnet. Die Zwischenwelle 46 ist mit ihren beiden Enden durch eine Schrägrollenlageranordnung 47 an dem Gehäuse 39 drehbar montiert. Sie weist neben dem großen Zwischenwellen-Zahnrad 44 ferner ein kleines Zwischenwellen-Zahnrad 48 auf, das hier integral, in einem Stück gemeinsam mit der Zwischenwelle 46 ausgebildet ist und mit einem Abtriebszahnrad 49 kämmend in Eingriff steht, das das Ausgangselement der Getriebeeinrichtung 23 bildet. Das Abtriebszahnrad 49 ist über eine Befestigungseinrichtung 50, die eine Abtriebshülse 51 und Schraubbefestigungsmittel 52 aufweist, mit der Spindeleinrichtung 9 fixiert. Eine A-Achsen-Lageranordnung 53 lagert drehbar die Abtriebshülse 51 gemeinsam mit dem Abtriebszahnrad 49.As further in particular from 4 can be seen, is the transmission device 23 designed here as a gear transmission with two reduction stages. The first reduction stage is that with the motor shaft 41 non-rotating drive pinion 43 and a big intermediate shaft gear 44 formed on an intermediate shaft 46 rotatably attached and with the pinion 43 combing engaged. The intermediate shaft 46 is here between the drive motor 21 (respectively. 22 ) and the second axis A in a central region of the longitudinal extent of the fork arm 7b from the base 8th arranged to its free lower end. The intermediate shaft 46 is with its two ends by a tapered roller bearing assembly 47 on the housing 39 rotatably mounted. It points next to the large intermediate shaft gear 44 Furthermore, a small intermediate shaft gear 48 on, here integral, in one piece together with the intermediate shaft 46 is formed and with a driven gear 49 is meshingly engaged, which is the output element of the transmission device 23 forms. The output gear 49 is about a fastening device 50 that has an output sleeve 51 and screw fasteners 52 having, with the spindle device 9 fixed. An A-axis bearing assembly 53 rotatably supports the output sleeve 51 together with the output gear 49 ,

Wie oben erwähnt, weist die Getriebeeinrichtung 23 zwei Zwischenwellen 46 auf, wobei jede Zwischenwelle 46 mit einem der Torquemotoren 21 und 22 über die erste Zahnraduntersetzungsstufe 43, 44 gekoppelt ist, während die Zwischenwellen 46 ferner über ihre Zwischenwellen-Zahnräder 48 mit einem gemeinsamen Abtriebszahnrad 49 gekoppelt sind, wobei die Zahnräder 48, 49 die zweite Zahnraduntersetzungsstufe bilden. Während vorstehend die dem ersten Torquemotor 21 zugeordneten Antriebsstrangkomponenten im Einzelnen beschrieben worden sind, sind die dem zweiten Torquemotor 22 zugeordneten Antriebsstrangkomponenten die gleichen. Insbesondere sind die Zwischenwelle 46, die dem Torquemotor 22 zugeordnet ist, gemeinsam mit den beiden Zwischenwellen-Zahnrädern 44, 48 aus 3 ersichtlich.As mentioned above, the transmission device 23 two intermediate waves 46 on, with each intermediate shaft 46 with one of the torque motors 21 and 22 over the first gear reduction stage 43 . 44 is coupled while the intermediate waves 46 also via their intermediate shaft gears 48 with a common output gear 49 are coupled, with the gears 48 . 49 form the second gear reduction stage. While above the first torque motor 21 assigned powertrain components have been described in detail, which are the second torque motor 22 associated powertrain components the same. In particular, the intermediate shaft 46 that the torque motor 22 is assigned, together with the two intermediate shaft gears 44 . 48 out 3 seen.

Wie ferner aus 3 ersichtlich ist, ist in dem anderen Gabelarm 7a, in dem keine Antriebsstrangkomponenten angeordnet sind, eine weitere Winkelmesseinrichtung 54 mit einer Maßverkörperung 56 und einem zugehörigen Lesekopf 57 vorgesehen. Die Maßverkörperung 56 ist an einer mit der Spindeleinrichtung drehfesten Hülse 58 angeordnet, während der Lesekopf 57 an einem Abschnitt des Gehäuses 39 des Gabelkopfes 6 befestigt ist. Die zweite Winkelmesseinrichtung 54 liefert zu der Steuerungseinrichtung Signale, die die Winkellage der Spindeleinrichtung 3 über der Schwenkachse A kennzeichnen.As further out 3 it can be seen is in the other fork arm 7a in which no drivetrain components are arranged, another angle measuring device 54 with a material measure 56 and an associated read head 57 intended. The measuring standard 56 is on a rotatably with the spindle device sleeve 58 arranged while the reading head 57 at a section of the housing 39 of the clevis 6 is attached. The second angle measuring device 54 provides to the control means signals indicative of the angular position of the spindle means 3 Mark above pivot axis A.

Außerdem ist in dem Gabelarm 7a eine weitere Klemmeinrichtung 59 untergebracht, die auf vorzugsweise hydraulische oder pneumatische Weise die Spindeleinrichtung 9 mit der Frässpindel 10 mit sehr hoher Haltekraft in Bezug auf das Gehäuse 39 des Gabelkopfes 6 festsetzen kann, so dass die Torquemotoren 21, 22 und die Getriebeeinrichtung 23 z. B. bei schweren Bearbeitungsoperationen aus der Regelung herausgenommen werden können.Also, in the fork arm 7a another clamping device 59 accommodated, preferably in a hydraulic or pneumatic manner, the spindle device 9 with the milling spindle 10 with very high holding power in relation to the housing 39 of the clevis 6 can set, so that the torque motors 21 . 22 and the transmission device 23 z. B. can be removed from the control in heavy machining operations.

Die Spindeleinrichtung 9 weist in herkömmlicher Weise eine Spindelaufnahme 61 mit einem im Wesentlichen rohrförmigen Gehäuse 62 auf, in dem die Arbeitsspindel, insbesondere Frässpindel 10, mit dem Werkzeug 11 auswechselbar aufgenommen ist. Die Spindel 10 weist vorzugsweise einen eigenen Motorantrieb für das Werkzeug 11 auf.The spindle device 9 has a spindle receptacle in a conventional manner 61 with a substantially tubular housing 62 on, in which the work spindle, in particular milling spindle 10 , with the tool 11 is interchangeable added. The spindle 10 preferably has its own motor drive for the tool 11 on.

Der erfindungsgemäße Fräskopf 3 weist weitere Einrichtungen und Mittel auf, die in den Figuren nur zum Teil veranschaulicht und nicht näher bezeichnet sind. Hierzu gehören z. B. mit den Anschlüssen 14 verbundene elektrische Versorgungsleitungen, Leitungen zur Zuführung eines Kühlfluids für die Antriebsmotoren, Leitungen zur Zuführung eines Schmiermittels und/oder eines Kühlmittels für das Fräswerkzeug und dgl. Derartige und weitere Einrichtungen und Mittel sind zwar für die Erfindung an sich nicht wesentlich. Durch die vorteilhafte Unterbringung der zweiten Antriebseinrichtung in lediglich einem der Gabelarme 7a, 7b, können diese aber besonders einfach insbesondere in dem anderen Gabelarm untergebracht bzw. geführt werden.The milling head according to the invention 3 has other facilities and resources available in the Figures are only partially illustrated and unspecified. These include z. B. with the connections 14 connected electrical supply lines, lines for supplying a cooling fluid for the drive motors, lines for supplying a lubricant and / or a coolant for the milling tool and the like. Such and other means and devices are not essential to the invention per se. Due to the advantageous placement of the second drive means in only one of the fork arms 7a . 7b However, these can be accommodated or guided particularly easily, in particular in the other fork arm.

Der insoweit beschriebene erfindungsgemäße Fräskopf 3 wird vorzugsweise an einer Fräsmaschine 1 zur simultanen 5-Achsen-Bearbeitung von Werkstückoberflächen mit hoher Oberflächengüte, insbesondere zur Großteilebearbeitung, in der Automobil-, Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt. Der Fräskopf funktioniert wie folgt:
Im Betrieb wird der Tragbalken 2 mit dem daran gehaltenen Fräskopf in der gewünschten Weise in dem Messraum verfahren, um die Frässpindel 10 an der gewünschten Bearbeitungsposition und in der gewünschten Bearbeitungslage mit einem Werkstück in Eingriff zu bringen. Hierzu aktiviert die in 1 veranschaulichte Steuerungseinrichtung 12 der Fräsmaschine 1 die den linearen Achsen X, Y und Z zugeordneten Antriebe und steuert gleichzeitig die erste und die zweite Antriebseinrichtung 15, 16 an, um die Torquemotoren 27, 21, 22 geeignet zu betreiben, um damit eine Drehung der Rotoren 29 und 37 und somit eine gesteuerte Drehung der damit gekoppelten Spindeleinrichtung 9 um die Achsen C und A zu bewirken. Das Fräswerkzeug 11 kann so bei hohen Vorschub- und Schnittgeschwindigkeiten bezüglich der zu bearbeitenden Oberfläche unter dem erforderlichen Winkel gehalten werden. Bei abrupten Änderungen der linearen Achse oder Kontur der maschinell bearbeiteten Oberfläche sind schnelle Korrekturbewegungen der Drehachsen C und A unter Beibehaltung der erforderlichen Winkellage möglich.The milling head according to the invention described so far 3 is preferably on a milling machine 1 For the simultaneous 5-axis machining of workpiece surfaces with high surface quality, especially for large parts machining, used in the automotive, aerospace industry. The milling head works as follows:
In operation, the stringers 2 with the milling head held in the desired manner in the measuring room moved to the milling spindle 10 at the desired machining position and in the desired machining position with a workpiece in engagement. To do this, activate the in 1 illustrated control device 12 the milling machine 1 the drives associated with the linear axes X, Y and Z and at the same time controls the first and second drive means 15 . 16 to the torque motors 27 . 21 . 22 suitable to operate, thus turning the rotors 29 and 37 and thus a controlled rotation of the spindle device coupled thereto 9 to cause the axes C and A. The milling tool 11 can be kept at the required angle at high feed and cutting speeds with respect to the surface to be machined. For abrupt changes in the linear axis or contour of the machined surface rapid correction movements of the axes of rotation C and A while maintaining the required angular position possible.

Der Torquemotor 27 der ersten Antriebseinrichtung stellt als Direktantrieb eine schnelle Beschleunigung und Abbremsung des Fräskopfes 3 um die erste Achse C sicher. Die zweite Antriebseinrichtung 16, also die beiden Torquemotoren 21, 22 gemeinsam mit dem zweistufigen Zahnradgetriebe 23, sorgt für ein sehr hohes Drehmoment bei ausreichender Geschwindigkeit und Dynamik beim Verschwenken der Frässpindel 10 um die zweite Achse A. Die von den Winkelmesseinrichtungen 32 und 54 gelieferten Signale ermöglichen der Steuerungseinrichtung 12, die Frässpindel 10 in der exakten Lage sowohl in der C- als auch in der A-Achse zu positionieren.The torque motor 27 The first drive device provides as a direct drive rapid acceleration and deceleration of the milling head 3 sure about the first axis C. The second drive device 16 So the two torque motors 21 . 22 together with the two-stage gear transmission 23 , ensures a very high torque with sufficient speed and dynamics when turning the milling spindle 10 around the second axis A. The from the angle measuring devices 32 and 54 supplied signals enable the controller 12 , the milling spindle 10 to position in the exact position in both the C and A axis.

Die exakte Positionierung ist insbesondere auch durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der zweiten Antriebseinrichtung 16 begünstigt, die hier ohne oder zumindest mit stark reduziertem Spiel arbeiten kann. Durch vorsehen von wenigstens zwei Antriebsmotoren 21, 22, die über die Getriebeeinrichtung 23 parallel zueinander angeschlossen und mit der Spindeleinrichtung 9 gekoppelt sind und die unabhängig voneinander ansteuerbar sind, kann einer der Motoren 21, 22 betrieben werden, um eine gewünschte Beschleunigung in einem Sinne rings um die A-Achse zu erzielen, während der andere Motor angesteuert wird, um in dem anderen Sinne, leicht bremsend zu wirken, so dass die beiden Motoren 21, 22 auf diese Weise elektronisch gegeneinander verspannt werden. Damit kann sowohl bei der gesteuerten Drehung der Spindeleinrichtung 9 rings um die A-Achse in jeder beliebigen Richtung als auch beim Halten der jeweiligen Bearbeitungsposition ein Spiel in dem A-Achsen-Antriebsstrang beseitigt oder wenigstens stark reduziert werden.The exact positioning is in particular also by the inventive design of the second drive means 16 favors who can work here without or at least with greatly reduced game. By providing at least two drive motors 21 . 22 passing over the gear mechanism 23 connected in parallel with each other and with the spindle device 9 coupled and which are independently controllable, one of the motors 21 . 22 be operated to achieve a desired acceleration in a sense around the A-axis, while the other motor is driven to act in the other sense, slightly braking, so that the two motors 21 . 22 be braced against each other in this way electronically. This can both in the controlled rotation of the spindle device 9 A clearance in the A-axis driveline is eliminated or at least greatly reduced around the A axis in any direction as well as while maintaining the respective machining position.

Die zugehörige Steuerlogik zum elektronischen verspannen der beiden Motoren 21, 22 gegeneinander ist vorzugsweise Teil der Gesamtsteuerung 12 für den Fräskopf 3 und ist in 1 als ein Block 63 innerhalb des die Steuerungseinrichtung kennzeichnenden Blocks 12 dargestellt. Ferner ist darin ein weiterer Block 64 dargestellt, der eine weitere Steuerlogik für einen weiteren Betriebsmodus des Fräskopfs 3 repräsentiert. Die weitere Steuerlogik 64 wird eingesetzt, wenn besonders hohe Beschleunigungen und Drehmomente benötigt werden. In diesem Fall sorgt die weitere Steuerlogik 64 dafür, dass beide Antriebsmotoren 21, 22 gleichzeitig im gleichen, beschleunigenden Sinne arbeiten und einander hinsichtlich der Antriebswirkungen verstärken. Bei den resultierenden hohen Beschleunigungen werden etwaige Spiele in dem A-Achsen-Antriebsstrang dann durch die Massenträgheit der Antriebsstrangkomponenten beseitigt bzw. minimiert.The associated control logic for the electronic clamping of the two motors 21 . 22 against each other is preferably part of the overall control 12 for the milling head 3 and is in 1 as a block 63 within the block characterizing the controller 12 shown. Furthermore, it is another block 64 shown, the another control logic for another mode of operation of the milling head 3 represents. The further control logic 64 is used when particularly high accelerations and torques are required. In this case, provides the further control logic 64 for having both drive motors 21 . 22 working simultaneously in the same accelerating sense and reinforcing each other in terms of the drive effects. At the resulting high accelerations, any clearance in the A-Axis driveline is then eliminated by the inertia of the powertrain components.

Es hat sich herausgestellt, dass mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der zweiten Antriebseinrichtung 16 für die A-Achse besonders hohe Drehmomente bei äußerst geringem Bauvolumen realisiert werden können. Erfindungsgemäß wird gezielt eine zweistufige Zahnradgetriebeeinrichtung eingesetzt, weil dadurch wesentlich kleiner bauende Torquemotoren zum Einsatz kommen können, während für die Arbeitsspindel das für die vorliegenden Anwendungen erforderliche hohe Drehmoment bereitgestellt wird. Jede Untersetzungsstufe weist hier vorzugsweise eine Getriebeuntersetzung von 1:6 auf, so dass bei einem gewünschten maximalen Ausgangsdrehmoment von etwa 1200 Nm die Torquemotoren 21, 22 nur für maximal etwa 30 Nm ausgelegt werden müssen. Es hat sich ferner herausgestellt, dass eine Kombination aus verhält nismäßig kleinen Torquemotoren und einem zweistufig untersetzenden Getriebe eine vorteilhaft reduzierte Störkontur des Fräskopfs 3 ergeben kann. Dies insbesondere, weil die Torquemotoren 21, 22 sowie ein Großteil der Getriebeeinrichtung 23 in dem in den Figuren oberen Bereich der Gabel 6, nahe der Basis 8, von der A-Achse entfernt untergebracht werden können. Dadurch kann die Bauform des Fräskopfs 3 in der Nähe der A-Achse und des Werkzeugs 11 weiter verjüngt werden, was ein Bearbeiten, insbesondere Fräsen noch feinerer Konturen auf engerem Raum ermöglicht. Auch das Gewicht des erfindungsgemäßen Fräskopfs ist verhältnismäßig gering, was auch seine Schwingungsneigung verringert.It has been found that with the embodiment according to the invention of the second drive device 16 For the A-axis particularly high torques can be realized at extremely low volume. According to the invention, a two-stage gear transmission device is used selectively, because it allows substantially smaller torque motors to be used, while providing the high working torque required for the present applications. Each reduction stage here preferably has a gear ratio of 1: 6, so that at a desired maximum output torque of about 1200 Nm, the torque motors 21 . 22 only be designed for a maximum of about 30 Nm. It has also been found that a combination of behaves tively small torque motors and a two-stage gear reduction an advantageously reduced interference contour of the milling head 3 can result. This particular, because the torque motors 21 . 22 and much of the transmission device 23 in the upper area of the fork in the figures 6 , near the base 8th , can be accommodated away from the A-axis. This allows the design of the milling head 3 near the A-axis and the tool 11 be further tapered, which allows editing, especially milling even finer contours in a narrower space. The weight of the milling head according to the invention is relatively low, which also reduces its tendency to oscillate.

Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Variationen und Modifikationen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen möglich. Bspw. könnte die erste Antriebseinrichtung 15 für die C-Achse auch einen Getriebemotor enthalten. Für die zweite Antriebseinrichtung 16 könnten prinzipiell auch mehr als zwei Torquemotoren verwendet werden. Die Getriebeeinrichtung 23 könnte andere Untersetzungsverhältnisse oder auch mehr als zwei Untersetzungsstufen aufweisen, wobei die zweistufige Ausgestaltung zur Erreichung einerseits einer Spielfreiheit in dem A-Achsen-Antriebsstrang und andererseits einer ausreichenden Steifigkeit und Dynamik von Vorteil ist. Die Zwischenwellen 46 und die Zahnräder 43, 44, 48, 49 der Getriebeeinrichtung 23 könnten auch anders gestaltet und/oder angeordnet sein, wobei stets auf eine schlanke Kontur des Drehkopfs 3 zu achten ist. Der erfindungsgemäße Drehkopf 3 könnte auch neben der A-Achse, anstelle oder zusätzlich zu der C-Achse, eine weitere drehangetriebene Achse, insbesondere eine zu den hier veranschaulichten Achsen A und C senkrecht ausgerichtete Achse B aufweisen.Numerous variations and modifications of the embodiments described above are possible within the scope of the invention. For example. could be the first drive device 15 for the C-axis also includes a geared motor. For the second drive device 16 In principle, more than two torque motors could be used. The transmission device 23 could have other reduction ratios or more than two reduction stages, the two-stage design for achieving on the one hand a backlash in the A-axis drive train and on the other hand, a sufficient rigidity and dynamics of advantage. The intermediate waves 46 and the gears 43 . 44 . 48 . 49 the transmission device 23 could also be designed and / or arranged differently, always with a slim contour of the turret 3 to pay attention. The rotary head according to the invention 3 For example, besides the A-axis, instead of or in addition to the C-axis, there could be another rotationally driven axis, in particular an axis B oriented perpendicularly to the axes A and C illustrated herein.

Ein Drehkopf zur gesteuerten Positionierung einer Werkzeugmaschinenspindel zur spanabhebenden Bearbeitung von Werkstücken weist eine um eine erste Achse C drehbar angeordnete Gabel 6 mit zwei im Abstand zueinander verlaufenden Gabelarmen 7a, 7b und eine zwischen den Gabelarmen schwenkbar gehaltene Spindeleinrichtung 9 auf, die um eine zweite Achse A in Bezug auf die Gabel 6 drehbar angeordnet ist. Eine erste Antriebseinrichtung 15 weist einen Torquemotor 27 auf, der zum Direktantrieb und zur Steuerung der Drehung der Gabel 6 um die erste Achse C mit dieser gekoppelt ist. Zum Antrieb und zur Steuerung der Drehung der Spindeleinrichtung 9 um die zweite Achse A dient eine in der Gabel 6 angeordnete zweite Antriebseinrichtung 16, die zwei Torquemotoren 21, 22 aufweist, die wirkungsmäßig parallel zueinander angeordnet und gesondert voneinander ansteuerbar sind. Zwischen den Torquemotoren 21, 22 und der Spindeleinrichtung 9 ist ein Zahnradgetriebe 23 mit zwei Untersetzungsstufen eingefügt, das zwei Zwischenwellen 46 aufweist, die jeweils mit einem der Torquemotoren 21, 22 sowie mit einem gemeinsamen Abtriebselement 49, 51 gekoppelt sind, das mit der Spindeleinrichtung 9 drehfest verbunden ist. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der zweiten Antriebseinrichtung 16 ermöglicht eine sehr hohe Drehmomentabgabe bei reduzierter Störkontur des Drehkopfs 3. Durch geeignete Ansteuerung können die beiden Torquemotoren 21, 22 elektronisch gegeneinander verspannt werden, um Spiele in dem Antriebsstrang für die zweite Achse A zu beseitigen, so dass hochpräzise Positionierungen in den beiden Achsen C, A bei der Bearbeitung von Werkstücken erreicht werden.A rotary head for the controlled positioning of a machine tool spindle for the machining of workpieces has a fork rotatably arranged about a first axis C. 6 with two spaced apart fork arms 7a . 7b and a spindle device pivotally supported between the fork arms 9 on that around a second axis A with respect to the fork 6 is rotatably arranged. A first drive device 15 has a torque motor 27 on, for direct drive and for controlling the rotation of the fork 6 is coupled to the first axis C with this. For driving and controlling the rotation of the spindle device 9 around the second axis A is one in the fork 6 arranged second drive means 16 , the two torque motors 21 . 22 has, which are arranged operatively parallel to each other and separately controllable from each other. Between the torque motors 21 . 22 and the spindle device 9 is a gear transmission 23 inserted with two reduction stages, the two intermediate shafts 46 each having one of the torque motors 21 . 22 as well as with a common output element 49 . 51 coupled with the spindle device 9 rotatably connected. The inventive design of the second drive device 16 allows a very high torque output with reduced interference contour of the turret 3 , By appropriate control, the two torque motors can 21 . 22 be electronically braced against each other to eliminate games in the drive train for the second axis A, so that high-precision positioning in the two axes C, A are achieved in the machining of workpieces.

Claims

Turret for the controlled positioning of a machine tool spindle ( 10 ) for the machining of workpieces, with a about a first axis (C) rotatably arranged fork ( 6 ), the two spaced apart fork arms ( 7a . 7b ), with one between the fork arms ( 7a . 7b ) held spindle device ( 9 ) about a second axis (A) with respect to the fork ( 6 ) is rotatably arranged, with a first drive means ( 15 ), which has a controllable first drive motor ( 27 ) for driving and controlling the rotation of the fork ( 6 ) about the first axis (C), and with one in the fork ( 6 ) arranged second drive means ( 16 ), which has a controllable motor device ( 19 ) for driving and controlling the rotation of the spindle device ( 9 ) about the second axis (A) and a reducing gear transmission device ( 23 ) between the engine device ( 19 ) and the spindle device ( 9 ) is drivingly inserted to the rotational movement of the engine device ( 19 ) on the spindle device ( 9 ) and that of the engine device ( 19 ) delivered torque for the spindle device ( 9 ) to increase required torque values, the engine device ( 19 ) at least a second and a third drive motor ( 21 . 22 ), which are formed by torque motors and which are arranged operatively parallel to each other and separately controllable, and wherein the stepping gear transmission device ( 23 ) forms a two- or multi-stage reduction gear, the separate transmission input elements ( 43 ) in the form of drive pinions, each with the second and the third drive motor ( 21 . 22 ), a first and a separate second intermediate wave ( 46 ), each having an intermediate shaft gear ( 44 ) with one of the second or third drive motor ( 21 . 22 ) driven drive pinion ( 43 ) and a common transmission output member ( 49 ), which with the spindle device ( 9 ) is coupled.

Turret according to claim 1, characterized in that the fork ( 6 ) on a support arm ( 4 ) which is a housing ( 13 ), in which the first drive device ( 15 ) and a drivable by this sleeve ( 26 ) are housed, which is arranged concentrically to the first axis of rotation (C) and rotatably connected to the fork.

Turret according to claim 1, characterized in that the first drive motor ( 27 ) is a torque motor, the direct drive of the fork ( 6 ) is coupled with this.

Turret according to Claim 3, characterized in that the torque motor is designed in the form of a round motor which has a stator ( 28 ) with a three-phase winding and one inside the stator ( 28 ) arranged rotor ( 29 ) with permanent magnets, which is rotatable about the first axis (C) and arranged concentrically therewith and with the fork ( 6 ) is rotatably coupled.

Turret according to claim 1, characterized in that the second and the third drive motor ( 21 . 22 ) are formed by torque motors, which are designed in the form of round motors, each having a stator ( 36 ) with a three-phase winding and one inside the stator ( 36 ) arranged rotor ( 37 ) having permanent magnets, wherein the rotors ( 37 ) are arranged to be rotatable about the second axis A parallel, spaced motor axes rotatably and with respective input elements ( 43 ) of the gear transmission device ( 23 ) are rotatably connected.

Turret according to claim 5, characterized in that each rotor ( 37 ) on a rotatably mounted motor shaft ( 41 ) is defined, which defines the respective motor axis and a respective drive pinion ( 43 ) of the gear transmission device ( 23 ) wearing.

Turret according to claim 1, characterized in that the gear transmission device ( 23 ) forms a two-stage reduction gear.

Turret according to claim 1 or 7, characterized in that each reduction stage has a gear reduction of at least 1: 4, preferably 1: 6.

Turret according to claim 1, characterized in that the first and the second intermediate shaft ( 46 ) in each case a further intermediate shaft gear ( 48 ), wherein the further intermediate shaft gears ( 48 ) with a common driven wheel ( 49 ) meshing the output element of the gear transmission device ( 23 ).

Turret according to claim 1, characterized in that the fork ( 6 ) a U-shaped figure with a base ( 8th ) for securing the fork ( 6 ) on a support arm ( 4 ) and from the base ( 8th ) freely projecting legs ( 7a . 7b ), which run parallel to each other and form the fork arms.

Turret according to claim 1, characterized in that the second and the third drive motor ( 21 . 22 ) and the gear transmission device ( 23 ) completely in the interior ( 18 ) of a single fork arm ( 7b ) are housed.

Turret according to claim 10, characterized in that the second and the third drive motor ( 21 . 22 ) closer to the base ( 8th ) and the second axis (A) closer to the free end of the fork arms ( 7a . 7b ) are arranged.

Turret according to claim 10, characterized in that the spindle device ( 9 ) one between the fork arms ( 7a . 7b ) pivotally arranged spindle receptacle ( 51 ) for a work spindle ( 10 ) having.

Turret according to claim 1, characterized in that the second and the third drive motor ( 21 . 22 ) are driven to be operated simultaneously to increase the torque output in the same sense of action.

Turret according to claim 1, characterized in that the second and the third drive motor ( 21 . 22 ) are controlled to be electronically braced against each other.

Turret according to claim 1, characterized in that further comprises a control device ( 12 ) for controlling the first and second drive means ( 15 . 16 ) is provided to the spindle device ( 9 ) in the first and the second axis (C, A), wherein the control device ( 12 ) a control logic ( 63 ), which is adapted to operate the second and third drive motors depending on operating conditions ( 21 . 22 ) in opposite directions to let them work against each other without electronic play.

Turret according to claim 1, characterized in that further comprises a control device ( 12 ) for controlling the first or second drive device ( 15 . 16 ) is provided to the spindle device ( 9 ) in the first and the second axis (C, A), wherein the control device ( 12 ) a control logic ( 64 ), which is adapted to operate the second and third drive motors depending on operating conditions ( 21 . 22 ) to act in the same direction to increase the driving force.

Turret according to claim 1, characterized in that a measuring device ( 32 . 54 ) for detecting the relative angular position or speed of the spindle device ( 9 ) about the first and the second axis (C, A) and for supplying thereof characteristic measuring signals to a control device ( 12 ) is provided for controlling the positioning in the first and the second axis (C, A).

Turret according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a milling head ( 3 ) forms for a milling machine spindle.