Schwenkbarer Fräskopf (5. Achse)

Projekt 5-Achs-Controller für CNC-Fräsmaschine

So, als nächstes ist die 5. Achse dran. Da bei meiner kleinen Fräse alle sonst üblichen Konstruktionen (zwei Drehachsen aufeinander, schwenkbarer Tisch oder Gelenkkopf für Fräsmotor) zuviel Verfahrweg kosten würden, habe ich mich entschieden, den Fräsmotor nur um 90° um die A-Achse (parallel zu X) zu schwenken. Wenn die Drehachse nahe an der Fräserspitze liegt, also nicht hinter dem Motor, dann spart man sehr viel Platz, weil der Fräsmotor schon allein mit der Drehachse um das Werkstück herumfährt, und nicht auch noch zusätzlich mit Y und Z weit um das Werkstück herum gefahren werden muß.

Auf dem Bild rechts ist zu sehen, wie das ganze funktionieren soll. Mit dem dicken Zapfen ganz unten wird das Getriebe auf der bisherigen Fräse befestigt, indem einfach die alte Klemmaufnahme für den Fräsmotor (Kress oder Bosch Oberfräse D=43mm) verwendet wird. Rechts an dem Winkel ist eine neue Klemmplatte, in die dann wieder der Motor gesteckt werden kann. Die ganze Vorrichtung kann also in wenigen Minuten auf die vorhandene Fräse auf- und wieder abgerüstet werden.

Die eigentliche Drehachse ist das graue Teil unten am Winkel, von dem man nur die vordere Planfläche sieht. Der Servo- oder Schrittmotor ist oben im rechten Winkel angebracht. Der Fräser befindet sich dann vor der Drehachse und bleibt beim Schwenken fast an der selben Stelle, während der Motor (nicht eingezeichnet) um 90° nach links (gegen Uhrzeigersinn) ausschwenken kann.

Der Versatz der neuen Fräserposition gegenüber der alten (ca. 75mm höher und 90mm weiter vorne) ist beabsichtigt, damit die 4. Achse quer darunter (B parallel zu Y) Platz hat.

Links ist das Getriebe mit durchsichtigem Gehäuse zu sehen. Es kommt ein Schneckenrad mit einer Übersetzung von 1:90 zum Einsatz. Um Spielfreiheit zu gewährleisten, wird die Welle mit dem Schnecke (senkrecht) gegen das Schneckenrad (auf der Hauptwelle hinter dem großen Kugellager) vorgespannt. Dies wird mit einer Konstruktion mit zwei parallelen Blattfedern (grün) erreicht und ist später noch im Detail zu sehen.

Die Befestigung des Servomotors geschieht über einen Adapterblock, der von oben und unten versetzte Ausfräsungen für Schrauben hat. Somit ist es möglich, auch nachträglich noch die genaue Motorposition zu justieren und Schrauben anzuziehen, ohne alles demontieren zu müssen.

Der Motor ist mit der kleinen Welle über eine flexible Wellenkupplung verbunden, die geringen Achsversatz und Winkelfehler ausgleichen kann.

Zur besseren Übersicht ist nun das Gehäuse ganz weggelassen und der Lagerblock für die kleine Welle transparent gezeichnet. Man hat nun freien Blick auf das Schneckenrad und das hintere Lager. Die eigentliche Verzahnung des Getriebes ist nicht eingezeichnet sondern nur mit teilweise durchsichtigen, orangenen Flächen angedeutet. Man sieht nun auch die Lager für die kleine Welle, die durch Muttern und Wellensicherungsring (nicht eingezeichnet) in O-Anordnung vorgespannt werden.

Die Vorspannung des Schraubenrads funktioniert so: die undurchsichtigen Klötze zwischen den Blattfedern sind starr mit dem Getriebegehäuse verbunden. Der transparente Block, der die kleinen Lager hält, kann sich unter Durchbiegung der Blattfedern um einige 10-tel Millimeter senkrecht zur Motorwelle auf das Schneckenrad zu- oder wegbewegen. Kräfte in axialer Richtung (Motorwelle) und Kippmomente werden dagegen ohne wesentliche Auslenkung aufgenommen, da die Blattfedern auf Zug belastet sehr steif sind.

Das letzte Bild zeigt nochmal einen vergrößerten Ausschnitt aus einem anderen Blickwinkel. Der Lagerblock ist hier weggelassen und die seitlichen Klötze, die die Blattfedern halten, durchsichtig gemacht. Nun sieht man die ganze Schnecke. Die linke Blattfeder hat eine Aussparung in der Mitte für das Schneckenrad.

(Alle Bilder können durch Anklicken vergrößert werden)

Ich möchte der Fa. Condux für die Bereitstellung des Catia V5 Arbeitsplatzes danken.

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