专利摘要:

公开号:WO1987004959A1
申请号:PCT/EP1987/000102
申请日:1987-02-24
公开日:1987-08-27
发明作者:Anton Horsky;Siegfried Kuhn;Wolf-Dietrich Voss
申请人:Oerlikon-Boehringer Gmbh;
IPC主号:B23Q5-00
专利说明:
[0001] Zum Nutenfräsen verstellbarer Werkzeughalter an Werkzeug- maschinen
[0002] Die Erfindung betrifft ein angetriebenes Fräswerkzeug für Werkzeugmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
[0003] Derartige angetriebene Fräswerkzeuge bzw. Fräswerkzeug¬ köpfe werden heute üblicherweise in die Werkzeughalterungen universell einsetzbarer Werkzeugmaschinen und insbesondere in die Werkzeugrevolver von NC-Dreh aschinen eingesetzt, um am"stehenden -oder drehenden Werkstück Bohr- und Fräsbearbei- tungen vornehmen zu können, wie etwa Ölzuführbohrun- gen oder axial bzw. radial verlaufende Paßfedernuten. Derartige Drehmaschinen verfügen üblicherweise nur über einen Längs- und einen Querschlitten, also eine erste und eine zweite Bewegungsrichtung für das Werkzeug.
[0004] Um mit einer solchen Anordnung beispielsweise eine axial verlaufende Nut am in der Drehmaschine eingespannten, stehenden Werkstück zu fräsen, bestehen bisher drei ver¬ schiedene Möglichkeiten:
[0005] Die erste Möglichkeit besteht darin, daß die axial verlaufen de Nut seitlich am Werkstück, d.h. in der Höhe der Längsachs des Werkstückes,von einem sich radial erstreckenden Fingerfräser gefertigt wird. Die Tiefe der Nut wird dabei mit Hilfe des Quersupportes zugestellt, während die
[0006] Länge der Nut durch Verfahren des Werkzeuges entlang dem Längssupport erzeugt wird. Die Breite der Nut dagegen bestimmt sich ausschließlich nach dem Durchmesser des Fingerfräsers, woraus sich der Nachteil ergibt, daß eine vorgegebene Toleranz für die Nutbreite bei Verschleiß des Fräsers nur durch ein Auswechseln des Fräsers gegen ein neues Werkzeug eingehalten werden kann. jEine Nachstell- möglichkeit für den verschlissenen Fräser besteht nicht. Dementsprechend müssen bei einer Serienfertigung sehr viele Fräser bereitgestellt und oft ein Werkzeugwechsel vorgenommen werden, wobei dann auch die normale Standzeit der Fräser, abhängig von den vorgegebenen Toleranzen für die Nutbreite, nicht ausgenutzt werden kann.Dies- bedingt relativ hohe Herstellungskosten durch den hohen Anteil an Werkzeugwechselzeiten und die nur teilweise Ausnutzung der theoretisch möglichen Werkzeugstandzeiten.
[0007] Die zweite Möglichkeit besteht darin, daß die beiden Seiten¬ flanken der axial verlaufenden Nut jeweils von zwei Fräsern, die auf verschiedenen Werkzeughaltern montiert sind, hergestellt werden. Da jeweils nur eine Flanke von jedem Fräser bearbeitet wird, kann die gewünschte Maßhaltigkeit der Nutbreite durch Nachstellen der beiden Fräser bei Verschleiß erreicht werden, und ist nicht vo Durchmesser der einzelnen Fräser abhängig. Das eine Fräswerkzeug wird also knapp über,das andere knapp unter der Höhe der Werkstücklängsachse eingesetzt. Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß für die beiden Fräser zwei getrennte,angetriebene Werkzeugköpfe benötigt werden, so daß auf dem Werkzeugrevolver eine zusätzliche
[0008] Werkzeugaufnahme gegenüber der ersten Lösung benötigt wird.
[0009] Die dritte Lösung besteht darin, daß mit einem Fräser, wie bei der ersten Lösung, gearbeitet wird, dieser
[0010] Fräser jedoch einen Durchmesser aufweist, der geringer ist .als die Breite der herzustellenden Nut. Die beiden Flanken der Nut werden also von dem selben Fräser in zwei verschiedenen Arbeitsgängen hergestellt. Die dazunotwendige Höhenverstellung des Werkzeuges bei der beschriebenen Anordnung des Werkstückes erfor¬ dert also eine Verstellung des Fräsers in einer dritten Bewegungsrichtung, die auf den Bewegungsrichtungen des Längs- und des 'Quersupportes senkrecht steht. Dies wurde bisher dadurch realisiert, daß ein dritter Schlitten eine
[0011] Verfahrbarkeit des Werkzeugs senkrecht zum Längs- und Quer- support ermöglichte. Ein solcher zusätzlicher, dritter Support bedeutet jedoch einen relativ umfangreichen und teueren Ausbau der Drehmaschine, da von einem solchen zusätzlichen Support die ganze Werkzeugaufnahme, d.h. im Falle einer NC-Drehmaschine der ganze Werkzeugrevol¬ ver, getragen werden muß. Ein derartiger technischer Auf¬ wand dürfte sich normalerweise zur Vermeidung der Nachteile der zuerst dargestellten Lösung in wirtschaftlicher Hinsicht nicht lohnen.
[0012] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit möglichst geringem Aufwand eine Verstellung des Fräswerk¬ zeuges in der dritten Richtung, also senkrecht stehend auf den ersten beiden Bewegungsrichtungen des Längs- und Quersupportes, zu ermöglichen.
[0013] Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 gekennzeichnet, Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
[0014] Für die beabsichtigten Einsatzzwecke ist schon eine geringfügige Verstellmöglichkeit des Fräswerkzeuges in der dritten Bewegungsrichtung ausreichend. Dies hat den Vorteil, daß die entsprechenden konstruktiven Lösungen nur einen geringen Platzbedarf haben und dadurch die Werkstückbearbeitung nur sehr geringfügig oder gar nicht behindert bzw. erschwert wird. Weiterhin ist für die genannten Einsatzzwecke auch keine kontinuierliche Verstellbarkeit des Fräswerkzeug^s in der dritten
[0015] Bewegungsriehtung notwendig, sondern es ist ausreichend, wenn das Fräswerkzeug in den beiden Extremstellungen dieser Bewegungsrichtung und evtl. zusätzlich in einer Mittelstellung zwischen diesen beiden Extremstellungen justierbar ist. Diese zwei bzw. drei Positioniermöglich- keiten lassen sich durch eine Arretierung in mechanisch fest vorgegebenen Positionen mit wesentlich geringerem Aufwand erreichen als eine kontinuierliche Verstellbarkeit, wie sie beispielsweise mit Hilfe eines Gewindetriebes verwirklicht werden kann. Für eine solche geringfügige Verstellung des Werkzeuges in der dritten Bewegungs¬ richtung sind im Hinblick auf eine möglichst einfache konstruktive Gestaltung zwei unterschiedliche Ausführungsformen möglich: Die eine Möglichkeit besteht darin, daß der angetriebene radiale bzw. axiale Werkzeug¬ halter zweigeteilt ist. Der das Werkzeug tragende Teil ist gegenüber dem anderen Teil des angetriebenen Werkzeughalters, der fest, z.B. mit dem Werkzeugrevolver verbunden ist, um einen geringen Winkelbetrag schwenkbar. Die Achse, um die der bewegliche Teil des Werkzeughalters dabei geschwenkt wird, liegt parallel zu einer der beiden Bewegungsrichtungen der Supporte, je nach dem, ob Axial- oder Radialnuten hergestellt werden sollen. Durch diese Schwenkbewegung vollführt das Werkzeug eine bogenförmige Bewegung, die auch Bewegungskomponenten der dritten, auf den Bewegungsrichtungen von Längs¬ und Quersupport senkrecht stehenden Bewegungsrichtung/ enthält. Die beiden Extremstellungen bei dieser Schwenkbewegungen werden durch verstellbare Anschläge festgelegt, die sich auch außerhalb des Werkzeughalters befinden können, und können mechanisch, hydraulisch oder mit Hilfe einer anderen Technik angefahren und justiert werden. Das gleiche gilt auch für eine evtl. justierbare Mittelstellung bei der Schwenkbewegung.
[0016] Der Antrieb des im beweglichen Teil des Werkzeughalters befindlichen Werkzeuges erfolgt über -Zahnräder, von denen eines, zur Kompensation der Schwenkbewegung, koaxial um die Schwenkachse des beweglichen Teiles des Werkzeughalters angeordnet ist. Die andere Möglichkeit besteht darin, das Werkzeug in einer exzentrischen Werkzeughalterung zu befestigen, und durch Verdrehen dieses Exzenters eine Bewegung des
[0017] Werkzeuges zu erreichen, die ebenfalls wiederum Bewegungs¬ komponenten in der dritten, auf den Bewegungsrichtungen von Längs- und Quersupport senkrechten Bewegungsrichtung, enthält. Auch hier ist wiederum, je nach Größe der Exzentrizität der Werkzeugaufnahme, nur eine geringe
[0018] Drehung des Exzenters notwendig, um den beabsichtigten Versatz des Fräsers in der dritten Bewegungsrichtung zu erzielen. Die Verdrehung des Exzenters erfolgt durch die tangentiale Verschiebung einer Nase, die in eine Nut am Umfang des Exzenters hineinragt. Die Nase wiederum ist fest mit einem Schieber verbunden, der ein Langloch aufweist, dessen Längsachse senkrecht zur Verschiebe¬ richtung der Nase und parallel zur Drehachse des Exzenters verläuft. In dieses Langloch ragt ein exzentrisch an der Stirnseite eines Bolzens sitzender, axial verlaufender Zapfen hinein, so daß eine Drehung des Bolzens um 180° den Zapfen das Langloch von einem Ende zum anderen Ende und wieder zurück durchlaufen läßt, unter gleich¬ zeitiger Längsbewegung des Schiebers und damit der Nase um die doppelte Exzentrizität des Zapfens bezüglich der Bolzenmitte. Dadurch, daß zwischen den beiden Extrem¬ stellungen des Zapfens eine Bolzendrehung von genau 180° liegt, ist die gesamte Anordnung zumindest in ihren Extrempunkten, z.B. bei entsprechender Passung des Schiebers auch über den gesamten Schwenkbereich, selbsthemmend.
[0019] Der den Zapfen tragende Bolzen kann in dem hohlen Aufnahme¬ schacht befestigt werden, mit -dem der ganze Werkzeugträger beispielsweise im Werkzeugrevolver befestigt is.t, so daß eine automatische Verstellung des Exzenters und damit des Werkzeuges vom Werkzeugrevolver her über eine Drehung des Bolzens möglich ist. Diese beiden beispielhaften Ausführungsformen sollen anhand der Zeichnungen im folgenden näher beschrieben werden. Es zeigt:
[0020] Fig. 1 einen Schnitt durch die Ausführungsform des teilweise schwenkbaren Werkzeugträgers,
[0021] Fig. 2 einen Schnitt der Ausführungsform des Werkzeug¬ trägers mit exzentrischer Werkzeugaufnahme,
[0022] Fig. 3 einen Teilschnitt durch den Werkzeugträger entlang der Linie E-F der Fig. 2,
[0023] Fig. 4 einen Teilschnitt durch den Werkzeugträger entlang der Linie C-D der Fig. 2, und
[0024] Fig. 5 einen Schnitt durch den Werkzeugträger entlang der Linie A-B der Fig. 2.
[0025] Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen angetriebenen Werkzeugkopf der ersten Ausführungsform, bei der ein Teil des Werkzeugkopfes oder Werkzeugträgers, der das Werk- zeug 26 enthält, um den übrigen, mit dem z.B. Werkzeug¬ revolver 14 fest verbundenen Teil des Werkzeugträgers geringfügig schwenkbar ist, und zwar um den Schwenkzapfen 1. Im beweglichen Teil 2 des Werkzeugträgers befindet sich die Aufnahme 3 für das Werkzeug, die sich über die Lager 5 im Teil 2 des Werkzeugträgers abstützt. Das feststehende Teil 4 des Werkzeugträgers ist über den Schaft 6, der sich in der entsprechenden, nicht dargestellten Aufnahme beispielsweise eines Werkzeugrevolvers befindet, fest mit diesem verbunden. Der Antrieb der Werkzeugaufnahme 3 und damit auch des angedeuteten Werkzeuges 25 erfolgt über die dann evtl. außerhalb des Werkzeugrevolverumfanges liegende Antriebsvorrichtung, hier etwa den Innenvierkant 7 in der Hülse 8. An der angetriebenen Hülse 8, die sich über Lager 5 im festen Teil 4 des Werkzeugträgers abstützt, ist ein Kegelrad 9 befestigt, das ein zweites Kegelrad 10 antreibt, welches koaxial zur Achse des Schwenkzapfens 1 angeordnet ist und auf diese Weise die Schwenkbewegungen des beweglichen Teiles 2 des Werkzeugträgers ausgleicht. Auf der gleichen Welle wie das Kegelrad 10 befindet sich dann ein weiteres Stirnrad 11, das wiederum mit einem
[0026] Stirnrad 12 kämmt, das mit der Werkzeugaufnahme 3 drehfest verbunden ist. Selbstverständlich stützen sich auch das Kegelrad 10 und das Stirnrad 11 über Lager 5 im fest-, stehenden Teil 4 des Werkzeugträgers ab. *.
[0027] Die Schwenkbewegung des beweglichen Teiles 2 des Werkzeug¬ trägers wird ferner durch nicht dargestellte, da außerhalb des Werkzeugträgers liegende, einstellbare Anschläge begrenzt. Die Schwenkbewegung des beweglichen Teiles 2 des Werkzeugträgers bis zum Anliegen an einem dieser beiden
[0028] Anschläge bzw. in einer arretierbaren Mittelstellung kann dann mit elektrischen, hydraulischen oder anderen Hilfs¬ mitteln bewerkstelligt werden, die beispielsweise auto¬ matisch von der Maschinensteuerung aus angesteuert werden können. Die die Schwenkbewegung begrenzenden Anschläge werden entsprechend dem Verschleiß des Fräswerkzeuges verändert, so daß trotz sich änderndem Durchmesser des Fräsers die Breite der hergestellten Nut immer innerhalb der gewünschten Toleranz bleibt.
[0029] Fig. 2 zeigt dagegen einen Querschnitt durch die Aus¬ führungsform eines -Werkzeugträgers,- bei der die Werkzeug¬ aufnahme 3 exzentrisch gestaltet ist. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht in der kompakten Baugröße, da der bei dem Beispiel der Fig. 1 notwendige Schwenkme¬ chanismus zwischen dem beweglichen Teil.2 und dem festen Teil 4 des Werkzeugträgers entfällt. Auch bei dieser Ausführungsform wird der Werkzeugkopf mit dem Schaft 6 in einer entsprechenden Aufnahme, des Werkzeugrevolvers 14 befestigt. Der Antrieb des Werkzeugkopfes erfolgt über den Innenvierkant 7 der Hülse 8, an der wiederum ein Kegelrad 9 befestigt ist, das ein weiteres Kegelrad 10 antreibt, welches in etwa koaxial zur Werkzeugaufnahme 3 angeordnet ist. Da jedoch die Werkzeugaufnähme 3 zur Realisierung der Bewegung des Werkzeuσes in der ge¬ wünschten Richtung exzentrisch gelagert - und verdreh¬ bar ist, ergibt sich zwischen der Drehachse des Kegel¬ rades 10 und der jeweiligen Drehachse der Werkzeugauf¬ nahme 3 ein sich ändernder Achsversatz, der durch ein Kardangelenk ausgeglichen wird, das durch die
[0030] Pendelscheibe 15 realisiert ist, in die jeweils vom Kegelrad 10 und von der Werkzeugaufnahme 3 her zwei mit Überwurfbuchsen 16 versehene Übertragungsstifte 17 hineinragen. Sowohl die Kegelräder 9 und 10 als auch die Werkzeugaufnahme 3 stützen sich über Lager 5 im Gehäuse des Werkzeugkopfes ab. Wie in Fig. 5 dargestellt, befindet sich die Werkzeugauf¬ nahme 3 außermittig im Exzenter 18. Dieser Exzenter 18 weist an seinem Außenumfang in Richtung des Spannschaftes 6 des Werkzeugkopfes eine parallel zu seiner Drehachse verlaufende Nut 19 auf, die einen etwa rechteckigen Querschnitt besitzt. In diese Nut 19 ragt eine etwa walzenförmige Nase 20 hinein, die mit dem auch in Fig. 3 dargestellten Schieber 21 fest verbunden ist. Wird nun dieser Schieber 21 in tangentialer Richtung zum Umfang des Exzenters 18 geradlinig um einen geringen Betrag verschoben, so daß die Nase 20 noch nicht aus der Nut 21 herausgleiten kann, so bewirkt dies eine Drehung des Exzenters 18 um einen begrenzten Winkelbetrag, und damit eine bogenförmige Bewegung der Werkzeugaufnahme 3 und damit des Werkzeuges, die auch Richtungskomponenten der dritten, auf den ersten und zweiten Richtungskomponenten von Längs- und Quersupport senkrecht stehenden Bewegungs- richtung enthält. Die Größe der Verschiebbarkeit des Schiebers 21 ist durch Anschlagstifte 22 in geringem Umfang veränderbar, wie es der jeweilige Außendurch¬ messer bzw. die Abnutzung des verwendeten Fräswerkzeuges 26 in Beziehung zur gewünschten Breite der zu fräsenden Nut verlangen. Die Längsverschiebung des Schiebers 21 wird dadurch erreicht, daß in ein senkrecht zur Bewegungs¬ richtung des Schiebers 21 und parallel zur Drehachse des Exzenters 18 verlaufendes Langloch 23 des Schiebers 21 ein Stift 24 hineinragt, der in axialer Richtung außer- mittig aus der Stirnseite des Bolzens 25 herausragt, welcher sich im hohlen Inneren des Spannschaftes 6 befindet. Bei einer Drehung des Bolzens 25 durchläuft infolgedessen der Stift 24 das Langloch von einem End¬ punkt zum anderen Endpunkt und wieder zurück, wobei der Schieber 21 einen Verschiebeweg der doppelten Exzentrizi¬ tät des Stiftes 24 im Bolzen 25 zurücklegt, sofern die Länge des Langloches 23 ausreichend bemessen ist. Auf diese Weise ergibt sich eine Drehbewegung des Exzenters 18, die einen Versatz des Werkzeughalters 3 und damit des Werk- zeuges in der dritten Beweg ngsrichtung ergibt, die sich aus dem Verschiebeweg des Schiebers 21 unter Berücksichti¬ gung des Übersetzungsverhältnisses (Abstand des Schiebers 21 von der Mitte des Exzenters 18 zum Abstand des Angriffs¬ punktes der Nase 20 in der Nut 19 von der Mitte des Exzen- ters 18, in der Fig. 5, als a/b dargestellt) ergibt.Beträgt die doppelte Exzentrizität des Stiftes 24 im Bolzen 25 nicht wesentlich mehr als der angestrebte Verschiebeweg des Schiebers 21, so entsprechen die Extremstellungen des Schiebers 21 Winkellagen des Stiftes 24, die sich annähernd diametral gegenüberliegen bezüglich der Mitte des Bolzens 25. Aufgrund dessen hemmt sich der Schieber 21 in seinen Endpositionen selbst, da eine in Verschiebe¬ richtung des Schiebers 21 angreifende Kraft keine Drehung des Bolzens 25 bewirken kann, da in dieser Position des Schiebers 21 die erforderliche Bewegung des Stiftes 24 genau senkrecht zur Verschieberichtung des Schiebers 21 verläuft, wie aus der in Fig. 3 einge¬ zeichneten Bahn des Stiftes 24 ersichtlich. Da sich der Bolzen 25 innerhalb des Schaftes 6 des Werkzeugkopfes befindet, kann auf diesem Wege die Drehung des Exzenters 18 maschinenseitig auch vom Inneren des Werkzeugrevolvers 14 aus betätigt werden, was eine automatische Verstellung des Werkzeuges in der dritten Bewegungsrichtung ermög¬ licht.
权利要求:
Claims Patentansprüche
1. Angetriebenes Fräswerkzeug für Werkzeugmaschinen, das in einer ersten und einer zweiten Richtunr, die auf¬ einander senkrecht stehen, den Bewegungsrichtungen des Längs- und des Quersupportes der Werkzeugmaschine beweglich i d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ß das Fräswerkzeug (26) auch eine Eewegung vollziehen kann, die Richtungs- komponenten einer dritten Richtung, die auf der ersten und der zweiten Richtung senkrecht steht, enthält, ohne daß der gesamte angetriebene Werkzeugkopf diese Bewegung mitmacht.
2. Fräswerkzeug nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ß die Bewegung des Fräswerkzeuges (26) in der' dritten Bewegungsrichtung begrenzt ist.
3. Fräswerkzeug nach Anspruch 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ß nur»,die Mittelstellung und die Extremstellungen der dritten Bewegungsrichtung des Fräswerkzeuges (26) justierbar sind.
4. Fräswerkzeug nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ß nur die Extremstellungen in der dritten Bewegungsrichtung des Fräswerkzeuges (26) durch einstellbare Anschlagstifte (2 justierbar sind.
5. Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ß die Werkzeugaufnahme (3) mit einem Teil (2) des Werkzeugkopfe verschwenkbar ist, wobei die Schwenkachse des Schwenkzapfens ( parallel zur ersten oder zweiten Beweσungsrichtung, also der Bewegungsrichtung des Längs- bzw. Quersupportes, ist.
6. Fräswerkzeug nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ß die Schwenkbewegung durch außerhalb des Werkzeugkopfes liegende hydraulische, pneumatische oder elektrische 3etätigungselemente betätigt wird.
7. Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ß die die Richtungskomponenten der dritten Richtung ent¬ haltende Bewegung des Fräswerkzeuges (26) durch ein Verdrehen des die Werkzeugaufnahme (3) tragenden Exzenters (18) geschie
8. Fräswerkzeug nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ß das Verdrehen des Exzenters (18) durch das tangentiale Verschieben einer in den Umfang des Exzenters (18) hineinragenden Nase (20) geschieht.
9. Fräswerkzeug nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ß * die Verschiebung des die Nase (20) tragenden Schiebers (21) d das Verdrehen eines im Inneren des Spannschaftes (6) sitzende Bolzens (25) geschieht, aus dem außermittig ein Stift (20) hervor-' und in ein Langloch (23) des die. Nase (20) tragenden Schiebers- (21) hineinragt.
10. Fräswerkzeug nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ß die den Extremstellungen des die Nase (20) tragenden Schiebers (21) und damit des Exzenters (18) entsprechenden Stellungen des Stiftes (24) sich bezüglich der Drehachse des Bolzens (25) annähernd diametral gegenüberliegen.
11. Fräswerkzeug nach Anspruch 9 oder 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ß der Schieber (21) und/oder der Bolzen (25) über ihren ganzen Verstellbereich selbsthemmend sind.
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