CH676212A5 - - Google Patents

Description

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CH 676 212 A5

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Beschreibung

Die Erfindung erstreckt sich auf eine Verzahnmaschine mit CNC-Steuerung zur Herstellung von Kegelrädern gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Es ist bereits eine Verzahnmaschine zur Herstellung von Kegelrädern im Walz- und Formverfahren bekannt, die mit einer CNC-Steuerung ausgerüstet ist. Diese Verzahnmaschine, wie sie in der Fachzeitschrift «Stanki i instrument» Nr. 4, 1984, Seite 10-11 dargestellt ist, besitzt den bekannten konventionellen Maschinenaufbau, wie er für Maschinen mit mechanischen Getriebezügen seit Jahrzehnten charakteristisch ist. Bei der bekannten Verzahnmaschine werden von einem Maschinenbett um ein fest fixiertes Maschinenzentrum die entsprechenden Baugruppen aufgenommen. Auf der einen Seite des Maschinenbettes ist der Werkzeugträger fest angeordnet, in dem eine Wiegentrommel drehbar gelagert ist, deren Achse das Maschinenzentrum schneidet. In der Wiegentrommel befindet sich eine Exzentertrommel, in der die Werkzeugspindel drehbar gelagert ist. Durch die Schwenkbewegung der Exzentertrommel kann eine parallele Verschiebung der Werkzeugspindel zur Wiegenachse vorgenommen und damit die Exzentrizität eingestellt werden. Auf der vom Werkzeugträger gegenüberliegenden Seite des Maschinenbettes befindet sich der auf Längsführungen horizontal verschiebbare Bettschlitten mit dem Maschinenzentrum. Der Bettschlitten trägt einen um das Maschinenzentrum um ca. 100 Grad einstellbaren Schwenkschlitten. Von dem Bettschlitten wird ein Werkstückträger, in radialer Richtung zum Maschinenzentrum verschiebbar aufgenommen. Am Werkstückträger ist ein Achsversatzgehäuse vertikal verschiebbar angeordnet, in dem die Werkstückspindel drehbar gelagert ist. Bei dieser Anordnung schneidet die Werkstückspindelachse das Maschinenzentrum und in der Ausgangslage auch die Wiegentrommelachse. Bei dieser bekannten Verzahnmaschine ist keine Einrichtung zur Neigung der Werkzeugspindel vorgesehen. Die durch die Neigung der Werkzeugspindel erzielbaren Effekte sollen gemäss SU 230 614 durch eine Änderung des Werkstückträgereinstell-winkels im Bearbeitungsprozess erreicht werden. Für die CNC-Steuerung dieser Verzahnmaschine sind für die acht Bewegungen die entsprechenden Achsen mit einem eigenen Antrieb versehen. Von diesen acht Achsen sind vier gleichzeitig steuerbar, während drei Achsen reine Einstellbewegungen bewirken und eine Achse den Werkzeugumlauf darstellt. Die zur Erzeugung der Wälzbewegung für die Herstellung der Zahnflanken erforderlichen Bewegungen werden durch die Achse A für die Drehbewegung der Wiege mit dem Werkzeug, die Achse B für die Schwenkbewegung des Werkstückträgers, die Achse C für die Drehbewegung der Werkstückspindel und die Achse X für die Bettschlittenbewegung in Richtung der Wiegenachse verkörpert. Darüber hinaus werden die Achsen A, B und X auch zum Einrichten genutzt, die Achse A zum Einstellen der Wiege in die Ausgangslage vor dem automatischen Zyklus, die Achse X zur Verschiebung des Bettschlittens in seine Ausgangslage vor Beginn der Bearbeitung der Zahnlücke und zu seiner Verschiebung bei Anwendung der verschiedenen Arbeitsprogramme bzw. Verzahnmethoden und die Achse B zum Einschwenken des Werkstückständers auf den Fusskegelwinkel des Werkstückes. Beim Einrichten der Maschine wird weiterhin durch die Achse Y der Achsversatz der Werkstückspindel, durch die Achse Z die Verschiebung des Werkstückes entlang seiner Achse zur Distanzeinstellung und durch die Achse D die Exzentereinstellung für die Radialeinstellung des Werkzeuges, realisiert.

Obwohl durch die Anwendung einer CNC-Steuerung an dieser Verzahnmaschine zur Herstellung von Kegelrädern eine Produktivitätssteigerung erzielt und auch auf eine Einrichtung zur Neigung der Werkzeugspindel verzichtet werden konnte, besitzt diese Lösung, da sie sich auf den bekannten konventionellen Maschinenaufbau für Verzahnmaschinen zur Herstellung von Kegelrädern stützt, noch einige wesentliche Nachteile. Indem die imaginäre Erzeugungskegelradachse mit der Wiegenachse zusammenfällt, ist von der maximal zur realisierenden Exzentrizität auch der Wiegentrommeldurch-messer abhängig. Der Wiegentrommeldurchmesser bestimmt somit die Baugrösse der Maschine, d.h. den erforderlichen Platzbedarf. Dies bedeutet, dass für Kegelräder mit grosser Teilkegellänge oder kleinem Schrägungswinkel eine grössere Maschine zum Einstz kommen muss.

Ausserdem erfordert die sich aus dem Maschinenaufbau ergebende hohe Anzahl zu steuernder geometrischer Einstellwerte einen unvertretbar hohen Aufwand an Antriebs- und Steuertechnik. Darüber hinaus bietet der konventionelle Maschinenaufbau keine guten Voraussetzungen für einen automatisierten Werkstück- und Werkzeugwechsel und ist noch zu kompliziert und aufwendig. Gegenüber dem traditionellen Einsatz von Einrichtungen zur Neigung der Werkzeugspindel können mit der Methode gemäss SU 230 614 nicht alle bekannten bedeutsamen Effekte erzielt werden, so ist es u.a. nicht möglich, alle modernen Entwicklungstendenzen in der Auslegung kreisbogenverzahnter Kegelräder zu realisieren.

Zur Beseitigung der erheblichen Einschränkung im Arbeitsbereich der Verzahnmaschine bei der jahrzehntelang angewendeten Wiegenkonzeption, wurde ein neues Verfahren zur Erzeugung der Wälzbewegung für die Herstellung von Zahnflanken an Kegelrädern vorgeschlagen. Bei diesem neuen Verfahren wird eine relative Wälzbewegung zwischen Werkzeugsystem und Werkstück durch zwei voneinander abhängige, rechtwinklig zueinander verlaufende Translationsbewegungen des Werkzeugsystems, eine gleichzeitige Rotationsbewegung des Werkzeugsystems um die eigene Bezugsachse in der Grösse des Wälzwinkels des imaginären Erzeugungskegelrades und eine Rotationsbewegung des Werkstückes um die Werkstückachse in Abhängigkeit vom Wälzwinkel des Erzeugungsplanrades und des Verhältnisses der Zähnezahl des imaginären Erzeugungskegelrades zur Zähnezahl des Werkstückes erzeugt.

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Durch dieses erfindungsgemässe Verfahren sind ganz neue Möglichkeiten eines äusserst platzsparenden, einfachen Aufbaues eine Verzahnmaschine zur Herstellung von Kegelrädern gegeben und besonders Kegelräder mit grosser Teilkegellän- 5 ge oder kleinem Schrägungswinkel wieder äusserst wirtschaftlich herstellbar.

Ziel der Erfindung ist es, den Aufwand für die Verzahnmaschine und deren Antriebs- und Steuertechnik entscheidend zu senken und deren Auto- 10 matisierungsgrad zu erhöhen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verzahnmaschine mit CNC-Steuerung zur Herstellung von Kegelrädern im Wälz- und Formverfahren, bei der der Werkstück- und der Werkzeugträger 15 relativ zueinander senkrecht und waagrecht verschiebbar und der Werkstückträger um eine senkrechte Achse schwenkbar angeordnet ist zur Durchführung des neuen Wälzverfahrens zu schaffen, bei der durch einen neuen Maschinen- 20 aufbau verschiedene Einzelbewegungen zusam-mengefasst und damit die Zahl der zu steuernden Achsen entscheidend gesenkt, der Maschinenaufbau vereinfacht und platzsparend gestaltet, und die Voraussetzungen für einen automatischen Werk- 25 stück- und Werkzeugwechsel verbessert werden können.

Erfindungsgemäss wird die Aufgabe gemäss den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. 30

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird auf Längsführungen eines Längsbettes ein Werkzeugträger horizontal verschiebbar angeordnet, der einen vertikal verschiebbaren Ständerschlitten trägt, von dem ein Werkzeugsystem, bestehend 35 aus einer Schwenktrommel, auf der eine Neigungstrommel mit einem darin gelagerten Messerkopf angeordnet ist, aufgenommen wird und auf Querführungen eines Querbettes, die rechtwinklig zu den Längsführungen angeordnet sind, ein Querschlitten 40 horizontal verschiebbar aufgenommen wird, der einen um eine vertikale Achse schwenkbaren Werkstückträger trägt, in dem eine Werkstückspindel drehbar gelagert ist.

Durch den neuen erfindungsgemässen Aufbau 45 einer Verzahnmaschine mit CNC-Steuerung zur Herstellung von Kegelrädern konnte durch Anwendung des neuen Wälzverfahrens auf den Einsatz einer Wiegentrommel und einer in ihr schwenkbar angeordneten Exzentertrommel verzichtet werden, 50 was zu einem wesentlich einfacheren konstruktiven und sehr platzsparenden Aufbau der Maschine beiträgt. Vor allem aber konnte, da eine direkte Bewegung der Wiegen- und Exzentertrommel wegfällt, der Aufwand für die Antriebs- und Steuertechnik 55 der Maschine entscheidend gesenkt werden. Die bisher durch die Wiegentrommel und durch die Exzentertrommel erzeugten direkten Bewegungen werden erfindungsgemäss durch Kombination der beiden neuen Translationsbewegungen F und G, einmal 60 durch die vertikale Verschiebung des Trägerschlittens in Richtung der Koordinatenachse Y0 und zum anderen durch die rechtwinklig zu ihr verlaufende horizontale Bewegung des Werkstückträgers in

Richtung der Koordinatenachse X0 erzeugt. Ausserdem werden durch den erfindungsgemässen Maschinenaufbau wesentlich bessere Voraussetzungen für einen automatischen Werkstück- und Werkzeugwechsel geschaffen, insbesondere durch die neue horizontale Verschiebebewegung des Werkstückträgers rechtwinklig zur horizontalen Bewegung des Werkzeugträgers.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 die Gesamtansicht einer Kegelradwälzfräsmaschine in schematischer Darstellung.

Die Verzahnmaschine zur Herstellung von Kegelrädern besteht aus einem Längsbett 1 mit horizontal verlaufenden Längsführungen 2. Auf den Längsführungen 2 wird ein Werkzeugträger 3 in Richtung einer Koordinatenachse Zo mit einem Koordinatenursprung Oo horizontal verschiebbar aufgenommen. Der Werkzeugträger 3 ist mit vertikalen Führungen 4 versehen, an denen ein Trägerschlitten 5 in Richtung einer Koordinatenachse Yo vertikal verschiebbar angeordnet ist. Im Trägerschlitten 5 ist eine Schwenktromel 6 um eine Achse C drehbar gelagert, die eine Neigungstrommel 7 um eine Achse D neigbar aufnimmt. In der Neigungstrommel 7 ist eine Werkzeugspindel 8 angeordnet, auf der die entsprechenden Messerköpfe 9 befestigt sind. Die Werkzeugspindel ist um eine Achse E drehbar. Unmittelbar vor dem Längsbett 1 ist ein Querbett 10 angeordnet, deren horizontale Querführungen 11 rechtwinklig zu den Längsführungen 2 des Längsbettes 1 verlaufen. Von den Querführungen 11 wird ein Querschlitten 12 in Richtung einer Koordinatenachse X0 horizontal verschiebbar aufgenommen. Der Querschlitten 12 trägt einen Werkstückträger 13, der um eine in Richtung der Koordinatenachse Yo vertikal verlaufenden Achse A auf dem Querschlitten 12 schwenkbar angeordnet ist. Im Werkstückträger 13 ist eine Werkstückspindel 14 um eine Achse B drehbar gelagert, die die Achse A zum Schwenken des Werkstückträgers 13 rechtwinklig im Werkstückträgerbezugspunkt N, der mit dem Koordinatenursprung Oi zusammenfällt, schneidet. Alle genannten Achsen für die Verstell-, Schwenk-und Drehbewegungen sind mit einem motorischen Antrieb und einem Messsystem zur Positionserfassung ausgerüstet. Während die Antriebe schematisch angedeutet sind, wurde auf die Darstellung der Positionsmesssysteme verzichtet. So wird durch einen Stellmotor 15 in Verbindung mit einem in dem Querschlitten 12 befindlichen Wälzschraubtrieb 16 der Querschlitten 12 mit dem Werkstückträger 13 in Richtung der Koordinatenachse X0 durch eine Translationsbewegung G verschoben. In gleicher Weise erfolgt der Antrieb des Werkzeugträgers 3 in Richtung der Koordinatenachse Zo für eine Translationsbewegung H in Verbindung mit einem Schraubwälztrieb 17 durch einen Stellmotor 18. Zur Positionierung der Schwenkbewegung des Werkstückträgers 13 um die Achse A ist ein Antriebsmotor 19 der Drehbewegung der Werkstückspindel 14 um die Achse B ein Antriebsmotor 20 vorgesehen. Die vertikale Verschiebung des Trägerschlittens 5

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in Richtung der Koordinatenachse Y0 für eine Transiationsbewegung F erfolgt durch einen Stellmotor 21. Zwischen dem Antriebsmotor 19 und dem Werkstückträger 13 und dem Antriebsmotor 20 und der Werkstückspindel 14 sind nicht dargestellte spielfreie Antriebselemente angeordnet. Durch diese spielfreie Antriebskonzeption können die Antriebsmotoren 19; 20 unmittelbar mit dem Wegmess-und Drehzahlmesssystem sowie mit einer Haltebremse in Kompaktbauweise ausgeführt werden. Darüber hinaus besitzt auch die Werkzeugspindel 8 einen Antriebsmotor, der jedoch aus Fig. 1 nicht besonders ersichtlich ist. Zur präzisen Definition der Bewegungsabläufe ist für den neuen Maschinenaufbau ein Maschinenkoordinatensystem Xo Y0 Zo mit dem Ursprung in O0 festgelegt worden, auf das auch die Messsysteme bezogen sind. Dabei enthält die durch das Koordinatensystem X0 O0 Zo gebildete Ebene die Achse B der Werkstückspindel 14 und verläuft parallel zu den Längsführungen 2 und den Querführungen 11. In der durch das Koordinatensystem Xo Oo Y0 entstandenen Ebene liegt die Achse A zum Schwenken des Werkstückträgers 13 auf dem Querschlitten 12. Diese Ebene verläuft parallel zu den vertikalen Führungen 4 des Werkzeugträgers 3. Die Koordinatenebene Y0 Oo Zo enthält die Achse C für die Drehbewegung der Schwenktrommel 6 und steht senkrecht auf den beiden anderen Koordinatenebenen X0 Oo Zo und X0 00 Y0.

Der Schnittpunkt dieser drei rechtwinklig zueinander liegenden Koordinatenebenen stellt den Koordinatenursprung Oo dar.

Aus dem Schnittpunkt der Achse E für die Drehbewegung der Werkzeugspindel 8 mit der Messerkopfspitzenebene ergibt sich der Berechnungspunkt M des Messerkopfes 9, der stets in der Koordinatenebene Y0 Oo Zo liegt und durch die Abstände Y0m und ZoM vom Koordinatenursprung 00 bestimmt werden kann. Der Werkstückträgerbezugspunkt N liegt stets auf der Koordinatenachse X0. Seine Lage ist durch den Abstand X0m vom Koordinatenursprung Oo definiert. Bei Drehung des Werkstückträgers 13 um die Achse A schliesst die Achse B für die Drehbewegung der Werkstückspindel 14 mit der Koordinatenachse X0 den Werkstückständerwinkel 5e ein. Für das Verzahnen achsversetzter Kegelräder oder zur Durchführung von Tragbildkorrekturen ist ein Achsversatz aw der Werkstückspindel 14 einzustellen. Der Achsversatz aw wird in dem Einstellwert Y0m einbezogen.

Die Wirkungsweise der Verzahnmaschine zur Herstellung von Kegelrädern ist folgende:

Vor Beginn der Bearbeitung wird das Werkstück W aufgespannt. Nach Einschwenken des Werkstückträgers 13 um die Achse A auf den erforderlichen Werkstückträgerwinkel 5e ergibt sich die erforderliche Ausgangslage für das Werkstück. Damit ist auch der Abstand zwischen Werkstückspindelpfan-anlage und der Schwenkachse A als Maschinenkonstante, das Distanzmass der Werkstückspindelaufspannung und das Einbaudistanzmass des Werkstückes gegeben. Nachdem alle Einstell- und Berechnungsdaten in die CNC-Steuerung eingegeben wurden und der erforderliche Programmablauf festliegt, wird die weitere geometrische Ausgangslage zwischen Werkstück und Werkzeug hergestellt. Dabei wird die Lage des Berechnungspunktes des Messerkopfes 9 durch die Maschineneinstellungen XoM, Yom und ZoM bestimmt. Weiterhin ist noch die Neigung der Werkzeugspindel 8 in der bekannten Weise einzustellen.

Nach Einschalten des Werkzeugumlaufes um die Achse E kann der Wälzprozess zur Erzeugung der Zahnflanken beginnen. Der Wälzprozess läuft dann nach dem vorgeschlagenen neuen Verfahren zur Erzeugung der Wälzbewegung für die Herstellung von Zahnflanken an Kegelrädern ab.

Claims (2)

Patentansprüche

1. Verzahnmaschine mit CNC-Steuerung zur Herstellung von Kegelrädern im Wälz- und Formverfahren, bei der ein Werkstück- und ein Werkzeugträger relativ zueinander vertikal und horizontal verschiebbar und der Werkstückträger um eine vertikale Achse schwenkbar angeordnet sind, gekennzeichnet dadurch, dass der Werkzeugträger (3) und der Werkstückträger (13) relativ zueinander in drei rechtwinklig zueinander angeordneten Koordinatenachsen (X0, Yo, Zo) verschiebbar und der Werkstückträger (13) um eine vertikale Achse (A) schwenkbar angeordnet sind.

2. Verzahnmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass auf Längsführungen (2) eines Längsbettes (1) der Werkzeugträger (3) horizontal verschiebbar angeordnet ist, der einen vertikal verschiebbaren Ständerschlitten (5) trägt, von dem ein Werkzeugsystem, bestehend aus einer Schwenktrommel (6), auf der eine Neigungstrommel (7) mit einem darin gelagerten Messkopf (9) angeordnet ist, aufgenommen wird und auf Querführungen (11) eines Querbettes (10), die rechtwinklig zu den Längsführungen (2) angeordnet sind, ein Querschlitten (12) horizontal verschiebbar aufgenommen wird, der den um eine vertikale Achse (A) schwenkbaren Werkstückträger (13) trägt, in dem eine Werkstückspindel (14) drehbar gelagert ist.

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