DE202006002878U1

DE202006002878U1 - Vorrichtung zum spanabhebenden Bearbeiten von Werkstücken

Info

Publication number: DE202006002878U1
Application number: DE200620002878
Authority: DE
Original assignee: Praewema Antriebstechnik GmbH
Current assignee: Praewema Antriebstechnik GmbH
Priority date: 2006-02-21
Filing date: 2006-02-21
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2016-02-22
Also published as: CH699901B1

Abstract

Vorrichtung zum spanabhebenden Bearbeiten von Werkstücken, insbesondere von Zahnrädern (W),
–mit einer Werkstückablage (5),
–mit einer sich über zwei gegenüberliegende Seiten der Werkstückablage (5) hinaus erstreckenden Führungsbahn (7),
–mit zwei jeweils einen Drehantrieb umfassenden Werkstückspindeln (10,11), die beide mittels jeweils eines Stellantriebs getrennt voneinander in einer ersten Stellrichtung X entlang der Führungsbahn (7) verfahrbar sind,
–mit einem ersten Werkzeughalter (12), der dem über die eine Seite der Werkstückablage (5) hinaus stehenden Endabschnitt (8) der Führungsbahn (7) zugeordnet ist, und
–mit einem zweiten Werkzeughalter (13), der dem anderen Endabschnitt (9) der Führungsbahn (7) zugeordnet ist,
–wobei die Werkstückspindeln (10,11) in einer quer zur ersten Stellrichtung X gerichteten zweiten Stellrichtung Z jeweils so positioniert und/oder ausrichtbar sind, dass jeweils eine der Werkstückspindeln (10,11) mit einem Werkstück (W) in den Arbeitsbereich des ihr zugeordneten, vom jeweiligen Werkzeughalter (12,13) gehaltenen Werkzeugs (18) verfahrbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum spanabhebenden Bearbeiten von Werkstücken, in der parallel zueinander oder aufeinander folgend mindestens zwei Bearbeitungsoperationen an einem Werkstück durchgeführt werden können.
Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus dem deutschen Gebrauchsmuster 298 15 125 bekannt. Bei der bekannten Vorrichtung ist ein Werkstückhalter vorgesehen, der im Bearbeitungsbetrieb auf einer Führungsbahn von einer Abholstation, an der er ein Werkstück annimmt und zu einer ersten Bearbeitungsstation, an der ein Werkzeug das Werkstück bearbeitet, verfährt. Zusätzlich ist an der Führungsbahn mindestens eine weitere Bearbeitungsstation angeordnet, zu der das von dem Werkstückhalter auf der Führungsbahn transportierte Werkstück nach der ersten Bearbeitungsstation gelangt und an der ein weiteres Werkzeug eine sich von der an der ersten Station unterscheidende Bearbeitung an dem Werkstück durchführt.
Der Vorteil einer solchen Anordnung von mindestens zwei nacheinander vom Werkstück angefahrenen Bearbeitungsstationen in einer Maschine besteht darin, dass bei unverändert hoher Flexibilität die auf ein Werkstück entfallende Gesamtbearbeitungszeit verkürzt ist. So können die einzelnen Bearbeitungsvorgänge an dem Werkzeug vorgenommen werden, ohne dass dazu der Werkstückhalter gewechselt oder die Maschine verlassen werden muss. Voraussetzung dazu ist allerdings, dass die unterschiedlichen Bearbeitungsoperationen jeweils nacheinander durchgeführt werden und die einmal eingenommene Einspannposition im Werkzeughalter bei allen Bearbeitungsoperationen beibehalten werden kann. Dieses Erfordernis führt zu einer beschränkten Bandbreite der Bearbeitungen, die in der bekannten Vorrichtung ausgeführt werden können.
Vor diesem Hintergrund lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum spanabhebenden Bearbeiten von Werkstücken, insbesondere von Zahnrädern, zu schaffen, in der mindestens zwei Bearbeitungen in kürzester Bearbeitungszeit bei einem erweiterten Bearbeitungsspektrum ausgeführt werden können.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zum spanabhebenden Bearbeiten von Werkstücken, insbesondere von Zahnrädern, gelöst worden, welche erfindungsgemäß mit einer Werkstückablage, mit einer sich über zwei gegenüberliegende Seiten der Werkstückablage hinaus erstreckenden Führungsbahn, mit zwei jeweils einen Drehantrieb umfassenden Werkstückspindeln, die beide mittels jeweils eines Stellantriebs getrennt voneinander in einer ersten Stellrichtung X entlang der Führungsbahn verfahrbar sind, mit einem ersten Werkzeughalter, der dem über die eine Seite der Werkstückablage hinaus stehenden Endabschnitt der Führungsbahn zugeordnet ist, und mit einem zweiten Werkzeughalter ausgestattet ist, der dem anderen Endabschnitt der Führungsbahn zugeordnet ist, wobei die Werkstückspindeln in einer quer zur ersten Stellrichtung X gerichteten zweiten Stellrichtung Z jeweils so positioniert und/oder ausrichtbar sind, dass jeweils eine der Werkstückspindeln mit einem Werkstück in den Arbeitsbereich des ihr zugeordneten, vom jeweiligen Werkzeughalter gehaltenen Werkzeugs verfahrbar ist.
Gemäß der Erfindung wird das in die erfindungsgemäße Vorrichtung gelangende, jeweils zu bearbeitende Werkstück von dem ersten Werkstückhalter aufgenommen und von ihm zur durch den ersten Werkzeughalter gebildeten Bearbeitungsstation bewegt. Dort angekommen, wird die jeweilige Bearbeitung vorgenommen. Da die Werkzeugspindel selbst mit einem Drehantrieb ausgestattet ist, kann es sich bei dieser Bearbeitung um eine Dreh-, Fräs-, Schleif-, Hon-, Bohr- oder sonstige spanabhebende Bearbeitung handeln, bei der Werkzeuge mit definierter oder undefinierter Schneide eingesetzt und Werkstück und Werkzeug zum Abheben der Späne relativ zueinander bewegt werden.
Nach Abschluss der ersten Bearbeitungsoperation übergibt die erste Werkstückspindel das jeweils bearbeitete Werkstück an die zweite Werkstückspindel, die es daraufhin zur zweiten, durch den mit einem entsprechenden Werkzeug bestückten zweiten Werkzeughalter gebildeten Bearbeitungsstation bringt. Auch dort kann aufgrund der entsprechenden Beweglichkeit der Werkstückspindel jede spanabhebende Bearbeitungsoperation mit definierter oder undefinierter Klinge durchgeführt werden, für die Werkzeug und Werkstück relativ zueinander bewegt werden müssen.
Die Art der Aufspannung des Werkstücks in den Werkstückspindeln wird jeweils entsprechend der jeweiligen Bearbeitungsart und dem jeweiligen Bearbeitungsort gewählt. Soll beispielsweise im Zuge eines der Bearbeitungsschritte eine Innenbohrung eines Zahnrads bearbeitet werden, so wird dazu das betreffende Werkstück zum Beispiel durch eine an seinem Umfang angreifende Spanneinrichtung gespannt. Soll dagegen eine Bearbeitung an einer Stirnfläche oder einer Umfangsfläche des Werkstücks durchgeführt werden, so kann dazu die Werkstückspindel beispielsweise mit ihrer Spanneinrichtung in geeignete Öffnungen des Werkstücks greifen. Beispielsweise kann bei der Bearbeitung der Zahnflanken eines außenverzahnten Zahnrades die Spanneinrichtung der jeweiligen Werkstückspindel beispielsweise in die zentrale Innenbohrung des Zahnrades eingeführt werden.
Während in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung die Bearbeitung mit dem zweiten Werkzeug durchgeführt wird, ist die erste Werkstückspindel schon wieder bereit, ein weiteres Werkstück aufzunehmen und zur ersten Bearbeitungsstation zu befördern. In einer erfindungsgemäßen Vorrichtung können so parallel zueinander mindestens zwei Werkstücke an zwei durch unterschiedliche Werkzeuge gebildeten Bearbeitungsstationen bearbeitet werden. Im Ergebnis führt dies dazu, dass bei größtmöglicher Vielfalt von in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung durchführbaren Bearbeitungsoperationen und trotz des Umstandes, dass das Werkstück zwischen zwei Werkstückspindeln gewechselt wird, in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung unterschiedlichste Bearbeitungsoperationen innerhalb kürzester Bearbeitungszeiten und mit hohem Mengendurchsatz erledigt werden können.
Die Werkstückablage kann in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für die Zuführung, den Abtransport und als Zwischenpuffer für die Übergabe zwischen den beiden Werkstückspindeln genutzt werden. Auf besonders einfache Weise können diese Möglichkeiten dadurch genutzt werden, dass die Werkstückablage als horizontal ausgerichteter Tisch ausgebildet ist, so dass der Halt der Werkstücke auf der Ablage alleine durch die Wirkung der Schwerkraft gesichert ist.
Ebenso trägt es zu einer einfachen Konstruktion einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bei, wenn die Führungsbahn mit Abstand oberhalb der Werkstückablage angeordnet ist. Im Fall einer horizontal ausgerichteten Werkzeugablage ist es in diesem Zusammenhang besonders zweckmäßig, wenn auch die erste Stellrichtung X horizontal verläuft.
Die Vielseitigkeit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann dadurch noch weiter gesteigert werden, dass mindestens eine der Werkstückspindeln mittels eines eigenen Stellantriebs in die zweite Stellrichtung Z verstellbar ist. Bei dieser Variante der Erfindung kann die Werkstückbearbeitung nicht nur durch eine drehende Relativbewegung von Werkstück und Werkzeug bewirkt werden, sondern auch durch eine in axialer Richtung erfolgende.
Im Hinblick auf die Vielfalt der Bearbeitungsoperationen, die in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgeführt werden können, kann es zudem günstig sein, wenn mindestens einer der Werkzeughalter mittels eines Stellantriebs entlang einer quer zu der ersten und der zweiten Stellrichtung X, Z ausgerichteten dritten Stellrichtung Y verstellbar ist. Bei dieser Ausgestaltung kann beispielsweise der Abstand der Drehachse der jeweiligen Werkstückspindel vom Wirkungsbereich der Schneide des jeweiligen Werkzeugs verstellt werden. Dies ist insbesondere dann günstig, wenn Werkstücke von unterschiedlicher Größe in der erfindungsgemäßen Maschine bearbeitet werden sollen oder die jeweilige Bearbeitungsoperation mindestens eine Komponente der Relativbewegung in radialer Richtung des Werkstücks verlangt.
Bearbeitungsoperationen, bei denen Bewegungen des Werkzeugs mit denen des Werkstücks überlagert werden, lassen sich in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch durchführen, das mindestens einer der Werkzeughalter einen Antrieb zum Drehen des von ihm jeweils gehaltenen Werkzeugs um eine Drehachse I,E umfasst. Indem der Werkzeughalter mit der Drehachse I,E des von ihm jeweils gehaltenen Werkzeugs zusätzlich um eine quer zur Drehachse I, E ausgerichtete Schwenkachse A,S schwenkbar ist, lassen sich auch komplex gestaltete Formgebungen der jeweils zu bearbeitenden Flächen problemlos verwirklichen.
Zu diesem Zweck kann der Schwenkweg des Werkzeughalters so ausgelegt sein, dass er einen Winkelbereich umfasst, der ausreicht, um das Werkzeug mit seiner Drehachse I, E im Wesentlichen achsparallel zur Drehachse C1,C2 der diesem Werkzeug zugeordneten Werkstückspindel zu verschwenken. Ein Wechsel der Bearbeitung mit in Bezug zum Werkstück radial ausgerichteter Werkzeugachse zur Bearbeitung mit in Bezug zum Werkzeug axial ausgerichteter Werkzeugachse kann dabei beispielsweise dadurch erzielt werden, dass der beim Verschwenken vom Werkzeughalter überstreichbare Winkelbereich mindestens 90° umfasst.
Wird das Werkstück in einer der Beareitungsstationen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit undefinierter Klinge bearbeitet, beispielsweise geschliffen, so ist es in bestimmten Zeitabständen notwendig, das jeweils eingesetzte Werkzeug neu abzurichten, um auch über eine lange Einsatzdauer eine den jeweiligen Genauigkeitsanforderungen genügende Formhaltigkeit des fertig bearbeiteten Werkstücks zu gewährleisten. Besonders kritisch ist dies bei Werkzeugen für das Schleifen, wenn bei dieser Art der Bearbeitung komplex geformte Flächen geschliffen werden sollen, wie sie beispielsweise an Zahnflanken von Zahnrädern mit evolventenförmigen Zähnen vorliegen.
Ein Problem besteht in diesem Zusammenhang darin, dass das Werkzeug und das jeweilige Abrichtelement während des Abrichtvorgangs relativ zueinander bewegt werden müssen. Darüber hinaus ergibt sich besonders beim Abrichten von Werkzeugen, die in einem Wälzverfahren das jeweilige Werkstück bearbeiten, die Notwendigkeit, dass jede formgebende Fläche des Werkzeugs in gleicher Weise bearbeitet werden muss, um eine gleichmäßige Formgebung aller Wirkflächen des Werkzeugs zu gewährleisten. Letzteres erweist sich insbesondere dann als aufwändig, wenn Werkzeuge für die Schleifbearbeitung der Zähne von Zahnrädern abgerichtet werden müssen.
Um die an das Abrichten von Werkzeugen für die Schleifbearbeitung von Zähnen von Zahnrädern gestellten Anforderungen zu erfüllen, ist zum Beispiel vorgeschlagen worden, die Zähne des Werkzeugs mittels einer so genannten Formrolle abzurichten, die Zahn für Zahn nach einander die Zahnflanken des Werkzeugs abrichtet. Mit dieser Vorgehensweise lässt sich zwar eine exakte Formgebung des abzurichtenden Werkzeugs erzielen. Die dazu benötigte Zeit wird jedoch den heute geforderten Taktzeiten nicht mehr gerecht.
Eine Weiterentwicklung der einzelnen Bearbeitung jeder Bearbeitungsfläche des Werkzeugs bestand darin, dass jeweils zwei gegenüberliegende Flächen gleichzeitig bearbeitet wurden. Im Fall des Abrichtens eines zahnrad-, zahnscheiben- oder zahnstangenförmigen Werkzeugs zum Schleifen von Zahnrädern bedeutete dies, dass in einer Zahnlücke beispielsweise die Zahnflanke des jeweils rechten Werkzeugzahns bearbeitet wird, während gleichzeitig in einer anderen Zahnflanke die Zahnflanke des jeweils anderen Werkzeugzahns abgerichtet wird. Auf diese Weise konnte zwar die für das Abrichten benötigte Zeit halbiert werden. Dennoch bestand die Forderung nach einer weiteren Verkürzung der Abrichtzeit.
Um dies beim Abrichten von Werkzeugen für die Zahnradbearbeitung zu ermöglichen, sind Abrichteinrichtungen eingeführt worden, bei denen einer Zahnlücke eine Abrichtscheibe zugeordnet ist, die deren Flankenform den die jeweilige Lücke begrenzenden Zahnflanken angepasst ist. Die Breite der Scheibe ist dabei um ein Untermaß geringer als die Breite der Lücke. Durch axiale Verschiebung der Scheibe können beide Flanken der jeweiligen Zahnlücke in kurzer Bearbeitungszeit bearbeitet werden. Gleichzeitig wird der Zahnkopf gerichtet, so dass insgesamt eine weitere Verkürzung der für das Abrichten einzurechnenden Bearbeitungszeit erreicht wird. Zusätzliche Zeiteinsparungen beim Abrichten von Schleifwerkzeugen für die Zahnradbearbeitung konnten dabei dadurch erreicht werden, dass nicht nur die Zahnflanken einer Zahnlücke, sondern die Zahnflanken von jeweils zwei nebeneinander liegenden Zahnlücken sowie die zugehörigen Zahnköpfe mit einem nach Art einer Profilrolle ausgebildeten Abrichtwerkzeug gleichzeitig abgerichtet worden sind.
Eine letzte Verkürzung der für das Abrichten eines Werkzeugs für die Zahnradschleifbearbeitung konnte schließlich durch Einführung eines Abrichtrades erzielt werden, dass in einem mit dem Wälzschleifen vergleichbaren Vorgang mit dem abzurichtenden Werkzeug in Eingriff gebracht wird. Neben den auf diese Weise erreichten besonders kurzen Abrichtzeiten besteht der Vorteil dieser Vorgehensweise darin, dass nur geringe Prozesskräfte bei gleichzeitig großer Ausbringung auftreten. Nachteilig ist allerdings, dass sich diese Art des Abrichtens nur für bestimmte Zahnradgeometrien eignet.
Unabhängig davon, wie das Abrichten ausgeführt wird, sind die an die jeweilige Abrichteinrichtung hinsichtlich der beim Abrichten ausgeführten Bewegungen gestellten Anforderungen aufgrund der Komplexität der Formgebung eines Zahnrades oder eines vergleichbaren Bauteils und der geforderten Bearbeitungsgenauigkeiten besonders hoch. In der Praxis führt dies dazu, dass in zur Gattung der vorliegenden Erfindung gehörenden Werkzeugmaschinen konstruktiv aufwändige Abrichteinrichtungen eingebaut sind, die neben einer Vielzahl von Stellantrieben einer aufwändigen Steuerung bedürfen, um die erforderlichen Abrichtbewegungen auszuführen. Sowohl die große Zahl an Stelleinrichtungen als auch die aufwändige Steuerung machen die bekannten Abrichteinrichtungen teuer und störanfällig. Darüber hinaus beanspruchen die bekannten Abrichteinrichtungen einen großen Bauraum, der im jeweiligen Maschinenraum häufig nur unter Schwierigkeiten zur Verfügung gestellt werden kann. Daher sind die Abrichteinrichtungen bei bekannten Werkzeugmaschinen vielfach an schwer zugänglichen Stellen angeordnet, zu denen bei automatischer Betriebsweise die jeweils abzurichtenden Werkzeuge nur in einem aufwändigen Bewegungsablauf transportiert werden können.
Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind diese Probleme dadurch beseitigt worden, dass eine der Werkstückspindeln ein Abrichtwerkzeug zum Abrichten des dieser Werkzeugspindel zugeordneten Werkzeugs trägt. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung wird eine der Werkzeugspindeln, und zwar zweckmäßigerweise diejenige, die dem von Zeit zu Zeit abzurichtenden Werkzeug zugeordnet ist, dazu genutzt, die jeweilige Abrichteinrichtung zu tragen. Da die betreffende Werkstückspindel das jeweils zu bearbeitende Werkstück ohnehin zum betreffenden Werkzeug bringt, ist auf diese Weise zum einen sichergestellt, dass das Abrichtwerkzeug leicht in nächster Nähe und gut erreichbar zum jeweils abzurichtenden Werkzeug gebracht werden kann. Zum anderen kann die Beweglichkeit der Werkzeugspindel zum Antrieb bzw. zur Ausrichtung des Abrichtwerkzeugs relativ zum abzurichtenden Werkzeug während des Abrichtvorgangs genutzt werden.
Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung eines Abrichtwerkzeugs an einer der Werkstückspindeln besteht darin, dass es durch diese Anordnung ohne besonderen apparativen Aufwand und mit dementsprechend hoher Betriebssicherheit möglich ist, sämtliche der aus dem Stand der Technik bekannten, voranstehend zusammengefassten Methoden des Abrichtens von Werkzeugen durchzuführen.
Abhängig von den beim Abrichten auszuführenden Bewegungen kann es in diesem Zusammenhang vorteilhaft sein, wenn das Abrichtwerkzeug mittels eines eigenen Stellantriebs entlang einer Stellachse an der Werkstückspindel verstellbar ist. In diesem Fall ist das Abrichtwerkzeug über seinen Stellantrieb in der Lage, Relativbewegungen zum abzurichtenden Werkzeug auszuführen, die über die Bewegungsmöglichkeiten der das Abrichtwerkzeug jeweils tragenden Werkzeugspindel hinausgehen.
Eine besonders einfach zu realisierende, robuste und kostengünstige Möglichkeit der erfindungsgemäßen Anordnung eines Abrichtwerkzeugs an der Werkzeugspindel besteht darin, dass das Abrichtwerkzeug fest mit der Werkzeugspindel verbunden ist und die Werkzeugspindel das Abrichtwerkzeug während des Abrichtvorgangs relativ zum abzurichtenden Werkzeug bewegt. Vorteilhafterweise ist das Abrichtwerkzeug dabei so angeordnet, dass es alle Bewegungen ausführen kann, die ein von der jeweiligen Spindel getragenes Werkstück während seiner Bearbeitung ausführt. Besonders zweckmäßig erweist sich diese Ausgestaltung dann, wenn es sich bei den zu bearbeitenden Werkstücken um Zahnräder handelt, deren Zähne durch ein Werkzeug mit unbestimmter Klinge geschliffen oder in vergleichbarer Weise bearbeitet werden müssen.
Selbstverständlich ist es möglich, die erfindungsgemäßen Anordnungen eines Abrichtwerkzeugs an einer Werkstückspindel miteinander zu kombinieren. Dies kann beispielsweise dann sinnvoll sein, wenn das eine Abrichtwerkzeug zum Abrichten der Flanken und das andere Abrichtwerkzeug zum Abrichten der Köpfe eines Werkzeug zur Zahnradbearbeitung eingesetzt wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
1 eine Vorrichtung zum spanabhebenden Bearbeiten von Zahnrädern in einer frontalen Ansicht;
2 die Vorrichtung gemäß 1 in einer Ansicht von oben;
3 eine weitere Vorrichtung zum spanabhebenden Bearbeiten von Zahnrädern in einer frontalen Ansicht.
Die in den 1 und 3 dargestellten Vorrichtungen 1,101 zum spanabhebenden Bearbeiten von Zahnrädern W weisen jeweils eine beispielsweise aus Granit gefertigte, quaderförmige Maschinenbasis 2 auf, die an ihrer einen Längsseite zwei mit Abstand zueinander positionierte Stützen 3,4 trägt. Im zwischen den Stützen 3,4 vorhandenen Freiraum ist nach Art eines Tisches eine Werkstückablage 5 vorgesehen, auf deren horizontal ausgerichteter Ablagefläche 6 die jeweils zu bearbeitenden Zahnräder W als Werkstücke durch eine hier nicht gezeigte Fördereinrichtung gefördert werden, die die Zahnräder W nach Beendigung ihrer Bearbeitung auch wieder abholt.
Die Stützen 3,4 tragen eine horizontal ausgerichtete und mit Abstand zu der Ablagefläche 6 der Werkstückablage 5 ausgerichtete Führungsbahn 7, die sich mit ihren Endabschnitten 8,9 jeweils seitlich über die Ablagefläche hinaus erstrecken. Der der Stütze 3 zugeordnete Endabschnitt 8 der Führungsbahn 7 ist dabei kürzer als der Endabschnitt 9, der der Stütze 4 zugeordnet ist, so dass der längere Endabschnitt 9 weiter über die Werkstückablage 5 hinaus steht als der kürzere Endabschnitt 8.
An der Führungsbahn 7 sind über in an sich bekannter Weise ausgebildete Supporte zwei Werkstückspindeln 10,11 in horizontal ausgerichteter Stellrichtung X verschiebbar gelagert, wobei die Werkstückspindeln 10,11 unabhängig voneinander mittels eigener, hier nicht sichtbarer Stelleinrichtungen jeweils individuell in Richtung der Stellrichtung X verstellt werden können. Diese individuelle Verstellbarkeit der Werkstückspindeln 10,11 in der Stellrichtung X ist in den Figuren durch Pfeile X1,X2 angedeutet.
Zusätzlich können die Werkstückspindeln 10,11 mittels hier ebenfalls nicht sichtbarer, auf dem jeweiligen Support gelagerten Stellantriebe in eine vertikal und quer zur Stellrichtung X ausgerichtete Stellrichtung Z verstellt werden. Die betreffende individuelle Verstellbarkeit der Werkstückspindeln 10,11 ist in den Figuren durch Pfeile Z1,Z2 angedeutet.
Jede Werkstückspindel 10,11 umfasst darüber hinaus einen hier auch nicht dargestellten Drehantrieb, der das in der Werkstückaufnahme der jeweiligen Werkstückspindel 10,11 gehaltene Werkstück um eine vertikal ausgerichtete Drehachse C1 bzw. C2 dreht.
Jeder Werkstückspindel 10,11 ist ein Werkzeughalter 12,13 zugeordnet. Der erste Werkzeughalter 12 ist dabei unterhalb des und etwa mittig zum kürzeren Endabschnitt 8 der Führungsbahn 7 an einem dafür vorgesehenen, auf Höhe der Werkstückablage 5 ausgebildeten Vorsprung 14 der Maschinenbasis 2 auf einer Grundplatte 15 befestigt. Die Grundplatte 15 weist Führungsnuten 16 auf, in denen der Werkzeughalter 12 manuell um eine quer zu den Stellrichtungen X und Z ausgerichtete Schwenkachse S verschwenkt werden kann. Über hier nicht sichtbare Stellschrauben kann die Schwenkstellung des Werkzeughalters 12 fixiert werden.
Das im Werkzeughalter 12 gehaltene, hier nicht sichtbare Werkzeug kann mit einem eigenen, hier im einzelnen nicht dargestellten Drehantrieb um eine achsparallel zur Drehachse C1 der Werkstückspindel 10 ausgerichtete Drehachse I gedreht werden, um am jeweiligen Werkstück (Zahnrad Z) beispielsweise eine Fräs-, Drehfräs- oder Schleifbearbeitung durchzuführen, bei der das Werkzeug aktiv rotiert wird. Bei den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der Werkzeughalter 12 mit einem Schleifdorn zum Schleifen der Innenbohrung und einer auf der dem Werkzeug zugeordneten Stirnseite des Zahnrades W vorhandenen Planfläche bestückt. Genauso kann in den Werkzeughalter 12 jedoch auch ein Drehmeißel oder ein Fräswerkzeug eingespannt sein, um beispielsweise bei stehendem Drehantrieb eine reine Drehbearbeitung oder bei laufendem Drehantrieb eine Drehfräsbearbeitung bzw. eine reine Fräsbearbeitung der zentralen Innenöffnung des Zahnrades W durchzuführen.
Der zweite Werkzeughalter 13 ist dem längeren Endabschnitt 9 der Führungsbahn 7 zugeordnet. Er umfasst einen Drehantrieb 17, über den das im Werkzeughalter 13 jeweils gehaltene Werkzeug 18 um eine Drehachse E gedreht werden kann. Das Werkzeug 18 ist bei den hier dargestellten in an sich bekannter Weise als Schleifrolle mit zur vorgegebenen Form der am jeweiligen Zahnrad W herzustellenden Zahnflanken korrespondierenden Gängen ausgebildet, von der die Zahnflanken der Außenverzahnung des jeweils bearbeiteten Zahnrades W in einem Wälzschleifverfahren geschliffen werden.
Der Drehantrieb 17 ist auf einem Support 19 an einem als Linearführung ausgebildeten Tragarm 20 gelagert. Der Tragarm 20 kann mittels eines Schwenkantriebs 21 um eine Schwenkachse A verschwenkt werden, die vertikal und achsparallel zur Stellrichtung X ausgerichtet ist. Der Schwenkantrieb 21 ist dazu an der dem längeren Endabschnitt 9 zugeordneten Seite der Maschinenbasis 2 montiert. Mit ihm lassen sich der Tragarm 20 und mit ihm der von ihm getragene Drehantrieb 17 sowie das darin jeweils gehaltene Werkzeug 18 so ausrichten, dass die Drehachse E des Drehantriebs 17 und seines Werkzeugs 18 beim spanabhebenden Bearbeitungsbetrieb im Wesentlichen waagerecht oder nach den jeweils geltenden Fertigungsvorgaben in einer bezogen auf die durch Stellrichtungen X und Z aufgespannte Ebene senkrechten Ebene so ausgerichtet ist, dass die am jeweiligen Zahnrad W zu erzeugende Oberflächenkontur mit der erforderlichen Genauigkeit erzeugt werden kann.
Mittels einer hier nicht sichtbaren Stelleinrichtung kann der Drehantrieb 17 mit dem Werkzeug 18 entlang des Tragarms 20 in eine quer zu den Stellrichtungen X,Z ausgerichtete Stellrichtung Y bewegt werden. Bei vertikal ausgerichtetem Tragarm 20 verläuft diese Stellrichtung Y ebenfalls exakt vertikal ausgerichtet. Durch Verschwenken des Tragarms 19 um die Schwenkachse A mittels des Schwenkantriebs 21 kann der Drehantrieb 17 mit seiner Drehachse E um einen Schwenkweg von ca. 90° so weit verschwenkt werden, dass seine Drehachse E im Wesentlichen achsparallel zur Drehachse C2 der Werkstückspindel 11 ausgerichtet ist.
Durch seine Verschwenkbarkeit um die Schwenkachse A und seine Verstellbarkeit in Y-Richtung lassen sich mit einem geeignet ausgebildeten Werkzeug 18 in den Vorrichtungen 1,101 eine große Bandbreite von beispielsweise gerad- und schräg-außenverzahnten Zahnräder W unterschiedlichster Formgebung mit einer Genauigkeit schleifbearbeiten, die nicht nur höchsten Anforderungen gerecht wird, sondern sich auch in kürzester Bearbeitungszeit erzielen lässt.
Bei der in den 1 und 2 dargestellten Vorrichtung ist an der dem Schwenkantrieb 21 zugeordneten Außenseite des Gehäuses der Werkstückspindel 11 eine Abrichteinrichtung 22 so befestigt, dass sie bei in deren Stellrichtung Z2 erfolgenden Bewegungen der Werkstückspindel 11 mit in Stellrichtung Z auf und ab bewegt wird. Die Abrichteinrichtung 22 umfasst eine eigene nach Art eines elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch angetriebenen Linearmotors ausgebildete, einen verstellbaren Stellkolben aufweisende Stelleinrichtung 23, deren Stellkolben unabhängig von der Stellbewegung der Werkstückspindel 11 lineare Bewegungen in einer zur Stellrichtung Z achsparallelen Stellrichtung Z3 bewegen kann.
Die Stelleinrichtung 23 der Abrichteinrichtung 22 trägt am freien Ende ihres Stellkolbens ein Abrichtwerkzeug 24, das auf seiner dem Werkzeug 18 zugeordneten Seite eine Verzahnung aufweist, die das Gegenstück der Kontur des Werkzeugs 18 darstellt. Zum Abrichten des Werkzeugs 18 wird die Werkstückspindel 11 durch Verstellung in ihre Stellrichtungen X2,Z2 in eine Position gebracht, in der das nach Art einer Zahnstange ausgebildete Abrichtwerkzeug 24 bei in Mittelstellung befindlichem Stellkolben der Abrichteinrichtung 22 in Eingriff mit dem Werkzeug 18 steht.
Durch Verschwenken um die Schwenkachse A und Verstellen in Stellrichtung Y entlang des Tragarms 20 kann dabei das Werkzeug 18 so ausgerichtet werden, dass beim anschließenden Abrichten die Gänge des Werkzeugs 18 die für ein optimales Arbeitsergebnis günstigste Form erhalten. Während des Abrichtvorgangs wird das Abrichtwerkzeug 24 von der Stelleinrichtung 23 der Abrichteinrichtung 22 in einer linearen Bewegung in Stellrichtung Z auf und ab bewegt. Dieser linearen Bewegung kann die Drehung des Werkzeugs 18 um dessen Drehachse E und eine Auf- und Abbewegung der Werkstückspindel 11 in Stellrichtung Z überlagert werden.
Die Vorrichtung 101 unterscheidet sich von der Vorrichtung 1 dahingehend, dass bei der Vorrichtung 101 die Werkstückspindel 11 keine eigenständig angetriebene Abrichteinrichtung trägt, sondern dass das Abrichtwerkzeug 124 fest am Gehäuse der Werkstückspindel 11 direkt so angeordnet ist, dass es bei jeder Bewegung der Werkstückspindel 11 mitgenommen wird. Das als Gegenform zum Werkzeug 18 ausgebildete Abrichtwerkzeug 124 ist zu diesem Zweck achsparallel zur Drehachse C2 an einer Stelle des Gehäuses der Werkstückspindel 11 positioniert, in der es einerseits die spanabhebende Bearbeitung des jeweiligen Zahnrades Z durch das Werkzeug 18 nicht stört und andererseits durch eine Verstellung der Werkstückspindel 11 in die Stellrichtungen X,Z in Eingriff mit dem Werkzeug 18 gebracht werden kann, nachdem dieses um die Schwenkachse A in eine Position geschwenkt worden ist, in der die Drehachse E des Werkzeugs 18 achsparallel zur Drehachse C2 der Werkstückspindel 11 ausgerichtet ist.
Die Form des Abrichtwerkzeugs 124 ist nach Art von übereinander angeordneten Ringen so ausgebildet, dass bei in Eingriff befindlichen Werkzeugen 124,18 durch Rotation der Werkstückspindel 11 um ihre Drehachse C2 die für das Abrichten erforderliche Relativbewegung beider Werkzeuge 124,18 erzeugt wird. Zusätzlich können vor oder während der Abrichtbearbeitung die Werkzeuge 124,18 relativ zueinander in die Stellrichtungen X und Z verstellt werden, um beispielsweise das Abrichtwerkzeug 124 bei fortschreitendem Abrichtvorgang nachzuführen oder komplex geformte Werkzeugflächen auszubilden. Ebenso können wie bei der Vorrichtung 1 während des Abrichtvorgangs den Bewegungen des Abrichtwerkzeugs 124 Bewegungen des Werkzeugs 18 um die Schwenkachse A, die Drehachse E oder entlang der Stellrichtung Y den über die Werkstückspindel 11 ausgeführten Bewegungen des Abrichtwerkzeugs 124 überlagert werden.
Genauso kann das Werkzeug 18 für ein optimales Abrichtergebnis durch eine während des Abrichtvorgangs fest beibehaltene Einstellung einer entsprechenden Schwenkstellung um die Schwenkachse A oder die Drehachse E bzw. Ausrichtung entlang der Stellrichtung Y so positioniert werden, dass die jeweils zu erzeugende Form der Gänge des Werkzeugs 18 hergestellt werden kann.
Die über die nicht gezeigte Fördereinrichtung in die jeweilige Vorrichtung 1,101 gelangenden Zahnräder W werden zunächst jeweils von der Werkstückspindel 10 aufgenommen, indem sie von einer in die Außenverzahnung des jeweiligen Zahnrades W greifenden, an sich bekannten Zahnflankenklemmeinrichtung der Werkstückspindel 10 gespannt werden. Anschließend werden sie von der Werkstückspindel 10 zum Werkzeughalter 12 verbracht, an dem zunächst die Innenbohrung und anschließend die stirnseitige Planfläche des Zahnrades W geschliffen werden. Anschließend übergibt die Werkstückspindel 10 das Zahnrad W im Bereich der Werkstückablage 5 an die Werkstückspindel 11, die das übernommene Zahnrad W beispielsweise mit einer glatten Spannzange direkt in dessen Innenbohrung spannt und zum Werkzeug 18 transportiert, das nun die Zahnflanken des Zahnrades bearbeitet.

1,101: Vorrichtungen zum spanabhebenden Bearbeiten von
: Zahnrädern W
2: Maschinenbasis
3,4: Stützen
5: Werkstückablage
6: Ablagefläche der Werkstückablage 5
7: Führungsbahn
8,9: Endabschnitte der Führungsbahn 7
10,11: Werkstückspindeln
12,13: Werkzeughalter
14: Vorsprung der Maschinenbasis 2
15: Grundplatte
16: Führungsnuten
17: Drehantrieb
18: Werkzeug
19: Support
20: Tragarm
21: Schwenkantrieb
22: Abrichteinrichtung
23: Stelleinrichtung
24,124: Abrichtwerkzeuge
C1,C2: Drehachsen der Werkstückspindeln 10,11
E: Drehachse
I: Drehachse des Werkzeughalters
S: Schwenkachse
W: Zahnräder
X,X1,X2: horizontal ausgerichtete Stellrichtungen
Y: Stellrichtung
Z,Z1,Z2,Z3: vertikal ausgerichtete Stellrichtungen

Claims

Vorrichtung zum spanabhebenden Bearbeiten von Werkstücken, insbesondere von Zahnrädern (W), –mit einer Werkstückablage (5), –mit einer sich über zwei gegenüberliegende Seiten der Werkstückablage (5) hinaus erstreckenden Führungsbahn (7), –mit zwei jeweils einen Drehantrieb umfassenden Werkstückspindeln (10,11), die beide mittels jeweils eines Stellantriebs getrennt voneinander in einer ersten Stellrichtung X entlang der Führungsbahn (7) verfahrbar sind, –mit einem ersten Werkzeughalter (12), der dem über die eine Seite der Werkstückablage (5) hinaus stehenden Endabschnitt (8) der Führungsbahn (7) zugeordnet ist, und –mit einem zweiten Werkzeughalter (13), der dem anderen Endabschnitt (9) der Führungsbahn (7) zugeordnet ist, –wobei die Werkstückspindeln (10,11) in einer quer zur ersten Stellrichtung X gerichteten zweiten Stellrichtung Z jeweils so positioniert und/oder ausrichtbar sind, dass jeweils eine der Werkstückspindeln (10,11) mit einem Werkstück (W) in den Arbeitsbereich des ihr zugeordneten, vom jeweiligen Werkzeughalter (12,13) gehaltenen Werkzeugs (18) verfahrbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückablage (5) als horizontal ausgerichteter Tisch ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbahn (7) mit Abstand oberhalb der Werkstückablage (5) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Werkstückspindeln (10,11) ein eigener Stellantrieb zum Verstellen der Werkstückspindel (10,11) in die Stellrichtung Z zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einem der Werkzeughalter (13) ein Stellantrieb zum Verstellen des Werkzeughalters (13) entlang einer quer zu der ersten Stellrichtung X und der zweiten Stellrichtung Z ausgerichteten dritten Stellrichtung Y zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Werkzeughalter (12,13) einen Antrieb (17) zum Drehen des von ihm jeweils gehaltenen Werkzeugs (18) um eine Drehachse I,E umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeughalter (12,13) mit der Drehachse I,E des von ihm jeweils gehaltenen Werkzeugs (18) um eine quer zu dieser Drehachse I,E ausgerichtete Schwenkachse A, S schwenkbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkweg des Werkzeughalters (12,13) einen Winkelbereich umfasst, welcher ausreicht, um das Werkzeug (18) mit seiner Drehachse I, E im Wesentlichen achsparallel zur Drehachse C1,C2 der diesem Werkzeug (18) zugeordneten Werkstückspindel (10,11) zu verschwenken.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der beim Verschwenken vom Werkzeughalter (12,13) überstreichbare Winkelbereich mindestens 90° umfasst.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Werkstückspindeln (11) ein Abrichtwerkzeug (24,124) zum Abrichten des dieser Werkzeugspindel (11) zugeordneten Werkzeugs (18) trägt.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stellantrieb (23) zum Verstellen des Abrichtwerkzeugs (24,124) entlang einer Stellachse Z3 an der jeweiligen Werkstückspindel (11) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Abrichtwerkzeug (124) fest mit der Werkszeugspindel (11) verbunden ist und die Werkzeugspindel (11) das Abrichtwerkzeug (124) während des Abrichtvorgangs relativ zum abzurichtenden Werkzeug (18) bewegt.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Werkzeughalter (12,13) ein Schleifwerkzeug hält.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Werkzeughalter (12,13) ein Drehwerkzeug hält.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Werkzeughalter (12,13) ein Honwerkzeug hält.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Werkzeughalter (12,13) ein Fräswerkzeug hält.