DE29507871U1

DE29507871U1 - Wälzfräsmaschine

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Publication number: DE29507871U1
Application number: DE29507871U
Authority: DE
Original assignee: Hermann Pfauter GmbH and Co
Current assignee: Hermann Pfauter GmbH and Co
Priority date: 1995-05-12
Filing date: 1995-05-12
Publication date: 1995-07-27
Anticipated expiration: 2005-05-13
Also published as: ITMI960908A1; ITMI960908A0; US5813806A; JPH0919826A; IT1282572B1

Description

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Hermann Pfauter GmbH & Co. P 3810.8-kr

Schwieberdinger Str. 87

71636 Ludwigsburg _ .

^N Patentanwälte

A. K. Jackisch-Kohl u. K. H Kohl

Stuttgarter Str. 115 - 70469 Stuttgart Wäl&zgr; fräsmaschine

Die Erfindung betrifft eine Wälzfräsmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Mit der Wälzfräsmaschine werden zylindrische Verzahnungen im kontinuierlichen Wälzschraubverfahren hergestellt. Das Werkstück ist in der Werkstückspindel und das Werkzeug in der Werkzeugspindel eingespannt. Zum Antrieb dieser Spindeln dienen Elektromotoren, die seitlich neben den entsprechenden Spindeln angeordnet und durch Getriebe mit ihnen antriebsverbunden sind. Diese Getriebe benötigen erheblichen Platz; sie sind außerdem teuer und beeinträchtigen die kinematische und dynamische Genauigkeit der Bewegungsübertragung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Wälzfräsmaschine so auszubilden, daß sie kompakt ausgebildet ist, eine hohe Genauigkeit des Arbeitsergebnisses zuläßt, eine einfache, zuverlässige Dichtung für Radial- und Axialschlitten ermöglicht und kostengünstig gefertigt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Wälzfräsmaschine erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

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Bei der erfindungsgemäßen Wälzfräsmaschine werden die Werkstück- und/oder die Werkzeugspindel direkt angetrieben, d.h. ein Getriebe zwischen Antrieb und der jeweiligen Spindel ist nicht vorgesehen. Dadurch ergibt sich eine kompakte Bauweise der Maschine ohne genauigkeitsmindernde, schwingungsanfällige Getriebe, die zudem kostengünstig gefertigt werden kann.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 in schematischer Darstellung und in Ansicht eine erfindungsgemäße Wälzfräsmaschine,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Wälzfräsmaschine gemäß Fig. 1,

Fig. 3 in vergrößerter Darstellung und im Axialschnitt einen Fräskopf der erfindungsgemäßen Wälzfräsmaschine.

Die Wälzfräsmaschine dient zur Herstellung von zylindrischen Verzahnungen im kontinuierlichen Wälzschraubverfahren mit einem schnecken- oder zahnförmigen Werkzeug. Die Wälzfräsmaschine hat ein Maschinenbett 1, auf dem eine Werkstückeinheit 2 in Z-Richtung verfahrbar ist. Die Werkstückeinheit 2 ragt in einen Arbeitsraum 3, in dem eine Werkzeugeinheit 4 untergebracht ist. Der Arbeitsraum 3 hat auf der Bedienerseite eine {nicht dargestellte) Öffnung, die mit einer Tür verschlossen werden

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kann. Auf der Bedienerseite der Maschine befindet sich eine Steuerungstafel 5, mit der die NC-Steuerung der Maschine eingestellt werden kann. Vorzugsweise ist die Steuerungstafel 5 um eine Vertikalachse schwenkbar gelagert, so daß sie in eine für die Bedienungsperson der Maschine günstige Lage verstellt werden kann.

Die Werkstückeinheit 2 hat einen Axialschlitten 6, der auf Führungen 7 in Z-Richtung verstellbar ist. Die Führungen 7 sind vorteilhaft Wälzführungen, durch die eine hohe Steifigkeit und Genauigkeit erzielt wird. Im Axialschlitten 6 ist eine durch eine strichpunktierte Linie in Fig. 2 angedeutete Werkstückspindel 8 untergebracht, die mit einem Motor 9 um ihre Achse in Drehrichtung C antreibbar ist. Die Werkstückspindel 8 liegt horizontal und weist eine Kraftspanneinrichtung 48 auf, über die das zu bearbeitende Werkstück an der Werkstückspindel 8 in einer (nicht dargestellten) Spannvorrichtung befestigt werden kann. Zum Verschieben des Axialschlittens dient ein Antrieb 10, der seitlich neben dem Axialschlitten angeordnet ist. Da ein solcher Antrieb bekannt ist, wird er nicht näher beschrieben.

Der Axialschlitten 6 ragt durch eine Seitenwand 11 (Fig. 1) des Arbeitsraumes 3. Sie liegt senkrecht zur Werkstückspindel 8 und erstreckt sich über die Oberseite des Maschinenbettes 1 nach unten und oben. Im Bereich oberhalb des Durchbruches der Werkstückspindel 8 durch die Seitenwand 11 schließt eine schräge Zwischenwand 12 an, welche die senkrechte Seitenwand 11 mit einer oberen, senkrechten Seitenwand 13 verbindet. Die Seitenwand 13 erstreckt sich bis zur Oberseite der Maschine. Die untere Seitenwand 11 schließt innerhalb des Maschinenbettes

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1 an eine weitere schräge Zwischenwand 14 an, an die am unteren Rand ein Ausfallstutzen 15 angeschlossen ist.

Der Seitenwand 11 liegt eine Seitenwand 16 gegenüber (Fig. 1), die parallel zu ihr verläuft und die über eine schräg liegende Zwischenwand 17 mit dem Ausfallstutzen 15 verbunden ist. Nach oben geht die Seitenwand 16 in eine schräge Zwischenwand 18 über, die stumpfwinklig an eine senkrechte Seitenwand 19 anschließt. Sie erstreckt sich bis zur Oberseite der Maschine. Die Wände 18 und 19 begrenzen den Arbeitsraum 3 auf der der Werkstückeinheit

2 gegenüberliegenden Seite. Die schrägen, jeweils etwa auf gleicher Höhe liegenden Zwischenwände 14, 17 und 12, 18 divergieren nach oben, so daß sich der Arbeitsraum 3 in Höhenrichtung erweitert.

Die unteren schrägen Zwischenwände 14 und 17 sind, wie Fig. 2 zeigt, durch weitere schräge Zwischenwände 20 und 21 miteinander verbunden. Sämtliche Zwischenwände 14, 17, 20, 21 konvergieren nach unten und sind an den Ausfallstutzen 15 angeschlossen, der viereckigen, im Ausführungsbeispiel quadratischen Querschnitt hat. Die Zwischenwände 14, 17, 20, 21 sind Teil eines Auffangtrichters 30 für Späne, die bei der Bearbeitung des Werkstükkes anfallen. Dieser Trichter hat viereckigen, vorzugsweise quadratischen Querschnitt.

Die einander gegenüberliegenden schrägen Zwischenwände 20 und 21 gehen in senkrechte Wände 22 und 23 über, die bis zur Oberseite des Maschinenbettes 1 verlaufen. Die Werkzeugeinheit 4 ist in Y-Richtung verschiebbar in bekannter Weise in Führungen 27 am Drehteller 49 gelagert. Die durch eine strichpunktierte Linie in Fig. 1 angedeutete Werkzeugspindel 24 ist um ihre Achse in Drehrich-

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tung B antreibbar. Außerdem kann die Werkzeugeinheit um eine senkrecht zu den Verschieberichtungen Y und Z liegende Achse 29 geschwenkt werden {Doppelpfeil A in Fig. 1), die in Höhe der Achse der Werkstückspindel 8 liegt. An der Werkzeugspindel 24 wird das entsprechende Fräswerkzeug 25 (Fig. 1 und 3) befestigt. Die Werkzeugspindel 2 4 kann zur Aufnahme eines Werkzeuges 25 mit einem Spannkegel mit einer Aufnahme versehen sein. Zur Einspannung zylindrischer Werkzeuge 25 kann die Werkzeugspindel 24 auch mit einer entsprechenden Spannzange ausgerüstet sein.

Die Werkzeugeinheit 4 hat einen Schlitten 26 (Fig. 2), der längs Führungen 27 in Y-Richtung geführt ist. Die Werkzeugeinheit 4 ist auf einem Radialschlitten 28 (Fig. und 2) gelagert, mit dem die Werkzeugeinheit 4 und damit das Werkzeug 25 radial zum zu bearbeitenden Werkstück in Richtung X (Fig. 2) zugestellt wird. Die Linearführungen und der Verschiebeantrieb für den Radialschlitten 28 liegen im Bereich außerhalb des Arbeitsraumes 3·

In Fig. 1 ist die senkrechte Lage der Werkzeugeinheit sowie die rechte Endlage dargestellt, wenn die Werkzeugeinheit um die Achse 29 geschwenkt wird. Die andere Endlage beim Schwenken um die Achse 29 ist in Fig. 1 mit einer strichpunktierten Linie angedeutet. Aus der Mittelstellung kann die Werkzeugeinheit 4 in Schwenkrichtung A um die Achse 29 beispielsweise um 40° in beiden Richtungen geschwenkt werden. Selbstverständlich sind auch andere Schwenkwinkel möglich.

Die Wände 11, 14, 16, 17, 20 bis 2 3 begrenzen den nach unten sich verjüngenden Trichter 30, in den die bei der Bearbeitung des Werkstückes anfallenden Späne nach unten

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zum Ausfallstutzen 15 fallen. Unterhalb des Ausfallstutzens 15 befindet sich ein Späneförderer 31 (Fig. 1), auf den die aus dem Trichter 30 fallenden Späne fallen und der sie zu einem Sammelbehältnis 32 außerhalb der Maschine fördert. Die schrägen Wände 14, 17, 20, 21 haben einen solchen Neigungswinkel, daß die Späne auf jeden Fall nach unten zum Ausfallstutzen 15 rutschen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel liegt der Neigungswinkel in bezug auf die Horizontale bei etwa 45°. Auf diese Weise wird verhindert, daß Späne an den Seitenwänden hängenbleiben und ggf. die Bearbeitung des Werkstückes behindern.

Da auch die Wände 12 und 18 im Bereich oberhalb des Maschinenbettes 1 eine Neigung haben, können auch Späne, die vom Werkstück aus nach oben weggeschleudert werden, über diese schrägen Zwischenwände zuverlässig nach unten zum Trichter 30 rutschen. Der Neigungswinkel dieser Wände 12, 18 ist so groß, daß die Späne nicht an ihnen hängenbleiben können. Der Neigungswinkel dieser Seitenwände 12, 18 liegt ebenfalls bei etwa 45°. Somit ist sichergestellt, daß die Bearbeitung des Werkstückes im Arbeitsraum 3 ohne Behinderung durch die Späne vorgenommen werden kann.

Da die Späne infolge der spanabhebenden Bearbeitung warm und zum Teil heiß sind, werden die Seitenwände des Arbeitsraumes, auf welche die Späne fallen, mit zunehmender Bearbeitungsdauer immer stärker erwärmt. Um diese Wärme nicht in das Maschinenbett 1 zu leiten, sind die Seitenwände gegenüber dem Maschinenbett 1 thermisch entkoppelt. Dies wird dadurch erreicht, daß zumindest für die Seitenwände 11, 14, 16, 17, 20 bis 23 entsprechende Bleche verwendet werden, die vorteilhaft aus nicht ro-

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stendem Material, vorzugsweise aus Edelstahl, bestehen. Die Bleche sind auf Abstand zu den entsprechenden Seitenflächen des Maschinenbettes 1 gehalten. Hierfür können Abstandsbolzen verwendet werden, die in Abständen voneinander zumindest längs der Ränder der Bleche angeordnet sind. Auf diese Weise findet ein Wärmeübergang von diesen Seitenwänden des Trichters 30 auf die Seitenwände des Maschinenbettes 1 nur über die Abstandsbolzen statt, die vorteilhaft aus thermisch schlecht leitendem Material bestehen. Zusätzlich zu splchen Abstandsbolzen kann zwischen den Seitenwänden 11, 14, 16, 17, 20 bis 23 und dem Maschinenbett 1 eine Isolierung angeordnet sein. Auch ist es möglich, die Seitenbleche des Trichters 30 ausschließlich über eine Isolierung mit den entsprechenden Seitenwänden des Maschinenbettes 1 zu verbinden.

Vorteilhaft sind auch die übrigen Seitenwände 12, 13, 18, 22 in gleicher Weise gegenüber der Maschine thermisch entkoppelt.

Wenigstens eine der beiden Spindeln 8, 24, vorzugsweise jedoch beide Spindeln sind direkt getrieben. Dies soll anhand der Fig. 3 am Beispiel der Werkzeugspindel 24 näher erläutert werden. Sie ist im Schlitten 26 mit Lagern 33 drehbar gelagert. An einem Ende der Werkzeugspindel 24 ist das Werkzeug 25 zum Beispiel über eine (nicht dargestellte) Spannzange befestigt. Am anderen Ende sitzt auf der Werkzeugspindel 24 innerhalb des mit dem Schlitten 26 drehfest verbundenen Gehäuses 50 ein Rotor 34, der mit geringem Abstand von einem ortsfest im Schlitten 2 6 gelagerten Stator 35 umgeben ist. Die elektrische Ansteuerung dieses Elektromotors ist in Fig. 3 der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt.

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Der Fräser 25 hat gegebenenfalls einen Schaft 36, der mit einem Ende mit der Werkzeugspindel 24 in bekannter Weise verbunden ist. Das andere Ende des Fräsers 25 ist in bekannter Weise in einem Gegenlager 37 drehbar gelagert, das am Schlitten 26 vorgesehen ist.

Das Werkzeug 25 ist starr mit der als Rotor ausgebildeten Werkzeugspindel 24 verbunden, so daß ein Getriebe zwischen Drehantrieb und Werkzeugspindel 24 nicht vorgesehen ist. Dadurch hat die Maschine einen konstruktiv sehr einfachen Aufbau und ist preisgünstig in der Herstellung. Darüber hinaus ergibt sich infolge des fehlenden Getriebes eine sehr kompakte Ausbildung der Maschine. Durch den Wegfall der Getriebe entfallen alle deren Nachteile (Spiele, Nachgiebigkeiten, Schwingungen).

Die Werkstückspindel 8 ist vorteilhaft in gleicher Weise wie die Werkzeugspindel 24 direktgetrieben, so daß auch im Bereich der Werkstückeinheit 2 ein Getriebe zwischen Drehantrieb und Werkstückspindel 8 nicht erforderlich ist.

Die beiden Einheiten 2 und 4 sind so angeordnet, daß die Bearbeitung des in der Werkstückspindel 8 eingespannten Werkstückes unmittelbar oberhalb des Trichters 30 erfolgt, so daß die anfallenden Späne zuverlässig in den Trichter fallen. Die verschiedenen Bewegungen der Einheiten 2 und 4 sowie ihrer Spindeln 8, 24 erfolgen in bekannter Weise NC-gesteuert. Der Drehantrieb der beiden Spindeln 8, 24 ist vorzugsweise ein Elektromotor. Für die Spindeln kann auch ein Hydraulikantrieb verwendet werden, mit dem die Spindeln 8, 24 ohne Getriebe direkt angetrieben werden.

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Um die Werkstücke in die Werkstückspindel 8 schnell und einfach einwechseln zu können, ist auf dem Maschinenbett 1 eine Werkstückwechselvorrichtung 41 (Fig. 1) vorgesehen. Sie hat einen Doppelgreifer 42, der um eine horizontale, senkrecht zur Werkstückspindel 8 liegende Achse 43 schwenkbar ist. Der Doppelgreifer 42 hat zwei Greiferpaare 44 und 45, die das ein- bzw. auszuwechselnde Werkstück in bekannter Weise erfassen. Zum Werkstückwechsel wird die Werkstückwechselvorrichtung 41 in Achsrichtung des Werkstückes (Z-Richtung) so weit vorgeschoben, daß das Werkstück mit dem Doppelgreifer 42 in die Spanneinrichtung der Werkstückspindel eingesetzt werden kann. Wie Fig. 1 zeigt, ist die Werkstückwechselvorrichtung 41 im Bereich der schrägen Zwischenwandung 18 derart angeordnet, daß die Schwenkachse 43 des Doppelgreifers 42 außerhalb des Arbeitsraums 3 liegt. Die Wand 18 hat eine entsprechende Durchgriffsöffnung für den Doppelgreifer 42.

An einer Seitenwand des Maschinenbettes 1 ist eine Konsole 46 vorgesehen, auf der sich eine Ablage 47 für die ein- und auszuwechselnden Werkstücke befindet. Die auf ihr abgelegten, noch unbearbeiteten Werkstücke liegen im Griffbereich des Doppelgreifers 42.

Mit der Werkstückwechselvorrichtung 41 ist ein extrem schneller Werkstückwechsel gewährleistet, so daß sich sehr kurze Taktzeiten verwirklichen lassen. Die unbearbeiteten Werkstücke werden auf der Ablage 47 durch eine (nicht dargestellte) Transportvorrichtung zugeführt, so daß der Doppelgreifer 42 das jeweilige Werkstück erfassen und in die Werkstückspindel 8 einwechseln kann.

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Die direkt getriebene Werkzeugspindel 24 kann mit sehr hohen Drehzahlen angetrieben werden. So kann die Werkzeugspindel beispielsweise in einem Drehzahlbereich von 500 bis 4000 U/min betrieben werden; die maximale Drehzahl der Werkstückspindel liegt bei 3000 U/min. Damit stehen Drehzahlen zur Verfügung, die ausreichend Reserven beinhalten für einen erfolgreichen Einsatz von Verzahnwerkzeugen aus beliebigen bekannten Schneidstoffen sowie aus Schneidstoffen, deren Entwicklung sich zur Zeit abzeichnet.

Die Werkstückeinheit 2 und die Werkzeugeinheit 4 ragen durch einfach geformte, vorzugsweise kreisförmige Durchbrüche in den Seitenwänden 11, 22 der Arbeitsraumabdekkung. Die Schlitten 6 und 28 der Werkstückeinheit 2 und der Werkzeugeinheit 4 besitzen in diesem Bereich entsprechende, vorzugsweise kreiszylindrische Gestalt. Dadurch ist eine einfache Abdichtung zum Arbeitsraum 3 gegeben. Zusätzlich lassen sich die außerhalb des Arbeitsraumes 3 befindlichen Linearführungen der Schlitten der Einheiten 2 und 4 einfach abdichten.

Claims

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71636 Ludwigsburg 11. Mai 1995

Patentanwalt? ^A- &. JackJsch-Koh! u. K. H, Kon!

Stuttgarter Str. 115 - 70469 Stuttgart

Wälzfräsmaschine mit einer Werkstück- und einer Werkzeugeinheit, die eine Werkstück- bzw. eine Werkzeugspindel aufweisen, die jeweils durch einen Antrieb antreibbar sind,

dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstück- und/oder Werkzeugspindel (8,24) als Rotor des Antriebes ausgebildet sind.
2. Maschine nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb für die Werkstück- und/oder Werkzeugspindel (8, 24) ein Elektromotor ist.
3. Maschine nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb für das Werkstück und/oder das Werkzeug (25) ein Hydraulikantrieb ist.
4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Werkstück- und/oder Werkzeugspindel (8, 24) eine Spanneinrichtung integriert ist.
5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Arbeitsbe-

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reiches des Werkzeuges (25) ein Auffangtrichter (30) für Späne angeordnet ist.
6. Maschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, daß der Auffangtrichter (30) vom Maschinenbett (1) thermisch entkoppelt ist.
7. Maschine nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände (11, 14, 16, 17, 20 bis 23) des Auffangtrichters (30) auf Abstand zum Maschinenbett (1) gehalten sind.
8. Maschine nach Anspruch 6 oder 7,

dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Maschinenbett (1) und den Seitenwänden (11, 14, 16, 17, 20 bis 23) des Auffangtrichters (30) eine Isolierung angeordnet ist.
9. Maschine nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände (11, 14, 16, 17, 20 bis 23) des Auffangtrichters (30) aus nicht rostendem Material, vorzugsweise aus Edelstahl, bestehen.
10. Maschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 6 bis 9,

dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel der Seitenwände (11, 14, 16, 17, 20 bis 23) des Auffangtrichters (30) größer ist als der Haftreibungswinkel für die Späne auf der Oberseite der Seitenwände.
11. Maschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der die Werkzeugeinheit in einem Ar-

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beitsraum untergebracht ist, der von Seitenwänden begrenzt ist,

dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine, vorzugsweise alle Seitenwände des Arbeitsraumes (3) einen Neigungswinkel haben, der größer ist als der Haftreibungswinkel für die Späne auf der Oberseite der Seitenwände.
12. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstück- und die Werkzeugeinheit (2, 4) elektronisch miteinander gekoppelt sind, vorzugsweise über eine NC-Steuerung.
13. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ein- und Auswechseln der Werkstücke eine Werkstückwechselvorrichtung (41) vorgesehen ist.
14. Maschine nach Anspruch 13,

dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückwechselvorrichtung (41) einen Doppelgreifer (42) aufweist, der um eine senkrecht zur Achse der Werkstückspindel (8) liegende Achse (43) schwenkbar ist.
15. Maschine nach Anspruch 14,

dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse (43) außerhalb des Arbeitsraumes (3) angeordnet ist.
16. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß Schlitten (6, 28) der Werkstückeinheit (2) und der Werkzeugeinheit (4) und deren Linearführungen (7, 38) im Bereich außerhalb des Arbeitsraumes (3) angeordnet sind.

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17. Maschine nach Anspruch 16,

dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückeinheit (2)' und die Werkzeugeinheit (4) mit minimaler Dichtfläche durch die Seitenwände (11, 22) des Arbeitsraumes (3) ragen.