DE4005181C1 - Machine tool work spindle drive - has angularly adjustable motor with spur gearing controlled via pawl - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe für den Werkstück­ spindelantrieb an programmgesteuerten Drehmaschinen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Bei modernen programmgesteuerten Drehmaschinen besteht die Tendenz, neben den bestimmungsgemäßen Dreharbeiten auch verschiedenartige Fräs- und Bohrarbeiten am aufge­ spannten Werkstück auszuführen. Hierzu ist es u. a. er­ forderlich, daß das eingespannte Werkstück mit einer für die Fräsbearbeitung geeigneten niedrigen Geschwindigkeit angetrieben werden kann. Zur Einhaltung der geforderten Positionier-Genauigkeit der Werkstücke in vorgegebenen Winkellagen haben sich die herkömmlichen Schaltgetriebe von Drehmaschinen nicht bewährt, weil durch das regel­ mäßig vorhandene Getriebespiel Positionierfehler auftre­ ten.

Aus der DE 34 38 309 C1 ist ein Werkstückspindelantrieb für numerisch gesteuerte Drehmaschinen mit einem mehr­ stufigen Getriebe zwischen der Werkstückspindel und einem drehzahlgeregelten Antriebsmotor bekannt, der neben der Drehbearbeitung von Werkstücken auch deren präzise Bear­ beitung mit rotierenden Werkzeugen ermöglicht. Zur genauen Positionierung der Werkstückspindel in vorgegebenen Winkel­ stellungen bei der Bearbeitung mit rotierendem Werkzeug wird ein drehwinkelregelbarer Antriebsmotor verwendet und dem Getriebe ist eine Vorspanneinrichtung zugeordnet, um das Getriebespiel in mindestens einer Schaltstufe während des lage- und geschwindigkeitsgeregelten Antriebsvorgangs zu beseitigen. Diese Vorspanneinrichtung enthält ein Zwi­ schenrad, das mit Hilfe eines druckmittelbetriebenen Schiebers mit dem Eingangsrad und gleichzeitig mit dem Ausgangsrad des Schaltgetriebes in Eingriff gebracht werden kann. Ein stets kollisionsfreier Eingriff dieses Zwischen­ rades in die Verzahnungen des Eingangs- und Ausgangs-Rads ist jedoch nicht sichergestellt, da das Zwischenrad in seinem ausgerückten Zustand nicht durch besondere Arretier­ mittel in vorgegebenen Winkelstellungen im Schieber arre­ tiert werden kann. Da nämlich die Eingangswelle über den inneren Getriebezug mit der achsparallel ausgerichteten Ausgangswelle auch während eines Einrückvorgangs des Zwi­ schenrades gekoppelt ist, besteht durch die frei drehbare Lagerung des Zwischenrades die Gefahr, daß bei dessen Einrückvorgang Zähne miteinander kollidieren.

Aus der DE-Z. "Metall", 1969, H. 12, S. 1289-1295 sind verschiedene Getriebeausführungen für Werkzeugmaschinen bekannt, bei denen zur Ausschaltung des Spiels einzelne Getriebeelemente gegeneinander elastisch verspannt sind. Als besonders günstig wird ein Getriebe angegeben, das zur Erzielung der gewünschten Vorspannung zwei jeweils schräg verzahnte Radpaare mit entgegengesetzt gleichem Schrägungswinkel aufweist, wobei diese Radpaare durch eine axiale Verschiebung einer Ritzelwelle durch eine Feder gegeneinander verspannt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Getriebe für den Werkstückspindelantrieb von programmgesteuerten Drehmaschinen zu schaffen, das bei Bedarf auf einfache Weise vorgespannt werden kann, ohne daß beim Einrückvorgang der Vorspanneinrichtung Kollisionen zwischen den Bauteilen der Vorspanneinrichtung und des Getriebes auftreten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Eine wesentliche Eigenschaft des erfindungsgemäßen Getriebes ist die schnelle und technisch einfache Aktivierung der Vorspannung, was durch eine kurze Zustellbewegung der beiden in bekannter Weise gegeneinander winkelversetzten Stirnräder in die Verzahnung der Wellenzahnräder erreicht wird. Dieser Vorgang wird gleichzeitig mit dem Umschalten der Maschinensteuerung von Dreh- auf Fräs-Betrieb durch­ geführt. Um bei der Einrückbewegung der am Tragrahmen gelagerten Stirnräder eine Kollision, d. h. ein Auftreffen von Zahn auf Zahn, zu verhindern, sind die beiden Stirn­ räder in ihrer ausgerückten Stellung durch die Arretier­ vorrichtung lagefixiert. Da die Winkelposition der Aus­ gangswelle des Getriebes beim Umschalten von Dreh- auf Fräsbetrieb genau erfaßt wird und die Arretierung der ausgerückten Stirnräder ebenfalls in durch die Verzahnung vorgegebenen Stellungen erfolgt, ist gewährleistet, daß bei einer Einrückbewegung die Zähne der Stirnräder kolli­ sionsfrei in Zahnlücken der auf der Eingangswelle und der Ausgangswelle sitzenden Zahnräder eingreifen.

Für die Montage und Wartung ist es zweckmäßig, wenn die beiden Zahnräder außerhalb des Getriebegehäuses auf der Eingangswelle und der gleichachsig ausgerichteten Ausgangs­ welle oder deren zugehörigen Teilen angeordnet sind. Auf diese Weise können herkömmliche Stufengetriebe unverändert eingesetzt und mit einer Vorspanneinrichtung nachgerüstet werden.

Weitere Besonderheiten und Vorzüge des erfindungsgemäßen Getriebes ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels.

Es zeigt

Fig. 1 den Antrieb einer Drehmaschine mit dem vorspannbaren Getriebe in sche­ matischer Seitenansicht,

Fig. 2 den Antrieb nach Fig. 1 im Schnitt A-B-B₁,

Fig. 3 eine Arretiervorrichtung für die Vorspann-Stirnräder im Teilschnitt.

Der dargestellte Drehmaschinen-Hauptantrieb umfaßt einen stufenlos regelbaren Elektromotor 1, einen in einen Ma­ schinenständer 2 eingebauten vorspannbaren Getriebeblock 3 und die im Spindelstock 4 gelagerte Spindel 5 zur Aufnahme eines Werkstücks. Die Antriebsverbindung vom Motor 1 zum Getriebe 3 und zur Spindel 5 erfolgt über gezahnte Treib­ riemen 6, 7.

Seitlich neben dem Getriebeblock 3 ist im Ständer 2 eine Vorspannvorrichtung 8 angeordnet, die einen schwenkbaren Tragrahmen 9, eine in zwei Rahmenschenkeln gelagerte Welle 19, zwei auf der Welle 19 drehfest angeordnete Stirnräder 13, 14 und eine Arretiervorrichtung 50 aufweist (vgl. Fig. 1 und 2). Der Tragrahmen 9 ist auf zwei fluchtenden Drehzapfen 16, 17 mittels eines Stellzylinders 18 schwenk­ bar im Maschinenständer 2 gelagert. In den Seitenstreben des Tragrahmens 9 ist eine Welle 19 gelagert, auf deren beiden vorstehenden Abschnitten je ein Stirnrad 20, 21 mittels einstellbarer Klemmbuchsen 22, 23 od. dgl. befe­ stigt ist. Die Wellenachse 24 verläuft parallel zur Ge­ triebeachse 25 und zur Schwenkachse 26 des Tragrahmens 9.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist auf der Nabe des mit der Getriebe-Eingangswelle 30 fest verbundenen Treibrads 31 ein Zahnrad 32 als erstes Vorspann-Zahnrad eingekeilt, das in der dargestellten Vor­ spann-Stellung mit dem Stirnrad 20 im Eingriff steht. Der Getriebeblock 3 enthält ein Gehäuse 33, in dessen Stirn­ wänden die Eingangswelle 30 und die mit ihr gleichachsige, in einem Verbindungs­ glied 34 endende Ausgangswelle 35 gelagert sind. Die Ein­ gangswelle 30 ist mit einem Ritzel 36 fest verbunden, in dessen zentraler Ausnehmung ein Ansatz am inneren Ende der Ausgangswelle 35 drehbar aufgenommen ist. Auf dem inneren keilverzahnten Abschnitt der Ausgangswelle 35 sitzt ein Schieberad 37, das in der dargestellten Stellung mit einem axialen,innen gezahnten Ansatz 38 mit der Verzahnung des Ritzels 36 im Eingriff steht und die Eingangswelle 30 direkt mit der Ausgangswelle 35 formschlüssig verbindet. Achsparallel zur Eingangs- und Ausgangswelle 30, 35 ist im Gehäuse 33 eine Hilfswelle 39 gelagert, auf deren in Fig. 2 linken keilverzahnten Abschnitt ein mit dem Ritzel 36 kämmendes Rad 40 sitzt und auf deren rechtem Abschnitt ein Ritzel 41 befestigt ist, in dessen Verzahnung das Schiebe­ rad 37 bei einer Schaltbewegung nach rechts eingreift.

Das Verbindungsglied 34 der Ausgangswelle 35 greift form­ schlüssig in ein Kupplungsglied 42 ein, das den Endteil einer im Maschinenständer 2 gelagerten Stummelwelle 43 bildet und auf dem ein zweites Vorspann-Zahnrad 44 aufge­ keilt ist. In der dargestellten vorgespannten Stellung kämmt das Stirnrad 21 mit dem Vorspann-Zahnrad 44. Am End­ zapfen der Stummelwelle 43 ist ein Treibrad 45 und ein an einem Ständerteil befestigter Drehgeber 46 befestigt.

Die in Fig. 1 dargestellte Arretiervorrichtung 50 ist eine Federraste, deren starrer Arm 51 auf dem im Ständerteil 2 befestigten Zapfen 16 aufgeklemmt ist und an seinem freien Ende eine Blattfeder 52 mit einer keilförmigen Rastklaue 53 trägt. Die Position der Arretiervorrichtung 50 ist so gewählt, daß die Rastklaue 53 bei einer Ausrückbewegung des Tragrahmens 9 in eine Zahnlücke des Stirnrads 20 ein­ greift, sobald das Stirnrad 20 vom Zahnrad 32 außer Ein­ griff gekommen ist.

Die Arretiervorrichtung kann auch als eine in Fig. 3 dar­ gestellte Wellenbremse ausgebildet sein. An einem Ständer­ teil 2 ist eine Klinke 55 angelenkt, an deren hohlzylin­ drischem Endteil 56 ein Bremsbelag 57 befestigt ist. Zwi­ schen dem Ständerteil 2 und einer Ausnehmung im Mittelteil der Klinke 55 ist eine Schraubenfeder 58 eingespannt, wel­ che die Klinke 55 gegen eine einstellbare Anschlagschraube 59 drückt. Durch die Ausrückbewegung des Tragrahmens 9 ge­ langt die Welle 19 in Druckanlage an den entsprechend ge­ formten Bremsbelag 57 und wird abgebremst.

Die beiden Stirnräder 20, 21 sind auf der Welle 19 mit einer dem Getriebespiel entsprechenden Winkelversetzung befestigt, so daß nach einer Einschwenkbewegung des Trag­ rahmens 9 eine Verspannung durch den Eingriff zwischen der Eingangswelle 30 und der Stummelwelle 43 der beiden Stirn­ räder 20, 21 in die beiden Zahnräder 32, 44 erzielt wird. Die Größe der gegenseitigen Winkelversetzung der beiden Stirnräder 20, 21 kann mittels einer geeigneten Einstell­ vorrichtung, z. B. durch Klemmbuchsen 22, 23, zum Aus­ gleich von z. B. Herstellungstoleranzen eingestellt werden.

Bei dem dargestellten Getriebe läßt sich die Vorspannvor­ richtung nur im Direktgang, d. h. bei ausgeschalteter Übersetzung, einrücken, wobei die beiden Zahnräder 32 und 44 sowie die beiden Stirnräder 20, 21 gleiche Größe und Zähnezahl haben. In jedem Falle sollte die Zähnezahl der Stirnräder 20, 21 ein ganzzahliges Vielfaches der Zähne­ zahl des Zahnrades 36 betragen. Der Zahnriemen 7 kann auch durch einen Keilriemen ersetzt werden, wobei dann der Drehgeber 46 in einer schlupffreien Verbindung mit der Spindel 5 sein sollte.

Claims (3)

1. Getriebe für den Werkstückspindelantrieb an programmge­ steuerten Drehmaschinen, bestehend aus einem Getriebegehäuse, einer von einem drehwinkel­ regelbaren Motor angetriebenen Eingangswelle, mehreren schaltbaren Zahnradsätzen und einer Ausgangswelle zum Antrieb der Werkstückspindel, wobei in einem am Maschinen­ ständer angeordneten Tragrahmen eine Verzahnung gelagert ist, die zur Erzielung einer Vorspannung im Direktgang in je ein auf der Eingangswelle und der Ausgangswelle aufgekeiltes Zahnrad einrückbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß in zwei Schenkeln des Tragrahmens (9) eine zur Eingangswelle (30) und zur mit dieser gleichachsigen Ausgangswelle (43) achsparallele Welle (19) gelagert ist, auf der zwei die Verzahnung bildende Stirnräder (20, 21) befestigt sind,
daß der Tragrahmen (9) auf einer zur Getriebeachse (25) parallelen Achse (26) motorisch verschwenkbar gelagert ist,
daß zur Einstellung einer Winkelversetzung mindestens ein Stirnrad (20 bzw. 21) in seiner Winkellage gegenüber dem anderen Stirnrad (21 bzw. 20) einstellbar auf der Welle (19) befestigt ist und
daß für die ausgerückten Stirnräder (20, 21) am Trag­ rahmen (9) eine Arretiervorrichtung vorgesehen ist, die eine Klinke (56) mit an der Welle (19) angreifendem Bremsbelag (57) und eine Druckfeder (58) aufweist, durch die die Klinke (56) an einen einstellbaren, ortsfesten Betätigungsanschlag (59) andrückbar ist.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähnezahl jedes Stirnrades (20, 21) in einem ganzzahligen Verhältnis zur Zähnezahl des mit der Eingangswelle (30) fest verbundenen Zahnrads (36) steht.

3. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das antriebsseitige Zahnrad (32) zur Erzielung der Vorspannung auf der Nabe eines auf die Eingangs­ welle (30) aufgekeilten Treibrads (31) sitzt und das entsprechende abtriebsseitige Zahnrad (44) auf einer mit der Ausgangswelle (35) gekuppelten Stummelwelle (43) befestigt ist.