EP1910002A1

EP1910002A1 - Machine tool

Info

Publication number: EP1910002A1
Application number: EP06777401A
Authority: EP
Inventors: Erich Prock; Martin Strauch
Original assignee: Profilator GmbH and Co KG
Current assignee: Profilator GmbH and Co KG
Priority date: 2005-07-20
Filing date: 2006-06-21
Publication date: 2008-04-16
Also published as: DE102005049530A1; WO2007009851A1; DE102005049530B4

Abstract

The invention relates to a machine tool having a work spindle (3) rotationally driven continuously by a work spindle motor (2) during the machining of a workpiece (1) and having a tool spindle (5) rotationally driven continuously by a tool spindle motor (4) at an essentially fixed speed ratio wth the work spindle (3), wherein one or more cutting edges of a cutting tool (6) assigned to the tool spindle (5) enters, with a discontinuous cutting action, the workpiece (1) assigned to the work spindle (3), wherein the work spindle motor (2) and the tool spindle motor (4) are activated by a synchronization control (7). In order to increase the machining accuracy in a machine tool of the type in question, despite fluctuating torque loads, provision is made for the number of magnets (13) in at least one spindle motor (2, 4) to be less than or greater than the number of windings (12).

Description

Werkzeugmaschinemachine tool

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit einer bei der Bearbeitung eines Werkstücks von einem Werkstückspindelmotor kontinuierlich drehange- triebenen Werkstückspindel und mit einer in einem im Wesentlichen festen Drehzahlverhältnis mit der Werkstückspindel von einem Werkzeugspindelmotor kontinuierlich drehangetriebenen Werkzeugspindel, wobei ein oder mehrere Schneidkanten eines der Werkzeugspindel zugeordneten Schneidwerkzeugs insbesondere im unterbrochenen Schnitt spanabhebend in das der Werkstück- spindel zugeordnete Werkstück eintreten, wobei Werkstückspindelmotor und Werkzeugspindelmotor von einer Synchronisationsregelung angesteuert werden, welche als Eingangsdaten Winkelstandinformationen von je einem der Werkstückspindel und einem der Werkzeugspindel zugeordneten Drehgeber erhält, um aus diesen Winkelstandinformationen Wechsel- oder Dreh- Antriebsströme zu erzeugen zum Antrieb des Werkstückspindelmotors und des Werkzeugspindelmotors, wobei die beiden Spindelmotoren je eine Vielzahl von dem Stator oder dem Rotor in gleichmäßiger Winkelverteilung zugeordnete Wicklungen aufweisen, die mit dem jeweiligen Wechsel- oder Drehstrom bestromt werden und die mit dem Rotor oder dem Stator in gleichmäßiger Winkelverteilung zugeordneten Magneten, insbesondere Permanent-Magneten zusammenwirken.The invention relates to a machine tool having a workpiece spindle continuously rotated by a workpiece spindle motor during machining of a workpiece and having a tool spindle continuously rotating in a substantially fixed speed ratio with the workpiece spindle, wherein one or more cutting edges of a cutting tool associated with the tool spindle in particular in the interrupted cut cut into the workpiece spindle associated workpiece enter, the workpiece spindle motor and tool spindle motor are controlled by a synchronization control, which receives as input angular position information of each one of the workpiece spindle and the tool spindle associated rotary encoder to change from this angular position information alternating or rotational To generate drive currents for driving the workpiece spindle motor and the tool spindle motor, wherein the two spindle Motors each have a plurality of the stator or the rotor in a uniform angular distribution associated windings, which are energized with the respective alternating or three-phase current and cooperating with the rotor or the stator in a uniform angular distribution associated magnet, in particular permanent magnets.

Derartige Werkzeugmaschinen sind im Stand der Technik bekannt und dienen insbesondere der Zahnflankenbearbeitung von Werkstücken. Die Werkstücke können unverzahnt oder bereits vorverzahnt sein. Das Werkzeug besteht aus einem drehangetriebenen Werkzeugträger mit mindestens einer Schneidkante. Werkzeugmaschinen der vorbezeichneten Art sind beispielsweise bekannt aus der DE 3240165, DE 33 76300, EP 107826, DE 3718 261 oder DE 19631 673. Unabhängig davon, wie das Werkzeug im Detail ausgebildet ist, ob es mit ei- nem Schlagmesser oder mit einer Vielzahl von Schneidkanten, insbesondere schraubengangf örmig angeordneter Schneidkanten versehen ist, arbeitet ein derartiges Werkzeug mit einem unterbrochenen Schnitt. Werkzeugspindel und Werkstückspindel stehen nicht über einen mechanischen Getriebezug in Wirkung zueinander. Vielmehr werden Werkstückspindel oder Werkzeugspindel jeweils von einem Servo-Spindelmotor angetrieben. Jeder dieser Spindelmotoren besitzt einen Stator und einen Rotor. Entweder der Stator oder der Rotor besitzt eine Vielzahl von Wicklungen, die mit einem Drehstrom oder einem Wechselstrom bestromt werden. Der jeweils andere Teil des Motors, also der Rotor oder der Stator besitzt den Wicklungen zugeordnete Magnete. Diese Magnete können von Kurzschlussspulen, mit einem Erregerstrom bestromten Spulen oder von Permanentmagneten gebildet werden. Die Anzahl der Magnete entspricht der Anzahl der Wicklungen und liegt in der Regel bei drei. Jede Spindel besitzt einen Drehgeber, der eine gewisse Winkelteilung besitzt. Dieser Drehgeber versorgt die Synchronisationsregelung für die "elektrische Welle" zwischen den beiden Spindelmotoren mit den Ist-Werten. Die Synchronisationsregelung bestromt die Servo-Motoren derart, dass nach Möglichkeit die Soll- Werte erreicht werden. Bei diesen Sollwerten laufen Werkstückspindel und Werkzeugspindel in einem vorbestimmten und im Wesentlichen festen Drehzahlverhältnis zueinander. Wie aus den oben genannten Druckschriften her- vorgeht, wird dieses feste Drehzahlverhältnis bei bestimmten Bearbeitungsverfahren kontrolliert geringfügig geändert. Dabei wird dem Drehzahlverhältnis eine gewisse Phasenverschiebung aufgezwungen. Auf diese Weise können Schrägverzahnungen erzeugt werden.Such machine tools are known in the art and serve in particular the tooth flank processing of workpieces. The workpieces may be untoothed or already pre-serrated. The tool consists of a rotationally driven tool carrier with at least one cutting edge. Machine tools of the type described above are known, for example, from DE 3240165, DE 33 76300, EP 107826, DE 3718 261 or DE 19631 673. Regardless of how the tool is formed in detail, whether with a fly knife or with a large number of Cutting edges, in particular provided helically arranged cutting edges, such a tool works with a broken cut. The tool spindle and workpiece spindle are not in effect via a mechanical gear train. Rather, the workpiece spindle or tool spindle are each driven by a servo spindle motor. Each of these spindle motors has a stator and a rotor. Either the stator or the rotor has a plurality of windings, which are supplied with a three-phase current or an alternating current. The other part of the motor, so the rotor or the stator has the windings associated magnets. These magnets can be formed by short-circuiting coils, coils energized by a field current or by permanent magnets. The number of magnets corresponds to the number of windings and is usually at three. Each spindle has a rotary encoder, which has a certain angle division. This rotary encoder supplies the synchronization control for the "electric shaft" between the two spindle motors with the actual values. The synchronization control energizes the servo motors in such a way that, if possible, the setpoint values are reached. With these setpoints, the workpiece spindle and tool spindle run in a predetermined and substantially fixed speed ratio to one another. As can be seen from the above-mentioned publications, this fixed speed ratio is slightly changed in a controlled manner in the case of certain processing methods. In this case, the speed ratio, a certain phase shift imposed. In this way, helical gears can be generated.

In den heutigen Werkzeugmaschinen werden allgemein frequenzgesteuerteIn today's machine tools are generally frequency controlled

Synchron- oder Asynchronmotoren als Werkstück- oder Werkzeugantriebe eingesetzt. Diese sind entweder als Direktantriebe oder als Baueinheiten, bei denen der Motor über einen Riementrieb oder mit anderen Maschinenelementen, z.B. mit Getrieben mit einer Spindeleinheit verbunden ist, ausgebildet. Diese Antriebe sind in ihren bautechnischen Eigenschaften dafür ausgelegt, bei einer bestimmten Nenndrehzahl ein bestimmtes Drehmoment aufbringen zu können. Allen den vorgenannten Motortypen gemein ist, dass sie aus dem Stillstand heraus bzw. bei niedrigen Drehzahlen relativ geringe Drehmomente be- sitzen. Sollen Werkzeug- und insbesondere Werkstückspindeln in einem relativ niedrigen Drehzahlbereich von 10 bis 600 rpm (Rotation pro Minute) angetrieben werden, so müssen diese Servo-Motoren die oben genannten Untersetzungsgetriebe besitzen. Werden diese Untersetzungsgetriebe nicht verwendet, so haben die Antriebe den Nachteil einer äußerst geringen Drehzahlsteifigkeit bzw. -konstanz.Synchronous or asynchronous motors used as workpiece or tool drives. These are designed either as direct drives or as units in which the motor is connected via a belt drive or with other machine elements, eg with gears to a spindle unit. These drives are designed in their structural properties to be able to apply a certain torque at a certain rated speed. All the aforementioned engine types have in common that they have relatively low torques when at a standstill or at low speeds. If tool and in particular workpiece spindles in a relatively low speed range of 10 to 600 rpm (rotation per minute) to be driven, these servo motors must have the above-mentioned reduction gear. If these reduction gears are not used, the drives have the disadvantage of extremely low speed rigidity or constancy.

Typisch bei dem Verzahnen von Werkzeugen mit den eingangs genannten Werkzeugmaschinen ist der unterbrochene Schnitt. Die Werkzeugspindel läuft für einen gewissen Drehwinkelbereich nahezu frei, bis eine Schneidkante eines Schneidwerkzeuges in das Material eintritt. Dann erhöht sich schlagartig die Drehmomentbelastung der Werkzeugspindel. Bei den bekannten Antrieben wird dabei die Regelung geringfügig aus dem Takt gebracht, so dass das Werkzeug seinem Sollwinkel nachläuft. Dies führt bei der Verzahnung oder aber auch bei der Mehrkantbearbeitung zu Fehlern in den zu erzeugenden Oberf lä- chen. Im Stand der Technik wurden bereits Vorschläge gemacht, Synchron- o- der Asynchronmotoren mit Planetengetrieben oder dergleichen zusammenwirken zu lassen. Nachteilig ist dabei neben dem höheren bautechnischen Aufwand die Langzeitfähigkeit solcher Elemente. Der Antrieb läuft in der Regel nach mehreren tausend Betriebsstunden nicht mehr drehfehlerfrei. Die Dreh- zahlgenauigkeit wird somit nicht erreicht. Außerdem ist ein großer Platzbedarf nachteilhaft.Typical of the gear teeth of tools with the aforementioned machine tools is the broken section. The tool spindle runs for a certain rotation angle range almost free until a cutting edge of a cutting tool enters the material. Then the torque load of the tool spindle suddenly increases. In the case of the known drives, the control is brought slightly out of step, so that the tool runs after its setpoint angle. In the case of toothing or else polygonal machining, this leads to errors in the surfaces to be produced. Suggestions have already been made in the prior art for synchronous or synchronous asynchronous motors with planetary gears or the like to cooperate. The disadvantage is in addition to the higher structural complexity, the long-term ability of such elements. The drive usually does not run without errors after several thousand operating hours. The speed accuracy is thus not achieved. In addition, a large space requirement is disadvantageous.

Werden Untersetzungsgetriebe verwendet, so ist das damit einhergehende Getriebespiel nachteilhaft für die Präzision der Bearbeitung. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Werkzeugmaschine der eingangs genannten Art Maßnahmen vorzusehen, um die Bearbeitungsgenauigkeit trotz wechselnder Drehmomentbelastungen zu erhöhen.If reduction gears are used, the associated gear play is disadvantageous for the precision of the machining. The invention has for its object to provide measures in a machine tool of the type mentioned to increase the machining accuracy despite changing torque loads.

Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung.The object is achieved by the invention specified in the claims.

Jeder Anspruch stellt für sich eine eigenständige Lösung der vorgenannten Aufgabe dar und ist grundsätzlich mit jedwedem anderen Anspruch kombinierbar.Each claim represents an independent solution of the aforementioned object and can basically be combined with any other claim.

Es ist zunächst und im Wesentlichen vorgesehen, dass einer der Spindelmotoren, also entweder ein Werkstückspindelmotor oder ein Werkzeugspindelmotor oder beide Spindelmotoren eine Magnetanzahl besitzen, die entweder verschieden von der Anzahl der Wicklungen ist und/ oder mindestens zehn be- trägt. Die Anzahl der Magnete kann somit größer oder kleiner sein als die Anzahl der Wicklungen. Sie ist bevorzugt kleiner als die Anzahl der Wicklungen. Bevorzugt ist eine große Zahl von Magneten bzw. Wicklungen. Die Wicklungen können dem Stator des Elektromotors oder aber dem Rotor des Elektromotors zugeordnet sein. Selbiges gilt für die Magnete, die mit den Wicklungen zu- sammenwirken. Zufolge der unterschiedlichen Anzahl der Magnete zur Anzahl der Wicklungen ist es möglich, dass der erfindungsgemäße Spindelmotor mit extrem kleinen Drehzahlen betrieben wird und dennoch große Drehmomente übertragen kann, wobei der Motor eine große Drehmomentsteifigkeit besitzt. Der Motor kann darüber hinaus in jeder beliebigen Drehstellung an- gehalten werden und auch aus jeder beliebigen Drehstellung wieder selbsttätig anlaufen. Wesentlich ist auch die hohe Anzahl der Polpaare, die eine deutlich feinere Abstufung der Drehzahl bei festen Frequenzschritten ermöglicht. In entsprechender Weise benötigen dann auch die Drehgeber eine entsprechend hohe und höhere Winkelauflösung, als es beim Stand der Technik erforderlich bzw. möglich ist. Der besondere Vorteil der Verwendung der eingangs beschriebe- nen Motoren als Spindelmotoren besteht des Weiteren darin, dass der Motor relativ wenig belastet wird, aber dennoch durch seine Bauart bedingt sehr steif und unempfindlich gegen Drehmomentstöße von außen z.B. durch den unterbrochenen Schnitt bei der Bearbeitung von Werkstücken reagiert. Es wird also die Eigenschaft der Motoren benutzt, kurzzeitig sehr hohe Drehmomente aufbringen zu können. Diese Motoren können zwar ihr maximales Drehmoment nicht auf Dauer aufbringen, da sie sonst überhitzt würden, wenn sie nicht besonders gekühlt werden. Für den unterbrochenen Schnitt ist dies aber ausreichend. Die Motoren werden ohne besonderes Untersetzungsgetriebe verwen- det. Der Stator wird am Maschinengestell befestigt. Der Rotor treibt direkt die Werkzeugspindel oder Werkstückspindel an.It is initially and essentially envisaged that one of the spindle motors, that is to say either a workpiece spindle motor or a tool spindle motor or both spindle motors, has a number of magnets which is either different from the number of windings and / or at least ten. The number of magnets can thus be greater or smaller than the number of windings. It is preferably smaller than the number of windings. Preferred is a large number of magnets or windings. The windings may be associated with the stator of the electric motor or the rotor of the electric motor. The same applies to the magnets that interact with the windings. Due to the different number of magnets to the number of windings, it is possible that the spindle motor according to the invention is operated at extremely low speeds and yet can transmit large torques, the motor has a high torque stiffness. In addition, the motor can be stopped in any desired rotational position and restart automatically from any desired rotational position. Also important is the high number of pole pairs, which allows a much finer gradation of speed at fixed frequency steps. In a corresponding manner then also require the encoder a correspondingly high and higher angular resolution than is necessary or possible in the prior art. The particular advantage of using the initially described nen motors as spindle motors further consists in the fact that the motor is relatively little loaded, but nevertheless due to its design very stiff and insensitive to torque shocks from the outside, for example, by the interrupted cut when machining workpieces. So it is the property of the motors used to be able to apply very high torques for a short time. Although these engines can not permanently apply their maximum torque, otherwise they would overheat if they are not cooled particularly. But this is sufficient for the interrupted cut. The motors are used without a special reduction gear. The stator is attached to the machine frame. The rotor directly drives the tool spindle or workpiece spindle.

Die zuvor beschriebene Werkzeugmaschine ist nicht nur geeignet, Verfahren mit einem unterbrochenen Schnitt durchzuführen. Mit der Werkzeugmaschine lässt sich auch das Wälzschälverfahren durchführen. Bei diesem Verfahren stehen Werkstückspindelachse und Werkzeugspindelachse windschief in einem Achskreuzwinkel zueinander. Der Vorschub erfolgt in Achsrichtung der Werkstückspindel. Die insbesondere schräg verlaufenden Zähne des Wälzschälrades greifen bei diesem Verfahren kontinuierlich in die Zähne des Werkstücks ein. Beide Zähne kämmen miteinander. Gleichwohl laufen diese beiden Zahnräder nicht in gegenseitiger Drehmitnahme in dem Sinne, dass lediglich eines der beiden Zahnräder (Werkstück oder Werkzeug) drehangetrieben ist und das andere jeweils mitläuft. Obgleich die Spanrichtung in der Erstreckungsrichtung der Zähne des Werkstücks erfolgt, werden sowohl Werkstückspindel als auch Werkzeugspindel jeweils von einem der zuvor beschriebenen Motoren drehangetrieben, so dass Werkstück bzw. Werkzeug jeweils über eine Welle unmittelbar mit der Motorwelle in Verbindung stehen. Die Schälkanten des Wälzschälwerkzeuges werden von den Stirnkanten der Zähne des Wälzschälrades gebildet. Die beiden miteinander kämmenden Räder können mit Drehzahlen ange- trieben werden, die höher sind, als die zuvor genannten Drehzahlen. Die Moto- ren sind dementsprechend ausgelegt. Bei dieser Betriebsart werden die Zahnlücken gleichsam "gehämmert". Dabei entsteht ein bei jeder Werkstückumdrehung größer werdender Span, der vom Schäl Werkzeug weitergetrieben wird. Die Verwendung der erfindungsgemäßen Motoren ist hier insbesondere wegen der großen Drehmomente vorteilhaft. Bei einem entsprechend massiven Maschinenaufbau können die Zähne mittelst des Wälzschälverfahrens sogar aus einem vollen Rohling, bspw. einem Ring, herausgearbeitet werden. Die hierzu erforderlichen Axialkräfte werden von der Werkstückspindel bzw. der Werkzeugspindel aufgenommen. Bevorzugt werden aber vorverzahnte Werkstücke bearbeitet, die von dem Wälzschälverfahren lediglich auf Kontur gebracht werden. Die Werkzeugmaschine ist somit nicht nur geeignet für Prozesse mit unterbrochenem Schnitt, sondern auch für solche Prozesse, bei denen hohe Kräfte erforderlich sind und insbesondere bei spanenden Bearbeitungsprozessen, bei denen zufolge der Relativlage von Werkstück und Werkzeug zueinander und Form des Werkzeuges die Drehbewegung in eine axiale spanabhebende Bewegung umgewandelt wird.The machine tool described above is not only suitable for performing interrupted-cut methods. With the machine tool can also perform the Wälzschälverfahren. In this method, the workpiece spindle axis and the tool spindle axis are skewed at an axis cross angle. The feed takes place in the axial direction of the workpiece spindle. The particular oblique teeth of the Wälzschälrades engage in this process continuously in the teeth of the workpiece. Both teeth comb each other. However, these two gears do not run in mutual rotational drive in the sense that only one of the two gears (workpiece or tool) is rotationally driven and the other each runs along. Although the direction of span is in the direction of extension of the teeth of the workpiece, both the workpiece spindle and the tool spindle are each rotationally driven by one of the above-described motors, so that the workpiece or tool is in each case directly in contact with the motor shaft via a shaft. The peeling edges of Wälzschälwerkzeuges are formed by the front edges of the teeth of the Wälzschälrades. The two intermeshing wheels can be driven at speeds higher than the aforementioned speeds. The motor Ren are designed accordingly. In this mode, the tooth gaps are "hammered" as it were. This creates a span which increases in every workpiece revolution and which is driven on by the skiving tool. The use of the motors according to the invention is advantageous here, in particular because of the large torques. With a correspondingly massive machine design, the teeth can even be machined out of a full blank, for example a ring, by means of the skiving method. The axial forces required for this purpose are absorbed by the workpiece spindle or the tool spindle. However, preferably pre-toothed workpieces are processed, which are brought by the Wälzschälverfahren only contoured. The machine tool is thus not only suitable for processes with interrupted cutting, but also for those processes in which high forces are required and especially in machining processes, in which according to the relative position of the workpiece and tool to each other and shape of the tool, the rotational movement in an axial is being transformed.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are explained below with reference to accompanying drawings. Show it:

Fig. 1 den schematischen Aufbau der wesentlichen Elemente der beanspruchten Werkzeugmaschine,1 shows the schematic structure of the essential elements of the claimed machine tool,

Fig. 2 in schematischer Darstellung den Querschnitt durch einen Spindelmotor undFig. 2 shows a schematic representation of the cross section through a spindle motor and

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Wälzschälwerkzeuges im Eingriff in ein innenverzahntes Werkstück im Schnitt. Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine besteht aus einem nicht dargestellten Maschinenbett, dem ein Werkstückspindelträger für die Werkstückspindel 3 und ein Werkzeugspindelträger für die Werkzeugspindel 5 zugeordnet ist. Die Werkzeugmaschine kann mehrere Werkstückspindeln 2 und auch mehrere Werkzeugspindeln 5 besitzen. Insbesondere ist vorgesehen, dass einer Werkstückspindel 3 zwei oder mehr Werkzeugspindeln 5 zugeordnet sind. Die Werkstückspindel 3 kann mittelst eines Werkstückspindelträgers derartig dem Maschinenbett zugeordnet sein, dass die Werkstückspindel 3 in den in Figur 1 mit x, y, z bezeichneten Raumrichtungen verschiebbar ist. Zusätzlich können Maßnahmen vorgesehen sein, um die Werkstückspindel 3 um eine dieser Raumrichtungen, vorzugsweise um die x-Richtung zu verschwenken.Fig. 3 is a schematic representation of a Wälzschälwerkzeuges engaged in an internally toothed workpiece in section. The machine tool according to the invention consists of a machine bed, not shown, to which a workpiece spindle carrier for the workpiece spindle 3 and a tool spindle carrier for the tool spindle 5 are assigned. The machine tool may have a plurality of workpiece spindles 2 and also a plurality of tool spindles 5. In particular, it is provided that a workpiece spindle 3 are assigned two or more tool spindles 5. The workpiece spindle 3 can be assigned to the machine bed by means of a workpiece spindle carrier such that the workpiece spindle 3 can be displaced in the spatial directions indicated by x, y, z in FIG. In addition, measures may be provided to pivot the workpiece spindle 3 by one of these spatial directions, preferably around the x-direction.

Dieselben Maßnahmen können auch für die Werkzeugspindel 5 vorgesehen sein. Auch hier kann der diesbezügliche Träger, nämlich der Werkstückspindel- träger in den drei Raumrichtungen x, y, z verschiebbar angeordnet sein. Zusätzlich kann die Werkstückspindel 5 um zumindest eine Raumachse, um den Winkel W verstellt werden. Alle diese Verstellmöglichkeiten der Lage der Werkstückspindelachse 3 bzw. der Werkzeugspindelachse 5 können mittelst Stellmotoren vorgenommen werden.The same measures can also be provided for the tool spindle 5. Here again, the carrier in question, namely the workpiece spindle carrier, can be displaceably arranged in the three spatial directions x, y, z. In addition, the workpiece spindle 5 can be adjusted by the angle W by at least one spatial axis. All these adjustment possibilities of the position of the workpiece spindle axis 3 and the tool spindle axis 5 can be made by means of servo motors.

Die Werkzeugspindel 3 trägt mit einem nicht dargestellten Spannfutter ein Werkstück 1. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein vorverzahntes Zahnrad, dessen Zahnflanken vom Werkzeug bearbeitet werden sollen. Die Werkstückspindel 3 wird von einem Werkstückspindelmotor 2 angetrieben. Die Drehzahl bzw. der Drehwinkel der Werkstückspindel 3 wird mittelst eines Drehgebers 8 gemessen und einer Synchronisationsregelung 7 zugeleitet. Der Werkstückspindelmotor 2 erhält seinen Strom von der Synchronisationsregelung 7. Die Frequenz des den Werkstückspindelmotor 2 antreibenden Drehoder Wechselstroms wird von der Synchronisationsregelung 7 anhand der vom Drehgeber 8 empfangenen Informationen gesteuert. Die Werkzeugspindel 5 trägt ein Schneidwerkzeug 6, welches die oben genannte Zahnflankenbearbeitung im unterbrochenen Schnitt durchführt. Die Werkzeugspindel 5 wird von einem Werkzeugspindelmotor 4 drehangetrieben. Auf der Werkzeugspindel 5 sitzt ein Drehgeber 9, der seine Drehzahl bzw. Winkelstandinformation der Synchronisationsregelung 7 übermittelt. Die Synchronisationsregelung 7 erzeugt den Dreh- bzw. Wechselstrom, um den Werkzeugspindelmotor 4 anzutreiben.The tool spindle 3 carries with a chuck, not shown, a workpiece 1. In the exemplary embodiment is a pre-toothed gear whose tooth flanks are to be processed by the tool. The workpiece spindle 3 is driven by a workpiece spindle motor 2. The speed or the angle of rotation of the workpiece spindle 3 is measured by means of a rotary encoder 8 and fed to a synchronization control 7. The workpiece spindle motor 2 receives its current from the synchronization control 7. The frequency of the workpiece spindle motor 2 driving rotary or alternating current is controlled by the synchronization control 7 based on the information received from the encoder 8. The tool spindle 5 carries a cutting tool 6, which performs the above-mentioned tooth flank processing in an interrupted section. The tool spindle 5 is rotationally driven by a tool spindle motor 4. On the tool spindle 5 sits a rotary encoder 9, which transmits its speed or angular position information of the synchronization control 7. The synchronization controller 7 generates the rotating or alternating current to drive the tool spindle motor 4.

Die Synchronisationsregelung 7 verwendet bei der Erzeugung des Antriebsstroms für den Werkstückspindelmotor 2 bzw. den Werkzeugspindelmotor 4 die Daten beider Drehgeber 8, 9, um die Drehbewegungen von Werkstück 1 und Schneidwerkzeug 6 derart zu synchronisieren, dass das Schneidwerkzeug 6 im Wesentlichen mit einem festen Drehzahlverhältnis zum Werkstück 1 dreht.When generating the drive current for the workpiece spindle motor 2 or the tool spindle motor 4, the synchronization controller 7 uses the data of both rotary encoders 8, 9 to synchronize the rotational movements of the workpiece 1 and cutting tool 6 in such a way that the cutting tool 6 is essentially at a fixed speed ratio Workpiece 1 rotates.

Zur Erzeugung einer Schrägverzahnung kann es vorgesehen sein, dass sich die Phasenlage der beiden Drehbewegungen der Werkzeugspindel 5 und der Werkstückspindel 3 während der Bearbeitung geringfügig ändert.To produce a helical toothing, it may be provided that the phase position of the two rotational movements of the tool spindle 5 and the workpiece spindle 3 changes slightly during machining.

Zufolge der Erfindung ist entweder der Werkstückspindelmotor 2, der Werkzeugspindelmotor 4 oder sind beide Motoren 2, 4 als Torque-Motoren ausgebildet.According to the invention, either the workpiece spindle motor 2, the tool spindle motor 4 or both motors 2, 4 are designed as torque motors.

Im Ausführungsbeispiel besitzt einer der beiden Spindelmotoren 2, 4 einen Aufbau, der schematisch in der Figur 2 dargestellt ist, welche einen Querschnitt durch einen Spindelmotor 2, 4 zeigt. Der mit der Bezugziffer 10 bezeichnete Stator des Motors ist gehäusefest und liegt in einer Höhlung eines Spindelträgers ein. Der Stator 10 bildet eine Hülse, innerhalb welcher sich der Rotor 11 drehen kann. Es ist aber auch möglich, dass der Rotor die Form einer Hülse be- sitzt und sich um einen den Stator bildenden Kern dreht. In jedem Falle ist aber die jeweilige Spindel 3, 5 fest mit dem Rotor verbunden, so dass die Rotordrehung der Drehung des Werkstückes 1 bzw. der Drehung des Schneidwerkzeuges 6 entspricht.In the embodiment, one of the two spindle motors 2, 4 has a structure which is shown schematically in Figure 2, which shows a cross section through a spindle motor 2, 4. The designated by the reference numeral 10 stator of the motor is fixed to the housing and is located in a cavity of a spindle carrier. The stator 10 forms a sleeve within which the rotor 11 can rotate. But it is also possible that the rotor has the shape of a sleeve and rotates about a core forming the stator. In any case, though the respective spindle 3, 5 fixedly connected to the rotor, so that the rotor rotation of the rotation of the workpiece 1 and the rotation of the cutting tool 6 corresponds.

Der in der Figur 2 schematisch dargestellte Rotor 11 trägt auf seiner radial nach außen weisenden Mantelfläche eine Vielzahl von dicht aber mit Abstand nebeneinander liegenden Permanentmagneten 13. Die Polrichtung B der Permanentmagnete 13 verläuft in Radialrichtung der Drehachse des Rotors 11. In der zeichnerischen Darstellung liegen die Magnete 13 etwas beabstandet voneinan- der. In der Realität können die Permanentmagnete 13 dichter aneinander liegen. Die Polungen benachbarter Magnete 13 verlaufen in entgegengesetzter Richtung.The rotor 11 shown schematically in Figure 2 carries on its radially outwardly facing lateral surface a plurality of closely but spaced apart adjacent permanent magnets 13. The polar direction B of the permanent magnets 13 extends in the radial direction of the axis of rotation of the rotor 11. In the drawing are the Magnets 13 slightly spaced from each other. In reality, the permanent magnets 13 may be closer together. The polarities of adjacent magnets 13 extend in the opposite direction.

Zwischen den Magneten 14 und den Wicklungen 12, die dem Stator 10 zuge- ordnet sind, befindet sich ein schmaler, kreisförmiger Luftspalt. Der Durchmesser dieses Ringspaltes zwischen den Magneten 13 und den Wicklungen 12 ist bevorzugt größer als 7, 8, 11, 16, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 60 oder 70 cm.Between the magnets 14 and the windings 12, which are assigned to the stator 10, there is a narrow, circular air gap. The diameter of this annular gap between the magnets 13 and the windings 12 is preferably greater than 7, 8, 11, 16, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 60 or 70 cm.

Im Ausführungsbeispiel besitzt der Rotor 11 zehn Magnete. Bevorzugt ist die Anzahl der Magnete größer als 10 und größer als 12, 14, 16, 18, 20, 24, 28, 32, 38, 46, 50, 60, 72, 90 oder 102.In the embodiment, the rotor 11 has ten magnets. Preferably, the number of magnets is greater than 10 and greater than 12, 14, 16, 18, 20, 24, 28, 32, 38, 46, 50, 60, 72, 90 or 102.

Die Anzahl der Magnete 13 ist kleiner als die Anzahl der Wicklung 12. Im Ausführungsbeispiel besitzt der Stator 10 elf Wicklungen. Demzufolge ist der Win- kelabstand zweier Wicklungen 12 kleiner als der Winkelabstand zweier Magnete 13.The number of magnets 13 is smaller than the number of the winding 12. In the embodiment, the stator 10 has eleven windings. As a result, the angular distance between two windings 12 is smaller than the angular spacing of two magnets 13.

Eine typische Anordnung von Magneten 13 und Wicklungen 12 wird in der DE 695 03 521 T3 anhand eines Linearmotors bzw. eines Torque-Motors beschrie- ben. Im Ausführungsbeispiel beträgt der Unterschied zwischen der Anzahl der Magnete 13 und der Wicklungen 12 eins. In der nicht dargestellten Ausgestaltung der Erfindung können diese Unterschiede aber auch 2, 3, 4, 5 oder sogar mehr betragen.A typical arrangement of magnets 13 and windings 12 is described in DE 695 03 521 T3 on the basis of a linear motor or a torque motor. In the embodiment, the difference between the number of magnets 13 and the windings 12 is one. In the embodiment of the invention, not shown, these differences may also be 2, 3, 4, 5 or even more.

Bei dem zuvor beschrieben Ausführungsbeispiel unterscheidet sich die Anzahl der Magnete 13 von der Anzahl der Wicklungen 12. Es gibt dort mehr Wicklungen 12 als Magnete 13. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Anzahl der Magnete 13 größer als die Anzahl der Wicklungen 12. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel stehen sich Wicklungen 12 und Magnete 13 in unterschiedlicher Winkellage gegenüber, so dass sich eine Vielzahl von schräg zur Radialen verlaufenden Kraftfelder ausbilden, die derartig auch entgegengesetzt wirken, dass der Motor durch verspannte Magnetfelder im Stillstand gehalten oder bei geringsten Drehzahlen gedreht werden kann.In the embodiment described above, the number of magnets 13 differs from the number of windings 12. There are more windings 12 than magnets 13. In an embodiment, not shown, the number of magnets 13 is greater than the number of windings 12. Auch bei In this embodiment, windings 12 and magnets 13 face each other in a different angular position, so that a plurality of force fields extending obliquely to the radial form, which also act in opposite directions such that the motor can be held stationary by strained magnetic fields or rotated at lowest rotational speeds.

In der Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Werkstückspindel, die mit der Bezugsziffer 3 angedeutet ist, wird von einem der oben beschriebenen Motoren drehangetrieben. Das Werkstück 1 ist ein innenverzahnter Rohling. Die Verzahnung des Rohlings 1 besitzt ein Aufmaß, so dass die Zahnlücken geringer sind, als die Zahnlücken des fertig bearbeiteten Zahnrades. In diese Rohlingszahnkontur wird mittels des mit der Bezugsziffer 6 bezeichneten Wälzschälwerkzeuges die Fertigkontur eingeschnitten. Das überschüssige Material wird dabei in Achsrichtung der Werkstückspindelachse 3 abgeschält, wo- zu das Werkstück 1 in der Richtung V vorgeschoben wird. Dies erfolgt in ständigem Zahneingriff der schräg stehenden Zähne des Wälzschälwerkzeuges 6 in die Zahnlücken des Werkstücks 1. Beim Wälzschälwerkzeug 6 sind die Zahnstirnflanken die spanabtragenden Werkzeuge. Die Kontur der Zahnflanken des Werkstücks 1 wird von der Kontur der Stirnkanten des Werkzeuges 6 definiert. Das Werkzeug 6 wird um die mit der Bezugsziffer 5 bezeichnete Achse drehangetrieben. Der Antrieb erfolgt dabei synchronisiert zum Antrieb der Werkstückachse 3. Auch der Wälzschälkopf 6 wird von einem Motor, wie er oben beschrieben ist, drehangetrieben.3, a further embodiment is shown. The workpiece spindle, which is indicated by the reference numeral 3, is rotationally driven by one of the motors described above. The workpiece 1 is an internally toothed blank. The toothing of the blank 1 has an allowance, so that the tooth gaps are smaller than the tooth gaps of the finished gear. In this blank tooth contour, the finished contour is cut by means of designated by the reference numeral 6 Wälzschälwerkzeuges. The excess material is peeled off in the axial direction of the workpiece spindle axis 3, for which purpose the workpiece 1 is advanced in the direction V. This is done in constant meshing of the inclined teeth of the Wälzschälwerkzeuges 6 in the tooth gaps of the workpiece 1. When Wälzschälwerkzeug 6 Zahnstirnflanken are the chip removal tools. The contour of the tooth flanks of the workpiece 1 is defined by the contour of the end edges of the tool 6. The tool 6 is rotatably driven about the axis designated by the reference numeral 5. The drive is synchronized with the drive of the workpiece axis 3. Also, the Wälzschälkopf 6 is rotationally driven by a motor, as described above.

In einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht die Anzahl der Magnete 13 der Anzahl der Wicklungen 12. Jeder Wicklung 12 kann dabei ein Magnet 13 unmittelbar gegenüberliegen. Dieser Aufbau entspricht im Wesentlichen dem Aufbau eines üblichen Synchronmotors, jedoch mit dem Un- terschied, dass die Anzahl der Polpaare sehr hoch ist. Sie beträgt hier mindestens 10, 14, 19, 27, 38, 54, 75, 105.In a further, not shown embodiment, the number of magnets 13 corresponds to the number of windings 12. Each winding 12 can be a magnet 13 directly opposite. This structure corresponds essentially to the structure of a conventional synchronous motor, but with the difference that the number of pole pairs is very high. It is at least 10, 14, 19, 27, 38, 54, 75, 105 here.

Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehö- rigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen. All disclosed features are essential to the invention. The disclosure content of the associated / attached priority documents (copy of the prior application) is hereby also incorporated in full in the disclosure of the application, also for the purpose of including features of these documents in claims of the present application.

Claims

ANSPRÜCHE

1. Werkzeugmaschine mit einer bei der Bearbeitung eines Werkstücks (1) von einem Werkstückspindelmotor (2) kontinuierlich drehangetriebenen Werkstückspindel (3) und mit einer in einem im Wesentlichen festenA machine tool having a workpiece spindle (3) which is continuously rotated during the machining of a workpiece (1) by a workpiece spindle motor (2) and having a substantially fixed one

Drehzahlverhältnis mit der Werkstückspindel (3) von einem Werkzeugspindelmotor (4) kontinuierlich drehangetriebenen Werkzeugspindel (5), wobei ein oder mehrere Schneidkanten eines der Werkzeugspindel (5) zugeordneten Schneidwerkzeugs (6) spanabhebend in das der Werk- stückspindel (3) zugeordnete Werkstück (1) eintreten, wobei Werkstückspindelmotor (2) und Werkzeugspindelmotor (4) von einer Synchronisationsregelung (7) angesteuert werden, welche als Eingangsdaten Winkelstandinformationen von je einem der Werkstückspindel (3) und einem der Werkzeugspindel (5) zugeordneten Drehgeber (8, 9) erhält, um aus diesen Winkelstandinformationen Wechsel- oder Dreh- Antriebsströme zu erzeugen zum Antrieb des Werkstückspindelmotors (2) und des Werkzeugspindelmotors (4), wobei die beiden Spindelmotoren (2, 4) je eine Vielzahl von dem Stator (10) oder dem Rotor (11) in gleichmäßiger Winkelverteilung zugeordnete Wicklungen (12) aufweisen, die mit dem jeweiligen Wechsel- oder Drehstrom bestromt werden und die mit dem Rotor (11) oder dem Stator (10) in gleichmäßiger Winkelverteilung zugeordneten Magneten (13), insbesondere Permanent-Magneten zusammenwirken, dadurch gekennzeichnet, dass bei zumindest einem Spindelmotor (2, 4) die Anzahl der Magnete (13) kleiner oder größer ist als die Anzahl der Wick- lungen (12).Speed ratio with the workpiece spindle (3) of a tool spindle motor (4) continuously rotationally driven tool spindle (5), wherein one or more cutting edges of one of the tool spindle (5) associated cutting tool (6) machined into the workpiece spindle (3) associated workpiece (1 ), wherein the workpiece spindle motor (2) and the tool spindle motor (4) are controlled by a synchronization control (7), which receives angular position information of one each of the workpiece spindle (3) and one of the tool spindle (5) associated rotary encoder (8, 9) as input data, to generate alternating or rotary drive currents from these angular position information for driving the workpiece spindle motor (2) and the tool spindle motor (4), the two spindle motors (2, 4) each having a plurality of the stator (10) or the rotor (11) in uniform angular distribution associated windings (12) energized with the respective alternating or three-phase current t and cooperate with the rotor (11) or the stator (10) in a uniform angular distribution associated magnet (13), in particular permanent magnets, characterized in that at least one spindle motor (2, 4) the number of magnets (13 ) is smaller or larger than the number of windings (12).

2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass bei zumindest einem Spindelmotor die Anzahl der Magnete mindestens zehn ist. 2. Machine tool according to claim 1 or in particular according thereto, characterized in that at least one spindle motor, the number of magnets is at least ten.

3. Werkzeugmaschine mit einer bei der Bearbeitung eines Werkstücks (1) von einem Werkstückspindelmotor (2) kontinuierlich drehangetriebenen Werkstückspindel (3) und mit einer in einem im Wesentlichen festen Drehzahlverhältnis mit der Werkstückspindel (3) von einem Werkzeug- spindelmotor (4) kontinuierlich drehangetriebenen Werkzeugspindel (5), wobei ein oder mehrere Schneidkanten eines der Werkzeugspindel zugeordneten Schneidwerkzeugs (6) spanabhebend in das der Werkstückspindel (3) zugeordnete Werkstück (1) eintreten, wobei Werkstückspindelmotor (2) und Werkzeugspindelmotor (4) von einer Synchronisationsrege- lung (7) angesteuert werden, welche als Eingangsdaten Winkelstandinformationen von je einem der Werkstückspindel (3) und einem der Werkzeugspindel (5) zugeordneten Drehgeber (8, 9) erhält, um aus diesen Winkelstandinformationen Wechsel- oder Dreh- Antriebsströme zu erzeugen zum Antrieb des Werkstückspindelmotors (2) und des Werkzeugspindel- motors (4), wobei die beiden Spindelmotoren (2, 4) je eine Vielzahl von dem Stator (10) oder dem Rotor (11) in gleichmäßiger Winkelverteilung zugeordnete Wicklungen (12) aufweisen, die mit dem jeweiligen Wechseloder Drehstrom bestromt werden und die mit dem Rotor (11) oder dem Stator (10) in gleichmäßiger Winkelverteilung zugeordneten Magneten (13), insbesondere Permanent-Magneten zusammenwirken, dadurch gekennzeichnet, dass bei zumindest einem Spindelmotor die Anzahl der Magnete (13) oder Wicklungen (12) mindestens zehn ist.3. A machine tool having a workpiece spindle (3) which continuously rotates while a workpiece (1) is being machined by a workpiece spindle motor (2) and which is continuously rotated by a tool spindle motor (4) in a substantially fixed speed ratio with the workpiece spindle (3) Tool spindle (5), wherein one or more cutting edges of the tool spindle associated cutting tool (6) machined into the workpiece spindle (3) associated workpiece (1) enter, said workpiece spindle motor (2) and tool spindle motor (4) by a synchronization (7 ), which receives angular position information as input data from one of each of the workpiece spindle (3) and one of the tool spindle (5) associated rotary encoder (8, 9) to generate alternating or rotary drive currents from these angular position information for driving the workpiece spindle motor (2 ) and the tool spindle motor (4), both of which n spindle motors (2, 4) each having a plurality of the stator (10) or the rotor (11) in a uniform angular distribution associated windings (12) which are energized with the respective AC or three-phase current and with the rotor (11) or the Stator (10) in uniform angular distribution associated magnet (13), in particular permanent magnets cooperate, characterized in that at least one spindle motor, the number of magnets (13) or windings (12) is at least ten.

4. Werkzeugmaschine nach Anspruch 3 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass bei zumindest einem Spindelmotor die Anzahl der4. Machine tool according to claim 3 or in particular according thereto, characterized in that at least one spindle motor, the number of

Magnete mindestens zehn ist.Magnets is at least ten.

5. Werkzeugmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehreren Schneidkanten des Schneidwerkzeuges (6) im unterbrochenen Schnitt spanabhebend in das Werkstück eintreten.5. Machine tool according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the one or a plurality of cutting edges of the cutting tool (6) in the interrupted section machined into the workpiece.

6. Werkzeugmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden An- sprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die6. Machine tool according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the

Wicklungen (12) in Nuten des Stators (10) bzw. des Rotors einhegen.Retaining windings (12) in grooves of the stator (10) and the rotor.

7. Werkzeugmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die B- Felder der benachbarten Magneten in Radialrichtung zur Motorachse verlaufen und abwechselnd entgegengesetzt sind.7. Machine tool according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the B fields of the adjacent magnets extend in the radial direction to the motor axis and are alternately opposite.

8. Werkzeugmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Ringspaltes zwischen den Magneten (13) und den Wicklungen (12) größer ist als 70, 80, 110, 160, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 600 oder 700 mm.8. Machine tool according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the diameter of the annular gap between the magnets (13) and the windings (12) is greater than 70, 80, 110, 160, 200, 250, 300 , 350, 400, 450, 600 or 700 mm.

9. Werkzeugmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden An- sprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Magnete (13) oder der Wicklungen (12) größer ist als 12, 14, 16, 18, 20, 24, 28, 32, 38, 46, 50, 60, 72, 90, 102 ist.9. Machine tool according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the number of magnets (13) or the windings (12) is greater than 12, 14, 16, 18, 20, 24, 28, 32, 38, 46, 50, 60, 72, 90, 102.

10. Werkzeugmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Spindelmotor (2, 4) in einem Bereich zwischen 10 und 600 rpm drehmomentkonstant regel- bzw. steuerbar und oberhalb 1000 rpm mit konstanter Leistung regel- bzw. steuerbar ist. 10. Machine tool according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the at least one spindle motor (2, 4) in a range between 10 and 600 rpm constant torque controlled or controllable and above 1000 rpm with constant power regularly or is controllable.

11. Werkzeugmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Magnete sich von der Anzahl der Wicklungen unterscheidet, um mindestens 2, 4, 8, 12, 18, 24, 30.11. Machine tool according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the number of magnets differs from the number of windings by at least 2, 4, 8, 12, 18, 24, 30.

12. Werkzeugmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (10) drehfest am Maschinengestell sitzt und der Rotor (11) drehfest an der Spindel sitzt.12. Machine tool according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the stator (10) rotatably seated on the machine frame and the rotor (11) non-rotatably mounted on the spindle.

13. Werkzeugmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidwerkzeug (6) ein Wälzschälwerkzeug ist, dessen Achse windschief zur Werkstückspindelachse (5) steht und kontinuierlich im Zahneingriff zum Werkstück (1) steht, wobei das Werkstück (1) während der Wälzschälbearbeitung in Achsrichtung vorgeschoben wird. 13. Machine tool according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the cutting tool (6) is a Wälzschälwerkzeug whose axis is skewed to the workpiece spindle axis (5) and continuously in meshing engagement with the workpiece (1), wherein the workpiece (1) is advanced in the axial direction during skiving machining.