WO2005123339A2 - Grinding machine embodied as a universal cylindrical/non-cylindrical grinding machine - Google Patents

Grinding machine embodied as a universal cylindrical/non-cylindrical grinding machine Download PDF

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WO2005123339A2
WO2005123339A2 PCT/EP2005/006272 EP2005006272W WO2005123339A2 WO 2005123339 A2 WO2005123339 A2 WO 2005123339A2 EP 2005006272 W EP2005006272 W EP 2005006272W WO 2005123339 A2 WO2005123339 A2 WO 2005123339A2
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grinding
rack
cross slide
axis
grinding machine
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PCT/EP2005/006272
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Inventor
Georg Himmelsbach
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Erwin Junker Maschinenfabrik Gmbh
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    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
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    • B24B47/02Drives or gearings; Equipment therefor for performing a reciprocating movement of carriages or work- tables
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    • B24B19/08Single-purpose machines or devices for particular grinding operations not covered by any other main group for grinding non-circular cross-sections, e.g. shafts of elliptical or polygonal cross-section
    • B24B19/12Single-purpose machines or devices for particular grinding operations not covered by any other main group for grinding non-circular cross-sections, e.g. shafts of elliptical or polygonal cross-section for grinding cams or camshafts
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    • B24B5/00Machines or devices designed for grinding surfaces of revolution on work, including those which also grind adjacent plane surfaces; Accessories therefor
    • B24B5/36Single-purpose machines or devices
    • B24B5/42Single-purpose machines or devices for grinding crankshafts or crankpins

Definitions

  • the invention relates to a grinding machine in the manner of a universal cylindrical / non-cylindrical grinding machine.
  • the clamping and drive device for the workpiece is usually open
  • a hydraulically driven longitudinal slide, the so-called grinding table consists of a workpiece headstock and a tailstock between which the workpiece is clamped and driven to rotate.On the rear part of the machine bed there is at least one grinding headstock with a rotating grinding wheel
  • the feed axis of the longitudinal slide or grinding table generally coincides with the longitudinal axis of the clamped workpiece and is referred to as the Z-axis, whereas the grinding headstock must be movable at least in a feed axis that is perpendicular to the Z-axis and is referred to as the X-axis
  • the grinding headstock can also be displaced in the direction of the Z axis, that is to say parallel to the
  • the designations Z-axis and X-axis have become common in the course of CNC technology and generally indicate a certain direction in space.
  • the infeed is carried out via the X axis and the longitudinal feed is carried out via the Z axis by means of a cylindrical grinding wheel.
  • surfaces extending transversely to the longitudinal axis of the workpiece can also be ground, with the infeed being effected via the Z axis.
  • the axis and the axis of rotation of the workpiece the so-called C-axis, can also be used to grind non-circular contours with the greatest precision, which is particularly important when grinding camshafts and crankshafts.
  • crankshaft and camshaft grinding machines are therefore universal cylindrical and non-circular grinding machines, which place special demands on the accuracy of the grinding process.
  • a tried and tested means of positioning a grinding headstock in the direction of the Z axis is the adjusting spindle in the form of a ball screw drive.
  • the transport thread between the spindle and nut is formed by a closed chain of balls that circulate in grooves in the spindle and nut in a constant cycle.
  • the ball screw drive is used in most of the machines today. Its limits are due to the increasing machining length of modern grinding machines in the direction of the Z axis.
  • a cross slide with a grinding spindle on a universal cylindrical / non-circular grinding machine has a mass of approximately 2000 to 4000 kg, which must be accelerated over a machine length of 1000 to 5000 mm. If this acceleration is applied by a single spindle that extends over the entire length of the machine, it must have a correspondingly large diameter. The longer the adjustment path, the greater it is.
  • the spindle must be passed through the cross slide and weakens its cross section. This makes the cross slide susceptible to induction or deflection. This is in contrast to the requirement for high rigidity and maximum precision in the grinding process.
  • the cross slide can only be reinforced within certain limits, because this increases its mass and its dimensions.
  • grinding machines of the type mentioned at the outset have been proposed, in which two cross slides for receiving the grinding headstocks, each with one Interact with the ball screw.
  • the spindles are arranged parallel and side by side. If each grinding headstock is to be moved over almost the entire adjustment range, both spindles must extend over almost the entire machine length and be guided through each cross slide. This weakens the cross-slide.
  • This disadvantage also arises if the ball screw is designed in such a way that the spindles are stationary and the adjusting nuts in the cross slide are driven to rotate.
  • the spindle of a ball screw always acts as a spring anyway. This property becomes more apparent the longer the spindle is.
  • the cross slide moves through the spindle along positions of different resonance capabilities of the spindle up to a critical speed of the ball screw.
  • the long spindle is therefore sensitive to vibration, what results in a changed grinding pattern on the finished workpiece and in a reduced service life of the ball screw. Due to the extensibility in the longitudinal direction, the axial rigidity of the spindle is also dependent on the position and length. Furthermore, the spindle is twisted to different degrees when accelerating the cross slide, depending on how heavy the cross slide and how long the spindle is.
  • Acceleration behavior also influenced.
  • Electric linear drives are also known as a possibility of replacing the spindle drive for a linear movement on machine tools.
  • An example of this is the company publication "Linearmotoren" from
  • the direct electric linear drive works wear-free and therefore has low maintenance costs. It can be used for long and fast movements if the masses to be moved are not too high. With short
  • Adjustment paths offer no advantages.
  • a direct linear drive for the large masses to be moved of a universal cylindrical / non-cylindrical grinding machine becomes too heavy and requires a high drive power; in addition there are problems with its cooling, which require additional effort. If the cooling is insufficient, precision losses result from the deformation of components.
  • the invention is based on the object of creating a grinding machine of the type mentioned at the outset, in which large and heavy grinding headstocks can be positioned with high precision in the direction of the Z axis with high acceleration and over machine lengths of, for example, 1000 to 5000 mm or more, Due to the design, vibrations during the grinding process are kept low and the economy of manufacture, maintenance and operation is also guaranteed.
  • the cross slide is guided on the machine bed for high-precision positioning in the direction of the Z axis and is driven in this direction by a displacement drive.
  • the fact that the displacement drive takes place through the engagement of gearwheels in a toothed rack which is fastened to the machine bed has the advantage that the toothed rack is continuously supported on the machine bed over its entire length.
  • the rack itself does not have to be particularly solid, but it becomes very stable due to the continuous support on the machine bed and is completely insensitive to deflection.
  • the gear wheels arranged in pairs are mounted and driven on the cross slide, so that the cross slide drives itself like a vehicle along the rack on the machine bed. This results in a very short torque transmission from the driven gears to the Machine bed.
  • the torque transmission always remains the same, regardless of where the cross slide is currently on the machine bed.
  • the torque required for the drive is also independent of the position of the cross slide on the rack. For a specific series with different machine bed lengths, this has the advantage that the cross slide and its drive can be the same for each machine length.
  • the construction of a machine series based on the modular system with similar individual parts is made considerably easier.
  • both cross slides can be moved almost over the entire length of the machine without influencing each other.
  • the continuously supported and therefore vibration-free toothed rack makes it possible for different grinding processes to be carried out simultaneously on the two cross slides without harmful transmission of vibrations between the two cross slides. This also applies if the grinding spindles of both cross slides work at the same time and the cross slides are in a closely adjacent position. The stiffness of the drive remains unchanged in any position of the cross slide. The result is a low power requirement despite a relatively high acceleration of a maximum of 4 m / s 2 . Machine lengths of 3 to 5 meters with a continuous rack can be easily implemented. Versions of up to 10 meters in length can also be considered with a correspondingly rigid design and careful dimensioning.
  • the desired high-precision positioning of the cross slides in the direction of the Z axis requires the gears to engage in the rack of the sliding drive as free of play as possible.
  • the helical toothing of the gears and the rack serves for this purpose. Their effect is supplemented by the arrangement of at least two gear wheels which engage in the same toothed rack on the machine bed.
  • the arrangement of two gears means that approximately twice the torque can be transmitted as with just one gear. But above all they will two gears of the pair driven with different torque and in such a way that they are braced against the rack.
  • the two gears press against a certain amount of tension against at least two tooth flanks, which avoids the backlash and enables highly precise positioning.
  • the bracing between the gearwheels mounted on the cross slide and the rack can take place in that the two gearwheels of a pair are spaced apart from one another in the direction of the rack and are in engagement with different tooth gaps on the rack.
  • This arrangement leads to a clear structure of the cross slide and the grinding headstock and enables an engagement over the entire width of the rack.
  • Each gear wheel of the pair is advantageously driven by an electric drive motor, the gear wheels being braced against the rack in a direction-dependent manner by the electrical control of the drive motors.
  • the execution takes place in such a way that only one drive motor is decisive for the positioning, this, the so-called main motor, being included in the control. Via the electrical control, it is possible to generate additional torque on one of the two drive motors, which leads to the rack being braced between the gear wheels.
  • each of the gears is driven by its own motor gear unit, it being possible to select angular gears in a particularly advantageous manner and the axis of the drive motor and that of the gear are arranged at right angles to one another.
  • the motor gear unit is then installed with the gear axis perpendicular. This results in a compact design on the cross slide.
  • the angular gear can, for example, also be designed as a planetary gear, in any case act as a reduction gear, thereby saving drive power.
  • the rack on the machine bed is advantageously composed of individual sections and inserted in a recess in the machine bed. This opens up the possibility of easier assembly.
  • the individual sections of the rack are individually attached to the machine bed with dowel pins and by means of special gauges and joined together. This results in an accuracy of the tooth flanks that is equivalent to that of a continuous rack. But can immediately It can also be easily removed by taking the individual sections out of the machine and replacing them when replacing or carrying out repairs.
  • the cross slide of the universal cylindrical / non-circular grinding machine according to the invention is advantageously supported and guided on two guide rails on the machine bed, which are at a distance from one another and between which the rack for the displacement drive of the cross slide is arranged.
  • a massive design of the machine bed is used both for the drive by the rack and for the guidance of the cross slide in the direction of the Z axis with excellent rigidity in the X axis.
  • the versatility of the grinding machine according to the invention is further increased by the fact that, according to an additional optional configuration, at least one grinding headstock on its cross slide can additionally be pivoted about a vertical axis and at least two grinding wheels wearing. This opens up the possibility of quickly changing between different grinding tasks and also machining, for example, flat and / or conical surfaces of the workpiece.
  • FIGS. 1 to 5 Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail with reference to FIGS. 1 to 5. The following is shown in the figures:
  • Fig. 1 shows the known principle of a universal cylindrical / non-cylindrical grinding machine.
  • Fig. 2 is a section through the cross slide of a grinding machine according to the invention with details of its displacement drive.
  • FIG 3 shows a perspective view of the complete cross slide with a grinding spindle head located on a grinding machine according to the invention.
  • Fig. 4 explains details of the shift drive.
  • FIG. 5 shows a view from above of the grinding machine according to the invention in the embodiment with two cross slides that can be positioned independently of one another.
  • Fig. 6 shows schematically a cross slide as a partial section of Fig. 5, but with rack / gear drive also for the grinding headstock.
  • FIG. 1 shows a view from above of the principle of a universal cylindrical / non-cylindrical grinding machine according to the prior art known from the prior art.
  • a grinding table 2 which carries the clamping and drive device for the workpiece.
  • the clamping and drive device consists of a workpiece headstock 3 with a tip 4 and a tailstock 5 with tip 6.
  • the workpiece is clamped between the tips 4 and 6 and driven in rotation by the drive motor 7 of the workpiece headstock 3. If internal grinding is to take place, you can Workpiece headstock 3 and tailstock 4 are replaced by a clamping device that clamps the workpiece only on one side.
  • the double arrow 8 indicates the direction of the Z axis of the grinding machine, which generally coincides with the common longitudinal axis of the clamping and drive device and thus also with the longitudinal and rotational axis of the workpiece to be ground.
  • the grinding table 2 can be moved in the direction of the Z axis.
  • the grinding headstock 9 is shown, which carries a rotating grinding wheel 10.
  • the grinding wheel 10 is driven by a drive motor 12 via a belt drive 11. 1 further shows two mutually perpendicular displacement tracks 15 and 16.
  • the grinding headstock can be displaced linearly both in the direction of the double arrow 13 (Z axis) and in the direction of the double arrow 14 (X axis).
  • the movement of the grinding headstock 9 serves in the X axis, that is, along the first displacement path
  • FIG. 2 illustrates how the displacement drive of the grinding machine according to the invention between the cross slide and the machine bed is effective.
  • the machine bed 20 of the grinding machine according to the invention is equipped with two upwardly directed skids or guide rails 21 and 22.
  • the guide rails 21, 22 are used to guide the cross slide in the direction of the Z axis via special sliding linings 23, 24.
  • FIG. 2 is a view of the grinding machine in the direction of the Z axis, the cross slide 25 being shown in section. It can be seen that the first guide rail 21 serves as a floating bearing in relation to the X-axis, while the second guide rail 22 is a fixed bearing in this respect by the formation of the sliding linings 23, 24, which are firmly connected to the cross slide 25.
  • the cross slide 25 thus moves perpendicular to the plane of the drawing and serves to guide the grinding headstock, not shown in FIG. 2.
  • the second guide rail 22 must serve as a fixed bearing in this regard.
  • the cross slide carries two motor gear units, of which only one motor gear unit 26 can be seen in FIG. It consists of the electric drive motor 27, the bevel gear 28 and a downwardly extending part which is fastened with a fastening flange 30 in an opening 29 of the cross slide 25.
  • a gear or pinion 31 protrudes from the lower end of the motor gear unit 26.
  • the angular gear 28 serves as a reduction gear.
  • the axis 32 of the gear 31 runs perpendicular to the axis 36 of the electric drive motor 27.
  • the gear 31 projects into a recess 33 in the machine bed 20.
  • the gear 31 cooperates there with the rack 34.
  • the rack 34 is composed of individual sections which are fastened by means of fastening screws 35 in the recess of the machine bed. Details of the Fastening can be seen from the enlarged detail A. It can be seen that the toothed rack is fastened to the machine bed in such a way that its teeth 37 run from top to bottom on the free side.
  • the individual sections are fixed in the machine bed with dowel pins. The juxtaposition of the individual sections is carried out using special gauges so that the greatest possible accuracy of the tooth pitch is guaranteed even with a long machine length.
  • FIG. 3 shows the complete cross slide 25 with the grinding headstock 39 on the grinding machine according to the invention in a spatial representation obliquely from above.
  • Figure 3 are of that
  • Cross slide 25 in the direction of the double arrow 38, that is, the Z axis.
  • the grinding headstock 39 is displaceable on the cross slide 25 in the direction of the double arrow 41, that is to say in the X axis.
  • the grinding headstock 39 carries the grinding wheel recognizable at 40.
  • the high-precision positioning of the grinding headstock 39 in the X direction takes place here by means of a ball screw which runs at reference number 42 and is set in rotation by an electric drive motor 43.
  • the grinding headstock 39 could equally well be positioned by means of a double arrangement of driven gear wheels which engage in a further toothed rack mounted on the cross slide (cf. FIG. 6).
  • the grinding headstock is guided in the X-axis direction on the cross slide 25 by means of two hydrostatic non-contact circular guides 44 and 45.
  • FIG. 4 illustrates how the two motor gear units 26 and 26A act on the common rack 34 with their gearwheels 31, 31A. The illustration is only intended to illustrate the principle.
  • the tandem arrangement shown serves a dual purpose: on the one hand, the two motor gear units 26, 26A apply a higher torque to drive the cross slide on the rack.
  • the two motor gear units 26, 26A are also driven with an unequal torque, for example by giving the first motor gear unit 26 a slightly greater torque than the second motor gear unit 26A. This brings about the effect that the rack 34 is clamped between the rotating gears 31 and 31A. There is therefore a backlash-free pressure effect on at least two tooth flanks of the rack 34.
  • the desired high-precision positioning is achieved. With regard to positioning, only one of the two motor gear units, the so-called main unit, is decisive. Only their position indicator is evaluated for the control process.
  • the function of the main unit can also change with the direction of movement of the cross slide on the machine bed.
  • the two gears can be arranged coaxially, so that their teeth basically engage in the same tooth space on the rack.
  • the two gears arranged next to each other are braced against each other hydraulically, electrically or by springs. In this way, a backlash-free engagement of the gears by contacting two tooth flanks of the rack can also be achieved.
  • FIG. 5 shows a top view of the invention
  • the machine shown in which two cross slides with grinding headstocks on them arranged on a common machine bed are.
  • the machine bed is again designated 20, while the location of the rack is indicated by the dashed line 34.
  • the two cross slides have the reference numerals 25 and 49 here.
  • a grinding headstock 39 can be moved on the cross slide 25 and a grinding headstock 50 can be moved on the cross slide 49 in the direction of its respective X axis (X 39 or X 50 ).
  • the movability of the cross slide in the direction of the Z axis is indicated by Z 25 or Z 49 .
  • the machine shown has a workpiece headstock 46 and a tailstock 47, between which a crankshaft 48 is clamped.
  • Workpiece headstock 46 and tailstock 47 are both provided with rotary drives, the axes of rotation being highlighted with Ci and C 2 .
  • the grinding wheels 40 and 51 of the grinding headstocks 39 and 50 are in the situation shown approximately in the area of the workpiece headstock 46 and the tailstock 47. It can be seen that both grinding wheels 40, 51 are moved over the entire length of the clamped crankshaft 48 can. As a result, different grinding processes can be carried out simultaneously on the clamped crankshaft 48 independently of one another.
  • FIG. 6 shows a partial section from FIG. 5, in which a toothed rack 52 for driving by means of further motor gear units 53, 53A of the grinding headstock 39 in the X direction (shown as X39) is shown.
  • the drive of the cross slide 25 already described above by means of a toothed rack and gear in the Z direction is indicated by the double arrow Z25.
  • This embodiment can also be provided for the second cross slide 49. List of reference numbers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Grinding Of Cylindrical And Plane Surfaces (AREA)

Abstract

The invention relates to a grinding machine comprising a displacement drive for a column saddle (25), said drive being provided with two guiding rails extending in recesses with the slideway linings (23, 24) of the column saddle (25). Two motor transmission units (26, 26A) are arranged on the column saddle (25), the driven toothed wheels of said units co-operating with a toothed rack (34) extending in the direction of the standard Z-axis (double-headed arrow 38). Said two toothed wheels of the motor transmission units (26, 26A) are braced on the toothed rack. The inventive embodiment enables a highly precise positioning in the direction of the Z-axis. A grinding spindle head (39) comprising a grinding wheel (40) is arranged on the column saddle (25). Said grinding spindle head (39) can be displaced in the direction of the X-axis (double-headed arrow 41).

Description

SCHLEIFMASCHINE NACH ART EINER UNIVERSAL-RUND-/ UNRUNDSCHLEIFMASCHINE GRINDING MACHINE THE TYPE OF A UNIVERSAL CIRCULAR / CIRCULAR GRINDING MACHINE
Die Erfindung betrifft eine Schleifmaschine nach Art einer Universal-Rund-/ Unrundschleifmaschine.The invention relates to a grinding machine in the manner of a universal cylindrical / non-cylindrical grinding machine.
Derartige Maschinen gehören zum Stand der Technik. Eine Prinzipdarstellung und -beschreibung findet sich beispielsweise in dem Fachbuch von H. Witte, „Werkzeugmaschinen", 8. Auflage 1994, auf den Seiten 293/294 anhand des Bildes 4.46. Die Spann- und Antriebsvorrichtung für das Werkstück ist dabei in der Regel auf einem hydraulisch angetriebenen Längsschlitten, dem sogenannten Schleiftisch, angeordnet. Sie besteht aus einem Werkstückspindelstock und einem Reitstock, zwischen denen das Werkstück eingespannt und zur Drehung angetrieben ist. Auf dem hinteren Teil des Maschinenbettes befindet sich mindestens ein Schleifspindelstock mit einer rotierenden Schleifscheibe. Die Verschieberichtung oder Vorschubachse des Längsschlittens oder Schleiftisches stimmt in der Regel mit der Längsachse des eingespannten Werkstückes überein und wird als Z-Achse bezeichnet. Demgegenüber muss der Schleifspindelstock zumindest in einer Vorschubachse beweglich sein, die senkrecht zu der Z-Achse verläuft und als X-Achse bezeichnet wird. In einer besonderen Ausführung ist aber auch der Schleifspindelstock zusätzlich in Richtung der Z-Achse, also parallel zu der Längsachse des eingespannten Werkstücks, verschiebbar.Such machines are part of the prior art. A basic illustration and description can be found, for example, in the specialist book by H. Witte, "Machine Tools", 8th edition 1994, on pages 293/294 on the basis of Figure 4.46. The clamping and drive device for the workpiece is usually open A hydraulically driven longitudinal slide, the so-called grinding table, consists of a workpiece headstock and a tailstock between which the workpiece is clamped and driven to rotate.On the rear part of the machine bed there is at least one grinding headstock with a rotating grinding wheel The feed axis of the longitudinal slide or grinding table generally coincides with the longitudinal axis of the clamped workpiece and is referred to as the Z-axis, whereas the grinding headstock must be movable at least in a feed axis that is perpendicular to the Z-axis and is referred to as the X-axis In a be In a special version, however, the grinding headstock can also be displaced in the direction of the Z axis, that is to say parallel to the longitudinal axis of the clamped workpiece.
Die Bezeichnungen Z-Achse und X-Achse sind im Zuge der CNC-Technik üblich geworden und geben allgemein eine bestimmte Richtung im Raum an. Im Falle des Längsschleifens erfolgt mittels einer zylindrischen Schleifscheibe die Zustellung über die X-Achse und der Längsvorschub über die Z-Achse. Es können aber auch quer zur Längsachse des Werkstücks verlaufende Flächen geschliffen werden, wobei die Zustellung über die Z-Achse erfolgt. Durch numerisch gesteuertes Zusammenwirken des Vorschubs in Richtung der X- Achse und der Rotationsachse des Werkstücks, der sogenannten C-Achse, können auch unrunde Konturen mit größter Präzision geschliffen werden, was besonders beim Schleifen von Nocken- und Kurbelwellen von Bedeutung ist. Bei diesen werden einerseits die Lagersitze der Hauptwellen rundgeschliffen, andererseits die Nocken oder exzentrischen Zapfen im Wege des Unrundschleifens bearbeitet. Kurbelwellen- und Nockenwellen- Schleifmaschinen sind daher Universal-Rund- und Unrundschleifmaschinen, an die besondere Anforderungen hinsichtlich der Genauigkeit des Schleifvorganges gestellt werden.The designations Z-axis and X-axis have become common in the course of CNC technology and generally indicate a certain direction in space. In the case of longitudinal grinding, the infeed is carried out via the X axis and the longitudinal feed is carried out via the Z axis by means of a cylindrical grinding wheel. However, surfaces extending transversely to the longitudinal axis of the workpiece can also be ground, with the infeed being effected via the Z axis. By numerically controlled interaction of the feed in the direction of the X The axis and the axis of rotation of the workpiece, the so-called C-axis, can also be used to grind non-circular contours with the greatest precision, which is particularly important when grinding camshafts and crankshafts. On the one hand, the bearing seats of the main shafts are ground, on the other hand the cams or eccentric pins are machined by means of non-circular grinding. Crankshaft and camshaft grinding machines are therefore universal cylindrical and non-circular grinding machines, which place special demands on the accuracy of the grinding process.
Gerade bei diesen Maschinen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, zwei Spindelstöcke mit gemeinsamer Z-Achse nebeneinander anzuordnen. Auf diese Weise können auch längere Werkstücke wirtschaftlich geschliffen werden, indem zwei oder mehr Schleifscheiben zu derselben Zeit an unterschiedlichen Stellen des Werkstücks unterschiedliche Schleifbearbeitungen durchführen. Hierzu müssen die beiden Spindelstöcke unabhängig voneinander gesteuert werden. Wegen der großen Bearbeitungslänge in der Z-Richtung muss auch die gegenseitige Bewegung von Werkstück und Schleifspindelstock schnell und dennoch sehr genau gesteuert werden. Das ist besonders dann der Fall, wenn quer zur Längsachse des Werkstücks verlaufende Flächen geschliffen werden, die Zustellung also in Richtung der Z-Achse erfolgt; d.h. es werden am Werkstück nicht nur Umfangs- sondern auch Planflächen auf Längenmaß geschliffen.With these machines in particular, it has proven to be expedient to arrange two headstocks with a common Z axis next to one another. In this way, even longer workpieces can be ground economically by performing two or more grinding wheels at the same time at different locations on the workpiece. To do this, the two headstocks must be controlled independently of each other. Because of the large machining length in the Z direction, the mutual movement of workpiece and grinding headstock must be controlled quickly and yet very precisely. This is particularly the case when surfaces are cut that are transverse to the longitudinal axis of the workpiece, ie the infeed takes place in the direction of the Z axis; i.e. not only circumferential but also flat surfaces are ground to length on the workpiece.
Auch aus einem weiteren Grund werden an die gesteuerte Bewegung in Richtung der Z-Achse hohe Anforderungen gestellt. Bei modernen Rund-/ Unrundschleifmaschinen werden nämlich die Schleifscheiben in der Maschine abgerichtet. Wenn dabei Schleifscheiben zum Einsatz kommen, die eine profilierte Kontur haben, muss die axiale Stellung des Abrichtwerkzeuges gegenüber der Schleifscheibe sehr genau positioniert sein, damit die Kontur der Schleifscheibe unverändert erhalten bleibt. Das ist zum Beispiel bei Profilschleifscheiben wichtig, mit denen ein Übergangsradius von Wellenteilen oder Kurbelzapfen an benachbarte Wangen angeschliffen wird. Mit zunehmender axialer Bearbeitungslänge der Nocken- oder Kurbelwellen wird das hochgenaue und schnelle Positionieren der Schleifspindelstöcke in der Z-Achse immer schwieriger.For another reason, too, high demands are placed on the controlled movement in the direction of the Z axis. In modern cylindrical / non-circular grinding machines, the grinding wheels are dressed in the machine. If grinding wheels with a profiled contour are used, the axial position of the dressing tool must be positioned very precisely in relation to the grinding wheel so that the contour of the grinding wheel remains unchanged. This is important, for example, for profile grinding wheels with which a transition radius of shaft parts or crank pins is ground on adjacent cheeks. With increasing axial machining length of the camshafts or crankshafts, the highly precise and fast positioning of the grinding headstocks in the Z-axis becomes more and more difficult.
Ein bewährtes Mittel zum Positionieren eines Schleifspindelstockes in Richtung der Z-Achse ist die Verstellspindel in der Ausführung als Kugelgewindetrieb. Hierbei wird das Transportgewinde zwischen Spindel und Mutter durch eine geschlossene Kette von Kugeln gebildet, die in Rillen der Spindel und der Mutter im ständigen Kreislauf umlaufen. Der Kugelgewindetrieb ist heute in der Mehrzahl der Maschinen im Einsatz. Seine Grenzen ergeben sich durch die zunehmende Bearbeitungslänge der modernen Schleifmaschinen in Richtung der Z-Achse.A tried and tested means of positioning a grinding headstock in the direction of the Z axis is the adjusting spindle in the form of a ball screw drive. The transport thread between the spindle and nut is formed by a closed chain of balls that circulate in grooves in the spindle and nut in a constant cycle. The ball screw drive is used in most of the machines today. Its limits are due to the increasing machining length of modern grinding machines in the direction of the Z axis.
Diese Maschinen erfordern ein schnelles und hochgenaues Positionieren großer Massen über große Verstellwege. Beispielsweise hat ein Kreuzschlitten mit einer Schleifspindel an einer Universalrund-/ Unrundschleifmaschine eine Masse von etwa 2000 bis 4000 kg, die über eine Maschinenlänge von 1000 bis 5000 mm beschleunigt werden muss. Wird diese Beschleunigung durch eine einzige, über die gesamte Maschinenlänge reichende Spindel aufgebracht, so muss diese einen entsprechend großen Durchmesser haben. Dieser wird um so größer, je länger der Verstellweg ist. Die Spindel muss durch den Kreuzschlitten hindurchgeführt werden und schwächt dessen Querschnitt. Der Kreuzschlitten wird dadurch anfällig gegen Ver indung oder Durchbiegung. Das steht im Gegensatz zu der Forderung nach hoher Steifigkeit und höchster Präzision des Schleifvorganges. Eine Verstärkung des Kreuzschlittens ist nur innerhalb bestimmter Grenzen möglich, weil dadurch seine Masse weiter erhöht wird und seine Abmessungen größer werden. Insbesondere ist es unerwünscht, dass dadurch die Arbeitshöhe der Schleifmaschine vergrößert wird. In der Praxis hilft man sich damit, dass für Maschinen von geringerer Baulänge der Kugelgewindetrieb und der Kreuzschlitten schwächer dimensioniert werden als für Maschinen größerer Baulänge. Das steht aber der Ausbildung eines Baukastensystems und damit der ökonomischen Herstellung einer Typenreihe bei Maschinen für unterschiedliche Teilelängen und damit Maschinenlängen entgegen. Ein weiterer Nachteil des Kugelgewindetriebs bei großem Verstellweg besteht darin, dass zu Wartungs- und Reparaturarbeiten ein entsprechend großer Raum neben der Maschine zum Ausbau der Spindel vorhanden sein muss.These machines require fast and highly precise positioning of large masses over large adjustment ranges. For example, a cross slide with a grinding spindle on a universal cylindrical / non-circular grinding machine has a mass of approximately 2000 to 4000 kg, which must be accelerated over a machine length of 1000 to 5000 mm. If this acceleration is applied by a single spindle that extends over the entire length of the machine, it must have a correspondingly large diameter. The longer the adjustment path, the greater it is. The spindle must be passed through the cross slide and weakens its cross section. This makes the cross slide susceptible to induction or deflection. This is in contrast to the requirement for high rigidity and maximum precision in the grinding process. The cross slide can only be reinforced within certain limits, because this increases its mass and its dimensions. In particular, it is undesirable that this increases the working height of the grinding machine. In practice, this helps to ensure that the ball screw drive and the cross slide are dimensioned weaker for machines with a shorter overall length than for machines with a longer overall length. However, this prevents the construction of a modular system and thus the economical production of a type series for machines for different part lengths and thus machine lengths. Another disadvantage of the ball screw drive with a large adjustment path is that there must be a correspondingly large space next to the machine for removing the spindle for maintenance and repair work.
Wegen dieser Nachteile und weil man, wie schon erwähnt, mit mehreren Schleifscheiben gleichzeitig und unabhängig voneinander an einem und demselben Werkstück in einer Aufspannung arbeiten möchte, sind schon Schleifmaschinen der eingangs genannten Art vorgeschlagen worden, bei denen zwei Kreuzschlitten zur Aufnahme der Schleifspindelstöcke mit je einer Kugelgewindespindel zusammenwirken. Die Spindeln sind im Abstand parallel nebeneinander angeordnet. Soll hierbei jeder Schleifspindelstock über nahezu den gesamten Verstellweg verfahren werden , so müssen beide Spindeln über nahezu die gesamte Maschinenlänge reichen und durch jeden Kreuzschlitten hindurchgeführt werden. Die Kreuzschlitten werden dadurch geschwächt. Dieser Nachteil ergibt sich gleichfalls, wenn man den Kugelgewindetrieb in der Weise ausführt, dass die Spindeln stillstehen und die Verstellmuttern in den Kreuzschlitten zur Drehung angetrieben sind. Bei Versuchen mit zwei Kreuzschlitten und einer einzigen stillstehenden Spindel, wobei die Antriebe durch je eine angetriebene Mutter in den Kreuzschlitten erfolgen, hat sich herausgestellt, dass die Schlitten sich infolge der „Federwirkung" der Spindel gegenseitig beeinflussen. Die durch den Schleifvorgang an dem ersten Schleifspindelstock entstehenden Vibrationen werden über die elastisch nachgiebige Spindel auf den zweiten Schleifspindelstock übertragen und gegebenenfalls noch verstärkt. Die stillstehende Spindel kann ja nur an ihren Enden abgestützt werden, so dass sie in ihrem mittleren Bereich biege- und schwingungsfähig ist. Die erforderliche Genauigkeit des Schleifvorganges ist dann nicht mehr gewährleistet.Because of these disadvantages and because, as already mentioned, you want to work with several grinding wheels simultaneously and independently of one another on one and the same workpiece in one clamping, grinding machines of the type mentioned at the outset have been proposed, in which two cross slides for receiving the grinding headstocks, each with one Interact with the ball screw. The spindles are arranged parallel and side by side. If each grinding headstock is to be moved over almost the entire adjustment range, both spindles must extend over almost the entire machine length and be guided through each cross slide. This weakens the cross-slide. This disadvantage also arises if the ball screw is designed in such a way that the spindles are stationary and the adjusting nuts in the cross slide are driven to rotate. In experiments with two cross slides and a single stationary spindle, each of which is driven by a driven nut in the cross slide, it was found that the slides influence one another as a result of the "spring action" of the spindle. The grinding process on the first grinding headstock Vibrations are transmitted to the second grinding headstock via the elastically flexible spindle and possibly amplified, since the stationary spindle can only be supported at its ends so that it can bend and vibrate in its central area. The required accuracy of the grinding process is then no longer guaranteed.
Unabhängig von der Ausführung im Einzelnen wirkt die Spindel eines Kugelgewindetriebs ohnehin stets als Feder. Diese Eigenschaft tritt um so deutlicher hervor, je länger die Spindel ist. Der Kreuzschlitten durchläuft bei seinem Verfahren längs der Spindel Stellungen unterschiedlicher Resonanzfähigkeit der Spindel bis hin zu einer kritischen Drehzahl der Kugelrollspindel. Die lange Spindel ist somit schwingungsempfindlich, was sich in einem veränderten Schleifbild an dem fertigen Werkstück sowie in einer verringerten Standzeit der Kugelrollspindel auswirkt. Infolge der Dehnfähigkeit in Längsrichtung ist die Axialsteifigkeit der Spindel auch positions- und längenabhängig. Ferner wird die Spindel beim Beschleunigen des Kreuzschlittens auch unterschiedlich stark tordiert, je nachdem, wie schwer der Kreuzschlitten und wie lang die Spindel ist. Hinzu kommen noch Temperatureinflüsse, die sich beispielsweise über die Schmierstoffe, die innere Reibung und die Verfahrgeschwindigkeit des Kugelgewindetriebs auswirken. Die Positioniergenauigkeit des Kugelgewindetriebs ist damit last- und temperaturabhängig. Je nach der wirksamen Spindellänge kommt ein längenabhängiges Trägheitsmoment hinzu, das dasRegardless of the design, the spindle of a ball screw always acts as a spring anyway. This property becomes more apparent the longer the spindle is. The cross slide moves through the spindle along positions of different resonance capabilities of the spindle up to a critical speed of the ball screw. The long spindle is therefore sensitive to vibration, what results in a changed grinding pattern on the finished workpiece and in a reduced service life of the ball screw. Due to the extensibility in the longitudinal direction, the axial rigidity of the spindle is also dependent on the position and length. Furthermore, the spindle is twisted to different degrees when accelerating the cross slide, depending on how heavy the cross slide and how long the spindle is. In addition, there are temperature influences, which have an effect, for example, on the lubricants, the internal friction and the travel speed of the ball screw. The positioning accuracy of the ball screw is therefore dependent on the load and temperature. Depending on the effective spindle length, a length-dependent moment of inertia is added, which is the
Beschleunigungsverhalten zusätzlich beeinflusst.Acceleration behavior also influenced.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass ein hochgenaues Positionieren des Kreuzschlittens mit dem Schleifspindelstock oder des Schleiftisches in Richtung der Z-Achse mit hohen Verfahrgeschwindigkeiten um so schwieriger wird, je länger der Verstellweg ist.In summary, it can be said that the longer the adjustment path, the more difficult it is to position the cross slide with the grinding headstock or grinding table in the direction of the Z axis at high travel speeds.
Bekannt sind auch elektrische Linearantriebe als eine Möglichkeit, an Werkzeugmaschinen den Spindelantrieb für eine Linearbewegung zu ersetzen. Ein Beispiel hierfür ist die Firmendruckschrift „Linearmotoren" derElectric linear drives are also known as a possibility of replacing the spindle drive for a linear movement on machine tools. An example of this is the company publication "Linearmotoren" from
Firma GE Fanuc Automation Europe (Drucknummer GFTE-507A-GE 1CGE Fanuc Automation Europe (print number GFTE-507A-GE 1C
08/01). Der direkte elektrische Linearantrieb arbeitet verschleißfrei und hat daher geringe Wartungskosten. Er kommt für lange und schnelle Bewegungen in Frage, wenn die zu bewegenden Massen nicht zu hoch sind. Bei kurzen08/01). The direct electric linear drive works wear-free and therefore has low maintenance costs. It can be used for long and fast movements if the masses to be moved are not too high. With short
Verstellwegen bietet er keine Vorteile. Ein direkter Linearantrieb für die großen zu bewegenden Massen einer Universalrund-/ Unrundschleifmaschine wird zu schwer und erfordert eine hohe Antriebsleistung; dazu ergeben sich Probleme mit seiner Kühlung, die weiteren Aufwand erfordern. Bei ungenügender Kühlung stellen sich Präzisionsverluste durch Verformung von Bauteilen ein.Adjustment paths offer no advantages. A direct linear drive for the large masses to be moved of a universal cylindrical / non-cylindrical grinding machine becomes too heavy and requires a high drive power; in addition there are problems with its cooling, which require additional effort. If the cooling is insufficient, precision losses result from the deformation of components.
In dem aus dem Jahre 1983 stammenden und 1985 veröffentlichten JP-In the JP- from 1983 and published in 1985
Abstract 60034206 A war eine Vorrichtung zum Rundschleifen vorgeschlagen worden, bei der auf dem Maschinenbett ein Tisch von Hand mittels eines Zahnstangentriebes verfahrbar ist; der Tisch trägt seinerseits einen weiteren Tisch mit einem Schleifspindelstock, wobei dieser weitere Tisch und der Schleifspindelstock auf das Werkstück zu und von ihm weg bewegt werden sollen. Der Veröffentlichung lässt sich nicht entnehmen, wie die Gesamtanordnung der bekannten Schleifvorrichtung beschaffen sein soll, weil die Beschreibung und Darstellung kurz und unvollständig ist. Ein Aufbau nach Art einer modernen Rund-/ Unrundschleifmaschine mit der Forderung nach einem hochgenauen Positionieren in Richtung der Z-Achse liegt jedenfalls nicht vor.Abstract 60034206 A, a device for cylindrical grinding had been proposed, in which a table on the machine bed can be moved manually by means of a rack and pinion drive; the table itself carries another Table with a grinding headstock, whereby this further table and the grinding headstock are to be moved towards and away from the workpiece. The publication does not show how the overall arrangement of the known grinding device should be designed, because the description and illustration is short and incomplete. In any case, there is no structure in the manner of a modern cylindrical / non-circular grinding machine with the requirement for highly precise positioning in the direction of the Z axis.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zu Grunde, eine Schleifmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der auch große und schwere Schleifspindelstöcke mit hoher Beschleunigung und über Maschinenlängen von beispielsweise 1000 bis 5000 mm oder mehr in Richtung der Z-Achse hochgenau positioniert werden können, Vibrationen während des Schleifvorganges konstruktionsbedingt gering gehalten sind und zudem die Wirtschaftlichkeit von Herstellung, Wartung und Betrieb gewährleistet ist.In contrast, the invention is based on the object of creating a grinding machine of the type mentioned at the outset, in which large and heavy grinding headstocks can be positioned with high precision in the direction of the Z axis with high acceleration and over machine lengths of, for example, 1000 to 5000 mm or more, Due to the design, vibrations during the grinding process are kept low and the economy of manufacture, maintenance and operation is also guaranteed.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit der Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1.This object is achieved with the entirety of the features of claim 1.
Gemäß der Erfindung wird der Kreuzschlitten zur hochgenauen Positionierung in Richtung der Z-Achse auf dem Maschinenbett geführt und in dieser Richtung durch einen Verschiebeantrieb angetrieben. Indem der Verschiebeantrieb durch den Eingriff von Zahnrädern in eine Zahnstange erfolgt, die an dem Maschinenbett befestigt ist, ergibt sich zunächst der Vorteil, dass die Zahnstange über ihre gesamte Länge ununterbrochen auf dem Maschinenbett abgestützt wird. Die Zahnstange selbst muss dabei keineswegs besonders massiv ausgebildet sein, wird jedoch durch die durchgängige Abstützung am Maschinenbett sehr stabil und gegen Durchbiegung vollkommen unempfindlich. Die paarweise angeordneten Zahnräder sind an dem Kreuzschlitten gelagert und angetrieben, so dass sich der Kreuzschlitten wie ein Fahrzeug entlang der Zahnstange auf dem Maschinenbett selbst antreibt. Es ergibt sich dadurch eine sehr kurze Drehmomentübertragung von den angetriebenen Zahnrädern auf das Maschinenbett. Die Drehmomentübertragung bleibt stets dieselbe, unabhängig davon, wo sich der Kreuzschlitten gerade auf dem Maschinenbett befindet. Auch das zum Antrieb erforderliche Drehmoment ist unabhängig von der jeweiligen Stellung des Kreuzschlittens an der Zahnstange. Für eine bestimmte Baureihe mit unterschiedlicher Länge des Maschinenbettes ergibt sich dadurch der Vorteil, dass der Kreuzschlitten und sein Antrieb für jede Maschinenlänge derselbe sein kann. Der Aufbau einer Maschinenreihe nach dem Baukastensystem mit gleichartigen Einzelteilen wird dadurch wesentlich erleichtert.According to the invention, the cross slide is guided on the machine bed for high-precision positioning in the direction of the Z axis and is driven in this direction by a displacement drive. The fact that the displacement drive takes place through the engagement of gearwheels in a toothed rack which is fastened to the machine bed has the advantage that the toothed rack is continuously supported on the machine bed over its entire length. The rack itself does not have to be particularly solid, but it becomes very stable due to the continuous support on the machine bed and is completely insensitive to deflection. The gear wheels arranged in pairs are mounted and driven on the cross slide, so that the cross slide drives itself like a vehicle along the rack on the machine bed. This results in a very short torque transmission from the driven gears to the Machine bed. The torque transmission always remains the same, regardless of where the cross slide is currently on the machine bed. The torque required for the drive is also independent of the position of the cross slide on the rack. For a specific series with different machine bed lengths, this has the advantage that the cross slide and its drive can be the same for each machine length. The construction of a machine series based on the modular system with similar individual parts is made considerably easier.
Bei Universal-Rund-/Unrundschleifmaschinen mit zwei voneinander unabhängig verfahrbaren Kreuzschlitten ergibt sich der weitere Vorteil, dass beide Kreuzschlitten nahezu über die gesamte Maschinenlänge verfahren werden können, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen. Die durchgängig abgestützte und dadurch schwingungsfreie Zahnstange macht es nämlich möglich, dass auf beiden Kreuzschlitten zeitgleich unterschiedliche Schleifvorgänge erfolgen können, ohne dass eine schädliche Übertragung von Vibrationen zwischen beiden Kreuzschlitten erfolgt. Das gilt auch dann, wenn die Schleifspindeln beider Kreuzschlitten zeitgleich arbeiten und die Kreuzschlitten eine nahe benachbarte Stellung einnehmen. In jeder Position der Kreuzschlitten bleibt die Steifigkeit des Antriebs unverändert. Es ergibt sich ein geringer Leistungsbedarf trotz einer verhältnismäßig hohen Beschleunigung von maximal 4 m/s2. Maschinenlängen von 3 bis 5 Metern mit einer durchgehenden Zahnstange lassen sich problemlos verwirklichen. Auch Ausführungen von bis zu 10 Meter Länge können bei entsprechend steifer Ausführung und sorgfältiger Dimensionierung in Betracht gezogen werden.With universal cylindrical / non-cylindrical grinding machines with two cross slides that can be moved independently of each other, there is the further advantage that both cross slides can be moved almost over the entire length of the machine without influencing each other. The continuously supported and therefore vibration-free toothed rack makes it possible for different grinding processes to be carried out simultaneously on the two cross slides without harmful transmission of vibrations between the two cross slides. This also applies if the grinding spindles of both cross slides work at the same time and the cross slides are in a closely adjacent position. The stiffness of the drive remains unchanged in any position of the cross slide. The result is a low power requirement despite a relatively high acceleration of a maximum of 4 m / s 2 . Machine lengths of 3 to 5 meters with a continuous rack can be easily implemented. Versions of up to 10 meters in length can also be considered with a correspondingly rigid design and careful dimensioning.
Die angestrebte hochgenaue Positionierung der Kreuzschlitten in Richtung der Z-Achse setzt allerdings einen möglichst spielfreien Eingriff der Zahnräder in die Zahnstange des Verschiebeantriebs voraus. Hierzu dient einmal die Schrägverzahnung der Zahnräder und der Zahnstange. Ihre Wirkung wird ergänzt durch die Anordnung von mindestens zwei Zahnrädern, die in dieselbe an dem Maschinenbett vorhandene Zahnstange eingreifen. Durch die Anordnung von zwei Zahnrädern kann etwa das doppelte Drehmoment übertragen werden wie mit nur einem Zahnrad. Vor allem aber werden die beiden Zahnräder des Paares mit unterschiedlichem Drehmoment angetrieben und zwar derart, dass sie gegen die Zahnstange verspannt sind. Die beiden Zahnräder pressen sich mit einer gewissen Verspannung gegen mindestens zwei Zahnflanken, womit das Eingriffsspiel vermieden wird und eine hochgenaue Positionierung möglich wird.The desired high-precision positioning of the cross slides in the direction of the Z axis, however, requires the gears to engage in the rack of the sliding drive as free of play as possible. The helical toothing of the gears and the rack serves for this purpose. Their effect is supplemented by the arrangement of at least two gear wheels which engage in the same toothed rack on the machine bed. The arrangement of two gears means that approximately twice the torque can be transmitted as with just one gear. But above all they will two gears of the pair driven with different torque and in such a way that they are braced against the rack. The two gears press against a certain amount of tension against at least two tooth flanks, which avoids the backlash and enables highly precise positioning.
Das Zusammenwirken aller der aufgeführten Einzelmerkmale führt insgesamt zu dem beschriebenen vorteilhaften Ergebnis.The interaction of all of the individual features listed leads overall to the advantageous result described.
Es ist schon ausgeführt worden, dass die Vorteile des erfindungsgemäßen Zahnstangenantriebs mit allen seinen Einzelheiten sich vor allem beim Verfahren des Kreuzschlittens in Richtung der Z-Achse auswirken, weil dabei größere Weglängen zu bewältigen sind, bei denen andere Antriebssysteme Schwierigkeiten bereiten. Bei hohen Anforderungen an die Positioniergenauigkeit in X-Richtung ist es aber gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ohne weiteres möglich, dass auch in Richtung der ersten Vorschubachse (X) auf den Kreuzschlitten ein weiterer Verschiebeantrieb vorgesehen ist, der durch den Eingriff mindestens eines Paars von schräg verzahnten Zahnrädern in eine an dem Kreuzschlitten vorhandene Zahnstange mit Schrägverzahnung erfolgt, wobei die beiden Zahnräder des Paares an dem Schleifspindelstock gelagert und mit unterschiedlichem Drehmoment derart angetrieben sind, dass sie gegen die zugehörige Zahnstange verspannt sind. Eine derartige Anordnung von in gleicher Weise arbeitenden Antrieben an derselben Maschine eröffnet zudem weitere Möglichkeiten der konstruktiven Vereinfachung und Lagerhaltung.It has already been stated that the advantages of the rack and pinion drive according to the invention, with all of its details, have an effect above all when traversing the cross-slide in the direction of the Z-axis, because longer path lengths have to be overcome in which other drive systems cause difficulties. If high demands are placed on the positioning accuracy in the X direction, however, according to an advantageous embodiment, it is easily possible for a further displacement drive to be provided on the cross slide in the direction of the first feed axis (X), which by the engagement of at least one pair of helical teeth Gears in an existing rack on the cross slide with helical teeth, the two gears of the pair mounted on the grinding headstock and driven with different torque such that they are braced against the associated rack. Such an arrangement of drives operating in the same way on the same machine also opens up further possibilities for design simplification and storage.
Das Verspannen zwischen den an dem Kreuzschlitten gelagerten Zahnrädern und der Zahnstange kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung dadurch erfolgen, dass sich die beiden Zahnräder eines Paares in Richtung der Zahnstange im Abstand voneinander befinden und mit unterschiedlichen Zahnlücken der Zahnstange im Eingriff stehen. Diese Anordnung führt zu einem klaren Aufbau des Kreuzschlittens und des Schleifspindelstockes und ermöglicht einen Eingriff über die gesamte Breite der Zahnstange. Hierbei wird vorteilhaft jedes Zahnrad des Paares durch je einen elektrischen Antriebsmotor angetrieben, wobei die Verspannung der Zahnräder gegen die Zahnstange richtungsabhängig durch die elektrische Steuerung der Antriebsmotoren erfolgt. Die Ausführung erfolgt dabei derart, dass immer nur ein Antriebsmotor für die Positionierung maßgeblich ist, wobei dieser, der sogenannte Hauptmotor, in die Steuerung einbezogen ist. Über die elektrische Steuerung ist es möglich, an einem der beiden Antriebsmotoren ein zusätzliches Drehmoment zu erzeugen, das zur Verspannung der Zahnstange zwischen den Zahnrädern führt.According to an advantageous embodiment, the bracing between the gearwheels mounted on the cross slide and the rack can take place in that the two gearwheels of a pair are spaced apart from one another in the direction of the rack and are in engagement with different tooth gaps on the rack. This arrangement leads to a clear structure of the cross slide and the grinding headstock and enables an engagement over the entire width of the rack. Each gear wheel of the pair is advantageously driven by an electric drive motor, the gear wheels being braced against the rack in a direction-dependent manner by the electrical control of the drive motors. The execution takes place in such a way that only one drive motor is decisive for the positioning, this, the so-called main motor, being included in the control. Via the electrical control, it is possible to generate additional torque on one of the two drive motors, which leads to the rack being braced between the gear wheels.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird jedes der Zahnräder durch eine eigene Motorgetriebeeinheit angetrieben, wobei in besonders vorteilhafter Weise Winkelgetriebe gewählt werden können und die Achse des Antriebsmotors und die des Zahnrades im rechten Winkel zueinander angeordnet sind. Der Einbau der Motorgetriebeeinheit erfolgt dann mit lotrechter Achse des Zahnrades. Hierbei ergibt sich eine kompakte Bauweise auf dem Kreuzschlitten. Das Winkelgetriebe kann beispielsweise zusätzlich als Planetengetriebe ausgebildet sein, in jedem Fall als Untersetzungsgetriebe wirken, wodurch Antriebsleistung eingespart wird.In a particularly advantageous embodiment, each of the gears is driven by its own motor gear unit, it being possible to select angular gears in a particularly advantageous manner and the axis of the drive motor and that of the gear are arranged at right angles to one another. The motor gear unit is then installed with the gear axis perpendicular. This results in a compact design on the cross slide. The angular gear can, for example, also be designed as a planetary gear, in any case act as a reduction gear, thereby saving drive power.
Es gibt jedoch nicht nur die bisher erläuterte Möglichkeit, die beiden Zahnräder des Paares in Richtung der Zahnstange im Abstand voneinander anzuordnen. Eine wahlweise gleichfalls mögliche Ausgestaltung kann darin bestehen, dass die beiden angetriebenen Zahnräder des Paares gleichachsig angeordnet sind, in dieselbe Zahnlücke der Zahnstange eingreifen und in ihrer Drehrichtung hydraulisch, elektrisch oder durch Federn gegeneinander verspannt sind.However, there is not only the previously explained possibility of arranging the two gear wheels of the pair at a distance from one another in the direction of the rack. An optionally also possible configuration can consist in that the two driven gear wheels of the pair are arranged coaxially, engage in the same tooth space of the rack and are hydraulically, electrically or spring-loaded against one another in their direction of rotation.
Die an dem Maschinenbett vorhandene Zahnstange wird vorteilhaft aus Einzelabschnitten zusammengesetzt und in einer Ausnehmung des Maschinenbettes eingesetzt. Das eröffnet die Möglichkeit einer leichteren Montage. Die Einzelabschnitte der Zahnstange werden einzeln mit Passstiften und mittels besonderer Lehren an dem Maschinenbett befestigt und aneinandergefügt. Dadurch ergibt sich eine Genauigkeit der Zahnflanken, die der einer durchgehenden Zahnstange gleichwertig ist. Sogleich kann aber auch einfacher Ausbau erfolgen, indem bei einem Austausch oder bei Reparaturarbeiten die Einzelabschnitte einzeln aus der Maschine herausgenommen und ersetzt werden. Bei einem Antrieb mit durchgehender Spindel muss dagegen für einen unproblematischen Austausch neben der Maschine zumindest noch einmal eine Kugelgewindespindellänge als freier Raum zur Verfügung stehen.The rack on the machine bed is advantageously composed of individual sections and inserted in a recess in the machine bed. This opens up the possibility of easier assembly. The individual sections of the rack are individually attached to the machine bed with dowel pins and by means of special gauges and joined together. This results in an accuracy of the tooth flanks that is equivalent to that of a continuous rack. But can immediately It can also be easily removed by taking the individual sections out of the machine and replacing them when replacing or carrying out repairs. In the case of a drive with a continuous spindle, on the other hand, there must be at least one ball screw length as free space next to the machine for unproblematic replacement.
Vorteilhaft wird der Kreuzschlitten der erfindungsgemäßen Universal-Rund- /Unrundschleifmaschine auf zwei Führungsschienen an dem Maschinenbett abgestützt und geführt, die sich im Abstand voneinander befinden und zwischen denen die Zahnstange für den Verschiebeantrieb des Kreuzschlittens angeordnet ist. Auf diese Weise wird eine massive Ausführung des Maschinenbettes sowohl für den Antrieb durch die Zahnstange als auch für die Führung des Kreuzschlittens in Richtung der Z- Achse mit hervorragender Steifigkeit auch in der X-Achse ausgenutzt.The cross slide of the universal cylindrical / non-circular grinding machine according to the invention is advantageously supported and guided on two guide rails on the machine bed, which are at a distance from one another and between which the rack for the displacement drive of the cross slide is arranged. In this way, a massive design of the machine bed is used both for the drive by the rack and for the guidance of the cross slide in the direction of the Z axis with excellent rigidity in the X axis.
Am stärksten kommen die Möglichkeiten der erfindungsgemäßen Schleifmaschine zur Geltung, wenn gemäß einer besonderen Ausgestaltung zwei Kreuzschlitten vorgesehen werden, deren angetriebene Zahnräder mit derselben an dem Maschinenbett vorhandenen Zahnstange in Eingriff stehen. Da die baulichen Verhältnisse für den jeweiligen Verschiebeantrieb auf jedem Kreuzschlitten stets dieselben sind, unabhängig davon, an welcher Stelle der Maschine sich ein bestimmter Kreuzschlitten gerade befindet, erfolgt das hochgenaue Positionieren stets in derselben Weise, unabhängig von dem jeweiligen Standort der Kreuzschlitten auf der Schleifmaschine. Infolge der massiven Abstützung von Zahnstange und Führungsschienen an dem Maschinenbett ist es zudem ausgeschlossen, dass zwei gleichzeitig arbeitende Schleifscheiben sich gegenseitig nachteilig beeinflussen, selbst wenn ihre zugehörigen Kreuzschlitten sich nahe benachbart an beliebigen Stellen des Maschinenbettes befinden.The possibilities of the grinding machine according to the invention come into their own most when, according to a special embodiment, two cross slides are provided, the driven gear wheels of which engage with the same toothed rack on the machine bed. Since the structural conditions for the respective slide drive on each cross slide are always the same, regardless of the position of the machine on which a particular cross slide is currently located, high-precision positioning is always carried out in the same way, regardless of the respective location of the cross slide on the grinding machine. As a result of the massive support of the toothed rack and guide rails on the machine bed, it is also excluded that two grinding wheels working at the same time adversely affect one another, even if their associated cross slides are located close to each other at any point on the machine bed.
Die Vielseitigkeit der erfindungsgemäßen Schleifmaschine wird weiter dadurch erhöht, dass gemäß einer zusätzlichen wahlweise möglichen Ausgestaltung zumindest ein Schleifspindelstock auf seinem Kreuzschlitten zusätzlich um eine lotrechte Achse schwenkbar ist und mindestens zwei Schleifscheiben trägt. Es eröffnet sich hierbei die Möglichkeit, schnell zwischen unterschiedlichen Schleifaufgaben zu wechseln sowie auch beispielsweise Plan- und/oder Kegelflächen des Werkstückes zu bearbeiten.The versatility of the grinding machine according to the invention is further increased by the fact that, according to an additional optional configuration, at least one grinding headstock on its cross slide can additionally be pivoted about a vertical axis and at least two grinding wheels wearing. This opens up the possibility of quickly changing between different grinding tasks and also machining, for example, flat and / or conical surfaces of the workpiece.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der Figuren 1 bis 5 noch näher erläutert. In den Figuren ist das Folgende dargestellt:Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail with reference to FIGS. 1 to 5. The following is shown in the figures:
Fig.1 zeigt das bekannte Prinzip einer Universal-Rund-/ Unrundschleifmaschine.Fig. 1 shows the known principle of a universal cylindrical / non-cylindrical grinding machine.
Fig. 2 ist ein Schnitt durch den Kreuzschlitten einer erfindungsgemäßen Schleifmaschine mit Einzelheiten seines Verschiebeantriebs.Fig. 2 is a section through the cross slide of a grinding machine according to the invention with details of its displacement drive.
Fig.3 zeigt von einer erfindungsgemäßen Schleifmaschine den vollständigen Kreuzschlitten mit darauf befindlichem Schleifspindelkopf in perspektivischer Darstellung.3 shows a perspective view of the complete cross slide with a grinding spindle head located on a grinding machine according to the invention.
Fig.4 erläutert Einzelheiten des Verschiebeantriebs.Fig. 4 explains details of the shift drive.
Fig. 5 enthält eine Ansicht von oben auf die erfindungsgemäße Schleifmaschine in der Ausführung mit zwei unabhängig voneinander positionierbaren Kreuzschlitten.5 shows a view from above of the grinding machine according to the invention in the embodiment with two cross slides that can be positioned independently of one another.
Fig. 6 zeigt schematisch einen Kreuzschlitten als Teilausschnitt von Fig. 5, jedoch mit Zahnstangen-/Zahnrad-Antrieb auch für den Schleifspindelstock.Fig. 6 shows schematically a cross slide as a partial section of Fig. 5, but with rack / gear drive also for the grinding headstock.
Fig.1 zeigt in einer Ansicht von oben das aus dem Stand der Technik bekannte Prinzip einer Universal-Rund-/ Unrundschleifmaschine nach dem Stand der Technik. Auf einem Maschinenbett 1 befindet sich ein Schleiftisch 2, der die Spann- und Antriebseinrichtung für das Werkstück trägt. In der vorliegenden Darstellung besteht die Spann- und Antriebseinrichtung aus einem Werkstückspindelstock 3 mit einer Spitze 4 und einem Reitstock 5 mit Spitze 6. Zwischen den Spitzen 4 und 6 wird das Werkstück eingespannt und durch den Antriebsmotor 7 des Werkstückspindelstocks 3 rotierend angetrieben. Wenn ein Innenschleifen erfolgen soll, können Werkstückspindelstock 3 und Reitstock 4 durch eine Spannvorrichtung ersetzt werden, die das Werkstück nur an einer Seite einspannt. Der Doppelpfeil 8 kennzeichnet die Richtung der Z-Achse der Schleifmaschine, die in der Regel mit der gemeinsamen Längsachse der Spann- und Antriebsvorrichtung und damit auch mit der Längs- und Rotationsachse des zu schleifenden Werkstücks übereinstimmt. Der Schleiftisch 2 kann in Richtung der Z-Achse verfahrbar sein.1 shows a view from above of the principle of a universal cylindrical / non-cylindrical grinding machine according to the prior art known from the prior art. On a machine bed 1 there is a grinding table 2 which carries the clamping and drive device for the workpiece. In the present illustration, the clamping and drive device consists of a workpiece headstock 3 with a tip 4 and a tailstock 5 with tip 6. The workpiece is clamped between the tips 4 and 6 and driven in rotation by the drive motor 7 of the workpiece headstock 3. If internal grinding is to take place, you can Workpiece headstock 3 and tailstock 4 are replaced by a clamping device that clamps the workpiece only on one side. The double arrow 8 indicates the direction of the Z axis of the grinding machine, which generally coincides with the common longitudinal axis of the clamping and drive device and thus also with the longitudinal and rotational axis of the workpiece to be ground. The grinding table 2 can be moved in the direction of the Z axis.
In Fig.1 ist weiter der Schleifspindelstock 9 dargestellt, der eine rotierende Schleifscheibe 10 trägt. Die Schleifscheibe 10 ist über einen Riementrieb 11 durch einen Antriebsmotor 12 angetrieben. Fig. 1 lässt weiter zwei senkrecht zueinander verlaufende Verschiebebahnen 15 und 16 erkennen. Der Schleifspindelstock ist dadurch sowohl in Richtung des Doppelpfeils 13 (Z- Achse) als auch in Richtung des Doppelpfeils 14 (X-Achse) linear verschiebbar.In Figure 1, the grinding headstock 9 is shown, which carries a rotating grinding wheel 10. The grinding wheel 10 is driven by a drive motor 12 via a belt drive 11. 1 further shows two mutually perpendicular displacement tracks 15 and 16. As a result, the grinding headstock can be displaced linearly both in the direction of the double arrow 13 (Z axis) and in the direction of the double arrow 14 (X axis).
Beim Längsschleifen zylindrischer Werkstücke dient die Bewegung des Schleifspindelstocks 9 in der X-Achse, also längs der ersten VerschiebebahnWhen longitudinally grinding cylindrical workpieces, the movement of the grinding headstock 9 serves in the X axis, that is, along the first displacement path
15, der Zustellung, während der Längsvorschub durch Verschieben des Schleifspindelstocks 9 in der Z-Achse, also längs der zweiten Verschiebebahn15, the infeed, during the longitudinal feed by moving the grinding headstock 9 in the Z axis, that is, along the second displacement path
16, erfolgt. Durch die heute übliche CNC-Steuerung der Schleifmaschinen werden die Bewegung des Schleifspindelstocks 9 in der X- und die Rotation des Werkstückspindelstockes in der C-Achse zeitgleich aufeinander abgestimmt gesteuert, so dass auch unrunde Konturen, wie zum Beispiel Nocken an Nockenwellen, mit großer Genauigkeit und schnell geschliffen werden können.16, takes place. The CNC control of the grinding machines, which is common today, controls the movement of the grinding headstock 9 in the X axis and the rotation of the workpiece headstock in the C axis at the same time so that even non-circular contours, such as cams on camshafts, are controlled with great accuracy and can be sanded quickly.
Beim Schleifen von Werkstücken, deren axiale Erstreckung im Verhältnis zu ihren radialen Abmessungen groß ist, wie zum Beispiel Kurbel- und Nockenwellen, ergibt sich zwangsläufig, dass zum Positionieren der Schleifscheibe 10 in der zweiten Vorschubachse, also der Z-Achse, längere Wege zurückzulegen sind als zum Positionieren in der ersten Vorschubachse, also in der X-Achse, vgl. hierzu auch Fig. 5. Hinzu kommt noch, dass zum Zwecke einer wirtschaftlichen Fertigung mehrere Schleifscheiben gleichzeitig und unabhängig voneinander verschiedene Bereiche des Werkstücks bearbeiten sollen. Diese gleichzeitig erfolgenden Schleifvorgänge sollen sich gegenseitig nicht beeinflussen, also vor allem das Schleifergebnis nicht verschlechtern. Zur Beseitigung der sich hieraus ergebenden Probleme dient die Ausbildung des Kreuzschlittens mit dem besonderen Verschiebeantrieb an der erfindungsgemäßen Schleifmaschine.When grinding workpieces whose axial extension is large in relation to their radial dimensions, such as crankshafts and camshafts, it is inevitable that longer distances have to be covered in order to position the grinding wheel 10 in the second feed axis, that is to say the Z axis than for positioning in the first feed axis, i.e. in the X axis, cf. see also FIG. 5. In addition, for the purpose of economical production, several grinding wheels simultaneously and independently of one another different areas of the workpiece to edit. These grinding processes taking place at the same time should not influence one another, in particular they should not deteriorate the grinding result. The formation of the cross slide with the special displacement drive on the grinding machine according to the invention serves to eliminate the problems resulting therefrom.
Figur 2 veranschaulicht, wie der Verschiebeantrieb der erfindungsgemäßen Schleifmaschine zwischen dem Kreuzschlitten und dem Maschinenbett wirksam ist. Das Maschinenbett 20 der erfindungsgemäßen Schleifmaschine ist mit zwei nach oben gerichteten Gleitkufen oder Führungsschienen 21 und 22 ausgestattet. Über besondere Gleitbeläge 23, 24 dienen die Führungsschienen 21, 22 dazu, den Kreuzschlitten in Richtung der Z-Achse zu führen. Figur 2 ist ein Blick auf die Schleifmaschine in Richtung der Z- Achse, wobei der Kreuzschlitten 25 im Schnitt dargestellt ist. Es ist erkennbar, dass über die Ausbildung der Gleitbeläge 23, 24, die mit dem Kreuzschlitten 25 fest verbunden sind, die erste Führungsschiene 21 in Bezug auf die X- Achse als Loslager dient, während die zweite Führungsschiene 22 in dieser Hinsicht ein Festlager ist. Im laufenden Betrieb bewegt sich somit der Kreuzschlitten 25 senkrecht zur Zeichnungsebene und dient zur Führung des in Figur 2 nicht dargestellten Schleifspindelstocks. Zum Einhalten der genauen Position während des Schleifvorganges auch in Richtung der X-Achse muss die zweite Führungsschiene 22 in dieser Hinsicht als Festlager dienen. Der Kreuzschlitten trägt zwei Motorgetriebeeinheiten, von denen in Figur 2 nur die eine Motorgetriebeeinheit 26 zu erkennen ist. Sie besteht aus dem elektrischen Antriebsmotor 27, dem Winkelgetriebe 28 und einem nach unten sich erstreckenden Teil, der mit einem Befestigungsflansch 30 in einer Öffnung 29 des Kreuzschlittens 25 befestigt ist. Aus dem unteren Ende der Motorgetriebeeinheit 26 ragt ein Zahnrad oder Ritzel 31 heraus. Das Winkelgetriebe 28 dient als Untersetzungsgetriebe. Ersichtlich verläuft die Achse 32 des Zahnrades 31 senkrecht zu der Achse 36 des elektrischen Antriebsmotors 27. Im zusammengebauten Zustand ragt das Zahnrad 31 in eine Ausnehmung 33 des Maschinenbettes 20 hinein. Das Zahnrad 31 wirkt dort mit der Zahnstange 34 zusammen. Die Zahnstange 34 ist aus einzelnen Abschnitten zusammengesetzt, die mittels Befestigungsschrauben 35 in der Ausnehmung des Maschinenbettes befestigt werden. Einzelheiten der Befestigung sind aus der vergrößerten Einzelheit A zu erkennen. Es ist erkennbar, dass die Zahnstange so an dem Maschinenbett befestigt ist, dass deren Zähne 37 an der freien Seite von oben nach unten verlaufen. Die einzelnen Abschnitte werden mit Passstiften lagegenau in dem Maschinenbett fixiert. Das Aneinandersetzen der einzelnen Abschnitte erfolgt durch besondere Lehren, so dass eine größtmögliche Genauigkeit der Zahnteilung auch bei großer Maschinenlänge gewährleistet ist.Figure 2 illustrates how the displacement drive of the grinding machine according to the invention between the cross slide and the machine bed is effective. The machine bed 20 of the grinding machine according to the invention is equipped with two upwardly directed skids or guide rails 21 and 22. The guide rails 21, 22 are used to guide the cross slide in the direction of the Z axis via special sliding linings 23, 24. FIG. 2 is a view of the grinding machine in the direction of the Z axis, the cross slide 25 being shown in section. It can be seen that the first guide rail 21 serves as a floating bearing in relation to the X-axis, while the second guide rail 22 is a fixed bearing in this respect by the formation of the sliding linings 23, 24, which are firmly connected to the cross slide 25. During operation, the cross slide 25 thus moves perpendicular to the plane of the drawing and serves to guide the grinding headstock, not shown in FIG. 2. To maintain the exact position during the grinding process also in the direction of the X axis, the second guide rail 22 must serve as a fixed bearing in this regard. The cross slide carries two motor gear units, of which only one motor gear unit 26 can be seen in FIG. It consists of the electric drive motor 27, the bevel gear 28 and a downwardly extending part which is fastened with a fastening flange 30 in an opening 29 of the cross slide 25. A gear or pinion 31 protrudes from the lower end of the motor gear unit 26. The angular gear 28 serves as a reduction gear. As can be seen, the axis 32 of the gear 31 runs perpendicular to the axis 36 of the electric drive motor 27. In the assembled state, the gear 31 projects into a recess 33 in the machine bed 20. The gear 31 cooperates there with the rack 34. The rack 34 is composed of individual sections which are fastened by means of fastening screws 35 in the recess of the machine bed. Details of the Fastening can be seen from the enlarged detail A. It can be seen that the toothed rack is fastened to the machine bed in such a way that its teeth 37 run from top to bottom on the free side. The individual sections are fixed in the machine bed with dowel pins. The juxtaposition of the individual sections is carried out using special gauges so that the greatest possible accuracy of the tooth pitch is guaranteed even with a long machine length.
Figur 3 zeigt von der erfindungsgemäßen Schleifmaschine den vollständigen Kreuzschlitten 25 mit darauf befindlichem Schleifspindelstock 39 in einer räumlichen Darstellung schräg von oben. In Figur 3 sind von demFIG. 3 shows the complete cross slide 25 with the grinding headstock 39 on the grinding machine according to the invention in a spatial representation obliquely from above. In Figure 3 are of that
Kreuzschlitten 25 die beiden Ausnehmungen mit den Gleitbelägen 23 und 24 zum Aufsetzen auf die Führungsschienen des Maschinenbettes gut erkennbar. Von dem Maschinenbett ist hier nur die Zahnstange 34 dargestellt. Neben der schon in Figur 2 dargestellten ersten Motorgetriebeeinheit 26 ist hier auch die zweite Motorgetriebeeinheit 26A deutlich dargestellt. Es wird verständlich, dass beide Zahnräder der Motorgetriebeeinheit 26, 26A in dieCross slide 25, the two recesses with the sliding linings 23 and 24 for placement on the guide rails of the machine bed are clearly visible. Only the rack 34 of the machine bed is shown here. In addition to the first motor gear unit 26 already shown in FIG. 2, the second motor gear unit 26A is also clearly shown here. It will be understood that both gears of the motor gear unit 26, 26A are in the
Zahnstange 34 eingreifen und bei ihrer Rotation ein Verschieben desRack 34 engage and in their rotation a displacement of the
Kreuzschlittens 25 in Richtung des Doppelpfeils 38, also der Z-Achse bewirken.Cross slide 25 in the direction of the double arrow 38, that is, the Z axis.
Der Schleifspindelstock 39 ist in Richtung des Doppelpfeils 41 , also in der X- Achse, auf dem Kreuzschlitten 25 verschiebbar. Der Schleifspindelstock 39 trägt die bei 40 erkennbare Schleifscheibe.The grinding headstock 39 is displaceable on the cross slide 25 in the direction of the double arrow 41, that is to say in the X axis. The grinding headstock 39 carries the grinding wheel recognizable at 40.
Das hochgenaue Positionieren des Schleifspindelstocks 39 in der X-Richtung (Doppelpfeil 41) erfolgt hier durch eine Kugelgewindespindel, die bei der Bezugsziffer 42 verläuft und durch einen elektrischen Antriebsmotor 43 in Drehung versetzt wird. Genauso gut könnte der Schleifspindelstock 39 aber auch durch eine Doppelanordnung von angetriebenen Zahnrädern positioniert werden, die in eine weitere, auf dem Kreuzschlitten angebrachte Zahnstange eingreifen (vgl. Fig. 6). Die Führung des Schleifspindelstocks in Richtung X- Achse auf dem Kreuzschlitten 25 erfolgt durch zwei hydrostatische berührungsfreie Rundführungen 44 und 45. Figur 4 veranschaulicht, wie die beiden Motorgetriebeeinheiten 26 und 26A mit ihren Zahnrädern 31 , 31A auf die gemeinsame Zahnstange 34 einwirken. Die Darstellung soll hierbei lediglich das Prinzip verdeutlichen. Die dargestellte Tandem-Anordnung erfüllt einen doppelten Zweck: Zum einen wird durch die beiden Motorgetriebeeinheiten 26, 26A ein höheres Drehmoment zum Antrieb des Kreuzschlittens auf die Zahnstange aufgebracht. Die beiden Motorgetriebeeinheiten 26, 26A werden zudem mit ungleich großem Drehmoment angetrieben, indem z.B. der ersten Motorgetriebeeinheit 26 ein geringfügig größeres Drehmoment erteilt wird als der zweiten Motorgetriebeeinheit 26A. Dadurch kommt die Wirkung zustande, dass die Zahnstange 34 zwischen den rotierenden Zahnrädern 31 und 31A eingespannt wird. Es ergibt sich daher eine spielfreie Andruckwirkung an zumindest zwei Zahnflanken der Zahnstange 34. In Verbindung mit der Schrägverzahnung wird dadurch das angestrebte hochgenaue Positionieren erreicht. Hinsichtlich der Positionierung ist stets nur eine der beiden Motorgetriebeeinheiten, die sogenannte Haupteinheit maßgebend. Nur deren Stellungsanzeige wird für den Steuervorgang ausgewertet.The high-precision positioning of the grinding headstock 39 in the X direction (double arrow 41) takes place here by means of a ball screw which runs at reference number 42 and is set in rotation by an electric drive motor 43. However, the grinding headstock 39 could equally well be positioned by means of a double arrangement of driven gear wheels which engage in a further toothed rack mounted on the cross slide (cf. FIG. 6). The grinding headstock is guided in the X-axis direction on the cross slide 25 by means of two hydrostatic non-contact circular guides 44 and 45. FIG. 4 illustrates how the two motor gear units 26 and 26A act on the common rack 34 with their gearwheels 31, 31A. The illustration is only intended to illustrate the principle. The tandem arrangement shown serves a dual purpose: on the one hand, the two motor gear units 26, 26A apply a higher torque to drive the cross slide on the rack. The two motor gear units 26, 26A are also driven with an unequal torque, for example by giving the first motor gear unit 26 a slightly greater torque than the second motor gear unit 26A. This brings about the effect that the rack 34 is clamped between the rotating gears 31 and 31A. There is therefore a backlash-free pressure effect on at least two tooth flanks of the rack 34. In connection with the helical toothing, the desired high-precision positioning is achieved. With regard to positioning, only one of the two motor gear units, the so-called main unit, is decisive. Only their position indicator is evaluated for the control process.
Zur Steigerung der Genauigkeit kann die Funktion der Haupteinheit auch mit der Bewegungsrichtung des Kreuzschlittens auf dem Maschinenbett wechseln.To increase accuracy, the function of the main unit can also change with the direction of movement of the cross slide on the machine bed.
Anstelle der in Figur 4 dargestellten Möglichkeit, die Antriebszahnräder 31 und 31A gegen die Zahnstange 34 zu verspannen, ist auch eine zeichnerisch nicht dargestellte Abwandlung möglich. Es können nämlich die beiden Zahnräder gleichachsig angeordnet werden, so dass ihre Zähne grundsätzlich in dieselbe Zahnlücke der Zahnstange eingreifen. Die beiden nebeneinander angeordneten Zahnräder werden in ihrer Drehrichtung hydraulisch, elektrisch oder durch Federn gegeneinander verspannt. Auf diese Weise ist gleichfalls ein spielfreier Eingriff der Zahnräder mit Anlage an zwei Zahnflanken der Zahnstange erreichbar.Instead of the possibility shown in FIG. 4 for bracing the drive toothed wheels 31 and 31A against the toothed rack 34, a modification which is not shown in the drawing is also possible. Namely, the two gears can be arranged coaxially, so that their teeth basically engage in the same tooth space on the rack. The two gears arranged next to each other are braced against each other hydraulically, electrically or by springs. In this way, a backlash-free engagement of the gears by contacting two tooth flanks of the rack can also be achieved.
In Figur 5 ist in einer Ansicht von oben eine erfindungsgemäßeFIG. 5 shows a top view of the invention
Schleifmaschine gezeigt, bei der zwei Kreuzschlitten mit darauf befindlichen Schleifspindelstöcken auf einem gemeinsamen Maschinenbett angeordnet sind. Das Maschinenbett ist wieder mit 20 bezeichnet, während der Ort der Zahnstange mit der gestrichelten Linie 34 angedeutet ist. Die beiden Kreuzschlitten haben hier die Bezugsziffern 25 und 49. Auf dem Kreuzschlitten 25 ist ein Schleifspindelstock 39 und auf dem Kreuzschlitten 49 ein Schleifspindelstock 50 in Richtung seiner jeweiligen X-Achse (X39 bzw. X50) verfahrbar. Die Verfahrbarkeit der Kreuzschlitten in Richtung der Z-Achse ist mit Z25 bzw. Z49 angedeutet. Die dargestellte Maschine weist einen Werkstückspindelstock 46 und einen Reitstock 47 auf, zwischen denen eine Kurbelwelle 48 eingespannt ist. Werkstückspindelstock 46 und Reitstock 47 sind beide mit Drehantrieben versehen, wobei die Drehachsen mit Ci und C2 hervorgehoben sind. Die Schleifscheiben 40 bzw. 51 der Schleifspindelstöcke 39 bzw. 50 befinden sich in der dargestellten Situation etwa im Bereich des Werkstückspindelstocks 46 bzw. des Reitstocks 47. Es wird erkennbar, dass beide Schleifscheiben 40, 51 über die gesamte Länge der eingespannten Kurbelwelle 48 verfahren werden können. Dadurch können unabhängig voneinander unterschiedliche Schleifvorgänge an der eingespannten Kurbelwelle 48 gleichzeitig vorgenommen werden.Grinding machine shown, in which two cross slides with grinding headstocks on them arranged on a common machine bed are. The machine bed is again designated 20, while the location of the rack is indicated by the dashed line 34. The two cross slides have the reference numerals 25 and 49 here. A grinding headstock 39 can be moved on the cross slide 25 and a grinding headstock 50 can be moved on the cross slide 49 in the direction of its respective X axis (X 39 or X 50 ). The movability of the cross slide in the direction of the Z axis is indicated by Z 25 or Z 49 . The machine shown has a workpiece headstock 46 and a tailstock 47, between which a crankshaft 48 is clamped. Workpiece headstock 46 and tailstock 47 are both provided with rotary drives, the axes of rotation being highlighted with Ci and C 2 . The grinding wheels 40 and 51 of the grinding headstocks 39 and 50 are in the situation shown approximately in the area of the workpiece headstock 46 and the tailstock 47. It can be seen that both grinding wheels 40, 51 are moved over the entire length of the clamped crankshaft 48 can. As a result, different grinding processes can be carried out simultaneously on the clamped crankshaft 48 independently of one another.
Da die beiden Kreuzschlitten sicher und massiv auf den Führungsschienen (in Figur 5 nicht sichtbar) geführt und abgestützt sind, ist es weitgehend ausgeschlossen, dass schädliche Vibrationen des einen Schleifvorganges den anderen Schleifvorgang nachteilig beeinflussen. Der von den Kreuzschlitten ausgehende Antrieb über die Zahnräder auf die Zahnstange wirkt stets in derselben Weise, unabhängig von der jeweiligen Stellung des Kreuzschlittens auf dem Maschinenbett.Since the two cross slides are securely and solidly guided and supported on the guide rails (not visible in FIG. 5), it is largely excluded that harmful vibrations from one grinding process adversely affect the other grinding process. The drive from the cross slide on the rack via the gearwheels always acts in the same way, regardless of the respective position of the cross slide on the machine bed.
Fig. 6 zeigt einen Teilausschnitt aus Fig. 5, bei welchem eine Zahnstange 52 zum Antrieb mittels weiterer Motorgetriebeeinheiten 53, 53A des Schleifspindelstockes 39 in X-Richtung (dargestellt als X39) gezeigt wird. Der bereits oben beschriebene Antrieb des Kreuzschlittens 25 mittels Zahnstange und Zahnrad in Z-Richtung ist durch den Doppelpfeil Z25 angedeutet. Diese Ausführung kann auch beim zweiten Kreuzschlitten 49 vorgesehen sein. Liste der BezuqsziffernFIG. 6 shows a partial section from FIG. 5, in which a toothed rack 52 for driving by means of further motor gear units 53, 53A of the grinding headstock 39 in the X direction (shown as X39) is shown. The drive of the cross slide 25 already described above by means of a toothed rack and gear in the Z direction is indicated by the double arrow Z25. This embodiment can also be provided for the second cross slide 49. List of reference numbers
1 Maschinenbett1 machine bed
2 Schleiftisch2 grinding table
3 Werkstückspindelstock3 workpiece headstock
4 Spitze4 tip
5 Reitstock5 tailstock
6 Spitze6 tip
7 Antriebsmotor7 drive motor
8 Doppelpfeil (Z-Achse)8 double arrow (Z-axis)
9 Schleifspindelstock9 grinding headstock
10 Schleifscheibe10 grinding wheel
11 Riementrieb11 belt drive
12 Antriebsmotor12 drive motor
13 Doppelpfeil (Z-Achse)13 double arrow (Z axis)
14 Doppelpfeil (X-Achse)14 double arrow (X-axis)
15 erste Verschiebebahn15 first transfer track
16 zweite Verschiebebahn16 second sliding track
20 Maschinenbett20 machine bed
21 erste Gleitkufe oder Führungsschiene21 first skid or guide rail
22 zweite Gleitkufe oder Führungsschiene22 second skid or guide rail
23 Gleitbelag23 sliding surface
24 Gleitbelag24 sliding surface
25 Kreuzschlitten25 cross slides
26 erste Motorgetriebeeinheit26 first motor gear unit
26A zweite Motorgetriebeeinheit26A second motor transmission unit
27 elektrischer Antriebsmotor27 electric drive motor
28 Winkelgetriebe28 bevel gear
29 Öffnung im Kreuzschlitten29 Opening in the cross slide
30 Befestigungsflansch30 mounting flange
31. 31A Zahnrad 32 Achse des Zahnrades31. 31A gear 32 axis of the gear
33 Ausnehmung im Maschinenbett33 Recess in the machine bed
34 Zahnstange34 rack
35 Befestigungsschraube 36 Achse des elektrischen Antriebsmotors35 fastening screw 36 axis of the electric drive motor
37 Zähne der Zahnstange37 teeth of the rack
38 Doppelpfeil38 double arrow
39 Schleifspindelstock39 grinding headstock
40 Schleifscheibe 41 Doppelpfeil40 grinding wheel 41 double arrow
42 Kugelgewindespindel42 ball screw
43 elektrischer Antriebsmotor für den Schleifspindelstock43 electric drive motor for the grinding headstock
44 Rundführung44 Tour
45 Rundführung 46 Werkstückspindelstock45 Round guide 46 Workpiece headstock
47 Reitstock47 tailstock
48 Kurbelwelle48 crankshaft
49 Kreuzschlitten49 cross slides
50 Schleifspindelstock 51 Schleifscheibe50 grinding headstock 51 grinding wheel
52 Zahnstange52 rack
53, 53A Motorgetriebeeinheit 53, 53A motor gear unit

Claims

Ansprüche Expectations
1. Schleifmaschine nach Art einer Universal-Rund-/ Unrundschleifmaschine, mit einem Maschinenbett, das eine Spann- und Antriebsvorrichtung zur rotierend angetriebenen Aufnahme eines Werkstücks sowie einen Kreuzschlitten aufweist, mit mindestens einem auf dem Kreuzschlitten angeordneten Schleifspindelstock zum Rotationsantrieb mindestens einer auf dem Schleifspindelstock gelagerten Schleifscheibe, wobei der Schleifspindelstock durch den Kreuzschlitten gegenüber dem Maschinenbett in Richtung von zwei Vorschubachsen (X, Z) gesteuert beweglich ist, von denen die erste Vorschubachse (X) senkrecht und die zweite Vorschubachse (Z) parallel zu der Rotationsachse der Spann- und Antriebsvorrichtung verläuft, mit einer CNC-Steuereinrichtung zum gesteuerten Ablauf der beiden Bewegungen, mit einem Verschiebeantrieb zur hochgenauen Positionierung des in Richtung der zweiten Vorschubachse (Z) auf dem Maschinenbett (20) geführten Kreuzschlittens (25), und mit Ausbildung des Verschiebeantriebs durch den Eingriff mindestens eines Paars von schräg verzahnten Zahnrädern (31 , 31A) in eine an dem Maschinenbett (20) vorhandene Zahnstange (34) mit Schrägverzahnung, wobei die beiden Zahnräder (31 , 31 A) des Paares an dem Kreuzschlitten (25) gelagert und mit unterschiedlichem Drehmoment derart angetrieben sind, dass sie gegen die Zahnstange (34) verspannt sind, und wobei der Schleifspindelstock (39) in Richtung der ersten Vorschubachse (X) auf dem Kreuzschlitten (25) geführt und gesteuert angetrieben ist. 1.Grinding machine in the manner of a universal cylindrical / non-circular grinding machine, with a machine bed which has a clamping and drive device for the rotationally driven holding of a workpiece and a cross slide, with at least one grinding headstock arranged on the cross slide for rotating drive, at least one mounted on the grinding headstock Grinding wheel, the grinding headstock being movable by the cross slide relative to the machine bed in the direction of two feed axes (X, Z), of which the first feed axis (X) is perpendicular and the second feed axis (Z) is parallel to the axis of rotation of the clamping and drive device runs, with a CNC control device for the controlled sequence of the two movements, with a displacement drive for the highly precise positioning of the cross slide (25) guided on the machine bed (20) in the direction of the second feed axis (Z), and with formation of the displacement drive by h the engagement of at least one pair of helical toothed gears (31, 31A) in a toothed rack (34) with helical teeth provided on the machine bed (20), the two gears (31, 31 A) of the pair being supported on the cross slide (25) and are driven with different torques in such a way that they are braced against the toothed rack (34), and the grinding headstock (39) is guided and driven in a controlled manner in the direction of the first feed axis (X) on the compound slide (25).
2. Schleifmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur hochgenauen Positionierung des Schleifspindelstockes in Richtung der ersten Vorschubachse (X) auf dem Kreuzschlitten ein weiterer Verschiebeantrieb (53, 53A) vorgesehen ist, der durch den Eingriff mindestens eines Paars von schräg verzahnten Zahnrädern in eine an dem Kreuzschlitten vorhandene Zahnstange (52) mit Schrägverzahnung erfolgt, wobei die beiden Zahnräder des Paares an dem Schleifspindelstock gelagert und mit unterschiedlichem Drehmoment derart angetrieben sind, dass sie gegen die zugehörige Zahnstange (52) verspannt sind.2. Grinding machine according to claim 1, characterized in that for the highly precise positioning of the grinding headstock in the direction of the first feed axis (X) on the cross slide, a further displacement drive (53, 53A) is provided, which by the engagement of at least one pair of helically toothed gears in a toothed rack (52) with helical teeth is provided on the cross slide, the two toothed wheels of the pair being mounted on the grinding headstock and driven with different torques in such a way that they are braced against the associated toothed rack (52).
3. Schleifmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die beiden Zahnräder (31 , 31 A) des Paares in Richtung der Zahnstange (34) im Abstand voneinander befinden und mit unterschiedlichen Zahnlücken der Zahnstange (34) im Eingriff stehen.3. Grinding machine according to claim 1 or 2, characterized in that the two gears (31, 31 A) of the pair in the direction of the rack (34) are spaced from each other and with different tooth gaps of the rack (34) are in engagement.
4. Schleifmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Zahnrad (31 , 31A) des Paares durch je einen elektrischen Antriebsmotor (27) angetrieben ist, wobei die Verspannung der Zahnräder (31 , 31 A) gegen die Zahnstange richtungsabhängig durch die elektrische Steuerung der Antriebsmotoren (27) erfolgt.4. Grinding machine according to claim 3, characterized in that each gear (31, 31A) of the pair is driven by an electric drive motor (27), the bracing of the gears (31, 31 A) against the rack depending on the direction by the electrical control the drive motors (27).
5. Schleifmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, das jedes der Zahnräder (31 , 31 A) durch eine Motorgetriebeeinheit (26, 26A) angetrieben ist.5. Grinding machine according to claim 4, characterized in that each of the gears (31, 31 A) is driven by a motor gear unit (26, 26A).
6. Schleifmaschine nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Motorgetriebeeinheiten mit Winkelgetrieben (28), wobei die Achse (36) des Antriebsmotors (27) und die des Zahnrades (31) im rechten Winkel zueinander angeordnet sind und der Einbau der Motorgetriebeeinheit (26, 26A) mit lotrechter Achse (32) des Zahnrades (31 ) erfolgt.6. Grinding machine according to claim 5, characterized by motor gear units with angular gears (28), wherein the axis (36) of the drive motor (27) and that of the gear (31) are arranged at right angles to one another and the installation of the motor gear unit (26, 26A) with vertical axis (32) of the gear (31).
7. Schleifmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden angetriebenen Zahnräder des Paares gleichachsig angeordnet sind, in dieselbe Zahnlücke der Zahnstange eingreifen und in ihrer Drehrichtung hydraulisch, elektrisch oder durch Federn gegeneinander verspannt sind.7. Grinding machine according to claim 1 or 2, characterized in that the two driven gears of the pair coaxially are arranged, engage in the same tooth gap of the rack and are braced against each other hydraulically, electrically or by springs in their direction of rotation.
8. Schleifmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die an dem Maschinenbett (20) vorhandene Zahnstange (34) aus Einzelabschnitten zusammengesetzt in eine Ausnehmung (33) des Maschinenbettes (20) eingesetzt ist.8. Grinding machine according to one of the preceding claims, characterized in that on the machine bed (20) existing rack (34) composed of individual sections is inserted into a recess (33) of the machine bed (20).
9. Schleifmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreuzschlitten (25) auf zwei Führungsschienen (21 , 22) an dem Maschinenbett (20) abgestützt und geführt ist, die sich im Abstand voneinander befinden und zwischen denen die Zahnstange (34) für den Verschiebeantrieb des Kreuzschlittens (25) angeordnet ist.9. Grinding machine according to one of the preceding claims, characterized in that the cross slide (25) is supported and guided on two guide rails (21, 22) on the machine bed (20), which are located at a distance from one another and between which the rack (34 ) is arranged for the displacement drive of the cross slide (25).
10. Schleifmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Anordnung von zwei Kreuzschlitten (25, 49), deren jeweilige angetriebene Zahnräder (31 , 31 A) mit derselben an dem Maschinenbett vorhandenen Zahnstange (34) im Eingriff stehen.10. Grinding machine according to one of the preceding claims, characterized by the arrangement of two cross slides (25, 49), the respective driven gear wheels (31, 31 A) with the same on the machine bed existing rack (34) in engagement.
11. Schleifmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Schleifspindelstock, der auf seinem Kreuzschlitten zusätzlich um eine lotrechte Achse schwenkbar ist und mindestens zwei Schleifscheiben trägt. 11. Grinding machine according to one of the preceding claims, characterized by a grinding headstock which is additionally pivotable on its cross slide about a vertical axis and carries at least two grinding wheels.
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