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Dokumentenidentifikation DE3805665A1 07.09.1989
Titel Verzahnmaschine mit CNC-Steuerung zur Herstellung von Kegelrädern
Anmelder VEB Werkzeugmaschinenkombinat "7. Oktober" Berlin, DDR 1120 Berlin, DD
Erfinder Engemann, Karl-Heinz, Dipl.-Ing., DDR 9061 Karl-Marx-Stadt, DD;
Bleckmann, Rainer, Dipl.-Ing., DDR 9063 Karl-Marx-Stadt, DD
Vertreter Förster, H., DDR 9054 Karl-Marx-Stadt
DE-Anmeldedatum 24.02.1988
DE-Aktenzeichen 3805665
Offenlegungstag 07.09.1989
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.09.1989
IPC-Hauptklasse B23F 5/24
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Verzahnmaschine zur Herstellung von Kegelrädern im Wälz- und Formverfahren, bei der der Werkstückträger um eine senkrechte Achse schwenkbar und der Werkstück- und Werkzeugträger relativ zueinander, senkrecht und waagerecht verschiebbar, angeordnet sind. Ziel der Erfindung ist es, den Aufwand für die Verzahnmaschine und deren Antriebs- und Steuertechnik entscheidend zu senken und deren Automatisierungsgrad zu erhöhen. Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß der Werkzeugständer und der Werkstückständer relativ zueinander in drei rechtwinklig zueinander angeordneten Koordinaten verschiebbar und der Werkstückständer um eine vertikale Achse schwenkbar angeordnet sind.

Beschreibung[de]
Anwendungsgebiet der Erfindung

Das Anwendungsgebiet der Erfindung erstreckt sich auf eine Verzahnmaschine mit CNC-Steuerung zur Herstellung von Kegelrädern im Wälz- und Formverfahren, bei der der Werkstückträger um eine senkrechte Achse schwenkbar und der Werkstück- und Werkzeugträger relativ zueinander, senkrecht und waagerecht, verschiebbar angeordnet sind. Charakteristik der bekannten technischen Lösung

Es ist bereits eine Verzahnmaschine zur Herstellung von Kegelrädern im Wälz- und Formverfahren bekannt, die mit einer CNC- Steuerung ausgerüstet ist. Diese Verzahnmaschine, wie sie in der Fachzeitschrift "Stanki i instrument" Nr. 4, 1984, Seite 10-11 dargestellt ist, besitzt den bekannten konventionellen Maschinenaufbau, wie er für Maschinen mit mechanischen Getriebezügen seit Jahrzehnten charakteristisch ist. Bei der bekannten Verzahnmaschine werden von einem Maschinenbett um ein fest fixiertes Maschinenzentrum die entsprechenden Baugruppen aufgenommen. Auf der einen Seite des Maschinenbettes ist der Werkzeugträger fest angeordnet, in dem eine Wiegentrommel drehbar gelagert ist, deren Achse das Maschinenzentrum schneidet. In der Wiegentrommel befindet sich eine Exzentertrommel, in der die Werkzeugspindel drehbar gelagert ist. Durch die Schwenkbewegung der Exzentertrommel kann eine parallele Verschiebung der Werkzeugspindel zur Wiegenachse vorgenommen und damit die Exzentrizität eingestellt werden. Auf der dem Werkzeugständer gegenüberliegenden Seite des Maschinenbettes befindet sich der auf Längsführungen horizontal verschiebbare Bettschlitten mit dem Maschinenzentrum. Der Bettschlitten trägt einen um das Maschinenzentrum um ca. 100 Grad einstellbaren Schwenkschlitten. Von dem Bettschlitten wird ein Werkstückständer, in radialer Richtung zum Maschinenzentrum verschiebbar aufgenommen. Am Werkstückständer ist ein Achsversatzgehäuse vertikal verschiebbar angeordnet, in dem die Werkstückspindel drehbar gelagert ist. Bei dieser Anordnung schneidet die Werkstückspindelachse das Maschinenzentrum und in der Ausgangslage auch die Wiegentrommelachse. Bei dieser bekannten Verzahnmaschine ist keine Einrichtung zur Neigung der Werkzeugspindel vorgesehen. Die durch die Neigung der Werkzeugspindel erzielbaren Effekte sollen gemäß SU 2 30 614 durch eine Änderung des Werkstückständereinstellwinkels im Bearbeitungsprozeß erreicht werden. Für die CNC-Steuerung dieser Verzahnmaschine sind für die acht Bewegungen die entsprechenden Achsen mit einem eigenen Antrieb versehen. Von diesen acht Achsen sind vier gleichzeitig steuerbar, während drei Achsen reine Einstellbewegungen bewirken und eine Achse den Werkzeugumlauf darstellt. Die zur Erzeugung der Wälzbewegung für die Herstellung der Zahnflanken erforderlichen Bewegungen werden durch die Achse A für die Drehbewegung der Wiege mit dem Werkzeug, die Achse B für die Schwenkbewegung des Werkstückständers, die Achse C für die Drehbewegung der Werkstückspindel und die Achse X für die Bettschlittenbewegung in Richtung der Wiegenachse verkörpert. Darüber hinaus werden die Achsen A, B und X auch zum Einrichten genutzt, die Achse A zum Einstellen der Wiege in die Ausgangslage vor dem automatischen Zyklus, die Achse X zur Verschiebung des Bettschlittens in seine Ausgangslage vor Beginn der Bearbeitung der Zahnlücke und zu seiner Verschiebung bei Anwendung der verschiedenen Arbeitsprogramme bzw. Verzahnmethoden und die Achse B zum Einschwenken des Werkstückständers auf den Fußkegelwinkel des Werkstückes.

Beim Einrichten der Maschine wird weiterhin durch die Achse Y der Achsversatz der Werkstückspindel, durch die Achse Z die Verschiebung des Werkstückes entlang seiner Achse zur Distanzeinstellung und durch die Achse D die Exzentereinstellung für die Radialeinstellung des Werkzeuges, realisiert.

Obwohl durch die Anwendung einer CNC-Steuerung an dieser Verzahnmaschine zur Herstellung von Kegelrädern eine Produktivitätssteigerung erzielt und auch auf eine Einrichtung zur Neigung der Werkzeugspindel verzichtet werden konnte, besitzt diese Lösung, da sie sich auf den bekannten konventionellen Maschinenaufbau für Verzahnmaschinen zur Herstellung von Kegelrädern stützt, noch einige wesentliche Nachteile. Indem die imaginäre Erzeugungskegelradachse mit der Wiegenachse zusammenfällt, ist von der maximal zu realisierenden Exzentrizität auch der Wiegentrommeldurchmesser abhängig. Der Wiegentrommeldurchmesser bestimmt somit die Baugröße der Maschine, d. h. den erforderlichen Platzbedarf. Dies bedeutet, daß für Kegelräder mit großer Teilkegellänge oder kleinem Schrägungswinkel eine größere Maschine zum Einsatz kommen muß.

Außerdem erfordert die sich aus dem Maschinenaufbau ergebende hohe Anzahl zu steuernder geometrischer Einstellwerte einen unvertretbar hohen Aufwand an Antriebs- und Steuertechnik. Darüber hinaus bietet der konventionelle Maschinenaufbau keine guten Voraussetzungen für einen automatisierten Werkstück- und Werkzeugwechsel und ist noch zu kompliziert und aufwendig. Gegenüber dem traditionellen Einsatz von Einrichtungen zur Neigung der Werkzeugspindel können mit der Methode gemäß SU 2 30 614 nicht alle bekannten bedeutsamen Effekte erzielt werden, so ist es u. a. nicht möglich, alle modernen Entwicklungstendenzen in der Auslegung kreisbogenverzahnter Kegelräder zu realisieren.

Zur Beseitigung der erheblichen Einschränkung im Arbeitsbereich der Verzahnmaschine bei der jahrzehntelang angewendeten Wiegenkonzeption, wurde ein neues Verfahren zur Erzeugung der Wälzbewegung für die Herstellung von Zahnflanken an Kegelrädern vorgeschlagen. Bei diesem neuen Verfahren wird die relative Wälzbewegung zwischen Werkzeugsystem und Werkstück durch zwei voneinander abhängige, rechtwinklig zueinander verlaufende Translationsbewegungen des Werkzeugsystems, eine gleichzeitige Rotationsbewegung des Werkzeugsystems um die eigene Bezugsachse in der Größe des Wälzwinkels des imaginären Erzeugungskegelrades und eine Rotationsbewegung des Werkstückes um die Werkstückachse in Abhängigkeit vom Wälzwinkel des Erzeugungsplanrades und des Verhältnisses der Zähnezahl des imaginären Erzeugungskegelrades zur Zähnezahl des Werkstückes erzeugt.

Durch dieses erfindungsgemäße Verfahren sind ganz neue Möglichkeiten eines äußerst platzsparenden, einfachen Aufbaues eine Verzahnmaschine zur Herstellung von Kegelrädern gegeben und besonders Kegelräder mit großer Teilkegellänge oder kleinem Schrägungswinkel wieder äußerst wirtschaftlich herstellbar.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, den Aufwand für die Verzahnmaschine und deren Antriebs- und Steuertechnik entscheidend zu senken und deren Automatisierungsgrad zu erhöhen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verzahnmaschine mit CNC-Steuerung zur Herstellung von Kegelrädern im Wälz- und Formverfahren, bei der der Werkstück- und der Werkzeugträger relativ zueinander senkrecht und waagerecht verschiebbar und der Werkstückträger um eine senkrechte Achse schwenkbar angeordnet ist zur Durchführung des neuen Wälzverfahrens zu schaffen, bei der durch einen neuen Maschinenaufbau verschiedene Einzelbewegungen zusammengefaßt und damit die Zahl der zu steuernden Achsen entscheidend gesenkt, der Maschinenaufbau vereinfacht und platzsparend gestaltet, und die Voraussetzungen für einen automatischen Werkstück- und Werkzeugwechsel verbessert werden können.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Werkzeugträger und der Werkstückträger relativ zueinander in drei rechtwinklig zueinander angeordneten Koordinaten verschiebbar und der Werkstückträger um eine senkrechte Achse schwenkbar angeordnet sind.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird auf Längsführungen eines Längsbettes ein Werkzeugständer horizontal verschiebbar angeordnet, der einen vertikal verschiebbaren Ständerschlitten trägt, von dem ein Werkzeugsystem, bestehend aus einer Schwenktrommel, auf der eine Neigungstrommel angeordnet ist, in der die verfahrensbedingte Art eines Messerkopfes gelagert ist, aufgenommen wird und auf Querführungen eines Querbettes, die rechtwinklig zu den Längsführungen angeordnet sind, ein Querschlitten horizontal verschiebbar aufgenommen wird, der einen um eine vertikale Achse schwenkbaren Werkstückträger trägt, in dem eine Werkstückspindel drehbar gelagert ist.

Durch den neuen erfindungsgemäßen Aufbau einer Verzahnmaschine mit CNC-Steuerung zur Herstellung von Kegelrädern konnte durch Anwendung eines neuen Wälzverfahrens auf den Einsatz einer Wiegentrommel und einer in ihr schwenkbar angeordneten Exzentertrommel verzichtet werden, was zu einem wesentlich einfacheren konstruktiven und sehr platzsparenden Aufbau der Maschine beiträgt. Vor allem aber konnte, da eine direkte Bewegung der Wiegen- und Exzentertrommel wegfällt, der Aufwand für die Antriebs- und Steuertechnik der Maschine entscheidend gesenkt werden. Die bisher durch die Wiegentrommel und durch die Exzentertrommel erzeugten direkten Bewegungen werden erfindungsgemäß durch Kombination der beiden neuen Translationsbewegungen F und G, einmal durch die vertikale Verschiebung des Ständerschlittens in Richtung der Koordinatenachse Y0 und zum anderen durch die rechtwinklig zu ihr verlaufende horizontale Bewegung des Werkstückständers in Richtung der Koordinatenachse X&sub0; erzeugt. Außerdem werden durch den erfindungsgemäßen Maschinenaufbau wesentlich bessere Voraussetzungen für einen automatischen Werkstück- und Werkzeugwechsel geschaffen, insbesondere durch die neue horizontale Verschiebebewegung des Werkstückständers rechtwinklig zur horizontalen Bewegung des Werkzeugständers.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 die Gesamtansicht einer Kegelradwälzfräsmaschine in schematischer Darstellung.

Die Verzahnmaschine zur Herstellung von Kegelrädern besteht aus einem Längsbett 1 mit horizontal verlaufenden Längsführungen 2. Auf den Längsführungen 2 wird ein Werkzeugständer 3 in Richtung einer Koordinatenachse Z&sub0; mit einem Koordinatenursprung O&sub0; horizontal verschiebbar aufgenommen. Der Werkzeugständer 3 ist mit vertikalen Führungen 4 versehen, an denen ein Ständerschlitten 5 in Richtung einer Koordinatenachse Y&sub0; vertikal verschiebbar angeordnet ist. Im Ständerschlitten 5 ist eine Schwenktrommel 6 um eine Achse C drehbar gelagert, die eine Neigungstrommel 7 um eine Achse D neigbar aufnimmt. In der Neigungstrommel 7 ist eine Werkzeugspindel 8 angeordnet, auf der die entsprechenden Messerköpfe 9 befestigt sind. Die Werkzeugspindel ist um eine Achse E drehbar. Unmittelbar vor dem Längsbett 1 ist ein Querbett 10 angeordnet, deren horizontale Querführungen 11 rechtwinklig zu den Längsführungen 2 des Längsbettes 1 verlaufen. Von den Querführungen 11 wird ein Querschlitten 12 in Richtung einer Koordinatenachse X&sub0; horizontal verschiebbar aufgenommen. Der Querschlitten 12 trägt einen Werkstückständer 13, der um eine in Richtung der Koordinatenachse Y&sub0; vertikal verlaufenden Achse A auf dem Querschlitten 12 schwenkbar angeordnet ist. Im Werkstückständer 13 ist eine Werkstückspindel 14 um eine Achse B drehbar gelagert, die die Achse A zum Schwenken des Werkstückständers 13 rechtwinklig im Werkstückständerbezugspunkt N, der mit dem Koordinatenursprung O1 zusammenfällt, schneidet. Alle genannten Achsen für die Verstell-, Schwenk- und Drehbewegungen sind mit einem motorischen Antrieb und einem Meßsystem zur Positionserfassung ausgerüstet. Während die Antriebe schematisch angedeutet sind, wurde auf die Darstellung der Positionsmeßsysteme verzichtet. So wird durch einen Stellmotor 15 in Verbindung mit einem in dem Querschlitten 12 befindlichen Wälzschraubtrieb 16 der Querschlitten 12 mit dem Werkstückständer 13 in Richtung der Koordinatenachse X&sub0; durch eine Translationsbewegung G verschoben. In gleicher Weise erfolgt der Antrieb des Werkzeugständers 3 in Richtung der Koordinatenachse Z&sub0; für eine Translationsbewegung H in Verbindung mit einem Schraubwälztrieb 17 durch einen Stellmotor 18. Zur Positionierung der Schwenkbewegung des Werkstückständers 13 um die Achse A ist ein Antriebsmotor 19 und der Drehbewegung der Werkstückspindel 14 um die Achse B ein Antriebsmotor 20 vorgesehen. Die vertikale Verschiebung des Ständerschlittens 5 in Richtung der Koordinatenachse Y&sub0; für eine Translationsbewegung F erfolgt durch einen Stellmotor 21. Zwischen dem Antriebsmotor 19 und dem Werkstückständer 13 und dem Antriebsmotor 20 und der Werkstückspindel 14 sind nicht dargestellte spielfreie Antriebselemente angeordnet. Durch diese spielfreie Antriebskonzeption können die Antriebsmotoren 19; 20 unmittelbar mit dem Wegmeß- und Drehzahlmeßsystem sowie mit einer Haltebremse in Kompaktbauweise ausgeführt werden. Darüber hinaus besitzt auch die Werkzeugspindel 8 einen Antriebsmotor, der jedoch aus Fig. 1 nicht besonders ersichtlich ist. Zur präzisen Definition der Bewegungsabläufe ist für den neuen Maschinenaufbau ein Maschinenkoordinatensystem X&sub0; Y&sub0; Z&sub0; mit dem Ursprung in O&sub0; festgelegt worden, auf das auch die Meßsysteme bezogen sind. Dabei enthält die durch das Koordinatensystem X0O0Z0 gebildete Ebene die Achse B der Werkstückspindel 14 und verläuft parallel zu den Längsführungen 2 und den Querführungen 11. In der durch das Koordinatensystem X&sub0; O&sub0; Y&sub0; entstandenen Ebene liegt die Achse A zum Schwenken des Werkstückständers 13 auf dem Querschlitten 12. Diese Ebene verläuft parallel zu den vertikalen Führungen 4 des Werkzeugständers 3. Die Koordinatenebene Y&sub0; O&sub0; Z&sub0; enthält die Achse C für die Drehbewegung der Schwenktrommel 6 und steht senkrecht auf den beiden anderen Koordinatenebenen X&sub0; O&sub0; Z&sub0; und X&sub0; O&sub0; Y&sub0;.

Der Schnittpunkt dieser drei rechtwinklig zueinander liegenden Koordinatenebenen stellt den Koordinatenursprung O&sub0; dar.

Aus dem Schnittpunkt der Achse E für die Drehbewegung der Werkzeugspindel 8 mit der Messerkopfspitzenebene ergibt sich der Berechnungspunkt M des Messerkopfes 9, der stets in der Koordinatenebene Y&sub0; O&sub0; Z&sub0; liegt und durch die Abstände Y0M und Z0M vom Koordinatenursprung O0 bestimmt werden kann. Der Werkstückständerbezugspunkt N liegt stets auf der Koordinatenachse X0. Seine Lage ist durch den Abstand X0M vom Koordinatenursprung O&sub0; definiert. Bei Drehung des Werkstückständers 13 um die Achse A schließt die Achse B für die Drehbewegung der Werkstückspindel 14 mit der Koordinatenachse X&sub0; den Werkstückständerwinkel σE ein. Für das Verzahnen achsversetzter Kegelräder oder zur Durchführung von Tragbildkorrekturen ist ein Achsversatz aw der Werkstückspindel 14 einzustellen. Der Achsversatz aw wird in dem Einstellwert Y0M einbezogen.

Die Wirkungsweise der Verzahnmaschine zur Herstellung von Kegelrädern ist folgende:

Vor Beginn der Bearbeitung wird das Werkstück W aufgespannt. Nach Einschwenken des Werkstückständers 13 um die Achse A auf den erforderlichen Werkstückständerwinkel δE ergibt sich die erforderliche Ausgangslage für das Werkstück. Damit ist auch der Abstand zwischen Werkstückspindelplananlage und der Schwenkachse A als Maschinenkonstante, das Distanzmaß der Werkstückspindelaufspannung und das Einbaudistanzmaß des Werkstückes gegeben. Nachdem alle Einstell- und Berechnungsdaten in die CNC-Steuerung eingegeben wurden und der erforderliche Programmablauf festliegt, wird die weitere geometrische Ausgangslage zwischen Werkstück und Werkzeug hergestellt. Dabei wird die Lage des Berechnungspunktes des Messerkopfes 9 durch die Maschineneinstellungen X0M, Y0M und Z0M bestimmt. Weiterhin ist noch die Neigung der Werkzeugspindel 8 in der bekannten Weise einzustellen.

Nach Einschalten des Werkzeugumlaufes um die Achse E kann der Wälzprozeß zur Erzeugung der Zahnflanken beginnen. Der Wälzprozeß läuft dann nach dem vorgeschlagenen neuen Verfahren zur Erzeugung der Wälzbewegung für die Herstellung von Zahnflanken an Kegelrädern ab.

Verwendete Bezugszeichen

1 Längsbett

2 Längsführung

3 Werkzeugständer

4 vertikale Führung

5 Ständerschlitten

6 Schwenktrommel

7 Neigungstrommel

8 Werkzeugspindel

9 Messerkopf

10 Querbett

11 Querführung

12 Querschlitten

13 Werkstückständer

14 Werkstückspindel

15 Stellmotor für den Werkstückständer

16 Wälzschraubtrieb im Querschlitten

17 Wälzschraubtrieb im Werkzeugständer

18 Stellmotor für den Werkzeugständer

19 Antriebsmotor für die Schwenkung des Werkstückständers

20 Antriebsmotor für die Drehung der Werkstückspindel

21 Stellmotor für den Ständerschlitten

A Achse für die Schwenkbewegung des Werkstückständers

B Achse für die Drehbewegung der Werkstückspindel

C Achse für die Drehbewegung der Schwenktrommel

D Achse zur Neigung der Werkzeugspindel

E Achse für die Drehbewegung der Werkzeugspindel

F Translationsbewegung in Richtung der Koordinatenachse Y&sub0;

G Translationsbewegung in Richtung der Koordinatenachse X&sub0;

H Translationsbewegung in Richtung der Koordinatenachse Z&sub0;

W Werkstück

O&sub0; Koordinatenursprung des Maschinengrundsystems

X&sub0; Koordinatenachse des Maschinengrundsystems

Y&sub0; Koordinatenachse des Maschinengrundsystems

Z&sub0; Koordinatenachse des Maschinengrundsystems

O1 Koordinatenursprung des Werkstückständerbezugssystems

X1 Koordinatenachse des Bezugssystems

Y1 Koordinatenachse des Bezugssystems

Z1 Koordinatenachse des Bezugssystems

N Werkstückständerbezugspunkt

M Berechnungspunkt des Messerkopfes

σE Werkstückständerwinkel (Kegelwinkel)

aw Achsversatz der Werkstückspindel


Anspruch[de]
  1. 1. Verzahnmaschine mit CNC-Steuerung zur Herstellung von Kegelrädern im Wälz- und Formverfahren, bei der der Werkstück- und der Werkzeugträger relativ zueinander vertikal und horizontal verschiebbar und der Werkstückträger um eine senkrechte Achse schwenkbar angeordnet sind, gekennzeichnet dadurch, daß der Werkzeugständer (3) und der Werkstückständer (13) relativ zueinander in drei rechtwinklig zueinander angeordneten Koordinaten (X&sub0; Y&sub0; Z&sub0;) verschiebbar und der Werkstückständer (13) um eine vertikale Achse A schwenkbar angeordnet sind.
  2. 2. Verzahnmaschine mit CNC-Steuerung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß auf Längsführungen (2) eines Längsbettes (1) ein Werkzeugständer (3) horizontal verschiebbar angeordnet ist, der einen vertikal verschiebbaren Ständerschlitten (5) trägt, von dem ein Werkzeugsystem, bestehend aus einer Schwenktrommel (6), auf der eine Neigungstrommel (7) angeordnet ist, in der die verfahrensbedingte Art eines Messerkopfes (9) gelagert ist, aufgenommen wird und auf Querführungen (11) eines Querbettes (10), die rechtwinklig zu den Längsführungen (2) angeordnet sind, ein Querschlitten (12) horizontal verschiebbar aufgenommen wird, der einen um eine vertikale Achse (A) schwenkbaren Werkstückständer (13) trägt, in dem eine Werkstückspindel (14) drehbar gelagert ist.






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