DD255296B3

DD255296B3 - Verzahnmaschine mit cnc-steuerung zur herstellung von kegelraedern

Info

Publication number: DD255296B3
Application number: DD29812586A
Authority: DD
Inventors: Karl-Heinz Dipl-Ing Engemann; Rainer Dipl-Ing Bleckmann
Original assignee: Modul Gmbh Chemnitz Werkzeugma
Priority date: 1986-12-22
Filing date: 1986-12-22
Publication date: 1992-11-19
Also published as: DE3805665A1; DD255296A1; CH676212A5

Description

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 Werkstück- und Werkzeugständer relativ zueinander in Längsführungen in drei rechtwinklige zueinander angeordneten Koordinaten verschiebbar und der Werkstückständer zusätzlich um eine vertikale Achse schwenkbar angeordnet ist, wobei der Werkzeugständer einen vertikal verschiebbaren Ständerschlitten aufnimmt, der die Werkzeugspindel und das Werkzeug trägt.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Nach der SU-Patentschrift 724287 ist bereits eine Verzahnmaschine zur Herstellung bogenverzahnter Kegelräder bekannt, bei der die Drehbewegung des imaginären Erzeugungsrades relativ zur Drehbewegung des Werkstückes durch zwei rechtwinklig zueinander verlaufende Translationsbewegungen ersetzt werden. Die nicht neigbare Werkzeugspindel trägt einen Messerkopf, dessen Messerschneiden beim Umlauf um die Messerkopfachse zwei benachbarte Flanken einer Lücke des Erzeugungsrades bilden. Bei dem in der genannten Patentschrift beschriebenen konstruktiven Aufbau sind die vertikale und horizontale Verschiebung so aufeinander abgestimmt, daß die Messerkopfachse, bezogen auf das Maschinengestell, eine Kreisbahn um die Achse des imaginären Erzeugungsrades ausführt.

Der Antrieb der vertikalen und horizontalen Verschiebung erfolgt durch eine hydraulische Nachlaufsteuerung. Ansonsten ist die Maschine mit mechanischen Getriebezügen ausgerüstet und nur zum Verzahnen von bogenverzahnten Kegelrädern im kontinuierlichen Teilverfahren geeignet.

Weiterhin ist 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 ΙΟΙ 1 dargestellt ist, besitzt den bekannten konventionellen Maschinenaufbau mit Wiegentrommel, 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 230614 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 eigener» 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 Kegelradern eine Produktivitätssteigerung erzielt und auf eine Einrichtung zur Neigung der Werkzeugspmdel verzichtet werden konnte, besitzt diese Losung, da sie sich auf den bekannten konventionellen Maschinenaufbau fur Verzahnmaschinen zur Herstellung von Kegelradern stutzt, noch einige wesentliche Nachteile.

Indem die imaginäre Erzeugungskegelradachse mit der Wiegenachse zusammenfallt, ist von der maximal zu realisierenden Exzentrizität auch der Wiegentrommeldurchmesser abhangig. Der Wiegentrommeldurchmesser bestimmt somit die Baugroße der Maschine, d. h. den erforderlichen Platzbedarf Dies bedeutet, daß fur die Kegelrader mit großer Teilkegellange oder kleinem Schragungswmkel eine größere Maschine zum Einsatz kommen muß.

Außerdem erfordert die sich aus dem Maschinenaufbau ergebende hohe Anzahl zu steuernder geometrischer Einstellwerte

keine gute Voraussetzung fur einen automatisierten Werkstuck- 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 230614 nicht alle bekannten bedeutsamen Effekte erzielt werden, so ist es u a. nicht möglich, alle modernen Entwicklungstendenzen in der Auslegung kreisbogenverzahnter Kegelrader zu realisieren

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist, CNC-gesteuerte Verzahnmaschinen mit einem Werkzeugsystem auszurüsten, das den Aufwand fur die Steuerungs- und Antriebstechmk senkt und die technologischen Einsatzmoglichkeiten der Verzahnmaschine erweitert.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verzahnmaschine mit CNC-Steuerung zur Herstellung von Kegelradern im WaIz- und Formverfahren zu schaffen, bei der durch eine entsprechende konstruktive Gestaltung des Werkzeuges die Zahl der zu steuernden Achsen und der Aufwand zu deren Ansteuerung bei der Realisierung progressiver technologischer Verfahren gesenkt, der Maschinenaufbau wesentlich vereinfacht wird und die Voraussetzungen fur einen automatischen Werkstuck- und Werkzeugwechsel gegeben sind.

Erfindungsgemaß wird die Aufgabe dadurch gelost, daß das Werkzeug aus einem Werkzeugsystem besteht, das aus einer Schwenktrommel gebildet wird, auf der sich eine Neigungstrommel befindet, in der in an sich bekannter Weise die verfahrensbedingte Art eines Messerkopfes gelagert ist.

Durch die erfmdungsgemaße Losung kann auf den Einsatz einer Wiegentrommel und einer in ihr schwenkbar angeordneten Exzentertrommel verzichtet werden, was zu einem erheblich einfacheren konstruktiven und sehr platzsparenden Aufbau der Maschine beitragt. Vor allem aber kann, da eine direkte Bewegung der Wiegen- und Exzentertrommel wegfallt, der Aufwand fur die Antriebs- und Steuertechnik der Maschine entscheidend gesenkt werden.

Außerdem werden durch den erfindungsgemaßen Maschinenaufbau die Voraussetzungen fur einen automatischen Werkstuck- und Werkzeugwechsel geschaffen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausfuhrungsbeispiel naher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1. die Gesamtansicht einer Kegelradwaizfrasmaschine in schematischer Darstellung.

Die Verzahnmaschine zur Herstellung von Kegelradern besteht aus einem Langsbett 1 mit horizontal verlaufenden Längsführungen 2. Auf den Längsführungen 2 wird ein Werkzeugstander 3 in Richtung einer Koordinatenachse Z₀ mit einem Koordinatenursprung O₀ horizontal aufgenommen Der Werkzeugstander 3 ist mit vertikalen Fuhrungen 4 versehen, an denen ein Standerschlitten 5 in Richtung einer Koordinatenachse Y₀ vertikal verschiebbar angeordnet ist Im Standerschlitten 5 ist eine Schwenktrommei 6 um eine Achse C drehbar gelagert, die eine Neigungstrommel 7 um eine Achse D neigbar aufnimmt. In der Neigungstrommel 7 ist eine Werkzeugspmdel 8 angeordnet, auf der die entsprechenden Messerkopfe 9 befestigt sind. Die Werkzeugspmdel ist um eine Achse E drehbar.

Unmittelbar vor dem Langsbett 1 ist ein Querbett 10 angeordnet, deren horizontale Querfuhrungen 11 rechtwinklig zu den Längsführungen 2 des Langsbettes 1 verlaufen Von den Querfuhrungen 11 wird ein Querschlitten 12 in Richtung einer Koordinatenachse X₀ horizontal verschiebbar aufgenommen. Der Querschnitten 12 tragt einen Werkstuckstander 13, der um eine in Richtung der Koordinatenachse Y₀ vertikal verlaufenden Achse A auf dem Querschhtten 12 schwenkbar angeordnet ist. Im Werkstuckstander 13 ist eine Werkstückspindel 14 um eine Achse drehbar gelagert, die die Achse A zum Schwenken des Werkstuckstanders 13 rechtwinklig im Werkstuckstanderbezugspunkt N, der mit dem Koordinatenursprung Oi zusammenfallt, schneidet. Alle genannten Achsen fur die Verstell-, Schwenk- und Drehbewegungen sind mit einem motorischen Antrieb und einem Meßsystem zur Positionserfassung ausgerüstet. Wahrend die Antriebe schematisch angedeutet sind, wurde auf die Darstellung der Positionsmeßsysteme verzichtet

So wird durch einen Stellmotor 15 in Verbindung mit einem in dem Querschhtten 12 befindlichen Walzschraubtrieb 16 der Querschhtten 12 mit dem Werkstuckstander 13 in Richtung der Koordinatenachse X₀ durch eine Translationsbewegung G verschoben. In gleicher Weise erfolgt der Antrieb des Werkzeugstanders 3 in Richtung der Koordinatenachse Z₀ fur eine Translationsbewegung H in Verbindung mit einem Schraubwalztrieb 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 Y₀ 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 den 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 das Maschinenkoordinatensystem X₀ Y₀ Z₀ mit dem Ursprung in O₀ festgelegt worden, auf das auch die Meßsysteme bezogen sind. Dabei enthält die durch das Koordinatensystem X₀ O₀ Z₀ gebildete Ebene die Achse B der Werkstückspindel 14 und verläuft parallel zu den Längsführungen 2 und den Querführungen 11. In der durch das Koordinatensystem X₀ O₀ Y₀ 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 Y₀ O₀ Z₀ enthält die Achse C für die Drehbewegung der Schwenktrommel 6 und steht senkrecht auf den beiden anderen Koordinatenebenen X₀ O₀ Z₀. Der Schnittpunkt dieser drei rechtwinklig zueinanderliegenden Koordinatenebenen stellt den Koordinatenursprung O₀ 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 Y₀ O₀ Z₀ liegt und durch die Abstände Y_oM und Z_oM vom Koordinatensprung O₀ bestimmt werden kann. Der Werkstückständerbezugspunkt N liegt stets auf der Koordinatenachse X₀. Seine Lage ist durch den Abstand X_oM vom Koordinatenursprung O₀ definiert. Bei Drehung des Werkstückständers 13 um die Achse A schließt die Achse B für die Drehbewegung der Werkstückspindel 14 mit der Koordinatenachse X₀ den Werkstückständerwinkel δ_ε ein.

Für das Verzahnen achsversetzter Kegelräder oder zur Durchführung von Tragbildkorrekturen ist ein Achsversatz a_w der Werkstückspindel 14 einzustellen. Der Achsversatz a_w wird in dem Einstellwert Y₀M mit einbezogen. Die Wirkungsweise der Verzahnmaschine zur Hersteilung 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 δ_Ε 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 X_oM, Y_om und Z_oM 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.

In Betracht gezogene Druckschriften:

SU 724287 SU 230614 DE 3220026

Claims

Verzahnmaschine mit CNC-Steuerung zur Herstellung von Kegelrädern im Wälz- und Formverfahren, bei der der Werkstück- und Werkzeugständer relativ zueinander in Längsführungen in drei rechtwinklige zueinander angeordneten Koordinaten verschiebbar und der Werkstückständer zusätzlich um eine vertikale Achse schwenkbar angeordnet ist, wobei der Werkzeugständer einen vertikal verschiebbaren Ständerschlitten aufnimmt, der die Werkzeugspindel und das Werkzeug trägt, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug aus einem Werkzeugsystem besteht, das gebildet wird aus einer Schwenktrommel (6), auf der sich eine Neigungstrommel (7) befindet, in der in an sich bekannter Weise die verfahrensbedingte Art eines Messerkopfes (9) gelagert ist.

Hierzu 1 Seite Zeichnung