DE102011084975A1

DE102011084975A1 - Werkzeugmaschine zum Drehen und Verzahnen von Werkstücken

Info

Publication number: DE102011084975A1
Application number: DE102011084975A
Authority: DE
Inventors: Moshe Israel Meidar; Wolfgang Horn; Heiner Lang; Holger Kolb
Original assignee: MAG IAS GmbH Eislingen
Current assignee: MAG IAS GmbH Eislingen
Priority date: 2011-10-21
Filing date: 2011-10-21
Publication date: 2013-04-25

Abstract

Eine Werkzeugmaschine (1) zum Drehen und Verzahnen von Werkstücken (2) umfasst ein Maschinengestell (3) und eine daran angeordnete Werkstückspindel (11) mit einer parallel zu einer horizontalen z-Richtung verlaufenden Drehachse (14). Zur Drehbearbeitung des Werkstücks (2) ist eine erste Bearbeitungseinheit (15) mit einem Werkzeughalter (16) zum Aufnehmen eines Drehwerkzeugs (17) vorgesehen. Der Werkzeughalter (16) ist relativ zu dem Maschinengestell (3) in der z-Richtung und in einer quer zu dieser verlaufenden x1-Richtung linear verfahrbar. Darüber hinaus ist zum Verzahnen des Werkstücks (2) eine zweite Bearbeitungseinheit (30) mit einem Wälzfräskopf (31) vorgesehen. Der Wälzfräskopf (31) ist relativ zu dem Maschinengestell (3) in der z-Richtung und in einer quer zu dieser verlaufenden x2-Richtung linear verfahrbar. Darüber hinaus ist der Wälzfräskopf (31) über dem Werkstück (2) hängend angeordnet. Hierdurch wird ein vergleichsweise geringer Abstand des zu bearbeitenden Werkstücks (2) von dem Maschinengestell (3) erzielt, wodurch die Werkzeugmaschine (1) bei der Werkstückbearbeitung eine hohe Steifigkeit aufweist. Bei der Werkstückbearbeitung ist dementsprechend eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit erzielbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine zum Drehen und Verzahnen von Werkstücken gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 697 14 929 T2 (entspricht EP 0 832 716 B1 ) ist eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine zum Drehen und Wälzfräsen von Werkstücken, beispielsweise von Wellen bekannt. Die Werkzeugmaschine weist eine Werkstückspindel mit horizontal ausgerichteter Drehachse und einen gegenüberliegenden Reitstock zum Drehantreiben der zu bearbeitenden Wellen auf. In vertikaler Richtung oberhalb der Werkstückspindel ist ein Werkzeugrevolver mit Drehwerkzeugen angeordnet, der in horizontaler und vertikaler Richtung linear verfahrbar ist. An einer dem Werkzeugrevolver gegenüber liegenden Seite der Werkstückspindel, also in vertikaler Richtung unterhalb der Werkstückspindel ist ein Wälzfräskopf angeordnet, der ebenfalls in horizontaler und vertikaler Richtung linear verfahrbar ist. Zusätzlich ist der Wälzfräser relativ zu der Drehachse der Werkstückspindel verschwenkbar, sodass Schrägverzahnungen erzeugbar sind. Dadurch, dass der Wälzfräskopf unterhalb der Werkstückspindel angeordnet ist, weist die bekannte Werkzeugmaschine einen erheblichen Abstand zwischen dem Maschinenbett und dem zu bearbeitenden Werkstück auf, wodurch die Maschinensteifigkeit und die Bearbeitungsgenauigkeit beeinträchtigt werden. Dies wirkt sich besonders nachteilig bei der Drehbearbeitung von schweren und unwuchtigen Werkstücken mit großem Durchmesser aus. Darüber hinaus wird bei der Bearbeitung derartiger Werkstücke der Wälzfräser fast vollständig verdeckt, sodass die Bearbeitungsstelle für den Maschinenbediener nicht einsehbar ist und zudem ein manueller Wechsel des Wälzfräsers schlecht durchführbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine zu schaffen, die auf einfache und genaue Weise eine Dreh- und Verzahnbearbeitung von langen Werkstücken mit einem großen Durchmesser ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass der Wälzfräskopf hängend, also in vertikaler Richtung oberhalb der Werkstückspindel angeordnet ist, ist der Abstand zwischen der Werkstückaufnahme bzw. dem zu bearbeitenden Werkstück und dem Maschinengestell gering, sodass die Werkzeugmaschine bei der Werkstückbearbeitung eine hohe Steifigkeit aufweist, wodurch eine entsprechend hohe Bearbeitungsgenauigkeit erzielbar ist. Darüber hinaus ist durch die hängende Anordnung des Wälzfräskopfs die Bearbeitungsstelle für einen Maschinenbediener gut einsehbar und ein Wechsel des Wälzfräsers einfach durchführbar. Die Steifigkeit der Werkzeugmaschine wirkt sich besonders vorteilhaft bei der Drehbearbeitung von schweren und/oder unwuchtigen Werkstücken mit großem Durchmesser aus. Dies gilt insbesondere bei der Bearbeitung von langen Wellen. Vorzugsweise ist der Werkzeughalter für das Drehwerkzeug relativ zu der Drehachse der Werkstückaufnahme an derselben Seite wie der Wälzfräskopf angeordnet. Dadurch, dass die Werkzeugmaschine zwei Bearbeitungseinheiten zum Drehen bzw. Bohren und Fräsen und zum Verzahnen von Werkstücken aufweist, ist die Herstellung von Wellen- und/oder Flanschteilen mit Verzahnungen mit nur einer Werkzeugmaschine möglich, wodurch kein Umspannen der Werkstücke erforderlich ist. Dadurch, dass kein Umspannen erforderlich ist, ist die Bearbeitungsdauer der Werkstücke vergleichsweise kurz und die Bearbeitungsgenauigkeit hoch. Die x₁- und die x₂-Richtung verlaufen vorzugsweise senkrecht zu der z-Richtung.
Eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 2 gewährleistet eine einfache Bearbeitung mit hoher Bearbeitungsgenauigkeit. Dadurch, dass der Wälzfräskopf relativ zu der vertikalen x-Richtung um den Winkel β geneigt ist, wird bei geringem Abstand zwischen der Drehachse der Werkstückaufnahme bzw. dem Werkstück von dem Maschinengestell eine gute Sicht zu der Bearbeitungsstelle ermöglicht. Gleichzeitig kann der Wälzfräser aufgrund der Neigung in einfacher Weise manuell oder mittels eines Handhabungsgeräts gewechselt werden, wenn dieser verschlissen ist. Vorzugsweise erstreckt sich der Winkel β ausgehend von der vertikalen x-Richtung von dem Maschinenbediener weg. Entsprechendes gilt für den Winkel α und die erste Bearbeitungseinheit mit dem Werkzeughalter. Vorzugsweise weisen die Winkel α und β dieselbe Richtung bzw. dasselbe Vorzeichen auf. Die Bearbeitungseinheiten sind vorzugsweise relativ zu einer horizontalen Ebene durch die Drehachse der Werkstückaufnahme oberhalb der horizontalen Ebene angeordnet, also auf derselben Seite relativ zu dem zu bearbeitenden Werkstück bzw. relativ zu der Werkstückspindel. Vorzugsweise verlaufen die x₁- und die x₂-Richtung parallel zueinander. Hierdurch wird ein einfacher Aufbau der Werkzeugmaschine erzielt.
Eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 3 oder 4 ermöglicht auf einfache Weise eine höhere Bearbeitungsflexibilität bei der Werkstückbearbeitung. Dadurch, dass der Werkzeughalter als Werkzeugspindel ausgebildet ist, ist zusätzlich eine Bohr- und/oder Fräsbearbeitung der Werkstücke möglich. Für die Drehbearbeitung ist die Werkzeugaufnahme der Werkzeugspindel um die Drehachse blockierbar.
Eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 5 oder 6 gewährleistet auf einfache Weise eine hohe Bearbeitungsflexibilität bei der Herstellung von Verzahnungen.
Eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 7 gewährleistet auf einfache Weise die Ausbildung des Winkels α und/oder des Winkels β. Dadurch, dass die Lagerfläche relativ zu der horizontalen y-z-Ebene um den Winkel γ geneigt ist, können die Linearachsen auf einfache Weise ausgebildet werden.
Eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 8 ermöglicht auf einfache Weise die Ausbildung jeweils einer horizontalen Linearachse für beide Bearbeitungseinheiten.
Eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 9 gewährleistet auf einfache Weise die Ausbildung jeweils einer radialen Zustellachse für beide Bearbeitungseinheiten. Dadurch, dass der z₁-Schlitten bzw. der z₂-Schlitten ständerförmig ausgebildet ist, können der Werkzeughalter und der Wälzfräskopf hängend, also in vertikaler x-Richtung oberhalb der Drehachse der Werkstückaufnahme angeordnet werden.
Eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 10 ermöglicht auf einfache Weise die Ausbildung einer dritten Linearachse für den Werkzeughalter, beispielsweise für eine Bohr- und/oder Fräsbearbeitung.
Eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 11 oder 12 gewährleistet auf einfache Weise die Ausbildung einer Schwenkachse und einer Linearachse für den Wälzfräser. Die Linearachse ist hierbei auf der Schwenkachse bzw. auf der a-Achse angeordnet, was der üblichen Achsanordnung bei Wälzfräsköpfen entspricht. Dadurch, dass übliche Bauteile verwendbar sind, weist die Werkzeugmaschine einen besonders einfachen Aufbau auf.
Eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 13 oder 14 vereinfacht die Herstellung von Verzahnungen. Dadurch, dass sich die Schwenkachse bzw. a-Achse auf der Linearachse befindet, wird ein besseres Kollisionsverhalten beim Verschwenken des Wälzfräskopfes um die Schwenkachse zu dem z₂-Schlitten bzw. den x₂-Führungsschienen des x₂-Schlittens erzielt. Darüber hinaus weisen beide Bearbeitungseinheiten eine einheitliche Anordnung der Linearachsen auf, wodurch ein modularer Aufbau der Werkzeugmaschine erzielt wird.
Eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 15 gewährleistet auf einfache Weise die Bearbeitung von wellenförmigen Werkstücken. Die Werkstückgegenaufnahme ist beispielsweise als Reitstock ausgebildet. Zusätzlich kann eine als Lünette ausgebildete Werkstückgegenaufnahme zwischen der Werkstückspindel und einem Reitstock angeordnet sein. Die Werkstückspindel und/oder die Werkstückgegenaufnahme sind in der z-Richtung linear verfahrbar an dem Maschinengestell angeordnet. Vorzugsweise ist die Werkstückspindel fest angeordnet und die Werkstückgegenaufnahme linear verfahrbar. Vorzugsweise weist das Maschinengestell eine zweite Lagerfläche auf, die im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Lagerfläche verläuft, an der die z-Führungsschienen angeordnet sind. An der zweiten Lagerfläche sind in entsprechender Weise z-Führungsschienen für die Werkstückspindel und/oder die Werkstückgegenaufnahme angeordnet.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von mehreren Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
1 eine erste perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschine zum Drehen und Verzahnen von Werkstücken gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 eine zweite perspektivische Ansicht der Werkzeugmaschine in 1,
3 eine Draufsicht auf die Werkzeugmaschine in 1,
4 eine Frontansicht der Werkzeugmaschine in 1,
5 einen Schnitt durch die Werkzeugmaschine entlang der Schnittlinie V-V in 4,
6 eine Frontansicht einer Werkzeugmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
7 einen Schnitt durch die Werkzeugmaschine entlang der Schnittlinie VII-VII in 6.
Nachfolgend ist anhand der 1 bis 5 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Die in den Figuren dargestellte Werkzeugmaschine 1 dient zum Drehen und Verzahnen von Werkstücken 2. Die Werkzeugmaschine 1 weist ein Maschinengestell 3 auf, das durch einen ersten Gestellabschnitt 4 und einen darauf angeordneten zweiten Gestellabschnitt 5 gebildet ist. Der erste Gestellabschnitt 4 ist auf einer Fundamentplatte 6 angeordnet und erstreckt sich im Wesentlichen in einer horizontalen y- und einer horizontalen z-Richtung. Ausgehend von dem ersten Gestellabschnitt 4 erstreckt sich der zweite Gestellabschnitt 5 in einer vertikalen x-Richtung. Die x-, y- und z-Richtungen verlaufen jeweils senkrecht zueinander und bilden ein kartesisches Koordinatensystem.
Der zweite Gestellabschnitt 5 bildet zwei Lagerflächen 7, 8 aus, die im Wesentlichen senkrecht zueinander verlaufen. Die erste Lagerfläche 7 ist einer Bedienerseite 9 abgewandt und schließt mit einer durch die y- und die z-Richtung gebildeten y-z-Ebene E_yz einen spitzen Winkel γ ein. Für den Winkel γ gilt: 5° ≤ γ ≤ 45°, insbesondere 10° ≤ γ ≤ 30°. Die zweite Lagerfläche 8 ist der Bedienerseite 9 zugewandt und schließt mit der y-z-Ebene E_yz einen Winkel δ ein, wobei insbesondere gilt: δ = 90° – γ. Vorzugsweise gilt für den Winkel δ: 45° ≤ δ ≤ 85°, insbesondere 60° ≤ δ ≤ 80°.
An der zweiten Lagerfläche 8 ist mittels eines Trägers 10 eine Werkstückspindel 11 fest an dem zweiten Gestellabschnitt 5 angeordnet. Die Werkstückspindel 11 weist eine Werkstückaufnahme 12 auf, die mittels eines Antriebsmotors 13 um eine parallel zu der z-Richtung verlaufende Drehachse 14 drehantreibbar ist. Der Träger 10 ist im Querschnitt im Wesentlichen dreieckförmig ausgebildet und definiert durch seine Ausbildung den Abstand der Drehachse 14 zu dem Maschinengestell 3 und der Lagerfläche 8.
Zur Drehbearbeitung eines Werkstücks 2 ist an dem Maschinengestell 3 eine erste Bearbeitungseinheit 15 angeordnet. Die erste Bearbeitungseinheit 15 weist einen als Werkzeugspindel ausgebildeten Werkzeughalter 16 für ein Drehwerkzeug 17 auf, der relativ zu dem Maschinengestell 3 in drei Richtungen linear verfahrbar ist. Der Werkzeughalter 16 ist nachfolgend als Werkzeugspindel bezeichnet.
Die erste Bearbeitungseinheit 15 umfasst einen z₁-Schlitten 18, der mittels eines z₁-Antriebsmotors 19 in der z-Richtung linear verfahrbar ist. Hierzu sind auf der ersten Lagerfläche 7 zwei z-Führungsschienen 20 angeordnet, auf denen der z₁-Schlitten 18 linear verfahrbar gelagert ist. Die z-Führungsschienen 20 sind in einer y₁-Richtung voneinander beabstandet, wobei die y₁-Richtung mit der y-Richtung den Winkel γ einschließt.
Der z₁-Schlitten 18 ist ständerförmig ausgebildet. An einer der Werkstückspindel 11 zugewandten Seite des z₁-Schlittens 18 ist ein x₁-Schlitten 21 angeordnet, der mittels eines x₁-Antriebsmotors 22 in einer x₁-Richtung linear verfahrbar ist. Hierzu sind an dem z₁-Schlitten 18 x₁-Führungsschienen 23 angeordnet, die in der x₁-Richtung verlaufen und in der z-Richtung voneinander beabstandet sind. Die x₁-Richtung schließt mit der x-Richtung bzw. einer x-z-Ebene E_xz einen Winkel α ein, für den 5° ≤ α ≤ 45°, und insbesondere 10° ≤ α ≤ 30° gilt. Der Winkel α entspricht bzw. ist gleich dem Winkel γ.
Der x₁-Schlitten 21 erstreckt sich ausgehend von dem z₁-Schlitten 18 in der y₁-Richtung bis zu der Drehachse 14. An einer der Werkstückaufnahme 12 zugewandten Unterseite des x₁-Schlittens 21 ist hängend ein y₁-Schlitten 24 angeordnet, der mittels eines y₁-Antriebsmotors 25 in der y₁-Richtung linear verfahrbar ist. Hierzu sind an dem x₁-Schlitten 21 y₁-Führungsschienen 26 angeordnet, die in der y₁-Richtung verlaufen und in der z-Richtung voneinander beabstandet sind. An dem y₁-Schlitten 24 ist hängend die Werkzeugspindel 16 angeordnet. Die Werkzeugspindel 16 weist in üblicher Weise eine Werkzeugaufnahme 27 auf, die mittels eines Antriebsmotors 28 um eine Drehachse 29 drehantreibbar ist. Die Drehachse 29 verläuft parallel zu der x₁-Richtung. Für die Drehbearbeitung ist die Werkzeugaufnahme 27 um die Drehachse 29 blockierbar.
Weiterhin weist die Werkzeugmaschine 1 zur Verzahnungsbearbeitung eines Werkstücks 2 eine zweite Bearbeitungseinheit 30 auf, die einen Wälzfräskopf 31 mit einem Wälzfräser 32 aufweist. Der Wälzfräskopf 31 ist relativ zu der Werkstückspindel 11 und einem zu bearbeitenden Werkstück 2 hängend angeordnet und relativ zu dem Maschinengestell 3 in drei Richtungen linear verfahrbar und um eine Schwenkachse 33 verschwenkbar.
Die zweite Bearbeitungseinheit 30 umfasst einen z₂-Schlitten 34, der mittels eines z₂-Antriebsmotors 35 in der z-Richtung linear verfahrbar ist. Hierzu ist der z₂-Schlitten auf den z-Führungsschienen 20 gelagert. Der z₂-Schlitten 34 ist entsprechend zu dem z₁-Schlitten 18 ständerförmig ausgebildet. An einer der Werkstückaufnahme 12 zugewandten Seite des z₂-Schlittens 34 ist ein x₂-Schlitten 36 angeordnet, der mittels eines x₂-Antriebsmotors 37 in einer x₂-Richtung linear verfahrbar ist. Hierzu ist der x₂-Schlitten 36 an x₂-Führungsschienen 38 gelagert, die in der x₂-Richtung verlaufen und in der z-Richtung voneinander beabstandet sind. Die x₂-Richtung schließt mit der vertikalen x-Richtung bzw. der x-z-Ebene E_xz einen Winkel β ein, für den gilt: 5° ≤ β ≤ 45° und insbesondere 10° ≤ β ≤ 30°. Die Schwenkachse 33 verläuft parallel zu der x₂-Richtung.
Dadurch, dass der z₁-Schlitten 18 und der z₂-Schlitten 34 entsprechend zueinander ausgebildet sind und gemeinsam auf den z-Führungsschienen 20 linear verfahrbar sind, entspricht die x₂-Richtung der x₁-Richtung. Der Winkel β ist also gleich dem Winkel α, die wiederum gleich dem Winkel γ sind.
Der x₂-Schlitten 36 erstreckt sich in einer y₂-Richtung bis zu der Drehachse 14. Die y₂-Richtung entspricht der y₁-Richtung. An einer der Werkstückaufnahme 12 zugewandten Unterseite des x₂-Schlittens 36 ist ein Schwenkteil 39 angeordnet, das mittels eines Antriebsmotors 40 um die Schwenkachse 33 verschwenkbar ist. An dem Schwenkteil 39 ist hängend ein y₂-Schlitten 41 angeordnet, der mittels eines y₂-Antriebsmotors 42 linear verfahrbar ist. Hierzu sind an dem Schwenkteil 39 y₂-Führungsschienen 43 angeordnet, auf denen der y₂-Schlitten 41 gelagert ist. Durch Verschwenken des y₂-Schlittens 41 um die Schwenkachse 33 ist der Wälzfräskopf 31 in einer verschwenkbaren y₂’-Richtung linear verfahrbar, wobei die y₂’-Richtung in Abhängigkeit der Verschwenkstellung des Schwenkteils 39 parallel zu einer y₂-z-Ebene verläuft, die durch die y₂- und die z-Richtung definiert ist. Die durch die y₂’-Richtung definierte und als y₂’-Achse bezeichnete Linearachse ist also auf der als a-Achse bezeichneten Schwenkachse 33 angeordnet.
An der der Werkstückspindel 11 zugewandten Unterseite des y₂-Schlittens 41 ist der Wälzfräskopf 31 angeordnet. Der Wälzfräskopf 31 weist eine Werkzeugaufnahme 44 und eine Werkzeuggegenaufnahme 45 auf. Die Werkzeugaufnahme 44 ist mittels eines Antriebsmotors 46 um eine Drehachse 47 drehantreibbar. Die Werkzeuggegenaufnahme 45 ist konzentrisch zu der Drehachse 47 angeordnet und um diese drehbar. Die Drehachse 47 verläuft in der y₂’-Richtung und senkrecht zu der x₂-Richtung. Der Wälzfräser 32 ist in der Werkzeugaufnahme 44 und der Werkzeuggegenaufnahme 45 drehantreibbar gelagert.
Zur Bearbeitung von wellenförmigen Werkstücken 2 weist die Werkzeugmaschine 1 zwei Werkstückgegenaufnahmen 48, 49 auf. Die erste Werkstückgegenaufnahme 48 ist als Reitstock ausgebildet. Die Werkstückgegenaufnahme 48 ist mittels eines z₃-Schlittens 50 konzentrisch zu der Drehachse 14 und in der z-Richtung linear verfahrbar an der zweiten Lagerfläche 8 des Maschinengestells 3 angeordnet. Hierzu ist der z₃-Schlitten 50 auf zweiten z-Führungsschienen 51 gelagert und mittels eines z₃-Antriebsmotors 52 in der z-Richtung verfahrbar. Der z₃-Schlitten 50 ist entsprechend zu dem Träger 10 im Querschnitt dreieckförmig ausgebildet.
Zwischen der Werkstückspindel 11 und der ersten Werkstückgegenaufnahme 48 ist die zweite Werkstückgegenaufnahme 49 angeordnet. Die zweite Werkstückgegenaufnahme 49 ist als Lünette ausgebildet. Diese ist an einem z₄-Schlitten 53 angeordnet, der mittels eines z₄-Antriebsmotors 54 in der z-Richtung linear verfahrbar ist. Hierzu ist der z₄-Schlitten 53 auf den z-Führungsschienen 51 gelagert.
Die Werkzeugspindel 16 und der Wälzfräskopf 31 sind relativ zu der y-z-Ebene E_yz an derselben Seite und in der vertikalen x-Richtung oberhalb der Drehachse 14 bzw. des zu bearbeitenden Werkstücks 2 angeordnet. Die zugehörigen x₁- und x₂-Richtungen sind in derselben Richtung und relativ zu der vertikalen x-Richtung von der Bedienerseite 9 weg um den Winkel α bzw. β geneigt. Vorzugsweise ist der Winkel α gleich dem Winkel β.
Unterhalb eines Arbeitsraums 55 der Werkzeugmaschine 1 ist ein Auffangbehälter 56 für bei der Bearbeitung anfallende Späne sowie ein zugehöriger Späneförderer 57 angeordnet. Die Werkzeugmaschine 1 wird mittels einer Steuereinheit 58 gesteuert.
Nachfolgend ist die Bearbeitung eines als Welle ausgebildeten Werkstücks 2 beschrieben. Das Werkstück 2 wird zunächst in der Werkstückaufnahme 11 und der als Reitstock ausgebildeten Werkstückgegenaufnahme 48 gespannt sowie mittels der als Lünette ausgebildeten Werkstückgegenaufnahme 49 mittig abgestützt. Hierzu wird der z₃-Schlitten 50 und der z₄-Schlitten 53 in Abhängigkeit der Länge des Werkstücks 2 in der z-Richtung linear verfahren. Anschließend wird das Werkstück 2 um die Drehachse 14 drehangetrieben.
Mittels der ersten Bearbeitungseinheit 15 erfolgt eine Drehbearbeitung des Werkstücks 2. Hierzu wird das Drehwerkzeug 17 in der Werkzeugspindel 16 um die Drehachse 29 blockiert und in x₁-Richtung zu dem Werkstück 2 zugestellt und anschließend für die Drehbearbeitung in der z-Richtung linear verfahren. Dadurch, dass die x₁-Richtung um den Winkel α zu der y-z-Ebene E_xz geneigt ist, ist die Bearbeitungsstelle von der Bedienerseite 9 gut einsehbar und das Drehwerkzeug 17 einfach manuell oder mittels eines Handhabungsgeräts wechselbar.
Gleichzeitig oder anschließend zu der Drehbearbeitung erfolgt die Herstellung einer Verzahnung an dem Werkstück 2. Hierzu wird der Wälzfräser 32 je nach der Art der zu erzeugenden Verzahnung um die Schwenkachse 33 ausgerichtet und um die Drehachse 47 drehangetrieben. Zur Verzahnungsherstellung wird der Wälzfräser 32 in der z-Richtung an die gewünschte Stelle des Werkstücks 2 verfahren und der Wälzfräser 32 in der x₂-Richtung zu dem Werkstück 2 zugestellt. Zusätzlich kann der Wälzfräser 32 je nach Verschleißzustand in der y₂’-Richtung linear verfahren werden. Dadurch, dass der Wälzfräser 32 hängend oberhalb des Werkstücks 2 angeordnet ist, ist die Bearbeitungsstelle von der Bedienerseite 9 gut einsehbar. Zudem ist der Wälzfräser 32 bei Verschleiß in einfacher Weise manuell oder mittels eines Handhabungsgeräts wechselbar.
Dadurch, dass der Wälzfräskopf 31 und die Werkzeugspindel 16 oberhalb des zu bearbeitenden Werkstücks 2 und nicht zwischen dem Maschinengestell 3 und dem Werkstück 2 angeordnet sind, ist der Abstand zwischen dem zu bearbeitenden Werkstück 2 und dem Maschinengestell 3, insbesondere der Lagerfläche 8 gering, sodass die Werkzeugmaschine 1 eine hohe Steifigkeit aufweist, wodurch bei der Werkstückbearbeitung eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit erzielbar ist. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn schwere Werkstücke 2 mit vergleichsweise großem Durchmesser zu bearbeiten sind, wie dies in den Figuren gezeigt ist. Dies gilt insbesondere auch, wenn die Werkstücke 2 unwuchtig sind.
Dadurch, dass die erste Bearbeitungseinheit 15 eine Werkzeugspindel 16 aufweist, kann mittels der Werkzeugmaschine 1 zusätzlich eine Bohrund/oder Fräsbearbeitung des Werkstücks 2 durchgeführt werden. Hierzu wird ein entsprechendes Bohr- bzw. Fräswerkzeug in der Werkzeugspindel 16 angeordnet und um die Drehachse 29 drehangetrieben. Bei der Bohr- und/oder Fräsbearbeitung kann die Werkzeugspindel 16 zusätzlich in der y₁-Richtung linear verfahren werden.
Nachfolgend ist unter Bezugnahme auf die 6 und 7 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Konstruktiv identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten a. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist bei der zweiten Bearbeitungseinheit 30a die als a-Achse bezeichnete Schwenkachse 33 auf einer als y₂-Achse bezeichneten Linearachse angeordnet. Die y₂-Führungsschienen 43 sind hierzu an der der Werkstückaufnahme 12 zugewandten Unterseite des x₂-Schlittens 36 angeordnet. Die y₂-Führungsschienen 43 verlaufen in der y₂-Richtung und sind in der z-Richtung voneinander beabstandet. An den y₂-Führungsschienen 43 ist der y₂-Schlitten 41a gelagert und in der y₂-Richtung linear verfahrbar. An dem y₂-Schlitten 41a ist das Schwenkteil 39a angeordnet und mittels des Antriebsmotors 40 um die Schwenkachse 33 verschwenkbar. An dem Schwenkteil 39a ist der Wälzfräskopf 31 befestigt.
Dadurch, dass die Schwenkachse 33 auf der y₂-Achse angeordnet ist, weisen die Bearbeitungseinheiten 15 und 30a eine einander entsprechende Anordnung der Schlitten 18, 21, 24 bzw. 34, 36, 41a auf. Hierdurch wird ein modularer Aufbau der Werkzeugmaschine 1a erzielt. Darüber hinaus wird hierdurch das Verschwenken des Wälzfräskopfes 31 erleichtert, da dieser mittels des y₂-Schlittens 41a in einfacher Weise aus einem Kollisionsbereich mit den x₂-Führungsschienen 38 herausfahrbar ist. Hinsichtlich des weiteren Aufbaus und der weiteren Funktionsweise der Werkzeugmaschine 1a wird auf das erste Ausführungsbeispiel verwiesen.
Alternativ kann bei weiteren Ausführungsbeispielen der Werkzeughalter 16 als Werkzeugrevolver ausgebildet sein. Bei einer derartigen Ausbildung der Bearbeitungseinheit 15 kann es ausreichend sein, dass der Werkzeugrevolver lediglich in der x₁- und z-Richtung linear verfahrbar ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 69714929 T2 [0002]
EP 0832716 B1 [0002]

Claims

Werkzeugmaschine zum Drehen und Verzahnen von Werkstücken, umfassend – ein Maschinengestell (3), – eine Werkstückspindel (11) mit einer Werkstückaufnahme (12) zum Aufnehmen von zu bearbeitenden Werkstücken (2), wobei – die Werkstückaufnahme (12) um eine parallel zu einer horizontalen z-Richtung verlaufende Drehachse (14) drehantreibbar ist, – eine erste Bearbeitungseinheit (15) mit einen Werkzeughalter (16) zum Aufnehmen eines Drehwerkzeugs (17), wobei – der Werkzeughalter (16) relativ zu dem Maschinengestell (3) in der z-Richtung und in einer quer zu dieser verlaufenden x₁-Richtung linear verfahrbar ist, und – eine zweite Bearbeitungseinheit (30; 30a) mit einem Wälzfräskopf (31) zum Verzahnen der Werkstücke (2), wobei – der Wälzfräskopf (31) relativ zu dem Maschinengestell (3) in der z-Richtung und in einer quer zu dieser verlaufenden x₂-Richtung linear verfahrbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzfräskopf (31) hängend angeordnet ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die x₁-Richtung mit einer vertikalen x-Richtung einen Winkel α einschließt, wobei gilt: 0° ≤ α ≤ 90°, insbesondere 5° ≤ α ≤ 45° und insbesondere 10° ≤ α ≤ 30°, dass die x₂-Richtung mit der vertikalen x-Richtung einen Winkel β einschließt, wobei gilt: 0° ≤ β ≤ 90°, insbesondere 5° ≤ β ≤ 45° und insbesondere 10° ≤ β ≤ 30°, und dass die x₁- und die x₂-Richtung insbesondere parallel zueinander verlaufen.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeughalter (16) relativ zu dem Maschinengestell (3) in drei Richtungen linear verfahrbar ist, insbesondere in der z- und der x₁-Richtung sowie einer quer, insbesondere senkrecht zu diesen verlaufenden y₁-Richtung.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeughalter (16) als Werkzeugspindel ausgebildet ist, deren Drehachse (29) insbesondere parallel zu der x₁-Richtung verläuft.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzfräskopf (31) relativ zu dem Maschinengestell (3) in drei Richtungen linear verfahrbar ist, insbesondere in der z- und der x₂-Richtung sowie einer quer, insbesondere senkrecht zu diesen verlaufenden Richtung.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzfräskopf (31) relativ zu dem Maschinengestell (3) um eine Schwenkachse (33) verschwenkbar ist, die insbesondere parallel zu der x₂-Richtung verläuft.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinengestell (3) eine Lagerfläche (7) ausbildet, die mit einer horizontalen y-z-Ebene einen Winkel γ einschließt, wobei insbesondere γ = β gilt.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der Lagerfläche (7) ein z₁-Schlitten (18) und ein z₂-Schlitten (34) angeordnet sind, die auf gemeinsamen z-Führungsschienen (20) in der z-Richtung linear verfahrbar sind.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der z₁-Schlitten (18) ständerförmig ausgebildet ist und ein x₁-Schlitten (21) daran angeordnet ist, der in der x₁-Richtung linear verfahrbar ist und dass der z₂-Schlitten (34) ständerförmig ausgebildet ist und ein x₂-Schlitten (36) daran angeordnet ist, der in der x₂-Richtung linear verfahrbar ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an einer der Werkstückaufnahme (12) zugewandten Unterseite des x₁-Schlittens (21) ein y₁-Schlitten (24) hängend angeordnet ist, der in der y₁-Richtung linear verfahrbar ist und an dem der Werkzeughalter (16) angeordnet ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass an einer der Werkstückaufnahme (12) zugewandten Unterseite des x₂-Schlittens (36) ein Schwenkteil (39) angeordnet ist, das um eine parallel zu der x₂-Richtung verlaufende Schwenkachse (33) verschwenkbar ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Schwenkteil (39) ein y₂-Schlitten (41) mit dem daran befestigten Wälzfräskopf (31) angeordnet ist, der in einer y₂’-Richtung linear verfahrbar ist, wobei die y₂’-Richtung parallel zu einer y₂-z-Ebene verläuft.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass an einer der Werkstückaufnahme (12) zugewandten Unterseite des x₂-Schlittens (36) ein y₂-Schlitten (41a) hängend angeordnet ist, der in der y₂-Richtung linear verfahrbar ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass an dem y₂-Schlitten (41a) ein Schwenkteil (39a) mit dem daran befestigten Wälzfräskopf (31) angeordnet ist, das um eine parallel zu der x₂-Richtung verlaufende Schwenkachse (33) verschwenkbar ist.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Maschinengestell (3) eine drehbare Werkstückgegenaufnahme (48, 49) angeordnet ist, wobei die Werkstückaufnahme (12) und die Werkstückgegenaufnahme (48, 49) relativ zueinander in der z-Richtung linear verfahrbar sind.