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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Maschine für das Fräsen oder Schleifen von Zahnstangen.
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Zahnstangen dienen vor allem zum Umsetzen von Drehbewegungen in geradlinige Bewegungen und umgekehrt. Sie weisen hierzu gerade oder in einem Winkel von 19°31 '42" schräg zur Längsachse der Zahnstange orientierte Zähne auf, die vor allem mit Evolventen-, Zykloiden- oder ggf. auch Konchoidengeometrie ausgebildet sind und entsprechend präzise geschliffen oder gefräst werden müssen. Hierbei sind bei Präzisionszahnstangen der höchsten Genauigkeitsklassen Toleranzen für z.B. die Einzelteilungsabweichung von 3 bis 5 µm möglich.
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Übliche Zahnstangenlängen sind 0,5m, 1m und 2m, Sonderlängen sind möglich, werden im Vergleich zu den üblichen Längen aber eher selten gefertigt. Zahnstangen sind ein Massenprodukt, die hauptsächlich mit einer Länge von 1m gefertigt werden. Präzisionszahnstangen der höchsten Genauigkeitsklassen weisen üblicherweise keine Längen oberhalb von 0,5m auf, da sich ansonsten die zwangsläufig auftretenden Fehler beim Schleifen/Fräsen der Zähne auf Endmaß zu stark addiert hätten, um die erforderliche Präzision noch einzuhalten.
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Maschinen zum Fräsen oder Schleifen von derartigen Zahnstangen weisen einen umhausten Arbeitsraum auf, in dem das Schleif- bzw. Fräswerkzeug bearbeitend über das Werkstück geführt wird. Um auch Schrägverzahnungen bearbeiten zu können, ist der die Werkzeuge aufweisende Bearbeitungskopf der Maschine ggf. winkelverstellbar. Üblicherweise werden mehrere Zahnstangen zu einem temporären Werkstück zusammengefasst und in einem Arbeitsgang bearbeitet. Hierzu sind sie auf einem Werkstücktisch in der Regel magnetisch gehalten und positioniert, letzteres insbesondere durch Anlegen an entsprechende Anschläge, die an unterschiedliche Zahnstangenlängen lageveränderlich anpassbar sind. Das Bestücken des Werkzeugtisches erfolgt außerhalb des umhausten Arbeitsraumes in einem Bereitstellungsraum, wobei der Werkzeugtisch hierzu aus dem er in den Arbeitsraum in den Bereitstellungsraum verfahren wird. Der mit bearbeiteten Werkstücken bestückte Werkzeugtisch wird aus dem umhausten Arbeitsraum in den Bereitstellungsraum verfahren. Dort werden die bearbeiteten Zahnstangen entnommen, der Werkstücktisch wird von Spänen und Kühl/Schmiermittelresten gesäubert und anschließend erneut mit Rohlingen der Zahnstangen bestückt. Hiernach erfolgt die nächste Bearbeitung. Die Be- und Entladezeiten einschließlich der Zeiten für das Reinigen der Aufspannfläche des Werkstücktisches betragen in Abhängigkeit der Anzahl der aufgespannten Zahnstangen mehrere Minuten, so dass derartige Maschinen lange Stillstandszeiten aufweisen, was zwangsläufig höhere Zykluszeiten und somit auch höhere Stückkosten der Zahnstangen zur Folge hat. Darüber hinaus legen die Maße des in der Maschine vorhandenen Werkstücktisches auch die maximale Länge der bearbeitbaren Zahnstangen fest, so dass die bekannten Maschinen insgesamt als nicht optimal produktiv angesehen werden können.
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Aus dem Stand der Technik ist die
EP 3 424 638 A1 bekannt, welche eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken offenbart, aufweisend zwei auf einer gemeinsamen Schiene linear verschiebbare Werkstücktische, welche wahlweise miteinander koppelbar sind, wobei die Werkstücktische aufgrund eines Zahnstangen-Ritzel-Antriebs verschiebbar sind. Über dieser Schiene befindet sich in einem mittleren Bereich ein multiaxialer Bearbeitungskopf zur Bearbeitung der Werkstücke, wobei seitlich von dem Bearbeitungskopf und dem darunter befindlichen Arbeitsraum Bereitstellungsräume angeordnet sind.
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Aus der
EP 2 708 312 B1 ist eine Werkstückbearbeitungsvorrichtung bekannt, bei der ein linker Bereitstellungsraum vorgesehen ist, auf dem eine Palette positioniert ist, auf der ein erstes Werkstück positioniert wird. Die erste Palette wird auf einen Maschinentisch verschoben, welcher auf einer Schiene axial verschiebbar und unter einen Bearbeitungskopf fahrbar ist. Während der Bearbeitung des Werkstücks lässt sich eine zweite Palette im linken Bereitstellungsraum bestücken. Nach Bearbeitung des ersten Werkstücks, wird dieses aus dem Arbeitsraum unterhalb des Bearbeitungskopfes herausgefahren und auf den zur Schiene parallelen rechten Bereitstellungsraum verschoben, von dem das bearbeitete Werkstück entnommen werden kann.
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Aus der
DE 10 2017 120 115 A1 ist ein Werkstück-Bearbeitungssystem bekannt, bei dem Roboter mit einem linear beweglichen Werkstücktisch mitlaufen und die darauf angeordneten Werkstücke bearbeiten, reinigen, positionieren und/oder entnehmen.
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Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine produktivere Maschine anzugeben.
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Die Vorrichtungsaufgabe wird gelöst durch eine Maschine zum Fräsen oder Schleifen von Zahnstangen, aufweisend einen Arbeitsraum, in dem ein Fräs- und/oder Schleifwerkzeuge tragender Bearbeitungskopf beweglich angeordnet ist, weiter aufweisend einen an einer ersten Seite des Arbeitsraumes angeordneten ersten Bereitstellungsraum, der einen aus dem ersten Bereitstellungraum in den Arbeitsraum reversibel verfahrbaren ersten Werkstücktisch aufweist, der seinerseits erste Positionierungsmittel für Werkstücke aufweist, wobei die Maschine einen an einer zweiten Seite des Arbeitsraumes angeordneten zweiten Bereitstellungsraum aufweist, der einen aus dem zweiten Bereitstellungsraum in den Arbeitsraum reversibel verfahrbaren zweiten Werkstücktisch aufweist, der seinerseits zweite Positionierungsmittel für Werkstücke aufweist. Vorzugsweise sind erster und zweiter Werkstücktisch aneinander koppelbar und vorzugsweise gekoppelt verfahrbar ausgebildet, wobei diese jeweils zwei gegeneinander oder winkelsynchron arbeitende Antriebe aufweisen.
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Mit großem Vorteil schlägt die Erfindung eine Verdoppelung der Bereitstellungräume und der Werkstücktische vor, so dass insbesondere eine intermittierende Betriebsweise der Maschine ermöglicht ist, die damit ein praktisch kontinuierliches Betreiben der Werkzeuge ermöglicht. Während sich ein Werkstücktisch im Arbeitsraum befindet, kann der zweite während der Maschinenhauptzeit in seinem zugeordneten Bereitstellungsraum entladen, gesäubert und wieder bestückt werden und steht damit nach Beendigung der Bearbeitung der Werkstücke auf dem ersten Werkstücktisch unmittelbar für das Verfahren in den Arbeitsraum zur Verfügung. Diese erfindungsgemäße Ausgestaltung reduziert darüber hinaus den im Verhältnis zu zwei Maschinen mit je einem Werkstücktisch benötigten Platz, die Anzahl der Teile und erleichtert die Bedienung, da ein Bediener nicht an zwei Maschinen gleichzeitig arbeiten muss.
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Mit großem Vorteil ermöglicht die Erfindung auch das Koppeln zweier Werkstücktische zu einer Einheit, die vorzugsweise gemeinsam verfahrbar ist. Auf diese Weise sind mit der erfindungsgemäßen Maschine auch ohne Umrüstung längere Zahnstangen bearbeitbar, die Anschaffung entsprechender Spezialmaschinen erübrigt sich genauso wie eine Umrüstung der Maschine durch Austausch eines kurzen gegen einen entsprechend längeren Werkstücktisch, sofern ein solcher Austausch maschinenseitig überhaupt möglich ist. Bei zusammengefahrenen und gekoppelten Werkstücktischen erfolgt entweder die Bestückung mit und die Entnahme von Werkstücken in einem entsprechend langen Bereitstellungsraum oder aber im Arbeitsraum selber, sollten die Bereitstellungsräume nur für die Länge eines Werkstücktisches ausgelegt sein. In diesem Fall entfällt das gemeinsame Verfahren des gekoppelten Werkstücktisches.
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Zudem ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Werkstücktisch zwei gegeneinander oder winkelsynchron arbeitende Antriebe aufweist.
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Insbesondere für die erforderliche Genauigkeit bei der Werkstückbearbeitung mittels Schleifen sind zwei Antriebe wünschenswert.
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Bei zwei Antrieben pro Werkstücktisch und damit vor allem für Schleifanwendungen fahren bei Einzeltischbetrieb beide Antriebe den Werkstücktisch in der beschriebenen winkelsynchronen Weise. In seinen Endlagen, insbesondere in der Arbeitsposition, arbeitet ein Antrieb mit rund 15% seines maximalen Drehmoments in die entgegengesetzte Richtung zum anderen Antrieb, um den Werkstücktisch in einer exakten Position für den Schleifvorgang zu halten. Bei gekoppeltem Werkzeutischbetrieb fahren alle vier Antriebe den gekoppelten Tisch in der beschriebenen winkelsynchronen Weise. In der Endlage des Tisches arbeitet jeweils ein Antrieb eines Werkstücktisches mit 15% seines maximalen Drehmoments in die entgegensetzte Richtung zum jeweils anderen, um den zuvor beschriebenen Effekt einer exakten Positionierung zu erreichen. Diese entgegengesetzte Antriebsrichtung eliminiert das Umkehrspiel zwischen Ritzel und Zahnstange der beiden Antriebe, was eine deutlich höhere Positioniergenauigkeit des Werkzeugtisches in der Bearbeitungsposition und somit eine höhere Bearbeitungsgenauigkeit zur Folge hat. So werden die beiden Werkstücktische mit Spielfreiheit aneinandergehalten, ohne dass es besonderer Kopplungsmechanismen oder -vorrichtungen zwischen ihnen bedürfte Hierdurch wird konstruktiver Aufwand vermieden, auch eine Lösevorrichtung für den Kopplungsmechanismus kann mit Vorteil entfallen.
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In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Antriebe der Werkstücktische die bereits genannten Zahnstangen-Ritzel-Verbindungen aufweisen.
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Ist ein Spritzschutz zwischen dem Arbeitsraum und dem Bereitstellungsraum vorgesehen, können Späne und Kühl-Schmiermittel nicht oder nur in geringem Ausmaße aus dem Arbeitsraum entweichen und einen Benutzer bei der Bestückung/Entladung behindern. Hierzu trägt auch die Maßnahme bei, dass zwischen Arbeitsraum und Bereitstellungsraum eine Wand mit einer Durchgangsöffnung vorgesehen ist, die nur geringfügig größer ist als der Umriss eines mit Werkstücken bestückten Werkstücktisches. Das Vorsehen einer Lichtschranke an einem Bereitstellungsraum an dessen einem Benutzer zugewandten Seite dient der Arbeitssicherheit der Maschine.
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Schließlich ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, einen Roboter an einem Bereitstellungsraum vorzusehen, der zum Bestücken des Werkstücktisches mit Werkstücken, Reinigen des Werkstücktisches und Entnehmen von bearbeiteten Werkstücken vom Werkstücktisch ausgebildet ist. Hierzu weist er mit Vorteil eine Spüldüse und eine Saugdüse auf, mit denen er zunächst auf dem Werkstücktisch vorhandene Späne wegspülen und dann auf diesem befindliche Kühl-Schmierflüssigkeit absaugt.
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Erfindungsgemäß ist die Maschine nach dem Baukastenprinzip in unterschiedlichen Längen baubar, wobei Werkstücktische zum Einsatz kommen, insbesondere solche mit Längen von 1.250 mm, 1.750 mm, 2.250 mm und 2.750 mm. Die erfindungsgemäße Maschine kann dabei sowohl mit zwei gleichlangen Werkstücktischen ausgestattet sein als auch mit zwei unterschiedlich langen. Im ersten Fall lassen sich damit Zahnstangen von zwei unterschiedlichen Längen bearbeiten, im zweiten Fall solche von drei unterschiedlichen Längen. Bevorzugt sind jedoch Maschinen mit zwei gleichlangen Werkstücktischen.
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Die Erfindung ist insbesondere für ein Fräs- oder Schleifverfahren für Zahnstangen anwendbar, bei dem in einem Schritt a) ein Bearbeitungskopf tragend Fräs- oder Schleifwerkzeuge auf einem in seinem Wirkungsbereich befindliche und auf einem ersten Werkstücktisch angeordnete Werkstücke bearbeitend ist, während ein zweiter Werkstücktisch außerhalb des Wirkungsbereiches des Bearbeitungskopfes von zuvor bearbeiteten Werkstücken entladen wird oder gereinigt wird oder mit unbearbeiteten Werkstücken bestückt wird und bei dem in einem Schritt b) der erste Werkstücktisch nach abgeschlossener Bearbeitung der auf ihm angeordneten Werkstücke aus dem Wirkungsbereich des Bearbeitungskopfes und der mit zu bearbeitenden Werkstücken bestückte zweite Werkstücktisch in den Wirkungsbereich des Bearbeitungskopfes verbracht werden.
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Die Erfindung wird im Weiteren anhand der Figuren einer Zeichnung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigen
- 1: zeigt in zwei Teilbildern a) und b) eine schematische Frontansicht einer erfindungsgemäßen Maschine und
- 2: eine schematische Ansicht eines Werkstücktisches
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1a zeigt in schematischer Frontansicht eine erfindungsgemäße Maschine 1 zum Fräsen oder Schleifen von Zahnstangen. Zu erkennen ist ein eingehauster Arbeitsraum 2, in dem ein beweglicher Bearbeitungskopf 4 angeordnet ist, der Fräs- und/oder Schleifwerkzeuge 3 trägt (siehe 1b) und der insbesondere auch so schwenkbar ausgebildet ist, dass schrägverzahnte Zahnstangen geschliffen oder gefräst werden können. Der eingehauste Arbeitsraum 2 ist groß genug ausgestaltet, um auch Zahnstangen von 2m Länge oder sogar längere Zahnstangen bearbeiten zu können. Auf der linken und damit ersten Seite 5 des Arbeitsraumes 2 ist ein erster Bereitstellungsraum 6 vorhanden, in dem ein erster Werkstücktisch 7 in Richtung auf den Arbeitsraum 2 zu und von ihm weg verfahrbar angeordnet ist. Der Werkstücktisch 7 weißt Magnethalterungen 19 sowie hintere und seitliche Anschläge 20 für Werkstücke 9 auf, die zusammen die ersten Positionierungsmittel 8 bilden (siehe 2).
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Auf einer zweiten Seite 10 rechts neben dem Arbeitsraum 2 ist ein zweiter Bereitstellungsraum 11 mit einem zweiten Werkstücktisch 12 angeordnet, der zweite Positionierungsmittel 13 trägt und insgesamt gleich zum ersten Bereitstellungsraum 6 ausgebildet ist. Erfindungsgemäß können beide Werkstücktische 7, 12 jedoch auch unterschiedlich zueinander ausgebildet sein, insbesondere hinsichtlich ihrer für Werkstücke nutzbaren Länge, wobei jedoch zwei gleichlange Werkstücktische bevorzugt sind.
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Dargestellt ist eine erfindungsgemäße Maschine mit zwei gleichlangen Werkstücktischen von je 1.250 mm Länge, die demnach gekoppelt auch eine Bearbeitung von 2.500 mm langen Zahnstangen ermöglichen.
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Nicht dargestellt ist ein optionaler Roboter vor dem ersten Bereitstellungsraum 6, der dazu ausgebildet ist, die zuvor geschilderten Arbeitsvorgänge am Werkstücktisch automatisiert durchzuführen und hierzu die auf Paletten in seinem Wirkungsbereich angeordneten unbearbeiteten Zahnstangen zu entnehmen, auf dem Werkstücktisch anzuordnen, diese nach erfolgter Bearbeitung wieder zu entnehmen und den Tisch zu reinigen sowie erneut zu bestücken. Auf diese Weise lassen sich die täglichen Maschinenlaufzeiten ohne erhöhte Personalkosten verlängern. Erfindungsgemäß ist auch eine Ausgestaltung mit je einem Roboter zu jedem Bereitstellungsraum.
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2 zeigt schematisch einen Werkstücktisch 7 im Detail. Zu erkennen sind Magnethalterungen 19 und Anschläge 20, die zusammen die Positionierungsmittel 8 bilden. Verdeckt an der Unterseite des Werkstücktisches 7 sind die beiden Antriebe 14 angeordnet, ebenso eine Zahnstange, die Teil des Antriebes ist, wobei das Ritzel das angetriebene Bauteil ist. Der Antrieb ist bevorzugt ein elektrischer Antrieb, insbesondere ein Elektromotor. Der Werkstücktisch 7 ist mit glatter Oberfläche in Richtung auf die Werkstücke 9 ausgebildet, so dass sich die dort ansonsten üblichen T-Nuten nicht mit Spänen zusetzen können und auch Abdeckungen für die T-Nuten vermieden sind.
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Eine nicht dargestellte Faltenbalgdichtung zwischen dem Werkstücktisch 7 und seinem hier nicht dargestellten Unterbau, der wie beschrieben den Antrieb, die Zahnstange und das Ritzel trägt, schützt diese vor Verunreinigungen.
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Mit großem Vorteil ermöglicht die erfindungsgemäße Doppelung der Bereitstellungsräume der Maschine zum Fräsen oder Schleifen von Zahnstangen und damit der Werkstücktische oftmals eine Halbierung der Stillstandszeiten und erhöht damit in signifikantem Umfang die Wirtschaftlichkeit und Effizienz der erfindungsgemäßen Maschine im Vergleich zu herkömmlichen Maschinen. Hierzu trägt auch die Möglichkeit bei, die beiden Werkstücktische zu koppeln, um so ohne Umrüstung der Maschine unterschiedlich lange Zahnstangen bearbeiten zu können.
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BEZUGSZEICHENLISTE
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- 1
- Maschine zum Fräsen oder Schleifen von Zahnstangen
- 2
- Arbeitsraum
- 3
- Fräs- und/oder Schleifwerkzeug
- 4
- Bearbeitungskopf
- 5
- ersten Seite
- 6
- erster Bereitstellungsraum
- 7
- erster Werkstücktisch
- 8
- erste Positionierungsmittel
- 9
- Werkstück
- 10
- zweiten Seite
- 11
- zweiter Bereitstellungraum
- 12
- zweiter Werkstücktisch
- 13
- zweite Positionierungsmittel
- 19
- Magnethalterung
- 20
- Anschlag
