DE102021132647A1

DE102021132647A1 - Nutstoßvorrichtung sowie Verfahren zum Nutstoßen

Info

Publication number: DE102021132647A1
Application number: DE102021132647.8A
Authority: DE
Inventors: Mirko Flam
Original assignee: W & F Werkzeugtechnik GmbH
Current assignee: W & F Werkzeugtechnik GmbH
Priority date: 2020-12-10
Filing date: 2021-12-10
Publication date: 2022-06-15
Also published as: DE202020107133U1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Nutstoßvorrichtung für Langdrehmaschinen. Nutstoßvorrichtungen werden an den Werkzeugrevolver angekoppelt und für den entsprechenden Bearbeitungsschritt des Stoßens einer Nut oder einer Aushöhlung am Werkstück eingeschwenkt, so dass die Nutstoßvorrichtung nur während des tatsächlichen Stoßvorgangs angetrieben wird. Das Werkstück ist fest eingespannt, der Vorschub wird mittels des Werkzeugs realisiert. Die Nutstoßvorrichtung weist Mittel zur Ankopplung an eine Spindel der Langdrehmaschine sowie einer Antriebswelle mit einer Antriebsrotationsachse auf, oder solche Mittel sind ihr zugeordnet, z.B. ein Getriebeblock. Ist die Nutstoßvorrichtung an die Spindel angekoppelt, so wird die Antriebswelle rotatorisch von der Langdrehmaschine angetrieben. Bei der Spindel kann es sich um die Hauptspindel oder um die Gegenspindel handeln. Des Weiteren umfasst die Nutstoßvorrichtung Mittel zur Übertragung einer Rotationsbewegung der Antriebswelle bei gleichzeitiger Untersetzung der Rotationsbewegung auf eine zur Antriebswelle versetzt angeordnete Kurbel mit einem Kurbelzapfen sowie Mittel zur Umsetzung der Rotationsbewegung in eine translatorische Bewegung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nutstoßvorrichtung für Langdrehmaschinen. Nutstoßvorrichtungen sind im Stand der Technik bereits für Kurzdrehmaschinen bekannt. Sie werden an den Werkzeugrevolver angekoppelt und für den entsprechenden Bearbeitungsschritt des Stoßens einer Nut oder einer Aushöhlung am Werkstück eingeschwenkt, so dass die Nutstoßvorrichtung nur während des tatsächlichen Stoßvorgangs angetrieben wird. Das Werkstück ist fest eingespannt, der Vorschub wird mittels des Werkzeugs realisiert.
Bei Langdrehmaschinen hingegen wird das Werkstück während des Bearbeitens in axialer Richtung bezüglich des Werkzeugs oder der Werkzeuge verschoben. Wie bei der Kurzdrehmaschine stehen auch hier mehrere Werkzeuge zur Verfügung, die jedoch alle gleichzeitig angetrieben sind, wohingegen bei der Kurzdrehmaschine nur eines der auf dem Revolver befindlichen Werkzeuge angetrieben wird. Aufgrund der hohen Umdrehungszahlen sind Nutstoßvorrichtungen, wie sie mit Kurzdrehmaschinen verwendet werden, für den Einsatz auf Langdrehmaschinen nicht geeignet.
Eine Stoßvorrichtung für Drehmaschinen mit Werkzeugrevolvern wird beispielsweise in der DE 103 39 344 B3 beschrieben. Ein Schieber trägt ein Messer und ist mit einem Zapfen verbunden, welcher in einem Rotor in einer umlaufenden Kurvennut geführt wird und auf diese Weise die Schneide vor- und zurückführt. Um beim Entfernen des Messers vom Werkstück einen Abhebehub zu realisieren, variiert der Umfang des Rotors, gegen welchen der Schieber mittels einer Feder angedrückt wird.
In einer in der EP 2 323 795 B1 beschriebenen Weiterentwicklung dieser Stoßvorrichtung sind die Antriebe von Stoßbewegung und Hubbewegung entkoppelt. Die Stoßbewegung wird über ein Schubkurbelgetriebe mittels eines Stoßschlittens, welcher in einer Schlittenführung geführt wird, realisiert. Zur Realisierung der Hubbewegung ist ein Schwingkörper vorgesehen, in welchem der Stoßschlitten geführt wird, wobei der Schwingkörper an Gehäuse in einer Schwingkörperführung geführt wird, welche gegenüber der Schlittenführung geneigt ist.
In der DE 20 2014 006 383 U1 wird ein Stoßaggregat beschrieben, welches in eine Bearbeitungsmaschine eingesetzt werden kann. Ein Stoßschlitten durch ein erstes Getriebe angetrieben, welches eine Rotationsbewegung in den translatorischen Arbeitshub umsetzt. Ein zweites Getriebe realisiert das Abheben, wozu die Rotationsbewegung der Welle in eine Abhebebewegung des Stoßelements umgesetzt wird, wozu dieses um einen Drehpunkt geschwenkt wird. Um dies zu realisieren, wird ein Führungsschlitten mit darauf liegendem Gleitführungskörper, welcher mit dem Stoßelement verbunden ist, schräg geführt.
In der DE 11 2013 001 652 B4 wird ein Schlitzwerkzeug beschrieben, welches ein Planetengetriebe zur Erzeugung einer Untersetzung aufweist, wobei die Drehbewegung der Welle gleichzeitig in eine Schubbewegung umgewandelt wird.
Die im Stand der Technik beschriebenen Vorrichtungen sind jedoch nicht für die Verwendung mit Langdrehmaschinen geeignet. Zum einen sind die Mechanismen überwiegend komplex aufgebaut und damit einer erhöhten Verschleißgefahr ausgesetzt, wenn sie - wie bei Langdrehmaschinen üblich - immer mitlaufen. Zum anderen lassen die anderen Platzverhältnisse an einer Langdrehmaschine die Verwendung der bekannten Vorrichtungen nicht zu.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Nutstoßvorrichtung und/oder ein Verfahren zum Nutstoßen für Langdrehmaschinen zu entwickeln, welche zudem möglichst einfach aufgebaut ist, um den Verschleiß möglichst gering zu halten.
Diese Aufgabe wird durch eine Nutstoßvorrichtung gelöst, welche die folgenden Merkmale umfasst: Zunächst weist die Nutstoßvorrichtung Mittel zur Ankopplung an eine Spindel der Langdrehmaschine sowie einer Antriebswelle mit einer Antriebsrotationsachse auf, oder solche Mittel sind ihr zugeordnet, z.B. ein Getriebeblock. Ist die Nutstoßvorrichtung an die Spindel angekoppelt, so wird die Antriebswelle rotatorisch von der Langdrehmaschine angetrieben. Bei der Spindel kann es sich um die Hauptspindel oder um die Gegenspindel handeln. Des Weiteren umfasst die Nutstoßvorrichtung Mittel zur Übertragung einer Rotationsbewegung der Antriebswelle bei gleichzeitiger Untersetzung der Rotationsbewegung auf eine zur Antriebswelle versetzt angeordnete Kurbel mit einem Kurbelzapfen sowie Mittel zur Umsetzung der Rotationsbewegung in eine translatorische Bewegung.
Die versetzte Anordnung der Kurbel ist dient dazu, der Nutstoßvorrichtung den notwendigen Platz für die Stoßbewegung zu verschaffen und außerdem nicht mit dem Werkstück zu kollidieren. Zur Umsetzung der Rotationsbewegung in eine translatorische Bewegung verfügt die Nutstoßvorrichtung über eine Pleuelstange mit einem Pleuelschaft und einem ersten und einem zweiten Pleuellager, wobei der Kurbelzapfen in dem ersten Pleuellager beweglich gelagert ist. Die Nutstoßvorrichtung umfasst außerdem eine Koppelstange mit zwei Enden, einem ersten Ende und einem zweiten Ende. Das erste Ende der Koppelstange ist in dem zweiten Pleuellager beweglich gelagert und das zweite Ende ist mit einer Werkzeugaufnahme für ein Stoßwerkzeug verbunden. Die Werkzeugaufnahme wird in einer Geradführung geführt und ist in dieser beweglich gelagert, so dass die rotatorische Bewegung des Kurbelzapfens in eine translatorische Stoßbewegung der Werkzeugaufnahme umgesetzt wird. Schließlich umfasst die Nutstoßvorrichtung noch einen Winkelhebelmechanismus zur Erzeugung eines Abhebehubs bei einem Rückzug der Werkzeugaufnahme, so dass das Stoßwerkzeug geschont wird.
Die Mittel zur Übertragung der Rotationsbewegung der Antriebswelle bei gleichzeitiger Untersetzung der Rotationsbewegung auf eine zur Antriebswelle versetzt angeordnete Kurbel umfassen ein Untersetzungsgetriebe, mit welchem die hohe Drehzahl der mit einer Spindel der Langdrehmaschine verbundenen Antriebswelle vermindert wird, da die Antriebswelle der Nutstoßvorrichtung - anders als bei Kurzdrehmaschinen - permanent mitläuft. Hierzu werden im Stand der Technik oft Planetengetriebe verwendet. Im vorliegenden Fall soll jedoch zusätzlich die Rotationsbewegung auf eine zur Antriebswelle versetzt angeordnete Kurbel übertragen werden, womit gemeint ist, dass die Rotationsachsen von Antriebswelle und Kurbel parallel liegen, jedoch zueinander beabstandet sind. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, wenn das Untersetzungsgetriebe ein auf der Antriebswelle angeordnetes Ritzel umfasst sowie ein innenverzahntes Hohlrad mit größerem Durchmesser als das Ritzel. Das Hohlrad ist dabei auf einer ersten Zwischenwelle mit einer ersten Zwischenwellenrotationsachse angeordnet und die erste Zwischenwellenrotationsachse ist zu der Antriebsrotationsachse parallel und beabstandet angeordnet. Durch diese Konfiguration sind gleichzeitig ein Versatz der Rotationsbewegung sowie eine Untersetzung der Rotationsgeschwindigkeit erreichbar. Die erzielbare Untersetzung hängt von dem zur Verfügung stehenden Platz in der Vorrichtung ab, ein Verhältnis zwischen 2:1 bis mindestens 10:1 einschließlich aller Zwischenwerte lässt sich auf diese Weise realisieren, bevorzugt nach Art eines Baukastensystems mit auswechselbaren Komponenten.
Für eine weitere Versetzung der Rotationsbewegung sorgen vorteilhaft ein erstes Stirnrad, welches auf der ersten Zwischenwelle angeordnet ist, sowie ein zweites Stirnrad, welches auf einer zweiten Zwischenwelle mit einer zweiten Zwischenwellenrotationsachse angeordnet ist, wobei die zweite Zwischenwellenrotationsachse parallel zur ersten Zwischenwellenrotationsachse angeordnet und zu dieser beabstandet ist. Das erste Stirnrad greift dabei in das zweite Stirnrad ein. Grundsätzlich ist es möglich, die Kurbel bereits auf der zweiten Zwischenwellenrotationsachse anzuordnen. Um dem Stoßwerkzeug jedoch die Möglichkeit zu geben, auch größere Hübe auszuführen, ist eine weitere Versetzung vorteilhaft.
Eine weitergehende Versetzung wird vorzugsweise mittels eines dritten Stirnrades erreicht, welches auf einer dritten Zwischenwelle angeordnet ist. Die dritte Zwischenwellenrotationsachse ist parallel zur zweiten Zwischenwellenrotationsachse angeordnet und zu dieser ebenfalls beabstandet. Dabei ist der Abstand zwischen der dritten Zwischenwellenrotationsachse und der ersten Zwischenwellenrotationsachse größer als der Abstand der zweiten Zwischenwellenrotationsachse zu den beiden anderen Zwischenwellenrotationsachsen; alle drei Zwischenwellenrotationsachsen schneiden dabei vorzugsweise eine Gerade. Die Kurbel ist auf der dritten Zwischenwelle befestigt.
Zur Erzielung einer weiteren Untersetzung ist das dritte Stirnrad vorzugsweise mit größerem Durchmesser als das zweite Stirnrad ausgeführt. Es kann direkt in das zweite Stirnrad eingreifen. Auch kann das zweite Stirnrad mit größerem Durchmesser als das erste Stirnrad ausgeführt sein. In einer bevorzugten Alternative ist jedoch auf der zweiten Zwischenwelle zum zweiten Stirnrad beabstandet ein weiteres Stirnrad mit kleinerem Durchmesser als das zweite Stirnrad angeordnet war und das dritte Stirnrad greift in das weitere Stirnrad ein. Auf diese Weise ergeben sich weitere Möglichkeiten, das Untersetzungsverhältnis einzustellen. Insgesamt lassen sich auf diese Weise Untersetzungen von der Antriebswelle zur Kurbel im Verhältnis von 5:1, 10:1 oder mehr einstellen. Das zweite Stirnrad und die Kurbel sind bevorzugt auswechselbar gestaltet, um verschiedene Untersetzungen einstellen zu können.
Zur Realisierung unterschiedlicher Hübe kann die Kurbel auswechselbar gestaltet sein, so dass Kurbeln verwendet werden können, die sich im Abstand des Kurbelzapfens zur dritten Zwischenwellenrotationsachse - welcher den Hub bestimmt - unterscheiden. Praktischerweise ist die gesamte dritte Zwischenwelle mit darauf montiertem dritten Stirnrad und der Kurbel auswechselbar. Um großen Belastungen standhalten zu können, wird der Kurbelzapfen mit der Kurbel vorzugsweise form- und stoffschlüssig verbunden, beispielsweise verschraubt und zusätzlich verklebt.
Während das Stoßwerkzeug beim Vorschub in das Werkstück spanabhebend wirkt, muss es beim Rückzug aus dem Werkstück von der zu bearbeitenden Fläche abgehoben werden, um den Verschleiß möglichst gering zu halten. Zur Erzeugung des Abhebehub bei dem Rückzug der Werkzeugaufnahme mit dem Stoßwerkzeug ist daher bei der vorliegenden Nutstoßvorrichtung ein Winkelhebelmechanismus vorgesehen, mit welchem die Werkzeugaufnahme und damit das Stoßwerkzeug beim Rückzug aus dem Werkstück um einen Winkel so verkippt werden, dass das Stoßwerkzeug von der Stellung im Arbeitshub abgehoben wird. Der Winkelhebelmechanismus umfasst dazu zunächst ein als Radial-Gelenklager ausgebildetes zweites Pleuellager. In diesem Radial-Gelenklager ist das erste Ende der Koppelstange gelagert. Im Bereich des zweiten Endes der Koppelstange ist die Koppelstange mit einer Koppelstangenwelle über ein Koppelstangenlager beweglich verbunden. Die Achse der Koppelstangenwelle ist senkrecht zu einer Richtung der translatorischen Stoßbewegung ausgerichtet, die Koppelstange also um die Achse der Koppelstangenwelle drehbar gelagert. Die Koppelstange ist mit der Werkzeugaufnahme verbunden. Auch die Werkzeugaufnahme ist mit einer Werkzeugaufnahmewelle über ein Werkzeugaufnahmelager beweglich verbunden, wobei die Achse der Werkzeugaufnahmewelle parallel zur Achse der Koppelstangenwelle angeordnet und zu dieser beabstandet ist. Am zweiten Ende der Koppelstange ist außerdem ein keilförmiger, gekrümmter Zapfen ausgebildet, welcher in eine dazu korrespondierende, an der Werkzeugaufnahme ausgebildete Nut nach Art einer Evolventenverzahnung zweier Zahnräder eingreift. Der Zapfen wird daher auch als Zahn bezeichnet, die Nut hat die Form entsprechend einer Zahnlücke zwischen zwei Zähnen; Drehachsen sind jeweils die Achsen der Werkzeugaufnahmewelle und der Koppelstangenwelle. Das Koppelstangenlager und das Werkzeugaufnahmelager sind vorteilhaft jeweils als Nadellager ausgebildet.
Der Winkelhebelmechanismus funktioniert auf die folgende Weise: Grundsätzlich wird die Rotationsbewegung des Kurbelzapfens mittels der Pleuelstange und der Koppelstange in eine translatorische Bewegung der Werkzeugaufnahme, die in einer Geradführung - beispielsweise einer als Prismenführung ausgestalteten Gleitführung, deren Spiel vorzugsweise einstellbar ist - geführt wird, umgewandelt. Beim Vorschub im Arbeitshub drückt das zweite Ende der Koppelstange die Werkzeugaufnahme mit dem Stoßwerkzeug in das Werkstück. Der keilförmige Zapfen greift spielfrei in die korrespondierende Nut ein und verspannt das zweite Ende der Koppelstange mit der Werkzeugaufnahme, analog zu den Zahnflanken einer Evolventenverzahnung zweier Zahnräder bei Zahnstellung in der Mitte einer Eingriffsstrecke. Am Umkehrpunkt zwischen Vorschub und Rückzugsbewegung wird die Bewegung der Koppelstange sofort umgekehrt, wohingegen auf die Werkzeugaufnahme noch ein Schleppmoment bzw. Trägheitsmoment wirkt, was dazu führt, dass die Umkehr der Bewegung gegenüber der Koppelstange verzögert erfolgt. Da das erste Ende der Koppelstange mit der Pleuelstange über ein Radial-Gelenklager verbunden ist, und das zweite Ende beweglich mit der Koppelstangenwelle verbunden ist, kippt die Koppelstange leicht und drückt den Zapfen in der Werkzeugaufnahme in einer Kreisbewegung nach oben. Dies führt zu einem Verkippen der Werkzeugaufnahme um die Werkzeugaufnahmewelle auf der Seite der Nut ebenfalls nach oben und hat ein Abheben des Stoßelements vom Werkstück nach unten zur Folge. Auf diese Weise kann das Abheben bei der Rückzugsbewegung mit relativ einfachen Mitteln robust realisiert werden. Zur Erhöhung der Robustheit kann die Nut als durchgehende Außennut parallel zur Achse der Koppelstangenwelle mit entsprechend ausgebildeter Außenverzahnung ausgebildet sein; außerdem kann der Zapfen auch an der Werkzeugaufnahme und die Nut an dem zweiten Ende der Koppelstange ausgebildet sein.
Der Abhebeweg ist vorzugsweise mittels einer im Werkzeugschlitten fixierten Anschlagschraube zum Anschlag des zweiten Endes der Koppelstange einstellbar. Die Werkzeugaufnahme selbst ist bevorzugt auswechselbar ausgestaltet, sie kann ohne weiteres von der Koppelstange getrennt werden, um eine Anpassung an verschiedene Schneidmesseraufnahmesystem zu ermöglichen; für verschiedene Schneidmessersysteme werden verschiedene Werkzeugaufnahmen bereitgestellt. Vorzugsweise umfasst die Nutstoßvorrichtung auch einen in die Werkzeugaufnahme einlegbaren Zwischenanschlag, was es ermöglicht, die Stoßwerkzeuge selbst kürzer oder länger einzuspannen. Auf diese Weise kann die maximale Arbeitstiefe vergrößert werden.
Vorteilhaft verfügt die Nutstoßvorrichtung außerdem über eine Handbetätigung, mit der der Schlitten von Hand vor und zurück bewegt werden kann. Damit kann zum einen bei der Einrichtung die Stoßrichtung parallel zur Längsachse - der Z-Richtung - des zu bearbeitenden Werkstücks ausgerichtet werden. Dies ist in der Regel nur ein einziges Mal erforderlich. Für jedes Werkstück kann zum anderen mit der Handbetätigung ein vorgegebener Abstand entlang der Z-Richtung zum Werkstück eingestellt werden, wodurch auf die Stoßtiefe Einfluss genommen werden kann.
Zur Kühlung des Werkzeugs und des Werkstücks und zum Ausspülen der Späne im Arbeitsbereich wird vorzugsweise eine Spülvorrichtung mit einer Ringdüse oder Kegelringdüse verwendet. Dies ermöglicht zum einen eine bessere und gezieltere Reinigung des Arbeitsbereichs besonders im Bereich der Nut, zum anderen hat aber auch der Bediener einen besseren Einblick auf den Stand der Bearbeitung, der bei bekannten Vorrichtungen im Stand der Technik sonst in der Regel von störenden Rohrleitungen verdeckt wird.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. So umfasst die Erfindung, zur Lösung der Aufgabe, auch ein Verfahren zum Nutstoßen auf Langdrehmaschinen, bei welchem an wenigstens einem der Werkzeugschlitten bzw. wenigstens eine der Spindeln der Langdrehmaschinen wahlweise wenigstens eine Nutstoßvorrichtung angeordnet ist, mit den erfindungsgemäßen Verfahrensschritten:

- Positionieren der Nutstoßvorrichtung vor dem zu bearbeitenden Werkstück derart, dass die Spitze der Schneide des Schneidwerkzeuges in vorgegebenem Abstand axial vor, vorzugsweise 1 mm, und radial seitlich der betreffenden Stirnfläche des Werkstückes ist;
- axiales Verschieben des Werkstückes um die gewünschte Nutlänge in Richtung auf das Schneidwerkzeug nebst Fixierung dieser Position für das Nutstoßen;
- Durchführung des Stoßens der Nut, vorzugsweise mittels mehreren Teilhüben bis die vorgegebene Tiefe der Nut erreicht ist und
- danach Lösen der Fixierung und Verschieben des Werkstückes zurück in seine Ausgangsstellung und gegebenenfalls Verschieben der Nutstoßvorrichtung in ihre Ausgangsstellung;

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die ebenfalls erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Diese Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als einschränkend auszulegen. Beispielsweise ist eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Elementen oder Komponenten nicht dahingehend auszulegen, dass alle diese Elemente oder Komponenten zur Implementierung notwendig sind. Vielmehr können andere Ausführungsbeispiele auch alternative Elemente und Komponenten, weniger Elemente oder Komponenten oder zusätzliche Elemente oder Komponenten enthalten. Elemente oder Komponenten und/oder Verfahrensschritte verschiedener Ausführungsbespiele können miteinander kombiniert werden, sofern nichts anderes angegeben ist. Modifikationen und Abwandlungen, welche für eines der Ausführungsbeispiele beschrieben werden, können auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar sein. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden gleiche oder einander entsprechende Elemente in verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht mehrmals erläutert. Es zeigen:

1 eine Perspektivansicht einer Nutstoßvorrichtung,
2 eine Seitenansicht der Nutstoßvorrichtung,
3 einen Schnitt durch die Nutstoßvorrichtung, wie sie in 2 gezeigt ist,
4 das Funktionsprinzip der Nutstoßvorrichtung,
5 die Nutstoßvorrichtung bei der Bearbeitung eines Werkstücks,
6A, 6B ein Detail des Arbeitsablaufs bei der Bearbeitung eines Werkstücks, und
7 eine an eine Langdrehmaschine montierte Nutstoßvorrichtung.

1 zeigt eine Perspektivansicht einer Nutstoßvorrichtung, 2 eine Seitenansicht dieser Nutstoßvorrichtung sowie 3 einen Schnitt durch die Nutstoßvorrichtung. Das Funktionsprinzip ist aus 4 ersichtlich. Oben an einem Gehäuse 1 ist eine Antriebswelle 2 mit einer Antriebsrotationsachse 3 zu sehen, welche über - nicht gezeigte - Mittel zur Ankopplung an eine Spindel einer Langdrehmaschine angekoppelt wird, die Zähne der Antriebswelle 2 greifen dabei in einen entsprechenden abtrieb an der Langdrehmaschine ein. In den Übersichtszeichnungen 1 und 2 sind außerdem noch ein Anschluss 4 für eine Kühlmittelleitung gezeigt sowie eine Spülvorrichtung 5 mit einer Kegeldüse 6. An der Unterseite ist eine als Prismenführung 7 ausgebildete Geradführung angebracht, in welcher ein Schlitten 8 geführt ist. Im Schlitten 8 ist eine Werkzeugaufnahme 9 befestigt.
Die Nutstoßvorrichtung umfasst Mittel zur Übertragung der Rotationsbewegung der Antriebswelle 2 bei gleichzeitiger Untersetzung der Rotationsbewegung auf eine zur Antriebswelle 2 versetzt angeordnete Kurbel 10 mit einem Kurbelzapfen 11. Diese Mittel umfassen ihrerseits ein Untersetzungsgetriebe mit einem auf der Antriebswelle 2 angeordneten und darauf befestigten Ritzel 12 und einem innenverzahnten Hohlrad 13 mit größerem Durchmesser als das Ritzel 12. Das Hohlrad 13 ist auf einer ersten Zwischenwelle 14 angeordnet und darauf befestigt. Die erste Zwischenwelle 14 hat eine erste Zwischenwellenrotationsachse 15, welche zu der Antriebsrotationsachse 3 parallel angeordnet und zu dieser beabstandet ist. Die Ausbildung des Untersetzungsgetriebes mit einem Ritzel 12 und außen umlaufenden Hohlrad 13 ermöglicht eine platzsparende Realisierung; der Versatz der Rotationsachsen reicht jedoch noch nicht aus, um mit einem Werkzeug Stöße ausführen zu können.
Um den Abstand zur Antriebsrotationsachse 3 weiter zu vergrößern, verfügen die Mittel zur Übertragung der Rotationsbewegung auf die Kurbel 10 außerdem über ein erstes Stirnrad 16, welches auf der ersten Zwischenwelle 14 angeordnet ist, sowie über ein zweites Stirnrad 17, welches auf einer zweiten Zwischenwelle 18 mit einer zweiten Zwischenwellenrotationsachse 19 angeordnet und darauf befestigt ist. Dabei ist die zweite Zwischenwellenrotationsachse 19 parallel zur ersten Zwischenwellenrotationsachse 15 angeordnet und zu dieser beabstandet. Das erste Stirnrad 16 und das zweite Stirnrad 17 greifen dabei ineinander. Im vorliegenden Fall beträgt die Übersetzung 1:1, es ist jedoch auch möglich, das zweite Stirnrad 17 mit einem größeren Durchmesser als das erste Stirnrad 16 zu wählen, um eine weitere Untersetzung zu erreichen.
In der hier gezeigten Ausführung ist auf der zweiten Zwischenwelle 14 beabstandet zum zweiten Stirnrad 17 ein weiteres Stirnrad 20 angeordnet und befestigt oder ausgebildet. Dieses greift in ein drittes Stirnrad 21 ein, welches auf einer dritten Zwischenwelle 22 mit einer dritten Zwischenwellenrotationsachse 23 angeordnet und befestigt oder ausgebildet ist. Zur effizienten Erzeugung einer weiteren Untersetzung ist der Durchmesser des weiteren Stirnrades 20 kleiner als der Durchmesser des zweiten Stirnrades 17 und/oder der Durchmesser des dritten Stirnrades 21 deutlich größer als der Durchmesser des weiteren Stirnrades 20. Zwischen der Drehung der Antriebswelle 2 und der Rotation des dritten Stirnrades 21 lässt sich auf diese Weise eine Untersetzung von mindestens 10:1 auf relativ kompaktem Raum erreichen.
Die Kurbel 10 ist auf der dritten Zwischenwelle 22 befestigt, beispielsweise stoffschlüssig. Auch der Kurbelzapfen 11 kann mit der Kurbel 10 stoffschlüssig verbunden sein. Die Nutstoßvorrichtung umfasst zur Umsetzung der rotatorischen Bewegung der Antriebswelle 2 in eine translatorische Bewegung der Werkzeugaufnahme 9 außerdem eine Pleuelstange 24 mit einem Pleuelschaft, einem ersten Pleuellager 25 und einem zweiten Pleuellager 26, welches als Radial-Gelenklager ausgebildet ist. Das erste Pleuellager 25 kann beispielsweise als Nadellager oder Wälzlager ausgebildet sein. Der Kurbelzapfen 11 ist in dem ersten Pleuellager 25 beweglich gelagert. In dem zweiten Pleuellager 26 ist eine Koppelstange 27 mit einem ersten Ende 28 beweglich gelagert. Ein zweites Ende 29 der Koppelstange 27 ist mit der Werkzeugaufnahme 9 für ein Stoßwerkzeug verbunden. Die Werkzeugaufnahme 9 und das zweite Ende 29 der Koppelstange 27 sind beide im Schlitten 8 fixiert, welcher in der Prismenführung 7 gerade geführt wird. Auf diese Weise wird die rotatorischen Bewegung des Kurbelzapfens 11 in eine translatorische Stoßbewegung der Werkzeugaufnahme 9 umgesetzt. Der Abhebeweg ist dabei mittels einer im Werkzeugschlitten fixierten Anschlagschraube 47 zum Anschlag des zweiten Endes 29 der Koppelstange 27 einstellbar.
Zur Realisierung eines Winkelhebelmechanismus zur Erzeugung eines Abhebehubs bei einem Rückzug der Werkzeugaufnahme 9 erfolgt die Fixierung dabei so, dass eine translatorische Relativbewegung des zweiten Endes 29 der Koppelstange 27 und der Werkzeugaufnahme 9 entlang der Stoßrichtung ausgeschlossen wird. Eine Rotation gegeneinander um Rotationsachsen, welche senkrecht zur Stoßrichtung und senkrecht zur Antriebsrotationsachse 3 liegen, innerhalb enger Grenzen - die für die Koppelstange 27 auch durch das als Radial-Gelenklager ausgebildete zweite Pleuellager 26, in welchem das erste Ende 28 der Koppelstange 27 gelagert ist - ist jedoch erlaubt. Erreicht wird dies durch eine Koppelstangenwelle 30, welche mit der Koppelstange 27 an deren zweitem Ende 29 über ein Koppelstangenlager 31 beweglich verbunden ist, sowie eine Werkzeugaufnahmewelle 32, welche mit der Werkzeugaufnahme 9 über ein Werkzeugaufnahmelager 33 beweglich verbunden ist. Sowohl die Koppelstangenwelle 30 als auch die Werkzeugaufnahmewelle 32 sind fest mit dem Schlitten 8 verbunden, in diesem fixiert. Das Koppelstangenlager 31 und das Werkzeugaufnahmelager 33 können beide als Nadellager ausgeführt sein. Die beiden Achsen der Koppelstangenwelle 30 und der Werkzeugaufnahmewelle 32 sind parallel zueinander angeordnet und liegen, wie bereits erwähnt, senkrecht zu einer Richtung, welche der translatorischen Stoßbewegung entspricht, und senkrecht zur Antriebsrotationsachse 3.
Die Funktionsweise des Winkelhebelmechanismus ist wie folgt: Bei der hier in 3 gezeigten Ausgangsstellung, welche einer maximal zurückgezogenen Position entspricht, führt eine Drehung des Kurbelzapfens 11 zum Vorschub der Werkzeugaufnahme 9, geführt durch den Schlitten 8 und vermittelt durch die Koppelstange 27 - in 3 in Richtung der rechten Seite des Blattes. Bei maximalem Vorschub im Arbeitshub kehrt sich die Bewegung der Koppelstange 27 am oberen, ersten Ende 24 der Koppelstange 27 am Umkehrpunkt bereits wieder um und für die Koppelstange 27 zurück, wohingegen auf den Schlitten 8 mit der Werkzeugaufnahme 9 noch ein Schleppmoment oder Trägheitsmoment wirkt. Der Schlitten 8 mit dem unteren, zweiten Ende 29 der Koppelstange 27 versucht, sich also noch weiter in Vorschubrichtung zu bewegen, wohingegen am oberen Ende 24 der Koppelstange 27 bereits die Rückzugsbewegung eingesetzt hat. Dieses Nachlaufen führt zu einem Verkippen der Koppelstange 27 um die Koppelstangenwelle 30, in 3 entgegen dem Uhrzeigersinn, was durch das als Radial-Gelenklager ausgebildete zweite Pleuellager 26 innerhalb enger Grenzen ermöglicht wird.
Am zweiten Ende 29 der Koppelstange 27 ist nun ein keilförmiger, gekrümmter Zapfen 34 ausgebildet, welcher in eine dazu korrespondierende, an der Werkzeugaufnahme 9 ausgebildete Nut 35 eingreift. Der Zapfen 34 und die Nut 35 sind nach Art eines Zahns bzw. einer Zahnlücke wie bei einer Evolventenverzahnung zweier Zahnräder ausgebildet, um ausreichend Bewegungsspielraum zu ermöglichen. Kippt die Koppelstange 27 nun entgegen dem Uhrzeigersinn, so wird der Zapfen 34 nach oben bewegt. Da der Zapfen 34 in die Nut 35 eingreift, wird eine Verkippung der Werkzeugaufnahme 9 um die Werkzeugaufnahmewelle 32 im Uhrzeigersinn ausgelöst. Dies führt zu einem Abheben eines in der Werkzeugaufnahme 9 eingespannten Schneidwerkzeugs vom Werkstück. Ist die maximale Rückzugsposition erreicht, wird auch die Verkippung wieder rückgängig gemacht, wenn das erste Ende 28 der Koppelstange 27 die maximale Rückzugsposition überschritten hat. Damit die Verkippung als Ausgleichsbewegung realisiert werden kann, müssen die Koppelstange 27 bzw. deren zweites Ende 29 und die Werkzeugaufnahme 9 im Schlitten 8 nach oben ein geringes Spiel haben. Für die korrekte Vorschubbewegung sollten das zweite eine 29 der Koppelstange 27 sowie die Werkzeugaufnahme 9 an ihrer Unterseite flach abgestützt werden, wodurch ein korrekter Arbeitshub definiert werden kann. Beim Vorschub im Arbeitshub greift der keilförmige Zapfen 34 außerdem spielfrei in die Nut 35 ein und verspannt das zweite Ende der Koppelstange 29 mit der Werkzeugaufnahme 9.
Um zu verhindern, dass Schmutz und Kühlmittel in den Schlitten 8 mit der Werkzeugaufnahme 9 eindringen, wird dieser Bereich mit einem Dichtring, bevorzugt einem auch als Quadring bezeichneten X-Ring 36 mit vier Dichtflächen abgedichtet.
Im oberen linken Bereich in 3 befindet sich eine Handbetätigung 37.1 für die Einrichtung des Werkzeugs nach der Montage an der Spindel. Durch Drücken der Handbetätigung 37.1. greift ein Handbetätigungs-Kegelrad 37.2 in ein Kurbelwellen-Kegelrad 37.3 ein. Dreht man die Handbetätigung 37.1 im gedrückten Zustand, so kann der Werkzeugschlitten 8 per Hand entlang der Stoßrichtung vor und zurück bewegt werden. Lässt man die Handbetätigung 37.1. los, so wird sie von einer Feder 37.4 wieder nach außen in ihre Ruheposition gedrückt und die Verbindung zwischen den beiden Kegelrädern 37.2 und 37.3 wird gelöst.
5 zeigt die Nutstoßvorrichtung beim Bearbeiten eines Werkstücks 38, welches in einer Lünette 39 geführt wird. Der Werkzeugschlitten 8 mit der Werkzeugaufnahme 9, in welche ein Werkzeug, hier ein Schneidmesser 40 eingespannt ist, befindet sich hier in der Position des maximal möglichen Vorschubs, d. h. an dem Umkehrpunkt der Translationsbewegung. Hier ist deutlich zu erkennen, weshalb der Versatz der Rotationsbewegung notwendig ist: Direkt unter der Antriebswelle 3 ist das Werkstück lokalisiert.
6A und 6B schließlich zeigen einen Teil des Arbeitsablaufs beim Stoßen. Das Schneidmesser 40, also das Stoßwerkzeug, ist hier mit einem Zwischenanschlag 41 in der Werkzeugaufnahme 9 eingespannt, was eine effektive Verlängerung des Schneidmessers 40 und damit der Eindringtiefe in das Werkstück 38 erlaubt. Die Nutstoßvorrichtung hat zum Werkzeugantrieb der Langdrehmaschine keine Synchronisation. 6A verdeutlicht den Anfahrvorgang. Vor dem Stoßen muss die Startposition angefahren werden, was bei stehender oder laufender Nutstoßvorrichtung erfolgen kann. Das Werkzeug wird dazu um eine Strecke X₁ nach unten bewegt werden. Das Werkstück muss dazu etwa 1 mm von der vordersten Stellung des Schneidmessers 40 zurückstehen. Der Stoßvorgang wird in 6B verdeutlicht. Das Werkstück 38 wird dabei um die gewünschte Nutlänge in Richtung des Schneidmessers 40 entlang der Translationsachse 42 verschoben. Der Durchmesser der Nut kann mittels einer Verschiebung entlang der Richtung X₁ eingestellt bzw. zugestellt werden. Es erfolgt dann ein Vorschub des Werkstücks 38, bis die gewünschte Tiefe der Nut erreicht ist. Da keine Synchronisation vorhanden ist, ergibt sich ein nicht paralleler Span. Zur Glättung werden dann etwa 10 Leerhübe ohne Zustellung durchgeführt. Anschließend wird das Werkstück 38 zurück in seiner Ausgangsstellung gemäß 6A gefahren und die Nutstoßvorrichtung wird seitlich entlang der Richtung X₁ ausgefahren.
7 schließlich zeigt eine Übersicht, wie die Nutstoßvorrichtung in eine Langdrehmaschine 43 integriert ist. Die Nutstoßvorrichtung mit dem Gehäuse 1 befindet sich hier oberhalb und leicht seitlich einer Werkstückhalterung 44 und wird für den Betrieb vor ein entsprechendes Werkstück in der Werkstückhalterung 44 positioniert. Oberhalb der Werkstückhalterung 44 sind verschiedene Drehmeißel 45 angeordnet, auf der rechten Seite befindet sich eine Bohrvorrichtung 46.
Die vorangehend beschriebene Nutstoßvorrichtung lässt sich sehr gut bei Langdrehmaschinen einsetzen, da sie insbesondere auch auf die Besonderheiten, was die relative Lage von Werkzeug und Werkstück zueinander sowie den gegenüber Kurzdrehmaschinen fehlenden Werkzeugrevolver betrifft, eingeht. Nichtsdestoweniger lässt sich die Nutstoßvorrichtung auch mit Kurzdrehmaschinen oder Mehrspindeldrehmaschinen verwenden. Der Aufbau ist kompakt und relativ einfach, was die Kosten für die Wartung verringert.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: Antriebswelle
3: Antriebsrotationsachse
4: Anschluss
5: Spülvorrichtung
6: Kegeldüse
7: Prismenführung
8: Schlitten
9: Werkzeugaufnahme
10: Kurbel
11: Kurbelzapfen
12: Ritzel
13: Hohlrad
14: erste Zwischenwelle
15: erste Zwischenwellenrotationsachse
16: erstes Stirnrad
17: zweites Stirnrad
18: zweite Zwischenwelle
19: zweite Zwischenwellenrotationsachse
20: weiteres Stirnrad
21: drittes Stirnrad
22: dritte Zwischenwelle
23: dritte Zwischenwellenrotationsachse
24: Pleuelstange
25: erstes Pleuellager
26: zweites Pleuellager
27: Koppelstange
28: erstes Ende der Koppelstange
29: zweites Ende der Koppelstange
30: Koppelstangenwelle
31: Koppelstangenlager
32: Werkzeugaufnahmewelle
33: Werkzeugaufnahmelager
34: Zapfen
35: Nut
36: X-Ring
37.1: Handbetätigung
37.2: Handbetätigungs-Kegelrad
37.3: Kurbelwellen-Kegelrad
37.4: Feder
38: Werkstück
39: Lünette
40: Schneidmesser
41: Zwischenanschlag
42: Translationsachse
43: Langdrehmaschine
44: Werkstückhalterung
45: Drehmeißel
46: Bohrvorrichtung
47: Anschlagschraube

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10339344 B3 [0003]
EP 2323795 B1 [0004]
DE 202014006383 U1 [0005]
DE 112013001652 B4 [0006]

Claims

Nutstoßvorrichtung für Langdrehmaschinen, umfassend - Mittel zur Ankopplung an eine Spindel der Langdrehmaschine, - eine Antriebswelle (2) mit einer Antriebsrotationsachse (3), - Mittel zur Übertragung einer Rotationsbewegung der Antriebswelle (2) bei gleichzeitiger Untersetzung der Rotationsbewegung auf eine zur Antriebswelle (2) versetzt angeordnete Kurbel (10) mit einem Kurbelzapfen (11), - eine Pleuelstange (24) mit einem Pleuelschaft und einem ersten Pleuellager (25) und einem zweiten Pleuellager (26), wobei der Kurbelzapfen (11) in dem ersten Pleuellager (25) beweglich gelagert ist, - eine Koppelstange (27), deren erstes Ende (28) in dem zweiten Pleuellager (26) beweglich gelagert ist und deren zweites Ende (29) mit einer Werkzeugaufnahme (9) für ein Stoßwerkzeug verbunden ist, - eine Geradführung, in welcher die Werkzeugaufnahme (9) geführt ist, wodurch eine rotatorische Bewegung des Kurbelzapfens (11) in eine translatorische Stoßbewegung der Werkzeugaufnahme (9) umgesetzt wird, sowie - einen Winkelhebelmechanismus zur Erzeugung eines Abhebehubs bei einem Rückzug der Werkzeugaufnahme (9).
Nutstoßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Übertragung der Rotationsbewegung der Antriebswelle (2) auf eine Kurbel (10) umfassen: - ein Untersetzungsgetriebe mit einem auf der Antriebswelle (2) angeordneten Ritzel (12) und einem innenverzahnten, Hohlrad (13) mit größerem Durchmesser als das Ritzel (12), wobei das Hohlrad (13) auf einer ersten Zwischenwelle (14) mit einer ersten Zwischenwellenrotationsachse (15) angeordnet ist und die erste Zwischenwellenrotationsachse (15) zu der Antriebsrotationsachse (3) beabstandet und parallel angeordnet ist, - ein erstes Stirnrad (16), welches auf der ersten Zwischenwelle (14) angeordnet ist, - ein zweites Stirnrad (17), welches auf einer zweiten Zwischenwelle (18) mit einer zweiten Zwischenwellenrotationsachse (19) angeordnet ist, wobei die zweite Zwischenwellenrotationsachse (19) parallel zur ersten Zwischenwellenrotationsachse (15) angeordnet und zu dieser beabstandet ist, und wobei das erste Stirnrad (16) in das zweite Stirnrad (17) eingreift, - ein drittes Stirnrad (21), welches auf einer dritten Zwischenwelle (22) mit einer dritten Zwischenwellenrotationsachse (23) angeordnet ist, wobei die dritte Zwischenwellenrotationsachse (23) parallel zur zweiten Zwischenwellenrotationsachse (19) angeordnet und zu dieser beabstandet ist, und wobei entweder das zweite Stirnrad (17) in das dritte Stirnrad (21) eingreift oder auf der zweiten Zwischenwelle (14) ein weiteres Stirnrad (20) mit kleinerem Durchmesser als das zweite Stirnrad (17) angeordnet ist, in welches das dritte Stirnrad (21) eingreift, und wobei die Kurbel (10) auf der dritten Zwischenwelle (22) befestigt ist.
Nutstoßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung einer weiteren Untersetzung das zweite Stirnrad (17) einen größeren Durchmesser als das erste Stirnrad (16) aufweist und/oder das dritte Stirnrad (21) einen größeren Durchmesser als das zweite Stirnrad (17) oder das weitere Stirnrad (20) aufweist.
Nutstoßvorrichtung nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelhebemechanismus zur Erzeugung des Abhebehubs bei einem Rückzug der Werkzeugaufnahme (9) umfasst: - ein als Radial-Gelenklager ausgebildetes zweites Pleuellager (26), - eine Koppelstangenwelle (30) mit einer senkrecht zu einer Richtung der translatorischen Stoßbewegung ausgerichteten Achse, welche mit der Koppelstange (27) an deren zweiten Ende (29) über ein Koppelstangenlager (Einreise) beweglich verbunden ist, - eine Werkzeugaufnahmewelle (32) mit einer zur Achse der Koppelstangenwelle (30) parallel angeordneten Achse, welche mit der Werkzeugaufnahme (9) über ein Werkzeugaufnahmelager (33) beweglich verbunden ist, - wobei an dem zweiten Ende (29) der Koppelstange (27) ein Zapfen (34) ausgebildet ist, welcher in eine dazu korrespondierende, an der Werkzeugaufnahme (9) ausgebildete Nut (35) eingreift.
Nutstoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend eine als Spülvorrichtung 5 mit einer Ringdüse oder einer Kegeldüse 6.
Nutstoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend eine Handbetätigung (37.1-37.4) zur Einstellung des Werkzeugs nach der Montage an der Spindel.
Nutstoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abhebeweg mittels einer Anschlagschraube (47) einstellbar ist.
Nutstoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend einen in die Werkzeugaufnahme einlegbaren Zwischenanschlag (41), oder bei der die Werkzeugaufnahme in Abhängigkeit vom Stoßwerkzeug auswechselbar ist, oder bei der die Untersetzung und/oder der Hub durch Wechsel von einzelnen Elementen einstellbar sind.
Nutstoßvorrichtung, bei der eines oder mehrere der in der Beschreibung beschriebenen oder in den Zeichnungen gezeigten Merkmale verwirklicht sind.
Verfahren zum Nutstoßen auf Langdrehmaschinen, bei welchem an wenigstens einem der Werkzeugschlitten bzw. wenigstens eine der Spindeln der Langdrehmaschinen wahlweise wenigstens eine Nutstoßvorrichtung angeordnet ist, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: - Positionieren der Nutstoßvorrichtung vor dem zu bearbeitenden Werkstück derart, dass die Spitze der Schneide des Schneidwerkzeuges in vorgegebenem Abstand axial vor, vorzugsweise 1 mm, und radial seitlich der betreffenden Stirnfläche des Werkstückes ist; - axiales Verschieben des Werkstückes um die gewünschte Nutlänge in Richtung auf das Schneidwerkzeug nebst Fixierung dieser Position für das Nutstoßen; - Durchführung des Stoßens der Nut, vorzugsweise mittels mehreren Teilhüben bis die vorgegebene Tiefe der Nut erreicht ist und - danach Lösen der Fixierung und Verschieben des Werkstückes zurück in seine Ausgangsstellung und gegebenenfalls Verschieben der Nutstoßvorrichtung in ihre Ausgangsstellung; oder gekennzeichnet durch wenigstens einen der in der Beschreibung und/oder den Zeichnungen offenbarten Verfahrensschritte.