DE19646189C2 - Maschine zum Herstellen von bogenverzahnten Kegelrädern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Maschine zum Herstellen von bogenverzahnten Kegelrädern nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Verzahnmaschinen für Kegelräder, bei denen die herkömmliche Wälzwiege oder Wälztrom­ mel durch eine Art Kreuzschlitten ersetzt worden ist, sind üblicherweise nach folgendem Konzept aufgebaut: Eine Werkzeug- oder Messerkopfspindel und deren Antrieb befinden sich auf einem ersten Schlitten, der den vertikalen Anteil der früheren Wälztrommeldrehung ausführt. Dieser Schlitten wird seinerseits an einem Maschinengehäuse geführt, das auf ei­ ner horizontalen Führung des Maschinenbetts verfährt, um mit dem Messerkopf in das Werkstück einzutauchen. Der horizontale Anteil der früheren Wälztrommeldrehung wird in diesem Fall von einem Werkstückspindelträger ausgeführt. Beispiele solcher Maschinen sind im folgenden angegeben.

Ein Problem bei der Gestaltung solcher Verzahnmaschinen ist der Umstand, daß die beim Verzahnen entstehenden Späne auf den horizontalen Führungsbahnen auf dem Maschinen­ bett oder auf deren Abdeckung liegen bleiben. Beim Naßfräsen müssen sie von einem star­ ken Ölstrom wegtransportiert werden. Bei geringem Ölstrom oder bei einem heutzutage aus ökologischen Gründen angestrebten Verzahnen ohne Öl, dem sogenannten Trockenfräsen, gibt es bei der Zustellbewegung erhebliche Probleme mit den Spänen. Da die. Späne beim Trockenfräsen 80% der Wärme aufnehmen, kann es zu einem Wärmeverzug der Führungen und des Maschinengehäuses und so zu Ungenauigkeiten und Behinderungen der Zustellbe­ wegung kommen. Die Späneabfuhr ist sowohl beim Naß- als auch beim Trockenfräsen auf wendig, wenn eine Maschinenbeschädigung vermieden werden soll. Wichtig bei der Gestal­ tung derartiger Verzahnmaschinen ist auch eine ergonomische Anordnung der Bedienele­ mente, um ein schnelles und sicheres Aufrüsten der Werkzeugmaschinen zu gewährleisten. Das heißt, daß besonders das Werkzeug und das Werksstück leicht und ohne Bücken in die Maschine zum Wechseln erreichbar sein müssen.

Eine Maschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art, die nach obi­ gem Konzept aufgebaut, ist, ist in SU 724 287 dargestellt. Bei dieser Ma­ schine ist die Werkzeugspindelachse rechtwinkelig zu der geraden Koordinatenachse des Maschinengehäuses, in der das Maschinengehäuse auf dem Maschinenbett horizontal ge­ führt ist, angeordnet. Außerdem befindet sich die Werkzeugspindel auf einer von dem Be­ diener abgewandten Seite des Maschinengehäuses. Somit ist ein Wechsel des Werkzeugs mit entsprechendem Aufwand verbunden. Da überdies die Stelle, an der das Werkzeug und das Werkstück beim Verzahnen in Eingriff kommen, sich bei dieser Ausführung über dem Maschinenbett befindet, ist eine Anhäufung von Spänen auf dem Maschinenbett und auf den Führungen nicht zu vermeiden.

In der Druckschrift WO 89/01838 und in DD 255 296 A1 sind CNC- Verzahnmaschinen beschrieben, bei denen die Werkzeugspindel jeweils parallel zu der ge­ raden Koordinatenachse des Maschinengehäuses und rechtwinkelig zu einer Seitenfläche des Maschinengehäuses angeordnet ist, wobei sich die betreffende Seitenfläche ebenfalls rechtwinkelig zu der geraden Koordinatenachse des Maschinengehäuses erstreckt. Zu der erwähnten Spannanhäufung auf den Führungen und auf dem Maschinenbett kommt es somit auch bei diesen bekannten Verzahnmaschinen. Außerdem ist bei diesen bekannten Maschi­ nen ein Bücken in die Maschine zum Wechseln des Werkzeugs und/oder des Werkstücks erforderlich.

Bei Drehmaschinen, wie sie z. B. aus der DE 24 27 148 A1 oder der DE 39 21 649 C2 bekannt sind, ist ein günstiger Spannablauf in einen entsprechenden Sammelraum ge­ währleistet. Es handelt sich hierbei aber um Werkzeugmaschinen anderer Art, die nicht nach dem Kreuzschlittenkonzept aufgebaut sind.

Bei Verzahnmaschinen sollten die Bedienelemente ergonomisch angeordnet sein, wie oben bereits erwähnt. Diese Forderung erfüllt z. B. die aus der o. g. DD 255 296 A1 bekannte Verzahnmaschine, bei der das Werkstück bei manueller Beschickung zum Bedie­ ner gefahren werden kann. Die auf der weiter oben erwähnten SU 724 287 be­ kannte Verzahnmaschine erfüllt diese Forderung nicht.

Bei den bekannten Verzahnmaschinen wird aber auch ein wirtschaftliches Betreiben außer durch unergonomische Anordnung der Bedienelemente durch hohe Anfälligkeit für Späne­ anhäufungen erschwert.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Maschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 in ihrer Gestaltung so zu verbessern, daß sie einen ergonomischen Betrieb und möglichst keine thermisch bedingten Bewegungsabweichungen zuläßt.

Diese Aufgabe wird bei einer Maschine der eingangs genannten Art durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Da bei der erfindungsgemäßen Maschine die Seitenfläche des Maschinengehäuses, an der der erste Schlitten angebracht ist, so gewählt ist, daß sich die Werkzeugspindelachse paral­ lel zu dieser Seitenfläche und zu der geraden Koordinatenachse erstreckt, in der das Ma­ schinengehäuse auf dem Maschinenbett horizontal geführt ist, lassen sich die Bedienele­ mente der Maschine so anordnen, daß ein ergonomischer Betrieb möglich ist. Damit können beide Schlitten vom Bediener aus gesehen auf derselben Seite der Maschine angeordnet werden, was ein einfaches, sicheres und wirtschaftliches Betreiben der. Maschine ermöglicht. Der mechanische Aufbau der Maschine nach der Erfindung ist so, daß das Werkstück bei manueller Beschickung zum Bediener gefahren wird. Zum Wechseln eines Werkstückes ist kein Bücken in die Maschine nötig. Auch dadurch ist die Maschine nach der Erfindung be­ sonders ergonomisch. Durch die enge Nebeneinanderanordnung des Maschinengehäuses und des Werkstückspindelträgers ist bei der Maschine nach der Erfindung eine optimale Aufteilung der Bewegungen auf Werkzeug- und Werkstückseite mit optimiertem Kraftfluß möglich, wodurch sich eine maximale Prozeßsteifigkeit erzielen läßt. Das ist bedeutsam, weil bei CNC-Maschinen die statische Steifigkeit der Maschine ebenso wie bei rein mechani­ schen Maschinen so groß wie möglich sein muß. Sie ist bei CNC-Maschinen aber nicht die einzig bestimmende Größe. Durch die Regelkreise, die aus Stellglied (Servomotor und Ma­ schinenteil), Regler (CNC und Achssteller) sowie einem Lagegeber (Meßsystem) bestehen, ergibt sich ein viel komplexeres regelungstechnisches Verhalten. Dies trifft besonders für Bewegungsabweichungen zu, die bei CNC-Maschinen außer von einer wirksamen Späne- und Wärmeabfuhr von der statischen Steifigkeit und der Güte der Regelkreise abhängen. Bei der Maschine nach der Erfindung ist die statische Steifigkeit optimal gewährleistet, da die Anordnung der Maschinenkomponenten kurze und sehr steife Antriebsstränge ermöglicht. Die enge Nebeneinanderanordnung von Werkstückspindelträger und Maschinengehäuse ermöglicht darüber hinaus einen sehr kompakten Aufbau der Maschine nach der Erfindung.

Da weiter bei der Maschine nach der Erfindung die Anordnung der horizontalen Führungen des Maschinengehäuses und des Werkstückspindelträgers so getroffen ist, daß diese sich nicht unter der Werkzeugspindelachse befinden, wobei die Werkstückspindel und die Werk­ zeugspindel so angeordnet sind, daß beim Verzahnen Werkstück und Werkzeug an einer Stelle in Eingriff kommen, die sich im wesentlichen über einem horizontalführungsfreien Be­ reich der Maschine befindet, können Späneanhäufungen auf den Horizontalführungen ver­ mieden werden. Ferner ist gewährleistet, daß bei dem Trockenfräsen die Späne nicht mit anderen Teilen der Maschine in Berührung kommen, die durch Wärmeeinwirkung gefährdet werden könnten. Außerdem kann dieser Bereich der Maschine für andere als Führungs­ zwecke benutzt werden. So ist ein völlig freier Zugang zumindest zu dem ersten Schliffen der Maschine möglich, was die Wartung des Schlittensund das Wechseln der Werkzeuge ver­ einfacht.

Der Aufbau der Maschine nach der Erfindung macht es möglich, daß in dem horizontalfüh­ rungsfreien Bereich, über dem sich die Eingriffsstelle von Werkstück und Werkzeug befindet, ein Spänesammler angeordnet werden kann. So lassen sich die Späne auf einfache Weise auffangen und entfernen. Zweckmäßig kann in diesem Fall das Maschinenbett zumindest an der Stelle, an der der Spänesammler angeordnet wird, ausgespart sein. Da die Späne, wie oben dargelegt, beim Trockenfräsen 80% der Wärme mit sich transportieren, wird durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Maschine auch vermieden, daß durch die Späne das Maschinenbett aufgeheizt wird. Es läßt sich somit auch die Forderung erfüllen, den Kontakt der Späne mit dem Maschinenbett oder anderen Teilen der Maschine nach Möglich­ keit zu verhindern oder zumindest bei dem Trockenfräsen für eine schnelle Abfuhr der Späne zu sorgen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Gegenstände der Unteransprüche.

Wenn in einer Ausgestaltung der Erfindung die Führung des ersten Schlittens gegen die Vertikale geneigt ist, so stellt das eine Schrägbettanordnung dar, bei der der Fuß des Ma­ schinengehäuses in Richtung quer zur Werkzeugspindelachse besonders breit ausgeführt werden kann. Das führt zu einer besonders großen Maschinensteifigkeit. Auch bei der Schrägbettanordnung ergibt sich ein günstiger Spänetransport, indem die Späne erst gar nicht mit dem Maschinenbett oder anderen Funktionsteilen der Maschine in Berührung kommen, sondern gleich von einem Spänesammler aufgenommen werden, in den sie in weiterer Ausgestaltung der Erfindung im wesentlichen durch Schwerkraft gelangen.

Die kompakte Nebeneinanderanordnung von Maschinengehäuse und Werstückspindelträ­ ger, die durch die erfindungsgemäße Anordnung der Werkzeugspindelachse möglich wird, bringt den weiteren Vorteil mit sich, daß die Maschine gegen Spänefall voll gekapselt werden kann. Es ist nämlich möglich, Abdeckungen vorzusehen, die zu einem Spänesammler hin abfallend ausgebildet sind, und anfallende Späne, die nicht unmittelbar in den Spänesamm­ ler fallen, dorthin zu leiten. Weiter läßt sich auch insbesondere zwischen dem Maschinenge­ häuse und dem Werkstückspindelträger eine Verkleidung vorsehen, die sowohl den zweiten Schlitten als auch die Schwenkvorrichtung vor Spänefall schützt. Eine so konstruierte Spä­ neführung mit Hilfe von Leitflächen an Abdeckung und Verkleidung macht die Maschine nach der Erfindung zum Hochleistungstrockenfräsen besonders gut geeignet. Diese Vorteile kommen aber auch voll zur Geltung, wenn aus technologischen Gründen naßgefräst werden soll.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beige­ fügte Zeichnung näher beschrieben.

Fig. 1 der Zeichnung zeigt in perspektivischer Darstellung den Grundaufbau einer erfin­ dungsgemäßen CNC-Maschine zum Herstellen von bogenverzahnten Kegelrädern.

In Fig. 1 ist der Grundaufbau einer CNC-Maschine 2 zum Herstellen von bogenverzahnten Kegelrädern in perspektivischer Darstellung und in Ansicht von der Bedienerseite aus ge­ zeigt. Auf einem Maschinenbett 4 ist ein Maschinengehäuse 6 entlang einer geraden Koordi­ natenachse X horizontal und linear geführt. Ein erster Schlitten 8 ist auf einer Führung 16, die an einer Seitenfläche 10 des Maschinengehäuses 6 angebracht, in einer geraden Koor­ dinatenachse Z mittels eines Spindeltriebs 17 in der Höhe verfahrbar. Auf dem Maschinen­ bett 4 ist ein Werkstückspindelträger 14 mit einem zweiten Schlitten 12 entlang einer gera­ den Koordinatenachse Y, die zur X-Achse rechtwinkelig ist, auf einer Führung 13 horizontal und linear geführt. Auf dem Schlitten 12 befindet sich eine Schwenkvorrichtung 22 mit verti­ kaler Achse C. Die Führung 16 des ersten Schlittens 8 und die Z-Achse sind gegen die Ver­ tikale geneigt. Durch diese Anordnung verjüngt sich das Maschinengehäuse 6 mit zuneh­ mendem Abstand von dem Maschinenbett 4. Es hat unten einen entsprechend breiten Fuß 7.

Der erste Schlitten 8 trägt eine um eine Werkzeugspindelachse 18 drehbar gelagerte Werk­ zeugspindel 20. Die Werkzeugspindel 20 trägt ein Werkzeug 21, hier beispielshalber einen Messerkopf. Das Werkzeug 21 kann aber auch, je nach gewünschter Art der spanabheben­ den Bearbeitung, eine Schleifscheibe, ein Fräser od. dgl. sein.

Durch den zweiten Schlitten 12 und durch die Schwenkvorrichtung 22 ist eine Werkstück­ spindel 23 auf dem Maschinenbett 4 horizontal geführt und linear verschiebbar bzw. schwenkbar. Die Schenkvorrichtung 22 trägt die Werkstückspindel 23, die um eine Werk­ stückspindelachse 25 drehbar ist. Die Werkstückspindel 23 trägt ein Werkstück 24, in vorlie­ gendem Beispiel ein bogenverzahntes Kegelrad. Die Schwenkvorrichtung 22 ist um die C- Achse horizontal geführt schwenkbar, um das Werkstück 24 von der Beladeposition in eine Bearbeitungsposition zu schwenken und gegebenenfalls Bewegungen während des Verzah­ nens durchzuführen.

Die Werkzeugspindelachse 18 ist zu der Seitenfläche 10 parallel. Von den mehreren Seiten­ flächen des Maschinengehäuses 6 ist die Seitenfläche 10 für die Anbringung der Führung 16 mit dem ersten Schlitten 8 gewählt worden, damit die Werkzeugspindelachse 18 auch zu der X-Achse parallel ist und sich nicht über einem Bereich der Maschine 2 befindet, der eine der horizontalen Führungen des Werkstückspindelträgers 14 oder des Maschinengahäuses 6 aufweist.

Unterhalb des ersten Schlittens 8 ist das Maschinenbett 4 ausgespart und ein Spänesamm­ ler 30 angeordnet, in den Späne, die beim Verzahnen anfallen, im wesentlichen durch Schwerkraft gelangen.

Der obere Bereich des zweiten Schlittens 12, der nicht von der Schwenkvorrichtung 22 ein­ genommen ist, weist eine Abdeckung 32 auf, die zu dem Spänesammler 30 hin abfallend ausgerichtet ist. Weiter hat die Maschine 2 eine Verkleidung 34, die fest mit dem Maschi­ nenbett 4 verbunden ist und zwischen dem Maschinengehäuse 6 und dem zweiten Schlitten 12 angeordnet ist. Die Verkleidung 34 ist durch einen Faltenbalg 35 mit dem Maschinenge­ häuse 6 verbunden. Die Verkleidung 34 und der Faltenbalg 35 sind ebenfalls zu dem Späne­ sammler 30 hin abfallend ausgerichtet. An die Verkleidung 34 schließt sich eine Abschir­ mung 36 an, die die Schwenkvorrichtung 22 halbkreisförmig umgibt und auf dem zweiten Schlitten 12 befestigt ist.

Zu Beginn des Verzahnprozesses wird das Werkstück 24 um die C-Achse in eine Bearbei­ tungsposition geschwenkt. Das Werkzeug 21 wird über die horizontale Bewegung des Ma­ schinengehäuses 6 in der X-Achse an das Werkstück 24 gefahren. Im einfachsten Fall wird dann im Zusammenspiel des zweiten Schlittens 12 in Richtung der Y-Achse und des ersten Schlittens 8 in Richtung der Z-Achse eine Wälzbewegung erzeugt. In anderen Fällen sorgt eine nicht näher dargestellte CNC-Steuerung dafür, daß die drei Achsen X, Y und Z sowie die Drehungen um die Werkzeugspindelachse 20, die Werkstückspindelachse 25 und die Schwenkachse C gleichzeitig in bekannter Weise die erforderlichen Bewegungen für den Verzahnprozeß ausführen. Die Werkstückspindel 23 und die Werkzeugspindel 18 sind dabei so angeordnet, daß sich beim Verzahnen das Werkstück 24 und das Werkzeug 21 im we­ sentlichen über dem Bereich der Maschine 2 befinden, wo keine horizontale Führung ist.

Claims (3)

1. Maschine zum Herstellen von bogenverzahnten Kegelrädern, insbesondere CNC- Maschine, mit einem ersten Schlitten (8), der eine Werkzeugspindel (20) trägt und der in der Höhe verfahrbar ist und dessen Führung (16) an einer Seitenfläche (10) eines in ei­ ner geraden Koordinatenachse (X) auf einem Maschinenbett (4) horizontal geführten Ma­ schinengehäuses (6) angebracht ist, wobei die Werkzeugspindelachse (18) zu der Sei­ tenfläche (10) parallel ist, und
mit einem Werkstückspindelträger (14), der einen zweiten Schlitten (12) und eine Schwenkvorrichtung (22) mit vertikaler Achse (C) aufweist und auf dem Maschinenbett (4) quer zu der geraden Koordinatenachse (X) horizontal geführt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenfläche (10) so gewählt ist, daß sich die Werk­ zeugspindelachse (18) parallel zu der geraden Koordinatenachse (X) erstreckt, in der das Maschinengehäuse (6) auf dem Maschinenbett (4) horizontal geführt ist, und
daß die horizontalen Führungen des Maschinengehäuses (6) und des Werkstückspindel­ trägers (14) so angeordnet sind, daß sie sich nicht unter der Werkzeugspindelachse be­ finden, wobei die Werkstückspindel (23) und die Werkzeugspindel (20) so angeordnet sind, daß beim Verzahnen Werkstück (24) und Werkzeug (21) an einer Stelle in Eingriff kommen, die sich im wesentlichen über dem horizontalführungsfreien Bereich der Ma­ schine befindet, und daß in dem horizontalführungsfreien Bereich ein Spänesammler (30) angeordnet werden kann.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unter der Werkzeugspindel (20) ein Spänesammler (30) angeordnet ist, in den die Späne im wesentlichen durch Schwerkraft gelangen.

3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (16) des ersten Schlittens (8) gegen die Vertikale geneigt ist.