DE202017107074U1

DE202017107074U1 - Machining head for gear hobbing and hobbing machine

Info

Publication number: DE202017107074U1
Application number: DE202017107074.3U
Authority: DE
Original assignee: Liebherr Verzahntechnik GmbH
Current assignee: Liebherr Verzahntechnik GmbH
Priority date: 2017-11-22
Filing date: 2017-11-22
Publication date: 2017-11-30
Anticipated expiration: 2027-11-23

Abstract

Bearbeitungskopf für die Wälzfräsbearbeitung in einer CNC-Wälzfräsmaschine mit wenigstens einer Arbeitsspindel zur Aufnahme eines Fräswerkzeugs und wenigstens einem Spindelantrieb, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Spindelantrieb und Arbeitsspindel wenigstens ein Mehrgangschaltgetriebe vorgesehen ist.Machining head for Wälzfräsbearbeitung in a CNC hobbing machine with at least one work spindle for receiving a milling tool and at least one spindle drive, characterized in that between the spindle drive and work spindle at least one multi-speed transmission is provided.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bearbeitungskopf für die Wälzfräsbearbeitung in einer CNC-Wälzfräsmaschine mit wenigstens einer Arbeitsspindel zur Aufnahme eines Fräswerkzeugs und wenigstens einem Spindelantrieb.The present invention relates to a machining head for Wälzfräsbearbeitung in a CNC hobbing machine with at least one work spindle for receiving a milling tool and at least one spindle drive.

Bei der konventionellen Wälzfräsbearbeitung hat das Fräswerkzeug üblicherweise einen bestimmten Durchmesserbereich. In Abhängigkeit des festgelegten Durchmesserbereichs wird der Spindelantrieb dimensioniert. Mittels Stufengetriebe kann eine Anpassung der Fräsgeschwindigkeit erfolgen.In the conventional hobbing machining, the milling tool usually has a certain diameter range. Depending on the specified diameter range, the spindle drive is dimensioned. By means of stepped gearbox, an adaptation of the milling speed can take place.

Problemtisch wird es, wenn der Durchmesser des Fräswerkzeuges ausserhalb des festgelegten Durchmesserbereichs liegt, was jedoch bei speziellen Anwendungsfällen durchaus vorkommen kann. Ein häufig auftretendes Beispiel ist die Herstellung einer Mehrfachverzahnung. Soll bspw. neben der regulären Verzahnung noch eine weitere Verzahnung, insbesondere an der Welle selbst eingefräst werden, kann es zu deutlichen Durchmesserunterschieden der gewünschten Verzahnungen kommen, was natürlich Fräswerkzeuge mit unterschiedlichen Arbeitsbereichen und großen Durchmesserunterschieden notwendig macht. Die dadurch bedingten sehr starken Durchmesserunterschiede der unterschiedlichen Verzahnbereiche führen dazu, dass der vorgesehene Antriebsmotor nicht mehr auf seiner optimalen Kennlinie gefahren werden kann. Dies ist insbesondere problematisch bei Wälzfräsmaschinen, da hier sehr hohe Drehmomente wirken.It becomes problematic when the diameter of the milling tool is outside the specified diameter range, which however may well occur in special applications. A common example is the production of a multiple toothing. If, for example, in addition to the regular toothing still another toothing, in particular milled on the shaft itself, it can lead to significant differences in diameter of the desired teeth, which of course makes milling tools with different work areas and large differences in diameter necessary. The consequent very large differences in diameter of the different gear areas cause the intended drive motor can not be driven on its optimum characteristic. This is particularly problematic in hobbing machines, since very high torques act here.

Ausgehend von der vorgenannten Problematik besteht die Aufgabe der vorliegenden Anmeldung darin, eine konstruktive Lösung für eine Wälzfräsmaschine bzw. einen entsprechenden Bearbeitungskopf zu finden.Based on the aforementioned problem, the object of the present application is to find a constructive solution for a hobbing machine or a corresponding machining head.

Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Bearbeitungskopf gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Bearbeitungskopfes sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a machining head according to the features of claim 1. Advantageous embodiments of the machining head are the subject of the dependent claims.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, einen Bearbeitungskopf mit wenigstens einer Arbeitsspindel zur Aufnahme eines Fräswerkzeugs und wenigstens einem Spindelantrieb zum Antrieb der Arbeitsspindel um wenigstens ein Mehrgangschaltgetriebe zu erweitern. Dieses sitzt zwischen Spindelantrieb und Arbeitsspindel, um manuell zwischen unterschiedlichen Übersetzungen umschalten zu können. Damit kann ein Bearbeitungskopf bzw. dessen Spindelantrieb universell für die unterschiedlichsten Wälzfräsmethoden eingesetzt werden. Bspw. lassen sich Fräswerkzeuge unterschiedlichster Bauart einsetzen, sei es hinsichtlich ihres Durchmessers oder Materialart. Auch ist die Bearbeitung von Werkstücken unterschiedlichster Materialart möglich. Das Mehrgangschaltgetriebe lässt sich bspw. zwischen einem Betrieb mit hohem Drehmoment und reduzierter Drehzahl/Schnittgeschwindigkeit und einem Betrieb mit hoher Schnittgeschwindigkeit und reduziertem Drehmoment umschalten. Erster Betrieb wird bspw. bei harten Materialarten gewählt, während letzterer für weiche Materialarten zum Einsatz kommt. Mithilfe des Schaltgetriebes ist es nun möglich, den Antriebsmotor für jede Verzahnung mit seiner optimalen Kennlinie zu fahren. Es kann demzufolge eine konstante Schnittleistung über einen großen Drehzahlbereich bereitgestellt werden.According to the invention it is proposed to expand a machining head with at least one work spindle for receiving a milling tool and at least one spindle drive for driving the work spindle by at least one multi-speed transmission. This sits between spindle drive and work spindle to manually switch between different translations can. Thus, a machining head or its spindle drive can be used universally for a variety Wälzfräsmethoden. For example. Milling tools of various designs can be used, be it in terms of their diameter or type of material. Also, the machining of workpieces of different material types is possible. For example, the multi-speed transmission can be switched between high-torque operation and reduced-speed / cut-speed operation and high-speed operation with reduced torque. First operation is selected, for example, for hard material types, while the latter is used for soft material types. With the aid of the manual transmission, it is now possible to drive the drive motor with its optimum characteristic curve for each toothing. Consequently, a constant cutting power can be provided over a wide speed range.

Insbesondere lassen sich Verzahnungen mit unterschiedlichem Modul, unterschiedlichem Durchmesser durch denselben Bearbeitungskopf und denselben Antriebsmotor erzeugen. Ferner können mehre Schnittdurchgänge mit unterschiedlichem Aufmaß/Vorschub gefahren werden.In particular, gears with different modulus, different diameter can be produced by the same machining head and the same drive motor. Furthermore, several cutting passes can be run with different oversize / feed.

Bisher war beispielsweise bei entsprechenden Fräsköpfen vorgesehen, Anwendungen mit hohen Drehmomentanforderungen mittels eines Fräskopfs zu bearbeiten, der ein Stufengetriebe zur Einstellung der erzielbaren Fräsgeschwindigkeit umfasst. Für besonders hohe Spindeldrehzahlanforderungen wurde stattdessen ein Fräskopf mit Direktantrieb genutzt. Die Verwendung unterschiedlicher Fräsköpfe kann durch den erfindungsgemäßen Bearbeitungskopf entfallen, da hier beide Anwendungsfälle aufgrund des integrierten Mehrgangschaltgetriebes bedient werden können.So far, for example, was provided with appropriate milling heads to process applications with high torque requirements by means of a milling head, which includes a multi-step transmission for adjusting the achievable milling speed. For particularly high spindle speed requirements, a direct drive milling head was used instead. The use of different milling heads can be omitted by the machining head according to the invention, since both applications can be operated due to the integrated multi-speed gearbox here.

Besonders bevorzugt ist das Mehrgangschaltgetriebe unmittelbar am Abtrieb des Spindelantriebs montiert. Demzufolge wird die Ausgangswelle des Antriebs durch das Schaltgetriebe auf die gewünschte Drehzahl/Drehmoment der Spindel übersetzt. Ferner kann es vorgesehen sein, dass wenigstens ein weiteres Getriebe im Bearbeitungskopf vorgesehen ist. Dieses ist idealerweise zwischen Mehrgangschaltgetriebe und Arbeitsspindel integriert. Bei diesem zusätzlichen Getriebe handelt es sich vorzugsweise um ein Stufengetriebe zur Anpassung der erzielbaren Drehzahl.Particularly preferably, the multi-speed transmission is mounted directly on the output of the spindle drive. As a result, the output shaft of the drive is translated by the gearbox to the desired speed / torque of the spindle. Furthermore, it can be provided that at least one further gear is provided in the machining head. This is ideally integrated between multi-speed gearbox and work spindle. This additional transmission is preferably a multi-step transmission for adjusting the achievable speed.

Neben dem erfindungsgemäßen Bearbeitungskopf betrifft die vorliegende Erfindung zudem eine Wälzfräsmaschine mit wenigstens einem Bearbeitungskopf gemäß der vorliegenden Erfindung. Dementsprechend zeichnet sich die Wälzfräsmaschine durch dieselben Vorteile und Eigenschaften aus wie der erfindungsgemäße Bearbeitungskopf. Auf eine wiederholende Beschreibung wird aus diesem Grund verzichtet.In addition to the machining head according to the invention, the present invention also relates to a hobbing machine with at least one machining head according to the present invention. Accordingly, the hobbing machine is characterized by the same advantages and properties as the machining head according to the invention. A repetitive description is omitted for this reason.

Besonders bevorzugt ist es, wenn in der Arbeitsspindel des Bearbeitungskopfes der Wälzfräsmaschine wenigstens ein Fräswerkzeug mit mindestens zwei unterschiedlichen Arbeitsbereichen eingespannt ist. Die unterschiedlichen Arbeitsbereiche zeichnen sich durch unterschiedliche Werkzeugdurchmesser aus. Ein derartiges Fräswerkzeug dient insbesondere zur Mehrfachverzahnung eines Werkstückes, wobei sich die herzustellenden Verzahnungen hinsichtlich ihres Durchmessers deutlich unterscheiden.It is particularly preferred if at least one milling tool is included in the work spindle of the machining head of the hobbing machine is clamped at least two different work areas. The different work areas are characterized by different tool diameters. Such a milling tool is used in particular for multiple toothing of a workpiece, wherein the teeth to be produced differ significantly with respect to their diameter.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Wälzfräsmaschine mit einem Werkstücktisch zur Werkstückaufnahme und einem entsprechenden Tischantrieb um ein Mehrgangschaltgetriebe erweitert, dass abtriebsseitig am Tischantrieb sitzt. Der Werkzeugtisch mit der Werkstückaufnahme zum Einspannen eines Werkstückes kann mittels des Tischantriebes in Rotation versetzt werden. Mittels des Mehrgangschaltgetriebes kann die Übersetzung zwischen Tischantrieb und Werkstückaufnahme variiert werden, um unterschiedliche Drehzahlbereich mittels des Tischantriebes bedienen zu können. Hierdurch lässt sich das Werkstück mit unterschiedlichen Drehzahlgeschwindigkeiten bzw. Drehmomenten in Rotation versetzen.According to a further aspect of the invention, a hobbing machine with a workpiece table for workpiece reception and a corresponding table drive is extended by a multi-speed transmission that sits on the drive side of the table drive. The tool table with the workpiece holder for clamping a workpiece can be set in rotation by means of the table drive. By means of the multi-speed transmission, the ratio between the table drive and workpiece holder can be varied to operate different speed range by means of the table drive can. As a result, the workpiece can be set in rotation at different speeds of rotation or torques.

Ferner ist es vorstellbar, die Wälzfräsmaschine mit dem wenigstens einen Mehrgangschaltgetriebe innerhalb des Tischantriebes zusätzlich mit einem Bearbeitungskopf gemäß der vorliegenden Erfindung auszugestalten. Bezüglich der erzielbaren Vorteile wird auf die vorangegangenen Erläuterungen verwiesen.Furthermore, it is conceivable to design the hobbing machine with the at least one multi-speed transmission within the table drive in addition to a machining head according to the present invention. With regard to the achievable advantages, reference is made to the preceding explanations.

Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung sollen im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:Further advantages and features of the invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment shown in the figures. Show it:

1: eine perspektivische Skizze der erfindungsgemäßen CNC-Wälzfräsmaschine; 1 a perspective sketch of the CNC hobbing machine according to the invention;

2: eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Bearbeitungskopfes und 2 a side view of the machining head according to the invention and

3: eine perspektivische Seitenansicht des Bearbeitungskopfes gemäß 2. 3 a perspective side view of the machining head according to 2 ,

1 zeigt eine skizzierte Darstellung einer erfindungsgemäßen CNC-Wälzfräsmaschine. In der schematischen perspektivischen Darstellung der CNC-Wälzfräsmaschine sind die unterschiedlichen Bewegungsrichtungen eingezeichnet. Der Darstellung sind die fünf Standardachsen der CNC-Maschine zu entnehmen, die sich in die drei Linearachsen X1, Z1, V1 sowie die drei Rotationsachsen A1, B1 und C2 einteilen lassen. 1 shows a sketched representation of a CNC hobbing machine according to the invention. In the schematic perspective view of the CNC hobbing machine, the different directions of movement are shown. The illustration shows the five standard axes of the CNC machine, which can be divided into the three linear axes X1, Z1, V1 and the three axes of rotation A1, B1 and C2.

Der Bearbeitungskopf 20 und das darin eingespannte Werkzeug ist gegenüber dem Maschinenständer 10 um die Rotationsachse A1 verschwenkbar und entlang der Achse Z1 linear verschiebbar. Die Rotationsachse B1 kennzeichnet die Rotationsbewegung des in der Arbeitsspindel eingespannten Fräswerkzeuges. Zusätzlich kann die Arbeitsspindel in V1 Richtung vershiftet werden.The machining head 20 and the tool clamped therein is opposite the machine stand 10 pivotable about the axis of rotation A1 and linearly displaceable along the axis Z1. The rotation axis B1 characterizes the rotational movement of the milling tool clamped in the work spindle. In addition, the work spindle can be moved in V1 direction.

Die Rotationsachse C2 bezeichnet die Drehbewegung des Maschinentischs 21 bzw. des darin aufgenommenen Werkstückes. Der gesamte Maschinenständer 10 lässt sich entlang der Linearachse X1 verschieben. Die Linearachsen X1, Z1 und V1 dienen zur Radialbewegung des Werkzeugs (X1), zur Vorschubbewegung des Werkzeugs (Z1) sowie zur Tangentialbewegung des Werkzeugs (V1). Gezeigt ist ebenfalls ein Gegenständer 30, der unterschiedliche Funktionen, beispielsweise zur Integration eines Gegenhalterarmes, eines Ringladers, etc. übernehmen kann. Die Drehachse C3 eignet sich beispielsweise zur Ausführung der Drehbewegung eines Ringladers.The axis of rotation C2 denotes the rotational movement of the machine table 21 or of the workpiece received therein. The entire machine stand 10 can be moved along the linear axis X1. The linear axes X1, Z1 and V1 serve for the radial movement of the tool (X1), for the advancing movement of the tool (Z1) and for the tangential movement of the tool (V1). Shown is also a backrest 30 , which can take over different functions, for example for the integration of a counter-holder arm, a ring loader, etc. The axis of rotation C3 is suitable, for example, for carrying out the rotary movement of a ring loader.

2 zeigt eine Seitenansicht des Bearbeitungskopfes 20. Ersichtlich ist hier die Arbeitsspindel mit dem Hauptlager 22 sowie dem Gegenlager 23. Zwischen beiden Lagerteilen 22, 23 ist auf einem Arbeitsdorn ein entsprechendes Fräswerkzeug 40 einspannbar. Der Abstand der Lagerteile 22, 23 zueinander kann mittels der Gegenlagerverstellung 24 angepasst werden. Die Arbeitsspindel wird über den Fräsantrieb 25 in Rotation um die Achse B1 versetzt. Abtriebsseitig am Antriebsmotor 25 ist ein Mehrgangschaltgetriebe 27 angeflanscht. Die manuelle Gangwahl erfolgt über die Schaltung 26. Abtriebsseitig am Mehrgangschaltgetriebe 27 ist ein Getriebekasten 28 mit einem integrierten Stufengetriebe montiert. 2 shows a side view of the machining head 20 , Obvious here is the work spindle with the main bearing 22 and the counter bearing 23 , Between both bearing parts 22 . 23 is on a working mandrel a corresponding milling tool 40 clamped. The distance of the bearing parts 22 . 23 each other can by means of the abutment adjustment 24 be adjusted. The work spindle is via the milling drive 25 set in rotation about the axis B1. Output side on the drive motor 25 is a multi-speed gearbox 27 flanged. Manual gear selection is via the circuit 26 , On the output side of the multi-speed gearbox 27 is a gear box 28 mounted with an integrated multi-step transmission.

3 zeigt eine schematische Skizze eines Fräswerkzeuges 40 zur Erstellung von Mehrfachverzahnungen. Dieses kann in die Arbeitsspindel zwischen den Lagern 22, 23 eingespannt werden. Das Fräswerkzeug 40 umfasst insgesamt zwei unterschiedliche Bearbeitungsbereiche 40a, 40b, die sich durch unterschiedliche Werkzeugdurchmesser voneinander unterscheiden. Mittels der unterschiedlichen Arbeitsbereiche 40a, 40b lassen sich Mehrfachverzahnungen 50a, 50b an einem Werkstück 50 herstellen. Exemplarisch zeigt 3 ein entsprechendes Werkstück 50 mit unterschiedlichen Verzahnungen 50a, 50b. Die Verzahnung 50b wurde unmittelbar in die Werkstückwelle 51 eingebracht. 3 shows a schematic sketch of a milling tool 40 for creating multiple gears. This can be done in the work spindle between the bearings 22 . 23 be clamped. The milling tool 40 comprises a total of two different processing areas 40a . 40b , which differ from each other due to different tool diameters. By means of the different work areas 40a . 40b can be multiple gears 50a . 50b on a workpiece 50 produce. Exemplary shows 3 a corresponding workpiece 50 with different gears 50a . 50b , The gearing 50b became directly in the workpiece shaft 51 brought in.

Der Einsatz eines derartigen erfindungsgemäßen Bearbeitungskopfes 50 mit einem Mehrgangschaltgetriebe 27 hat den folgenden Vorteil. Insbesondere Wälzfräsmaschinen werden für eine Vielzahl an unterschiedlichen Bearbeitungsaufgaben mit Wälzfräsern unterschiedlicher Bauart und Material eingesetzt. Hierzu zählen beispielsweise HM, HSS, HSS-PM. Diese unterschiedlichen Aufgaben erfordern unterschiedlich hohe Drehzahlen bzw. Schnittgeschwindigkeiten und gleichzeitig unterschiedliche Drehmomente (Vorschub, kleiner Modul, großer Modul). Als Beispiel sei hier nochmals auf die Mehrfachverzahnung 50 verwiesen, deren Verzahneigenschaften sich durch große und kleine Module unterscheiden. Auch kommen hierbei unterschiedlich große Durchmesser in Frage. Denkbar ist es auch, einen ersten und zweiten Schnitt mit unterschiedlichem Aufmaß bzw. Vorschub auszuführen.The use of such a machining head according to the invention 50 with a multi-speed gearbox 27 has the following advantage. In particular hobbing machines are used for a variety of different machining tasks with hobs of different design and material. These include, for example, HM, HSS, HSS-PM. These different tasks require different speeds or cutting speeds and at the same time different torques (feed, small module, large module). As an example, here again on the multiple toothing 50 referenced, whose Verzahneigenschaften differ by large and small modules. Also come here different sized diameter in question. It is also conceivable to carry out a first and second cut with different allowance or feed.

Der Einsatz des Schaltgetriebes 22 ermöglicht es, auf besonders einfacher Art und Weise, diese unterschiedlichen Bearbeitungsaufgaben mit einem einzigen Bearbeitungskopf 20 und einem einzigen Antriebsmotor 25 auszuführen. Dies hat zudem den Vorteil, dass somit auch kleinere Motoren möglich sind, die bei gegebenem Drehzahlbereich und bekannter Drehmomentanforderung betrieben werden können.The use of the manual transmission 22 enables, in a particularly simple manner, these different machining tasks with a single machining head 20 and a single drive motor 25 perform. This also has the advantage that thus smaller motors are possible, which can be operated at a given speed range and known torque request.

In der 3 ist der Bearbeitungskopf nochmals in einer perspektivischen Seitenansicht dargestellt.In the 3 the machining head is shown again in a perspective side view.

Claims

Machining head for Wälzfräsbearbeitung in a CNC hobbing machine with at least one work spindle for receiving a milling tool and at least one spindle drive, characterized in that between the spindle drive and work spindle at least one multi-speed transmission is provided.

Machining head according to claim 1, characterized in that the multi-speed transmission sits directly on the output of the spindle drive.

Machining head according to one of the preceding claims, characterized in that on the output side of the multi-speed transmission at least one further transmission is mounted, preferably a stepped transmission.

Machining head according to one of the preceding claims, characterized in that by means of the multi-speed gearbox, the achievable speed of the tool is manually adjustable.

Hobbing machine with at least one machining head according to one of the preceding claims.

Wälzfräsmaschine according to claim 5, characterized in that in the work spindle of the machining head a milling tool is clamped with at least two work areas of different diameters, in particular for the multiple toothing of a workpiece.

Wälzfräsmaschine with at least one workpiece table for receiving a workpiece and a table drive to put the clamped in the workpiece holder workpiece in rotation, characterized in that the table drive comprises at least one multi-speed transmission.

Wälzfräsmaschine according to claim 7, characterized in that the Wälzfräsmaschine is configured according to one of claims 5 and 6.