DE20215705U1

DE20215705U1 - Vorrichtung zum drehenden Bearbeiten der Innen- oder Außenprofile von Werkstücken

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Publication number: DE20215705U1
Application number: DE20215705U
Authority: DE
Original assignee: BLIS KUGELGEWINDETRIEBE GmbH; PROCON MASCHINEN GmbH
Current assignee: BLIS KUGELGEWINDETRIEBE GmbH; PROCON MASCHINEN GmbH
Priority date: 2002-10-12
Filing date: 2002-10-12
Publication date: 2003-11-20
Anticipated expiration: 2012-10-13

Description

Vorrichtung zum drehenden Bearbeiten der Innen- oder Außenprofile von Werkstücken

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum drehenden Bearbeiten entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

&iacgr;&ogr; Zur zerspanenden Bearbeitung der Außen- oder der Innenprofile von Werkstücken, beispielsweise zwecks Herstellung von gewindeartigen Strukturen, bieten sich neben dem Schleifen die Arbeitsverfahren des Gewindewirbeins, des Räumens und des Drehens an.

Nachteilig bei dem Arbeitsverfahrens des Räumens sind dessen relativ niedrige Schnittgeschwindigkeiten.

Eine hohe Akzeptanz mit Hinblick auf das Fertigungsergebnis kommt den Verfahren des Schleifens und des Gewindewirbeins zu, insbesondere dann, wenn es sich um die Bearbeitung von Außen profilen, beispielsweise des Außengewindes von Kugelrollspindeln handelt. Dies gilt trotz der dem Schleifen eigenen Nachteile wie z.B. den notwendigen Profilkorrekturen an den Schleifscheiben und der geringen Zerspanungsleistung. Nachteilig beim Schleifen sind jedoch die hohen Kosten der Ölaufbereitung für die Schmierung, der Absaugung von Ölnebel und der Entsorgung des sich auf diesem Wege ergebenden Sondermülls.

Die Technik des Gewindewirbeins insbesondere von Außengewinden gilt als besonders wirtschaftlich, insbesondere dann, wenn kostengünstige, mehrfach nachschleifbare Wendeplatten als Schneidkörper Verwendung finden. Ein die Wirtschaftlichkeit beeinflussender Parameter liegt auch in der Voreinstellbarkeit der Wendeplattenhalter zueinander. Die Anwendung dieses Verfahrens zum Herstellen von Innengewinden stößt hingegen dann auf Grenzen, wenn es sich

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um Innengewindeprofile handelt, deren Länge groß im Vergleich zu ihrem Durchmesser ausfällt und dann, wenn es sich um gewindeartige Profile mit größeren Steigungen, beispielsweise bis zu der Größenordnung des Durchmessers dieser Profile handelt. Zur Vermeidung von Kollisionen mit dem Kerndurchmesser muss dann nämlich der das Schneidwerkzeug tragende Wirbeldorn außerordentlich geschwächt werden, welches zu Instabilitäten, Schwingungen und Rattererscheinungen führt.

Problematisch ist auch die Bearbeitung von gehärteten Werkstücken, welche &iacgr;&ogr; gleichermaßen wie diejenige der Bearbeitung von Gewindeprofilen mit großen Steigungen hohe Vorschubgeschwindigkeiten in Achsrichtung des Werkstücks erforderlich machen, die mit den zur Verfügung stehenden Systemen faktisch nicht erreichbar sind.

Für die Weichbearbeitung von Innengewinden mit großem Steigungswinkel ist das sogenannte Hubwirbelverfahren entwickelt worden, bei welchem der Wirbeldorn nicht mehr nach Maßgabe des Steigungswinkels des Innengewindes geneigt angeordnet ist, sondern sich vielmehr axial erstreckt und eine aus zwei Teilbewegungen zusammengesetzte Bewegung beschreibt. Bei diesen TeN-bewegungen handelt es sich um eine Drehbewegung um die Achse des Wirbeldorns und einer dem überlagerten sinusartigen axialen Schwingungsbewegung. Dieses Verfahren ist jedoch für hohe Drehzahlen infolge der auftretenden Massenkräfte nicht geeignet. Der Versuch, mit konstruktiven Mitteln einen Massenausgleich zu erreichen führt zu einem beträchtlichen Konstruktionsaufwand und darüber hinaus zu dem Problem, dass der Massenausgleich stets sich ändernden Werkzeugabmessungen angepasst werden muss.

Ebenfalls bei der Bearbeitung von Innengewinden großer Länge ist es bekannt, den Wirbeldorn innerhalb der Kernbohrung des Werkstücks radial abzustützen, um Zerspanungskräfte sicher bei stabiler Werkzeugführung aufnehmen zu können.

Die drehende Bearbeitung von Werkstücken zwecks Herstellung gewindeartiger Strukturen ist ebenfalls eine gut eingeführte Technik, und zwar sowohl be-

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zogen auf Innen- als auch auf Außenprofile. Bei der Bearbeitung von Hartmetallen bzw. gehärteten Werkstücken sowie der Herstellung von Gewindeprofilen mit großer Steigung ergeben sich jedoch vergleichbare Probleme, welche die Stabilität der Werkzeugführung sowie die erreichbare Zerspanungsleistung betreffen. Beispielsweise ergeben sich bei einer gewünschten Vorschubgeschwindigkeit entlang einer herzustellenden Gewindeflanke mit zunehmender Steigung Probleme betreffend die erforderliche Vorschubgeschwindigkeit in Achsrichtung des Werkstücks, welche mit den zur Zeit verfügbaren Systemen nicht bzw. kaum erreichbar sind. Dies gilt insbesondere dann, wenn wie oben bereits erwähnt, die Steigung eine Größenordnung erreicht, die nahezu dem Durchmesser des zu bearbeitenden Profils entspricht. Diese Problematik stellt sich auch beim Drehen von gehärteten Werkstücken, welches aufgrund der hohen Drehzahlen des Werkstücks axiale Vorschubgeschwindigkeiten erforderlich macht, die mit den vorhandenen bekannten Maschinenkonzepten kaum erreichbar sind.

Es ist vor diesem Hintergrund die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art zu konzipieren, welche auf der Verfahrensgrundlage des Drehens bei hoher Zerspanungsleistung eine stabile Werkzeugführung sowie insbesondere das Drehen von gehärteten Werkstücken sowie die Herstellung von langen Innengewindeprofilen mit großer Steigung ermöglicht, welche beispielsweise die Größenordnung des Durchmessers des Profils hat. Gelöst ist diese Aufgabe bei einer solchen Vorrichtung durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1.

Ausgangspunkt der Erfindung ist das Konzept einer Vorrichtung, bei welcher sich auf einem Maschinengestell ein eine Hauptspindel lagernder Spindelkasten befindet, welche eine Einspanneinrichtung für das zu bearbeitende Werkstück trägt, das sich während der Bearbeitung in Achsrichtung der Hauptspindel erstreckt. Auf dem Maschinengestell befindet sich ferner ein Werkzeugschlitten, der unter anderem als Träger eines Drehwerkzeugs fungiert, welches zumindest parallel zur Achsrichtung des Werkstücks und radial zu dieser Richtung zustellbar ist. Die zu realisierende Zustellgeschwindigkeit in Achsrichtung des Werkstücks wird bestimmt durch die Führungsgeschwindigkeit entlang der

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Flanke des herzustellenden Gewindeprofils, dessen Steigungswinkel und dem Verhältnis von Steigung und Durchmesser. Um bei gegebener Führungsgeschwindigkeit auch unter extremen Steigungsverhältnissen die sich ergebende Zustellgeschwindigkeit in Achsrichtung realisieren zu können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, neben dem Werkzeugschlitten auch den Spindelkasten verschiebbar auf dem Maschinengestell anzuordnen, und zwar mit der Maßgabe, dass die resultierende Zustellgeschwindigkeit des Drehwerkzeugs in Achsrichtung des Werkstücks sich additiv aus den Geschwindigkeiten des Spindelkastens und des Werkzeugschlittens jeweils gegenüber dem Maschinengestell zusammensetzt. Dies wiederum eröffnet die Möglichkeit der Realiesierung solcher axialer Zustellgeschwindigkeiten, die bei der Bearbeitung von Hartmetallen bzw. gehärteten Werkstücken erforderlich sind. Es wird ferner die wirtschaftliche Bearbeitung von Gewindeprofilen mit großer Steigung ermöglicht, nämlich Steigungen, die in der Größenordnung des Durchmessers des Gewindeprofils liegen. Dies gilt gleichermaßen für die Bearbeitung von Innen- und von Außenprofilen.

Das Prinzip des Erfindungsgegenstands besteht somit darin, das Werkstück und das Werkzeug gleichachsig zustellbar anzuordnen, um aufgrund der genannten Addition der Zustellgeschwindigkeiten die Beschränkungen herkömmlicher Systeme zu überwinden, die sich ergeben, sobald es um eine Hochgeschwindigkeitsbearbeitung von gehärteten Werkstücken oder um die Bearbeitung von Gewindeprofilen mit großer Steigung geht.

Die eingangs genannte Aufgabe ist bei einer solchen Vorrichtung alternativ auch durch die Merkmale der Kennzeichnungsteile der Ansprüche 2 und 3 lösbar.

Das Lösungsprinzip des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 2 besteht darin, dass bei auf dem Maschinengestell fest angeordnetem Spindelkasten der Werkzeugschlitten seinerseits auf einem Führungsschlitten angeordnet ist, der gegenüber dem Maschinengestell in Achsrichtung des eingespannten Werkzeugs verschiebbar ist. Die Verschiebbarkkeiten des Werkzeugschlittens und des Führungsschlittens sind parallel zueinander angelegt und verlaufen in Rieh-

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tung der Achse des eingespannten Werkstücks bzw. parallel zu dieser. Dies bedeutet, dass sich die absolute Zustellgeschwindigkeit des Drehwerkzeugs additiv aus den Geschwindigkeiten des Werkzeugschlittens relativ zu dem Führungsschlitten und des Führungsschlittens relativ zu dem Maschinengestell zusammensetzt. Auch auf diesem Wege ist die Bereitstellung einer Vorschubgeschwindigkeit in Achsrichtung des Werkstücks erreichbar, durch welche den eingangs genannten extremen Bedingungen wirkungsvoll begegnet werden kann.

&iacgr;&ogr; Das Lösungskonzept entsprechend dem Kennzeichnungsteil des Anspruchs 3 entspricht im Wesentlichen demjenigen des Anspruchs 2 mit dem Unterschied lediglich, dass nunmehr der die Hauptspindel tragende Spindelkasten auf einem Führungsschlitten verschiebbar angeordnet ist, der seinerseits gegenüber dem Maschinengestell verschiebbar angeordnet ist, so dass sich wiederum die Zustellgeschwindigkeit des Drehwerkzeugs gegenüber dem Werkstück additiv aus den Geschwindigkeiten des Spindelkastens relativ zu dem Führungsschlitten und derjenigen des Führungsschlittens relativ zu dem Maschinengestell zusammensetzt.

Das Lösungskonzept entsprechend dem Kennzeichnungsteil des Anspruchs 4 entspricht sinngemäß einer Zusammenfassung der Lösungskonzepte der Ansprüche 2 und 3, so dass sich die erzielbare Zustellgeschwindigkeit des Werkstücks gegenüber dem Werkzeug in Achsrichtung des Werkstücks gesehen additiv nunmehr aus vier Teilgeschwindigkeiten zusammensetzt.

Die Merkmale der Ansprüche 5 bis 7 sind auf eine konstruktive Ausgestaltung des Gegenstands des Anspruchs 1 gerichtet. Die unterschiedlichen Zustellbewegungen des Werkzeugschlittens sowie des Spindelkastens werden hiernach mittels eines Antriebes bereitgestellt, dessen Abtriebsbewegung über ein Verzweigungsgetriebe geführt ist, welches sowohl mit dem Werkzeugschlitten als auch mit dem Spindelkasten in Verbindung steht. Im einfachsten Fall ist das Verzweigungsgetriebe mit der Maßgabe angelegt, dass beide Zustellbewegungen nach Maßgabe gleicher Geschwindigkeiten ablaufen. Besonders vorteilhaft ist jedoch die Verwendung eines solchen Verzweigungsgetriebes, wel-

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ches zur ausgangsseitigen Generierung unterschiedlicher Geschwindigkeiten ausgelegt ist, da dieses Variationsmöglichkeiten eröffnet, um eine bessere Anpassung an konkrete Anforderungen des Einzelfalls zu ermöglichen. Das Verzweigungsgetriebe kann beispiellhaft als Kugelrollspindelgetriebe angelegt sein, dessen Kugelrollspindel aus zwei Abschnitten zusammengesetzt ist, nämlich aus einem ersten rechtsgängigen und einem zweiten linksgängigen Abschnitt besteht, wobei mit diesen Abschnitten jeweils Kugelmuttern im Eingriff stehen, die mit dem Werkzeugschlitten oder dem Spindelkasten in Wirkverbindung stehen. Eine Drehung der Kugelrollspindel generiert somit stets gegenläufige Linearbewegungen des Werkzeugschlittens bzw. des Spindelkastens, so dass über einen einheitlichen Antrieb der Kugelrollspindel nach Maßgabe deren Drehrichtung diese Bewegungen bereitstellbar sind.

Die Merkmale der Ansprüche 8 bis 10 sind auf eine konstruktive Ausgestaltung des Lösungsprinzips entsprechend den Kennzeichnungsteilen der Ansprüche und 3 gerichtet. Wesentlich ist, dass hiernach zwei voneinander getrennte Antriebe vorgesehen sind, die im Fall des Anspruchs 2 in Antriebsverbindung mit dem Führungsschlitten sowie dem Werkzeugschlitten bzw. im Fall des Anspruchs 3 in Antriebsverbindung mit dem dort genannten Führungsschlitten sowie dem Spindelkasten stehen. In weiterer Ausgestaltung dieses Prinzips sind die Antriebe bzw. die diesen nachgeordneten Getriebe mit Hinblick auf die ausgangsseitige Generierung von Linearbewegungen bzw. Zustellbewegungen unterschiedlicher Geschwindigkeit hin steuerbar ausgelegt. Dies wiederum eröffnet Variationsmöglichkeiten zwecks Anpassung an zerspanungstechnische Anforderungen des Einzelfalls.

In weiterer Ausgestaltung dieses Prinzips sind als ausgangsseitig Linearbewegungen generierende Getriebe entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 11 wiederum Kugelrollspindelgetriebe eingesetzt. Es handelt es sich hierbei im Einzelnen um ein erstes Kugelrollspindelgetriebe, dessen Kugelrollspindel mit dem genannten Schlitten in Verbindung steht und um ein zweites Kugelrollspindelgetriebe, dessen Kugelrollspindel mit dem Maschinengestell in fester Verbindung steht.

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Die Merkmale der Ansprüche 12 und 13 sind auf die weitere konstruktive Ausgestaltung der Variante des Erfindungsgegenstands gerichtet, gemäß welcher sowohl der Spindelkasten als auch der Werkzeugschlitten verschiebbar angeordnet sind. Zu diesem Zweck ist eine Führung vorgesehen, entlang welcher diese beiden Komponenten verschiebbar angeordnet sind. Der Motor, der den Drehantrieb der Hauptspindel um deren Achse vermittelt, steht üblicherweise mit dem Spindelkasten in fester Verbindung und kann erfindungsgemäß zusammen mit diesem bewegt werden. Zur Reduzierung der zu verschiebenden Masse kann jedoch der Motor besonders vorteilhaft auch ortsfest auf dem Maschinengestell angeordnet sein und über eine längenveränderbare bzw. teleskopierbare Welle mit den Getriebeelementen innerhalb des Spindelkastens in Verbindung stehen, welche den Drehantrieb der Hauptspindel bewirken.

Die Merkmale der Ansprüche 14 und 15 sind auf weitere konstruktive Ausgestaltungen des Lösungsprinzips entsprechend den Merkmalen der Ansprüche und 3 gerichtet. Hiernach sind jeweils zwei Antriebe vorgesehen, wobei die diesen zugeordneten Motoren grundsätzlich ortsfest auf dem Maschinengestell angeordnet sein können, welches zumindest für den Fall des Motors, der dem Antrieb des Werkzeugschlittens zugeordnet ist, wiederum die Verwendung einer teleskopierbaren Antriebswelle erforderlich macht. Im einfachsten Fall ist hingegen der Motor, der dem Antrieb des Werkzeugschlittens zugeordnet ist, an dem Schlitten fest angebracht und somit zusammen mit diesem verschiebbar, wohingegen der Motor, der dem Antrieb des Führungsschlittens zugeordnet ist, ortsfest an dem Maschinengestell angebracht ist.

Entsprechend dem letztgenannten Konzept sind sowohl der Führungsschlitten als auch das Maschinengestell mit Führungen versehen, die sich parallel zueinander und insbesondere in Achsrichtung des eingespannten Werkstücks erstrecken. Diese Führungen sind jeweils zur Auflagerung des Führungsschlittens bzw. des Werkzeugschlittens bestimmt.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 17 sind die Antriebe der Hauptspindel einerseits und die Antriebe der Zustellbewegungen des Drehwerkzeugs andererseits steuerungstechnisch voneinander getrennt. Dies bedeutet, dass die

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Hauptspindel ständig angetrieben sein kann, ohne dass mit dieser Bewegung eine Bewegung der Antriebe des Drehwerkzeugs verbunden ist. Von Vorteil ist hierbei, dass auf eine Abbremsung und eine Umkehr der Drehrichtung der Hauptspindel verzichtet werden kann.

Die Merkmale des Anspruchs 18 sind insoweit von Vorteil, als infolge des Zerspanungsfortschritts entwickelte Späne einfach vertikal abführbar sind.

Die Merkmale der Ansprüche 19 und 20 sind auf eine vorteilhafte Ausgestaltung insoweit gerichtet, als das Profil des Werkstücks, beispielsweise anhand des erstellten Flankendurchmessers einer direkten Überwachung zugänglich ist, wobei gleiches für das Profil der eingespannten Drehwerkzeuge gilt. Letzteres kann auf optischem Wege beispielsweise über einen entsprechenden Projektor durchgeführt werden.

Zur Vermeidung unnötiger Massen ist die Werkzeughalterung für das Drehwerkzeug rohrartig ausgebildet und kann entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 21 im Bedarfsfall bei einer Innenprofilbearbeitung eines Werkstücks über einen in dessen Kernbohrung geführten Stützzylinders geführt und radial abgestützt sein. Dies ermöglicht eine besonders stabile Führung des Werkzeugs.

Man erkennt anhand der vorstehenden Ausführungen, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere unter den genannten extremen Bedingungen zur wirtschaftlichen Bearbeitung der Innen- oder der Außenprofile von Werkstücken geeignet ist. Beispielsweise kann es sich hierbei um das Innenprofil einer Kugelmutter sowie um das Außenprofil einer Kugelrollspindel handeln. Darüber hinaus kommen naturgemäß zahlreiche weitere Anwendungsfälle in Betracht, wo immer die Bereitstellung einer hohen Zustellgeschwindigkeit in Achsrichtung des Werkstücks von wesentlicher Bedeutung ist.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:

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Fig. 1 eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 3 eine vereinfachte Seitenansicht einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Mit 1 ist in Fig. 1 ein Spindelkasten bezeichnet, der auf einem Maschinengestell 2 in an sich bekannter Weise fest angeordnet ist. Aus dem rechtsseitigen Ende des Spindelkastens 1 ragt eine Hauptspindel 3 hervor, die mit Einspanneinrichtungen z.B. einem Spannfutter für ein Werkstück versehen ist, auf deren zeichnerische Wiedergabe jedoch verzichtet werden kann.

Die Hauptspindel 3 ist um eine Achse 4 drehbar in dem Spindelkasten 1 gelagert und steht mit einem Motor 5 in Antriebsverbindung, der fest an dem Spindelkasten 1 angeordnet ist. Das zur Bearbeitung an der Einspanneinrichtung gehaltene Werkstück erstreckt sich in Richtung der Achse 4 dieser Hauptspindel.

Mit 6 ist ein Führungsschlitten bezeichnet, der entlang einer mit dem Maschinengestell 2 in fester Verbindung stehenden Führung 7 geradlinig in Richtung auf den Spindelkasten 1 hin, insbesondere parallel zu der Achse 4 verschiebbar ist.

Zum Vorschub des Führungsschlittens 6 dient eine Kugelgewindespindel 8, deren Kugelmutter in einem Gehäuseteil 9 angeordnet ist, das mit dem Führungsschlitten 6 in fester Verbindung steht, wobei diese Kugelmutter mit einer Gewindespindel 10 im Eingriff steht.

Die Gewindespindel 10 ist an dem Maschinengestell 2 in Lagern 11, 12 und um ihre Achse drehbar gelagert und steht über ein Zugmittelgetriebe 14 mit

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einem Motor 15 in Antriebsverbindung. Der Motor 15 ist in zeichnerisch nicht näher dargestellter Weise an dem Maschinengestell 2 fest angebracht.

Auf dem Führungsschlitten 6 erstreckt sich eine weitere Führung 16 parallel zu der Führung 7 und es ist ein Werkzeugschlitten 17 entlang dieser Führung 16 verschiebbar angeordnet. Dieser trägt auf seiner, dem Spindelkasten 1 gegenüberliegenden Seite eine Werkzeughalterung 18 für ein zu Drehwerkzeug, auf dessen Wiedergabe jedoch verzichtet worden ist.

&iacgr;&ogr; Das zu bearbeitende Werkstück wird um die Achse 4 drehend angetrieben und es ist das Werkzeug in Richtung dieser Achse und radial zu dieser relativ zu dem Werkstück zustellbar.

An dem Führungsschlitten 6 ist eine Gewindespindel 19 in Lagern 20, 21 drehbar gelagert und erstreckt sich parallel zu der Gewindespindel 10. Sie steht über ein Zugmittelgetriebe 22 mit einem Motor 23 in Antriebsverbindung, der über eine Halterung mit dem Schlitten 6 in fester Verbindung steht, d.h. zusammen mit diesem verschiebbar ist.

Die absolute Vorschubgeschwindigkeit des Drehwerkzeugs entlang der Achse 4 ergibt sich additiv aus der Bewegung des Werkzeugschlittens 17 in Richtung der Pfeile 24 gegenüber dem Führungsschlitten 6 und der Bewegung des Führungsschlittens 6 in Richtung der Pfeile 25 gegenüber dem Maschinengestell 2. Infolge dieser Geschwindigkeitsaddition ist eine hohe Vorschubgeschwindigkeit in Längsrichtung des Werkstücks möglich, welche eine wirtschaftliche Bearbeitung von Hartmetall-Werkstoffen, insbesondere von gewindeartigen Innenprofilen ermöglicht, deren Steigung in der Größenordnung beispielsweise des Nenndurchmessers des Gewindeprofils liegt.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Spindelkasten 26 auf einem Schlitten 27 angeordnet, der seinerseits entlang einer mit dem Maschinengestell 2 in fester Verbindung stehenden Führung 28 in Richtung der Pfeile 29 verschiebbar ist.

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Aus dem rechtsseitigen Ende des Spindelkastens 26 ragt wiederum eine Hauptspindel 30 mit zugehörigem Spannfutter heraus, wohingegen das dieser gegenüberliegende linksseitige Ende über eine Teleskopwelle 31 mit einem Motor 32 in Antriebsverbindung steht. Der Motor 32 ist an einer mit dem Maschinengestell 2 in fester Verbindung stehenden Konsole 33 befestigt.

Unter dem Begriff Teleskopwelle soll hierein wellenartiges Maschinenelement verstanden werden, welches längenveränderbar ist und eine Drehmomentübertragung zwischen dem ortsfest angeordneten Motor 32 und dem in &iacgr;&ogr; Richtung der Pfeile 29 beweglichen Spindelkasten 26 ermöglicht.

Mit 34 ist eine Kugelgewindespindel bezeichnet, deren Kugelmutter in einem Gehäuseteil 35 angeordnet ist, welches mit dem Schlitten 27 in Verbindung steht. Diese Kugelmutter steht mit einer Gewindespindel 36 im Eingriff, die über Lager 37, 38, 39 und 40 an dem Maschinengestell 2 gelagert ist. Die Achse dieser Gewindespindel 36 erstreckt sich parallel zu der Achse 41 der Hauptspindel 30.

Die Gewindespindel 36 steht über ein Zugmittelgetriebe 42 mit einem Motor in Antriebsverbindung. Die Gewindespindel 36 weist rechtsseitig bezüglich des Zugmittelgetriebes 42 ein rechtsgängiges und linksseitig bezüglich ein linksgängiges Gewinde auf.

Mit 44 ist wiederum ein Werkzeugschlitten bezeichnet, der wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 mit einer Werkzeughalterung 45 für ein Drehwerkzeug versehen ist. Dieser Werkzeugschlitten 44 ist ebenfalls entlang der genannten Führung 28 in Richtung der Pfeile 46 verschiebbar. Zu diesem Zweck ist eine weitere Kugelgewindespindel 47 vorgesehen, deren Kugelmutter innerhalb eines Gehäuseteils 48 aufgenommen ist, welches mit dem Werkzeugschlitten 44 in fester Verbindung steht. Diese Kugelmutter steht mit der Spindelwelle 36 im Eingriff.

Man erkennt anhand der vorstehenden Ausführungen, dass nach Maßgabe der Drehzahl sowie der Umdrehungsrichtung des Motors 43 sich der Spindelkasten

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26 und der Werkzeugschlitten 44 in Richtung der Pfeile 29, 46 stets einander entgegengesetzt bewegen, und zwar entsprechend den beiderseits des Zugmittelgetriebes 42 unterschiedlichen Gewindeorientierungen der Gewindespindel 36.

Aufgrund der additiven Überlagerung der Geschwindigkeiten der beiden genannten Maschinenkomponenten eröffnet auch diese konstruktive Lösung die Möglichkeit einer Hartmetall-Bearbeitung von gewindeartigen Innenprofilen, und zwar selbst dann, wenn deren Steigung in der Größenordnung des Nenndurchmessers des Gewindeprofils liegt.

Das vorstehend anhand der Fig. 1 und 2 beispielhaft vorgestellte Konzept wird in Fig. 3 nochmals dahingehend erweitert, dass nunmehr beide Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung, nämlich ein Spindelkasten 49 und ein Werkzeugschlitten 50 nach Maßgabe jeweils zweier einander additiv überlagernder Zustellgeschwindigkeiten relativ zueinander bewegbar sind, so dass eine größtmögliche Zustellgeschwindigkeit zwischen dem zu bearbeitenden Werkstück und einem Drehwerkzeug in Richtung der Achse 51 einer Hauptspindel 52 gegeben ist. Dabei steht der, den Rundvorschub des Werkstück um die Achse 51 bewirkende Motor 53 mit dem Spindelkasten 49 unmittelbar in Verbindung. Alternativ hierzu kommt jedoch auch eine ortsfeste Anordnung des Motors auf dem Maschinengestell 2 entsprechend der Prinziplösung gemäß Fig. 2 in Betracht.

Der Spindelkasten 49 ist auf einem Führungsschlitten 54 entlang einer mit diesem in fester Verbindung stehenden Führung 55 verschiebbar aufgelagert, wobei der Führungsschlitten 54 seinerseits entlang einer mit dem Maschinengestell 2 in fester Verbindung stehenden Führung 56 ebenfalls verschiebbar ist und wobei sich die Führungen 55, 56 zueinander und zu der Achse 51 der Hauptspindel 52 parallel entsprechen.

Mit 57 ist ein weiterer Führungsschlitten bezeichnet, der mit einer, sich parallel zu der Achse 51 erstreckenden Führung 58 versehen ist, aufweicher der Werkzeugschlitten 50 verschiebbar angeordnet ist. Der Führungsschlitten 57 ist

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im Übrigen entlang der bereits genannten Führung 56 relativ zu dem Maschinengestell 2 verschiebbar.

Beide Führungsschlitten sind mit Vorschubantrieben für den Spindelkasten 49 bzw. den Werkzeugschlitten 50 versehen, mittels welchen die Verschiebung dieser beiden Komponenten gegenüber dem Führungsschlitten bewirkt wird. Beispielhaft in der Zeichnung dargestellt sind Kugelrollspindeln 59, 60, deren jeweilige Gewindespindeln 61, 62 mit zeichnerisch nicht dargestellten Motoren in Antriebsverbindung stehen. Diese Gewindespindeln 61, 62 sind wiederum &iacgr;&ogr; über Lager 63, 64 bzw. 65, 66 an den Führungsschlitten gelagert und stehen mit Kugelmuttern im Eingriff, die in Gehäuseteilen 67, 68 des Spindelkastens 49 bzw. des Werkzeugschlittens 50 aufgenommen sind und der Übertragung einer Vorschubkraft auf diese Komponenten in Richtung der Führungen 55, 58 dienen.

In analoger Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist an dem Maschinengestell 2 eine Spindelwelle 69 in Lagern 70, 71, 72, 73 gelagert, die über ein Zugmittelgetriebe 74 mit einem Motor 75, der ebenfalls an dem Maschinengestell 2 angebracht ist, in Antriebsverbindung steht.

Die Spindelwelle 69 ist wiederum in zwei Abschnitte unterteilt, und zwar in einen ersten, linksseitig bezüglich des Zugmittelgetriebes 74 befindlichen Abschnitt mit einer linksgängigen Gewindeorientierung und einen rechtsseitig des Zugmittelgetriebes 74 befindlichen Abschnitt mit einer rechtsgängigen Gewindeorientierung. Über Kugelmuttern, die in Gehäuseteilen 76, 77 aufgenommen sind und die mit der Gewindespindel 69 im Eingriff stehen, wird eine nach Maßgabe der Drehzahl und der Drehrichtung des Motors 75 definierte Verschiebebewegung auf die Führungsschlitten 54, 57 ausgeübt.

Man erkennt, dass die Zustellgeschwindigkeit des sich in Richtung der Achse 51 zwecks Bearbeitung erstreckenden Werkstücks relativ zu dem durch den Werkzeugschlitten 50 in dessen Werkzeughalterung 78 aufgenommenen Drehwerkzeugs nunmehr aus vier Teilgeschwindigkeiten zusammensetzt, nämlich denjenigen des Spindelkastens 49 und des Werkzeugschlittens 50 gegen-

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über den jeweiligen Führungsschlitten und den Geschwindigkeiten der Führungsschlitten gegenüber dem Maschinengestell 2.

Es sind zahlreiche Variationen dieses Funktionsprinzips möglich, welche unter anderem die Steuerbarkeit der Teilgeschwindigkeiten betreffen und insbesondere die Zusammenfassung der Bewegungen der beiden Führungsschlitten. Letztere kann in einfacher Weise durch zwei voneinander getrennte Antriebe auf dem gleichen Funktionsprinzip basierend ersetzt werden. Insbesondere ist auch eine Variante vorstellbar, bei welcher die Zustellbewegungen in Richtung &iacgr;&ogr; der Achse 51 ausschließlich in den Spindelkasten 49 verlagert sind.

Claims

1. Vorrichtung zum drehenden Bearbeiten der Innen- oder Außenprofile von Werkstücken, mit einem Maschinengestell (2), einer, zumindest eine Einspanneinrichtung für das Werkstück tragenden, um ihre Achse (4, 41, 51) drehend antreibbaren, in einem Spindelkasten (1, 26, 49) gelagerten Hauptspindel (3, 30,51), deren Achse sich während der Bearbeitung gleichachsig mit der Achse des Werkstücks erstreckt, und einem in einer relativ zu dem Werkstück zustellbaren Werkzeughalterung (18, 45, 78) aufgenommenen Drehwerkzeug, dadurch gekennzeichnet, dass der die Einspanneinrichtung tragende Spindelkasten (26) einerseits und ein, die Werkzeughalterung (45) mit dem Drehwerkzeug tragender Werkzeugschlitten (44) andererseits auf dem Maschinengestell (2) in Richtung aufeinander zu bzw. voneinander fort verschiebbar angeordnet sind, so dass sich die absolute Zustellgeschwindigkeit des Drehwerkzeugs in Achsrichtung des Werkstücks additiv aus den Geschwindigkeiten des Spindelkastens (26) und des Werkzeugschlittens (17) zusammensetzt.

2. Vorrichtung zum drehenden Bearbeiten der Innen- oder Außenprofile von Werkstücken, mit einem Maschinengestell (2), einer zumindest eine Einspanneinrichtung für das Werkstück tragenden, um ihrer Achse (4, 41, 51) drehend antreibbaren, in einem Spindelkasten (1, 26, 49) gelagerten Hauptspindel (3, 30,51), deren Achse sich während der Bearbeitung gleichachsig mit der Achse des Werkstücks erstreckt, und einem in einer relativ zu dem Werkstück zustellbaren Werkzeughalterung (18, 45, 78) aufgenommenen Drehwerkzeug, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugschlitten (17, 50) auf einem Führungsschlitten (6, 57) in Achsrichtung des eingespannten Werkstücks verschiebbar angeordnet ist und dass der Führungsschlitten (6, 57) auf dem Maschinengestell (2) in Achsrichtung des eingespannten Werkstücks verschiebbar ist, so dass sich die absolute Zustellgeschwindigkeit des Drehwerkzeugs in Achsrichtung des Werkstücks additiv aus den Geschwindigkeiten des Führungsschlittens (6, 57) auf dem Maschinengestell (2) und des Werkzeugschlittens (17, 50) relativ zu dem Führungsschlitten (6, 57) zusammensetzt.

3. Vorrichtung zum drehenden Bearbeiten der Innen- oder Außenprofile von Werkstücken, mit einem Maschinengestell (2), einer, zumindest eine Einspanneinrichtung für das Werkstück tragenden, um ihre Achse (4, 41, 51) drehend antreibbaren, in einem Spindelkasten (1, 26, 49) gelagerten Hauptspindel (3, 30,51), deren Achse sich während der Bearbeitung gleichachsig mit der Achse des Werkstücks erstreckt, und einem in einer relativ zu dem Werkstück zustellbaren Werkzeughalterung (18, 45, 78) aufgenommenen Drehwerkzeug, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindelkasten (49) auf einem Führungsschlitten (54) in Achsrichtung des eingespannten Werkstücks verschiebbar angeordnet ist und dass der Führungsschlitten (54) auf dem Maschinengestell (2) in Achsrichtung des eingespannten Werkstücks verschiebbar angeordnet ist, so dass sich die absolute Zustellgeschwindigkeit des Drehwerkzeugs in Achsrichtung des Werkstücks additiv aus den Geschwindigkeiten des Führungsschlittens (54) auf dem Maschinengestell (2) und des Spindelkastens (49) relativ zu dem Führungsschlitten (54) zusammensetzt.

4. Vorrichtung zum drehenden Bearbeiten der Innen- oder Außenprofile von Werkstücken, mit einem Maschinengestell (2), einer, zumindest eine Einspanneinrichtung für das Werkstück tragenden, um ihre Achse (4, 41, 51) drehend antreibbaren, in einem Spindelkasten (1, 26, 49) gelagerten Hauptspindel (3, 30,51), deren Achse sich während der Bearbeitung gleichachsig mit der Achse des Werkstücks erstreckt, und einem in einer relativ zu dem Werkstück zustellbaren Werkzeughalterung (18, 45, 78) aufgenommenen Drehwerkzeug, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugschlitten (17, 50) auf einem Führungsschlitten (6, 57) in Achsrichtung des eingespannten Werkstücks verschiebbar angeordnet ist, dass der Führungsschlitten (6, 57) auf dem Maschinengestell (2) in Achsrichtung des eingespannten Werkstücks verschiebbar ist, dass der Spindelkasten (49) auf einem Führungsschlitten (54) in Achsrichtung des eingespannten Werkstücks verschiebbar angeordnet ist und dass der Führungsschlitten (54) auf dem Maschinengestell (2) in Achsrichtung des eingespannten Werkstücks verschiebbar angeordnet ist, so dass sich die absolute Zustellgeschwindigkeit des Drehwerkzeugs in Achsrichtung des Werkstücks additiv aus den Geschwindigkeiten der beiden Führungsschlittens (6, 57) auf dem Maschinengestell (2), des Spindelkastens (49) relativ zu dem Führungsschlitten (54) und des Werkzeugschlittens (17, 50) relativ zu dem Führungsschlitten (57) zusammensetzt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Antrieb, der über ein Verzweigungsgetriebe sowohl mit dem Werkzeugschlitten (44) als auch mit dem Spindelkasten (26) zwecks Bereitstellung einer Zustellbewegung in Achsrichtung des Werkstücks in Antriebsverbindung steht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verzweigungsgetriebe zur ausgangsseitigen Generierung von Zustellbewegungen unterschiedlicher Geschwindigkeiten ausgelegt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verzweigungsgetriebe ein Kugelrollspindelgetriebe ist, dessen Kugelrollspindel (36) einen ersten rechtsgängigen und zweiten linksgängigen Abschnitt aufweist, wobei diese Abschnitte über Kugelmuttern zwecks Übertragung einer Linearbewegung jeweils mit dem Werkzeugschlitten (44) bzw. dem Spindelkasten (26) in Wirkverbindung stehen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch zwei Antriebe, die jeweils über ein ausgangsseitig eine Linearbewegung generierendes Getriebe mit dem Führungsschlitten (6) bzw. dem Werkzeugschlitten (17) in Wirkverbindung stehen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Antriebe und/oder die genannten Getriebe nach Maßgabe der ausgangsseitigen Generierung von Linearbewegungen unterschiedlicher Geschwindigkeit steuerbar ausgelegt sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch zwei Antriebe, die jeweils über ein ausgangsseitig eine Linearbewegung generierendes Getriebe mit dem Spindelkasten (49)bzw. dem Führungsschlitten (54) in Wirkverbindung stehen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgangsseitig Linearbewegungen generierenden Getriebe Kugelrollspindelgetriebe sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der den Drehantrieb der Hauptspindel (30) um deren Achse (41) bewirkende Motor (32) ortsfest auf dem Maschinengestell (2) angeordnet ist und über eine längenveränderbare Welle (30) mit Getriebeelementen innerhalb des Spindelkastens (26) in Verbindung steht.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 5 bis 7 oder 12, gekennzeichnet durch eine auf dem Maschinengestell (2) angeordnete, sich parallel zu der Achsrichtung des eingespannten Werkstücks erstreckende Führung (28), entlang welcher ein den Spindelkasten (26) tragender Schlitten (27) und der Werkzeugschlitten (44) verschiebbar angeordnet sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 8, 9, dadurch gekennzeichnet, dass die den Antrieben zugeordneten Motoren (15, 23) ortsfest auf dem Maschinengestell (2) angeordnet sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 8, 9, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Antrieb des Werkzeugschlittens (17) auf dem Führungsschlitten (6) zugeordnete Motor (23) an dem Führungsschlitten (6) fest angebracht ist und dass der dem Antrieb des Führungsschlittens (6) entlang des Maschinengestells (2) zugeordnete Motor (15) an dem Maschinengestell (2) fest angebracht ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine mit dem Maschinengestell (2) in fester Verbindung stehende, zur Auflagerung des Führungsschlittens (6) bestimmte Führung (7) und eine mit dem Führungsschlitten (6) in fester Verbindung stehende, zur Auflagerung des Werkzeugschlittens (17) bestimmte Führung (16), die sich parallel zu der Führung (7) erstreckt.

17. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch eine voneinander unabhängige Steuerbarkeit der Antriebe der Hauptspindel (3, 30) einerseits und der den Zustellbewegungen des Drehwerkzeugs zugeordneten Antriebe andererseits.

18. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Achsen (4, 41, 51) der Hauptspindel (3, 30,52) und somit des eingespannten Werkstücks vertikal erstrecken.

19. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 18, gekennzeichnet durch direkte Messsysteme für das herzustellende Profil des Werkstücks.

20. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 19, gekennzeichnet durch Messsysteme zur Kontrolle des Profils des eingespannten Drehwerkzeugs.

21. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehwerkzeug bei einer Innenprofilbearbeitung eines Werkstücks über einen in einer Kernbohrung des Werkstücks geführten Stützzylinder geführt und radial abgestützt ist.