DE2163242A1

DE2163242A1 - Vorschubantrieb fuer schlitten an werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DE2163242A1
Application number: DE2163242A
Authority: DE
Inventors: Alois Moosmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-12-20
Filing date: 1971-12-20
Publication date: 1973-06-28
Also published as: US3820412A; CH561103A5

Description

Alois Moosmann, Stuttgart-Birkach, Muttergartenweg

Vorschubantrieb für S oh lit ten an Werkzeug«! aschinen

Die Leistungsfähigkeit einer Werkzeugmaschine und die Qualität der von ihr bearbeiteten Werkstücke ist abhängig von der Steifigkeit der Maschine, d.h. von ihrer Verformung unter der Einwirkung der in weiten Grenzen wechselnden Kräfte zwischen Werkzeug und Werkstück während des Zerspannungsvorganges. Von grundlegendem Einfluß auf diese Steifigkeit ist der Antrieb für die Verschiebung des Schlittens und seine Führung.

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Für den Vorschubantrieb werden üblicherweise Zahnstange und Ritzel, Gewindespindel und Mutter,. Schneekenzahnstange und Schnecke sowie Druckölzylinder mit Kolben verwendet. Die letztgenannte Lösung ist wegen der physikalisch bedingten Kompressibilität des Öles nur von geringer Steifigkeit. Ihre Anwendung verdankt sie ihrer bequemen Steuerbarkeit. Sehr verbreitet ist die Anwendung der Gewindespindel mit Mutter. Hierbei fc ist es durch Verwendung von Mutter und Gegenmutter sehr einfach, die Übertragung spielarm einzustellen· Ihr Wert wird jedoch im Hinblick auf die erforderliche Steifigkeit wegen der unvermeidlichen Dehnlänge der Gewindespindel stark beeinträchtigt. Der Steifigkeit abträglich ist auch die Befestigung der Gewindespindel am Ende des üchiebers. Zahnstange und Ritzel sind mit dem grundsätzlichen Nachteil behaftet, daß über ein Drittel der Verschiebekraft sich als Querkraft infolge des Zahneingriffs auswirkt und bei üblichen Schlittenführungen mit Spiel die Güte der Führung beeinträchtigt. Außerdem ist die Beseitigung des Spiels zwischen Zahnstange und Ritzel problematisch.

Die Erfindung vermeidet diese Nachteile und ergibt eine sehr hohe Steifigkeit. Sie verwendet Ritzel

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und Zahnstange, weil diese Elemente mit sehr hoher Genauigkeit ohne Schwierigkeiten herstellt) ar sind und einen sehr guten Wirkungsgrad aufweisen. Die Ex'zielung hoher Schnellverstellungs-Geschwindigkeiten bietet auch keine Schwierigkeit. Insbesondere in · Verbindung mit einer vorgespannten Wälfcörperführung nach dem Patent 1 273 9^7 des Anmelders wird erfindungsgemäß eine sehr vorteilhafte Lösung dadurch erzielt, daß die-Führungsschienen derselben als Zahnstangen ausgebildet werden. Die Abdrückkraft eines oder mehrerer Zahnritzel, welche beim Zahneingriff etwa 1/3 der zu übertragenden Umfangskraft beträgt, wird direkt von der vorgespannten Wälzkörperführung aufgenommen, ohne daß sie sich'auf die Güte der Schlittenführung auswirkt. Die so entstehende Steifigkeit ergibt die Voraussetzung dafür, daß der Eingriff von Zahnritzeln in die Zahnstange zur Beseitigung jeglichen Spiels vorgespannt werden kann.·

Für die Vorspannung selbst wurde erfindungs-

Ein

gemäß eine besonders zweckmäßige Lösung erzielt./Zahnritzel bestent aus einem Stück mit der antreibenden Welle oder ist mit derselben drehsteif verbunden. Ein zweites Ritzel ist auf der Antriebswelle drehbar,

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aber nicht verschiebbar angeordnet. Die Verbindung zwischen Ritzel und Antriebswelle erfolgt durch eine Spannmuffe, welche nicht verdrehbar, aber verschiebbar auf der Antriebswelle sitzt. Eine erfindungsgemäß ausgebildete Stirnverzahnung an der Spannmuffe greift in eine ebensolche am Zahnritzel ein. Der Zahnwinkel ergibt beim Verschieben der Spannmuffe mittels einer Mutter eine Verdrehung des Ritzels in ψ einem beschränkten Bereich. Es ist nötig, die Winkel zwischen einem Ritzelzahn, einem Stirnzahn und einem Ftthrungskeil an der Welle mit der üblichen Toleranz so zu legen, daß beim Verschieben der Spannmuffe eine Drehung des Ritzels in Richtung der gewünschten Vorspannung entsteht.

Die Stirnverzahnung gemäß der Erfindung weicht von den bekannten Stirnverzahnungen dadurch ab, daß sich der Zahnflankenwinkel mit der radialen Entfernung vom Mittelpunkt so ändert, daß sich über den ganzen axialen Versehiebeweg eine Anlage der Zahnflanken ergibt. Diese Winke!veränderung entsteht durch Verschwenken des die Flanke erzeugenden Werkzeuges mit der istläi radialen Entfernung vom Mittelpunkt. Auf diese Weise erhält man eine sehr¹ steife Verbindung zwischen der antreibenden Welle und dem Zahnritzel, welche in einem

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gewissen, für die Erzielung einer Vorspannung des Zahneingriffs in die Zahnstange ausreichenden Bereich verdreheinstellbar ist.

Die erfindungsgemäße Ausbildung des Vorschubantriebes ermöglicht auf einfache Weise die Anordnung von zwei mit Verzahnungen versehenen Führungsschienen und mehreren Antriebswellen mit entsprechend vielen Zahnritzeln zur Verminderung der pro Zahn zu übertragenden Vorschubkraft und damit zur weiteren Erhöhung der Steifigkeit.

Bei den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde der gesamte Vorschubantrieb in dem zu verschiebenden Maschinentisch angeordnet, um ein νerhältnismäßlg kleines Werkstück für die genaue Bearbeitung der erforderlichen Lagerbohrungen und außerdem eine bequeme Zugänglichkeit zu den eingebauten Getriebeueilen zu erreichen. Die Anordnung läßt sich naturgemäß auch umkehren.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in verschiedenen Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeilen:

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Fig. 1 im senkrechten Querschnitt einen Maschinentisch mit vorgespannter Rollenführung und eingebautem Vorschubantrieb über zwei Zahnstangen sowie Vorspannung der beiden Ritzel gegen die beiden Zahnstangen,

Fig. 2 denselben Maschinentisch mit; Vorschubantrieb durch gegeneinander vorspannbare Doppelritzel an jeder der beiden Zahnstangen im senkrechten Querschnitt nach der
Linie G-D der Fig. \j,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Vorschubantrieb mit drei Ritzeln auf eine Zahnstange nach der Linie E-F der Fig. 4,

Fig. 4 einen waagerechten Querschnitt mit je
drei Zahn-Doppelritzeln nach der Linie
G-H der Fig. 5,

Fit,. 3 den Antrieb der drei Ritzelwellen mit

Schnecke und Schneckenrad sowie Zwischenrädern zwischen den Rltselwellen im senkrechten Längsschnitt nach der Linie J-K der Fig. 4,

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BAD

Fig. 6 einen Querschnitt durch ein Keilprofil mit Blick auf die Stirnverzahnung der Verbindungsmuffe,

Fig. 7 einen Längsschnitt durch die Stirnverzahnung und eine Ansicht auf dieselbe nach der Linie L-M der Fig. 6,

8 die Schwenkbewegung des die Stirnverzah nung erzeugenden Werkzeuges, und

Fig. 9 einen Querschnitt durch zwei einander gegenüberliegende SiixMxsrzHliMBuassia auseinandergezogen dargestellte Stirnverzahnungen.

Die Fig. 1 zeigt einen Werkzeugmaschinentisch 1, welcher auf einem Bett 2 verschiebbar ist. Die Führung erfolgt durch zwei vorgespannte Rollenführungen. Die Führungsschienen 5 und 4 sind in Prismen am Bett 2 mittels Schrauben 5 und 6 befestigt. In den Rillen der Führungaschiene 3 sind die Rollen 7 und 8 jeweils kreixzweise, d.h. abwechselnd mit senkrechter und waagerechter Rollenachse angeordnet. Dadurch entsteht eine Fünrung, die sowohl in der Senkrechten als auch in der

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Waagerechten wirksam ist. Die Laufbahnleiste 9 ist mit parallelen Seiten in ein Prisma am Tisch 1 eingebettet. Die Laufbahnleiste 10 dagegen liegt mit konischen Seiten in einem entsprechend konischen Prisma .des Tisches 1. Durch achsiales Verschieben der Laufbahnleiste 10 wird die Führung sowohl in senkrechter als auch in waagerechter Richtung beliebig vorgespannt. Die■Laufbahnleiste 11 ist wie die Laufbahnleiste 9 und fc die Laufbahnleiste 12 wie die Laufbahnleiste 10 in entsprechende Prismen am Tisch 1 eingelegt. Die Rollen 13 und 14 sind jedoch mit paralleler Achse eingelegt. Dadurch wirkt diese Führung nur in senkrechter Richtung, ist jedoch ebenfalls vorspannbar. Wie bereits erwähnt, entspricht diese Führung Asu grundsätzlich dem Patent 1 273 917 und stellt eine äußerst steife und reibungsarme Verbindung zwischen Tisch und Bett dar.

Für den Vorschubantrieb sind gemäß der Erfindung die beiden Führungsschienen j5 und 4 mit Verzahnungen 13 und 16 versehen, so daß sie zu Zahnstangen für den Vorschubantrieb werden. Diese Funktionsverbindung ergibt sehr gute Voraussetzungen für einen erstklassigen Zahneingriff, da die Verzahnung leicht genau parallel zum Befestigungsprisma und zu den Rollenführungsbahnen hergestellt werden kann. Außerdem ergibt sich ein hoher

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preislicher Vorteil durch den Fortfall einer besonderen Zahnstange selbst, der Bearbeitung der Befestigungflächen, der Schrauben für die Befestigung und der Befestigungsarbeit.

In die Verzahnung 15 an der Führungsschiene J5 greift in dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel ein Ritzel 17 einer Vorschub-Antriebswelle 18 ein, während in die Verzahnung "i6 an der Führungsschiene ^ ein Ritzel 19 eingreift. Letzteres ist auf der Antriebswelle 18 drehbar, jedoch nicht verschiebbar angeordnet. Die Verbindung des Ritzels I9 mit der Antriebswelle 18 erfolgt durch eine Spannmuffe 20. Diese sitzt verschiebbar, jedoch nicht drehbar auf einem Vielkeil-Querschnitt 21 od.dgl. der Antriebswelle 18.

Zwischen dem Ritzel I9 und der Spannmuffe 20 erfolgt die Verbindung durch eine Stirnverzahnung 22, welche in den Fig. 6, J und 8 im Detail dargestellt ist. Während übliche Stirnverzahnungen dem radialen Verlauf der Zähne entsprechend von außen nach innen sich verkleinernde Zahntiefen aufweisen, ist die Zahntiefe a bei der erfindungsgemäßen Stirnverzahnung konstant» Der Flankenwinkel verkleinert sich jedoch von außen nach innen dem radialen Verlauf der Zähne entsprechend,

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Diese Veränderung des Plankenwinkels wird erreicht durch Verschwenken des die Planken erzeugenden Werkzeuges W in Abhängigkeit vom radialen Abstand des Werkzeuges von der Achse des Werkstückes, d.h. die Werkzeugachse wird in Abhängigkeit vom radialen Vorschub verschwenkt. Die so entstandene Stirnverzahnung besitzt sowohl einen achsialen Verstellweg der vollen Zahnhöhe als auch eine korrekte Planken-Anlagefläche.

Bei der Anwendung dieser neuen Stirnverzahnung werden alle rotatorisch bestimmenden Elemente wie Zahnritzel zu Zahnstange, Vielkeil-Profil zur Eingriffs-Verzahriung und zur Stirnverzahnung usw. innerhalb der Üblichen Toleranzen so gelegt, daß beim Eingriff der Stirnverzahnung eine Winkelabweichung von 2 bis K Winkelgraden bei der Anlage aller Zahnflanken der verschiedenen Elemente des Systems in der entsprechenden Drehrichtung vorhanden ist. Diese Winkelabwel^- ^ chung ist in Fig. 7 mit 2j5 bezeichnet und stellt das eigentliche Mittel zur Spielbeseitigung bzw. der Vorspannung der Zahneingriffe dar, sobald die Spannmuffe 20 mittels einer Mutter 24 achsial angedrückt wird. Da alle im System verwendeten Elemente la sich weitgehend steif sind, ißt der axiale Weg der i>pannmuffe --0 sehr klein.

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Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Zahneingriff 15 zwischen der Führungsschiene 3 und dem Ritzel I7 in der einen und der Zahneingriff 16 zwischen der Führungsschiene 4 und dem Ritzel 19 in der entgegengesetzten Drehrichtung vorgespannt. Da hierbei erhebliche Verkantungskräfte auftreten können, ist diese Ausführung hauptsächlich bei geringeHren Abständen der beiden Führungen 3 und 4 und bei nicht zu großen Vorschubkräften zweckmäßig.

Eine in dieser Hinsicht verbesserte Ausgestaltung der Erfindung zeigt Fig. 2. : Hierbei greifen in die Verzahnungen I5 bzw. 16 der Führungsschienen 3 bzw. 4 jeweils zwei .; Zahnritzel 25 und 26 bzw. 27 und 28 ein, welche durch die Stirnverzahnungen 29 bzw. 30 unte,· Vorspannung verbunden sind, wobei die Zahnritzel 26 und 27 frei drehbar, aber nicht verschiebbar auf der Welle 18 gelagert sind. Die VorsiDannung wird durch Mutoern 3I bzw. 32 eingestellt. Diese Muttern sind nach Entfernung der Deckel 33 bzw. 34 von außen bequem zugänglich.

In Fig. 3 und 4 ist gezeigt, wie sich die Steifigkeit eines Vorschubantriebes gemäß der Erfindung durch die Verwendung von mehreren, im stxxgsfc dargestellten Beispiel drei Ritzelwellen 18, 18¹, .18" mit, sechs

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Ritzeln weiter erhöhen läßt. Fig. 3 zeigt in einem Längsschnitt durch den Maschinentisch 1 den Eingriff von drei Ritzeln 25 und 26 in die Verzahnung 15 der Führungsschiene Z bzw. 27 und 28 in die Verzahnung 16 der Führungsschiene 4.

Fig. .4 stellt einen Horizontalschnitt durch den Maschinentisch 1 mit drei Ritzelwellen der in Fig. 2 gezeigten Art dar. Der Antrieb des Vorschubes erfolgt über eine Schnecke 35 auf ein Schneckenrad j5ö, wie in den Fig. 1 und 5 * dargestellt. Der Zahneingj-iff zwischen Schnedce und Schneckenrad wird in an sich bekannter Weise dadurch spielfrei gemacht, daß die Flanken des EchneckenjEsatgewindes mit unterschiedlichen Steigungen versehen sind. Durch axiales Verschieben der Schnecke ^5 kann das Zahnspiel eingestellt werden. Das Schneckenrad J 6 wird mit Hilfe von Sternecheiben y"J auf der Welle 18 festgeklemmt. Das Zahnrad y8 itt mit dem Schneckenrad >6 verschraubt und gibt den Antrieb über die zu Synchronisierung der Bewegungsrichtung erforderlichen Zwischenräder 59 bzw. 4o auf die Zahnräder 41 bzw. 42 deid beiden zusätzlichen Ritzelwellen 18} und 18" weiter. Die Verbindung der beiden Zahnräder 41 bzw. 42 M mit ihren Ritzelwellen erfolgt vorspannbar über Spannmuffen 4j bzw. 44 mittels der Sfcirnverzahnungen 45 bzw. 46- und der Muttern 47 bzw.

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Für einfache Aufgaben ist es naturgemäß auch möglich, nur eine der beiden FÜhrun^sschieneη als Zahnstange auszubilden und die Ritzelwellen 18 mit einem vorspannbaren Döppelritzel 25 und 26 zu verseilen.

Ansprüche 309826/0107

Claims

P a--ö .e'.-n-t- a--η s-fi p-ü ο a e :

f1 J Vorschubantrieb für Schlitten von Werkzeugmaschinen öd.dcl.; bei denen der Schlitten mittels Wälzkörpern auf Führungsschienen gelagert und durch ein in eine Zahnstange eingreifendes, auf einerAntriebswelle sitzendes Ritzel verschiebbar ist; dadurch gekennzeichnet; daß mindestens eine Führungsschiene (3, 4) als Zahnstange ausgebildet; ist; in deren Verzahnung ^ (15-bzw. 16) das Antriebsritzel (I7 bzvr. I.9) eingreift.
2. Vorschubantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wäizkörperführünäen (3,. 7, 8 bzw. 4, \y, 14) des Schlitifens j|ij£J ^:(1 ) durch einstellbare Laufbaimleisten (Io bzw; 12) vorspanhbar sind.
3· Vorschubantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet; daß mindestens ein Antriebsritzel (I9) dreh- ^ bar, aber nicht verschiebbar auf der Antriebswelle

'(18) gelagert und durch eine Stirnverzahnung (22)mit einer verschiebbar, aber nicht drehbar auf der Antriebswelle (18) gelagerten Spannmuffe "(20) gekuppelt ist.
4. Vorschubantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannmuffe (20) mittels einer auf einem Gewinde der Antriebswelle (18) versehraubbaren Stellmutter (24) axial ge^en das Antriebsrltz«! (I9) drückbar ist.

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5· Vorschubantrieb nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verzahnung (I5 bzw. 16) der, Führungsschiene (3 bzvi. 4) zwei Zahnritzel (25, 26 bzw. 27, 28) eingreifen, von denen das eine (25 bzw. 27) drehbar, aber nicht verschiebbar auf der Antriebswelle (18) gelagert und das andere (26 bzw. 28) mit der öpannrauffe (26¹ bzw. 28') verbunden ist, welche durch die Stirnverzahnung (29 bzw. JO) mit dem Zahnritzel (23 bzw. 27) gekuppelt ist.
6. Vorschubantrieb nach Anspruch 5 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnverzahnung (22 oder 29, 30) eint konstante Zahntiefe (a) und einen sich in radialer Richtun_o von außen nach innen verkleinernden Zahnflankenr^l aufweist.
7. Vc}.--.--cIr.i'.ant;'leb nach einen oder mehreren der Ansprüche ί bi.. o, dadur^j gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Antrim..-.wellen (18, 18', .8") parallel nebeneinander ux^eordn^t sind, deren Ritzel oder Ritzelpaare (25, bzw. 27, 2G) in die Verzahnungen (I5 bzw. 16) der Füiiruix^sschienen (3 b.w. k) eingreifen und mittels Spanneii und Gtirnverzahnuiigeii voi'spanabar sind.

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8. Vorschubantrieb nach Anspruch J₃ dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenantriebswellen (18¹, 18") von der Hauptantriebswelle (18) über Zahnräder (38, 29, 40, 41, 42) angetrieben werden, wobei die Verbindung der Nebenantriebswellen (18¹, 18") mit den auf ihnen gelagerten Zahnrädern (41, 42) über Spannmuffen (,4j5, 44) rait-oela 8tirnverzaiinuni-,en (45, 46) vorspannbar ist.

ALOIS MOOSMANN vertreten durch:

[Edmund p*E14ner) Patentanwalt