DE2806590A1

DE2806590A1 - In zwei richtungen arbeitender antriebsmechanismus

Info

Publication number: DE2806590A1
Application number: DE19782806590
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Sawada; Katsuo Yamazaki
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1977-02-17
Filing date: 1978-02-16
Publication date: 1978-08-24
Also published as: JPS53101785A; JPS5730621B2; US4189959A; DE2806590C2

Description

TOSHIBA KIKAI KABUSHIKI KAISHA, Tokio, Japan

In zwei Richtungen arbeitender Antriebsmechanismus

Die Erfindung bezieht sich auf einen in zwei Richtungen arbeitenden Antriebsmechanismusp der in einem Vorschub-Antriebssystem oder Zuführungssystem einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine enthalten ist_s ζ«Β* zur Verbesserung der Servo-Charakteristika der Werkzeugmaschine durch Eliminierung des Spiels oder Leergangs sowie zur Verbesserung der mechanischen Stabilität des Vorschub-Antriebssystems.

Im allgemeinen ist es bekannt, daß ein Spiel oder Leergang und die mechanische Stabilität des Vorschub-Antriebs sy st ems einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine die Servo-Charakteristika der Werkzeugmaschine nachteilig beeinflussen und eine Herabsetzung der Einstellgenauigkeit der Werkzeugmaschine bewirken. Insbesondere bei einem Antriebssystem der geschlossenen Schleifen-Bauart haben ein Spiel oder Leergang sowie die mechanische Steifigkeit oder Stabilität des Antriebssystems einen nachteiligen Einfluß auf die Genauigkeit der Servo-Charakteristika und bewirken leicht ein Pendeln der Werkzeugmaschine, was wiederum eine unstabile Arbeitsweise des Systems zur Folge hat.

Da ein Antriebssystem gebildet ist durch die Kombination einer Antriebsquelle und verschiedener Bauelemente bzw. Komponenten, kann die Steifigkeit oder Stabilität des Antriebssystems durch Erhöhung der Stabilität der entsprechenden Komponenten bzw. Bauelemente verbessert werden. Demzufolge ändert sich die Steifigkeit oder Stabi-

809834/0687

-4- 2808590

lität des Antriebssysteins nicht linear in Abhängigkeit von der Genauigkeit der Bauelemente und dem Fehler beim Anziehen oder Zusammenziehen derselben, und in gewissen Teilen oder Abschnitten des Antriebssystems ist die Stabilität bzw. Steifigkeit extrem gering. .

IJm die obigen Mangel der bekannten numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen oder dgl. zu vermeiden, ist man wie folgt vorgegangen: Man hat in einem Antriebssystem der Doppel-Ritzelbauart, in welchem zwei Ritzel mit; einer Zahnstange kämmen, die für das Antriebssystem der Werkzeugmaschine benutzt wird, die Servo-Charakteristika verbessert durch Eliminierung des Spiels oder Leergangs sowie durch Verbesserung der mechanischen Stabilität oder Steifigkeit des Antriebssystems, und zwar im einzelnen durch Übernahme von zwei Systemen folgender Bauart:

1) einem System, bei dem die Zahnräder einer Räderkette für die Antriebsritzel schräg verzahnte Räder sind, wobei auf einem derselben kontinuierlich eine Antriebskraft axial in einer Richtung mittels eines hydraulischen Zylinders oder einer schalenförmigen Feder ausgeübt wird und

2) einem System, bei dem zwei Ritzel durch unabhängige Räderketten und einer Antriebswelle angetrieben werden, die mit einer Bremsvorrichtung versehen ist.

Da jedoch bei dem System (1) die schräg verzahnten Räder (herical gears) Flächen mit größerer Reibung als diejenige eines Stirnrades aufweisen, wird das schrägverzahnte Rad nicht gleichmäßig angetrieben, wenn die Drehrichtung umgekehrt wird. Tn. dem Fall, daß ferner eine schalenf Örmige Feder dazu verwendet wird, einen Druck auf das schrägverzahnte Rad auszuüben, ist es schwierig, einen vorher ausgeübten Druck einzujustieren. Bei dem System (2) werden eine teuere Vorrichtung und ein Steuermechanismus benötigt. 809834/0687

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines üb- . liehen Doppel-Ritzel-Antriebssystems der Bauart, bei welcher Antriebskraft auf die Ritzel von einer Antriebsquelle über unabhängige Räderketten übertragen wird.

Bei diesem Antriebssystem kämmen Ritzel 2 und' 3 mit einer Zahnstange 1, und an diesen Ritzeln sind die einen Enden von Wellen 4 und 5 befestigt, und Stirnräder 6 und 7 sind an den anderen Enden dieser Wellen festgemacht. Die Stirnräder 6 und 7 kämmen mit Stirnrädern 8 und 9, an welchen Wellen 10 und 11 mit ihrem einen Ende befestigt sind. An den anderen Enden dieser Wellen sind Stirnräder 12 und 13 festgemacht. Ein Stirnrad 14 kämmt mit den Stirnrädern 12 und 13 und ist am einen Ende einer Welle 15 befestigt, und das andere Ende der Welle 15 ist an einem Kegelrad 16 angebracht. Mit diesem Kegelrad 16 kämmt ein weiteres Kegelrad 17, und ein Antriebsmotor 18 ist mit dem Kegelrad 17 verbunden. Bei dieser Anordnung wird, wenn der Motor 18 in Betrieb gesetzt ist, das Ritzel 2 über die Kegelräder 17, 16 und die Stirnräder 14, 12_P 8 und 6 angetrieben, und das Ritzel 3 wird ebenfalls über die Kegelräder 17, 16 und Stirnräder 14, 13, 9 und 7 angetrieben.

Dieses Antriebssystem der geschlossenen Schleifenbauart, gebildet durch die Zahnstange 1, die Ritzel 2 und

3, die Stirnräder 6, 7, 8, 9, 12, 13 und 14 und die Wellen

4, 5, 10 und 11 erzeugt jedoch ein Spiel oder einen Leergang und weist eine teilweise sehr schlechte mechanische Steifigkeit oder Stabilität auf.

Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, die Mangel, wie beispielsweise das Spiel oder der Leergang im Antriebssystem z.B. einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine zu vermeiden und die mechanische Stabilität oder Steifigkeit des Antriebssystems sowie die Servo-Charakteristika der Werkzeugmaschine zu verbessern.

809834/0687

Es ist ferner beabsichtigt, einen in zwei Richtungen arbeitenden Antriebsmechanismus zu schaffen, der einen Mechanismus zur Eliminierung eines Spiels oder Leergangs aufweist und in einem Bauteil des Antriebssystems enthalten ist, z.B. im Stirnrad 13 in Fig. 1.

Ferner soll die Einstell- oder Positionierungsgenauigkeit eines Tisches einer Werkzeugmaschine verbessert werden, und zwar durch Schaffung eines in zwei Richtungen arbeitenden Antriebsmechanismus.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird zur Lösung obiger Aufgabe ausgegangen von einem in zwei Richtungen arbeitenden Antriebsmechanismus mit einer Zahnstange, zwei Ritzeln, die mit der Zahnstange kämmen sowie Räderketten, über die eine Antriebskraft auf die Ritzel von einer gemeinsamen Antriebsquelle aus übertragen wird. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in diesem in zwei Richtungen arbeitenden Antriebsmechanismus wenigstens eines der Zahnräder der Räderkette als Ringzahnrad ausgebildet ist und daß eine Anzahl von Ölkammern mit variablen Volumen, die unter Druck stehendes Öl enthalten, zwischen dem Ringzahnrad und dessen ¥elle so ausgebildet bzw. angeordnet sind, daß das Antriebsmoment von dem Ringzahnrad über die Ölkammern auf die Zahnradwelle übertragen wird.

Die Erfindung wird nun an Hand der beiliegenden Abbildungen ausführlich beschrieben, wobei alle aus der Beschreibung und den Abbildungen hervorgehenden Einzelheiten oder Merkmale zur Lösung der Aufgabe im Sinne der Erfindung beitragen können und mit dem Willen zur Patentierung in die Anmeldung aufgenommen wurden. Es zeigen:

809834/0887

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines bekannten Antriebssystems der Doppelritzel-Bauart;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines Mechanismus gemäß der Erfindung zur Eliminierung des Spiels, der in einem Element eines in zwei Richtungen arbeitenden Antriebsmechanismus enthalten ist;

Fig. 3 eine Querschnittsansiclrfc entlang der Linie III-III in Fig. 2 und

Fig. 4 eine Querschnittsansieht entlang der Linie IV-IV in Fig. 2.

Beschreibung des bevorzugten Ausfuhrungsbeispiels

Fig. 2 zeigt den Mechanismus zur Eliminierung eines Spiels, der in einem Element des Antriebssystems, z.B. im Stirnrad 13 enthalten ist, das in Fig. 1 gezeigt ist. Wie abgebildet, ist eine Buchse 19 mittels eines Keils 20 auf der Welle 11 befestigt, und der Außenumfang der Buchse ist durch Trennplatten 21 in drei Abschnitte unterteilt, die am Außenumfang der Buchse 19 befestigt sind. Die äußeren Flächen der Trennplatten 21 stehen in Berührung mit der Innenfläche eines Ringzahnrads 22, das mit dem Stirnrad 14 kämmt, und die Trennplatten 23, die sich in Berührung mit der äußeren zylindrischen Fläche der Hülse 19 befinden, sind an der Innenfläche des Ringzahnrads 22 befestigt, um die Innenfläche in drei Abschnitte zu unterteilen. Ein oberer Deckel 24 und ein unterer Deckel 25 sind an den oberen und unteren Enden der Buchse 19, den Trennplatten 21, 23 und dem Ringzahnrad 22 befestigt, um dazwischen das Ringzahnrad 22 einzuklemmen.

809834/0687

Sechs Kammern sind begrenzt durch die Buchse 19, die Trennplatten 21 und 23, das Ringzahnrad 22 und durch die oberen und unteren Deckel 24 und 25 (Fig. 3). Von den sechs Kammern werden drei als Ölkammern 26 benutzt. Das Volumen einer jeden derselben wird reduziert, wenn die Buchse 19 und das Ringzahnrad 22 in entgegengesetzter Richtung umlaufen. Ein sich entlang der Achse der Welle 11 erstreckender Ölkanal 27 kommuniziert mit den Ölkammern 26. Ein Anschlagteil 28 ist mittels eines Keils 29 an der Welle 11 befestigt, und ein Block 30 ist am oberen Deckel 24 befestigt, um die Bewegung des Anschlagteils zu begrenzen (Fig. 4).

Im folgenden wird die Arbeitsweise des in zwei Richtungen arbeitenden Antriebsmechanismus gemäß der Erfindung erläutert:

Vor dem Starten des Motors 18 wird unter Druck stehendes Öl von einer Ölquelle (nicht gezeigt) aus in die Ölkammern 26 gefördert. Das unter Druck stehende Öl bewirkt eine Uhrzeigerbewegung der Welle 11 und eine Gegenuhrzeigerbewegung des Ringzahnrads 22, indem es auf die Trennplatten 21 und 23 einwirkt. Wenn vom Motor 18 in diesem Zustand eine Antriebskraft auf die Ritzel 2 und 3 übertragen wird, um einen Tisch über die Räderketten in dem Antriebssystem der geschlossenen Schleifenbauart anzutreiben, das durch das den Spiel, Eliminierungsmechanismus gemäß Fig. 2 enthaltenden Ringzahnrad 22, die Stirnräder 9 und 7, das Ritzel 3, die Zahnstange 1, das Ritzel 2, die Stirnräder 6, 8, 12 und 14 sowie die Wellen 11, 4, 5 und 10 gebildet wird, erfaßt das Ritzel 3, da das Ringzahnrad 22 ein Drehmoment entgegen dem Uhrzeigersinn aufnimmt, die Zahnstange mit den Zahnflanken, die entgegengesetzt zu jenen des Ritzels 2 liegen, wodurch das Spiel oder der Leergang des Antriebssystems eliminiert wird und dessen mechanische Stabilität oder Steifigkeit verbessert

809834/0687

wird, um die Servo-Charakteristika der Werkzeugmaschine günstiger zu gestalten.

In einem Beispiel, bei dem die Zahnstange 1 an einem Maschinenbett befestigt und das Antriebssystem an einem Tisch festgemacht ist, um ein auf dem Tisch befestigtes Werkstück zu bearbeiten, und zwar durch Hin- und Herbewegung des Tisches mittels der Ritzel 2 und 3, und wenn ferner eine Bohrarbeit unter einer Bedingung ausgeführt wird,- bei der die Tisch-Bewegungsrichtung verschieden ist von der Arbeitsrichtung, kann das Spiel im Antriebssystem ausgeschaltet werden, und ferner werden die Servo-Charakteristika sowie die Einstellgenauigkeit verbessert, und zwar durch Voreinstellung des Öldrucks in den Ölkammern 26 auf einen Druck, der erforderlich ist, um nir ein Antriebsmoment zu erhalten, das zur Bewegung des Tisches benötigt wird. Wenn andererseits eine schwere Fräsarbeit unter einer Bedingung ausgeführt wird, bei der die Bewegungsrichtung des Tisches gleich ist der Arbeitsrichtung, addiert sich die Fräs-Reaktionskraft des Fräsers zur Tisch-Antriebskraft hinzu, so daß der Tisch nur durch den Öldruck zum Antrieb des Tisches nicht genügend angetrieben wird. Da jedoch dann das Volumen der Ölkammern reduziert wird, wird das Ringzahnrad 22 direkt mit der Welle 11 gekuppelt, und zwar durch Anlage des Anschlagteils 28 und Blocks 30, die als eine Sicherheitseinrichtung arbeiten, wodurch der Tisch vorv/ärtsgeschoben wird. In diesem Fall kann das Antriebssystem die Funktion der Eliminierung des Spiels nicht erfüllen, aber in einem praktischen Fräsvorgang stellt dies kein Problem dar, da die Positionierungsgenauigkeit nicht von Bedeutung ist. Wenn ferner ein hohes Antriebsmoment auf das Tisch-Antriebs system ausgeübt wird, kann bei einem spanabhebenden Arbeitsgang, aufgrund des Eingriffs des Anschlagteils und Blocks 30, die als Sicherheitsmechanismus wirken, die Kraftübertragung gewährleistet werden«, Das Anschlagteil

809834/0657

und der Block können jedoch eliminiert werden, wenn man in die Ölkammern 26 ein Öl unter sehr hohem Druck einführt, ausreichend, das Tisch-Antriebsmoment zu tragen.

Es wird ferner bemerkt, daß in Abweichung von der im Ausführungsbeispiel gezeigten Konstruktion die Buchse einstückig mit der Zahnradwelle 11 ausgebildet sein kann, oder daß die Buchse 19 und das Ringzahnrad 22 einstückig mit den oberen und unteren Deckeln 24 und 23 ausgebildet sein können.

Wenngleich die Vorteile gemäß der Erfindung aus Vorstehendem klar hervorgehen, werden sie dennoch nachstehend wie folgt zusammengefaßt:

Da nicht ein einziges schrägverzahntes Zahnrad (herical gear) in dem Mechanismus gemäß der Erfindung zur Ausschaltung eines Spiels verwendet wird, weist das Antriebssystem eine geringere Reibung auf und spricht auch außergewöhnlich gut an auf eine Drehung von vorwärts nach rückwärts im Vergleich zum Antriebsmechanismus eines herkömmlichen Doppelritzel-Antriebssystems. Die schalenform!- ge Feder wird nicht gebraucht, so daß der Mechanismus einfacher eingestellt und als eine kompakte Konstruktion mit niedrigen Kosten ausgeführt werden kann, verglichen mit einem herkömmlichen unabhängigen Antriebssystem. Selbst in dem Fall, daß zufällig das System überlastet wird oder in dem hydraulischen System ein unnormaler Zustand auftritt, bei dem der Druck abfällt, kann das Auftreten eines Spiels über einen gewissen Wert hinaus verhindert werden.

809834/0687

Leerse ite

Claims

PaisnJanwSIi®

TOSHIBA KIKAI KABUSHIKI KAISHA, Tokioj Japan

Patentansprüche

1 .J In zwei Richtungen arbeitender Antriebsmechanismus mit einer Zahnstange, zwei Ritzeln, die mit der Zahnstange kämmen und Räderketten, über die von einer gemeinsamen Antriebsquelle aus Antriebskraft auf die Ritzel übertragen wird,

dadurch gek ennzeichnet, daß mindestens eines der Zahnräder der Räderketten ein Ringzahnrad.(22) ist und daß zahlreiche Ölkammern (26) mit variablem Volumen, die ein unter Druck stehendes Öl enthalten, zwischen dem Ringzahnrad (22) und der Welle (11) des Ringzahnrads ausgebildet sind, so daß ein Antriebsmoment von dem Ringzahnrad (22) über die Ölkammern (26) auf die Welle (11) übertragen wird.
2. Antriebsmechanismus nach Anspruch 1, da.durch gekennzeichnet, daß ein Anschlagmechanismus (28, 30) vorgesehen ist, um das Ringzahnrad (22) direkt mit der Welle (11) zu kuppeln, wenn das variable Volumen der Ölkammern (26) auf ein vorbestimmtes Volumen reduziert ist.

809834/0687 ORIGINAL INSPECTED

R H R
3. Antriebsmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (26) durch eine erste Gruppe von in Umfangsrichtung in Abstand voneinander angeordneten, radialen Trennplatten (21), die an der Welle (11) befestigt sind und durch eine zweite Gruppe von in Umfangsrichtung in Abstand voneinander angeordneten, radialen Trennplatten (23) begrenzt sind, die an der Innenseite des Ringzahnrads (22) befestigt sind, daß die radialen Trennplatten (21, 23) der ersten und zweiten Gruppe ineinandergeschachtelt sind und daß ein unter Druck stehendes Öl in die in Abstand voneinander angeordneten Kammern eingeführt wird, um die Ölkammern (26) auszubilden.

S0983W0G * 7