DE29617120U1

DE29617120U1 - Maschine zum Feinbearbeiten der Zahnflanken von zahnradförmigen Werkstücken mit einem innenverzahnten Werkzeug

Info

Publication number: DE29617120U1
Application number: DE29617120U
Authority: DE
Original assignee: Gleason Works
Current assignee: Gleason Works
Priority date: 1996-10-01
Filing date: 1996-10-01
Publication date: 1997-02-20
Anticipated expiration: 2006-10-02
Also published as: JP3045811U; US5885038A

Description

Patentanwalt
DIPL.-1NG. GERHARD STAHL

Heilmannstr. 10
D-81479 München

122-4894a 30. September 1996

G!eason-HURTH Maschinen und Werkzeuge GmbH
80809 München, DE

Maschine zum Feinbearbeiten der Zahnflanken von zahnradförmigen
Werkstücken mit einem innenverzahnten Werkzeug

Die Erfindung betrifft eine Maschine zum Feinbearbeiten der Zahnflanken von zahnradförmigen Werkstücken mit einem innenverzahnten Werkzeug, umfassend:

a) ein Maschinengestell mit einem Maschinenbett,

b) einen Spindelstock und einen Reitstock mit Einrichtungen zur drehantreibbaren Aufnahme des zu bearbeitenden Werkstücks, die auf dem Maschinenbett angeordnet sind, wobei der Spindelstock zu einer Bewegung in Z-Richtung, d. h. in Richtung der Werkstückachse gesteuert antreibbar ist,

c) ein auf dem Maschinengestell abgestütztes Schlittensystem mit zwei gesteuert antreibbaren Schlitten, von denen der eine in Y-Richtung, d. h. rechtwinklig zur Achse des zu bearbeitenden Werkstücks verschiebbar ist und der andere in X-Richtung, d. h. rechtwinklig zur Y- und Z-Richtung verschiebbar ist,

d) eine an dem Schiittensystem abgestützte Rundführung, in der ein Werkzeugkopf um eine zur Werkstückachse rechtwinklige Achse winkeleinstellbar aufgenommen ist, wobei der Werkzeugkopf zwischen dem Spindelstock und dem Reitstock angeordnet ist, und

e) ein in dem Werkzeugkopf drehantreibbar aufgenommenes innenverzahntes Werkzeug, wobei eine steuerbare Relativbewegung in der Z-Richtung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück vorgesehen ist.

Eine Maschine dieser Gattung ist in der DE 43 23 935 C1 beschrieben, auf deren Offenbarung ausdrücklich Bezug genommen wird. Diese bekannte Maschine besitzt ein Maschinengestell, das etwa die Form eines liegenden T hat. Der dem Querbalken des T entsprechende Bereich an der Vorderseite der Maschine bildet ein Maschinenbett, auf dem ein Spindelstock und ein Reitstock angeordnet sind, die beide zu einer Bewegung in Richtung der Werkstückachse gesteuert antreibbar sind. Auf dem anderen, sich nach hinten erstreckenden Bereich des Maschinengestells ist ein Horizontalschiitten rechtwinklig zur Werkstückachse verschiebbar und antreibbar angeordnet. An seiner dem Maschinenbett zugekehrten Seite des Horizontaischlittens ist ein Vertikaischlitten verschiebbar und antreibbar angeordnet An der dem Maschinenbett zugekehrten Seite weist der Vertikaischlitten eine Rundführung auf, in der ein Werkzeugkopf um eine zur Werkstückachse rechtwinklige horizontale Achse winkeleinstellbar aufgenommen ist.

Diese bekannte Maschine ist sehr steif ausgebildet und daher zur Bearbeitung großer Werkstücke besonders geeignet. Zum Einsetzen eines Werkstücks werden der Spindelstock und der Reitstock auf dem Maschinenbett gemeinsam verfahren. Die Aufnahme- bzw. Entnahmeposition befindet sich aus Gründen der Zugänglichkeit außerhalb des Arbeitsraumes jenseits des sich nach hinten erstreckenden Bereichs des Maschinengestells. Der Abstand zwischen der Aufnahme- bzw. Entnahmeposition und der Arbeitsposition im Inneren der Maschine beträgt ungefähr 700 mm. Dieser Verschiebeweg des Spindeistockes macht sich hinsichtlich der Werkstückwechselzeit bemerkbar, und er bedingt ein entsprechendes Maschinenbett und damit eine entsprechende Grundfläche der Maschine.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Maschine zu schaffen, die für kleinere Werkstücke geeignet ist, wobei der Abstand zwischen der Aufnahme- bzw. Entnahmeposition und der Bearbeitungsposition möglichst kurz sein soll, um ein günstiges Verhältnis von Werkstückwechselzeiten zu Bearbeitungszeiten zu erzielen.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Schutzanspruch 1 angegeben.

Die erfindungsgemäße Ausbildung der Maschine ermöglicht die Anordnung der Aufnahme- bzw. Entnahmeposition innerhalb der Maschine und damit in einem verhältnismäßig kurzen Abstand von der Bearbeitungsposition. Die für die Bewegung des Werkstücks zwischen diesen beiden Positionen erforderliche Zeitdauer ist daher gering, und das Maschinenbett kann verhältnismäßig kurz ausgebildet werden.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Schutzansprüchen 2 und 3 angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgende anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Maschine zum Feinbearbeiten der Zahnflanken von zahnradförmigen Werkstücken mit einem innenverzahnten Werkzeug,

Fig. 2 eine Vorderansicht der Maschine nach Fig. 1, und
Fig. 3 eine Draufsicht auf die Maschine nach Fig. 1.

Die in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Maschine besitzt ein Maschinengestell 1, das etwa die Form eines stehenden L hat. Der dem Querbalken des L entsprechende Bereich an der Vorderseite der Maschine bildet ein Maschinenbett 2, auf dem ein Spindelstock 3 verschiebbar und ein Reitstock 4 feststehend angeordnet sind. Auf dem anderen, sich im rechten Winkel zu dem Maschinenbett 2 nach oben erstreckenden Bereich des Maschinengestells 1 ist in einer Längsführung ein erster Horizontalschlitten 5 in Pfeilrichtung Z verschiebbar und dafür mit einem Motor 8 antreibbar angeordnet. An seiner Vorderseite besitzt der erste Horizontalschlitten 5 eine Vertikalführung 6, in der ein Vertikalschlitten 7 in Pfeilrichtung X vertikal verschiebbar und dazu mit einem Motor 11 antreibbar angeordnet ist. An seiner dem Maschinenbett 2 zugekehrten Unterseite besitzt der Vertikalschlitten 7 eine Horizontalführung 9, in der ein zweiter Horizontalschlitten 10 in Pfeiirichtung Y horizontal verschiebbar und dafür mit einem Motor 14 antreibbar angeordnet ist. An der dem Maschinenbett 2 zugekehrten Unterseite weist der zweite Horizontalschlitten 10 eine in Fig. 1 nur angedeutete Rundführung 12 auf, in der ein Werkzeugkopf 13 um eine in X-Richtung liegende Achse A winkeleinstellbar aufgenommen ist. Dabei ragt der Werkzeugkopf 13 im wesentlichen zwischen den Spindelstock 3 und den Reitstock 4 hinein. In einer zentralen Öffnung des Werkzeugkopfes 13 ist ein innenverzahntes Werkzeug W drehantreibbar aufgenommen. Der Antrieb dafür erfolgt mit einem Motor 15 über ein nur angedeutetes Getriebe 16 mit spielfrei vorgespannten Zahnrädern oder einem Direktantrieb mittels Einbaumotor.

Jede der Pfeiirichtungen X₁ Y und Z verläuft rechtwinklig zu den beiden anderen.

Der Spindelstock 3 und der Reitstock 4 sind mit Einrichtungen 17, 18 zum Spannen eines zahnradförmigen Werkstücks W versehen, das sich bei seiner Bearbeitung im Inneren des Werkzeugs T mit diesem in kämmendem Zahneingriff befindet. Die Werkstückachse C2, die erwähnte Achse A und - bei nicht geschwenktem Werkzeug T - die Werkzeugachse C1 liegen dabei in einer Ebene.

Das Werkzeug W ist in der Regel ein innenverzahntes Honrad oder Hartschabrad oder dergleichen mit einer abrasiven, das heißt keine geometrisch definierten Schneidkanten aufweisenden Oberfläche seiner Zahnflanken, zum Feinbearbeiten von insbesondere gehärteten Werkstücken. Anstelle eines abrasiven Werkzeugs können für die Bearbeitung von noch nicht gehärteten Werkstücken aber auch innenverzahnte Schabräder mit geometrisch definierten Schneiden auf ihren Zahnflanken zum Einsatz kommen.

Beim Feinbearbeiten mit zahnradförmigen Werkzeugen wird in der Regel mit einem Achskreuzwinkel zwischen der Werkzeugachse C1 und der Werkstückachse C2 gearbeitet. Dazu wird der Werkzeugkopf 13 mit dem Werkzeug T um die Achse A geschwenkt, so daß die Achse C1 schräg zur Achse C2 steht, die immer in Pfeilrichtung Z verläuft. Die Zustellbewegung des Werkzeugs T relativ zum Werkstück W im Sinne einer Veränderung des Achsabstandes erfolgt durch eine Bewegung des Vertikalschlittens 7 in Pfeilrichtung X. Für eine beim Parallellverfahren erforderliche Relativbewegung zwischen Werkzeug T und Werkstück W wird von der erwähnten Möglichkeit, den ersten Horizontalschlitten 5 in Pfeilrichtung Z zu verschieben, Gebrauch gemacht. Beim Diagonalverfahren wird dieser Bewegung eine rechtwinklig dazu gerichtete Bewegung des Werkzeugs T überlagert, die durch Verschieben des zweiten Horizontalschlittens 10 in Pfeiirichtung Y bewirkt wird, Z und Y interpolieren dabei. Zum Erzeugen balliger und/oder konischer Zahnflanken wird dem Werkzeug T zusätzlich noch eine Bewegung in Pfeilrichtung X überlagert. Die Bewegungen X, Y und Z führen bei entsprechender Überlagerung zu dem bekannten Sphäricverfahren.

Zum Wechseln des Werkstücks W wird es aus dem Werkzeug T herausgefahren. Dazu ist der Spindelstock 3 auf dem Maschinenbett 2 in einer Führung 19 mittels eines Antriebs 20 in Pfeilrichtung Z verschiebbar. Für den Fachmann ist ohne weiteres erkennbar, daß zum in und außer Eingriff bringen eines Werkstücks W mit dem Werkzeug T durch Bewegen des Vertikalschlittens 7 der Achsabstand zwischen dem Werkzeug T und dem Werkstück W verändert wird.

Ein weiters Merkmal ist, daß die Achsen C1 und C2 elektronisch geführt in einer Getriebekopplung laufen, die zu- und abschaltbar ist entsprechend dem Übersetzungsverzhältnis der Zähnezah! von Werkstück und Werkzeug. Angetrieben werden beide Achsen entweder mit Motoren und spielfrei verspannten Zahnradgetrieben oder mit Einbaumotoren auf den Achsen.

Die Maschine mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ist mit einem integrierten Werkstück-Handhabungssystem zum Zuführen des Werkstücks W in eine Übergabeposition seitlich neben dem Werkzeugkopf 13 und zum Abführen eines bearbeiteten Werkstücks W aus dieser Position bzw. zum Zu- und Abführen von Abrichtwerkzeugen versehen. Das Maschinenbett 2 ist mit einer Längsführung 22 versehen, in der ein Längsschlitten 21 in Pfeilrichtung W parallel zur Pfeiirichtung Z verschiebbar und dafür mit einem (nicht gezeigten) Motor antreibbar angeordnet ist. Auf seiner Oberseite besitzt der Längsschlitten 21 eine Querführung 24, in der ein Querschlitten 23 in Pfeilrichtung V parallel zur Pfeilrichtung Y verschiebbar und dafür mit einem (gleichfalls nicht gezeigten) Motor antreibbar angeordnet ist. Auf dem Querschlitten 23 ist ein Drehlader 25 um eine zur Werkstückachse C2 parallele Achse C3 drehbar gelagert. Der Drehlader 25 ist mit vier um 90° versetzten Greifern 26 versehen, und er ist mit einem Motor 27 in vier Stellungen positionierbar, in denen jeweils ein Greifer 26 der Werkstückachse C2 gegenüberliegt.

Zum Wechseln eines bearbeiteten Werkstücks W wird der Spindelstock 3 von dem feststehenden Reitstock 4 weg bewegt, bis sich ein von der Spanneinrichtung 17 aufgenommenes, fertig bearbeitetes Werkstück W außerhalb des Werkzeugs T in einer Übergabeposition befindet. Diese Übergabeposition befindet sich innerhalb der Maschine, und in Fig. 3 ist der Spindelstock 3 in der entsprechenden Position dargestellt. Der Längsschlitten 21 wird in Pfeilrichtung W in seine in Fig. 3 mit strichpunktierten Linien angedeutete Stellung verfahren, woraufhin der Querschlitten 23 in Pfeilrichtung V verfahren wird, damit ein leerer Greifer 26 das bearbeitete Werkstück W von der Spanneinrichtung 17 aufnehmen kann. Daraufhin wird der Querschlitten 23 ein Stück zurückgefahren und um 90° verdreht, so daß ein Greifer 26, der ein.unbearbeitetes Werkstück W trägt, der Werkstückachse C2 zugekehrt ist. Daraufhin wird der Querschlitten 23 wieder zu dem Spindelstock 3 hin bewegt, um das unbearbeitete Werkstück W an die Spanneinrichtung 17 zu übergeben. Anschließend wird der Querschütten 23 vom Spindelstock 3 weg bewegt, und der Längsschlitten 22 wird sodann nach links in eine in den Fig. 2 und 3 mit durchgezogenen Linien dargestellte Übergabeposition bewegt. Gleichzeitig wird der Spindelstock 3 nach rechts in die Arbeitsposition bewegt, um das unbearbeitete Werkstück W zwischen den Spanneinrichtungen 17 und 18 festzulegen. In seiner in den Fig. 2

und 3 gezeigten Stellung des Längsschlittens 21 gibt der Drehlader 25 nach entsprechender Verdrehung das bearbeitete Werkstück W an ein Magazin 28 ab. Daraufhin wird der Längsschlitten 21 noch weiter nach links bewegt, bis sich der Drehiader 25, wie in Fig. 3 mit strichpunktierten Linien angedeutet, über einem Magazin 29 für unbearbeitete Werkstücke W befindet. Nachdem einer der Greifer 26 ein unbearbeitetes Werkstück W aufgenommen hat, wird der Längsschlitten 21 wieder in seine in Fig. 3 mit strichpunktierten Linien angedeutete Übergabeposition nach rechts bewegt. Der Abstand zwischen der in Fig. 2 gezeigten Arbeitsstellung des Spindelstocks 3 und seiner in Fig. 3 gezeigten Übergabeposition beträgt ungefähr 300 mm, so daß die Bewegung zwischen diesen beiden Positionen verhältnismäßig wenig Zeit in Anspruch nimmt.

In dem Magazin 28 sind neben unbearbeiteten Werkstücken W auch zwei Abrichtwerkzeuge angeordnet. Wenn eine vorgegebene Anzahl von Werkstücken W bearbeitet worden ist, kann der Maschine ansteile eines neuen zu bearbeitenden Werkstücks W ein Abrichtwerkzeug zugeführt werden, mit dem das Werkzeug T abgezogen und wieder einsatzfähig gemacht werden kann.

Um in die Maschine zur Bearbeitung von Werkstücken W auch Abrichtwerkzeuge mit unterschiedlichem Durchmesser und unterschiedlicher Breite einsetzten zu können, ist vorgesehen, daß wenigstens zwei der vier Greifer 26 des Drehiaders 25 mit unterschiedlichem Greifdurchmesser und unterschiedlicher Greifbreite ausgestaltet sind.

Es braucht nicht näher ausgeführt zu werden, daß die Bewegungen des Spindeistocks 3, der Spanneinrichtungen 17, 18 und der den Werkzeugkopf 13 tragenden Schlitten 5, 7 und 10 sowie der den Drehlader 25 tragenden Schlitten 21 und 23, die Drehbewegung des Drehladers 25 und die Bewegung der Greifer 26 mit einem entsprechenden Programm automatisch gesteuert werden kann.

Claims

122-4894b Schutzansprüche:

1. Maschine zum Feinbearbeiten der Zahnflanken von zahnradförmigen Werkstücken (W) mit einem innenverzahnten Werkzeug (T), umfassend:

a) ein Maschinengestell (1) mit einem Maschinenbett (2),

b) einen Spindelstock (3) und einen Reitstock (4) mit Einrichtungen (17, 18) zur drehantreibbaren Aufnahme des zu bearbeitenden Werkstücks (W), die auf dem Maschinenbett (2) angeordnet sind, wobei der Spindelstock (3) zu einer Bewegung in Z-Richtung, d. h. in Richtung der Werkstückachse (C2) gesteuert antreibbar ist,

c) ein auf dem Maschinengestell (1) abgestütztes Schlittensystem mit zwei gesteuert antreibbaren Schütten (7, 10), von denen der eine (10) in Y-Richtung, d. h. rechtwinklig zur Achse (C2) des zu bearbeitenden Werkstücks (W) verschiebbar ist und der andere (7) in X-Richtung, d. h. rechtwinklig zur Y- und Z-Richtung verschiebbar ist,

d) eine an dem Schlittensystem (7, 10) abgestützte Rundführung (12), in der ein Werkzeugkopf (13) um eine zur Werkstückachse (C2) rechtwinklige Achse winkeieinstellbar aufgenommen ist, wobei der Werkzeugkopf (13) zwischen dem Spindelstock (3) und dem Reitstock (4) angeordnet ist, und

e) ein in dem Werkzeugkopf (13) drehantreibbar aufgenommenes innenverzahntes Werkzeug (T), wobei eine steuerbare Relativbewegung in der Z-Richtung zwischen dem Werkzeug (T) und dem Werkstück (W) vorgesehen ist,

dadurch gekennzeichnet,

f) daß ein erster Horizontaischlitten (5) an dem Maschinengestell (1) in Z-Richtung verschiebbar und antreibbar angeordnet ist,

g) daß der erste Horizontaischlitten (5) einen Vertikalschlitten (7) trägt, der in X-Richtung verschiebbar und antreibbar angeordnet ist,

h) daß der Vertikalschlitten (7) einen zweiten Horizontaischlitten (10) trägt, der in Y-Richtung verschiebbar und antreibbar angeordnet ist,

i) daß der zweite Horizontaischlitten (10) die Rundführung (12) trägt, in der der Werkzeugkopf (13) um eine zur X-Richtung parallele Achse (A) schwenkbar aufgenommen ist, und
j) daß der Reitstock (4) auf dem Maschinenbett (2) feststehend angeordnet ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, mit einem integriertem Werkstück-Handhabungssystem zum Zuführen des Werkstücks (w) in eine Übergabeposition seitlich neben dem Werkzeugkopf (13) und zum Abführen eines bearbeiteten Werkstücks (W) aus dieser Position bzw. zum Zu- und Abführen von zwei Abrichtwerkzeugen,

wobei das Werkstück (W) bzw. die Abrichtwerkzeuge in der Übergabeposition von den Spanneinrichtungen (17, 18) des Spindelstocks (3) und des Reitstocks (4) aufnehmbar bzw. abgebbar ist,
gekennzeichnet durch

a) einen auf dem Maschinenbett (2) angeordneten Längsschlitten (21), der in einer zur Z-Richtung parallelen W-Richtung antreibbar ist zu einer Bewegung zwischen der Übergabeposition im Bereich des Werkzeugs (T) und einer Übergabeposition im Bereich eines Magazins (28),

b) einen auf dem Längsschlitten (21) angeordneten Querschlitten (23), der in einer zur W-Richtung rechtwinkligen V-Richtung antreibbar ist,

c) einen auf dem Querschlitten (23) gelagerten Drehlader (25), der um eine zur Werkstückachse (C2) parallele Achse (C3) verdrehbar und in mehreren Winkelstellungen positionierbar ist und mehrere gesteuert antreibbare Greifer (26) trägt.

3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehiader (25) in vier um 90° versetzten Stellungen positionierbar ist und vier Greifer (26) trägt, von denen wenigstens zwei mit unterschiedlichem Greiferdurchmesser und unterschiedlicher Greifbreite ausgebildet sind.

4. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Spindelstock (3) ein Einbaumotor angeordnet ist, der die Spinde! direkt antreibt, und daß im Werkzeugkopf (13) ein Einbaumotor angeordnet ist, der das Werkzeug (W) direkt antreibt.