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Maschine zum Feinbearbeiten, z.B. Schaben, von Zahnflanken
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Die Erfindung betrifft eine Maschine zum Feinbearbeiten, z.B.
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Schaben, der Zahnflanken eines verzahnten Werkstücks, wie sie im Oberbegriff
des Hauptanspruchs beschrieben ist.
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Damit wird Bezug genommen auf die in der Stammanmeldung P 29 30 997.5
beschriebene Maschine. Mit dieser ist es möglich, ballige oder konische Zähne zu
erzeugen. Ein in einer parallel zur Achse des Werkzeugs und zur Achse des Werkstücks
eine Vorschubbewegung ausführender Werkzeugträger ist einerseits um eine horizontale
Achse kippbar aufgehängt und andererseits über ein verstellbar geneigtes Leitlineal
an einem festen Teil geführt. In Abhängigkeit von der Neigung des Leitlineales wird
der Werkzeugträger und damit das Werkzeug während des Vorschubs geneigt und führt
gleichzeitig eine Zustellbewegung zum Werkstück hin aus. Die exzentrische Aufhängung
des Werkzeugträgers ermöglicht in Verbindung mit einem Exzenterhebel, der auf verstellbaren
Nocken oder auf einer auswechselbaren Schablone auf einem Steuerhebel aufliegt,
der an einem mit dem Werkzeugträger verbundenen Führungsträger angelenkt ist, die
Balligkeit entsprechend den jeweiligen Erfordernissen zu variieren. Es ist jedoch
nicht möglich, mit einer solchen Maschine unter Verwendung eines geraden Leitlineals
auch konische oder gar ballig-konische Zähne zu erzeugen.
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Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannte Maschine
so zu verbessern, daß auf ihr auch konische und ballig-konische Zähne hergestellt
werden können.
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Diese Aufgabe wird, was das Erzeugen konischer Zähne betrifft, mit
einer Maschine gelöst, die das kennzeichnende Merkmal des Hauptanspruchs aufweist.
Eine Veränderung der Länge des Armes, der den Werkzeugträger mit dem Leitlineal
bzw. der Kulisse verbindet, führt zu einer Schrägstellung des Werkzeug trägers und
damit auch des Führungsträgers. Eine Längsbewegung des Werkzeugträgers bzw. des
Werkzeugs erfolgt dann in einer zur Werkstückachse entsprechend der gewünschten
Konizität geneigten Richtung. Die Nocken bzw. die Schablone werden dabei nicht benötigt.
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Um auch ballig-konische Zähne herstellen zu können ist das kennzeichnende
Merkmal des Anspruchs 2 notwendig, zu dem mit den Merkmalen der Ansprüche 3, 4 und
5 wahlweise anwendbare, zweckmäßige Ausgetaltungen aufgezeigt werden. Um balligkonische
Zähne zu bekommen, muß in der Ausgangsstellung der Führungsträger bzw. der Werkzeugträger
schräggestellt sein, gleichzeitig müssen aber der Exzenterhebel und der die Nocken
bzw. die Schablone tragende Steuerhebel parallel zueinander stehen, um die mit der
Schrägstellung erzeugten konischen Zähne mit einer der Stellung der Nocken bzw.
der Form der Schablone entsprechenden Balligkeit zu versehen.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren 1 bis 8 näher beschrieben.
Es zeigen Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für eine Maschine nach der Erfindung in
einer Ansicht, Fig. 2 eine Ansicht der gleichen Maschine in Pfeilrichtung II, Fig.
3 ein unter gekreuzten Achsen mit dem Werkstück zusammenwirkendes Werkzeug, Fig.
4 den Einstellschlitten in einer räumlichen Darstellung, Fig. 5 den Einstellschlitten
nach Fig. 4 in einer schematischen Darstellung, Fig. 6 die gleiche Ausführung des
Einstellschlittens mit verschiedenen Positionen des Vorschubschlittens, Fig. 7 und
8 andere Ausführungen des Einstellschlittens in schematischen Darstellungen ähnlich
Fig. 5t whi
Auf einem Maschinenbett 1 (Fig.1) ist an einem Ende ein vertikaler Ständer 2 starr
angebracht. An diesem Ständer 2 ist in einer zum freien Ende des Bettes 1 gerichteten
senkrechten Geradführung 3 ein dieses freie Bettende zumindest teilweise überragender
Vertikalschlitten 4 höhenverstellbar und antreibbar geführt. Zu diesem Zweck ist
auf dem Ständer 2 ein Schrittmotor 5 angeordnet, der über ein Stirnradgetriebe
6,7
eine Gewindespindel 8 antreibt. Diese Gewindespindel 8 wirkt auf eine mit dem Vertikalschlitten
4 fest verbundene Spindelmutter 9. An seiner Unterseite trägt der Vertikalschlitten
4 einen sogenannten Einstellschlitten 70, auf den noch eingegangen wird. An der
Unterseite des Einstellschlittens wiederum ist in einer Rundführung 11 ein um eine
vertikale Achse 12 drehbarer Werkzeugkopf 13 aufgenommen. (Diese Achse 12 ist identisch
mit der gemeinsamen Normalen von Werkzeug 14 und Werkstück 20.) In dem Werkzeugkopf
13 ist ein Werkzeug 14 drehbar gelagert. Das Werkzeug 14 kann ein bekanntes Schabrad
oder ein anderes zum Feinbearbeiten geeignetes Werkzeug sein. Es ragt unten aus
dem Werkzeugkopf heraus.
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Auf dem Maschinenbett 1 sind in Längsführungen 15 (Fig.2) zwei Reitstöcke
16,17 längsverschiebbar und feststellbar angeordnet. Die hierfür erforderlichen
Einrichtungen sind bekannt und deshalb nicht dargestellt. Die Reitstöcke sind mit
ebenfalls bekannten und deshalb nicht im einzelnen dargestellten Einrichtungen,
z.B. Pinolen 18,19 zum selbständigen Spannen eines Werkstücks 20 ausgerüstet. Um
auch längere, z.B.
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wellenförmige Werkstücke aufnehmen zu können, kann der neben dem Ständer
2 angeordnete Reitstock 16 in eine Ausnehmung 21 des Ständers 2 verschoben werden.
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Zum Bearbeiten des Werkstückes 20 wird das Werkzeug 14 in Richtung
22 dem Werkstück genähert und mit diesem in Eingriff gebracht. Die hierfür vorgesehenen
Einrichtungen wie Schrittmotor 5 und Vertikalschlitten 4 sind bereits oben beschrieben.
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Für den Drehantrieb des Werkzeugs 14 ist am Ständer 2 ein
Antriebsmotor
25 angebracht, der über ein Riemenvorgelege 26 und eine homokinetische Gelenkwelle
27 sowie ein bereits im Werkzeugkopf 13 untergebrachtes Stirnradgetriebe 28,29 antreibt.
Als Antriebsmotor 25 kann ein Elektromotor verwendet werden oder ein regelbarer
Hydraulikmotor. In diesem Falle kann auf das Riemenvorgelege 26 u.U. verzichtet
werden. Zur Durchführung der Gelenkwelle 27 durch den Ständer 2 ist in diesem eine
Öffnung 30 vorhanden.
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Der Einstellschlitten 70 (Fig.4) besteht im wesentlichen aus drei
zueinander beweglich angeordneten Teilen: einer Schwenkplatte 71, einem Führungsträger
72 und einem Vorschubsciilitten 73. Die Schwenkplatte 71 ist in einer vorgespannten
Rundführung 74 im Vertikalschlitten 4 um eine vertikale Achse, die mit der Achse
12 zusammenfällt, schwenkbar und feststellbar aufgenommen. Damit kann die Vorschubrichtung
75,75,75" (Fig.3) des Werkzeugs 14 beim Parallel-, Diagonal- oder Underpassschaben
beliebig eingestellt werden An der Schwenkplatte 71 ist an Bolzen 100 der Führungsträger
72 um eine horizontale Achse 77 kippbar exzentrisch aufgehängt. Hierauf wird noch
näher eingegangen. Der Führungsträger nimmt an seiner Unterseite in einer vorgespannten
Längsführung 78 den Vorschubschlitten 73 auf. Vorgespannte Längsführungen sind ebenso
wie die schon erwähnten vorgespannten Rundführungen bekannt, sie brauchen hier nicht
näher beschrieben zu werden.
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Die Längsführung 78 ist quer zur Achse 77 gerichtet. Die Längsführung
78 ist ebenso wie die Geradführung 3 infolge des über dem ortsfest aufgenommenen
Werkstück 20 angeordneten Werkzeug 14 so hoch angebracht, daß sie im wesentlichen
außerhalb des
Spänebereiches liegt. Damit ist sichergestellt, daß
sich zumindest auf den während eines Arbeitszyklus benutzten Abschnitten keine Späne
absetzen können und somit kein Verschleiß der Führungsbahnen auftreten kann. Auch
die Rundführung 11 des Werkzeugkopfes sowie die Rundführung 74 der Schwenkplatte
liegen oberhalb des Spänebereiches und können somit nicht verschmutzen.
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Wie bereits erwähnt, ist der Werkzeugkopf 13 in einer Rundführung
11 im sogenannten Einstellschlitten 70 bzw. im Vorschubschlitten 73 um eine vertikale
Achse schwenkbar. Damit kann ein Achskreuzwinkel t (Fig.3) zwischen Werkzeugachse
41 und Werkstückachse 42 eingestellt werden. Die dann um den gleichen Winkel in
einer horizontalen Ebene vorhandene Schrägstellung der Werkzeugachse 41 zur Motorachse
24 wird von der Gelenkwelle 27 ebenso überbrückt wie die unterschiedlichen Höhenlagen
und Abstände der Werkzeugachse 41 gegenüber der Motorachse 24 infolge unterschiedlicher
Werkstückabmessungen und der Vertikal- und Horizontalbewegungen des Werkzeugs während
jedes Bearbeitungszyklus.
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Die Zustellung des Werkzeugs zum Werkstück im Sinne einer Achsabstandsverringerung
bzw. das Außer-Eingriff-Bringen von Werkstück und Werkzeug erfolgt mit dem Schrittmotor
5. Seine Umschaltbarkeit auf verschiedene Drehzahlen ermöglicht in Verbindung mit
dem Stirnradgetriebe 6,7 und der reibungsarmen Geradführung 3 sowohl eine feineinstellbare
Zustellung als auch ein schnelles Zurückfahren des Werkzeugs. Zum Halten des
Vertlkalschlittens
in einer bestimmten Lage sind ebenfalls bekannte und daher nicht gezeichnete Einrichtungen,
z.B.
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hydraulische Klemmvorrichtungen, vorgesehen. Zum Erzeugen der Vorschubbewegung
75,75',75" ist im Führungsträger 72 ein nicht gezeichneter doppeltwirkender Hydraulikzylinder
vorgesehen, dessen ebenfalls nicht gezeichnete Kolbenstange mit dem Vorschubschlitten
73 verbunden ist. Mit dieser Einrichtung wird der Vorschubschlitten nach links oder
rechts bewegt, je nach Beaufschlagung der Zylinderkammern. Auf diese Weise ist es
möglich, das Werkzeug 14, z.B. ein Schabrad, über die ganze Breite des Werkstücks
hin- und herzubewegen. Die Steuermittel hierfür und für die Zustellung des Werkzeugs
zum Werkstück im Sinne einer Achsabstandsverringerung und umgekehrt bzw. für einen
automatischen Arbeitsablauf sind bekannt, sie brauchen hier nicht beschrieben zu
werden. Sie sind auch nicht gezeichnet.
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Der Vorschubschlitten 73 (Fig.5) weist an einem Ende einen nach oben
gerichteten Arm 86 auf, an dessen freiem Ende ein Leitlineal 87 angebracht ist.
Das Leitlineal ist um eine horizontale Achse 88, die parallel zur Kippachse 77 gerichtet
ist, schwenkbar und am Arm 86 feststellbar. Die Schwenkplatte 71 weist einen Ausleger
89 auf, an dessen freiem Ende eine Kulisse 90 frei drehbar angelenkt ist. In dieser
Kulisse ist das Lineal 87 geführt.
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Der Arm 86 ist in seiner Länge verstellbar. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der in seinem unteren Teil mit einem Gewinde 86' versehen, das durch eine Öffnung
im Vorschubschlitten 73 hindurchgeführt ist, an dem die jeweils erforderliche Länge
mit Muttern 85,85' eingestellt werden kann. Das Verstellen der Länge kann jedoch
auch mit anderen Mitteln erreicht werden, z.B. mit einer in einem Gewinde im Vorschubschlitten
aufgenommenen Gewindespindel 121 (Fig.7) oder mit einem zweigeteilten Arm, dessen
beide Teile 122, 122' mittels Langlöcher durchdringender Schrauben 123,123' miteinander
einstellbar verbunden sind (Fig.8).
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In der Regel ist die Länge des Armes 86 so eingestellt, daß der Vorschubschlitten
73 waagerecht steht. Dann können, wie in der Stammanmeldung P 29 30 997.5 beschrieben
ist, normale oder auch ballige Zähne bearbeitet'werden. Ein Verkürzen oder Verlängern
des Armes 86 gegenüber seiner in Figur 4 gezeigten Länge bewirkt eine Neigung des
Vorschubschlittens 73 nach links (Fig.5) oder nach rechts. Wird der Vorschubschlitten
- wie oben beschrieben - nach links oder rechts bewegt, dann bewegt er sich entsprechend
seiner Schrägstellung in einer zur Werkstückachse geneigten Ebene. Die zu bearbeitenden
Zähne werden konisch. Voraussetzung dafür ist, daß das Leitlineal 87 waagerecht
eingestellt und geklemmt ist. (Ist -ebenfalls bei waagerechter Einstellung und Klemmung
des Leitlineals - die Länge des Armes 86 so eingestellt, daß der Vorschubschlitten
73 waagerecht steht, dann macht der Vorschubschlitten eine normale, geradlinig verlaufende
Hin- und Herbewegung.)
Ist das Lineal dagegen, wie in Fig. 5 dargestellt,
im Uhrzeigersinn um einen beliebig wählbaren Winkel ß schräg eingestellt, dann geschieht
folgendes: Beim Verfahren des Vorschubschlittens nach links wird der Arm 86 infolge
der Kulissenführung des Führungslineales 87 angehoben, gleichzeitig aber nach links
bewegt. Infolge der Aufhängung des Vorschubschlittens 73 mit dem Führungsträger
72 an der Schwenkplatte 71 führt der Vorschubschlitten und damit auch der Führung
träger eine Kippbewegung 94 gegen den Uhrzeigersinn aus.
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Beim Verfahren des Vorschubschlittens nach rechts wird der Arm 86
dagegen gesenkt, der Vorschubschlitten 73 und der Führungsträger 72 führen eine
Kippbewegung 95 im Uhrzeigersinn aus. Mit der Kippbewegung des Vorschubschlittens
wird eine Schiefstellung des Werkzeugs 14 gegenüber dem Werkstück erreicht. Diese
Schiefstellung wird auch als Sturz bezeichnet.
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Der Winkel CC des Sturzes (Fig.6) kann durch Verändern des Winkels
ß, um den das Lineal geneigt ist, variiert werden.
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Die Rotationsebene 91 des Werkzeugs 14 ist bei ballig-konischen Zähnen
in der Regel auf die Mitte der auf die Werkstückachse projizierten Zahnlänge gerichtet.
Bei breiten Werkstücken, wo ein langer Vorschubweg erforderlich ist, soll oftmals
zumindest gegen Ende jeder Bewegung, z.B. um eine breitere Berührungsfläche zu bekommen,
die sich aus der Kippbewegung des Werkzeugkopfes 13 ergebende Zustellung des Werkzeugs
14 zum Werkstück 20 verringert werden. Hierzu dienen die nachstehend beschriebenen
Einrichtungen.
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Der Kippbolzen 100 ist mit einem ersten Durchmesser 101 in der Schwenkplatte
71 gelagert. Mit einem zweiten, versetzt dazu angeordneten Durchmesser 102 ist er
im Führungsträger 72 aufgenommen. Die Achse 103 des Durchmessers 102 ist um einen
Abstand 104 zur Kippachse 77, die gleichzeitig die Achse des Durchmessers 101 ist,
versetzt und liegt in einer Ebene mit der schon erwähnten Schwenkachse 12. Auf dem'Durchmesser
101 ist noch ein Exzenterhebel 105 drehfest auf dem Kippbolzen 100 aufgebracht.
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Ein Steuerhebel 106 ist über eine Lasche 107 um eine Achse 108 kippbar
an der Schwenkplatte 71 angebracht und über einen Lenkerhebel 109 am Führungsträger
72 angelenkt. Beiderseits der Lasche 107 ist je ein Nocken 110,111 angebracht, auf
denen ein Arm 112 des Exzenterhebels 105 aufliegt. Der andere Arm 113 wird von einer
Druckfeder 114 beaufschlagt, die sich am Führungsträger 72 abstützt. Soll ein Zahnrad
mit ballig-konischen Zähnen bearbeitet werden, wird der Arm 86 auf die erforderliche
Länge gebracht. Der Vorschubschlitten 73 nimmt eine entsprechende Schrägstellung
ein, desgleichen der Führungsträger 72. Dabei wird über den Lenkerhebel 109, den
Steuerhebel 106 und einen der Nocken 110,111der Exzenterhebel 105 an seinem Hebelarm
112 angehoben. Für eine einwandfreie Balligkeit sollen der Exzenterhebel 105 und
der Steuerhebel 106 in der Ausgangsstellung parallel zueinander stehen. Der Lenkerhebel
109 ist deshalb so ausgebildet, daß der Abstand zwischen seinem Anlenkpunkt am Steuerhebel
106 und der Auflagefläche des Exzenterhebels 105 auf den Nocken veränderlich einstellbar
ist.
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Im Beispiel der Figur 5 ist der Lenkerhebel hierzu zwischen
seinen
beiden Anlenkpunkten in der Länge verstellbar, z.B.
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zweigeteilt und die beiden Teile 124,124' sind mittels Lang-
löcher durchdringender Schrauben 125,125' verbundenl. Mit dieser Einrichtung können
der Exzenterhebel und der Steuerhebel trotz geneigten Vorschubschlittens in die
normale Stellung parallel zueiander eingestellt werden.
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Mit der Feder 114 ist die Auflage des Exzenterhebels 105 auf den
Nocken sichergestellt. Die Wirkung dieser Einrichtung ist folgende: Wird der Vors
chubsch litten 73 beispielsweise nach links verschoben, so führt er, wie schon erwähnt
wurde, zusammen mit dem Führungsträger 72 eine Kippbewegung 94 gegen den Uhrzeigersinn
aus. Diese Kippbewegung wird über den Lenkerhebel 109 auf den Steuerhebel 106 übertragen,
der ebenfalls zu einer Kippbewegung um die Achse 108 gegen den Uhrzeigersinn veranlaßt
wird. Dabei wird der Arm 112 des Exzenterhebels 105 über den Nocken 111 angehoben
und dadurch auch der Führungsträger 72 infolge seiner exzentrischen Aufhängung.
Mit dem Anheben des Führungsträgers 72 wird auch
das Werkzeug entsprechend
nach oben bewegt (Fig.6). Wird der Vorschubschlitten 73 nach rechts verschoben,
dann führt er zusammen mit dem Führungsträger 72 die schon erwähnte Kippbewegung
95 im Uhrzeigersinn aus. Diese Bewegung wird über den Lenkerhebel 109 auf den Steuerhebel
106 übertragen, der jetzt zu einer Kippbewegung im Uhrzeigersinn veranlaßt wird.
Dabei wird der Arm 112 des Exzenterhebels 105 wieder angehoben (diesmal über den
Nocken 110), wodurch auch das Werkstück wieder nach oben bewegt wird. Die Kombination
Lenkerhebel, Steuerhebel, Nocken, Exzenterhebel und exzentrische Aufhängung des
Führungsträgers bewirkt, daß jedes Kippen des Führungsträgers, unabhängig in welcher
Richtung, eine Bewegung des Exzenterhebel-Armes 112 nach oben verursacht und so
ein Teil der Zustellbewegung aufgehoben wird. Durch Verstellen der Abstände a und/oder
b-der Nocken 110,111 von der Achse 108 kann das Maß der Bewegung des Exzenterhebels
vorwählbar eingestellt werden.
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Die Bewegung des Exzenterhebels 105 kann auch über eine am Steuerhebel
106 statt der Nocken befestigte Schablone 115 (Fig.7) erfolgen, auf der der Exzenterhebel
gewissermaßen abrollt. Die von der Schablone gebildete Kurve kann in Annäherung
auch von mindestens drei verstellbaren Einzelnocken gebildet werden. Eine weitere
Feineinstellung von Sturz bzw.
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Zustellung wird erreicht, wenn der Abstand c variiert werden kann.
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Wenn die Korrektureinrichtung nicht benötigt wird, z.B. beim Schaben
von nicht-balligen Zahnflanken, ruht der Exzenterhebel 105 bzw. sein Arm 112 auf
der die Achse 108 konzentrisch umgebenden halbrunden Kontur 118 der Lasche 107,
auf der er sich über eine Schraube 119 abstützt. Die Nocken 110,111 oder die Schablone
115 sind dann entfernt. Ein Kippen des Steuerhebels 106, aus welchem Grunde auch
immer, hat dann keine Auswirkung auf den Exzenterhebel oder die Stellung des Werkstücks,
da der Exzenterhebel immer im gleichen Abstand zur Achse i08 bleibt.
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In Figur 7 ist für die Verstellung des Lenkerhebels 109 eine andere
Möglichkeit aufgezeigt. Hier ist der Lenkerhebel nicht unmittelbar am Führungsträger
72 angelenkt, sondern an einer etwa quer zu ihm gerichteten Lasche 126, die um eine
Achse 127 schwenkbar und mit einer Schraube 128 am Führungsträger feststellbar ist.
Nach Lösen der Schraube 128 kann durch Schwenken der Lasche 126 nach oben oder unten
der Lenkerhebel 109 und damit auch der den Nocken 111 tragende Abschnitt des Steuerhebels
106 nach oben oder unten bewegt werden. Wenn sich der Steuerhebel 106 in der gewünschten
Lage befindet, muß die Schraube 128 natürlich wieder festgezogen werden.
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Anstatt zum Einstellen des Steuerhebels 106 den Lenkerhebel 109 zu
verstellen ist es auch möglich, die Auflagefläche für die beiden Nocken 110,111
am Exzenterhebel 105 zu verändern.
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Zu diesem Zweck kann am Exzenterhebel eine Leiste 129 od.
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dgl. angebracht sein (Fig.8), die sowohl in vertikaler Richtung als
auch in ihrer Neigung verstellbar ist. Zum Fixieren ihrer Lage sind wieder Langlöcher
od. dgl. durchdringende Schrauben vorgesehen, die mit 130 bezeichnet sind.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt, sie soll vielmehr alle unter die Ansprüche fallenden Möglichkeiten mit
einschließen.
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Begriffsliste 1 Maschinenbett 2 Ständer 3 Geradführung 4 Vertikalschlitten
5 Schrittmotor 6 7) Stirnräder 8 Gewindespindel 9 Spindelmutter 10 11 Rundführung
12 Achse 13 Werkzeugkopf 14 Werkzeug 15 Längsführung 16 17) Reitstock 18 19) Pinole
20 Werkstück 21 Ausnehmung 22 Zustellung 23 24 Achse des Motors 25 Antriebsmotor
26 Riemenvorgelege 27 Gelenkwelle 28 29) Stirnräder 30 Öffnung 41 Achse des Werkzeugs
42 Achse des Werkstücks 70 Einstellschlitten 71 Schwenkplatte 72 Führungsträger
73 Vorschubschlitten 74 Rund führung 75 Vorschubrichtung 76 77 Achse 78 Längs führung
85,85' Mutter 86 Arm, 86' Gewinde 87 Lineal 88 Achse 89 Ausleger 90 Kulisse 91 Rotationsebene
92 93 94 95) Kippbewegung 100 Bolzen 101 102) Durchmesser 103 Achse 104 Abstand
105 Exzenterhebel 106 Steuerhebel 107 Lasche 108 Achse 109 Lenkerhebel 110 111)
Nocken 112 113) Arm
114 Feder 115 Schablone 119 Schraube 120 121
Gewindespindel 122,122' Teil von 86 123,123' Schraube 124,124'. Teil von 109 125,125'
Schraube 126 Lasche 127 Achse 128 Schraube 129 Leiste 130 Schraube
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