DE3305484A1

DE3305484A1 - Gewindebildekopf zur verwendung an einer numerisch gesteuerten werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE3305484A1
Application number: DE19833305484
Authority: DE
Inventors: Ervin J. 53219 West Allis Wis. Kielma
Original assignee: Kearney and Trecker Corp
Current assignee: Kearney and Trecker Corp
Priority date: 1982-02-17
Filing date: 1983-02-17
Publication date: 1983-09-01
Also published as: GB2115733B; GB8304231D0; JPS58192717A; JPS613612B2; GB2115733A

Description

Gewindebildekopf zur Verwendung an einer numerisch gesteuerten

Werkzeugmaschine

Bei der Produktion von bearbeiteten Teilen mittels automatischer Werkzeugmaschinen ist es oftmals erwünscht, relativ große Anzahlen von Teilen zu produzieren, während die Flexibilität beibehalten wird, Teile unterschiedlicher Geometrie zu bearbeiten. Während automatische Werkzeugmaschinen in Transferstraßen große Anzahlen von Teilen bearbeiten, ist die Flexibilität oftmals sehr begrenzt, die von solchen automatischen Werkzeugmaschinen in Transferstraßen geboten ist. Andererseits bietet eine einzelne numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine, beispielsweise ein Bearbeitungszentrum mit horizontaler oder vertikaler Spindel, zwar große Flexibilität hinsichtlich der Bearbeitung von Teilen vieler verschiedener Gestalten oder Geometrien, jedoch kann eine solche Werkzeugmaschine gewöhnlich nur eine geringe Anzahl oder höchstens eine mittlere Anzahl von Teilen (je Zeiteinheit) produzieren. In einem Versuch, sowohl Produktion mit einer großen Anzahl von Teilen als auch eine Flexibilität hinsichtlich der Bearbeitung von Teilen verschiedener Gestalten zu erzielen, sind Werkzeugmaschinen mit mehreren Spindelköpfen oder Spindelstöcken entwickelt worden. Eine typische Mehrspindelkopf-Werkzeugmaschine, beispielsweise das Kearney & Trecker-Mode 11 "Milwaukee-FMS Head Indexer Module", umfaßt eine Kraftstation oder Kraftantriebsstation, die wirksam ist, jeden einer Reihe von mehreren Spindelköpfen oder Spindelstöcken anzutreiben, wenn jeder Spindelkopf oder Spindelstock mittels eines Fortschaltmechanismus wahlweise aus einer Lagerstellung in eine Arbeitsstellung neben der Kraftantriebsstation geschaltet wird. Jeder Spindelkopf oder Spindelstock (nachstehend der Einfachheit halber als Spindelkopf bezeichnet) besitzt eine oder mehrere sich nach außen erstreckende

Spindeln, die ein Bohrwerkzeug, ein Räumwerkzeug, ein Fräswerkzeug oder ein Gewindebildewerkzeug tragen können. Die Spindeln an jedem Spindelkopf werden von einer Eingangswelle gedreht, die sich von dem Spindelkopf nach hinten erstreckt derart, daß sie mit der Kraftantriebsstation in Eingriff tritt, wenn der Spindelkopf in die Arbeitsstellung geschaltet ist. Nachdem der ausgewählte Spindelkopf in die Arbeitsstellung geschaltet oder gebracht worden ist, so daß seine Eingangswelle von der Kraftantriebsstation angetrieben werden kann, um dadurch ein Antreiben der werkzeugtragenden Spindeln zu ermöglichen, wird ein Bearbeitungsvorgang an einem unfertigen Teil begonnen durch Hin- und Herbewegen des Maschinentisches oder Arbeitstisches, an dem das zu bearbeitende Teil montiert ist, und zwar in Richtung gegen den Spindelkopf und von diesem weg entlang eines Weges parallel zu de j: Achse der Drehung des Spindelkopfes. Nachdem ein besonderer BearbeitungsVorgang an dem Teil von den Werkzeugen beendet worden ist, die in den Spindeln des Spindelkopfes getragen sind, der in die Arbeitsstellung gebracht worden ist, kann ein anderer Bearbeitungsvorgang ausgeführt werden, indem der betreffende Spindelkopf in die Kraftantriebsstation gebracht wird. Nach Beendigung aller gewünschten Bearbeitungsvorgänge an dem Teil, das sich dann an dem Arbeitstisch befindet, wird das gerade bearbeitete Teil von dem Arbeitstisch oder Werkstücktisch entfernt und ein neues Teil wird auf ihm angeordnet, so daß es in der oben beschriebenen Weise bearbeitet werden kann.

Obwohl gegenwärtig Werkzeugmaschinen mit mehreren Spindelköpfen,-wie beispielsweise die oben beschriebene Werkzeugmaschine, gut dazu geeignet sind, Bohrvorgänge, Fräsvorgänge, Räumvorgänge und sogar Gewindebildevorgänge an einem Werkstück schnell auszuführen, war es bis jetzt jedoch nicht möglich, eine Werkzeugmaschine mit mehreren fortschaltbaren Spindelköpfen dazu zu verwenden, Außengewinde oder Innengewinde an einem Werkstück zu strehlen, und zwar wegen der Unmöglichkeit, die gleichzeitigen Verschiebe- und Drehbewegungen der Spindeln von bekannten Werkzeugmaschinen mit mehreren Spindelköpfen genau zu koordinieren, um e'inen Gewindestrehlvorgang durchzuführen. Es trifft zwar zu, daß das Strehlen eines Gewindes durchgeführt werden kann mit einer Werkzeugma-

schine mit mehreren Spindelköpfen durch genaues Steuern des Ausmaßes beziehungsweise der Geschwindigkeit der Drehung des Spindelkopfes gemeinsam mit dem Ausmaß beziehungsweise der Geschwindigkeit der Bewegung des Arbeitstisches, wobei jedoch die auf diese Weise gestrehlten Gewinde üblicherweise keine konstante Steigung haben, was zu einem Gewindekreuzen führen kann, wenn die auf die beschriebene Weise gestrehlten Gewinde mit einem mit komplementärem Gewinde versehenen Element zusammengebracht werden. Im Gegensatz dazu betrifft die vorliegende Erfindung einen Gewindebildekopf, der insbesondere angepaßt ist zur Verwendung an einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine mit mehreren fortschaltbaren Spindelköpfen für genaues Strehlen von Innengewinde und Außengewinde an einem Werkstück,

Es ist ein Zweck der vorliegenden Erfindung, einen Gewindebildekopf zu schaffen zur Verwendung an einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine für genaues Strehlen von Außengewinde und Innengewinde an einem Maschinenteil.

Es ist noch ein anderer Zweck der vorliegenden Erfindung, einen Gewindebildekopf zu schaffen zur Verwendung an einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine für genaues Strehlen von Gewinde an einem Maschinenteil, wobei die Länge und die Tiefe des Gewindes beim Ansprechen auf numerische Steuerbefehle gesteuert werden.

Es ist ein noch weiterer Zweck der vorliegenden Erfindung, einen Gewindebildekopf zu schaffen zur Verwendung an einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine, um Innengewinde oder Außengewinde an einem Maschinenteil zu strehlen, wobei die Gewindelänge, die Gewindetiefe und die Gewindesteigung beim Ansprechen auf numerische Steuerbefehle steuerbar sind.

Ein Gewindebildekopf zur Verwendung an einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine umfaßt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung einen Rahmen, in dem eine rohrartige Spindel für Drehung um eine Achse und für Bewegung entlang der Achse aus dem Rahmen heraus und in den Rahmen hinein gelagert ist. Die Spindel wird achsial aus dem Rahmen heraus vorbeweqt

und in den Rahmen zurückbewegt, wenn sie sich dreht, und zwar durch die Kombination aus einer Kugelmutter und einer Kugelschraube, die zwischen dem Rahmen und der Spindel befestigt sind, wobei die Kugelschraube über die Kugelmutter unter Drehung achsial vorbewegt wird beim Ansprechen auf numerische Steuerbefehle, um einem Querschneidwerkzeug eine Schraubenumlaufbahn zu erteilen, das an demjenigen Ende der Spindel verschiebbar getragen ist, das von dem Rahmen entfernt liegt. Eine Einrichtung umfassend eine Gewindeschraube, die in dem Ende der Spindel für Drehung um eine Achse rechtwinklig zur Drehachse der Spindel gelagert ist, einen servo-gesteuerten Antriebsmotor für Drehantrieb der Schraube, und einen Gewindeblock, der am Hinterende des Querschneidwerkzeuges derart befestigt ist, daß er sich in Gewindeeingriff mit der Schraube befindet, ist vorgesehen für genaues Steuern der Umlaufbahn des QuerSchneidwerkzeuges während der Drehung der Spindel.

Bei einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Spindel zwei konzentrische Hülsen, von denen die äußere Hülse mit dem Rahmen derart verkeilt ist, daß sie aus dem Rahmen heraus und in den Rahmen hinein achsial beweglich ist, während die innere Hülse innerhalb der äußeren Hülse drehbar gelagert ist. Die Kugelmutter ist an der äußeren Hülse derart befestigt, daß sie sich in Gewindeeingriff mit der Kugelschraube befindet, die in dem Rahmen parallel zu der inneren und der äußeren Hülse der Spindel drehbar gelagert ist. Sowohl die innere Hülse der Spindel als auch die Kugelschraube werden gemeinsam von einem einzigen Servoantriebsmotor über einen Getriebezug angetrieben, so daß die innere Hülse und die äußere Hülse aus dem Rahmen herausbewegt beziehungsweise in diesen hineinbewegt werden, wenn die innere Hülse sich dreht, so daß dem Querschneidwerkzeug eine Schraubenbewegung erteilt wird. Der Getriebezug umfaßt verschiebbare Teile, die es ermöglichen, das Verhältnis zwischen Drehung der inneren Hülse und Drehung der Kugelschraube zu verändern, um dadurch die Steigung der Gewinde zu ändern, die von dem Querschneidwerkzeug gestrehlt werden.

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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 ist eine Längsschnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Gewindebildekopfes für eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine mit mehreren fortschaltbaren Spindelköpfen gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht des Gewindebildekopfes gemäß Fig. 1 nach Linie 2-2 der Fig. 1;

Fig. 3 ist eine Stirnansicht des Gewindebildekopfes gemäß Fig. !,wobei die Anbringung des von ihm getragenen Querschneidwerkzeuges dargestellt ist;

Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht nach Linie 4-4 der Fig. 3;

Fig. 5 ist eine Längsschnittansicht einer abgewandelten bevorzugten Ausführungsform eines Gewindebildekopfes gemäß der Erfindung;

Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht nach Linie 6-6 der Fig. 5;

Fig. 7 ist eine Längsschnittansicht einer noch anderen abgewandelten bevorzugten Ausführungsform des Gewindebildekopfes gemäß der Erfindung;

Fig. 8 ist eine Querschnittsansicht nach Linie 8-8 der Fig. 7; Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht nach Linie 9-9 der Fig. 8;

Fig.10 ist eine in vergrößertem Maßstab gehaltene, teilweise im Längsschnitt gehaltene und teilweise gebrochene Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform des Gewindebildekopfes gemäß Fig. 7;

Fig,11 ist eine Stirnansicht des Gewindebildekopfes gemäß Fig. 10 nach Linie 11-11 der Fig. 10.

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Fig. 1 ist eine Längsschnittansicht eines Gewindebildekopfes 10 für eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Gewindeschneidkopf 10 weist einen Rahmen auf, der an einer Werkzeugmaschine 14 angebracht ist für Bewegung in eine Arbeitsstellung, die einem das Werkstück aufnehmenden, nicht dargestellten Haltetisch der Werkzeugmaschine direkt gegenüberliegt, wobei der Tisch, nachstehend als Arbeitstisch bezeichnet, in Richtung gegen diese Arbeitsstellung und von dieser weg entlang eines Weges, der nachstehend als die Z-Achse bezeichnet ist, unter den Befehlen der nicht dargestellten numerischen Steuereinrichtung der Werkzeugmaschine bewegbar ist.

Der Rahmen 12 hat in seiner gemäß Fig. 1 rechten Fläche, welche die Vorderfläche ist, einen Durchgang, der ausreichend groß ist, um eine rohrartige Spindel 16 aufzunehmen, die durch den Durchgang 12 hindurch derart angeordnet ist, daß sie sich nach vorn, das heißt gemäß Fig. 1 nach rechts, über den Rahmen 12 hinaus erstreckt. Bei der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Spindel 16 eine rohrartige Kugelschraube, die in eine Kugelmutter 18 geschraubt ist, die an dem Rahmen 12 mittels Bolzen 27 befestigt ist, so daß die Kugelschraube durch den Durchgang des Rahmens 12 hindurch drehbar und achsial bewegbar gelagert ist. Wie es nachstehend besser verständlich wird, ist die Steigung des Kugelschraubengewindes derart gewählt, daß sie der gewünschten Steigung des Gewindes entspricht, das mittels des Gewindebildekopfes 10 gestrehlt werden soll. Drehenergie, um die Kugelschraube durch die Kugelmutter 18 unter Drehung zu bewegen, wird der Kugelschraube mittels eines Zahnrades 28 erteilt, das am Hinterende der Kugelschraube zwischen einem Abstandsteil 29, der sich in Anlage an einer Schulter der Kugelschraube befindet, und einer Mutter 3 0 getragen ist, die auf das Hinterende der Kugelschraube geschraubt ist, um das Zahnrad 28 gegen den Abstandsteil 29 zu drücken. Eine Mehrzahl von Stellschrauben (nicht dargestellt) ist radial durch die Mutter 30 geschraubt, um zu verhindern, daß die Mutter 30 sich während der Drehung der Kugelschraube löst.

Das Zahnrad 28 wird von einem Antriebsrad 31 angetrieben, das in dem Rahmen 12 parallel zur Kugelschraube 16 mittels Lagern

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32a und 32b drehbar gelagert ist, so daß das Antriebsrad 31 mit dem Zahnrad 28 kämmt. Das Antriebsrad 31 besitzt ein Kegelzahnrad 33, das an seinem hinteren, beziehungsweise gemäß Fig. 1 linken, Ende für Kämmeingriff mit einem Kegelzahnrad 34 befestigt ist, das an der Welle eines numerisch gesteuerten Servomotors getragen ist. Der Motor 35 ist an der Oberseite des Rahmens 12 mittels Bolzen 36 befestigt derart, daß die Motorwelle sich nach unten in den Rahmen 12 hinein durch ein Lager 38 hindurch erstreckt, das in einem Durchgang in der Oberseite des Rahmens angeordnet ist. Der Kämmeingriff des Zahnrades 28 mit dem Antriebsrad 31 und der Kämmeingriff des Kegelzahnrades 33 mit dem Kegelzahnrad 34 sind am besten aus Fig. 2 ersichtlich, die eine Querschnittsansicht nach Linie 2-2 der Fig. 1 ist.

Der numerisch gesteuerte Servomotor 35 weist typisch einen Wandler mit innerer Rückkopplung (nicht dargestellt) auf zum Erzeugen von elektrischen Signalen, welche die Winkelstellung der Motorwelle anzeigen. Die elektrischen Signale des Wandlers mit innerer Rückkopplung innerhalb des Motors 35 werden an einen N/C-Steuerkreis 39 geliefert. Solche Kreise sind bekannt. In Übereinstimmung mit den elektrischen Signalen, die von dem Wandler des Motors 35 geliefert werden, steuert der N/C-Steuerkreis 3 9 das Erregen des Servomotors 35 beim Ansprechen auf numerische Steuerbefehle, wie sie beispielsweise von einem nicht dargestellten Bandablesegerät o.dgl. erzeugt werden, um die Drehung der Kugelschraube 16 genau zu steuern. Da die Kugelschraube 16 über die Kugelmutter 18 mittels des Servomotors 35 beim Ansprechen auf Signale von dem N/C-Steuerkreis 39 gedreht und achsial bewegt werden kann, bewirkt der Gewindeeingriff der Kugelschraube 16 mit der Kugelmutter 18, die am Rahmen 12 befestigt ist, daß die Kugelschraube 16, wenn sie sich dreht, entweder aus dem Rahmen 12 heraus oder in den Rahmen 12 hinein bewegt wird, und zwar in Abhängigkeit von der Drehrichtung der Kugelschraube. Da die Kugelschraube sich verschiebt, wenn sie sich dreht, muß das Antriebsrad 31 lang genug sein, damit das Zahnrad 28 während des gesamten Weges achsialer Bewegung der Kugelschraube dauernd in Kämmeingriff mit dem Antriebsrad 31 bleibt. In der Praxis sind der Durchmesser der Kugelschraube 16 und die Steigung des Kugel-

Schraubengewindes derart ausgewählt, daß fünf vollständige Drehungen der Kugelschraube 16 bewirken, daß die Kugelschraube 16 in vollem Ausmaß aus dem Rahmen 12 herausbewegt wird, und zwar um eine Strecke von etwa 75 mm (3 Zoll). Wenn somit die Kugelschraube 16 gemäß vorstehender Beschreibung gestaltet ist, muß das Antriebsrad 31 ebenfalls eine Länge von 75 mm haben, um konstanten Kämmeingriff zwischen dem Antriebsrad 31 und dem Zahnrad 28 zu gewährleisten. Für den Fachmann des hier in Rede stehenden Gebietes der Technik ist es offensichtlich, daß durch Ändern des Durchmessers der Kugelschraube 16 und durch Ändern der Steigung des Kugelschraubengewindes die Länge der Vorbewegung der Kugelschraube 16 aus dem Rahmen 12 heraus nach einer eingestellten Anzahl von Kugelschraubenumdrehungen sich entsprechend ändert, so daß eine entsprechende Änderung der Dimensionierung des Antriebsrades 31 erforderlich ist.

An dem vom Rahmen 12 entfernt liegenden Ende der Kugelschraube 16 ist mittels Bolzen 42 ein Gehäuse 40 derart befestigt, daß sich das Gehäuse 40 zusammen mit der Kugelschraube 16 dreht. In dem Gehäuse 40 ist eine Schraube 44 in Lagern 46a und 46b gelagert für Drehung um eine Achse rechtwinklig zur Drehachse der Kugelschraube 16. Die Schraube 44 besitzt ein Kegelzahnrad 48, das mit ihr einheitlich ausgeführt ist für Kämmeingriff mit einem komplementären Kegelzahnrad 50, das in der hinteren Wand des Gehäuses 40 derart gelagert ist, daß es sich durch diese hintere Wand des Gehäuses 40 in die hohle Bohrung der Kugelschraube 16 erstreckt für Verbindung mit dem Vorderende einer Antriebswelle 52, die in der Bohrung der Kugelschraube 16 konzentrisch angeordnet ist. Das hintere Ende der Welle 52 ist mit der Welle eines numerisch gesteuerten Servomotors 54 verbunden, der mit dem hinteren Ende der Kugelschraube 16 mittels Bolzen 56 verbunden ist, so daß der Motor 54 gleichachsig zur Kugelschraube 16 vorgesehen ist, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist.

Gemäß den Figuren 3 und 4 hat das Gehäuse 40 einen Kanal 58, der in der Vorderfläche des Gehäuses 40 derart angeordnet ist, daß er sich von der Kugelschraube 16 radial erstreckt und ein Querschneidwerkzeug 60 (cross block cutting tool) aufnehmen kann, dessen hinteres Ende sich durch den Kanal 58 ins Innere des Ge-

häuses 40 erstreckt. Das Querschneidwerkzeug 60 verschiebt sich innerhalb des Kanals 58 entlang von Führungsbahnen 62 (Fig. 4), deren jede mittels nicht dargestellter Befestigungselemente entlang einer Seite des Gehäusekanals 58 befestigt ist. Zwei Abdeckteile 64 sind jeweils mittels Bolzen 66 an der Vorderfläche des Gehäuses 40 derart befestigt, daß sie über den Führungsbahnen liegen und auf diese Weise das Querschneidwerkzeug 60 innerhalb des Kanals 58 halten. Gemäß den Figuren 1 und 4 ist ein Block an der Hinterseite des Schneidwerkzeuges 60 befestigt, und er besitzt eine Gewindebohrung, die sich senkrecht durch ihn erstreckt und dazu dient, die Schraube 44 aufzunehmen. In der Praxis werden der Block 6 8 und das Querschneidwerkzeug 60 als eine einheitliche Ausführung gebildet. Die Bildung des Querschneidwerkzeuges 60 und des Blockes 68 als eine einheitliche oder einstückige Ausführung erfordert es, daß das Gehäuse 40 am oberen Ende mit einer Öffnung versehen ist, um das Einführen der Schraube 44 in den Block 68 zu erleichtern. Eine Zugangsplatte 70 (Fig. 1), die das Lager 46a (Fig. T) trägt, ist an dem Gehäuse 40 derart befestigt, daß sie über der Öffnung am oberen Ende des Gehäuses 40 liegt.

Der servo-gesteuerte Motor 54 gemäß Fig. 1 besitzt wie der servogesteuerte Motor 35 einen Rückkopplungswandler zum Erzeugen von elektrischen Signalen, welche die Winkelstellung der Welle des Motors 54 anzeigen. Von dem Rückkopplungswandler innerhalb des servo-gesteuerten Motors 54 erzeugte elektrische Signale werden dem N/C-Steuerkreis 39 zugeführt, der beim Ansprechen auf numerische Steuerbefehle das Erregen des Motors 54 in Übereinstimmung mit den Rückkopplungssignalen, die von dem Rückkopplungswandler des Motors 54 erzeugt werden, steuert, um die Drehung der Welle 52 und damit der Schraube 44 genau zu steuern, da die Schraube 44 sich in dauerndem Eingriff mit der Welle 52 befindet als Folge des Kämmeingriffs des an der Schraube 44 befindlichen Kegelzahnrades 48 mit dem an der Welle 52 befindlichen Kegelzahnrad 50. Der Gewindeeingriff der Schraube 44 mit dem Block 68 bewirkt, daß das Schneidwerkzeug 60 mit Bezug auf die Kugelschraube 16 radial nach außen oder radial nach innen verschoben wird, und zwar beim Ansprechen auf die Drehung der Welle 52, so daß durch Steuern der Erregung des Motors 54 die Umlauf-

bahn des Querschneidwerkzeuges 60 und damit die Tiefe der von dem Werkzeug 60 gestrehlten Gewindegänge entsprechend gesteuert werden kann. Obwohl nicht dargestellt, ist eine Schleifringausführung, wie sie in der Technik bekannt ist, vorgesehen für das Koppeln elektrischer Signale zwischen dem N/C-Steuerkreis 39 und dem servo-gesteuerten Motor 54, um konstante elektrische Verbindung zwischen diesen aufrechtzuerhalten, wenn der Motor 54 sich zusammen mit der Spindel 16 dreht.

Im Betrieb kann mittels des Querschneidwerkzeuges 60 des Gewindebildekopfes 10 Innengewinde oder Außengewinde an einem Werkstück gestrehlt werden, indem in den N/C-Steuerkreis 39 die richtigen numerischen Steuerbefehle eingegeben werden. Beim Ansprechen auf die N/C-Steuerbefehle, welche die Länge des zu strehlenden Gewindes und die Geschwindigkeit angeben, mit der das Strehlen des Gewindes erfolgen soll, steuert der N/C-Steuerkreis 39 die Erregung des Motors 35 entsprechend, während gleichzeitig die Erregung des Motors 54 gesteuert wird beim Ansprechen auf N/C-Steuerbef ehle, welche die Tiefe des Gewindeschnittes angeben.

Da die Steigung des mit dem Querschneidwerkzeug 60 gestrehlten Gewindes festgelegt ist in Übereinstimmung mit der konstanten Steigung des Gewindes an der Kugelschraube 16 - dessen Gewinde in der Praxis Präzisionsgewinde ist - , ergibt es sich, daß das von dem Querschneidwerkzeug 60 gestrehlte Gewinde so genau ist wie das Kugelschraubengewinde, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines Gewindekreuzens beseitigt ist, wenn das Werkstück mit dem von dem Querschneidwerkzeug 60 gestrehlten Gewinde mit einem ein komplementäres Gewinde aufweisenden Teil zusammengebracht wird.

Mit dem Gewindeschneidkopf 10 gemäß vorstehender Beschreibung ist es möglich, das Strehlen von Außengewinde und Innengewinde in einem Werkstück in Übereinstimmung mit der Gestalt des Querschneidwerkzeuges 60 schnell und genau auszuführen, jedoch besteht noch der Nachteil, daß mit ihm nur Gewinde mit einer einzigen Steigunc/ gestrehlt werden können. In der Produktion von gewissen bearbeiteten Teilen, insbesondere von Bohrrohren für ölbohrlöcher _{ ist es oftmals erwünscht, sich verkleinernde

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Gewinde zu strehlen, das heißt, Gewinde, deren Breite, sich verjüngt oder verkleinert, um eine Keilwirkung zu gewährleisten, wenn ein solches Gewinde mit dem Gewinde eines Teiles, mit komplementärem Gewinde zusammengebracht wird. Ein Gewindebildekopf 10', mit dem solche sich verengende Gewinde an einem Werkstück gestrehlt werden können, ist in Fig. 5 dargestellt. Der;Gewindebildekopf 10' gemäß Fig. 5 ist größtenteils dem Gewindebildekopf 10 gemäß den Figuren 1 bis 4 identisch, so daß bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 gleiche Bezugszeichen für gleiche Teile verwendet werden, die nicht beschrieben werden. Für eine Beschreibung dieser Elemente wird Bezug genommen auf die Figuren 1 bis 4. Der Gewindebildekopf 10' gemäß Fig. 5 ist zwar in vieler Hinsicht dem Gewindebildekopf 10 gemäß den Figuren 1 bis 4 ähnlich, er unterscheidet sich jedoch in einem Hauptpunkt. Ungleich dem Gewindebildekopf 10 gemäß den Figuren 1 bis 4, in dem die Kugelmutter 18 am Rahmen 12 mittels Befestigungselementen 2 sicher befestigt ist, ist die Kugelmutter 18' des Gewindebildekopfes 10' gemäß Fig. 5 in einer Innenwand des Rahmens 12 mittels eines Lagers 19' derart gelagert, daß sie sich in:Gewindeeingriff mit der Kugelschraube 16 für Drehung um die Kugelschraube 16 befindet. Ein Zahnrad 20', das eine Bohrung besitzt, die groß genug ist, um die Kugelschraube 16 aufzunehmen, ist an der Gemäß Fig. 5 rechten Fläche der Kugelmutter 18' mittels Bolzen 21' derart befestigt, daß es gleichachsig zur Kugelschraube 16 vorhanden ist. Über das Zahnrad 20' wird Drehenergie auf die Kugelmutter 18' übertragen, um diese unabhängig von der Kugelschraube 16 in einer nachstehend beschriebenen Weise zu drehen, um die Verkleinerung, das heißt, die Breite des Gewindes zu ändern, das von dem Querschneidwerkzeug 60 gemäß Fig. 5 gestrehlt wird.

Bei gemeinsamer Betrachtung der Figuren 5 und 6, von denen die Fig. 6 eine Querschnittsansicht des Gewindebildekopfes 10' gemäß Fig, 5 nach Linie 6-6 der Fig. 5 ist, ist ersichtlich, daß das Zahnrad 20' von einem Antriebsrad 22' angetrieben wird, das mittels eines Lagers 23' (Fig. 5) im Rahmen 12 für Drehung um eine Achse parallel zur Achse der Drehung der Kugelschraube 16 gelagert ist. Ein erstes Kegelzahnrad 24a' ist am gemäß Fig. 5

rechten Ende des Antriebsrades 22" mit diesem einheitlich ausgeführt und derart dimensioniert, daß es mit einem Kegelzahnrad 24b¹ in Kämmeingriff steht, das auf der Welle eines servo-gesteuerten Motors 25' getragen ist, der an der Oberseite des Rahmens 12 angeordnet ist, so daß seine Welle sich senkrecht nach unten in den Rahmen 12 durch ein Lager 26' hindurch erstreckt, das die Motorwelle in einer öffnung in der Oberseite des Rahmens 12 lagert. Bolzen 27a¹ sichern den Motor 25' an dem Rahmen 12. Um einen Einbau der drehbaren Kugelmutter in dem Rahmen 12 zu ermöglichen, ist das vordere, beziehungsweise gemäß Fig. 5 rechte Ende des Rahmens 12 mit einer großen öffnung versehen, über der eine Platte 27b¹ liegt, die mittels Bolzen 27c¹ an dem Rahmen 12, wie aus Fig. 5 ersichtlich, befestigt ist. Der servo-gesteuerte Motor 25' ist in seiner Ausführung den servo-gesteuerten Motoren 3 5 und 54 gemäß Fig. 1 identisch, und er weist einen Wandler mit innerer Rückkopplung auf zum Erzeugen elektrischer Signale, welche die Winkelstellung der 'Motorwelle und damit die Winkelstellung der Kugelmutter 18' zeigen. Ein numerischer Steuerkreis (nicht dargestellt), der in seiner Ausführung dem numerischen Steuerkreis 39 gemäß Fig. 1 ähnlich ist, wird mit den Wandlerrückkopplungssignalen vom servo-gesteuerten Motor 25' gespeist, und beim Ansprechen auf numerische Steuerbefehle, welche die Gewindeverkleinerung darstellen, steuert der numerische Steuerkreis das Erregen des Motors 25* in Übereinstimmung mit seinen Wandlerrückkopplungssignalen, um die Motorwelle und demgemäß die Drehung der Kugelmutter 18' genau zu steuern. Zusätzlich wird der N/C-Steuerkreis auch mit den Rückkopplungssignalen von den Wandlern mit innerer Rückkopplung innerhalb der servo-gesteuerten Motoren 3 5 und 54 gespeist und beim Ansprechen auf numerische Steuersignale, welche die Gewindelänge und die Geschwindigkeit des Gewindeschnittes darstellen, und auf numerische Steuersignale, welche die Tiefe des Gewindeschnittes darstellen, steuert der N/C-Steuerkreis das Erregen des Servomotors 3 5 beziehungsweise 54 in Übereinstimmung mit den Rückkopplungssignalen, die von dem Rückkopplungswandler des betreffenden Motors erzeugt werden, um die Drehung der Kugelschraube 16 beziehungsweise der Schraube 44 entsprechend zu steuern.

Der Gewindebildekopf 10' gemäß Fig. 5 arbeitet in der gleichen Weise wie der Gewindebildekopf 10 gemäß Fig. 1 insoweit, als die Länge des Gewindes, die von dem Querschneidwerkzeug 60 gemäß Fig. 5 gestrehlt wird, und die Geschwindigkeit, mit der das Gewinde gestrehlt wird, durch Steuern der Erregung des Motors 35 gemäß Fig. 5 geändert wird, und zwar in der gleichen Weise, in der die Länge des Gewindes, das von dem Querschneidwerkzeug 60 des Gewindebildekopfes 10 gemäß den Figuren 1 bis 4 gestrehlt wird, und die Geschwindigkeit, mit der das Gewinde gestrehlt wird, durch Steuern der Erregung des Motors 35 gemäß Fig. 1 geändert werden. In gleicher Weise wird die Tiefe des von dem Querschneidwerkzeug 60 des Gewindebildekopfes 10' gemäß Fig. 5 gestrehlten Gewindes gesteuert durch Steuern der Erregung des servo-gesteuerten Motors 54 gemäß Fig. 5, und zwar genau so, wie die Tiefe des von dem Querschneidwerkzeug 60 gemäß Fig. 1 gestrehlten Gewindes durch das Erregen des Servomotors 54 gemäß Fig. 1 gesteuert wird. Jedoch ungleich der Arbeitsweise des Gewindebildekopfes 10 gemäß den Figuren 1 bis 4, ermöglicht es die Ausführung des Gewindebildekopfes 10' gemäß den Figuren 5 und 6 in vorteilhafter Weise, die Breite des gestrehlten Gewindes zu ändern durch Regeln der Erregung des Motors 25' gemäß Fig. 5 beim Ansprechen auf numerische Steuerbefehle, um die Drehung der Kugelmutter 18' derart zu steuern, daß der Kugelschraube 16 eine ungleichmäßige Schraubenbewegung erteilt wird. Diese ungleichmäßige Schraubenbewegung der Kugelschraube 16 bewirkt, daß das Querschneidwerkzeug 60 gemäß Fig. 5 Gewinde mit sich verkleinernder Breite beziehungsweise mit sich ändernder Breite strehlt.

Eine noch andere bevorzugte Ausführungsform eines Gewindebildekopfes gemäß der Erfindung ist in Fig. 7 dargestellt und allgemein mit dem Bezugszeichen 100 bezeichnet. Der Gewindebildekopf 100 weist einen Rahmen 112 auf, der an einer numerischen gesteuerten Werkzeugmaschine 14 befestigt ist derart, daß er in einer Arbeitsstellung direkt gegenüber dem nicht dargestellten Arbeitstisch der Werkzeugmaschine angeordnet ist, der in Richtug gegen die Arbeitsstellung und von dieser weg entlang eines Weges bewegbar ist, der als Z-Achse bezeichnet ist, und zwar unter der Steuerung des Steuersystems der Werkzeugmaschine (nicht dargestellt) .

Der Rahmen 112 hat in seiner vorderen Fläche einen Durchgang, der so dimensioniert ist, daß er eine Spindel 116 aufnehmen kann, die sich nach vorn über den Rahmen 112 hinaus erstreckt. Ein Abschluß beziehungsweise eine Dichtung 117a mit einer Bohrung, die so dimensioniert ist, daß die Spindel 116 aufgenommen werden kann, ist mittels Bolzen 117b an dem Rahmen 112 derart befestigt, daß sie über der Öffnung in dem Rahmen 112 liegt. Bei der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform weist die Spindel 116 zwei konzentrische Hülsen 116a und 116b auf, von denen die Hülse 116b innerhalb der Hülse 116a mittels zweier Lager 116c drehbar gelagert ist, von denen eines am Vorderende und eines am Hinterende der Hülse 116b angeordnet ist. Ein Keil 117c ist in dem Umfang der Hülse 116a achsial eingebettet für Eingriff mit einer komplementären Keilnut, die in dem Durchgang des Rahmens 112 gebildet ist. Auf diesa Weise können beide Hülsen 116a und 116b entlang einer Achse parallel zur Z-Achse aus dem Rahmen 112 heraus und in diesen hinein verschoben- werden, wohingegen nur die Hülse 116b um diese Achse gedreht werden kann.

Die Hülsen 116a und 116b werden achsial aus dem Rahmen 112 heraus und in diesen hinein durch die Kombination einer Kugelmutter 118, die am Außenumfang der Hülse 116a befestigt ist, und einer Kugelschraube 119 verschoben, die in dem Rahmen 112 mittels Lagern 120a und 120b derart gelagert ist, daß sie parallel zu den Hülsen 116a und 116b und in Gewindeeingriff mit der Kugelmutter 118 vorhanden ist. Die Kugelschraube 119 wird von einem Zahnrad 121a gedreht, das auf das hintere Ende der Kugelschraube 119 derart aufgekeilt ist, daß es sich in Kämmeingriff mit einem komplementär dimensionierten Zahnrad 121b auf einer Welle 122 befindet, die in dem Rahmen 112 parallel zu der Kugelschraube 119 mittels zweier Lager 123 gelagert ist, von denen nur eines dargestellt ist. Die Welle 122 ist mit Keilnuten versehen zwecks Eingriff mit den Keilnuten in der inneren Bohrung jedes eines Paares von Zahnrädern 124a und 124b mit mehreren Zahnreihen, die auf der Welle 122 getragen sind. Jedes Mehrfachzahnrad 124a,124b hat einen getrennten Verschiebebund 124aa beziehungsweise 124bb, die an der gemäß Fig. 7 linken Fläche des Zahnrades einheitlich beziehungsweise einstückig gebildet sind für Eingriff mit jeweils

einer Verschiebegabel 125a beziehungsweise 125b.

Jede Verschiebegabel 125a und 125b ist an einem getrennten mechanischen oder hydraulischen Verschxebemechanismus (nicht dargestellt) angelenkt, wie sie in der Technik bekannt sind. Wenn jede der Verschiebegabeln 125a und 125b aus der mittleren Stellung entweder nach rechts oder nach links verschoben wird unter der Wirkung des betreffenden Verschxebemechanismus, verschiebt die betreffende Verschiebegabel das entsprechende Mehrfachzahnrad 124a oder 124b entweder nach rechts oder nach links. Das Mehrfachzahnrad 124a tritt, wenn es mittels der Verschiebegabel 12 5a aus der mittleren Stellung nach rechts oder nach links verschoben wird, mit einem Zahnrad 126a oder 126b in Eingriff, die im Abstand voneinander auf eine Welle 127a gekeilt sind, die im Rahmen 112 parallel zur Welle 122 mittels Lagern 127b gelagert ist, von denen nur eines dargestellt ist. Das Mehrfachzahnrad 124b tritt, wenn es von seiner zugeordneten Verschiebegabel 125b nach rechts oder nach links verschoben wird, mit einem Zahnrad 126c oder 126d in Eingriff, die auf die Welle 127a in paralleler Abstandsbeziehung zu den Zahnrädern 126a und 126b gekeilt sind. In der Praxis sind die Zahnräder 126a bis 126d und die Mehrfachzahnräder 124a und 124b jeweils derart dimensioniert, daß, wenn das Mehrfachzahnrad 124a nach links und nach rechts verschoben wird, um mit dem Zahnrad 126a oder dem Zahnrad 126b in Eingriff zu treten, die Welle 127a für jede Umdrehung der Welle 122 1,5 beziehungsweise 2,0 Umdrehungen ausführt. Wenn das Mehrfachzahnrad 124b mit dem Zahnrad 126c oder dem Zahnrad 126d in Eingriff tritt, wird das Verhältnis der Drehung der Welle 127a zur Drehung der Welle 122 3,0 : 1 beziehungsweise 4,0 : 1. Wie es nachstehend besser verständlich wird, wird, wenn die Zahnräder 126a bis126d und die Mehrfachzahnräder 124a und 124b so dimensioniert sind, daß die oben genannten Verhältnisse erhalten werden, die Steigung des Gewindes, das von dem nachstehend beschriebenen Querschneidwerkzeug gestrehlt wird, das an dem entfernt liegenden Ende der Hülsen 116a und 116b befestigt ist, zu 3, 4, 6 beziehungsweise 8 Gewindegängen je Einheit. Für den Fachmann des hier in Rede stehenden Gebietes der Technik ist offensichtlich, daß durch Änderung der Abmessungen der Mehrfachzahnräder 124a und 124b

und der Abmessungen der Zahnräder 126a und 126b und 126c und 126d Gewinde mit verschiedener Steigung gestrehlt werden können.

Die Hülse 116b ist gemäß vorstehender Beschreibung für Drehung in der Hülse 116a mittels Lagern 116c gelagert, und sie wird von einem Zahnrad 128 angetrieben, das neben dem hinteren Ende der Hülse 116b getragen ist, das sich von der Hülse 116a nach hinten erstreckt. Das Zahnrad 128 ist an der Hülse 116b dadurch getragen, daß es mittels einer Mutter 130, die sich in Gewindeeingriff mit dem hinteren Ende der Hülse 116b befindet, gegen einen Abstandsteil 129 gedrückt wird, der sich in Anlage an dem inneren Laufring des rechten Lagers 116c befindet. Eine Mehrzahl von nicht dargestellten Stellschrauben ist radial in die Mutter 130 eingeschraubt, um diese gegen Drehung festzulegen.

Ein Antriebsrad 131, das komplementär zu dem Zahnrad 128 dimensioniert ist, ist in dem Rahmen 112 mittels Lagern 132a und 132b gelagert und verläuft parallel zu dem Zahnrad 128 und befindet sich mit diesem in Kämmeingriff, wie es am besten aus Fig. 8 ersichtlich .ist. In gleicher Weise wie das Antriebsrad 31 des Gewindebildekopfes 10 gemäß Fig. 1 muß das Antriebsrad 131 des Gewindebildekopfes 100 gemäß Fig. 7 lang genug sein, um in dauerndem Kämmeingriff mit dem Zahnrad 128 zu verbleiben, wenn die Hülsen 116a und 116b mittels der Kugelschraube 119, die durch die Kugelmutter 118 geschraubt wird, nach außen verschoben werden. Das Antriebsrad 131 besitzt ein Kegelzahnrad 133a und ein Stirnzahnrad 133b, die am Hinterende des Antriebsrades 131 in paralleler Abstandsbeziehung an diesem angebracht beziehungsweise mit diesem einheitlich ausgebildet sind. Das Stirnzahnrad 133b ist komplementär zu einem Stirnzahnrad 133c dimensioniert, das an der Welle 12 7a getragen ist und mit dem Zahnrad 133b kämmt. Wenn somit das Antriebsrad 131 über das Kegelzahnrad 133a angetrieben wird, wird Drehenergie über das Stirnzahnrad 133b und das Zahnrad 133c (Fig. 7) auf die Welle 127a übertragen für weitere Übertragung über eines der Zahnräder 126a bis 126c und eines der zugeordneten Mehrfachzahnräder 124a und 124b auf die Welle 122, von der die Drehenergie über die Zahnräder 121b und 121a auf die Kugelschraube 119 übertragen wird. Das Kegelzahnrad 133a ist komplementär zu einem Kegelzahnrad 134 dimensioniert, das an

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der sich nach unten erstreckenden Welle eines servo-gesteuerten Motors 135 getragen ist, der an der Oberseite des Rahmens 112 durch Bolzen 136 befestigt ist, so daß die Motorwelle sich durch ein Lager 138 hindurch in den Rahmen 112 erstreckt.

Der servo-gesteuerte Motor 135 hat eine Ausführung identisch zu der Ausführung des servo-gesteuerten Motors 35 gemäß Fig, 1, und genauso wie der Servomotor 35 gemäß Fig. 1 besitzt der servo-gesteuerte Motor 135 gemäß Fig. 7 einen Wandler mit innerer Rückkopplung zum Erzeugen von elektrischen Signalen, welche die Winkelstellung der Motorwelle anzeigen. Die elektrischen Signale von dem Rückkopplungswandler innerhalb des Motors 135 werden an einen numerischen Steuerkreis 139 geliefert, dessen Ausführung identisch zu der Ausführung des numerischen Kreises 39 ist. Der numerische Steuerkreis 139 spricht auf numerische Steuersignale an, und beim Ansprechen auf solche numerischen Steuersignale steuert er die Erregung des Motors 135 in Übereinstimmung mit den Rückkopplungssignalen, die von dem Wandler mit innerer Rückkopplung erzeugt werden, um die Stellung der Welle des Motors 135 genau zu steuern.

Wie am besten aus Fig. 9 ersichtlich, die eine Querschnittsansicht des Gewindebildekopfes 100 gemäß Fig. 7 entlang einer Linie 8-8 ist, treibt der Motor 135, wenn er erregt ist, das Antriebsrad 131 über die KegelZahnräder 133 und 134 an, während gleichzeitig die Kugelschraube 119 über eines der Mehrfachzahnräder 124a, 124b angetrieben wird, wenn eines der Mehrfachzahnräder von der betreffenden Verschiebegabel 125a oder 125b in Eingriff mit einem betreffenden Zahnrad 126a oder 126b oder 126c oder 126d gebracht wird. Die gemeinsame Drehung des Antriebsrades 131 und der Kugelschraube 119 bewirkt eine achsiale Vorbewegung der Hülse 116b (Fig. 7), während diese sich dreht, so daß der Hülse eine Schraubenbewegung erteilt wird. Da die Strecke, über welche die Hülsen 116a und 116b für jede Umdrehung der Hülse 116b gegenüber dem Rahmen 112 achsial verschoben werden, durch das Verhältnis der Drehung der Kugelschraube 119 zur Drehung des Antriebsrades 131 bestimmt ist, ist bequem ersichtlich, daß das Verschieben der Mehrfachzahnräder 124a und 124b zum Ändern des Verhältnisses zwischen der Drehung der Welle 127a und der Drehung der Welle

122 es ermöglicht, die wirksame Umlaufbahn des nachstehend beschriebenen Schneidwerkzeuges, das an der Hülse 116b befestigt ist, entsprechend zu steuern und dadurch die Steigung des dadurch gestrehlten Gewindes zu ändern.

Gemäß Fig. 7 ist ein Gehäuse 140 mittels Bolzen 142 an der gegenüber dem Rahmen 112 vorstehenden Fläche der Hülse 116b befestigt, so daß es sich gemeinsam mit der Hülse 116b dreht. Die Ausführung des Gehäuses 140 ist der Ausführung des Gehäuses 40 gemäß Fig. 1 identisch, und es umfaßt eine Schraube 144, die in dem Gehäuse 140 mittels Lagern 146a und 146b für Drehung um eine Achse rechtwinklig zur Drehachse der Hülse 116b gelagert ist. Die Schraube 144 trägt ein Kegelzahnrad 148, das sich in Kämmeingriff mit einem komplementären Kegelzahnrad 150 befindet, das in der hinteren Wand des Gehäuses 140 gelagert ist und sich über dieses hinaus in die Hülse 116b erstreckt, und zwar rechtwinklig zur Drehachse der Schraube 144. Eine Welle 152, die gleichachsig zum Kegelzahnrad 150 verläuft und an diesem befestigt ist, erstreckt sich von dem Kegelzahnrad 150 nach hinten zwecks Verbindung mit der Welle eines zweiten servo-gesteuerten Motors 154, der am Hinterende der Hülse 116b mittels Bolzen 156 gleichachsig zur Hülse 116b befestigt ist, wie dies aus Fig. 8 ersichtlich ist. Der servo-gesteuerte Motor 154 weist wie der servo-gesteuerte Motor 135 einen Wandler mit innerer Rückkopplung auf zum Erzeugen elektrischer Signale, welche die Drehung der Motorwelle anzeigen. Die elektrischen Signale von dem Wandler mit innerer Rückkopplung des Motors 154 werden über eine nicht dargestellte Schleifringanordnung an den N/C-Steuerkreis 139 (Fig. 7) geliefert, der beim Ansprechen auf N/C-Befehle die Erregung des Motors 154 über die gleiche Schleifringanordnung in Übereinstimmung mit den Wandlerrückkopplungssignalen steuert, um die Drehung der Welle 152 und damit der Schraube 144 genau zu steuern. Wenn die Schraube 144 über das Kegelzahnrad 148 gedreht wird, das von dem servo-gesteuerten Motor 154 über die Welle 152 gedreht wird, verschiebt die Schraube 144 ein Querschneidwerkzeug 160, das in der Vorderfläche des Gehäuses 140 verschiebbar angeordnet ist, und zwar radial über das Gehäuse 140 als Folge des Gewindeeingriffs der Schraube 144 mit einem Block 168, der sich

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von dem Querschneidwerkzeug 160 nach hinten erstreckt.

Der Gewindebildekopf 100 arbeitet im wesentlichen in der gleichen Weise wie der Gewindebildekopf 10 gemäß Fig. 1, indem die Länge des von dem Querschneidwerkzeug 160 gestrehlten Gewindes und die Geschwindigkeit des Strehlens geändert werden beim Ansprechen auf numerische Steuerbefehle, die von dem N/C-Kreis 139 empfangen werden, der seinerseits die Erregung des Motors 135 entsprechend ändert. Die Tiefe des von dem Schneidwerkzeug 160 gestrehlten Gewindes wird durch die numerischen Steuerbefehle gesteuert, die von dem N/C-Steuerkreis 139 empfangen werden, der die Erregung des Servomotors 154 entsprechend ändert. Jedoch ist ungleich wie beim Gewindebildekopf 10 gemäß Fig. 1 es beim Gewindebildekopf 100 gemäß Fig. 7 in vorteilhafter Weise möglich, die Steigung des durch das Querschneidwerkzeug 160 gestrehlten Gewindes zu ändern durch Verschieben der Mehrfachzahnräder 124a und 124b, wodurch das Verhältnis .zwischen der Drehung der Kugelschraube und der Drehung der Hülse 116b geändert wird.

Es ist zu bemerken, daß das mittels des Querschneidwerkzeuges des Gewindebildekopfes 100 gemäß Fig. 7 gestrehlte Gewinde ähnlich dem Gewinde, das durch das Querschneidwerkzeug 60 des Gewindebildekopfes 10 gestrehlt ist, konstante Breite in seinen Gängen hat, was im Gegensatz zu dem Gewinde steht, das von dem Gewindebildekopf 10' gemäß Fig. 4 gestrehlt wird, bei dem die Breite der Gewindegänge geändert werden kann durch Steuern der Erregung des servo-gesteuerten Motors 25' gemäß Fig. 5. Um es zu ermöglichen, mit dem Gewindebildekopf 100 gemäß Fig. 7 Gewindegänge mit sich verkleinernder Breite zu strehlen, kann der Gewindebildekopf 100 abgewandelt werden, wie es in den Figuren 10 und 11 dargestellt ist, wobei Fig. 10 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene, teilweise geschnittene und teilweise gebrochene Ansicht eines Teiles des abgewandelten Gewindebildekopfes 100 ist und wobei die Fig. 11 eine Stirnansicht nach Linie 11-11 der Fig. 10 ist. Gemäß den Figuren 10 und 11 weist der Gewindebildekopf 100 in seiner Abwandlung zum Strehlen von Gewindegängen mit sich verkleinernder Breite einen Flansch 175 auf, der sich von der Hülse 116a radial erstreckt. Der Flansch

175 weist eine sich durch ihn hindurch erstreckende Bohrung parallel zur Drehachse der Hülse 116b auf zum Aufnehmen eines Lagers 177, das die Kugelmutter 118 an dem Flansch 175 lagert, um eine Drehung der Kugelmutter 118 relativ zur Kugelschraube 119 zu ermöglichen, die mit der Kugelmutter 118 in Gewindeeingriff steht, wobei dies im Gegensatz zu der Ausführung der Kugelmutter 118 gemäß Fig. 7 steht, die an der Hülse 116b fest angebracht ist. Die Kugelmutter 118 gemäß den Figuren 10 und 11 besitzt ein Zahnrad 179, das an der Kugelmutter 118 gleichachsig und mittels Schrauben 179a befestigt ist, so daß es sich gleichzeitig mit der Kugelmutter 118 dreht. Gemäß Fig. 11 wird das Zahnrad 179 und damit die Kugelmutter 118 über ein Leerzahnrad 180 angetrieben, das an einer Welle 181 befestigt ist, die im Flansch 175 parallel zur Drehachse der Kugelmutter 118 gelagert ist, so daß das Zahnrad 180 Si.ch in Kämmeingriff mit dem Zahnrad 179 und einem komplementär dimensionierten Zahnrad 182 befindet, das auf der Welle eines servo-gesteuerten Motors 184 getragen ist, der mittels nicht dargestellter Befestigungselemente an dem Flansch 175 befestigt ist. Die Ausführung des servo-gesteuerten Motors 184 ist der Ausführung der servo-gesteuerten Motoren 135 und 154 identisch, und sie umfaßt einen Wandler mit innerer Rückkopplung zum Erzeugen von elektrischen Signalen, welche die Winkelstellung der Motorwelle und demgemäß der Kugelschraube 119 anzeigen. Die Signale des Rückkopplungswandlers, der mit dem servo-gesteuerten Motor 184 einheitlich ausgeführt ist, werden an einen numerischen Steuerkreis geliefert, beispielsweise an den numerischen Steuerkreis 139 gemäß Fig. 7, der in Übereinstimmung mit den Rückkopplungssignalen, die von dem mit dem Motor 184 einheitlich ausgeführten Rückkopplungswandler erzeugt werden, die Erregung des Motors 184 beim Ansprechen auf numerische Steuerbefehle steuert, um die Kugelmutter 118 derart zu drehen, daß die gewünschte Verkleinerung der Breite der Gewindegänge erhalten wird.

Vorstehend wurde ein verbesserter Gewindebildekopf beschrieben zur Verwendung mit einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine mit mehreren fortschaltbaren Spindelköpfen, wobei mit dem Gewindebildekopf Innengewinde oder Außengewinde an einem Werkstück mit sich ändernder Steigung und sich ändernder Breite der

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Gewindegänge genau gestrehlt werden kann.

Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen möglich,

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QtLAÜS OEBNHARDT dipl.-inq. telefon: (089) 34so67

TELEGRAMM/CABLE: INVENT MÖNCHEN

PATSfirANWHLTE TELEX: 5-29 686 ,

tl;?i?E£AW PATENT ATTORNEYS TELECOPIERER (FAX): (089) 39 92 39 (QR. 11.111)

U.S.: W 45 012 (Gh/lz) 17. Februar 1983

Kearney & Trecker Corporation
11000 Theodore Trecker Way-West Allis, Wisconsin 53214
V.St.A.

Gewindebildekopf zur Verwendung an einer numerisch gesteuerten

Werkzeugmaschine

Beanspruchte Priorität:

17. Februar 1982_f V.St.A., 349 480

Patentansprüche

(1.J Gewindebildekopf zur Verwendung an einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine, gekennzeichnet durch einen Rahmen (12) mit einem Durchgang, eine rohrartige Spindel (16), die in dem Rahmen für Drehung um eine erste Achse und für Bewegung entlang dieser Achse gelagert ist,

ein Querschneidwerkzeug (60), das an dem von dem Rahmen entfernt liegenden Ende der Spindel für radiale Bewegung über die Spindel verschiebbar angebracht ist,

eine an dem Rahmen befestigte und mit der Spindel gekoppelte Einrichtung zum gemeinsamen Drehen und Vorbewegen der.Spindel

aus dem Rahmen heraus und in den Rahmen hinein beim Ansprechen

auf numerische Steuerbefehle derart, daß das Querschneidwerkzeug auf einer Schraubenumlaufbahn bewegt wird, und eine an der Spindel befestigte Einrichtung zum radialen Verschieben des Querschneidwerkzeuges über die Spindel beim Ansprechen auf numerische Steuerbefehle zum. Ändern der Schraubenumlaufbahn, der das Querschneidwerkzeug folgt, um dadurch zu ermöglichen, daß das Querschneidwerkzeug Gewindegänge an einem Werkstück strehlt.
2. Gewindebildekopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel eine rohrförmige Kugelschraube (16) aufweist und daß die Einrichtung zur schraubenförmigen Vorbewegung der Spindel aus dem Rahmen (12) heraus und in den Rahmen hinein eine Kugelmutter (18), die in dem Durchgang des Rahmens für Gewindioingriff mit der rohrartigen Kugelschraube sicher befestigt ist, einen servo-gesteuerten Motor (35), dessen Ausgangswelle mit der Kugelschraube gekoppelt ist, um diese beim Ansprechen auf elektrische Signale genau zu drehen, eine numerische Steuereinrichtung (39), die auf numerische Steuerbefehle anspricht, um elektrische Signale zum Steuern der Erregung des servo-gesteuerten Motors in Übereinstimmung mit der Stellung der Motorwelle zu liefern, und einen Getriebezug (28) in dem Rahmen aufweist in Eingriff mit der Kugelschraube und dem servo-gesteuerten Motor, um den servo-gesteuerten Motor mit der rohrförmigen Kugelschraube zu koppeln.
3. Gewindebildekopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel eine rohrartige Kugelschraube aufweist und die Einrichtung zum schraubenförmigen Vorbewegen der Spindel aus dem Rahmen heraus und in den Rahmen hinein eine Kugelmutter, die in dem Rahmen drehbar gelagert ist und in Gewindeeingriff mit der Kugelschraube steht, einen ersten servo-gesteuerten Motor (25'), der an dem Rahmen befestigt und mit der Kugelmutter gekoppelt ist für genaues Drehen der Kugelmutter beim Ansprechen auf elektrische Signale, die eine gewünschte Winkelausrichtung der Kugelschraube darstellen, einen zweiten servo-gesteuerten Motor (35), der an dem Rahmen befestigt ist für genaues Drehen der Kugelschraube in Übereinstimmung mit elektrischen Signalen, welche

die gewünschte Winkelausrichtung der Kugelschraube anzeigen, einen numerischen Steuerkreis (39), der auf numerische Steuerbefehle anspricht, um elektrische Signale zu erzeugen, um die beiden Servo-Motoren zu steuern, und einen Getriebezug (28 bis 34) aufweist, der in dem Rahmen angeordnet ist in Eingriff mit der Kugelschraube und dem zweiten servo-gesteuerten Motor, um die Kugelschraube mit dem zweiten servo-gesteuerten Motor zu koppeln.
4. Gewindebildekopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel eine äußere (116a) und eine innere (116b) Hülse aufweist, die konzentrisch zueinander und in dem Durchgang des Rahmens (112) angeordnet sind, die äußere Hülse mit dem Rahmen verkeilt ist derart, daß sie aus dem Rahmen heraus und in den Rahmen hinein achsial bewegbar ist, die innere Hülse in der äußeren Hülse drehbar gelagert ist, so daß sie um die gemeinsame Achse der Hülsen drehbar ist, das Querschneidwerkzeug (160) an dem entfernt liegenden Ende oder freien Ende der inneren Hülse befestigt ist, und daß die Einrichtung zum schraubenartigen Vorbewegen der Spindel aus dem Rahmen heraus und in den Rahmen hinein eine Kugelschraube (119), die in dem Rahmen drehbar gelagert ist für Drehung um eine Achse parallel zur Drehachse der inneren Hülse, eine Kugelmutter (118), die an der äußeren Hülse befestigt ist und sich in Gewindeeingriff mit der Kugelschraube befindet, einen servo-gesteuerten Antriebsmotor (135), der an deia Rahmen befestigt ist und dessen Ausgangsdrehwelle die innere Hülse und die Kugelschraube gemeinsam dreht beim Ansprechen auf an den Motor gelieferte elektrische Signale, eine numerische Steuereinrichtung (139), die auf numerische Steuerbefehle und auf die Motorstellung anspricht, um elektrische Signale zu liefern, um den servo-gesteuerten Motor in Übereinstimmung mit den numerischen Steuerbefehlen und der Stellung der Motorwelle zu steuern, einen ersten Getriebezug (128 bis 134), der in dem Rahmen angeordnet ist, um die innere Hülse mit dem servo-gesteuerten Motor zu koppeln, so daß die innere Hülse von dem Motor aus gedreht werden kann, und einen zweiten Getriebezug (121 bis 133) aufweist, der in dem Rahmen in Eingriff mit dem ersten Getriebezug und in Eingriff mit der Kugelschraube angeordnet ist, um die Kugel-

schraube proportional zur Drehung der inneren Hülse zu drehen, um dem Querschneidwerkzeug (160) einen genauen Schraubenumlauf zu erteilen.
5. Gewindebildekopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelmutter (118) in der äußeren Hülse (116a) drehbar gelagert ist und daß ein an der Kugelmutter befestigtes Stirnzahnrad (179), ein servo-gesteuerter Motor (154), der an der äußeren Hülse befestigt ist und eine drehangetriebene Welle für Drehantrieb der Kugelmutter aufweist, eine Einrichtung, die in der äußeren Hülse in Eingriff mit der Welle des servo-gesteuerten Motors und dem Stirnzahnrad gelagert ist, um den servo-gesteuerten Motor mit dem Stirnzahnrad zu koppeln, und eine numerische Steuereinrichtung vorgesehen sind, die mit dem servo-gesteuerten Motor gekoppelt ist, um dessen Erregung beim Ansprechen auf numerische Steuerbefehle und die Stellung der Motorwelle zu steuern.
6. Gewindebildekopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Getriebezug eine erste Welle, die in dem Rahmen für Drehung um eine erste Achse parallel zur Drehachse der inneren Hülse (116a) gelagert ist, wenigstens zwei Zahnräder, die auf die erste Welle in Abstandsbeziehung zueinander aufgekeilt sind derart, daß eines der Zahnräder mit dem ersten Getriebezug in Kämmeingriff steht, eine zweite Welle, die in dem Rahmen für Drehung um eine Achse parallel zur Drehachse der inneren Hülse und der Drehachse der ersten Welle gelagert ist, und wenigstens zwei Zahnräder aufweist, die auf die zweite Welle gekeilt sind, so daß eines der Zahnräder sich in konstantem Antriebseingriff mit der Kugelschraube befindet und das andere der Zahnräder entlang der zweiten Welle verschiebbar ist, um mit einem der beiden Zahnräder auf der ersten Welle in Kämmeingriff zu treten.
7. Gewindebildekopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum radialen Verschieben des Querschneidwerkzeuges (60) über die Spindel (16) zum Ändern der Umlaufbahn des Querschneidwerkzeuges beim Ansprechen auf numerische Steuerbefehle eine in der Spindel rechtwinklig zu ihrer Drehachse gela-

gerte Schraube (44), eine mit der Schraube im Eingriff stehende Einrichtung (68), die an dem Querschneidwerkzeug für Gewindeeingriff mit der Schraube getragen ist, eine Antriebswelle (52), die in der Spindel konzentrisch zu dieser angeordnet ist und in Antriebseingriff mit der Schraube steht, um die Schraube zu drehen, um die Schraube durch die mit ihr in Eingriff tretende Einrichtung (68) zu schrauben, um das Querschneidwerkzeug radial über die Spindel zu verschieben, einen servo-gesteuerten Motor (54), der am hinteren Ende der Spindel befestigt ist und eine Welle hat, die in Antriebseingriff mit der Antriebswelle (52), die in der Spindel konzentrisch angeordnet ist, steht, um die Antriebswelle beim Ansprechen auf elektrische Signale genau zu drehen, und eine numerische Steuereinrichtung (39) aufweist, die mit-dem servo-gesteuerten Motor gekoppelt ist, um dessen Erregung zu steuern beim Ansprechen auf numerische Steuerbefehle und die Stellung der Motorwelle.
8. Gewindebildekopf zur Verwendung an einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine, gekennzeichnet durch einen Rahmen mit einem Durchgang,

eine in dem Durchgang des Rahmens befestigte Kugelmutter, eine rohrartige Kugelschraube, die in dem Rahmen in Gewindeeingriff mit der Kugelmutter derart angeordnet ist, daß sie sich über den Rahmen hinaus erstreckt, eine erste servo-gesteuerte Motoreinrichtung, die in dem Rahmen befestigt und mit der Kugelschraube gekoppelt ist für genaues Drehen der Kugelschraube beim Ansprechen auf numerische Befehle, um die Kugelschraube schraubenartig aus dem Rahmen heraus und in den Rahmen hinein zu bewegen, ein QuerSchneidwerkzeug, das in dem von dem Rahmen entfernt liegenden Ende der Kugelschraube verschiebbar angebracht ist, und durch eine zweite servo-gesteuerte Motoreinrichtung, die an dem in dem Rahmen befindlichen Ende der Spindel befestigt und mit dem Querschneidwerkzeug verbunden ist für genaues radiales Verschieben des Querschneidwerkzeuges über die Kugelschraube beim Ansprechen auf numerische Steuerung von Befehlen, um die Umlaufbahn des Querschneidwerkzeuges derart zu ändern, daß das Querschneidwerkzeug Werkstückgewinde strehlen kann.
9. Gewindebildekopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden servo-gesteuerten Motoreinrichtungen einen servo-gesteuerten Motor mit einem in ihm angeordneten Wandler mit innerer Rückkopplung zum Erzeugen von elektrischen Signalen, welche die Drehung der Motorwelle anzeigen, und einen numerischen Steuerkreis aufweist, der auf numerische Steuerbefehle anspricht, um die Erregung des servo-gesteuerten Motors in Übereinstimmung mit elektrischen Signalen von dem Rückkopplungswandler des Motors zu steuern.
10. Gewindebildekopf zur Verwendung an einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine, gekennzeichnet durch einen Rahmen mit einem Durchgang,

eine Kugelmutter, die in dem Rahmen in Verbindung mit dem Durchgang drehbar gelagert ist,

eine erste servo-gesteuerte Motoreinrichtung, die an dem Rahmen angebracht und mit der Kugelmutter gekoppelt ist für genaues Drehen der Kugelmutter beim Ansprechen auf numerische Steuerbefehle,

eine rohrartige Kugelschraube, die in dem Rahmen durch den Durchgang hindurch angeordnet ist, so daß sie sich in Gewindeeingriff mit der Kugelmutter befindet, eine zweite servo-gesteuerte Motoreinrichtung, die in dem Rahmen angeordnet und mit der Kugelschraube gekoppelt ist für genaues Schrauben der Kugelschraube durch die Kugelmutter beim Ansprechen auf numerische Steuerbefehle, ein Querschneidwerkzeug, das in dem von dem Rahmen entfernt liegenden Ende der Kugelschraube für radiale Bewegung über die KugeIschraube verschiebbar angebracht ist, und durch eine dritte servo-gesteuerte Motoreinrichtung, die an dem in dem Rahmen befindlichen Ende der Kugelschraube befestigt ist und die mit dem Querschneidwerkzeug verbunden ist für genaues radiales Verschieben des Querschneidwerkzeuges über die Kugelschraube, um die Umlaufbahn des Querschneidwerkzeuges in Übereinstimmung mit numerischen Steuerbefehlen zu ändern.
11. Gewindebildekopf zur Verwendung an einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine, gekennzeichnet durch

einen Rahmen mit einem Durchgang,

eine erste Hülse, die in dem Rahmen angeordnet und mit diesem derart verkeilt ist, daß sie ohne Drehung relativ zu dem Rahmen aus diesem heraus und in diesen hinein bewegbar ist, eine zweite Hülse, die in der ersten Hülse konzentrisch gelagert ist für Drehung um die gemeinsame Achse der Hülsen, eine Kugelmutter, die in der ersten Hülse befestigt ist, eine Kugelschraube, die in dem Rahmen parallel zu den beiden Hülsen drehbar gelagert ist, so daß sie sich in Gewindeeingriff mit der Kugelmutter befindet,

einen Getriebezug für gemeinsames Drehen der zweiten Hülse und der Kugelschraube, um die beiden Hülsen aus dem Rahmen heraus und in den Rahmen hinein zu verschieben, während die zweite Hülse gedreht wird,

eine erste servo-gesteuerte Motoreinrichtung zum genauen Antreiben des Getriebezuges beim Ansprechen auf numerische Steuerbefehle,

ein Querschneidwerkzeug, das an dem von dem Rahmen entfernt liegenden Ende der äußeren Hülse für radiale Bewegung über die Hülse verschiebbar angebracht ist, und durch eine zweite servo-gesteuerte Motoreinrichtung, die an dem in dem Rahmen befindlichen Ende der ersten Hülse befestigt und mit dem Querschneidwerkzeug verbunden ist für radiales Verschieben des Querschneidwerkzeuges über das Ende der ersten Hülse beim Ansprechen auf numerische Steuerbefehle, um die Umlaufbahn des Querschneidwerkzeuges zu ändern, um es dem Querschneidwerkzeug zu ermöglichen, Werkstückgewinde zu strehlen.
12. Gewindebildekopf zur Verwendung mit einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine, mit einer drehangetriebenen Spindel zum Strehlen von Gewinde an einem Werkzeug, gekennzeichnet durch

einen Körper, der von der Werkzeugmaschinenspindel für gemeinsame Drehung mit dieser getragen werden kann, ein Gehäuse,

ein Schneidwerkzeug, das von dem Gehäuse für Bewegung über dieses verschiebbar getragen ist,
eine Einrichtung innerhalb des Körpers zum Verschieben des

Schneidwerkzeuges über das Gehäuse, und durch eine Einrichtung in dem Körper, die mit dem Gehäuse verbunden ist, um das Gehäuse in den Körper hinein und aus dem Körper heraus zu bewegen, wenn die Werkzeugmaschinenspindel gedreht wird, um dem Schneidwerkzeug Schraubenbewegung zu erteilen.