DE4005181C1

DE4005181C1 - Machine tool work spindle drive - has angularly adjustable motor with spur gearing controlled via pawl

Info

Publication number: DE4005181C1
Application number: DE19904005181
Authority: DE
Inventors: Werner 8962 Pfronten De Babel
Original assignee: Maho AG
Current assignee: Maho AG
Priority date: 1990-02-19
Filing date: 1990-02-19
Publication date: 1991-10-31
Anticipated expiration: 2010-02-20

Abstract

The work spindle drive gearing comprises a housing, an angle-adjusted motor for the input shaft, change gears and an output shaft for the spindle. Toothing on the machine stand can be engaged with input and output shaft gears for direct pre-clamping. The shaft (19) is carried parallel in the frame (9) legs axi-parallel to the input shaft (30) and coaxial output shaft (43) and fix two spur gears (20,21) forming the toothing specified. The frame can be pivoted by drive on an axis (26) parallel to the gearing axis (25) and the angle setting is determined by fixing one of the spur gears at an adjustable angle to the second gear on shaft (19). The spur gears are arrested out of engagement by a pawl which engages the shaft via a brake lining and is pressed by a compression spring onto an adjustably fixed endstop used for actuation. USE/ADVANTAGE - NC machine tools. Work can be pre-clamped without collisions between machine parts.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe für den Werkstück spindelantrieb an programmgesteuerten Drehmaschinen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.The invention relates to a gear for the workpiece spindle drive on program-controlled lathes of the genus specified in the preamble of claim 1.

Bei modernen programmgesteuerten Drehmaschinen besteht die Tendenz, neben den bestimmungsgemäßen Dreharbeiten auch verschiedenartige Fräs- und Bohrarbeiten am aufge spannten Werkstück auszuführen. Hierzu ist es u. a. er forderlich, daß das eingespannte Werkstück mit einer für die Fräsbearbeitung geeigneten niedrigen Geschwindigkeit angetrieben werden kann. Zur Einhaltung der geforderten Positionier-Genauigkeit der Werkstücke in vorgegebenen Winkellagen haben sich die herkömmlichen Schaltgetriebe von Drehmaschinen nicht bewährt, weil durch das regel mäßig vorhandene Getriebespiel Positionierfehler auftre ten.In modern program-controlled lathes the tendency in addition to the intended shooting also various types of milling and drilling work on clamped workpiece. For this it is u. a. he required that the clamped workpiece with a for the milling suitable low speed can be driven. To comply with the required Positioning accuracy of the workpieces in given The conventional gearboxes have angular positions not proven by lathes because of the rule Moderately existing gear play positioning errors occur ten.

Aus der DE 34 38 309 C1 ist ein Werkstückspindelantrieb für numerisch gesteuerte Drehmaschinen mit einem mehr stufigen Getriebe zwischen der Werkstückspindel und einem drehzahlgeregelten Antriebsmotor bekannt, der neben der Drehbearbeitung von Werkstücken auch deren präzise Bear beitung mit rotierenden Werkzeugen ermöglicht. Zur genauen Positionierung der Werkstückspindel in vorgegebenen Winkel stellungen bei der Bearbeitung mit rotierendem Werkzeug wird ein drehwinkelregelbarer Antriebsmotor verwendet und dem Getriebe ist eine Vorspanneinrichtung zugeordnet, um das Getriebespiel in mindestens einer Schaltstufe während des lage- und geschwindigkeitsgeregelten Antriebsvorgangs zu beseitigen. Diese Vorspanneinrichtung enthält ein Zwi schenrad, das mit Hilfe eines druckmittelbetriebenen Schiebers mit dem Eingangsrad und gleichzeitig mit dem Ausgangsrad des Schaltgetriebes in Eingriff gebracht werden kann. Ein stets kollisionsfreier Eingriff dieses Zwischen rades in die Verzahnungen des Eingangs- und Ausgangs-Rads ist jedoch nicht sichergestellt, da das Zwischenrad in seinem ausgerückten Zustand nicht durch besondere Arretier mittel in vorgegebenen Winkelstellungen im Schieber arre tiert werden kann. Da nämlich die Eingangswelle über den inneren Getriebezug mit der achsparallel ausgerichteten Ausgangswelle auch während eines Einrückvorgangs des Zwi schenrades gekoppelt ist, besteht durch die frei drehbare Lagerung des Zwischenrades die Gefahr, daß bei dessen Einrückvorgang Zähne miteinander kollidieren.DE 34 38 309 C1 is a workpiece spindle drive for numerically controlled lathes with one more stage gear between the workpiece spindle and a speed-controlled drive motor known, in addition to the Turning workpieces including their precise bear processing with rotating tools. For exact Positioning the workpiece spindle at a specified angle positions when machining with a rotating tool a drive motor with adjustable angle of rotation is used and a prestressing device is assigned to the transmission, to the gear play in at least one gear stage during the position and speed controlled drive process to eliminate. This pretensioner contains an intermediate with the help of a pressure medium operated Slider with the input wheel and at the same time with the Output gear of the gearbox are engaged can. An always collision-free intervention of this intermediate wheel in the toothing of the input and output wheel is not ensured, however, because the idler gear is in its disengaged condition is not due to special locking medium in predetermined angular positions in the slide arre can be tiert. Because the input shaft over the inner gear train with the axially parallel Output shaft even during an engagement of the intermediate cog wheel is coupled, due to the freely rotatable Storage of the idler gear the risk that at its Engaging teeth collide with each other.

Aus der DE-Z. "Metall", 1969, H. 12, S. 1289-1295 sind verschiedene Getriebeausführungen für Werkzeugmaschinen bekannt, bei denen zur Ausschaltung des Spiels einzelne Getriebeelemente gegeneinander elastisch verspannt sind. Als besonders günstig wird ein Getriebe angegeben, das zur Erzielung der gewünschten Vorspannung zwei jeweils schräg verzahnte Radpaare mit entgegengesetzt gleichem Schrägungswinkel aufweist, wobei diese Radpaare durch eine axiale Verschiebung einer Ritzelwelle durch eine Feder gegeneinander verspannt werden.From the DE-Z. "Metall", 1969, H. 12, pp. 1289-1295 various gearbox designs for machine tools known in which to turn off the game individual Gear elements are elastically braced against each other. A gearbox is stated to be particularly cheap to achieve the desired preload two each Helical gear pairs with the same opposite Has helix angle, these pairs of wheels through an axial displacement of a pinion shaft by a Spring can be clamped against each other.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Getriebe für den Werkstückspindelantrieb von programmgesteuerten Drehmaschinen zu schaffen, das bei Bedarf auf einfache Weise vorgespannt werden kann, ohne daß beim Einrückvorgang der Vorspanneinrichtung Kollisionen zwischen den Bauteilen der Vorspanneinrichtung und des Getriebes auftreten.The object of the invention is a generic transmission for the workpiece spindle drive of program-controlled Lathes to create that when needed on simple Way can be biased without the engagement process the pretensioner collisions between the components the pretensioner and the gearbox occur.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the characterizing Features of claim 1 solved.

Eine wesentliche Eigenschaft des erfindungsgemäßen Getriebes ist die schnelle und technisch einfache Aktivierung der Vorspannung, was durch eine kurze Zustellbewegung der beiden in bekannter Weise gegeneinander winkelversetzten Stirnräder in die Verzahnung der Wellenzahnräder erreicht wird. Dieser Vorgang wird gleichzeitig mit dem Umschalten der Maschinensteuerung von Dreh- auf Fräs-Betrieb durch geführt. Um bei der Einrückbewegung der am Tragrahmen gelagerten Stirnräder eine Kollision, d. h. ein Auftreffen von Zahn auf Zahn, zu verhindern, sind die beiden Stirn räder in ihrer ausgerückten Stellung durch die Arretier vorrichtung lagefixiert. Da die Winkelposition der Aus gangswelle des Getriebes beim Umschalten von Dreh- auf Fräsbetrieb genau erfaßt wird und die Arretierung der ausgerückten Stirnräder ebenfalls in durch die Verzahnung vorgegebenen Stellungen erfolgt, ist gewährleistet, daß bei einer Einrückbewegung die Zähne der Stirnräder kolli sionsfrei in Zahnlücken der auf der Eingangswelle und der Ausgangswelle sitzenden Zahnräder eingreifen.An essential property of the transmission according to the invention is the fast and technically simple activation of the Preload, resulting from a short infeed movement of the both angularly offset from each other in a known manner Spur gears reached in the toothing of the shaft gears becomes. This process is simultaneous with the switching the machine control from turning to milling operation guided. To when moving in on the support frame stored spur gears a collision, d. H. an encounter To prevent tooth from tooth, are the two foreheads wheels in their disengaged position by the detents device fixed in position. Because the angular position of the off gear shaft of the gearbox when switching from rotary to Milling operation is precisely recorded and the locking of the disengaged spur gears also in through the teeth given positions, it is ensured that the teeth of the spur gears collide when engaging in the tooth gaps on the input shaft and the gears on the output shaft.

Für die Montage und Wartung ist es zweckmäßig, wenn die beiden Zahnräder außerhalb des Getriebegehäuses auf der Eingangswelle und der gleichachsig ausgerichteten Ausgangs welle oder deren zugehörigen Teilen angeordnet sind. Auf diese Weise können herkömmliche Stufengetriebe unverändert eingesetzt und mit einer Vorspanneinrichtung nachgerüstet werden.For assembly and maintenance, it is useful if the two gears outside the gearbox on the Input shaft and the coaxially aligned output shaft or their associated parts are arranged. On this way, conventional multi-step transmissions can remain unchanged used and retrofitted with a pretensioner will.

Weitere Besonderheiten und Vorzüge des erfindungsgemäßen Getriebes ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels. Other special features and advantages of the invention Gear units result from the following description of an embodiment shown in the drawing.

Es zeigtIt shows

Fig. 1 den Antrieb einer Drehmaschine mit dem vorspannbaren Getriebe in sche matischer Seitenansicht, Fig. 1 to drive a rotary machine with the biasable transmission in specific matic side view,

Fig. 2 den Antrieb nach Fig. 1 im Schnitt A-B-B₁, Fig. 2 shows the drive according to Fig. 1, in section ₁ ABB,

Fig. 3 eine Arretiervorrichtung für die Vorspann-Stirnräder im Teilschnitt. Fig. 3 is a locking device for the bias spur gears in partial section.

Der dargestellte Drehmaschinen-Hauptantrieb umfaßt einen stufenlos regelbaren Elektromotor 1, einen in einen Ma schinenständer 2 eingebauten vorspannbaren Getriebeblock 3 und die im Spindelstock 4 gelagerte Spindel 5 zur Aufnahme eines Werkstücks. Die Antriebsverbindung vom Motor 1 zum Getriebe 3 und zur Spindel 5 erfolgt über gezahnte Treib riemen 6, 7.The lathe main drive shown comprises a continuously variable electric motor 1 , a built-in a machine stand 2 Ma pre-tensionable gear block 3 and the spindle 5 mounted in the headstock 4 for receiving a workpiece. The drive connection from the motor 1 to the transmission 3 and to the spindle 5 is via toothed drive belt 6 , 7th

Seitlich neben dem Getriebeblock 3 ist im Ständer 2 eine Vorspannvorrichtung 8 angeordnet, die einen schwenkbaren Tragrahmen 9, eine in zwei Rahmenschenkeln gelagerte Welle 19, zwei auf der Welle 19 drehfest angeordnete Stirnräder 13, 14 und eine Arretiervorrichtung 50 aufweist (vgl. Fig. 1 und 2). Der Tragrahmen 9 ist auf zwei fluchtenden Drehzapfen 16, 17 mittels eines Stellzylinders 18 schwenk bar im Maschinenständer 2 gelagert. In den Seitenstreben des Tragrahmens 9 ist eine Welle 19 gelagert, auf deren beiden vorstehenden Abschnitten je ein Stirnrad 20, 21 mittels einstellbarer Klemmbuchsen 22, 23 od. dgl. befe stigt ist. Die Wellenachse 24 verläuft parallel zur Ge triebeachse 25 und zur Schwenkachse 26 des Tragrahmens 9.A prestressing device 8 is arranged laterally next to the gear block 3 in the stator 2 , which has a pivotable support frame 9 , a shaft 19 mounted in two frame legs, two spur gears 13 , 14 arranged in a rotationally fixed manner on the shaft 19 and a locking device 50 (see FIG. 1 and 2). The support frame 9 is mounted on two aligned pivots 16 , 17 by means of an actuating cylinder 18 pivot bar in the machine stand 2 . In the side struts of the support frame 9 , a shaft 19 is mounted, on the two projecting sections of which a spur gear 20 , 21 is adjustable by means of adjustable clamping bushes 22 , 23 or the like. The shaft axis 24 runs parallel to the gear axis 25 Ge and to the pivot axis 26 of the support frame 9th

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist auf der Nabe des mit der Getriebe-Eingangswelle 30 fest verbundenen Treibrads 31 ein Zahnrad 32 als erstes Vorspann-Zahnrad eingekeilt, das in der dargestellten Vor spann-Stellung mit dem Stirnrad 20 im Eingriff steht. Der Getriebeblock 3 enthält ein Gehäuse 33, in dessen Stirn wänden die Eingangswelle 30 und die mit ihr gleichachsige, in einem Verbindungs glied 34 endende Ausgangswelle 35 gelagert sind. Die Ein gangswelle 30 ist mit einem Ritzel 36 fest verbunden, in dessen zentraler Ausnehmung ein Ansatz am inneren Ende der Ausgangswelle 35 drehbar aufgenommen ist. Auf dem inneren keilverzahnten Abschnitt der Ausgangswelle 35 sitzt ein Schieberad 37, das in der dargestellten Stellung mit einem axialen,innen gezahnten Ansatz 38 mit der Verzahnung des Ritzels 36 im Eingriff steht und die Eingangswelle 30 direkt mit der Ausgangswelle 35 formschlüssig verbindet. Achsparallel zur Eingangs- und Ausgangswelle 30, 35 ist im Gehäuse 33 eine Hilfswelle 39 gelagert, auf deren in Fig. 2 linken keilverzahnten Abschnitt ein mit dem Ritzel 36 kämmendes Rad 40 sitzt und auf deren rechtem Abschnitt ein Ritzel 41 befestigt ist, in dessen Verzahnung das Schiebe rad 37 bei einer Schaltbewegung nach rechts eingreift.As can be seen from FIG. 2, on the hub of the drive wheel 31 firmly connected to the transmission input shaft 30 , a gear 32 is wedged as the first biasing gear, which is in engagement with the spur gear 20 in the illustrated clamping position. The transmission block 3 contains a housing 33 , in the end walls of which the input shaft 30 and with it coaxial, in a connecting member 34 ending output shaft 35 are mounted. The input shaft 30 is fixedly connected to a pinion 36 , in the central recess of which a shoulder is rotatably received at the inner end of the output shaft 35 . On the inner splined section of the output shaft 35 there is a sliding wheel 37 , which in the position shown is in engagement with an axial, internally toothed shoulder 38 with the toothing of the pinion 36 and connects the input shaft 30 directly to the output shaft 35 in a form-fitting manner. Axial parallel to the input and output shafts 30 , 35 , an auxiliary shaft 39 is mounted in the housing 33 , on the left splined section in FIG. 2 of which a gear 40 meshing with the pinion 36 is seated and on the right section a pinion 41 is fastened in the toothing thereof the sliding wheel 37 engages with a switching movement to the right.

Das Verbindungsglied 34 der Ausgangswelle 35 greift form schlüssig in ein Kupplungsglied 42 ein, das den Endteil einer im Maschinenständer 2 gelagerten Stummelwelle 43 bildet und auf dem ein zweites Vorspann-Zahnrad 44 aufge keilt ist. In der dargestellten vorgespannten Stellung kämmt das Stirnrad 21 mit dem Vorspann-Zahnrad 44. Am End zapfen der Stummelwelle 43 ist ein Treibrad 45 und ein an einem Ständerteil befestigter Drehgeber 46 befestigt.The connecting member 34 of the output shaft 35 engages in a form-fitting manner in a coupling member 42 which forms the end part of a stub shaft 43 mounted in the machine stand 2 and on which a second preloading gear 44 is keyed up. In the pretensioned position shown, the spur gear 21 meshes with the pretensioning gear 44 . At the end of the stub shaft 43 , a driving wheel 45 and a rotary encoder 46 fastened to a stand part are fastened.

Die in Fig. 1 dargestellte Arretiervorrichtung 50 ist eine Federraste, deren starrer Arm 51 auf dem im Ständerteil 2 befestigten Zapfen 16 aufgeklemmt ist und an seinem freien Ende eine Blattfeder 52 mit einer keilförmigen Rastklaue 53 trägt. Die Position der Arretiervorrichtung 50 ist so gewählt, daß die Rastklaue 53 bei einer Ausrückbewegung des Tragrahmens 9 in eine Zahnlücke des Stirnrads 20 ein greift, sobald das Stirnrad 20 vom Zahnrad 32 außer Ein griff gekommen ist.The locking device 50 shown in FIG. 1 is a spring catch, the rigid arm 51 of which is clamped on the pin 16 fastened in the stand part 2 and carries a leaf spring 52 with a wedge-shaped catch claw 53 at its free end. The position of the locking device 50 is selected so that the latching claw 53 engages in a tooth gap of the spur gear 20 when the support frame 9 is disengaged as soon as the spur gear 20 has come from the gear 32 except for a grip.

Die Arretiervorrichtung kann auch als eine in Fig. 3 dar gestellte Wellenbremse ausgebildet sein. An einem Ständer teil 2 ist eine Klinke 55 angelenkt, an deren hohlzylin drischem Endteil 56 ein Bremsbelag 57 befestigt ist. Zwi schen dem Ständerteil 2 und einer Ausnehmung im Mittelteil der Klinke 55 ist eine Schraubenfeder 58 eingespannt, wel che die Klinke 55 gegen eine einstellbare Anschlagschraube 59 drückt. Durch die Ausrückbewegung des Tragrahmens 9 ge langt die Welle 19 in Druckanlage an den entsprechend ge formten Bremsbelag 57 und wird abgebremst.The locking device can also be designed as a shaft brake shown in FIG. 3. On a stand part 2 , a pawl 55 is articulated, on the hollow cylindrical end portion 56, a brake pad 57 is attached. Between the stand part 2 and a recess in the central part of the pawl 55 , a coil spring 58 is clamped, which che presses the pawl 55 against an adjustable stop screw 59 . By disengaging the support frame 9 ge reaches the shaft 19 in pressure system to the correspondingly shaped brake pad 57 and is braked.

Die beiden Stirnräder 20, 21 sind auf der Welle 19 mit einer dem Getriebespiel entsprechenden Winkelversetzung befestigt, so daß nach einer Einschwenkbewegung des Trag rahmens 9 eine Verspannung durch den Eingriff zwischen der Eingangswelle 30 und der Stummelwelle 43 der beiden Stirn räder 20, 21 in die beiden Zahnräder 32, 44 erzielt wird. Die Größe der gegenseitigen Winkelversetzung der beiden Stirnräder 20, 21 kann mittels einer geeigneten Einstell vorrichtung, z. B. durch Klemmbuchsen 22, 23, zum Aus gleich von z. B. Herstellungstoleranzen eingestellt werden.The two spur gears 20 , 21 are fixed on the shaft 19 with a gear offset corresponding angular displacement, so that after a pivoting movement of the support frame 9 a bracing by the engagement between the input shaft 30 and the stub shaft 43 of the two end wheels 20 , 21 in the two gears 32 , 44 is achieved. The size of the mutual angular displacement of the two spur gears 20 , 21 can by means of a suitable adjusting device, for. B. by clamping bushes 22 , 23 , the same from z. B. Manufacturing tolerances can be set.

Bei dem dargestellten Getriebe läßt sich die Vorspannvor richtung nur im Direktgang, d. h. bei ausgeschalteter Übersetzung, einrücken, wobei die beiden Zahnräder 32 und 44 sowie die beiden Stirnräder 20, 21 gleiche Größe und Zähnezahl haben. In jedem Falle sollte die Zähnezahl der Stirnräder 20, 21 ein ganzzahliges Vielfaches der Zähne zahl des Zahnrades 36 betragen. Der Zahnriemen 7 kann auch durch einen Keilriemen ersetzt werden, wobei dann der Drehgeber 46 in einer schlupffreien Verbindung mit der Spindel 5 sein sollte.In the transmission shown, the Vorspannvor direction can only engage in direct gear, ie with the transmission switched off, the two gears 32 and 44 and the two spur gears 20 , 21 having the same size and number of teeth. In any case, the number of teeth of the spur gears 20 , 21 should be an integer multiple of the number of teeth of the gear 36 . The toothed belt 7 can also be replaced by a V-belt, in which case the rotary encoder 46 should be in a slip-free connection with the spindle 5 .

Claims

1.Gearbox for the workpiece spindle drive on programmable controlled lathes, consisting of a gearbox, an input shaft driven by a rotation-controllable motor, several switchable gear sets and an output shaft for driving the workpiece spindle, whereby a toothing is mounted in a support frame arranged on the machine stand in order to achieve a preload in direct gear, it can be engaged in a gearwheel wedged onto the input shaft and the output shaft, characterized in that
that a shaft ( 19 ) which is axially parallel to the input shaft ( 30 ) and to the output shaft ( 43 ) coaxial with the latter is mounted in two legs of the supporting frame ( 9 ), on which two spur gears ( 20 , 21 ) forming the toothing are fastened,
that the support frame ( 9 ) is pivotally mounted on an axis ( 26 ) parallel to the gear axis ( 25 ),
that at least one spur gear ( 20 or 21 ) in its angular position relative to the other spur gear ( 21 or 20 ) is adjustably attached to the shaft ( 19 ) for setting an angular displacement and
that for the disengaged spur gears ( 20 , 21 ) on the support frame ( 9 ) a locking device is provided which has a pawl ( 56 ) with the shaft ( 19 ) engaging brake pad ( 57 ) and a compression spring ( 58 ) through which Pawl ( 56 ) can be pressed against an adjustable, stationary actuating stop ( 59 ).

2. Transmission according to claim 1, characterized in that the number of teeth of each spur gear ( 20 , 21 ) is in an integer ratio to the number of teeth of the gear wheel ( 36 ) fixedly connected to the input shaft ( 30 ).

3. Gearbox according to claim 1 or 2, characterized in that the drive-side gear ( 32 ) to achieve the bias on the hub of an input shaft ( 30 ) wedged drive wheel ( 31 ) and the corresponding output-side gear ( 44 ) on one with the output shaft ( 35 ) coupled stub shaft ( 43 ) is attached.