DE4114341C2 - Maschine zur Bearbeitung umlaufender Werkstücke mittels eines in bestimmtem Drehzahlverhältnis synchron dazu umlaufenden Werkzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Maschine zur Bearbeitung umlaufender Werkstücke gemäß dem Oberbegriff (Gattungsbegriff) des Anspruchs 1.

Eine gattungsgemäße Maschine ist Gegenstand der älteren Patentanmeldung entsprechend der nachveröffentlichten DE 40 13 327 A1, wobei die elektrischen Einzelantriebe, also die Motoren, für den Werkzeugträger und den Werkstückträger von einer elektronischen Synchronisierungseinrichtung zwangsgesteuert werden.

Aus der DE-PS 26 14 966 ist es bekannt, sowohl geradlinig verlaufende als auch schraubengangförmige Nuten an umlaufenden Werkstücken zu fräsen. Zur Erzeugung solcher Nuten findet eine vorwärts- oder rückwärtsgerichtete Phasenverschiebung im Synchronlauf von Werkstück und Werkzeug statt. Ihren Synchronantrieb erhalten letztere von einem elektromotorisch angetriebenen Getriebe. Zwecks Erzielung der Phasenverschiebung im Synchronlauf ist die Werkstück-Antriebswelle mit einem schrägverzahnten Abschnitt versehen, welcher zu einer mit ihm in Eingriff stehenden Antriebsscheibe in Achsrichtung verschiebbar ist. Das Maß der Verschiebung erfolgt dabei durch Abtastung eines zusammen mit dem Vorschub des Werkstücksupports bewegten Lineals. Je nach Gestaltung bzw. Ausrichten desselben kann der Punkt, an welchem das motorisch angetriebene Werkzeug bei jedem Umlauf seine Bearbeitung am ebenfalls motorisch angetriebenen Werkstück beginnt, vorwärts oder rückwärts verstellt werden. Über eine Elektronik ist es dabei möglich, die Abtastung zu spreizen oder zu verzerren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer gattungsgemäßen Maschine eine Phasenverschiebung im Synchronlauf von Werkstück und Werkzeug in einfacherer Weise als bisher zu bewerkstelligen; wobei entsprechende Einstellungen an dem jeweiligen Bearbeitungsprozeß einfachst vornehmbar sein sollen.

Gelöst wird diese Aufgabe in Verbindung mit den Oberbegriffsmerkmalen erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildun­ gen der erfinderischen Lösung.

Zufolge derartiger Ausgestaltung ist eine erfindungsgemäße Maschine angegeben, die sich neben einem herstellungs­ technisch einfachen Aufbau durch eine optimale Bedienung auszeichnet. Von den das Werkstück als auch das Werkzeug antreibenden Motoren ist das Statorgehäuse mindestens des einen Motors konzentrisch zur Rotorachse gelagert. Bei Herstellung einer Schrägverzahnung wird daher das Statorgehäuse entsprechend der Vorschublänge und dem Schrägungswinkel um einen vorgegebenen Betrag gedreht. Eine bei solchen Maschinen vorgesehene elektronische Steuerung kann demgemäß entsprechend dem Vorschubweg und der Steigung in einfacher Weise programmiert werden, da der Synchronlauf der über eine elektrische Welle angetriebenen Motoren unverändert bleibt. Die Drehverstellung des Statorgehäuses geschieht dabei mittels des Stellmotors um die Rotorachse. Durch diesen Stellmotor wird der Motor auch in der jeweiligen Stellung gehalten. Eine Selbstverstellung scheidet aus. Durch eine Programmsteuerung erhält der Stellmotor den Impuls, das Statorgehäuse um den entsprechenden Winkelbetrag zu drehen. Als Drehverstell-Antrieb zwischen Stellmotor und Statorgehäuse eignet sich insbesondere ein Schneckentrieb. Die Schneckenwelle wird angetrieben vom Einstellmotor, während das Schneckenrad dem Statorgehäuse zugeordnet ist. Andere Modifizierungen des Drehverstell-Antriebs wären möglich. Der Erfindungsgedanke ist sodann übertragbar auf Schabemaschinen und solche Maschinen, bei denen überlagerte Drehbewegungen zum Synchronlauf erforderlich sind. Bei Übertragung des Erfindungsgedankens auf eine Schabemaschine ist das Werkzeug ein Schaberad und das Werkstück ein in seiner Zahnflankenkontur zu korrigierendes Zahnrad. Durch kontinuierliche Änderung der Phasenlage bzw. entsprechenden Vor- bzw. Nachlauf des Punktes, an welchem das Werkzeug seine Arbeit am Zahnrad beginnt, können die Zahnflanken die angestrebte Oberflächenglättung erhalten. Neben der Oberflächenglättung können bei einer derartigen Schabemaschine, bei welcher das Schaberad auch die Form einer Schnecke aufweisen kann, durch die Änderung der Phasenlage von angetriebenem Werkzeug und angetriebenem Werkstück die Zahnflanken plastisch verformt werden. Hierbei können beispielsweise ballige Zahnflanken hergestellt werden. Es ist bei einer derartigen Anwendung unter Umständen nicht einmal nötig, daß tatsächlich Material vom Werkstück abgearbeitet wird. Allein das kontinuierliche Ändern der Phasenlage zwischen Werkstück und Werkzeug bewirkt ein Verformen durch mechanischen Druck auf die Verzahnung. Wird bei einer Schabemaschine ein Materialabtrag gewünscht, so findet - wenn überhaupt - nur in zweiter Linie eine Verformung der Verzahnung statt; es wird vielmehr durch das Schaberad entsprechend der Zustellung durch Änderung der Phasenlage von Werkzeug und Werkstück Material an den Angriffspunkten des Werkzeugs am Werkstück abgetragen. Letztgenannte Anwendung wird bevorzugt eingesetzt bei der Herstellung von an den Zahnflanken ballig auslaufenden Zähnen. Durch die kontinuierliche Drehzustellung und das Beibehalten des - wenn auch phasenverschobenen - Synchronlaufes wird eine gleichmäßige Zahnbearbeitung gewährleistet. Der Materialabtrag kann feinfühlig durch die Drehung eines Motors um seine Rotorachse eingestellt werden, wobei je nach Drehrichtung nacheinander erst die eine oder die andere Zahnflanke bearbeitet wird. Es ist bei dieser Methode auch denkbar, die Phasenverschiebung durch andere Mittel als durch Drehung eines Antriebsmotors zu erreichen, z. B. durch eine entsprechende elektronische Ansteuerung der mit entsprechender Drehzahl laufenden Antriebsmotoren.

Nachstehend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht einer als Verzahnmaschine ausge­ bildeten Maschine gemäß der ersten Ausführungs­ form,

Fig. 2 den Werkstückantrieb teils in Ansicht, teils im Schnitt mit zugeordnetem Werkzeugantrieb und

Fig. 3 einen abgewandelt gestalteten Werkstückantrieb nebst zugehörigem Werkzeugantrieb, betreffend die zweite Ausführungsform.

Bezüglich der dargestellten Verzahnmaschine handelt es sich um eine Schlagmesserfräsmaschine. Letztere besitzt ein Maschinengestell 1 zur Aufnahme eines Werkstück-An­ triebes 2 und eines Werkzeug-Antriebes 3.

Im einzelnen weist der Werkstück-Antrieb 2 ein an einem Schlitten 21 befestigtes Lagergehäuse 4 auf, welches unter Vermittlung von zwei axial hintereinander angeord­ neten Wälzlagern 5, 6 ein Schneckenrad 7 trägt. Letzte­ res ist mit einem Stirnring 8 fest verbunden, welcher seinerseits mit der Flanschplatte 9 des Statorgehäuses G eines Elektro-Motors 10 in nicht näher veranschaulichter Weise verschraubt ist. Bei einer Drehverlagerung des Schneckenrades 7 wird daher auch der Elektro-Motor 10 mitgenommen. Mit dem Schneckenrad 7 kämmt eine Schnecke 11, die ihrerseits von einem außenseitig am Lagergehäuse 4 festgelegten Stellmotor 12 drehbar ist.

Das Schneckenrad 7 ist mit einer mittleren Bohrung 12 versehen, die mit einer Bohrung 13 des Stirnringes 8 fluchtet. Beide Bohrungen 12, 13 werden durchsetzt von der von Lagern 31 gestützten Rotorwelle 14 des Elektro- Motors 10. An ihrem freien Ende trägt diese eine dreh­ fest angeordnete Riemenscheibe 15. Ein Antriebsriemen 16 umfaßt diese und treibt eine Antriebsscheibe 17 an, welche drehfest auf dem einen Ende einer Antriebswelle 18 angeordnet ist. Bezüglich des Antriebsriemens 16 kann es sich um einen Zahnriemen handeln. Dementsprechend ist auch die Mantelfläche der Riemenscheibe 15 und der An­ triebsscheibe 17 gestaltet.

Die Antriebswelle 18 wird von mit Abstand zueinander angeordneten Wälzlagern 19, 20 des Schlittens 21 getra­ gen. Dieser ist mittels nicht näher veranschaulichter Führungen des Maschinengestells 1 in Richtung des Pfei­ les x verlagerbar. An ihrem freien Ende trägt die An­ triebswelle 18 ein Spannfutter 22 zur Aufnahme eines Werkstückes 23. Die Drehrichtung der Antriebswelle 18 und damit des Werkstückes 23 ist mit a angegeben.

Senkrecht zur Werkstück-Antriebswelle 18 verläuft eine Fräserwelle 24, die ein radial ausladendes Werkzeug 25 in Form einer Schneide trägt. Zum Antrieb der Fräserwelle 24 in Pfeilrichtung b dient ein Elektro-Motor 26. Dieser und der Elektro-Motor 10 sind über eine elektrische Welle im Synchronlauf angetrieben, und zwar in einem bestimmten Drehzahlverhältnis. Soll z. B. ein Werkstück vier längsverlaufende Nuten an seinem Umfang erhalten, so wird ein Drehzahlverhältnis zwischen Werkzeug und Werkstück von 4 : 1 gewählt. Andere Drehzahlverhältnisse sind ebenfalls einstellbar.

Dem freien Ende der Fräserwelle 24 ist ein Gegenhalter 27 zugeordnet. Letzterer und der Elektro-Motor 26 sitzen auf einem Träger 28, welcher einem justierbaren, verti­ kal ausgerichteten Drehteller 29 zugeordnet ist.

Soll das Werkstück 23, wie in Fig. 2 strichpunktiert veranschaulicht ist, an seinem Umfang schräg verlaufende Nuten 30 erhalten, so wird entsprechend der Nutenzahl ein bestimmtes Drehzahlverhältnis zwischen den Elektro- Motoren 10, 26 gewählt. Sodann treibt der Stellmotor 12 die Schnecke 11 abhängig vom Werkstückdurchmesser, dem Schrägungswinkel der Nuten und dem zurückzulegenden Weg mit einer entsprechenden Drehzahl an, welche Drehver­ stellung über das Schneckenrad 7 auf den Elektro-Motor 10 übertragen wird. Dieser dreht damit um die Rotorachse R, welche Drehverlagerung als Phasenverschiebung im Synchronlauf von Werkstück und Werkzeug auftritt. Das bedeutet, daß der Eintauchpunkt des schneidenförmigen Werkzeuges 25 in das Werkstück 23 sich einhergehend verändert, ohne daß aufwendige Differentialgetriebe oder eine kompliziert herzustellende Software zu fertigen wäre.

Sind geradverlaufende Nuten am Umfang des Werkstückes zu fertigen, so braucht über den Stellmotor 12 keine Drehverstellung des Elektro-Motors 10 vorgenommen zu werden.

Alternativ lassen sich auch zufolge der Phasenverschie­ bung im Synchronlauf über den Stellmotor 12 winkel­ förmig verlaufende Nuten, Nuten an Kugelköpfen etc. erzeugen.

Gemäß der in Fig. 3 veranschaulichten zweiten Ausfüh­ rungsform sitzt das Statorgehäuse G des Elektro-Motors 10 fest am Schlitten 21. Die Rotorwelle 14 überträgt ihre Drehbewegung in gleicher Weise über einen Riemen­ trieb 15, 16, 17 auf die Antriebswelle 18 mit Spannfut­ ter 22. Der entsprechende Werkstück-Antrieb trägt nun die Bezugsziffer 32. Abgeändert gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel ist ebenfalls der Werkzeug-Antrieb 33. Das Statorgehäuse G des Elektro-Motors 26 ist über einen Stirnring 34 und Flanschplatte 35 drehfest mit einem Schneckenrad 36 verbunden. Angetrieben wird dieses von einer Schnecke 37 eines Stellmotors 38, welcher seinerseits von dem Lagergehäuse 39 ausgeht. Dieses ist in geeigneter Weise am Träger 28 festgelegt.

Wie beim ersten Ausführungsbeispiel nimmt das Lagergehäu­ se 39 zwei Wälzlager 40 und 41 zur Lagerung des Schnecken­ rades 36 auf. Die Motorwelle 42 durchgreift das Schneckenrad 36 und ist innerhalb dieses von zwei hinter­ einander angeordneten Wälzlagern 43 gestützt. Mittels der Motorwelle 42 wird die Fräserwelle 24 in der gezeig­ ten Pfeilrichtung b angetrieben.

Soll bei der zweiten Ausführungsform eine Schrägverzah­ nung bzw. schrägverlaufende Nuten 30 am Werkstück 23 erzeugt werden, so veranlaßt der Stellmotor 38 eine Drehverstellung des Elektro-Motors 26 um seine Rotorach­ se R, welche Drehverlagerung als Phasenverschiebung im Synchronlauf von Werkstück und Werkzeug auftritt. Sowohl bei dieser als auch bei der vorerwähnten Ausgestaltung verhindert die Schnecke im Zusammenwirken mit dem Schnecken­ rad eine ungewollte Verdrehung des entsprechenden Elektro-Motors.

Anstelle des Elektromotors kann auch ein vom Motor ange­ triebenes Getriebe, z. B. ein Differentialgetriebe, um seine Rotorachse gedreht werden, um so die Phasenlage von Werkzeug und Werkstück zu beeinflussen.

Claims (3)

1. Maschine zur Bearbeitung umlaufender Werkstücke mit­ tels eines in bestimmtem Drehzahlverhältnis synchron dazu umlaufenden Werkzeugs, insbesondere Schlagmesser- Fräsmaschine, bei welcher der Punkt, an welchem das motorisch angetriebene Werkzeug bei jedem Umlauf seine Bearbeitung am ebenfalls motorisch angetriebenen Werk­ stück beginnt, einstellbar ist, wobei Werkstück und Werkzeug mittels getrennter, über eine elektrische Welle im Synchronlauf gehaltener Motoren angetrieben sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Statorgehäuse (G) mindestens des einen Motors (10, 26) konzentrisch zur Rotorachse (R) gelagert und mittels eines Antriebes (Stellmotor 12 bzw. 38) um diese Achse drehverstellbar ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehverstell-Antrieb zwischen Stellmotor (12, 38) und Statorgehäuse (G) als Schneckentrieb (7, 11 bzw. 36, 37) gestaltet ist.

3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug ein Schaberad und das Werkstück ein in seiner Zahnflankenkontur zu korrigierendes Zahnrad ist.