DE9412276U1 - Maschine zum Herstellen oder Bearbeiten von Kegelrädern - Google Patents

Maschine zum Herstellen oder Bearbeiten von Kegelrädern

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Description

HURTH MODUL G.m.b.H. 29.07.94
Marienberger Straße 17 4002 G DE
D-09125 Chemnitz .**..**. .**.···:- .·· ·
Maschine zum Herstellen oder Bearbeiten von Kegelrädern
Die Erfindung betrifft eine Maschine zum Herstellen, insbes. Fräsen, oder Bearbeiten, insbes. Schleifen, von Kegelrädern nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Bei konventionellen Maschinen für das Profilieren der Flanken von Kegelrädern mit mechanischen Getriebezügen und Einrichtungen zur Erzeugung des relativen Zwangslaufes zwischen Werkzeug und Werkstück ist ein Baukastensystem bekannt (Prospekt Nr. 3641 aus 1962 der VEB Zahnschneidemaschinenfabrik MODUL), auf dessen Basismaschine durch Anordnen entsprechender Werkzeugsysteme sowohl Maschinen zur Herstellung geradverzahnter Kegelräder als auch Maschinen zur Herstellung bogenverzahnter Kegelräder aufgebaut werden können. Bei diesem Baukastensystem ist bei beiden Maschinenvarianten die Achse der Wiegentrommel identisch mit der Achse des imaginären Erzeugungsrades.
Die Einführung der CNC-Steuerungstechnik erfolgte bei den Kegelradverzahnmaschinen zuerst bei den Maschinen zur Herstellung bogenverzahnter Kegelräder, da eine Umstellung auf die CNC-Technik bei dieser Maschinenvariante für Anwender und Maschinenhersteller die größten ökonomischen Effekte ergab. Dabei zeichneten sich zwei Entwicklungsrichtungen ab, nämlich
a) Beibehalten der Wiegentrommel-Konzeption und damit Festhalten am prinzipiellen Aufbau konventioneller Maschinen mit mechanischen Getriebezügen, und
b) Ersatz der Wiegentrommel-Konzeption durch das Kreuzschieber-Prinzip, wodurch bei gleichen äußeren Abmessungen der Arbeitsbereich der Kegelradverzahnmaschinen wesentlich erweitert wurde, da dieser bei der Wiegentrommel-Konzeption durch die einstellbare Radialverstellung begrenzt ist.
Der Einsatz von Voll-CNC-Maschinen, d.h. von Maschinen", bei denen alle Einstell- und Arbeitsbewegungen durch NC-Achsen realisiert werden, führte zu einer wesentlichen Senkung der Umrüstzeiten und zu einer Erweiterung der technologischen Einsatzmöglichkeiten und Verzahnmethoden. Dieser Trend vollzog sich sowohl bei der Wiegentrommel-Konzeption (EP 0 3 55 318 Al) als auch beim Kreuzschieber-Prinzip (DD 255 296 Al).
Das Bestreben, die Anzahl der erforderlichen Achsen durch Bewegungsüberlagerungen zu minimieren und trotzdem die technologischen Möglichkeiten beim Verzahnen erweitern zu können, führte schließlich zu Maschinenkonzeptionen, bei denen sich die relative Lage zwischen der Achse des imaginären Erzeugungsrades und der Werkstückachse (Kegeleinstellwinkel des Werkstückständers) während des Verzahnprozesses ändert, d.h. die Achse zur Einstellung des Werkstückständers wird in den Zwangslauf der Flankenprofilierung eingebunden (SU-Zeitschrift "STANKI I INSTRUMENT" Nr.4, 1984, Seiten 10 und 11; JP-Pat.-OS 62-162417).
Ausgehend vom Stand der Technik nach der zuletzt genannten Druckschrift liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, mit einer minimalen Anzahl von Baugruppen eine Grundmaschine zu konzipieren, auf deren Basis sowohl Maschinen zum Herstellen bzw. Bearbeiten von bogenver&zgr;ahnten Kegelrädern als auch Maschinen zum Herstellen bzw. Bearbeiten von geradver&zgr;ahnten Kegelrädern aufgebaut werden können. Außerdem soll bei dieser Baukasten-Maschine bei gleichbleibenden oder gar erweiterten technologischen Möglichkeiten die Anzahl der erforderlichen Einstell- und Arbeitsachsen noch weiter verringert sein.
Die Aufgabe wird gelöst mit einer Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Zweckmäßige Weiterbildungen für die Maschine zum Herstellen bzw. Bearbeiten von bogenver &zgr; ahnten Kegelrädern werden in den Ansprüchen 2 und 3 aufgezeigt.
Abgesehen von den für das Herstellen bzw. Bearbeiten von bogen-
bzw. von geradverzahnten Kegelrädern - technologisch bedingt ohnehin unterschiedlichen Werkzeugen und Werkzeugträgern sind die komplett vormontierbaren Trommeln die einzigen Unterschiedsteile für die beiden Maschinen-Varianten.
Die Anordnung einer zweiten Werkzeugspindel gem. Anspruch 2 bietet verschiedene vorteilhafte technologische Möglichkeiten:
a) Komplettbearbeitung von bogenver&zgr;ahnten Ritzeln mit beliebiger Auslegung des Fußkegelwinkels in einer Aufspannung in zwei Durchgängen und mit individueller Werkzeugauslegung für die konvexen und die konkaven Flanken zur optimalen Tragbildgestaltung , oder
b) Unterteilung des Zerspanungsprozesses in eine Vor- und eine Fertigbearbeitung bei bogenverzahnten Ritzeln, die mit einem idealen Zahnfußwinkel ausgelegt sind, bei dem die Lückengrundbreite am inneren und am äußeren Zahnende gleich groß ist, oder
c) Komplettbearbeitung von Tellerrädern aus Radpaaren mit Form-WäIzverzahnung in einer Aufspannung.
Im Anspruch 3 wird aufgezeigt, daß die CNC-Steuerung zur Reduzierung der Einstell- und Arbeitsachsen verhelfen kann, indem eine Linearbewegung senkrecht zu den beiden horizontalen Linear achsen durch eine Interpolation aus der Drehbewegung um die Trommelachse und der guer dazu gerichteten Linearbewegung realisiert wird. Somit sind für die vertikale Linearbewegung keine zusätzlichen Einrichtungen wie Schlitten, Führungen, Antrieb usw. erforderlich.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in drei Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Dabei
Fig. 1 die Maschinenvariante für das Herstellen bzw. Bearbeiten von bogenverzahnten Kegelrädern in einer perspektivischen Ansicht, und
Fig. 2 und 3 die Maschinenvariante für das Herstellen bzw. Bearbeiten von geradverzahnten Kegelrädern von der Seite und von oben gesehen.
Sowohl die in Fig. 1 gezeigte Maschine zum Herstellen bzw. Bearbeiten von bogenverzahnten Kegelrädern als auch die in den Fig. 2 und 3 gezeigte Maschine zum Herstellen bzw. Bearbeiten von geradverzahnten Kegelrädern besteht im wesentlichen aus einem Maschinenbett 1,
einem darauf in X-Richtung verschiebbar angeordneten und dafür mit einem Tiefenvorschub 7 antreibbaren Werkzeugständer 2,
einem rechtwinklig dazu in Y-Richtung ebenfalls auf dem Maschinenbett 1 verschiebbar angeordneten und dafür mit einem Quervorschub 8 antreibbaren Querschlitten 4 und einem auf dem Querschlitten 4 um eine senkrecht zur X- und zur Y-Richtung verlaufende Achse. C schwenkbaren Werkstückständer 5 mit einer Werkstückspindel 6 zur Aufnahme eines (in Fig. 1 nicht dargestellten) Werkstücks W, wobei die Drehachse B der Werkstückspindel 6 in einer zur X- und Y-Richtung parallelen Ebene liegt.
Eine Bedienungstafel ist in Fig. 2 mit 16 bezeichnet.
Die vorstehend genannten Teile und Baugruppen bilden die sog. Grundmaschine, die zu einer dem jeweiligen Verwendungszweck entsprechenden Maschine komplettiert wird.
Bei einer Maschine zum Herstellen bzw. Bearbeiten von bogenverzahnten Kegelrädern ist im Werkzeugständer 2 eine um eine in X-Richtung liegende Achse Al drehbare und dafür antreibbare Trommel 3 vorgesehen. In der Trommel 3 ist eine um eine Achse Ä21 drehbare und dafür antreibbare Werkzeugspindel 10 angeordnet zur Aufnahme eines Werkzeugs T, beispielsweise eines Messerkopfs mit einem Messerkopfbezugspunkt M zum Fräsen oder einer entsprechenden Topfscheibe zum Schleifen der Verzahnung des Werkstücks W. Die Drehachse A21 liegt, um eine Exzenterkonstante Eo zur Achse Al der Trommel 3 versetzt, parallel zu dieser Achse Al, worauf noch eingegangen wird.
Bei einer Maschine zum Herstellen bzw. Bearbeiten von geradverzahnten Kegelrädern ist im Werkzeugständer 2 eine ebenfalls
um eine in X-Richtung liegende Achse Al drehbare und " dafür antreibbare Trommel 13 vorgesehen, auf deren Planseite 12 zwei Fräsköpfe 14, 15 mit zugehörigen Schwenkplatten zum Einstellen des Lückenwinkels angebracht sind.. Die Schwenkplatten sind relativ zueinander um die Achse Al verstellbar zum Einstellen eines Lückenwinkels, die Fräsköpfe 14, 15 sind auf den Schwenkplatten in radialer Richtung einstellbar. Die Fräsköpfe 14, 15 nehmen Werkzeuge T', T" auf, beispielsweise Profilfräser zum Fräsen oder entsprechende Profilscheiben zum Schleifen der Verzahnung des Werkstücks W. Bedingt durch ihre unterschiedliche Funktion sind die Trommeln 3, 13 verschieden, sie besitzen aber gleiche Abmessungen zur Aufnahme im Werkzeugständer 2.
Der Tiefenvorschub 7 und der Quervorschub 8 sowie die die Dreh- und Schwenkbewegungen (Achsen Al, A21, B, und C) bewirkenden Motoren sind mit einer nicht gezeigten CNC-Steuerung verbunden bzw. werden von dieser gesteuert. Dabei ist das ganz wesentliche Merkmal der 5 Achsen (2 Linear- und 3 Dreh- und Schwenkachsen) aufweisenden Grundmaschine der in den beiden Maschinenvarianten unterschiedliche Verwendungszweck der im Werkzeugständer 2 drehantreibbar gelagerten Trommel 3, 13.
Bei der CNC-Maschine zum Herstellen bzw. Bearbeiten von geradverzahnten Kegelrädern ist die Achse des imaginären Erzeugungsrades identisch mit der Drehachse Al der Trommel 13. Der erforderliche kinematische Zwangslauf zwischen dem imaginären Erzeugungsrad und der Werkstückspindel 6 wird von der CNC-Steuerung in Form einer Koordinateninterpolation der Drehwinkel zwischen der Trommel 13 und der Werkstückspindel 6 realisiert.
Ganz anders liegen die Verhältnisse bei der CNC-Maschine zum Herstellen bzw. Bearbeiten von bogenver&zgr;ahnten Kegelrädern: hier wird die Drehbewegung der Trommel 3 zur Realisierung der vertikalen Komponente des Messerkopfbezugspunktes M genutzt. Die Trommelachse Al ist bei dieser Maschinenvariante nicht mehr identisch mit der Achse des imaginären Erzeugungsrades. Die Achse des imaginären Erzeugungsrades ändert hier während des
Wälzprozesses laufend ihre Lage im absoluten Maschinehbezugssystem (Xo, Yo, Zo) . Die Bewegung des Werkzeugs T relativ zum Werkstück W wird im allgemeinen Fall durch ein definiertes Ansteuern folgender Achsen realisiert:
- Linearbewegung des Querschlittens 4: Achse Y;
- Drehbewegung der Trommel 3: Achse Al; Linearbewegung des Werkzeugständers 2: Achse X; Schwenkbewegung des Werkstückständers 5:Achse C;
- Drehbewegung der Werkstückspindel 6: Achse B.
In Abhängigkeit von der Drehwinkel-Lage des imaginären Erzeugungsrades werden in bestimmten Drehwinkel-Schritten die zugehörigen Positionen für die vorstehend genannten Achsen berechnet und, der Drehwinkellage zugeordnet, in Form von Datensätzen abgelegt. Die Bewegung des Messerkopfbezugspunktes M in der Koordinatenebene (Yo, Zo) wird horizontal durch ein Verschieben des Werkstücks in der Y-Richtung und vertikal durch ein Verdrehen der Trommel 3 um die Achse Al (Winkel <pAi) realisiert.
Beim Verzahnen im kontinuierlichen Teilverfahren wird die Achse A21 der Werkzeugspindel 10 als weitere Achse in die CNC-Steuerung mit einbezogen.
Zwecks Erweiterung der technologischen Möglichkeiten für das Herstellen bzw. Bearbeiten bogenverzahnter Kegelräder kann eine zweite Werkzeugspindel 11 mit einer Achse A22 vorgesehen werden, die in der Trommel 3 ebenfalls um die Exzenterkonstante Eo radial zur Drehachse Al versetzt und parallel zu dieser angeordnet ist. Alles, was vorstehend zur Achse A21 erläutert wurde, gilt sinngemäß auch für die Achse A22.
Die zweite Werkzeugspindel 11 ermöglicht beispielsweise die Komplettbearbeitung von bogenver&zgr;ahnten Ritzeln mit beliebiger Ausgangslage des Fußkegelwinkels in einer Aufspannung mit zwei Durchgängen und mit individueller Werkzeugauslegung für die konvexe und die konkave Flanke zur optimalen Tragbildgestaltung. Im ersten Durchgang erfolgt dabei ein Vorverzahnen beider Flanken und ein Fertigverzahnen einer Flanke mit einem Spreiz-
messerkopf, der auf der ersten Werkzeugspindel 10 befestigt ist. Nach dem ersten Durchgang wird die Spindel 10 mittels einer Drehung der Trommel 3 um die Achse Al aus der Bearbeitungsposition heraus- und die zweite Spindel 11 in die Bearbeitungsposition eingeschwenkt. Sodann erfolgt das Fertigverzahnen der anderen Flanke mit einem einzelseitigen Messerkopf, der auf der zweiten Werkzeugspindel 11 befestigt ist. Nach diesem zweiten Durchgang wird wieder die erste Spindel 10 in die Bearbeitungsposition eingeschwenkt.
Weiters ermöglicht die zweite Werkzeugspindel 11 eine Unterteilung des Zerspanungsprozesses bei bogenverzahnten Ritzeln, die mit dem idealen Zahnfußwinkel (bei dem die Lückengrundbreite am inneren und am äußeren Zahnende gleich groß ist) ausgelegt sind, in eine Vor- und eine Fertigbearbeitung. Dabei erfolgt in einem ersten Durchgang das Vorverzahnen mit einem Schruppmesserkopf und dann in einem zweiten Durchgang das Fertigverzahnen mit einem Schlichtmesserkopf. Dieses Verfahren ist der Komplettbearbeitung mit nur einer Spindel bzw. mit nur einem Messerkopf vorzuziehen, da in beiden Durchgängen mit den Spezialmesserköpfen optimale Schnittwerte erreicht werden können und die Vor- und Fertigbearbeitung nicht mit demselben Messerkopf ausgeführt werden muß.
Schließlich können mit der zweiten Spindel auch Tellerräder aus Radpaaren mit Form-WäIzverzahnung in einer Aufspannung komplett verzahnt werden. Dabei werden im ersten Durchgang alle Lücken mit einem auf der ersten Spindel 10 befestigten Schruppmesserkopf vorgefräst und im zweiten Durchgang alle Lücken mit einem auf der zweiten Spindel 11 befestigten Räumwerkzeug fertigbearbeitet.
Begriffsliste:
1 Maschinenbett
2 Werkzeugständer
3 Trommel
4 Querschlitten
5 Werkstückständer
6 Werkstückspindel
7 Tiefenvorschub
8 Quervorschub
9
Werkzeugspindel Werkzeugspindel Planseite von 13 Trommel
Fräskopf
Fräskopf
Bedienungstafel Al Drehachse von 3 bzw. 13 A21 Drehachse von 10 A22 Drehachse von 11 B Drehachse von W C Schwenkachse von 5 EO Exzenterkonstante M Messerkopfbezugspunkt T, T', T" Werkzeug W Werkstück
X Vorschubrichtung von 2 Y Vorschubrichtung von 4 XO, Yo, Zo Maschinenbezugssystem Verdrehwinkel von Al

Claims (3)

HURTH MODUL G.m.b.H. 29.07.94 Marienberger Straße 17 ( 4002 P DE D-09125 Chemnitz ·**!·**· ·**·*"! .*·.: Schutzansprüche
1. Maschine zum Herstellen, insbes. Fräsen, oder Bearbeiten, insbes Schleifen, von Kegelrädern (Werkstücken), mit einem Maschinenbett (1), einem eine drehbare Trommel (3, 13) aufnehmenden Werkzeugständer (2) , der in X-Richtung, d.h. parallel zur Trommelachse (Al), auf dem Maschinenbett (1) verschiebbar ist, einem quer dazu in Y-Richtung auf dem Maschinenbett (1) verschiebbaren Querschlitten (4) , auf dem ein um eine Achse (C) , die senkrecht zur X- und zur Y-Richtung verläuft, schwenkbarer Werkstück-Ständer (5) mit einer um eine quer zur Achse (C) gerichteten Achse (B) drehbaren Werkstückspindel (6) angeordnet ist, und mit einer CNC-Steuerung für die erforderlichen Bewegungsabläufe ,
dadurch gekennzeichnet, daß wahlweise
a) für das Herstellen bzw. Bearbeiten von bogenver&zgr;ahnten Kegelrädern eine um eine Achse (A2) drehbare und zur Achse (Al) parallele Werkzeugspindel (10) zur Aufnahme eines Werkzeugs (T) in die Trommel (3) einsetzbar ist, deren Achse (A21) um eine Exzenterkonstante (Eo) in radialer Richtung zur Trommelachse (Al) versetzt ist, wobei während des Verzahnprozesses die Drehung um die Achse (Al) eine Komponente der Bewegung des Werkzeugs (T) relativ zum Werkstück (W) darstellt und nicht mit der Achse eines imaginären Erzeugungsrades identisch ist, oder
b) für das Herstellen bzw. Bearbeiten von geradverzahnten Kegelrädern auf der Planseite (12) der Trommel (13) zwei in radialer Richtung der Trommel (13) verschiebbare Fräsköpfe (14, 15) zur Aufnahme von Werkzeugen (T', T") mit zugehörigen Schwenkplatten zum Einstellen des Lückenwinkels anbringbar sind, wobei die Achse (Al) der Trommel (13) während des Verzahnprozesses mit der Achse eines imaginären Erzeugungsrades identisch ist.
2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das Herstellen oder Bearbeiten von bogenver&zgr;ahnten Kegelrädern eine zweite Werkzeugspindel (11) zur Aufnahme eines zweiten Werkzeugs (T) , deren Achse (A22) ebenfalls um die Exzenterkonstante (Eo) in radialer Richtung zur Trommelachse (Al) versetzt ist, in die Trommel (3) einsetzbar ist.
3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Linearbewegung senkrecht zur X- und Y-Richtung von der CNC-Steuerung in Form einer Interpolation aus der Drehbewegung um die Trommelachse Al und der quer dazu gerichteten Linearbewegung in der Y-Richtung realisiert wird.
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