EP0478705A1 - Räummaschine - Google Patents

Räummaschine

Info

Publication number
EP0478705A1
EP0478705A1 EP19900917759 EP90917759A EP0478705A1 EP 0478705 A1 EP0478705 A1 EP 0478705A1 EP 19900917759 EP19900917759 EP 19900917759 EP 90917759 A EP90917759 A EP 90917759A EP 0478705 A1 EP0478705 A1 EP 0478705A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
broaching
workpiece
machine according
broaching machine
tool carrier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19900917759
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Antonio Varinelli
Marcantonio Varinelli
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
VARINELLI SpA
Original Assignee
VARINELLI SpA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by VARINELLI SpA filed Critical VARINELLI SpA
Publication of EP0478705A1 publication Critical patent/EP0478705A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23F—MAKING GEARS OR TOOTHED RACKS
    • B23F21/00—Tools specially adapted for use in machines for manufacturing gear teeth
    • B23F21/26—Broaching tools
    • B23F21/268—Pot broaches
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D—PLANING; SLOTTING; SHEARING; BROACHING; SAWING; FILING; SCRAPING; LIKE OPERATIONS FOR WORKING METAL BY REMOVING MATERIAL, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D37/00—Broaching machines or broaching devices
    • B23D37/14—Broaching machines with rotatably-arranged working tools
    • B23D37/16—Broaching machines with rotatably-arranged working tools for broaching helical grooves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23F—MAKING GEARS OR TOOTHED RACKS
    • B23F1/00—Making gear teeth by tools of which the profile matches the profile of the required surface
    • B23F1/08—Making gear teeth by tools of which the profile matches the profile of the required surface by broaching; by broach-milling
    • B23F1/086—Pot broaching

Definitions

  • the invention relates to a broaching machine according to the preamble of the main claim.
  • broaching machines which broach the teeth of a straight-toothed gear part in a single pass by pushing the workpiece blank through a tube broaching tool carrier (pot broach).
  • the broaching tools are arranged in the interior of a cylindrical housing and usually have the teeth arranged in the longitudinal direction with respect to the feed axis of the workpiece. These are increasingly supplied in a suitable manner so that they can carry out the necessary cutting operation.
  • Two types of broaching tools are known, namely tools with a rectangular cross section (stick broach) and tools with a circular cross section (ring broach).
  • a single pass of the workpiece blank through the broaching head is sufficient to complete the tooth production on the circumference of the gear part. In some cases, two clearing operations can also be provided.
  • the raw gear part is pressed upwards by the clearing head until it emerges on the upper side of the clearing head.
  • it is removed from a removal device and transported down over a slide.
  • the gearbox part on a push rod is placed, above which the broaching head is located, which moves downward moving from top to bottom over the gearbox blank and processes it in the process.
  • the finished workpiece is consequently removed from the push rod after the clearing head has completely passed the workpiece with its rear part.
  • the workpiece blank must also perform a rotary movement relative to the broaching tool during its passage through the broaching head with a helical tool.
  • the broaching tools for spiral broaching are exclusively tools with a circular cross-section, with teeth arranged longitudinally with respect to the feed axis, but which must have an inclination that corresponds to the spiral angle to be produced in the finished part.
  • the broaching tools for spiral broaching are manufactured with a special device.
  • the invention has for its object to provide a broaching machine that can produce the workpiece in a simple manner with higher manufacturing accuracy.
  • the coaxial arrangement of the mechanical control device for the linear guidance of the workpiece and for the simultaneous rotation of the workpiece relative to the tube broaching head causes all the forces which arise to occur symmetrically to a single longitudinal axis, namely the workpiece feed axis, and thereby to occur To a large extent compensate for tilting and torsional moments yourself. In this way, manufacturing inaccuracies can be significantly reduced and thus the workpiece quality can be improved. At the same time, the construction of the machine is simplified, making the machine more compact and less expensive to manufacture.
  • the solution according to the invention can be used both for external clearing machines and for internal clearing machines.
  • the guide devices perform both a linear guide and a rotary control for the axial thrust rod.
  • the non-rotatably fastened guide devices prevent an elastic backward rotation of the axial thrust rod.
  • These guide devices can absorb the major part of the cutting forces and thus largely prevent torsion of the axial thrust rod.
  • the rigidity of the axial thrust receiving rod is increased and maintained continuously during the feed movement of the workpiece, the guide devices preferably consisting of one or more guide rings which are suitably arranged between annular broaching tools in the interior of the tube broaching tool carrier.
  • the guiding and control devices have a rotatable axial thrust receiving rod, which is synchronized with the linear movement of the slide in both directions, and at the free end of which the workpiece receiving device is arranged in a rotationally fixed manner.
  • the axial thrust receiving rod carrying the workpiece executes a rotary movement which is synchronized with the feed movement via control and guide means arranged coaxially to the tube broaching tool carrier.
  • the axial thrust receiving rod can be on the slide at a distance from the tube broaching tool carrier attached guide sleeve to be supported. In this way, the axial thrust receiving rod is supported again shortly before entering the tube broaching tool carrier at a defined distance in front of it, which increases the rigidity of the axial thrust receiving rod, since it enters two spaced apart locations before entering the tube broaching carrier ⁇ Lich is held at one end of the axial thrust rod and on the guide sleeve.
  • the rotational movement can be synchronized with the linear feed movement mechanically via spiral grooves arranged in the axial thrust take-up rod, into which a wedge bushing connected in a rotationally fixed manner to the guide sleeve engages. Due to the downward movement of the slide, the wedge bushing inevitably causes a rotary movement of the axial thrust rod.
  • the angle of inclination of the spiral grooves corresponds to the angle of inclination of the toothing to be produced.
  • the rotary movement of the axial thrust receiving rod can be synchronized with the linear feed movement of the tube broaching tool carrier via a microprocessor-controlled rotation control device, the microprocessor receiving feed signals and rotation signals.
  • the rotation control device is arranged on the end of the axial thrust receiving rod facing away from the tube broaching tool carrier and is connected to a rotary drive, so that the axial thrust receiving rod is rotated in accordance with the microprocessor control.
  • the relationship between linear motion and rotary motion is stored in advance in the microprocessor.
  • the microprocessor-controlled rotation control can compensate for torsional forces exerted on the axial thrust receiving rod by leading or lagging rotation during broaching. This torsional force compensation can take place both in machines with or without a guide sleeve, that is to say also in the cases in which the rotation control effects the rotary movement of the axial thrust rod alone.
  • the torsion is neutralized by a counter-rotating movement, whereby the play generated by the overall system is eliminated.
  • 1 is a side view of a vertical spiral broaching machine in the position before the broaching process
  • FIG. 3a is a view in the direction of the arrow in Fig. 3,
  • 5a is a plan view of a broaching tool
  • Fig. 5b shows a section along the line VV in Fig. 5a
  • Fig. 6 is an enlarged view of the reaction system to the elastic restoring force.
  • FIG. 1 shows an electromechanical broaching machine 10 for spiral broaching with a tube broaching tool carrier 12 (pot broach) mounted vertically on a vertical chute 14, which is rigidly fastened to the vertical slide by means of fastening screws 16, alignment wedges 18 and lateral positioning strips.
  • a tube broaching tool carrier 12 pot broach
  • All drives of the broaching machine 10 can either be purely mechanical, electromechanical or hydraulic.
  • the broaching head has an opening 20 which consists of an annealed bushing 22, which has the task of guiding the workpiece holding head 24 during the broaching process.
  • the workpiece holding head 24 shown in FIG. 3 is rigidly attached to a spirally grooved axial thrust holding rod 26, by means of screws 28 and a rotation lock 30.
  • the axial thrust receiving rod 26 is held vertically rigidly aligned by a guide sleeve 34, a wedge bush 32 of the guide sleeve 34 engaging in the spiral grooves 36 during the advancing movement of the slide 14.
  • the rod 26 is attached to the rotation control device 38, which is controlled by a microprocessor which receives pulses from an encoder mounted on a turntable 40.
  • the machine frame 42 of the broaching machine is fastened to the floor 44 by means of bolts 46, the frame carrying the carriage 14, which is along a vertical axis slides on prismatic guides 48 which are attached to the frame by screws.
  • the movement of the slide 14 is generated by a pinion 50 which engages in a toothed rack 52 rigidly connected to the slide 14.
  • the movement of the transmission elements is generated by a reduction gear 54, which is driven by a DC motor 58 via a toothed belt 56.
  • the weight compensation for the carriage 14 is achieved, for example, by means of a counterweight 60 which is connected to the carriage 14 by chains 62.
  • the chains 62 are deflected via toothed pinions 64, which are fastened to the frame 42 via bearings 66, the longitudinal axis of the clearing head 12 preferably being at a same distance from the machine frame as the longitudinal axis of the counterweight, so that the machine frame 42 can absorb the forces arising during processing symmetrically via the frame.
  • other known methods for balancing forces can also be used.
  • the broaching machine 10 requires a minimum of installation space, causes shorter idle times and lower maintenance costs, since fewer machine elements are required and the arrangement of the arrangement in a line is relatively simple, so that one High speed clearing is possible.
  • the vertical linear movement of the workpiece blank 68 to be machined by the clearing head is achieved via the motor drive 58, the drive belt 56, the reduction gear 54, the pinion 50, the toothed rack 52 and the slide on which the clearing head 12 is mounted.
  • the rotation control device 38 is set in rotation by means of suitable electromechanical devices which are described in more detail below.
  • the rotation control of the axial thrust rod 26 can either take place via the rotation control device 38 driven by the motor 94 or purely mechanically via the spiral grooves in the rod 26 in connection with the wedge bush 32. It is also possible to use both rotation controls, the microprocessor-controlled rotation being used ⁇ control device 38 is then mainly used to compensate for torsional forces.
  • the purely mechanical rotation control via the spiral grooves 36 and the spline bushing 32 can provide a safety function in the event of a fault in the microprocessor control.
  • the workpiece blank 68 in progress which can also be loaded with the aid of an automatic device, is blocked on the workpiece holder 24 with the aid of spreading pliers 70, which are actuated via a rod 72.
  • the rod 72 is fastened via a pin 74 to a pull rod 76 which is guided in the longitudinal direction through the rod 26 and the rotation control device 38 and exits in the base frame.
  • the lever 84 is coupled to the pull rod 76 via a slide bush 86, in which an annular groove 88 is recessed into which a fork of the lever 84 can engage.
  • This arrangement allows the locking force to be kept constant during the broaching process and to anchor the workpiece 68 with the aid of toothings 90 which protrude from the support surface 92 for the workpiece.
  • the rotational movement of the workpiece holding head 24 can be generated by a direct current motor 94 fastened to the frame 42 by means of a holder 96, by means of a toothed belt 98 and pulleys 100 and 102.
  • the latter is attached to a drive shaft 104, which from the Rotary control device 38 exits via a safety clutch 106.
  • the synchronization between the two movements takes place in the following way:
  • the rotation of the head and the lowering of the carriage take place via signals from the encoder devices which are input to the microprocessor.
  • the encoder devices are arranged below the turntable 40 or on the left side of the slide 14 even under different loads.
  • broaching rings 108 and guide rings 110 are arranged alternately, which engage in the workpiece holding device 24 in order to prevent an elastic return movement.
  • Both ring types are rigidly held in their angular position by a longitudinal key 122 which engages in a groove 132 and in an axial positioning groove of the cylindrical seat 124.
  • a toothing is provided on the outer circumference of the workpiece receiving device 24, the angle of inclination of which corresponds to the angle of inclination of the toothing to be produced on the workpiece, but the diameter of which is slightly larger, as can be seen from FIG. 3.
  • the tooth shape of this toothing can be somewhat slimmer in order to facilitate the engagement of the clearing rings and to make them as frictionless as possible.
  • the guide rings 110 engage in them A toothing and thereby absorb the cutting forces exerted on the workpiece 68 substantially, so that the axial thrust rod is guided through the tube broaching tool carrier 12 practically free of torsional forces.
  • At least two guide rings 110 preferably engage in the toothing of the workpiece holding device 24 at the same time.
  • a single guide ring 110 e.g. in the form of the bushing 22, which, in contrast to FIG. 4, can also be provided with continuous teeth.
  • This lowermost guide ring 22 can be arranged such that the guide ring 22 engages before the first broaching tool ring 108 engages.
  • the toothing of the workpiece holding device 24 in the axial direction can be so long that the guide ring 22 remains in engagement until the workpiece has come out of the broaching tool carrier.
  • the broaching tools 108 shown in FIG. 4 can initially consist of a set of roughing tools with increasing depth infeed and a subsequent set of finishing tools, which enable finishing with a lean infeed according to the full-for-finishing method.
  • the workpiece 68 meets removal devices 112, which are fastened to a cover 114, which in turn is rigidly fastened to the housing of the clearing head 12 by means of screws.
  • the workpiece 68 pushes it back as it passes the removal devices 112, wherein it is in its Lock seat 116 and at the same time a spring 118 is tensioned.
  • the actuating device 72 of the spreading pliers 70 is unlocked, so that as a result the workpiece is deposited on the top of the removal devices 112, from where it is removed with an automatic device, which in the exemplary embodiment described here the same device that loaded the raw workpiece at the beginning.
  • the function of the removal device 112 includes only a safety function in order to avoid any of the locking and / or unloading devices for the workpiece 68 in the event of a malfunction, that the machined workpiece is still on attached to the rod 26, through which the broaching head 12 can return, as a result of which the broaching tool rings 108 would be severely damaged.
  • cooling liquid sinks in vertical channels 130, which are recessed radially in the body of the clearing head 12, in order to emerge from radial channels 126, which, as can be seen from FIG. 5b, are recessed in the cross section of the clearing rings 118, the Cooling liquid cools the workpiece during broaching and at the same time rinses away the chips during the reversing process.
  • the cooling liquid and the chips are then collected in the underframe 78, the cooling liquid entering a circuit and the chips being removed to the outside with known devices.
  • the broaching machine 10 can also be used only for a finishing operation in which the workpiece 68 has already been pre-machined in a roughing operation. It is also possible to carry out the finishing after heat treatment of the pre-machined workpiece 68.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Milling, Broaching, Filing, Reaming, And Others (AREA)

Description

Räummaschine
Die Erfindung betrifft eine Räummaschine nach dem Ober¬ begriff des Hauptanspruchs.
Es sind Senkrecht-Räummaschinen bekannt, die Zähne eines geradverzahnten Getriebeteils in einem einzigen Durchgang räumen, indem sie das Werkstückrohteil durch einen Tubus-Räumwerkzeugträger (Pot-Broach) hindurch¬ schieben. Die Räumwerkzeuge sind im Inneren eines zy¬ lindrischen Gehäuses angeordnet und haben üblicherweise die Zähne in Bezug auf die Vorschubachse des Werkstücks in Längsrichtung angeordnet. Diese sind in geeigneter Weise zunehmend zugestellt, derart daß sie den erfor¬ derlichen Schneidvorgang ausführen können. Es sind zwei Typen von Räumwerkzeugen bekannt, nämlich Werkzeuge mit einer im Querschnitt rechteckigen Form (Stick-Broach) und Werkzeuge mit einer im Querschnitt kreisförmigen Form (Ring-Broach) . Normalerweise genügt ein einziger Durchgang des Werkstückrohteils durch den Räumkopf, um die Zahnherstellung auf dem Umfang des Getriebeteils zum Abschluß zu bringen. In einigen Fällen können auch zwei Räumvorgänge vorgesehen sein.
Das Roh-Getriebeteil wird bei Geradverzahnung durch den Räumkopf von unten nach oben gedrückt, bis es auf der oben liegenden Seite des Räumkopfes austritt. Hier wird es von einer Entnahmeeinrichtung abgenommen und nach unten über eine Rutsche transportiert. Eine andere Mög¬ lichkeit besteht darin, daß das Getrieberohteil auf einer Drückstange abgelegt wird, oberhalb der sich der Räumkopf befindet, der von oben nach unten abwärtsbewe¬ gend über das Getrieberohteil fährt und es dabei bear¬ beitet. Das Fertigwerkstück wird demzufolge von der Drückstange entfernt, nachdem der Räumkopf das Werk¬ stück mit seinem hinteren Teil vollständig das Werk¬ stück passiert hat.
Wenn das zu räumende Getriebeteil spiralförmig verzahnt sein muß, muß auch das Werkstückrohteil eine Drehbewe¬ gung relativ zu dem Räumwerkzeug während seines Durch¬ gangs durch den Räumkopf mit spiralförmigem Werkzeug ausführen.
Die Räumwerkzeuge für das spiralförmige Räumen sind ausschließlich Werkzeuge mit kreisförmigem Querschnitt, mit in Bezug auf die Vorschubachse in Längsrichtung angeordneten Zähnen, die aber eine Neigung aufweisen müssen, die dem bei dem Fertigteil herzustellenden Spiralwinkel entspricht.
Die Räumwerkzeuge für das spiralförmige Räumen werden mit SpezialVorrichtung hergestellt.
Bisher ist das spiralförmige Räumen mit Drehmechanismen verschiedener Art und Steuereinrichtungen ausgeführt worden, die separat im Außenbereich des Räumkopfes mon¬ tiert sind.
Durch das getrennte Montieren der Steuereinrichtungen für den Vorschub und die Werkstückdrehung außerhalb des Räumkopfes entstehen im Maschinensystem unausgeglichene Belastungen und Fehler, die zu einem übermäßigen Spiel im Inneren des Systems aus Räumkopf und Axialschubauf- nähme- und Rotationsstange führen. Diese Fehler werden von Torsionskräften erzeugt, die Deformationen der Stange bewirken und die die Genauigkeit der Spiralver¬ zahnung beeinträchtigen. Es treten auch elastische Rück- stellkräfte auf, derart daß der Neigungswinkel der Spi¬ rale zu Beginn und am Auslauf der am Werkstück anlie¬ genden Schneiden verändert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Räum- maschine zu schaffen, die das Werkstück auf einfache Weise mit höherer Fertigungsgenauigkeit herstellen kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des Hauptanspruchs.
Die koaxiale Anordnung der mechanischen Steuereinrich¬ tung für die lineare Führung des Werkstückes und für die gleichzeitige Drehung des Werkstückes zu dem Tubus- Räumkopf bewirkt, daß alle entstehenden Kräfte symme¬ trisch zu einer einzigen Längsachse, nämlich der Werk¬ stückvorschubachse, auftreten und sich dadurch Kipp- und Torsionsmomente weitestgehend selbst kompensieren. Auf diese Weise lassen sich Fertigungsungenauigkeiten erheblich reduzieren und damit die Werkstückqualität verbessern. Zugleich ist der Aufbau der Maschine ve¬ reinfacht, wodurch die Maschine kompakter und kosten¬ günstiger herzustellen ist. Die erfindungsgemäße Lösung ist sowohl für Außenräum- als auch für Innenräummaschi- nen anwendbar.
Vorzugsweise ist an dem radialen Umfang der Werkstück¬ aufnahmevorrichtung eine hinsichtlich des Neigungswin- kels der an dem Werkstück herzustellenden Spiralverzah¬ nung entsprechende Verzahnung mit größerem Außendurch¬ messer angeordnet, in die die ringförmigen Führungsein¬ richtungen eingreifen. Auf diese Weise üben die Füh- rungseinrichtungen sowohl eine lineare Führung als auch eine Drehsteuerung für die Axialschubaufnahmestange aus.
Die drehfest befestigten Führungseinrichtungen verhin- dem eine elastische Rückdrehbewegung der Axialschub¬ aufnahmestange. Diese Führungseinrichtungen können den überwiegenden Teil der Schnittkräfte aufnehmen und damit weitgehend eine Torsion der Axialschubaufnahme¬ stange verhindern. Zugleich wird die Steifheit der Axialschubaufnahmestange während der Vorschubbewegung des Werkstücks erhöht und kontinuierlich aufrechter¬ halten, wobei die Führungseinrichtungen vorzugsweise aus einem oder mehreren Führungsringen bestehen, die im Inneren des Tubus-Räumwerkzeugträgers in geeigneter Weise zwischen ringförmigen Räumwerkzeugen angeordnet sind.
Die Führungs- und Steuereinrichtungen weisen eine dreh¬ bare Axialschubaufnahmestange auf, die mit der linearen Bewegung des Schlittens in beiden Richtungen synchro¬ nisiert ist, und an deren freiem Ende die Werkstückauf¬ nahmevorrichtung drehfest angeordnet ist. Die das Werk¬ stück tragende Axialschubaufnahmestange führt eine Drehbewegung aus, die mit der Vorschubbewegung über koaxial zu dem Tubus-Räumwerkzeugträger angeordnete Steuer- und Führungsmittel synchronisiert ist.
Die Axialschubaufnahmestange kann von einer an dem Schlitten mit Abstand von dem Tubus-Räumwerkzeugträger befestigten Führungshülse abgestützt sein. Auf diese Weise wird die Axialschubaufnahmestange kurz vor Ein¬ tritt in den Tubus-Räumwerkzeugträger in definiertem Abstand vor diesem nochmals abgestützt, wodurch die Steifheit der Axialschubaufnahmestange erhöht wird, da sie vor Eintritt in den Tubus-Räumwerkzeugträger an zwei mit Abstand voneinander angeordneten Stellen, näm¬ lich an einem Ende der Axialschubaufnahmestange und an der Führungshülse gehalten ist.
Die Synchronisation der Drehbewegung mit der linearen Vorschubbewegung kann mechanisch über in der Axial¬ schubaufnahmestange angeordnete Spiralnuten erfolgen, in die eine drehfest mit der Führungshülse verbundene Keilbuchse eingreift. Durch die Abwärtsbwegung des Schlittens bewirkt dann die Keilbuchse zwangsläufig eine Drehbewegung der Axialschubauf ahmestange. Der Neigungswinkel der Spiralnuten entspricht dabei dem Neigungswinkel der herzustellenden Verzahnung. Alter- nativ kann, wenn keine Führungshülse vorgesehen ist, die Drehbewegung der Axialschubaufnahmestange mit der linearen Vorschubbewegung des Tubus-Räumwerkzeugträgers über eine mikroprozessorgesteuerte DrehungsSteuerein¬ richtung synchronisiert sein, wobei der Mikroprozessor Vorschubsignale sowie Drehungssignale, erhält. Die Dre¬ hungssteuereinrichtung ist dabei an dem dem Tubus- Räumwerkzeugträger abgewandten Ende der Axialschubauf¬ nahmestange angeordnet und mit einem Drehantrieb ver¬ bunden, so daß die Axialschubaufnahmestange entspre¬ chend der Mikroprozessorsteuerung gedreht wird. Der Zusammenhang zwischen Linearbewegung und Drehbewegung ist dabei in dem Mikroprozessor vorab gespeichert. Die mikroprozessorgesteuerte Drehungssteuerung kann durch voreilende bzw. nacheilende Drehung auf die Axialschubaufnahmestange ausgeübte Torsionskräfte wäh¬ rend des Räumens kompensieren. Diese Torsionskraftko - pensation kann sowohl bei Maschinen mit oder ohne Füh¬ rungshülse erfolgen, also auch in den Fällen, in denen die DrehungsSteuerung die Drehbewegung der Axialschub¬ aufnahmestange allein bewirkt. Die Torsion wird durch eine Gegendrehbewegung neutralisiert, wobei das von dem Gesamtsystem erzeugte Spiel beseitigt wird.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Senkrecht-Spiralräum- maschine in der Position vor dem Räumvorgang,
Fig. 2 eine Frontansicht,
Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht des Werkstückaufnahme- und Druckaufnahmespindelkomplexes,
Fig. 3a eine Ansicht in Pfeilrichtung in Fig. 3,
Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht des Spiralräumkopfes mit typischer Anordnung der Räum- und Führungs¬ ringe,
Fig. 5a eine Draufsicht auf einen Räumwerkzeug,
Fig. 5b einen Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 5a, und Fig. 6 eine vergrößerte Ansicht des Reaktionssystem auf die elastische Rückstellkraft.
Fig. 1 zeigt eine elektromechanische Räummaschine 10 für spiralförmiges Räumen mit einem vertikal auf einem Vertikalschütten 14 montierten Tubus-Räumwerkzeugträger 12 (Pot-Broach) , der mit dem Vertikalschlitten starr über Befestigungsschrauben 16, Ausrichtkeile 18 und seitliche Positionierleisten befestigt ist.
Alle Antriebe der Räummaschine 10 können entweder rein mechanisch, elektromechanisch oder hydraulisch erfolgen.
Der Räumkopf weist eine Öffnung 20 auf, die aus einer getemperten Buchse 22 besteht, die die Aufgabe hat, den Werkstückaufnahmekopf 24 während des Räumvorgangs zu führen. Der in Fig. 3 gezeigte Werkstückaufnahmekopf 24 ist starr an einer spiralförmig genuteten Axialschub¬ aufnahmestange 26, über Schrauben 28 und einer Verdre- hungsSicherung 30 befestigt. Die Axialschubaufnahme¬ stange 26 wird von einer Führungshülse 34 starr ausge¬ richtet vertikal gehalten, wobei eine Keilbuchse 32 der Führungshülse 34 in die Spiralnuten 36 während der Vor¬ schubbewegung des Schlittens 14 eingreift. Am anderen Ende ist die Stange 26 an der Drehsteuereinrichtung 38 befestigt, die von einem Mikroprozessor gesteuert wird, der Impulse von einem auf einem Drehteller 40 montier¬ ten Encoder erhält.
Das Maschinengestell 42 der Räummaschine ist an dem Boden 44 über Bolzen 46 befestigt, wobei das Gestell den Schlitten 14 trägt, der längs einer Vertikalachse auf prismatischen Führungen 48 gleitet, die über Schrauben an dem Gestell befestigt sind.
Die Bewegung des Schlittens 14 wird über ein Ritzel 50 erzeugt, der in eine starr mit dem Schlitten 14 ver¬ bundene Zahnstange 52 eingreift.
Die Bewegung der Transmissionsorgane wird von einem Untersetzungsgetriebe 54 erzeugt, der über einen Zahn- riemen 56 von einem Gleichstrommotor 58 angetrieben wird.
Der Gewichtsausgleich für den Schlitten 14 wird bei¬ spielsweise über ein Gegengewicht 60 erzielt, der über Ketten 62 mit dem Schlitten 14 verbunden ist. Die Ket¬ ten 62 werden über Zahnritzel 64 umgelenkt, die an dem Gestell 42 über Lagerungen 66 befestigt sind, wobei die Längsachse des Räumkopfes 12 vorzugsweise einen glei¬ chen Abstand zum Maschinengestell aufweist wie die Längsachse des Gegengewichts, so daß das Maschinenge¬ stell 42 über den Rahmen die bei der Bearbeitung ent¬ stehenden Kräfte symmetrisch aufnehmen kann. Alternativ sind auch andere bekannte Verfahren zum Kräfteausgleich anwendbar.
Wie aus den Fign. 1 bis 5 hervorgeht, sind alle mecha¬ nischen Steuereinrichtungen zum Hindurchführen und gleichzeitigen Drehen des zu bearbeitenden Werkstück¬ rohteils 68 durch den Räumkopf 12 in einer Linie, näm¬ lich längs der Vertikalachse des Räumkopfes angeordnet, so daß alle erforderlichen Bewegungen längs einer gerad¬ linigen Achse ausgeführt werden. Dies beseitigt die Notwendigkeit, separate Anordnungen exzentrisch zur Achse des Räumkopfes anzuordnen.
Als Folge dieser Anordnung in einer Linie benötigt die Räummaschine 10 ein Minimum an AufStellfläche, verur¬ sacht geringere Leerlaufzeiten sowie geringere Unter¬ haltskosten, da weniger Maschinenelemente erforderlich sind und der Aufbau der Anordnung in einer Linie rela¬ tiv einfach ist, so daß auch ein Hochgeschwindigkeits- räumen möglich ist.
Die vertikale Linearbewegung des zu bearbeitenden Werk¬ stückrohteils 68 durch den Räumkopf wird über den Motorantrieb 58, den Treibriemen 56, das Untersetzungs- getriebe 54, das Ritzel 50, die Zahnstange 52 und den Schlitten erreicht, auf dem der Räumkopf 12 montiert ist. Während der Räumkopf 12 sich nach unten bewegt, wird die Drehungssteuereinrichtung 38 über geeignete elektromechanische im folgenden näher beschriebene Ein- richtungen in Drehung versetzt. Die Drehungssteuerung der Axialschubaufnahmestange 26 kann entweder über die von dem Motor 94 angetriebene DrehungsSteuereinrichtung 38 erfolgen oder rein mechanisch über die Spiralnuten in der Stange 26 in Verbindung mit der Keilbuchse 32. Es ist auch möglich, beide Drehungssteuerungen zu ver¬ wenden, wobei die mikroprozessorgesteuerte Drehungs¬ steuereinrichtung 38 dann in der Hauptsache zur Kompen¬ sation von Torsionskräften eingesetzt wird.
Wenn der Drehantrieb der Stange 26 in der Hauptsache über die Drehungssteuereinrichtung 38 betätigt wird, kann die rein mechanische Drehungssteuerung über die Spiralnuten 36 und die Keilbuchse 32 eine Sicherheits- funktion im Falle eines Fehlers der Mikroprozessor¬ steuerung ausüben.
Alternativ sind für die Automatisierung auch andere Steuerungen möglich.
Das in Arbeit befindliche Werkstückrohteil 68, das auch mit Hilfe einer automatischen Einrichtung geladen werden kann, wird auf der Werkstückaufnahme 24 mit Hilfe einer Spreizzange 70 blockiert, die über eine Stange 72 betätigt wird. Die Stange- 72 ist über einen Zapfen 74 an einer Zugstange 76 befestigt, der in Längsrichtung durch die Stange 26 und die Drehungs¬ steuereinrichtung 38 hindurchgeführt ist und in dem Untergestell austritt.
In dieser Position befindet sich die Sperreinrichtung für die Spreizzange 70, die aus einem hydraulischen Zylinder 80 besteht, der die Hebel 82 und 84 steuert.
Der Hebel 84 ist an der Zugstange 76 über eine Gleit¬ buchse 86 gekoppelt, in der eine Ringnut 88 ausgespart ist, in die eine Gabel des Hebels 84 eingreifen kann.
Diese Anordnung erlaubt die Sperrkraft während des Räumvorganges konstant zu halten und das Werkstück 68 mit Hilfe von Verzahnungen 90, die von der Stützfläche 92 für das Werkstück abstehen, zu verankern.
Die Drehbewegung des Werkstückaufnahmekopfes 24 kann von einem über eine Halterung 96 an dem Gestell 42 be¬ festigten Gleichstrommotor 94, über einen Zahnriemen 98 und Riemenscheiben 100 und 102 erzeugt werden. Letztere ist an einer Antriebswelle 104 befestigt, die aus der Drehsteuereinrichtung 38 über eine Sicherheitskupplung 106 austritt.
Die Synchronisation zwischen beiden Bewegungen erfolgt in folgender Weise: Die Drehung des Kopfes und das Herunterfahren des Schlittens erfolgt über Signale der Encoder-Einrichtungen, die dem Mikroprozessor ein¬ gegeben werden. Die Encoder-Einrichtungen sind unter¬ halb des Drehtellers 40 bzw. auf der linken Seite des Schlittens 14 auch bei unterschiedlichen Belastungen angeordnet.
Während des Räumvorganges durchläuft das Werkstückroh¬ teil 68 vollständig den Räumkopf 12, in dem abwechselnd Räumringe 108 und Führungsringe 110 angeordnet sind, die in den Werkstückaufnahmevorrichtung 24 eingreifen, um eine elastische Rückstellbewegung zu verhindern. Beide Ringtypen werden starr in ihrer Winkellage von einem Längskeil 122 gehalten, der in eine Nut 132 und in eine axiale Positioniernut des zylindrischen Sitzes 124 eingreift. Es ist andererseits auch möglich, mehre¬ re Räumringe 108 hintereinander vorzusehen und dann erst einen Führungsring 110. Wenn mehrere Räumringe 108 zusammenarbeiten, ergeben sich geringere Vibrationen.
Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist an dem Außenumfang der Werkstückaufnahmevorrichtung 24 eine Verzahnung vorge¬ sehen, deren Neigungswinkel dem Neigungswinkel der an dem Werkstück herzustellenden Verzahnung entspricht, deren Durchmesser jedoch geringfügig, wie aus Fig. 3 ersichtlich, größer ist. Die Zahnform dieser Verzahnung kann etwas schlanker sein, um den Eingriff der Räum¬ ringe zu erleichtern und möglichst reibungsfrei zu er¬ möglichen. Die Führungsringe 110 greifen in diese Verzahnung ein und nehmen dadurch die auf das Werkstück 68 ausgeübten Schnittkräfte im wesentlichen auf, so daß die Axialschubaufnahmestange praktisch frei von Tor¬ sionskräften durch den Tubus-Räumwerkzeugträger 12 hindurchgeführt wird. Vorzugsweise greifen mindestens zwei Führungsringe 110 gleichzeitig in die Verzahnung der Werkstückaufnahmevorrichtung 24 ein.
Im Extremfall genügt ein einziger Führungsring 110, z.B. in Form der Buchse 22, die abweichend von Fig. 4 auch mit einer durchgehenden Verzahnung versehen sein kann. Dieser unterste Führungsring 22 kann so angeord¬ net sein, daß ein Eingriff des Führungsringes 22 vor dem Eingriff des ersten Räumwerkzeugringes 108 erfolgt. Bei einem einzigen Führungsring 22 kann dabei die Ver¬ zahnung der Werkstückaufnahmevorrichtung 24 in Axial¬ richtung so lang sein, daß der Führungsring 22 im Ein¬ griff bleibt, bis das Werkstück aus dem Räumwerkzeug¬ träger herausgetreten ist.
Die in Fig. 4 dargestellten Räumwerkzeuge 108 können zunächst aus einem Satz Schruppwerkzeuge mit zunehmen¬ der Tiefenzustellung und einem anschließenden Satz Schlichtwerkzeuge bestehen, die eine Schlichtbearbei- tung mit einer schlanken Zustellung nach dem Full- for -Finishing-Verfahren ermöglichen.
Am Ausgang des oberen Endes trifft das Werkstück 68 auf Entnahmevorrichtungen 112, die an einem Deckel 114 be- festigt sind, der seinerseits starr über Schrauben mit dem Gehäuse des Räumkopfes 12 befestigt ist.
Das Werkstück 68 stößt während es die Entnahmeeinrich¬ tungen 112 passiert, diese zurück, wobei sie in ihrem Sitz 116 arretieren und wobei gleichzeitig eine Feder 118 gespannt wird.
Wenn das Werkstück 68 die Oberkante der Entnahmeein- richtungen 112 passiert hat, springen diese unter der Wirkung der Feder 118 in ihre ursprüngliche Position zurück, die von dem Anschlag an dem Kopf einer Fest¬ stellschraube 120 definiert ist.
Während der Rückkehr des Werkstückaufnahmekopfes 24 wird die Betätigungseinrichtung 72 der Spreizzange 70 entsperrt, so daß sich als Folge davon das Werkstück auf der Oberseite der Entnahmevorrichtungen 112 ablegt, von wo es mit einer automatischen Vorrichtung entnommen wird, die bei dem hier beschriebenen Ausführungsbei- spiel aus der gleichen Einrichtung besteht, die zu Be¬ ginn das Rohwerkstück geladen hat.
Es versteht sich daher, daß die Funktion der Entnahme- Vorrichtung 112 ausschließlich eine Sicherheitsfunktion beinhaltet, um für den Fall einer Fehlfunktion irgend¬ eines der Sperr- und/oder Entladeeinrichtungen für das Werkstück 68 zu vermeiden, daß das bearbeitete Werk¬ stück, noch an der Stange 26 befestigt, durch den Räum- köpf 12 zurückkehren kann, wodurch die Räumwerkzeug¬ ringe 108 schwer beschädigt würden.
Um die Ablagerung von Spänen in den Zwischenräumen zwischen Schneidringen 108 und den Führungsringen 110 oder schlimmer noch zwischen den spiralförmigen Nuten zu verhindern, wird eine erhebliche Menge Kühlflüssig¬ keit unter Druck durch den Räumkopf hindurchgedrückt. Mit Hilfe eines Schnellkupplungsanschlusses 127, der an der Seite des Deckels 114 angeordnet ist, füllt die Kühlflüssigkeit einen Ringkanal 128, der in dem Deckel
114 ausgespart ist.
Von hier aus sinkt die Kühlflüssigkeit in vertikalen Kanälen 130, die radial in dem Körper des Räumkopfes 12 ausgespart sind, um aus radialen Kanälen 126 auszutre¬ ten, die, wie aus Fig. 5b ersichtlich, im Querschnitt der Räumringe 118 ausgespart sind, wobei die Kühlflüs¬ sigkeit während des Räumens das Werkstück kühlt und dabei gleichzeitig die Späne während des Rückfahrvor¬ gangs wegspült.
Die Kühlflüssigkeit und die Späne werden dann in dem Untergestell 78 gesammelt, wobei die Kühlflüssigkeit in einen Kreislauf gelangt und die Späne nach außen mit bekannten Vorrichtungen abtransportiert werden.
Die Räummaschine 10 kann auch nur für eine Schlichtbe¬ arbeitung eingesetzt werden, bei der das Werkstück 68 bereits in einem Schrupparbeitsgang vorbearbeitet ist. Dabei ist es auch möglich, die Schlichtbearbeitung nach einer Wärmebehandlung des vorbearbeiteten Werkstücks 68 auszuführen.

Claims

Ansprüche
1. Räummaschine, insbesondere Senkrechträummaschine für Schraubverzahnungen, mit einem Maschinengestell (42) mit Rahmen, mit einem an dem Rahmen befestigten Schlitten (14) und einem auf dem Schlitten (14) mon¬ tierten Tubus-Räumwerkzeugträger (12) , der eine Ein¬ trittsöffnung (20) für das Werkstück (68) , sowie eine Austrittsöffnung auf der entgegengesetzten Seite der EintrittsÖffnung (20) aufweist, an der das fertig bearbeitete Werkstück (68) entnehmbar ist, und mit Führungsmittel für das Werkstück, die das Werkstück (68) in einer Werkstückaufnahmevorrichtung (24) linear durch in dem Tubus-Räumwerkzeugträger (12) angeordnete Räumwerkzeuge (108) führen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß an dem Tubus-Räumwerkzeugträger (12) und/oder an dem Gestell (42) mechanische Führungs- und Steuer¬ einrichtungen (26,38,110) koaxial zu dem Tubus-Räum¬ werkzeugträger (12) angeordnet sind, die zugleich die lineare Führung des Werkstücks (68) durch die Eintrittsöffnung (20) des Räumwerkzeugträgers (12) hindurch und die gleichzeitige Drehung des Werk¬ stücks (68) steuern.
2. Räummaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, daß an dem radialen Umfang der Werkstückauf¬ nahmevorrichtung (24) eine hinsichtlich des Neigungs¬ winkels der an dem Werkstück (68) herzustellenden Spiralverzahnung entsprechende Verzahnung angeordnet ist, in die im Tubus-Räumwerkzeugträger (12) ange¬ ordnete Führungseinrichtungen (110) eingreifen.
3. Räummaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Werkstückaufnahmevorrichtung (24) drehbar ist und daß die Räumwerkzeuge (108) sowie die Führungseinrichtungen (110) drehfest in dem Tubus-Räumwerkzeugträger (12) angeordnet sind.
4. Räummaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Zahnform der Verzahnung der Werkstückaufnahmevorrichtung (24) schlanker ist als bei der an dem Werkstück (68) herzustellenden Ver¬ zahnung.
5. Räummaschine nach Anspruch 1 bis 4, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß in dem Tubus-Räumwerkzeugträger (12) abwechselnd koaxial zueinander angeordnete ringförmige Führungseinrichtungen (110) und ring¬ förmige Räumwerkzeuge (108) angeordnet sind, wobei in Bewegungsrichtung des Werkstücks vor und hinter jedem Räumwerkzeug (108) eine Führungseinrichtung (110) vorgesehen ist.
6. Räummaschine nach Anspruch 2 bis 5, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß an der Eintrittsöffnung (20) eine erste Führungseinrichtung (22) derart angeordnet ist, daß vor dem Eingriff des ersten Räumwerkzeugs (108) mit dem Werkstück (68) ein Eingriff der ersten Führungseinrichtung (22) mit der Verzahnung der Werkstückaufnahmeeinrichtung (24) erfolgt.
7. Räummaschine nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Verzahnung der Werkstückaufnahme¬ einrichtung (24) eine derartige Länge in Axialrich¬ tung aufweist, daß mehrere Führungseinrichtungen (110) gleichzeitig eingreifen können.
8. Räummaschine nach Anspruch 1 bis 7, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Führungs- und Steuereinrich¬ tungen eine drehbare Axialschubaufnahmestange (26) aufweisen, die mit der linearen Bewegung des Schlit¬ tens (14) in beiden Richtungen synchronisiert ist und an deren freiem Ende die Werkstückaufnahme¬ vorrichtung (24) drehfest angeordnet ist.
9. Räummaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich¬ net, daß die drehbare Axialschub-Auf ahmestange (26) von einer an dem Schlitten (14) mit Abstand von dem Tubus-Räumwerkzeugträger (12) befestigten Führungs¬ hülse (34) positionsgenau gehalten ist.
10. Räummaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Drehbewegung der Axialschub-Aufnahme¬ stange (26) mit der linearen Vorschubbewegung mecha¬ nisch über Spiralnuten (36) in der Axialschubaufnah¬ mestange (26) , in die eine in der Führungshülse (34) drehfest angeordnete Keilbuchse (32) eingreift, syn¬ chronisiert ist.
11. Räummaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 10, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Drehbewegung der Axialschubaufnahmestange (26) mit der linearen Vor¬ schubbewegung des Tubus-Räumwerkzeugträger (12) über eine mikroprozessorgesteuerte Drehungssteuereinrich¬ tung (38) synchronisiert ist, wobei der Mikroprozes¬ sor Vorschubsignale sowie DrehungsSignale erhält.
12. Räummaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich¬ net, daß die mikroprozessorgesteuerte Drehungssteu¬ erung (38) durch voreilende bzw. nacheilende Drehung der Axialschubaufnahmestange (26) Torsionskräfte während des Räumens kompensiert.
13. Räummaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch die Axial¬ schubaufnahmestange (26) hindurchgeführte Zugstange (72) die Zentrier- und Einspanneinrichtung (70,72) betätigt.
14. Räummaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich¬ net, daß eine Sperrvorrichtung (80,82,84,88) die Zugstange (72) unter Zugspannung hält.
15. Räummaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Maschinengestell (42) symmetrisch die Räumkräfte aufnimmt.
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