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Die
Erfindung betrifft eine Zahnstangenprofilierungsmaschine mit einem
beweglich geführten Fahrständer, an
welchem ein Werkzeug zur Bearbeitung von Werkstücken halterbar ist.
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Bekannte
Maschinen zur Zahnstangenbearbeitung zur Herstellung von Verzahnungsprofilen
fräsen
oder schleifen das Werkstück.
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Diese
Maschinen bewerkstelligen das Verfahren von einem Zahnfeld zum nächsten entweder über eine
Bewegung des Werkstückes
in einer X-Richtung mittels eines Fahrtisches oder über das Verfahren
des so genannten Ständers,
auch Fahrständer
genannt, der letzten Endes das Werkzeug positioniert. Diese Achse
wird Vertaktungsachse X genannt.
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Nach
diesem Prinzip arbeiten die möglichen Kombinationen
in Form von: Fahrtisch-Fräs-,
Fahrtisch-Schleif-, Fahrständer-Fräs- und Fahrständer-Schleif-Machinen.
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Den
bisher erhältlichen
Maschinen ist dabei gemeinsam, dass der auf einer Drehvorrichtung
angeordnete, drehende Ständer
einen Y-Schlitten aufweist, der eine Vorschubbewegung des Werkzeuges in
Y bewerkstelligt. Auf diesem Y-Schlitten wird der Y-Z-Schlitten
geführt,
der eine vertikale Führung (Z-Achse) für den Werkzeugkopf
beinhaltet, welche orthogonal zur Y-Führung angeordnet ist.
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Bei
den bekannten Maschinen ist somit konstruktionsbedingt die Rotationsachse
des Werkzeugs immer genau im rechten Win kel zur Y-Maschinenachse
(Vorschubachse) angeordnet. Alle drei Achsen (die Werkzeugsrotationsachse,
die Z-Zustellungsachse und die Y-Vorschubachse) stehen bisher zumeist
orthogonal zueinander.
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Zahnstangenprofile
können
orthogonal zur Längsachse
des Werkstückes
eingebracht werden, dann nennt man sie geradeverzahnt, oder in einem definierten
Winkel zur Orthogonalen der Längsachse der
Zahnstange, in diesem Fall sind sie schrägverzahnt.
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Für die Herstellung
von schrägverzahnten Verzahnungsprofilen
wird bei den bekannten Maschinen der Ständer, bestehend aus Y-Schlitten, Y-Z-Schlitten
und Fräs-
oder Schleif-Kopf als Werkzeug, als Ganzes um eine Achse (C-Achse)
verdreht, die parallel zur vertikalen Zustellungs-Achse Z ist. Hieraus
folgt unmittelbar, dass die Maschinenachse Y nicht mehr orthogonal
zur Vertaktungsachse X steht.
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Der
Stand der Technik weist bei der Herstellung von Schrägverzahnungen
den Nachteil auf, dass für
die Profilierung einer vorgegebenen Zahnstangen(paket)breite die
Y-Achse einen größeren Vorschubweg
ausführen
muss, als bei geradeverzahnten. Der vergrößerte Vorschubweg in Y, der
hieraus resultiert, ist abhängig
vom Verzahnungswinkel γ und
kann berechnet werden, indem man die Verzahnungsbreite durch den
Cosinus des Verzahnungswinkels γ dividiert.
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Bei
den bisherigen Maschinen entsteht durch die Verdrehung der Y-Führungen
der unangenehme Effekt, dass sich hierdurch das vordere Ende der
Y-Führung
immer weiter vom Werkstück,
beziehungsweise dem Werkstückträger entfernt.
Daraus resul tiert, dass der Fräs-
oder Schleifkopf sich ebenfalls mit größerem Schrägverzahnungswinkel weiter vom
Werkstück
bzw. vom Werkstückträger entfernt. Diesem
Effekt wird im Stand der Technik begegnet mit einem vergrößerten vorgehaltenen
Y-Weg und einem großen
Abstand des Werkzeuges von der Z-Achs-Führung.
Für diese
beiden Maßnahmen
sind jedoch weitere konstruktive Grenzen gültig, so dass dieser Effekt
nie ordentlich ausgeglichen werden konnte.
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Durch
das Verdrehen der Y-Achsführung
entsteht bei bisherigen Maschinen immer ein Versatz des Werkzeugs
in X-Richtung. Daraus folgt ein nicht bearbeitbarer Bereich in der
entgegengesetzten X-Richtung. Dieser „tote" Bereich wurde üblicherweise durch eine Verlängerung
des X-Weges und eine längere
Aufspannvorrichtung für
das Werkstück
ausgeglichen.
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In
der Praxis kommen noch zusätzliche
Umstände
in Betracht, die den Y-Vorschubweg über die eigentliche Zahnstangen(paket)breite
hinaus vergrößern.
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Zum
einen wäre
dies der Zusatzweg resultierend aus dem Werkzeuganschnitt und -austritt
des rotierenden, vertikal zugestellten Werkzeugs. Zum anderen vergrößert sich
bei mehrreihigen Schrägverzahnungen
der Y-Vorschubweg dadurch, dass das schräggestellte Werkzeug zuerst
mit der ersten Reihe in das Werkstück eindringt und zuletzt mit
der letzten Reihe aus dem Werkstück
austritt. Diese Y-Zusatzwege können
jedoch unberücksichtigt
bleiben, da sie sowohl beim bisherigen als auch beim neuen Prinzip
vorhanden sind.
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Die
Maschinen nach dem Stand der Technik haben den Nachteil, dass durch
den variablen und bei großen
Schrägverzahnungswin keln
an einer Seite sehr geringem Abstand der Y-Führungsleisten zum Werkstückträger nur
unzureichende Schutzmaßnahmen
für die
Y-Führungen
angebracht werden konnten. Der Platz für eine Teleskop-Stahlabdeckung
ist nicht vorhanden. Da die Y-Führungen
zum einen die größten kumulierten
Wegstrecken von allen Linearachsen bewerkstelligen und zum anderen
direkt in der Flugrichtung der vom Werkzeug wegfliegenden Späne liegen,
ist die Y-Führung
immer diejenige, die als erste wegen Verschleiß überholt werden musste.
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Aus
der
DE 2223392 A1 ist
eine Zahnradschleifmaschine für
Kegelräder
bekannt, die einen beweglich geführten
Fahrständer
aufweist, an welchem ein Werkzeug zur Bearbeitung von Werkstücken gehaltert
ist, wobei der Fahrständer
gegenüber einem
Werkstück
beweglich ausgeführt
ist.
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Aus
der
DE 2840940 C3 ist
eine Verzahnungsmaschine für
Zahnräder
mit einem beweglich geführten
Fahrständer
bekannt, an welchem ein an einem Werkzeugkopf gehaltertes Werkzeug
zur Bearbeitung von Werkstücken
vorgesehen ist, wobei der Werkzeugkopf um eine zur Fahrständer X-Achse (Gewindespindel)
parallele Achse drehbar gelagert ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es eine verbesserte Zahnstangenprofilierungsmaschine
zur Verfügung zu
stellen, bei der eine neuartige Anordnung eine effizientere Bearbeitung
von Werkstücken
bei erhöhter Maschinenverfügbarkeit
ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Zahnstangenprofilierungsmaschine nach den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass das Werkzeug in wenigstens einem Winkel zum Werkstück um eine
parallel zur Zustellungsachse Z ausgebildete C-Achse und/oder um
eine orthogonal zur Zustellungsachse Z ausgebildete B-Achse einstellbar ist,
wobei das Werkzeug an einem Werkzeugkopf gehaltert ist, wobei der
Werkzeugkopf gegenüber
dem Fahrständer
um die C-Achse verdrehbar ist, wobei die Einstellung der X-, Y-
und Z-Achsen konstruktiv durch den Fahrständer erfolgt.
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Im
Sinne der Erfindung kann dabei eine Einstellung des Abstandes zwischen
Werkstück
und Werkzeug in X–Richtung
durch einen in X-Richtung beweglichen Fahrständer oder durch einen in X-Richtung
gegenüber
dem Fahrständer
beweglichen Werkzeugträger
erfolgen.
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Ein
Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung
besteht im Wegfall des zusätzlichen
Y-Weganteils, der bei einer Verdrehung der Y-Achse gegenüber der
orthogonalen der X-Achse bei Schrägverzahnungen entsteht würde.
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Da
für die
Y-Achse kein zusätzlicher
Weg für Schrägverzahnungen
mehr vorgehalten werden muss, kann bei verringertem Y-Weg die gesamte
Maschine mit geringerer Tiefe und somit verkleinerter Stellfläche ausgelegt
werden.
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Da
die neuartige Maschine einen konstanten und ausreichenden Abstand
zwischen dem Ende der Y-Führungsleisten
und dem Werkstück
bzw. dem Werkstückträger aufweist,
ist bei ihr der Schutz der Y-Führungen
durch eine Teleskop-Stahlabdeckung möglich. Durch diese Maßnahme wird
eine verbesserte Langzeit-Genauigkeit
dieser verschleißkritischen
Führung
erreicht.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zusätzlich der
Werkzeugkopf um eine B-Achse gegenüber dem Fahrständer verdrehbar
ist, wobei die B-Achse in einer Ebene liegt, die zu der durch die
Vertaktungsachse X und Vorschubachse Y definierten Ebene parallel
ist.
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Bevorzugter
Weise erfolgt die Einstellung um die C-Achse durch eine Achsdrehvorrichtung,
insbesondere eine servomotorischer Verdreheinheit, wobei diese insbesondere
durch eine Klemmeinheit blockiert werden kann.
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Eine
solche Achsdrehvorrichtung kann hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch
angetrieben sein.
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Diese
C-Achsdrehvorrichtung kann auch auf einen bestimmten Winkel fixiert
ausgeführt
werden. Also ohne servomotorische Verdreheinheit und ohne Klemmeinheit.
In diesem Fall ist die Maschine eben auf die Herstellung von Zahnstangen
eines bestimmten Schrägverzahnungswinkels γ beschränkt.
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Von
Vorteil ist eine Steuerung vorgesehen, die die Achsdrehvorrichtung
der C-Achse derart steuert, dass abhängig von der Positionierung
der C-Achse (und somit des Verzahnungswinkel γ im Werkstück) eine Vorschubbewegung koordiniert
wird, die aus einer interpolierten Bahnbewegung der X- und der Y-Achse resultiert.
Dem folgend erfolgt die Koordinierung zur Herstellung einer Schrägverzahnung
in dem Werkstück.
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Bevorzugterweise
sind die Führungen
der Vorschubachse Y durch Teleskop-Stahlabdeckungen abgedeckt oder
geschützt.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen oder
deren mögliche
Unterkombinationen.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Im
Einzelnen zeigt die schematische Darstellung in:
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1 eine
schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Zahnstangenprofilierungsmaschine,
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2 eine
Darstellung der Zahnstangenprofilierungsmaschine aus 1 mit
Verschwenkung des Werkzeugs um die C-Achse, und
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3 eine
Darstellung der Zahnstangenprofilierungsmaschine aus 1 mit
Verschwenkung des Werkzeugs um die B- und C-Achse.
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Die
in den Figuren gleichen Bezugsziffern bezeichnen gleiche oder gleich
wirkende Elemente.
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1 zeigt
eine erfindungsgemäße Zahnstangenprofilierungsmaschine 1 mit
einem auf einem auf X-Führungsleisten 51 eines
Betts 5 beweglich geführten
Fahrständer 2 mit
X-Y-Schlitten 21, Y-Z-Schlitten 22, Z-Schlitten 23 und
Werkzeugkopf 41, an welchem ein Werkzeug 3 zur
Bearbeitung von Werkstücken
gehaltert ist.
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Das
Werkzeug 3 ist so vermittels dem Fahrständer 2 gegenüber dem
Werkstück
in den drei Raumrichtungen in der Vertaktungsachse X, der Vorschubachse
Y und der Zustellungsachse Z einstellbar und vermittels dem Werkzeugkopf 41 gegenüber dem
Fahrständer 2 und
dem Werkstück
um die C-Achse in einem Winkel zum Werkstück einstellbar.
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Die
C-Achse ist dabei parallel zur Zustellungsachse Z ausgebildet.
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Zusätzlich ist
das Werkzeug 3 noch um eine B-Achse einstellbar, wobei
diese Einstellung durch Verschwenkung eines Werkzeugkopfes 41 am
Werkzeugkopf-Träger 4 um
die B-Achse erfolgt. Die B-Achse liegt in einer Ebene, die zu der
durch die Vertaktungsachse X und Vorschubachse Y definierten Ebene
parallel ist. Sofern die C-Achse nicht verschwenkt ist, ist die B-Achse
parallel zur Vorschubachse Y ausgebildet.
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Die 2 und 3 erläutern die
Verschwenkbarkeit des Werkzeugs 3 um die C-Achse (2)
und zusätzlich
um die B-Achse (3).
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Die
Erfindung schlägt
eine neuartige Kinematik für
Zahnstangenprofilierungsmaschinen vor, bei der im Unterscheid zum
Stand der Technik nicht mehr der komplette Ständer relativ zur X-Maschinenachse
verdreht wird. Für
die Herstellung von Schrägverzahnungen
wird statt dessen bei der neuen Kinematik der so genannte Werkzeugkopf
mithilfe einer Vorrichtung um eine Achse verdreht, welche parallel zur
Zustellungsachse Z ist. Diese Drehvorrichtung stellt im Kinematikverbund
die letzte Variable vor der Werkzeugsrotationsachse dar. Die drei
Hauptachsen (Vertaktungsachse X, Vorschubachse Y und Zustellungsachse
Z) stehen bei der zu schützenden
Anordnung immer orthogonal zueinander.
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Die
Einstellung um die C-Achse erfolgt durch eine Achsdrehvorrichtung
(23, 4), im Beispiel durch eine servomotorische
Verdreheinheit. Diese kann durch eine daran ausgebildete Klemmeinheit
blockiert werden.
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Zusätzlich ist
eine (nicht gezeigte) Steuerung vorgesehen, die die Achsdrehvorrichtung
der C-Achse derart steuert, dass abhängig von der Positionierung
der C-Achse eine Vorschubbewegung koordiniert wird, die aus einer
interpolierten Bahnbewegung der X- und der Y-Achse resultiert. Die
Koordinierung erfolgt im Beispiel zur Herstellung einer Schrägverzahnung
in dem Werkstück.
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Bei
großen
Schrägverzahnungswinkeln
(z. B. = 45°)
weisen Maschinen vom Stand der Technik eine verhältnismäßig geringe maximale Zahnstangenbreite
von ca. 25 mm auf. Bei geradeverzahnten Profilen können auf
diesen Maschinen jedoch 250 mm Zahnstangenbreite bearbeitet werden.
Dies entspricht einem Verhältnis
von 1:10. Bei der neuen Achsanordnung bleibt jedoch ein Verhältnis von
1:1 gewahrt.
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Da
die Y-Führungen
nicht mehr gedreht werden, kann der Basisabstand der beiden Führungsleisten
für den
Vorschubsupport vergrößert werden. Bei
den bestehenden Maschinen musste das Kollisionspotential, verursacht
durch die Drehung der Y-Führungen,
berücksichtigt
werden. Dies führte
zu eng beieinander liegenden Führungsleisten,
die in großem
Abstand zum Werkstück
bzw. dem Werkstückträger endeten.
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Durch
Vergrößerung des
Basisabstandes der Y-Führungsleisten
und durch den konstanten Abstand zwischen Y-Führungsleistenende und dem Werkstück bzw.
dem Werkstückträger eröffnet sich die
Möglichkeit,
diese mit Stahlabdeckungen vor Spänen zu schützen.
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Die
Vergrößerung des
Basisabstandes der Y-Führungsleisten
bewirkt unmittelbar einen besseren Späneabfluss zwischen Werkstück bzw.
dem Werkstückträger und
der Stirnseite des Fahrständers.
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Die
durch die C-Achsdrehung entstehenden „Totbereiche" in Y und in X-Richtung
verringern sich gravierend, wenn man lediglich den Kopf an Stelle des
gesamten Ständers
dreht.
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- 1
- Zahnstangenprofilierungsmaschine
- 2
- Fahrständer
- 21
- X-Y-Schlitten
- 22
- Y-Z-Schlitten
- 23
- Z-Schlitten
- 3
- Werkzeug
- 4
- Werkzeugkopf-Träger
- 41
- Werkzeugkopf
- 5
- Bett
- 51
- X-Führungsleiste
- X
- Vertaktungsachse
- Y
- Vorschubachse
- Z
- Zustellungsachse
- C
- C-Achse
- B
- B-Achse