-
Lagerung und Antrieb für das Werkzeug einer Maschine zum Entgraten
und Formender Zahnenden von Stirn- und Kegelrädern Die Erfindung bezieht sich auf
eine Maschine zum spanabhebenden Entgraten und Formen der Zahnenden von Stirn- und
Kegelrädern, bei denen ein eine schrittweise Teilungsbewegung ausführendes Werkstück
von mindestens einem rotierenden, in einer zur Freigabe der Teilungsbewegung axial
hin- und herbewegbaren Werkzeugspindel eingespannten Werkzeug bearbeitet wird, das
auf einem Kreuzschlitten od. dgl. gelagert ist.
-
Bei einer bekannten Maschine der Gattung, zu der die Maschine nach
der Erfindung gehört, steht der Stoßhub des Werkzeugs nicht im Einklang mit der
für den Ladevorgang notwendigen Freiheit zwischen Werkstück und Werkzeug. Entweder
hat nämlich der Stoßhub eine für die Bearbeitung erforderliche Mindestlänge und
ist wirtschaftlich, dann reicht die Freiheit nicht für den Ladevorgang aus, oder
der Stoßhub ist für das Zuführen des Werkstücks groß genug, dann wird für das Bearbeiten
eine unwirtschaftlich lange Zeit benötigt.
-
Es ist noch eine andere Maschine zum Bearbeiten der Zahnkanten bekannt,
bei der das Werkstück relativ zum Werkzeug im Rhythmus der Verzahnung hin-und hergeschoben
wird. Diese Maschine hat jedoch das Merkmal, daß die Hin- und Herbewegung das Werkstück
ausführt, was wegen der eventuell großen Masse des Werkstücks nicht vorteilhaft
ist. Ferner muß zum Zurückfahren des Werkzeugs der ganze den Werkzeugspindelstock
tragende Schlitten bewegt werden, was wegen der großen Masse eine verhältnismäßig
lange Zeit erfordert.
-
Aufgabe der Erfindung ist, den Stoßfräshub des Werkzeugs so klein
wie möglich und andererseits das Werkzeug für den Ladevorgang vom Werkstück so weit
wie erforderlich abzurücken, wobei der Werkstücksspindelkasten selbst aber auf der
eingestellten Stellung festgeklemmt bleiben soll, damit dieser den hin- und hergehenden
Massen beim Stoßfräsen gewachsen ist.
-
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß
ein das Werkstück tragender auf dem Oberschlitten oder dem Schieber angeordneter
Teil der Maschine, beispielsweise das Werkzeugspindellager, zusätzlich zur Hin-
und Herbewegung der Werkzeugspindel und zusätzlich zur Einstellbarkeit des Unterschlittens
in Richtung der Werkzeugspindelachse längsverschiebbar antreibbar ist. An sich liegt
es nahe, denUnterschlitten des Kreuzschlittens dieZusatzbewegung ausführen zu lassen;
doch das Beschleunigen der großen Masse des Kreuzschlittens mit den dazugehörigen
Teilen und das Lösen und Festziehen der Klemmung erfordert unwirtschaftlich viel
Zeit. Um den Arbeitsablauf durch einen Kuppelvorgang nicht zu vergrößern, wird die
Erfindung dahingehend ausgestaltet, daß die hin- und hergehende Bewegung und die
zusätzliche Hubbewegung der Werkzeugspindel von je einem formschlüssigen, eine drehende
Bewegung in eine hin- und hergehende Bewegung umwandelndes Getriebe erzeugt wird,
wobei der Formschluß des einen Getriebes bei der Betätigung des anderen erhalten
bleibt. Es wird weiterhin vorgeschlagen, die Erfindung so auszubauen, daß die hin-
und hergehende Bewegung der Werkzeugspindel von einer sich drehenden Kurvenscheibe
aus über einen schwenkbaren, relativ zur Kurvenscheibe ortsfest gelagerten Hebel,
der gegen Abheben von der Kurvenscheibe gesichert ist, gesteuert wird, an dem eine
Koppelstange aasgelenkt ist, die mit dem freien Ende an einem Hebel angreift, der
relativ zur Werkzeugspindel ortsfest gelagert ist und der ein die Werkzeugspindel
axial antreibendes Getriebeglied, beispielsweise ein in eine die Werkzeugspindel
axial treibende Zahnstange eingreifendes Ritzel, antreibt. Hierbei ist zu beachten,
daß die Steuerung der zum eigentlichen Stoßfräsverfahren gehörenden hin- und hergehenden
Bewegung trotz der Möglichkeit, dieser noch eine zusätzliche Hubbewegung zu erteilen,
über eine Getriebekette erfolgt, die kein auskuppelbares Element ausweist. Statt
eines Kurbeltriebs, an den der Formschluß durch eine Steuerrolle und eine das Abheben
verhindernde Gegenrolle aufrechterhalten wird, können auch andere Getriebe vorgesehen
sein. Sehr günstig ist beispielsweise ein Kurbeltrieb mit oder ohne einstellbaren
Kurbelradius oder eine Kurbelschwinge oder Kurbelschleife oder ein Schubkurbelgetriebe.
Zur
überlagerung des hin- und hergehenden Antriebs und des Antriebs zur zusätzlichen
Hubbewegung wird vorgeschlagen, daß für die zusätzliche Hubbewegung des Werkzeugs
das Lager des die hin- und hergehende Bewegung derWerkzeugspindel antreibendenGetriebeglieds,
beispielsweise das Ritzel, verschiebbar ist.
-
Um den Fräshub der erfindungsgemäßen Maschine so, wie sie bisher beschrieben
wurde, in einfacher Weise auf verschiedene Werkstücke einrichten zu können, wird
sie zweckmäßig so ausgestaltet, daß das die hin- und hergehende Bewegung der Werkzeugspindel
unmittelbar antreibende Getriebeglied, beispielsweise das Ritzel, relativ zu dem
ihn tragenden Hebel einstellbar ist. Insbesondere für eine Feineinstellung wird
ferner vorgeschlagen, daß die Koppelstange relativ zum von der Kurvenscheibe angetriebenen
Hebel einstellbar ist, was sich besonders günstig durchführen läßt, wenn zur Verbindung
zwischen Koppelstange und Hebel ein exzentrischer Bolzen vorgesehen ist. Wichtig
ist es, die Feineinstellung während des Laufs der Maschine vornehmen zu können,
wozu der exzentrische Bolzen von einem im Gehäuse gelagerten Handrad über Gelenkglieder
verdreht werden kann. Damit die besagte Feineinstellung nicht dauernd durch die
vom Fräshub herrührenden Massenkräfte belastet ist und hierdurch ausgeschlagen werdea
kann, wird empfohlen, eine Klemmvorrichtung vorzusehen, mit der die Feineinstellung
nach dem Einrichten der Maschine festgestellt werden kann.
-
Die Erfindung wird mit den F i g. 1 bis 11 erläutert. F i g. 1 zeigt
als Bearbeitungsbeispiel einen Ausschnitt aus einem entgrateten Kegelritzel; F i
g. 2 zeigt als weiteres Arbeitsbeispiel ein Stirnrad, dessen Zähne zur Schalterleichterung
dachförmig angespitzt sind; F i g. 3 zeigt eine im Stoßfräsverfahren arbeitende
Werkzeugmaschine zum Entgraten und Formen der Zahnbrust von Stirn- und Kegelrädern;
F i g. 4 zeigt die gleiche Maschine von vorn; F i g. 5 zeigt die Maschine der F
i g. 3 und 4 von oben; F i g. 6 zeigt einen Längsschnitt durch die Werkstückspindel
und entlang der Linie VI-VI in F i g. 5; F i g. 7 zeigt einen Schnitt entlang der
Linie VII-VII in F i g. 5 und den Antrieb für den Stol3fräshub der Werkzeugspindel;
F i g. 8 zeigt einen Schnitt entlang der Linie VIII-VIII in F i g. 9; F i g. 9 zeigt
eine Ansicht auf den die Werkzeugspindel enthaltenden Prässchlitten und einige Teilschnitte,
wobei die für das Stoßfräsverfahren notwendige hin- und hergehende Bewegung des
Werkzeugs mit einem Kurventrieb gesteuert wird; F i g. 10 zeigt eine Ansicht entsprechend
der F i g. 9, jedoch wird die hin- und hergehende $ewegung des Werkzeugs mit einem
Kurbeltrieb gesteuert; F i g. 11 zeigt eine Ansicht entsprechend F i g. 9 und 10,
jedoch wird die hin- und hergehende Bewegung mit Hilfe einer Kurbelschwinge gesteuert.
-
Die F i g. 1 zeigt als Bearbeitungsbeispiel einen Ausschnitt aus einem
Kegelritzel 20, dessen Zähne 21
mit Hilfe einer Vorrichtung nach der
Erfindung vom Bearbeitungsgrat befreit wurden, so daß an den Zahnenden eine Fase
22 entstand. Statt nur eine Seite eines Zahnendes mit einer Fase zu versehen, können
selbstverständlich auch alle Zahnkanten entgratet werden. Als zweites Bearbeitungsbeispiel
zeigt die F i g. 2 einen Ausschnitt aus einem Stirnrad 23, dessen Zähne 23a an einem
Ende zum Zwecke der Schalterleichterung dachförmig angespitzt sind, wie mit den
Flächen 24 angedeutet ist.
-
Die Vorrichtung nach der Erfindung arbeitet nach dem bekannten Stoßfräsverfahren.
Ein rotierendes Werkzeug 29 wird mit axialem Vorschub an das zu bearbeitende
Ende eines Zahnes 23a herangeführt und bearbeitet dabei beispielsweise die Fläche
24. Während des Rückhubs des Werkzeugs führt das Werkstück eine Teilungsbewegung
z. B. in Richtung des Pfeiles 24a aus, so daß der Zahn 25 in den Wirkungsbereich
des Werkzeugs kommt und die Fläche 26 erzeugt werden kann. Im Teilungsverfahren
wird so Zahn für Zahn bearbeitet. Die auf der anderen Zahnseite liegenden Flächen
27, 28 werden entweder mit einem in einer anderen Werkstückspindel eingespannten
Werkzeug bearbeitet, oder die Flächen 24, 27 bzw. 26, 28 werden von einer einzigen
Werkstückspindel aus mit Hilfe eines Mehrspindel-Werkzeugkopfes mit zwei Werkzeugen
gleichzeitig bearbeitet.
-
Die F i g. 3 bis 5 zeigen das Gesamtbild einer Maschine nach der Erfindung.
Auf einem Maschinengestell 30 ist in einer Längsführung 31 ein Werkstückspindelkasten
32 längsverschiebbar geführt und feststellbar gelagert. Der Werkstückspindelkasten
trägt mit Hilfe einer Werkstückspindel 33 das Werkstück, beispielsweise ein Kegelrad
20 oder ein Stirnrad 23. Auf einer senkrecht auf der Achse der Werkstückspindel
33 stehenden Ebene 34 des Maschinengestells ist in einer Längsführung 35 der Unterschlitten
eines Kreuzschlittens 41 geführt. Der Unterschlitten kann von Hand oder mit
einem Motor in eine gewünschte Position gefahren und festgeklemmt werden. Die Mittel
hierfür sind bekannt.
-
Die Bewegungsrichtung verläuft senkrecht zur Achse der Werkstückspindel.
In dem Unterschlitten ist gewissermaßen als Oberschlitten eine Säule 37 so geführt,
daß sie in einer zur Bewegungsrichtung des Unterschlittens senkrechten Richtung
verschiebbar ist. Diese Bewegungsrichtung verläuft gleichzeitig parallel zur zweiten
senkrecht auf der Achse der Werkstückspindel stehenden Koordinate. Die Säule ist
mit bekannten Mitteln in einer gewünschten Position festklemmbar. Die Säule ist
an ihrem oberen Ende mit einer Plattform 38 versehen, auf die ein Werkzeugspindelkasten
39 aufgebaut ist. Der Werkzeugspindelkasten trägt eine Werkstückspindel40, in der
das Werkzeug 29 eingespannt ist.
-
Der in der Längsführung 35 geführte Unterschlitten 36 (F i g. 12)
kann mit Hilfe einer am Maschinengestell 30 befestigten Zahnstange 80 und einem
im Unterschlitten gelagerten und nicht gezeichneten Ritzel verschoben und mit in
T-Nuten 81 ragenden Schrauben 82 (F i g. 4) festgeklemmt werden. Damit wird der
horizontale Abstand des Werkzeugs vom Werkstück eingestellt. Zur Höheneinstellung
des Werkzeugs ist ein als Säule 37 ausgebildeter Oberschlitten vorgesehen. Die Säule
wird mit Hilfe einer Einstellspindel 83 (F i g. 6) gehoben oder gesenkt. Zu diesem
Zweck greift die Einstellspindel in eine im Unterschlitten nicht drehbar, aber längsverschiebbar
gelagerte Spindelmutter 84 ein, die an ihrem oberen Ende eine Rolle 85 trägt, auf
der die Säule 37 mit der Plattform 38 ruht. Durch Drehen der Säule innerhalb ihrer
Führung 86 kann das Werkzeug im Winkel zur Achse der Werkstückspindel eingestellt
werden. Nach
erfolgter Höhen- und Winkeleinstellung wird die Säule
mit Hilfe irgendeiner bekannten Klemmvorrichtung festgestellt (s. 82 a in
F i g. 4).
-
Eine sich entlang der Längsführung 35 erstreckende Keilwelle 52 durchdringt
ein Kegelrad 87, das im Unterschlitten 36 gelagert ist und das in ein weiteres
Kegelrad 88 eingreift. Von diesem Kegelradpaar verläuft ein Antrieb über
eine Welle 88a und ein zweites Kegelradpaar 88b, 88c auf eine in der Achse dei Säule
37 gelagerte Nockenwelle 88d, die in den Werkzeugspindelkasten hineinragt und am
oberen Ende eine Kurvenscheibe 89 und eine Gegenscheibe 90 trägt.
Diese beiden Scheiben steuern den Stoßfräshub des Werkzeugs und können ausgewechselt
werden. Ihre Funktion wird später beschrieben. In dem Werkzeugspindelkasten
39 ist ein Frässchlitten 91 in einer Führung 92, die mit einer Keilleiste
92a od. dgl. nachstellbar ausgebildet ist, geführt und mit übergriffleisten
93 gehalten. Der Hub des Frässchlittens kann mit zwei einstellbaren Anschlägen
94, 95, die durch Endschalter ersetzt oder mit solchen kombiniert sein können,
begrenzt sein. Zum Antrieb der Längsverschiebung des Frässchlittens ist an dieser
eine Vorschubspindel 96 befestigt, die in eine relativ zum Frässchlitten ortsfest
gelagerte Vorschubmutter 97 eingreift. Letztere ist von einem Motor
98 (F i g. 6) aus über Kettenräder 99, 100 oder über ein anderes Getriebe
antreibbar. Mit einem oder mehreren Schaltern 144, die von einer Nocken-
oder Kurvenleiste 145 betätigt werden können, welche auf dem Frässchlitten
91 selbst befestigt oder mit diesem zusammen angetrieben sein können, können Steuerimpulse
gegeben werden, die von der Zusatzbewegung des Werkzeugs abhängen und so beispielsweise
den Ladevorgang beeinflussen.
-
In dem Frässchlitten 91 ist ein Werkzeugspindellager
101 gelagert, in dem drehbar, aber nicht längsverschiebbar die Werkzeugspindel
40 gelagert ist. Das Werkzeugspindellager 101 ist längsverschiebbar
in dem Frässchlitten gelagert. Auf dem Frässchlitten sind zwei Führungsleisten
102,103 vorgesehen, von denen eine mit Hilfe von Schrauben 104 nachstellbar
ist. Zwischen diesen beiden Führungsleisten laufen zwei Rollen 105, 106,
die auf einem Zapfen 107 gelagert sind, der in dem Werkzeugspindellager befestigt
ist. Auf diese Weise ist das Werkzeugspindellager gegen Drehung gesichert.
-
Das Werkzeugspindellager ist mit einer Zahnstangenverzahnung
108 versehen (F i g. 7), die in ein Ritzel 109 eingreift. Dieses Ritzel
ist mit einer Welle 110 im Frässchlitten gelagert und trägt an seinem oberen
Ende ein Schneckenrad 111, in das eine Schnecke 112 eingreift. Die
Schnecke 112 ist von einem Hebel 113 aufgenommen, der drehbar auf der Ritzelwelle
110 gelagert ist. Die Schnecke ist mit einem Vierkant 112a versehen, so daß
der Hebel relativ zum Ritzel mit Hilfe der Schnecke und des Schneckenrads eingestellt
werden kann. Da der Hebel bei nicht arbeitender Maschine normalerweise festgehalten
ist, kann durch Drehen des Vierkants bzw. der Schnecke das Werkzeugspindellager
und damit die Werkzeugspindel relativ zum Frässchlitten eingestellt werden. Mit
Hilfe eines Bolzens 114 ist am Hebel 113 eine Koppelstange 115 angelegt.
-
Mit dem anderen Ende sitzt die Koppelstange 115 drehbar auf einem
Exzenterbolzen 116, der in einem Gehäuse 117 gelagert ist. Das Gehäuse 117 ist mit
einem Rollenträger 118 verschraubt oder verschweißt oder mit diesem aus einem
Stück gearbeitet. Auf dem Rollenträger 118 ist eine Steuerrolle
119 gelagert. Der Rollenträger sitzt drehbar, aber nicht längsverschiebbar,
jedoch unter Umständen auswechselbar, auf einer Steuersäule 120. Auf der
Steuersäule oder auf einem entsprechenden zylindrischen Ansatz des Rollenträgers
118 ist eine Rollenscheibe 121 zentriert, die eine Gegenrolle
122 trägt. Der Rollenträger 118 ist mit einem Ansatz 123 und die Rollenscheibe
121 mit zwei Knaggen 124 versehen, so daß Rollenträger und Rollenscheibe
mit Hilfe von Einstellschrauben 125 relativ zueinander eingestellt werden
können. Die Steuerrolle 119 liegt an der bereits erwähnten Kurvenscheibe
89 an, während Rollenträger und Rollenscheibe so zueinander eingestellt sind, daß
zwischen Gegenscheibe 90 und Gegenrolle 122 ebenfalls Spielfreiheit
herrscht.
-
Mit der Kurvenscheibe oder/und der Gegenscheibe können Schalter
139 zum Steuern des automatischen Arbeitsablaufs betätigt werden. Der Exzenterbolzen
ist mit der Verzahnung eines Schneckenrades 126 versehen, in die eine im
Gehäuse 117 gelagerte Schnecke 126a eingreift. Durch Drehen des Handrades
127, das über eine Gelenkwelle 128 od. dgl. mit der Schnecke in Verbindung
steht, kann die Exzentrizität 129 des Exzenterbolzens 116 relativ
zum Rollenträger 118
eingestellt werden. Da sich diese Einstellung auf das
Ritze1109 überträgt, kann somit eine Feineinstellung des Werkstückspindellagers
vorgenommen werden.
-
Als Alternative zur Nockensteuerung 89, 90,117
bis
122 ist mit F i g. 10 ein Kurbeltrieb dargestellt. Von der Welle 88d (F i
g. 7) wird eine Kurbel 130 mit verstellbarem Kurbelradius 131 angetrieben.
Mit diesem Kurbelradius läuft ein Kurbelzapfen 132 um, an dem die Koppelstange
115 angelenkt ist. Die Funktion entspricht der vorher beschriebenen Nokkensteuerung.
-
Als weitere Alternative zeigt F i g. 11 einen Antrieb mit Hilfe einer
Kurbelschwinge. Ein Schwinghebel 133 ist mit einem Bolzen 134 im Gehäuse gelagert
und wie die Koppelstange 115 am Hebel 113 angelenkt. Der Schwinghebel
ist mit einem kulissenartigen Schlitz 135 versehen, in den der Kurbelzapfen 136
einer Kurbel 137 eingreift, die von der Nockenwelle 88d (F i g. 2) angetrieben
wird. Der Kurbelradius des Kurbelzapfens kann mit einer Spindel 138 eingestellt
werden. Eine derartige Einstellbarkeit kann auch für die Kurbel 130 vorgesehen
sein. In den Führungen zum Einstellen der Kurbelradien sind bekannte und nicht gezeichnete
Mittel, beispielsweise Keilleisten, zum Herausstellen des Spiels vorgesehen.
-
Für den Antrieb des kreisenden Werkzeugs, d. h. für die Schnittbewegung,
ist ein Elektromotor 140
(F i g. 7) vorgesehen, der über Keilriemen
141 und Riemenscheiben 142 (F i g. 9) die Werkstückspindel 33 antreibt. Die
Verbindung zwischen den Riemenscheiben und der Werkstückspindel stellt eine als
Keilwelle 143 ausgebildete Verlängerung der Werkstückspindel her.
-
Zum Einrichten der Maschine wird das Werkstück auf dem in der Führung
31 verschiebbaren Werkstückspindelkasten 32 relativ zum Werkzeug und das Werkzeug
mit Hilfe des Kreuzschlittens 41 und des schwenkbaren Werkzeugspindelkastens
relativ zum Werkzeug eingestellt. Nachdem die Motore 42 und 140 eingeschaltet
sind, läuft der Arbeitsgang mindestens bis zur Fertigstellung des Werkstücks, vorzugsweise
aber einschließlich aller Lade- und Entladevorgänge,
automatisch
ab. Das Stoßfräsverfahren besteht aus folgenden Einzelvorgängen: Rotierende Schnittbewegung
des Werkzeugs, hin- und hergehende Stoßbewegung des Werkzeugs in Richtung seiner
Achse, Teilungsbewegung (Indexbewegung) des Werkstücks, Rückzugbewegung des Werkzeugs
zum Werkstückwechsel.
-
Die rotierende Schnittbewegung des Werkzeugs wird vom Motor 140 aus
über den Riementrieb 141, 142 der Werkzeugspindel 40 erteilt.
-
Die hin- und hergehende Stoßbewegung des Werkzeugs bzw. der Werkzeugspindel
40 wird vom Motor 42 aus über das Getriebe 43 bis 46, 51, 52, 88 angetrieben und
von den Kurven- und Gegenscheiben 89, 90 aus über das Getriebe 108 bis 127 gesteuert.
-
Während des eigentlichen Bearbeitungsvorgangs wird die Werkstückspinde133
in einer bestimmten Position gehalten. Während des Rückhubs des Werkzeugs führt
die Werkstückspindel die Teilungsbewegung aus. Die Teilungsbewegung wird vom Motor
42 aus über das Getriebe 43 bis 50 angetrieben.