DE3805665A1

DE3805665A1 - Verzahnmaschine mit cnc-steuerung zur herstellung von kegelraedern

Info

Publication number: DE3805665A1
Application number: DE19883805665
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dipl Ing Engemann; Rainer Dipl Ing Bleckmann
Original assignee: Werkzeugmaschinenkombinat 7 Oktober VEB
Current assignee: Werkzeugmaschinenkombinat 7 Oktober VEB
Priority date: 1986-12-22
Filing date: 1988-02-24
Publication date: 1989-09-07
Also published as: DD255296B3; DD255296A1; CH676212A5

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das Anwendungsgebiet der Erfindung erstreckt sich auf eine Verzahnmaschine mit CNC-Steuerung zur Herstellung von Kegel rädern im Wälz- und Formverfahren, bei der der Werkstück träger um eine senkrechte Achse schwenkbar und der Werkstück- und Werkzeugträger relativ zueinander, senkrecht und waage recht, verschiebbar angeordnet sind.

Charakteristik der bekannten technischen Lösung

Es ist bereits eine Verzahnmaschine zur Herstellung von Kegel rädern im Wälz- und Formverfahren bekannt, die mit einer CNC- Steuerung ausgerüstet ist. Diese Verzahnmaschine, wie sie in der Fachzeitschrift "Stanki i instrument" Nr. 4, 1984, Seite 10-11 dargestellt ist, besitzt den bekannten konventionellen Maschinenaufbau, wie er für Maschinen mit mechanischen Getrie bezügen seit Jahrzehnten charakteristisch ist. Bei der bekann ten Verzahnmaschine werden von einem Maschinenbett um ein fest fixiertes Maschinenzentrum die entsprechenden Baugruppen auf genommen. Auf der einen Seite des Maschinenbettes ist der Werk zeugträger fest angeordnet, in dem eine Wiegentrommel drehbar gelagert ist, deren Achse das Maschinenzentrum schneidet. In der Wiegentrommel befindet sich eine Exzentertrommel, in der die Werkzeugspindel drehbar gelagert ist. Durch die Schwenkbewegung der Exzentertrommel kann eine parallele Verschiebung der Werk zeugspindel zur Wiegenachse vorgenommen und damit die Exzentri zität eingestellt werden. Auf der dem Werkzeugständer gegenüber liegenden Seite des Maschinenbettes befindet sich der auf Längs führungen horizontal verschiebbare Bettschlitten mit dem Maschi nenzentrum. Der Bettschlitten trägt einen um das Maschinenzen trum um ca. 100 Grad einstellbaren Schwenkschlitten. Von dem Bettschlitten wird ein Werkstückständer, in radialer Richtung zum Maschinenzentrum verschiebbar aufgenommen. Am Werkstückstän der ist ein Achsversatzgehäuse vertikal verschiebbar angeordnet, in dem die Werkstückspindel drehbar gelagert ist. Bei dieser Anordnung schneidet die Werkstückspindelachse das Maschi nenzentrum und in der Ausgangslage auch die Wiegentrommelachse. Bei dieser bekannten Verzahnmaschine ist keine Einrichtung zur Neigung der Werkzeugspindel vorgesehen. Die durch die Neigung der Werkzeugspindel erzielbaren Effekte sollen gemäß SU 2 30 614 durch eine Änderung des Werkstückständereinstellwinkels im Bear beitungsprozeß erreicht werden. Für die CNC-Steuerung dieser Verzahnmaschine sind für die acht Bewegungen die entsprechenden Achsen mit einem eigenen Antrieb versehen. Von diesen acht Achsen sind vier gleichzeitig steuerbar, während drei Achsen reine Einstellbewegungen bewirken und eine Achse den Werkzeug umlauf darstellt. Die zur Erzeugung der Wälzbewegung für die Herstellung der Zahnflanken erforderlichen Bewegungen werden durch die Achse A für die Drehbewegung der Wiege mit dem Werk zeug, die Achse B für die Schwenkbewegung des Werkstückständers, die Achse C für die Drehbewegung der Werkstückspindel und die Achse X für die Bettschlittenbewegung in Richtung der Wiegen achse verkörpert. Darüber hinaus werden die Achsen A, B und X auch zum Einrichten genutzt, die Achse A zum Einstellen der Wiege in die Ausgangslage vor dem automatischen Zyklus, die Achse X zur Verschiebung des Bettschlittens in seine Ausgangs lage vor Beginn der Bearbeitung der Zahnlücke und zu seiner Verschiebung bei Anwendung der verschiedenen Arbeitsprogramme bzw. Verzahnmethoden und die Achse B zum Einschwenken des Werk stückständers auf den Fußkegelwinkel des Werkstückes.

Beim Einrichten der Maschine wird weiterhin durch die Achse Y der Achsversatz der Werkstückspindel, durch die Achse Z die Verschiebung des Werkstückes entlang seiner Achse zur Distanzeinstellung und durch die Achse D die Exzentereinstellung für die Radialeinstellung des Werkzeuges, realisiert.

Obwohl durch die Anwendung einer CNC-Steuerung an dieser Ver zahnmaschine zur Herstellung von Kegelrädern eine Produktivi tätssteigerung erzielt und auch auf eine Einrichtung zur Neigung der Werkzeugspindel verzichtet werden konnte, besitzt diese Lösung, da sie sich auf den bekannten konventionellen Maschinen aufbau für Verzahnmaschinen zur Herstellung von Kegelrädern stützt, noch einige wesentliche Nachteile. Indem die imaginäre Erzeugungskegelradachse mit der Wiegenachse zusammenfällt, ist von der maximal zu realisierenden Exzentrizität auch der Wiegen trommeldurchmesser abhängig. Der Wiegentrommeldurchmesser be stimmt somit die Baugröße der Maschine, d. h. den erforderlichen Platzbedarf. Dies bedeutet, daß für Kegelräder mit großer Teil kegellänge oder kleinem Schrägungswinkel eine größere Maschine zum Einsatz kommen muß.

Außerdem erfordert die sich aus dem Maschinenaufbau ergebende hohe Anzahl zu steuernder geometrischer Einstellwerte einen unvertretbar hohen Aufwand an Antriebs- und Steuertechnik. Darü ber hinaus bietet der konventionelle Maschinenaufbau keine guten Voraussetzungen für einen automatisierten Werkstück- und Werk zeugwechsel und ist noch zu kompliziert und aufwendig. Gegenüber dem traditionellen Einsatz von Einrichtungen zur Neigung der Werkzeugspindel können mit der Methode gemäß SU 2 30 614 nicht alle bekannten bedeutsamen Effekte erzielt werden, so ist es u. a. nicht möglich, alle modernen Entwicklungstendenzen in der Auslegung kreisbogenverzahnter Kegelräder zu realisieren.

Zur Beseitigung der erheblichen Einschränkung im Arbeitsbereich der Verzahnmaschine bei der jahrzehntelang angewendeten Wiegen konzeption, wurde ein neues Verfahren zur Erzeugung der Wälzbe wegung für die Herstellung von Zahnflanken an Kegelrädern vorge schlagen. Bei diesem neuen Verfahren wird die relative Wälzbewe gung zwischen Werkzeugsystem und Werkstück durch zwei voneinan der abhängige, rechtwinklig zueinander verlaufende Translations bewegungen des Werkzeugsystems, eine gleichzeitige Rotationsbe wegung des Werkzeugsystems um die eigene Bezugsachse in der Größe des Wälzwinkels des imaginären Erzeugungskegelrades und eine Rotationsbewegung des Werkstückes um die Werkstückachse in Abhängigkeit vom Wälzwinkel des Erzeugungsplanrades und des Verhältnisses der Zähnezahl des imaginären Erzeugungskegelrades zur Zähnezahl des Werkstückes erzeugt.

Durch dieses erfindungsgemäße Verfahren sind ganz neue Möglich keiten eines äußerst platzsparenden, einfachen Aufbaues eine Verzahnmaschine zur Herstellung von Kegelrädern gegeben und besonders Kegelräder mit großer Teilkegellänge oder kleinem Schrägungswinkel wieder äußerst wirtschaftlich herstellbar.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, den Aufwand für die Verzahnmaschine und deren Antriebs- und Steuertechnik entscheidend zu senken und deren Automatisierungsgrad zu erhöhen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verzahnmaschine mit CNC-Steuerung zur Herstellung von Kegelrädern im Wälz- und Formverfahren, bei der der Werkstück- und der Werkzeugträger relativ zueinander senkrecht und waagerecht verschiebbar und der Werkstückträger um eine senkrechte Achse schwenkbar angeordnet ist zur Durchführung des neuen Wälzverfahrens zu schaffen, bei der durch einen neuen Maschinenaufbau verschiedene Einzelbewe gungen zusammengefaßt und damit die Zahl der zu steuernden Achsen entscheidend gesenkt, der Maschinenaufbau vereinfacht und platzsparend gestaltet, und die Voraussetzungen für einen auto matischen Werkstück- und Werkzeugwechsel verbessert werden können.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Werk zeugträger und der Werkstückträger relativ zueinander in drei rechtwinklig zueinander angeordneten Koordinaten verschiebbar und der Werkstückträger um eine senkrechte Achse schwenkbar angeordnet sind.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird auf Längsfüh rungen eines Längsbettes ein Werkzeugständer horizontal ver schiebbar angeordnet, der einen vertikal verschiebbaren Ständer schlitten trägt, von dem ein Werkzeugsystem, bestehend aus einer Schwenktrommel, auf der eine Neigungstrommel angeordnet ist, in der die verfahrensbedingte Art eines Messerkopfes gelagert ist, aufgenommen wird und auf Querführungen eines Querbettes, die rechtwinklig zu den Längsführungen angeordnet sind, ein Quer schlitten horizontal verschiebbar aufgenommen wird, der einen um eine vertikale Achse schwenkbaren Werkstückträger trägt, in dem eine Werkstückspindel drehbar gelagert ist.

Durch den neuen erfindungsgemäßen Aufbau einer Verzahnmaschine mit CNC-Steuerung zur Herstellung von Kegelrädern konnte durch Anwendung eines neuen Wälzverfahrens auf den Einsatz einer Wiegen trommel und einer in ihr schwenkbar angeordneten Exzentertrommel verzichtet werden, was zu einem wesentlich einfacheren kon struktiven und sehr platzsparenden Aufbau der Maschine beiträgt. Vor allem aber konnte, da eine direkte Bewegung der Wiegen- und Exzentertrommel wegfällt, der Aufwand für die Antriebs- und Steuertechnik der Maschine entscheidend gesenkt werden. Die bisher durch die Wiegentrommel und durch die Exzentertrommel erzeugten direkten Bewegungen werden erfindungsgemäß durch Kom bination der beiden neuen Translationsbewegungen F und G, einmal durch die vertikale Verschiebung des Ständerschlittens in Richtung der Koordinatenachse Y ₀ und zum anderen durch die rechtwinklig zu ihr verlaufende horizontale Bewegung des Werk stückständers in Richtung der Koordinatenachse X₀ erzeugt. Außerdem werden durch den erfindungsgemäßen Maschinenaufbau wesentlich bessere Voraussetzungen für einen automatischen Werk stück- und Werkzeugwechsel geschaffen, insbesondere durch die neue horizontale Verschiebebewegung des Werkstückständers recht winklig zur horizontalen Bewegung des Werkzeugständers.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 die Gesamtansicht einer Kegelradwälzfräsmaschine in schematischer Darstellung.

Die Verzahnmaschine zur Herstellung von Kegelrädern besteht aus einem Längsbett 1 mit horizontal verlaufenden Längsführungen 2. Auf den Längsführungen 2 wird ein Werkzeugständer 3 in Richtung einer Koordinatenachse Z₀ mit einem Koordinatenursprung O₀ horizontal verschiebbar aufgenommen. Der Werkzeugständer 3 ist mit vertikalen Führungen 4 versehen, an denen ein Ständer schlitten 5 in Richtung einer Koordinatenachse Y₀ vertikal verschiebbar angeordnet ist. Im Ständerschlitten 5 ist eine Schwenktrommel 6 um eine Achse C drehbar gelagert, die eine Neigungstrommel 7 um eine Achse D neigbar aufnimmt. In der Neigungstrommel 7 ist eine Werkzeugspindel 8 angeordnet, auf der die entsprechenden Messerköpfe 9 befestigt sind. Die Werkzeug spindel ist um eine Achse E drehbar. Unmittelbar vor dem Längs bett 1 ist ein Querbett 10 angeordnet, deren horizontale Quer führungen 11 rechtwinklig zu den Längsführungen 2 des Längs bettes 1 verlaufen. Von den Querführungen 11 wird ein Quer schlitten 12 in Richtung einer Koordinatenachse X₀ horizon tal verschiebbar aufgenommen. Der Querschlitten 12 trägt einen Werkstückständer 13, der um eine in Richtung der Koordinatenach se Y₀ vertikal verlaufenden Achse A auf dem Querschlitten 12 schwenkbar angeordnet ist. Im Werkstückständer 13 ist eine Werk stückspindel 14 um eine Achse B drehbar gelagert, die die Achse A zum Schwenken des Werkstückständers 13 rechtwinklig im Werk stückständerbezugspunkt N, der mit dem Koordinatenursprung O ₁ zusammenfällt, schneidet. Alle genannten Achsen für die Verstell-, Schwenk- und Drehbewegungen sind mit einem motori schen Antrieb und einem Meßsystem zur Positionserfassung ausge rüstet. Während die Antriebe schematisch angedeutet sind, wurde auf die Darstellung der Positionsmeßsysteme verzichtet. So wird durch einen Stellmotor 15 in Verbindung mit einem in dem Quer schlitten 12 befindlichen Wälzschraubtrieb 16 der Querschlitten 12 mit dem Werkstückständer 13 in Richtung der Koordinatenachse X₀ durch eine Translationsbewegung G verschoben. In gleicher Weise erfolgt der Antrieb des Werkzeugständers 3 in Richtung der Koordinatenachse Z₀ für eine Translationsbewegung H in Ver bindung mit einem Schraubwälztrieb 17 durch einen Stellmotor 18. Zur Positionierung der Schwenkbewegung des Werkstückständers 13 um die Achse A ist ein Antriebsmotor 19 und der Drehbewegung der Werkstückspindel 14 um die Achse B ein Antriebsmotor 20 vorgese hen. Die vertikale Verschiebung des Ständerschlittens 5 in Richtung der Koordinatenachse Y₀ für eine Translationsbewe gung F erfolgt durch einen Stellmotor 21. Zwischen dem Antriebs motor 19 und dem Werkstückständer 13 und dem Antriebsmotor 20 und der Werkstückspindel 14 sind nicht dargestellte spielfreie Antriebselemente angeordnet. Durch diese spielfreie Antriebskon zeption können die Antriebsmotoren 19; 20 unmittelbar mit dem Wegmeß- und Drehzahlmeßsystem sowie mit einer Haltebremse in Kompaktbauweise ausgeführt werden. Darüber hinaus besitzt auch die Werkzeugspindel 8 einen Antriebsmotor, der jedoch aus Fig. 1 nicht besonders ersichtlich ist. Zur präzisen Definition der Bewegungsabläufe ist für den neuen Maschinenaufbau ein Maschi nenkoordinatensystem X₀ Y₀ Z₀ mit dem Ursprung in O₀ festgelegt worden, auf das auch die Meßsysteme bezogen sind. Dabei enthält die durch das Koordinatensystem X ₀ O ₀ Z ₀ gebildete Ebene die Achse B der Werkstückspindel 14 und verläuft parallel zu den Längsführungen 2 und den Querführungen 11. In der durch das Koordinatensystem X₀ O₀ Y₀ entstandenen Ebene liegt die Achse A zum Schwenken des Werkstückständers 13 auf dem Querschlitten 12. Diese Ebene verläuft parallel zu den vertikalen Führungen 4 des Werkzeugständers 3. Die Koordinaten ebene Y₀ O₀ Z₀ enthält die Achse C für die Drehbewegung der Schwenktrommel 6 und steht senkrecht auf den beiden anderen Koordinatenebenen X₀ O₀ Z₀ und X₀ O₀ Y₀.

Der Schnittpunkt dieser drei rechtwinklig zueinander liegenden Koordinatenebenen stellt den Koordinatenursprung O₀ dar.

Aus dem Schnittpunkt der Achse E für die Drehbewegung der Werk zeugspindel 8 mit der Messerkopfspitzenebene ergibt sich der Berechnungspunkt M des Messerkopfes 9, der stets in der Koordi natenebene Y₀ O₀ Z₀ liegt und durch die Abstände Y _0M und Z _0M vom Koordinatenursprung O ₀ bestimmt werden kann. Der Werkstückständerbezugspunkt N liegt stets auf der Koordinatenachse X ₀. Seine Lage ist durch den Abstand X _0M vom Koordinatenursprung O₀ definiert. Bei Drehung des Werkstückständers 13 um die Achse A schließt die Achse B für die Drehbewegung der Werkstückspindel 14 mit der Koordinaten achse X₀ den Werkstückständerwinkel σ _E ein. Für das Verzahnen achsversetzter Kegelräder oder zur Durchführung von Tragbildkorrekturen ist ein Achsversatz a _w der Werkstück spindel 14 einzustellen. Der Achsversatz a _w wird in dem Einstellwert Y _0M einbezogen.

Die Wirkungsweise der Verzahnmaschine zur Herstellung von Kegelrädern ist folgende:

Vor Beginn der Bearbeitung wird das Werkstück W aufgespannt. Nach Einschwenken des Werkstückständers 13 um die Achse A auf den erforderlichen Werkstückständerwinkel δ _E ergibt sich die erforderliche Ausgangslage für das Werkstück. Damit ist auch der Abstand zwischen Werkstückspindelplananlage und der Schwenkach se A als Maschinenkonstante, das Distanzmaß der Werkstückspindel aufspannung und das Einbaudistanzmaß des Werkstückes gegeben. Nachdem alle Einstell- und Berechnungsdaten in die CNC-Steuerung eingegeben wurden und der erforderliche Programmablauf fest liegt, wird die weitere geometrische Ausgangslage zwischen Werk stück und Werkzeug hergestellt. Dabei wird die Lage des Berech nungspunktes des Messerkopfes 9 durch die Maschineneinstellungen X _0M, Y _0M und Z _0M bestimmt. Weiterhin ist noch die Neigung der Werkzeugspindel 8 in der bekannten Weise einzustellen.

Nach Einschalten des Werkzeugumlaufes um die Achse E kann der Wälzprozeß zur Erzeugung der Zahnflanken beginnen. Der Wälz prozeß läuft dann nach dem vorgeschlagenen neuen Verfahren zur Erzeugung der Wälzbewegung für die Herstellung von Zahnflanken an Kegelrädern ab.

Verwendete Bezugszeichen

1 Längsbett
2 Längsführung
3 Werkzeugständer
4 vertikale Führung
5 Ständerschlitten
6 Schwenktrommel
7 Neigungstrommel
8 Werkzeugspindel
9 Messerkopf
10 Querbett
11 Querführung
12 Querschlitten
13 Werkstückständer
14 Werkstückspindel
15 Stellmotor für den Werkstückständer
16 Wälzschraubtrieb im Querschlitten
17 Wälzschraubtrieb im Werkzeugständer
18 Stellmotor für den Werkzeugständer
19 Antriebsmotor für die Schwenkung des Werkstückständers
20 Antriebsmotor für die Drehung der Werkstückspindel
21 Stellmotor für den Ständerschlitten
A Achse für die Schwenkbewegung des Werkstückständers
B Achse für die Drehbewegung der Werkstückspindel
C Achse für die Drehbewegung der Schwenktrommel
D Achse zur Neigung der Werkzeugspindel
E Achse für die Drehbewegung der Werkzeugspindel
F Translationsbewegung in Richtung der Koordinatenachse Y₀
G Translationsbewegung in Richtung der Koordinatenachse X₀
H Translationsbewegung in Richtung der Koordinatenachse Z₀
W Werkstück
O₀ Koordinatenursprung des Maschinengrundsystems
X₀ Koordinatenachse des Maschinengrundsystems
Y₀ Koordinatenachse des Maschinengrundsystems
Z₀ Koordinatenachse des Maschinengrundsystems
O ₁ Koordinatenursprung des Werkstückständerbezugssystems
X ₁ Koordinatenachse des Bezugssystems
Y ₁ Koordinatenachse des Bezugssystems
Z ₁ Koordinatenachse des Bezugssystems
N Werkstückständerbezugspunkt
M Berechnungspunkt des Messerkopfes
σ _E Werkstückständerwinkel (Kegelwinkel)
a _w Achsversatz der Werkstückspindel

Claims

1. Verzahnmaschine mit CNC-Steuerung zur Herstellung von Kegel rädern im Wälz- und Formverfahren, bei der der Werkstück- und der Werkzeugträger relativ zueinander vertikal und ho rizontal verschiebbar und der Werkstückträger um eine senkrechte Achse schwenkbar angeordnet sind, gekennzeichnet dadurch, daß der Werkzeugständer (3) und der Werkstückstän der (13) relativ zueinander in drei rechtwinklig zueinan der angeordneten Koordinaten (X₀ Y₀ Z₀) verschiebbar und der Werkstückständer (13) um eine vertikale Achse A schwenkbar angeordnet sind.

2. Verzahnmaschine mit CNC-Steuerung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß auf Längsführungen (2) eines Längsbettes (1) ein Werkzeugständer (3) horizontal verschiebbar angeordnet ist, der einen vertikal verschiebbaren Ständerschlit ten (5) trägt, von dem ein Werkzeugsystem, bestehend aus einer Schwenktrommel (6), auf der eine Neigungstrommel (7) angeordnet ist, in der die verfahrensbedingte Art eines Messerkopfes (9) gelagert ist, aufgenommen wird und auf Querführungen (11) eines Querbettes (10), die rechtwink lig zu den Längsführungen (2) angeordnet sind, ein Quer schlitten (12) horizontal verschiebbar aufgenommen wird, der einen um eine vertikale Achse (A) schwenkbaren Werk stückständer (13) trägt, in dem eine Werkstückspin del (14) drehbar gelagert ist.