-
Werkzeugmaschine zum Herstellen von Verzahnungen im Wälzverfahren
mit elektrischer Gleichlaufeinrichtung von Werkstück und Werkzeug Die Erfindung
bezieht sich auf eine Werkzeugmaschine zum Herstellen von Verzahnungen, wie Wälzfräsmaschinen:,
Wälzstoßmaschinen, Wälzschleifmaschinen, mit einem Drehtisch als Werkstückträger
und voneinander bezüglich der Drehzahl abhängigen und regelbaren Antrieben für die
Werkzeuge und das Werkstück mittels je eines Elektromotors, der mit dem anderen
Motor elektrisch gekuppelt ist.
-
Bei Maschinen der eingangs genannten Art tritt das Problem auf, die
Bewegung des Werkzeuges in einem bestimmten Verhältnis auf das zu bearbeitende Werkstück,
das Zahnrad, zu übertragen. Bei Abwälzfräsmaschinen. ist es z. B. nötig, die Drehbewegung
des Fräsers über ein Übersetzungsgetriebe in eine Drehbewegung des Tisches, auf
dem das Werkstück aufgespannt ist, überzuleiten. Meist wird das dadurch bewerkstelligt,
daß von einem gemeinsamen Antriebsorgan, dem Motor, sowohl die Drehbewegung des
Fräsers als auch die Drehbewegung des Tisches abgeleitet wird. Je nach Zähnezahl,
Modul, Schrägungswinkel und anderen Daten des herzustellenden Zahnrades muß das
Verhältnis von Fräser- zu Tischbewegung variiert werden. Dazu ist ein umfangreiches
Teilgetriebe nötig.
-
Das Teilgetriebe einer Wälzfräsmaschine überträgt Tisch- und Fräserbewegung
über Keilwellen, Schieberäder, Kegel- und Stirnräder und umfaßt bei einer modernen
Maschine etwa 20 bis 70 Zahnräder, die zur Bewegungsübertragung ständig im
Eingriff stehen und teilweise auswechselbar sind, um das zur Herstellung eines bestimmten
Rades erforderliche Übersetzungsverhältnis einzustellen. Von der Genauigkeit dieses
Getriebes hängt die Genauigkeit des herzustellenden. Rades ganz wesentlich ab. Die
stets vorhandenen Fehler der einzelnen Räder des Teilgetriebes summieren sich in
bekannter Weise zu einem Gesamtfehler des Teilgetriebes, der auf das herzustellende
Zahnrad übergeht. Da das Teilgetriebe die volle zum Antrieb vom Fräser bzw. Tisch
benötigte Leistung zu übertragen hat und dabei einer Abnutzung unterliegt, ist es
selbst bei Verwendung genauester Räder nicht möglich, die Genauigkeit des zu erzeugenden
Rades über ein bestimmtes Maß hinaus zu erhöhen und ferner gleichbleibende Genauigkeit
über einen längeren Zeitraum hinweg zu gewährleisten.
-
Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt, die aufgezeigtem Nachteile
des Teilgetriebes durch Verwendung einer elektrischen Weile zu vermeiden. So gibt
es beispielsweise Zahnflahken-Schleifmaschinen, die nach dem Abwälzverfahren arbeiten
und bei denen das Werkstück und das Werkzeug durch je einen Synchronmoto,r getrennt
angetrieben werden. Das Werkzeug, die Schleifscheibe, ist dabei direkt mit einem
der Motoren gekuppelt, während der andere Motor über ein Teilgetriebe das Werkstück
antreibt. Bei genügend großer Auslegung der beiden Antriebsmotoren wird ein synchroner
Lauf der Motoren erreicht. Diese Lösung bietet den Vorteil, daß für den Werkstückantrieb
eine wesentlich geringere Anzahl von Übertragungselementen und ausschließlich Stirnräder
verwendet werden können. Nachteilig ist, daß von diesen Stirnrädern die volle zum
Antrieb des Werkstückes benötigte Leistung übertragen wird und die Stirnräder daher
dem Verschleiß unterworfen sind. Ferner müssen zur Erzielung eines genügenden Synchronlaufes
die Antriebsmotoren überdimensioniert werden, um bei Lastschwankungen keine Störung
des Gleichlaufes zu bewirken.
-
Es gibt auch andere Werkzeugmaschinen, z. B. Plandrehbänke, bei denen
zwei voneinander in der Drehzahl abhängige Antriebe mittels einer elektrischen Weile
gekuppelt sind. Bei dieser Maschinengattung dient die elektrische Welle zur Übertragung
der vollen Antriebsleistung für die zweite Bewegung, z. B. für die Vorschubbewegung
einer Gewindedrehbank. Zwischen den beiden die elektrische Welle bildenden Motoren
tritt aber nur dann ein zur Leistungsübertragung notwendiges Drehmoment auf, wenn
zwischen ihnen eine Winkelverschiebung vorhanden ist. Ein vollkommener Synchronismus
ist aus diesem Grunde, insbesondere bei schwankender Belastung, nicht denkbar. Daher
ist die bei Drehbänken bekannte elektrische Koppelung der Spindelbewegung mit der
Vorschubbewegung auf Werkzeugmaschinen zum Herstellen von Verzahnungen nicht übertragbar.
Der
mangelhafte Synchronismus machte größere Verzahnungsmaschinen
praktisch funktionsunfähig. Bei diesen Maschinen kommt es auf eine extreme Genauigkeit
der Bewegungsübertragung - absoluten Synchronlauf - an.
-
Der Synchronlauf wird, -,v' eingangs erwähnt, gemäß der Erfindung
erreicht durch je einen Drehmelder an jedem der beiden Antriebsmotoren, wobei einer
dieser Drehmelder als Geber und der andere als Empfänger wirksam ist, ferner durch
einen Antrieb des dem Werkstück- bzw. Werkzeugantrieb zugeordneten Drehmelders vom
Drehtisch bzw. Werkzeug aus und, wie an sich bekannt, über ein Schaltgetriebe.
-
Gemäß besonderer Ausführung der Erfindung kann das Schaltgetriebe
als Genauigkeitsgetriebe, d. h. ein Präzisionsrechengetriebe, ausgebildet sein,
das nur die zum Antrieb des Drehmelders benötigte Leistung zu übertragen hat und
die -jeweils erforderliche Übersetzung einzustellen gestattet. Hierdurch lassen
sich höchste Genauigkeiten mit einfachen Mitteln erzielen.
-
Um den Übersetzungsbereich noch weiter zu vergrößern, kann der Drehmelder
erfindungsgemäß mehrstufig sein. So kann beispielsweise bei zweistufiger Ausbildung
der Nachlaufsysteme der Drehmelder aus einem solchen für die Grob- und einem damit
über ein Übersetzungsgetriebe gekuppelten für die Feinübertragung bestehen.
-
In weiterer Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung kann der
Antrieb des dem Werkstückantrieb zugeordneten Drehmelders über einen am Werkstücktisch
angebrachten Genauigkeitszahnkranz erfolgen, der es gestattet, in jedem Zeitpunkt
die Lage von Werkstücktisch und Werkzeug entsprechend dem vorher wählbaren Übersetzungsverhältnis
genau einander zuzuordnen und Abweichungen sofort auszuregeln. Im einzelnen kann
hierzu und zur Steuerung des Drehmelders der Antrieb des dem Werkstückantrieb zugeordneten
Drehmelders über ein in dem Zahnkranz eingreifendes Ritzel erfolgen, das - wie an
sich bekannt - als geteiltes Zahnrad ausgebildet ist, dessen Hälften gegenseitig
durch Federn verspannt sind.
-
- Die Erfindung ist in den Figuren in Anwendung bei einer Abwälzfräsmaschine
dargestellt. Es zeigt Fig.l im Grundriß das Antriebsschema der Maschine, Fig. 2
einen Teilquerschnitt durch den Werkstücktisch nach der Linie II-II der Fig. 1,
Fig: 3 in schematischer Darstellung den Grundriß einer abgeänderten Ausführungsform.
-
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 wird der Werkstücktisch
1, auf den das zu fräsende Werkstück 2 aufgespannt ist, von dem Motor 3 aus über
ein Untersetzungsgetriebe 4 mittels der Schnecke 5 angetrieben. Zur Einstellung
verschiedener Tischgeschwindigkeiten ist das Getriebe 4 umschaltbar. Der um seine
Mittelachse 6 drehbare Tisch 1 ist mit zwei Verzahnungen versehen, beispielsweise
mit den Zahnkränzen 7 und 8, von denen. der Zahnkranz 7, in den die Schnecke 5 eingreift,
zum Antrieb des Tisches 1 dient, während die Bewegung des Tisches 1 vom zweiten
Zahnkranz 8 über das Ritzel 9 auf die Welle 10 übertragen wird. Die Welle 10 ist
mit einem Genauigkeits- (Meß-) Getriebe 11 verbünden, dessen Abtriebswelle 12 mit
einem Drehmelder 13 gekuppelt ist. Mit Hilfe des Genauigkeitsgetriebes 11 wird,
wie sonst mit dem Teilgetriebe, das durch Zähnezahl, Modul und Schrägungswinkel
erforderliche Übersetzungsverhältnis zwischen Werkstück- und Werkzeugbewegung eingestellt.
Der Drehmelder 13 überträgt elektrisch über die Verbindungsleitung 14 seine Drehbewegung
auf einen zweiten Drehmelder 15. Beide Drehmelder 13 und 15 bilden zusammen. ein
Nachlauf system. Die Achse 16 des Drehmelders 15 ist mit der Achse des Antriebsmotors
17 starr gekuppelt. Der Motor 17 treibt über ein Getriebe 18 den Fräser 19 an. Der
Antriebsmotor 17 ist ein Regelmotor, der mit einem Regelverstärker 20, z. B. einem
gasgefüllten Entladungsgefäß (Thyratron), über die Leitung 22 verbunden und dadurch
in seiner Drehzahl veränderlich ist.
-
Bei nichtsynchronem Lauf der Drehmelder 13 und 15 geben diese eine
Fehlerspannung ab, die über die Leitung 21 dem Verstärker 20 als Steuerspannung
zugeführt wird. Diese Steuerspannung wird im Verstärker 20, verstärkt. Mit Hilfe
der Steuerspannung wird in bekannter Weise die Drehzahl des Antriebsmotors 17 zur
Erzielung des Synchronismus verändert. Um diese Regelung stabiler zu machen, kann
es gegebenenfalls zweckmäßig sein, eine Tachometermaschine 23 fest mit dem Antriebsmotor
17 zu kuppeln, die den Regelverstärker 20 vorsteuert.
-
Diese Anordnung hat den Vorteil, daß als eigentliches Teilgetriebe
ein kleines., nur aus genau herstellbaren Stirnrädern bestehendes Wechselgetriebe
11 verwendet werden kann, das, weil es nur die Reibungsverluste im Drehmelder 13
(in der Größenordnung von 10 cmg) abzugeben braucht, praktisch unbelastet ist und
daher keinem schädlichen Verschleiß unterworfen ist. Genauigkeitswechselgetriebe
dieser Leistung sind handelsüblich und gestatten es, ähnlich wie bei einer Registrierkasse,
eine beliebige Übersetzung durch Hebeleinstellung herzustellen. Dadurch vereinfacht
sich die Einstellarbeit beim Arbeitswechsel ganz wesentlich. Weiterhin brauchen
an das als Tischantrieb dienende Wechselgetriebe 4, die Antriebsschnecke 5 und den
am Tisch 1 befestigten Schneckenkranz 7 nicht mehr so hohe Anforderungen bezüglich
der Genauigkeit gestellt zu werden. Erfahrungsgemäß macht es bei den bisher üblichen
Maschinen nicht unerhebliche Schwierigkeiten, dem Teilschneckenkranz 7 eine genaue
Verzahnung zu geben. Da über diesen Zahnkranz die zum Antrieb des Tisches erforderliche
Leistung übertragen werden muß, ist die V erzahnung des Teilschneckenkranzes und
die Antriebsschnecke 5 dem Verschleiß unterworfen, wodurch sich die Genauigkeit
im Laufe der Zeit ändert. Bei der gemäß der Erfindung gestalteten Maschine wirkt
sich dagegen z. B. ein Summenteilfehler im Schneckenkranz 7 nicht aus, weil Ungleichmäßigkeiten
im Tischantrieb durch das Nachlaufsystem 13, 15 zwangläufig durch Änderungen der
Fräserbewegung kompensiert werden. Außerdem läßt sich der zur Abnahme der Drehbewegung
durch die Drehmelder erforderliche, mit dem Ritzel 9 kämmende Zahnkranz 8, vornehmlich
bei großen Maschinen, im Durchmesser sehr klein halten, weil er keine Leistung zu
übertragen hat. Er kann deshalb noch als geschliffenes Rad oder Radkranz ausgebildet
werden und ist, weil unbelastet, auch keinem Verschleiß unterworfen. Das in diesen
Zahnkranz eingreifende Ritzel 9 kann in bekannter Weise dadurch spielfrei gelagert
werden, daß es, wie in F'ig. 2 angedeutet, geteilt ausgeführt wird und die beiden
Ritzelhälften federnd gegeneinander verspannt werden. Da nur etwa 10 cmg Drehmoment
zu übertragen sind, sind die dazu benötigten Federkräfte klein und die Anordnung
ohne schädliche Rückwirkung auf den Zahnkranz.
-
Es ist selbstverständlich auch möglich, den Regelweg in umgekehrter
Richtung zu laufen, nämlich den
Fräser direkt anzutreiben und nach
seiner Drehbewegung den Umlauf des Tisches zu regeln.
-
Diese Möglichkeit ist in Fig. 3 dargestellt. Hierbei wird das Werkzeug,
d. h. der Fräser 24, über ein Getriebe 25 direkt von einem Motor 26 angetrieben
und ist über ein Genauigkeitsgetriebe 27 mit dem Drehmelder 28 verbunden, die im
Aufbau und in der Wirkungsweise dem Getriebe 11 und dem Drehmelder 13 bei der Anordnung
nach Fig. 1 entsprechen.
-
Der Drehmelder 28 ist über die elektrische Leitung 29 mit dem Drehmelder
30 verbunden, der mit dem Motor 31 gekuppelt ist, der über das Getriebe 32 die Schnecke
33 antreibt und mit ihr den Tisch 34 und damit das aufgespannte Werkstück 35 in
Drehung versetzt. Auch in diesem Falle wird der abhängige Motor 31 von einem über
die Leitung 36 mit dem Drehmelder 30 verbundenen Verstärker 37, gegebenenfalls auch
von einer Tachometermaschine 38, gesteuert. Die Wirkungsweise der einzelnen Teile
und ihr Zusammenwirken gleichen dem bezüglich Fig. 1 beschriebenen.
-
Es ist auch möglich, zwei- oder mehrstufige Nachlaufsysteme vorzusehen.
Bei zweistufiger Ausbildung der Nachlaufsysteme bestehen die Drehmelder 13 und 15
beispielsweise aus je einem Drehmelder für die Grobbewegung und einem über
ein übersetzungsgetriebe, z. B. 10: 1, direkt damit gekuppelten Drehmelder für die
Feinbewegung.
-
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das dargestellte Beispiel
einer Zahnrad-Wälzfräsmaschine beschränkt. Sie ist überall da anwendbar, wo Bewegungen
auf elektrischem anstatt auf mechanischem Wege unter Innehaltung eines bestimmten
Synchronismus übertragen werden sollen, so z. B. bei der Support- oder Schlittenverstellung
an Schwerwerkzeugmaschinen, wie Karusselldrehbänken, Bohr- und Fräswerken od. dgl.
Dabei kann der von dem als Geber wirkenden Drehmelder ausgehende Impuls auch auf
mehr als einen Drehmelder als Empfänger übertragen werden.