Tech n i seh es Gebi et

Die vorliegende Bfindung betrifft eine kombinierte Gewinde- und Wälzf räsmaschine entsprechend dem unabhängigen Patentanspruch.

5 Sand der Technik

Esist oft nötig, ein Gewinde und ein Zahnrad auf derselben Achse zu f räsen. Bn Beispiel einesderart bearbeiteten Stücksist auf der Figur 5 dargestellt. Das dargestellte bearbeitete Metallstück 6' hat ein Gewinde 65 und eine gerade Verzahnung 66. Solche Stücke werden 10 beispielsweise oft in der Automobil-, Maschinenbau- und Uhrenindustrie verwendet.

Solche Stücke werden meistens mit zwei verschiedenen Verzahnungsmaschinen gefräst, nämlich mit einem Gewindef räser, um die Gewinde 65 zu f räsen, und mit einem Wälzfräser, um die gerade <.„. 15 Verzahnung 66 zu einem anderen Zeitpunkt zu f räsen. Gewindefräser werden um eine Achse ca. parallel zum Werkstück gedreht, während Wälzfräser oft um eine Achse ca. orthogonal zum Werkstück drehen.

Schnecken werden ähnlich wie Gewinde gefräst; um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, werden in dieser Beschreibung und in den 20 Ansprüchen die Wörter Gewindef räser beziehungsweise Gewinde als Oberbegriff verwendet, die auch Schneckenf räser beziehungsweise Schnecken oder ähnlich verzahnte Stücke umfassen. Ausserdem können mit Wälzf räser im Rahmen der Bfindung nicht nur gerade Verzahnungen, sondern auch zum Beispiel schräge Verzahnungen gef räst werden.

25 Esänd auch Fräsmaschinen bekannt, bei welchen die Drehachse des Fräsers relativ zum Werkstück um 90 Grad drehbar ist. Eswäre denkbar in einer ersten Bearbeitungspostion parallel zum Werkstück einen Gewindef räser zu verwenden, der durch einen Wälzf räser in der zweiten orthogonalen Position ersetzt wird. Bne solche Maschine würde jedoch viele Manipulationen zum Fräserwechsel erfordern. Ausserdem würde der Motor zur Antreibung des Fräsersin der parallelen Position gegen das Maschinenbett oder gegen den Werkstücksmotor stossen.

DE-C1 -44 27 010 offenbart eine Maschine zum Bearbeiten der Verzahnung von Kegelrädern.

US-A -2004/040133 offenbart eine Maschine zur Herstellung von Gewinden, wobei ein Revolverkopf ausgestattet ist. Der Revolverkopf weist verschiedene Werkzeuge auf, die mit verschiedenen Antrieben ausgestattet sind.

DE-A1-41 12763 offenbart eine Vorrichtung zum Bearbeiten der Oberfläche eines Tiefdruckzylinders. Zum Bearbeiten der Oberf läche dienen nach Art eines Revolvers angeordnete, mit je einem eigenen Antrieb ausgerüstete Werkzeuge.

Darstellung der Erfindung

Esist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Gewinde- und Wälzf räsmaschine anzubieten.

Insbesondere soll die Rexibilität erhöht werden und die Anzahl von Fräserwechsel reduziert werden. Der Raumbedarf und der Preisder Maschine sollen ausserdem reduziert werden, beispielsweise indem die Anzahl von Antriebsmotoren reduziert wird. Die Maschine soll vorzugsweise CNC-steuerbar sein.

Gemässder vorliegenden Erfindung werden diese Ziele ins¬ besondere durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche erreicht. Weitere vorteilhafte Ausf ührungsformen gehen ausserdem ausden ab¬ hängigen Ansprüchen und der Beschreibung hervor. Insbesondere werden diese Ziele dadurch erreicht, dass eine Gewinde- und Wälzf räsnπaschine mit folgenden Merkmalen versehen ist: - eine erste Drehachse f ür einen Gewindef räser, - eine zweite Drehachse für einen Wälzf räser, - eine Spindel, um ein Werkstück um eine dritte Drehachse zu drehen, wobei der benannte Gewindef räser und der benannte Wälzfräser auf einem gemeinsamen Modul fest montiert sind, wobei sie von einem gemeinsamen ersten Motor dreh an getrieben werden, wobei das benannte Modul zwischen mindestenseiner ersten und mindestenseiner zweiten Bearbeitungsposition schwenkbar ist, so dassin der benannten ersten Bearbeitungsposition die benannte erste Drehachse einen Winkel zur benannten dritten Drehachse (X) bildet, um das Werkstück mit dem benannten Gewindefräser zu bearbeiten, und dassdie benannte zweite Drehachse um einen Winkel geschwenkt werden kann, um in der benannten zweiten Bearbeitungsposition die Bearbeitung des benannten Werkstücks mit dem benannten Wälzfräser zu erlauben.

Bn Vorteil der vorliegenden Bfindung ist es, dassdie Gewinde und Zahnräder auf einem Werkstück mit einer einzigen Maschine gef räst werden können. Dabei mussdasWerkstück nicht zwischen beiden Vorgängen entladen oder neu beladen werden; in einer bevorzugten Ausführungsform wird das Werkstück zwischen beiden Fräsvorgängen nicht einmal verlagert.

. Bn anderer Vorteil ist, dassder Raumbedarf optimal ausgenutzt wird.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante kann das Modul eine Mehrzahl von benannten zweiten Bearbeitungspoätionen einnehmen, die von der benannten ersten Bearbeitungsposition durch Schwenkungen zwischen -140° und +40° erreicht werden. Dank der Bewegungsfreiheit des Fräsers kann die gesamte Länge des Werkstücks gef räst werden. Dies hat den Vorteil, dass die gesamte Länge des Werkstücks von beiden Fräsern bearbeitbar wird, ohne dassder Antriebsmotor des Werkstücksund der Antriebsmotor des Fräsers gegenseitig aufeinander stossen.

Bn anderer Vorteil ist, dassdie Anzahl von Komponenten, insbesondere teure oder voluminöse Komponenten, gering bleiben kann.

Kurze Beschreibung der Figuren

Im Folgenden werden anhand der beigefügten Zeichnungen be¬ vorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen :

Rg. 1 in schematischer Darstellung eine Werkzeugmaschine in einer perspektivischen Anseht von vorne, wobei die Maschine in der zweiten Position zur Bearbeitung des Werkstücks mit dem Wälzfräser ist, Rg. 2 eine Draufsicht des Werkstücks und der Werkzeuge der Maschine in der benannten zweiten Position. Rg. 3 eine Draufsicht des Werkstücks und der Werkzeuge der Maschine in der ersten Position zur Bearbeitung' des Werkstücks mit dem Gewindef räser. Rg. 4 eine Seitenansicht des Werkstücksund der Werkzeuge der Maschine in der benannten zweiten Position.

Die bereits besprochene Rg. 5 ist eine Frontansicht eines bearbeiteten Werkstücks.

Die Rg. 6A bisβl zeigen die verschiedenen möglichen Bearbeitungspositionen.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Die Werkzeugmaschine 1 ist eine Gewinde- und Wälzfräsmaschine mit einem kurzen Gewindefräser 2, der von einem Motor 50 um eine erste Drehachse X1 drehbar angetrieben wird, und mit einem längeren Wälzf räser 3, der vom selben Motor 50 um eine zweite Drehachse Y1 drehbar angetrieben ist. Der Gewindef räser könnte im Rahmen der Bfindung äquivalenterweise durch einen Sohneckenfräser ersetzt werden. Ähnlicherweise könnte im Rahmen der Bfindung der Wälzf räser durch einen anderen Fräser, der um die erste Achse Y1 während einem Fräsvorgang gedreht wird, ersetzt werden. Mit dem dargestellten Gewindef räser können Gewinde (oder Schnecken) 65 in einem kontinuierlichen Fräsvorgang an einen ersten Teil des Werkstücks 6 gef räst werden, während senkrechte, schräge oder auch kegelförmige Zähne 66 an einen zweiten Teil des Werkstücks vom Wälzf räser in einem separaten inkrementalen Fräsvorgang gef räst werden können. Dabei wird das von einer Spindel 61 aufgenommene Werkstück 6 um eine waagrechte Achse X von einem Werkstücksmotor 60 während dem kontinuierlichen Fräsvorgang drehangetrieben.

Der Gewindef räser 2 und der Wälzf räser 3 werden mit dem Motor 50 auf einem gemeinsamen Tragmodul 5 montiert, der um die Achse Z zwischen mehreren Bearbeitungspositionen schwenkbar ist. Die Achse Z ist waagrecht und orthogonal zur Achse X. Bne erste Bearbeitungsposition A wird auf der Figur 3 dargestellt während eine zweite Bearbeitungsposition B auf den Figuren 1 , 2 und 4 dargestellt wird. Andere mögliche Bearbeitungspositionen and auf den Figuren 6A bis 6l dargestellt.

Im dargestellten Beispiel befindet sich die Achse X1 des Gewindefräsers 2 vor der Achse Y1 des Wälzfräsers 3, wie man es auf der Figur 2 sehen kann; die zwei Achsen X1 und Y1 sind somit in einer festen Position zueinander, parallel und nur entlang der Richtungen Z und Y verschoben. Eswäre aber auch möglich, die Achse X1 gleichzeitig waagerecht nach rechts oder nach links (mit Bezug auf der Rgur 2) zu verschieben. Die Achse X1 befindet sich aber vorzugsweise im dargestellten Bereich ß von + oder -45° vor der Achse Y1. Möglich ist auch dassdie Position der Achse X1 relativ zur Achse Y1 geändert werden kann; dieswürde jedoch eine aufwendigere Kopplung zum Motor 50 benötigen.

Der Werkstückmotor 60 wird auf Führungen 53 auf einer geneigten Räche 10 montiert, wie man es insbesondere auf der Figur 4 beobachten kann. Dies hat unter anderem den Vorteil, dassdie Baäsdes Werkstückmotors 60 nicht gegen das untere Ende des Gewindef räsers 2 oder gegen andere Teile auf das Modul δ stösst, wenn das Ende des Werkstücks bearbeitet wird. Dabei bleibt der Bearbeitungsraum leichter zugänglich, als wenn die Baäsdes Motors 60 etwa senkrecht montiert würde.

In der ersten Bearbeitungsposition der Figur 3 kann das Werkstück 6 vom Gewindefräser 2 bearbeitet werden, um beispielsweise eine äussere Gewinde zu fräsen. Zu diesem Zweck wird das Modul 5 um die Achse Z relativ zum Maschinenbett derart gedreht, dassdie Drehachse X1 des Gewindef räserseinen Winkel zur Achse X des Werkstücksδ bildet. Der Gewindef räser 2 wird in dieser Position beispielsweise über ein Radgetriebe oder per Riemenantrieb vom Antriebsmotor 50 angetrieben. Der Wälzfräser 3 bleibt in dieser ersten Position ungenutzt und kann auch vom Antriebsmotor abgekoppelt werden.

Der Motor 60, die Spindel 61 und der Gegenhalter können sich mit dem Werkstück 6 entlang von Führungen 53 relativ zum Modul 5 während dem Fräsvorgang linear in der Richtung X bewegen. Denkbar ist auch eine lineare Verlagerung der Werkstückspindel 61 und des Werkstücks während dem Fräsen.

Der Motor 50, der sowohl den Gewindef räser 2 wie auch den Wälzfräser 3 antreibt, wird in dieser bestimmten Ausführungsform koaxial zur Achse Y1 des Wälzfräsers3 montiert. Die Achse X1 des Gewindefräsers ist in dieser Variante stets parallel zur Achse Y1 ; eine nicht parallele feste Anordnung beider Achsen ist aber auch möglich. Die zweite Achse Y1 und der Motor 50 sind somit in dieser ersten Bearbeitungsposition in der Fächtung Z durch den Gewindef räser 2 getrennt. Ausserdem sind der erste Motor 50 und der Werkstücksmotor 60 an entgegen gesetzten Enden des Werkstücksθ angeordnet, so dass sie nicht gegenseitig stossen und dassdie gesamte Länge des Werkstücks 6 vom Gewindefräser 2 bearbeitet werden kan n .

In der zweiten Bearbeitungsposition, die auf den Figuren 1 , 2 und 4 illustriert wird, kann das Werkstück 6 vom Wälzf räser 3 bearbeitet werden, um beispielsweise Zahnf lanken auf einem Teil des Werkstücks zu bearbeiten. Diese zweite Position wird ausder ersten beschriebenen Bearbeitungsposition erreicht, indem das Modul 5 um die Achse Z um einen Winkel α, im dargestellten Beispiel um 90°, geschwenkt wird, so dassdie Drehachse Y1 des Wälzfräsers 3 einen Winkel α zur Achse X des Werkstücks 6 bildet. Der Winkel α kann f rei in einem Bereich zwischen -140° und +40° gewählt werden; dank dieser Bewegungsf reiheit kann die gesamte Länge des Werkstücks gef räst werden, ohne dassdabei der Wälzerfräser 3 oder der Werkzeugsmotor 50 gegen den Werkstücksmotor stösst. Auf den Figuren 1 , 2 und 4 ist die Achse Y1 senkrecht in der zweiten Bearbeitungsposition und der Winkel α beträgt 90°. Der Wälzerfräser 3 wird in dieser Position direkt oder vorzugsweise über ein Radgetriebe vom koaxialen Antriebsmotor 50 angetrieben. Der Gewindef räser 2 bleibt in dieser zweiten Position ungenutzt und kann auch vom Antriebsmotor abgekoppelt werden.

Auch in diesem Fall kann sich das Werkstück 6 entlang von Führungen 53 relativ zum Modul 5 während dem Fräsvorgang linear in der Richtung X bewegen. Denkbar ist auch eine lineare Verlagerung der Werkstückspindel 61 und des Werkstückswährend dem Fräsen.

Zwischen der ersten und der zweiten Bearbeitungsposition wird das Modul 5 mit dem Motor 50 und den zwei Fräsern entlang von Führungen 52 in der Richtung Z möglicherweise verschoben, um den Wälzf räεer 3 dem Werkstück zu nähern. Das Modul 5 wird ausserdem entlang von senkrechten Führungen 54 in Richtung Y verschoben, wie man es beispielsweise auf der Figur 1 sehen kann, so dassder Gewindefräser 3 nicht gegen das Werkstück 6 stosst. Es sind somit zwischen der ersten und der zweiten Bearbeitungspostion zwei lineare und eine Dreh-Bewegung des Modulsδ gegenüber dem Werkstück 6 meistens erforderlich.

Die Figuren 6A beziehungsweise 6B zeigen zwei andere mögliche Schwenkpoätionen zur Bearbeitung mit dem Wälzfräser, bei welchen das Modul 5 um -140° beziehungsweise um α = -40° geschwenkt ist. Auf der Position der Figur 6B ist das Modul ausserdem senkrecht nach oben verschoben.

Die Figuren 6C bis 6E zeigen drei mögliche Bearbeitungs- Positionen mit einem Sohn ecken f räser 2. Die Position der Figur 6C ist waagrecht und entspricht der Figur 3. Auf der Figur 6D wird das Modul 5 mit der Sehn ecken f räser 2 um -40° geschwenkt, während es auf der Figur 6E um +35° geschwenkt wird.

Die erfindungsgemässe Verzahnungsmaschine kann auch ver- wendet werden mit einem Wälzfräser auf der Achse X1 anstelle des Gewindef räsers, wie man es auf den Beispielen der Figuren 6Fbis6l sehen kann. Dies erlaubt, ein Abwälzf räsen mit einem Winkel a zwischen der Werkstücksachse X und der Wälzf räserachse X1 von -40°, -25°, +40° beziehungsweise +24°zu verwenden.

Der Werkzeugsmotor 50, der Werkstücksmotor 60 und vorzugsweise auch Motoren zur linearen Verlagerung der Werkzeuge und/oder des Werkstücks 6 entlang der verschiedenen Führungen sind vorzugsweise von einem Programm in einer CNC-Bnheit gesteuert. Die CNC-Bnheit lässt vorzugsweise die Drehantriebe und die linearen Antriebe synchron laufen, vorzugsweise mit programmierbaren Drehzahl- und Geschwindigkeitsverhältnissen, um verschiedene Typen von Zahnrädern und/oder von Gewinden mit derselben Maschine bearbeiten zu können. Die vorliegende Erfindung eignet ach insbesondere, aber nicht au ssch Ii esslich, zur Bearbeitung von Gewinden und Zahnrädern bis Modul 2,5. In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform liegen die Drehachsen X und Y1 stetsin einer senkrechten [Ebene (wenn man den kleinen waagrechten Abstand entlang Z vernachlässigt). Der Werkzeugsmotor 50 befindet sich somit vorzugsweise nie in einer waagrechten Position orthogonal zum Werkstücksmotor 60, so dassdie Tiefe der Maschine 1 und die Zugänglichkeit verbessert sind.

Das Werkstück 6 kann entweder in der ersten oder in der zweiten Bearbeitungsposition beladen und entladen werden. Die Maschine kann auch mit einer automatischen Lade- und Entladevorrichtung kombiniert werden.

In einer nicht dargestellten Variante umfasst die Maschine zwei Spindeln auf derselben X-Führung 53, um zwei Werkstücke aufzunehmen. Die zwei Spindeln werden vorzugsweise von zwei unabhängigen Werkstücksmotoren nacheinander angetrieben; die zwei Werkstücke werden jedoch zu unterschiedlichen Zeiten mit denselben Werkzeugen 2, 3 bearbeitet. Diese Variante erlaubt das Laden beziehungsweise Entladen einesersten Werkstücks während der Bearbeitung des anderen Werkstücks, und ein Umtausch des bearbeiteten Werkstücks durch gleichzeitige Verlagerung beider Werkstücke. Bezugszeichen liste

1 Maschine 10 Geneigte Räche 3 Wälzf räser 2 Gewindef räser 5 Schwenkbares Modul 50 Bster Motor (Werkzeugsmotor) 51 Modulträger 52 Z Führung 53 X Führung 54 Y Führung 6 Werkstück 60 Zweiter Motor (Werkstücksmotor) 61 Spindel A Erste Bearbeitungsposition: Gewinde oder Schnecken bearbeiten B Zweite Bearbeitungsposition : Wälzen α Winkel ß Winkel