WO2005123339A2

WO2005123339A2 - Schleifmaschine nach art einer universal-rund-/unrundschleifmaschine

Info

Publication number: WO2005123339A2
Application number: PCT/EP2005/006272
Authority: WO
Inventors: Georg Himmelsbach
Original assignee: Erwin Junker Maschinenfabrik Gmbh
Priority date: 2004-06-18
Filing date: 2005-06-10
Publication date: 2005-12-29
Also published as: DE102004029502B4; WO2005123339A3; DE102004029502A1

Abstract

Es wird eine Schleifmaschine vorgeschlagen, bei welcher der Verschiebeantrieb für einen Kreuzschlitten 25 mittels zwei Führungsschienenerfolgt, die in Ausnehmungen mit den Gleitbelägen 23, 24 des Kreuzschlittens 25 verlaufen. Auf dem Kreuzschlitten 25 befinden sich zwei Motorgetriebeeinheiten 26, 26A, deren angetriebene Zahnräder mit einer Zahnstange 34 zusammenwirken, die in Richtung der üblichen Z-Achse verläuft (Doppelpfeil 38). Die beiden Zahnräder der Motorgetriebeeinheiten 26, 26A verspannen sich auf der Zahnstange. Die Ausbildung dient der hochgenauen Positionierung in Richtung der Z-Achse. Auf dem Kreuzschlitten 25 ist ein Schleifspindelstock 39 mit einer Schleifscheibe 40 angeordnet. Der Schleifspindelstock 39 ist in Richtung der X-Achse (Doppelpfeil 41) verschiebbar.

Description

SCHLEIFMASCHINE NACH ART EINER UNIVERSAL-RUND-/ UNRUNDSCHLEIFMASCHINE

Die Erfindung betrifft eine Schleifmaschine nach Art einer Universal-Rund-/ Unrundschleifmaschine.

Derartige Maschinen gehören zum Stand der Technik. Eine Prinzipdarstellung und -beschreibung findet sich beispielsweise in dem Fachbuch von H. Witte, „Werkzeugmaschinen", 8. Auflage 1994, auf den Seiten 293/294 anhand des Bildes 4.46. Die Spann- und Antriebsvorrichtung für das Werkstück ist dabei in der Regel auf einem hydraulisch angetriebenen Längsschlitten, dem sogenannten Schleiftisch, angeordnet. Sie besteht aus einem Werkstückspindelstock und einem Reitstock, zwischen denen das Werkstück eingespannt und zur Drehung angetrieben ist. Auf dem hinteren Teil des Maschinenbettes befindet sich mindestens ein Schleifspindelstock mit einer rotierenden Schleifscheibe. Die Verschieberichtung oder Vorschubachse des Längsschlittens oder Schleiftisches stimmt in der Regel mit der Längsachse des eingespannten Werkstückes überein und wird als Z-Achse bezeichnet. Demgegenüber muss der Schleifspindelstock zumindest in einer Vorschubachse beweglich sein, die senkrecht zu der Z-Achse verläuft und als X-Achse bezeichnet wird. In einer besonderen Ausführung ist aber auch der Schleifspindelstock zusätzlich in Richtung der Z-Achse, also parallel zu der Längsachse des eingespannten Werkstücks, verschiebbar.

Die Bezeichnungen Z-Achse und X-Achse sind im Zuge der CNC-Technik üblich geworden und geben allgemein eine bestimmte Richtung im Raum an. Im Falle des Längsschleifens erfolgt mittels einer zylindrischen Schleifscheibe die Zustellung über die X-Achse und der Längsvorschub über die Z-Achse. Es können aber auch quer zur Längsachse des Werkstücks verlaufende Flächen geschliffen werden, wobei die Zustellung über die Z-Achse erfolgt. Durch numerisch gesteuertes Zusammenwirken des Vorschubs in Richtung der X- Achse und der Rotationsachse des Werkstücks, der sogenannten C-Achse, können auch unrunde Konturen mit größter Präzision geschliffen werden, was besonders beim Schleifen von Nocken- und Kurbelwellen von Bedeutung ist. Bei diesen werden einerseits die Lagersitze der Hauptwellen rundgeschliffen, andererseits die Nocken oder exzentrischen Zapfen im Wege des Unrundschleifens bearbeitet. Kurbelwellen- und Nockenwellen- Schleifmaschinen sind daher Universal-Rund- und Unrundschleifmaschinen, an die besondere Anforderungen hinsichtlich der Genauigkeit des Schleifvorganges gestellt werden.

Gerade bei diesen Maschinen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, zwei Spindelstöcke mit gemeinsamer Z-Achse nebeneinander anzuordnen. Auf diese Weise können auch längere Werkstücke wirtschaftlich geschliffen werden, indem zwei oder mehr Schleifscheiben zu derselben Zeit an unterschiedlichen Stellen des Werkstücks unterschiedliche Schleifbearbeitungen durchführen. Hierzu müssen die beiden Spindelstöcke unabhängig voneinander gesteuert werden. Wegen der großen Bearbeitungslänge in der Z-Richtung muss auch die gegenseitige Bewegung von Werkstück und Schleifspindelstock schnell und dennoch sehr genau gesteuert werden. Das ist besonders dann der Fall, wenn quer zur Längsachse des Werkstücks verlaufende Flächen geschliffen werden, die Zustellung also in Richtung der Z-Achse erfolgt; d.h. es werden am Werkstück nicht nur Umfangs- sondern auch Planflächen auf Längenmaß geschliffen.

Auch aus einem weiteren Grund werden an die gesteuerte Bewegung in Richtung der Z-Achse hohe Anforderungen gestellt. Bei modernen Rund-/ Unrundschleifmaschinen werden nämlich die Schleifscheiben in der Maschine abgerichtet. Wenn dabei Schleifscheiben zum Einsatz kommen, die eine profilierte Kontur haben, muss die axiale Stellung des Abrichtwerkzeuges gegenüber der Schleifscheibe sehr genau positioniert sein, damit die Kontur der Schleifscheibe unverändert erhalten bleibt. Das ist zum Beispiel bei Profilschleifscheiben wichtig, mit denen ein Übergangsradius von Wellenteilen oder Kurbelzapfen an benachbarte Wangen angeschliffen wird. Mit zunehmender axialer Bearbeitungslänge der Nocken- oder Kurbelwellen wird das hochgenaue und schnelle Positionieren der Schleifspindelstöcke in der Z-Achse immer schwieriger.

Ein bewährtes Mittel zum Positionieren eines Schleifspindelstockes in Richtung der Z-Achse ist die Verstellspindel in der Ausführung als Kugelgewindetrieb. Hierbei wird das Transportgewinde zwischen Spindel und Mutter durch eine geschlossene Kette von Kugeln gebildet, die in Rillen der Spindel und der Mutter im ständigen Kreislauf umlaufen. Der Kugelgewindetrieb ist heute in der Mehrzahl der Maschinen im Einsatz. Seine Grenzen ergeben sich durch die zunehmende Bearbeitungslänge der modernen Schleifmaschinen in Richtung der Z-Achse.

Diese Maschinen erfordern ein schnelles und hochgenaues Positionieren großer Massen über große Verstellwege. Beispielsweise hat ein Kreuzschlitten mit einer Schleifspindel an einer Universalrund-/ Unrundschleifmaschine eine Masse von etwa 2000 bis 4000 kg, die über eine Maschinenlänge von 1000 bis 5000 mm beschleunigt werden muss. Wird diese Beschleunigung durch eine einzige, über die gesamte Maschinenlänge reichende Spindel aufgebracht, so muss diese einen entsprechend großen Durchmesser haben. Dieser wird um so größer, je länger der Verstellweg ist. Die Spindel muss durch den Kreuzschlitten hindurchgeführt werden und schwächt dessen Querschnitt. Der Kreuzschlitten wird dadurch anfällig gegen Ver indung oder Durchbiegung. Das steht im Gegensatz zu der Forderung nach hoher Steifigkeit und höchster Präzision des Schleifvorganges. Eine Verstärkung des Kreuzschlittens ist nur innerhalb bestimmter Grenzen möglich, weil dadurch seine Masse weiter erhöht wird und seine Abmessungen größer werden. Insbesondere ist es unerwünscht, dass dadurch die Arbeitshöhe der Schleifmaschine vergrößert wird. In der Praxis hilft man sich damit, dass für Maschinen von geringerer Baulänge der Kugelgewindetrieb und der Kreuzschlitten schwächer dimensioniert werden als für Maschinen größerer Baulänge. Das steht aber der Ausbildung eines Baukastensystems und damit der ökonomischen Herstellung einer Typenreihe bei Maschinen für unterschiedliche Teilelängen und damit Maschinenlängen entgegen. Ein weiterer Nachteil des Kugelgewindetriebs bei großem Verstellweg besteht darin, dass zu Wartungs- und Reparaturarbeiten ein entsprechend großer Raum neben der Maschine zum Ausbau der Spindel vorhanden sein muss.

Wegen dieser Nachteile und weil man, wie schon erwähnt, mit mehreren Schleifscheiben gleichzeitig und unabhängig voneinander an einem und demselben Werkstück in einer Aufspannung arbeiten möchte, sind schon Schleifmaschinen der eingangs genannten Art vorgeschlagen worden, bei denen zwei Kreuzschlitten zur Aufnahme der Schleifspindelstöcke mit je einer Kugelgewindespindel zusammenwirken. Die Spindeln sind im Abstand parallel nebeneinander angeordnet. Soll hierbei jeder Schleifspindelstock über nahezu den gesamten Verstellweg verfahren werden , so müssen beide Spindeln über nahezu die gesamte Maschinenlänge reichen und durch jeden Kreuzschlitten hindurchgeführt werden. Die Kreuzschlitten werden dadurch geschwächt. Dieser Nachteil ergibt sich gleichfalls, wenn man den Kugelgewindetrieb in der Weise ausführt, dass die Spindeln stillstehen und die Verstellmuttern in den Kreuzschlitten zur Drehung angetrieben sind. Bei Versuchen mit zwei Kreuzschlitten und einer einzigen stillstehenden Spindel, wobei die Antriebe durch je eine angetriebene Mutter in den Kreuzschlitten erfolgen, hat sich herausgestellt, dass die Schlitten sich infolge der „Federwirkung" der Spindel gegenseitig beeinflussen. Die durch den Schleifvorgang an dem ersten Schleifspindelstock entstehenden Vibrationen werden über die elastisch nachgiebige Spindel auf den zweiten Schleifspindelstock übertragen und gegebenenfalls noch verstärkt. Die stillstehende Spindel kann ja nur an ihren Enden abgestützt werden, so dass sie in ihrem mittleren Bereich biege- und schwingungsfähig ist. Die erforderliche Genauigkeit des Schleifvorganges ist dann nicht mehr gewährleistet.

Unabhängig von der Ausführung im Einzelnen wirkt die Spindel eines Kugelgewindetriebs ohnehin stets als Feder. Diese Eigenschaft tritt um so deutlicher hervor, je länger die Spindel ist. Der Kreuzschlitten durchläuft bei seinem Verfahren längs der Spindel Stellungen unterschiedlicher Resonanzfähigkeit der Spindel bis hin zu einer kritischen Drehzahl der Kugelrollspindel. Die lange Spindel ist somit schwingungsempfindlich, was sich in einem veränderten Schleifbild an dem fertigen Werkstück sowie in einer verringerten Standzeit der Kugelrollspindel auswirkt. Infolge der Dehnfähigkeit in Längsrichtung ist die Axialsteifigkeit der Spindel auch positions- und längenabhängig. Ferner wird die Spindel beim Beschleunigen des Kreuzschlittens auch unterschiedlich stark tordiert, je nachdem, wie schwer der Kreuzschlitten und wie lang die Spindel ist. Hinzu kommen noch Temperatureinflüsse, die sich beispielsweise über die Schmierstoffe, die innere Reibung und die Verfahrgeschwindigkeit des Kugelgewindetriebs auswirken. Die Positioniergenauigkeit des Kugelgewindetriebs ist damit last- und temperaturabhängig. Je nach der wirksamen Spindellänge kommt ein längenabhängiges Trägheitsmoment hinzu, das das

Beschleunigungsverhalten zusätzlich beeinflusst.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass ein hochgenaues Positionieren des Kreuzschlittens mit dem Schleifspindelstock oder des Schleiftisches in Richtung der Z-Achse mit hohen Verfahrgeschwindigkeiten um so schwieriger wird, je länger der Verstellweg ist.

Bekannt sind auch elektrische Linearantriebe als eine Möglichkeit, an Werkzeugmaschinen den Spindelantrieb für eine Linearbewegung zu ersetzen. Ein Beispiel hierfür ist die Firmendruckschrift „Linearmotoren" der

Firma GE Fanuc Automation Europe (Drucknummer GFTE-507A-GE 1C

08/01). Der direkte elektrische Linearantrieb arbeitet verschleißfrei und hat daher geringe Wartungskosten. Er kommt für lange und schnelle Bewegungen in Frage, wenn die zu bewegenden Massen nicht zu hoch sind. Bei kurzen

Verstellwegen bietet er keine Vorteile. Ein direkter Linearantrieb für die großen zu bewegenden Massen einer Universalrund-/ Unrundschleifmaschine wird zu schwer und erfordert eine hohe Antriebsleistung; dazu ergeben sich Probleme mit seiner Kühlung, die weiteren Aufwand erfordern. Bei ungenügender Kühlung stellen sich Präzisionsverluste durch Verformung von Bauteilen ein.

In dem aus dem Jahre 1983 stammenden und 1985 veröffentlichten JP-

Abstract 60034206 A war eine Vorrichtung zum Rundschleifen vorgeschlagen worden, bei der auf dem Maschinenbett ein Tisch von Hand mittels eines Zahnstangentriebes verfahrbar ist; der Tisch trägt seinerseits einen weiteren Tisch mit einem Schleifspindelstock, wobei dieser weitere Tisch und der Schleifspindelstock auf das Werkstück zu und von ihm weg bewegt werden sollen. Der Veröffentlichung lässt sich nicht entnehmen, wie die Gesamtanordnung der bekannten Schleifvorrichtung beschaffen sein soll, weil die Beschreibung und Darstellung kurz und unvollständig ist. Ein Aufbau nach Art einer modernen Rund-/ Unrundschleifmaschine mit der Forderung nach einem hochgenauen Positionieren in Richtung der Z-Achse liegt jedenfalls nicht vor.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zu Grunde, eine Schleifmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der auch große und schwere Schleifspindelstöcke mit hoher Beschleunigung und über Maschinenlängen von beispielsweise 1000 bis 5000 mm oder mehr in Richtung der Z-Achse hochgenau positioniert werden können, Vibrationen während des Schleifvorganges konstruktionsbedingt gering gehalten sind und zudem die Wirtschaftlichkeit von Herstellung, Wartung und Betrieb gewährleistet ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit der Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1.

Gemäß der Erfindung wird der Kreuzschlitten zur hochgenauen Positionierung in Richtung der Z-Achse auf dem Maschinenbett geführt und in dieser Richtung durch einen Verschiebeantrieb angetrieben. Indem der Verschiebeantrieb durch den Eingriff von Zahnrädern in eine Zahnstange erfolgt, die an dem Maschinenbett befestigt ist, ergibt sich zunächst der Vorteil, dass die Zahnstange über ihre gesamte Länge ununterbrochen auf dem Maschinenbett abgestützt wird. Die Zahnstange selbst muss dabei keineswegs besonders massiv ausgebildet sein, wird jedoch durch die durchgängige Abstützung am Maschinenbett sehr stabil und gegen Durchbiegung vollkommen unempfindlich. Die paarweise angeordneten Zahnräder sind an dem Kreuzschlitten gelagert und angetrieben, so dass sich der Kreuzschlitten wie ein Fahrzeug entlang der Zahnstange auf dem Maschinenbett selbst antreibt. Es ergibt sich dadurch eine sehr kurze Drehmomentübertragung von den angetriebenen Zahnrädern auf das Maschinenbett. Die Drehmomentübertragung bleibt stets dieselbe, unabhängig davon, wo sich der Kreuzschlitten gerade auf dem Maschinenbett befindet. Auch das zum Antrieb erforderliche Drehmoment ist unabhängig von der jeweiligen Stellung des Kreuzschlittens an der Zahnstange. Für eine bestimmte Baureihe mit unterschiedlicher Länge des Maschinenbettes ergibt sich dadurch der Vorteil, dass der Kreuzschlitten und sein Antrieb für jede Maschinenlänge derselbe sein kann. Der Aufbau einer Maschinenreihe nach dem Baukastensystem mit gleichartigen Einzelteilen wird dadurch wesentlich erleichtert.

Bei Universal-Rund-/Unrundschleifmaschinen mit zwei voneinander unabhängig verfahrbaren Kreuzschlitten ergibt sich der weitere Vorteil, dass beide Kreuzschlitten nahezu über die gesamte Maschinenlänge verfahren werden können, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen. Die durchgängig abgestützte und dadurch schwingungsfreie Zahnstange macht es nämlich möglich, dass auf beiden Kreuzschlitten zeitgleich unterschiedliche Schleifvorgänge erfolgen können, ohne dass eine schädliche Übertragung von Vibrationen zwischen beiden Kreuzschlitten erfolgt. Das gilt auch dann, wenn die Schleifspindeln beider Kreuzschlitten zeitgleich arbeiten und die Kreuzschlitten eine nahe benachbarte Stellung einnehmen. In jeder Position der Kreuzschlitten bleibt die Steifigkeit des Antriebs unverändert. Es ergibt sich ein geringer Leistungsbedarf trotz einer verhältnismäßig hohen Beschleunigung von maximal 4 m/s². Maschinenlängen von 3 bis 5 Metern mit einer durchgehenden Zahnstange lassen sich problemlos verwirklichen. Auch Ausführungen von bis zu 10 Meter Länge können bei entsprechend steifer Ausführung und sorgfältiger Dimensionierung in Betracht gezogen werden.

Die angestrebte hochgenaue Positionierung der Kreuzschlitten in Richtung der Z-Achse setzt allerdings einen möglichst spielfreien Eingriff der Zahnräder in die Zahnstange des Verschiebeantriebs voraus. Hierzu dient einmal die Schrägverzahnung der Zahnräder und der Zahnstange. Ihre Wirkung wird ergänzt durch die Anordnung von mindestens zwei Zahnrädern, die in dieselbe an dem Maschinenbett vorhandene Zahnstange eingreifen. Durch die Anordnung von zwei Zahnrädern kann etwa das doppelte Drehmoment übertragen werden wie mit nur einem Zahnrad. Vor allem aber werden die beiden Zahnräder des Paares mit unterschiedlichem Drehmoment angetrieben und zwar derart, dass sie gegen die Zahnstange verspannt sind. Die beiden Zahnräder pressen sich mit einer gewissen Verspannung gegen mindestens zwei Zahnflanken, womit das Eingriffsspiel vermieden wird und eine hochgenaue Positionierung möglich wird.

Das Zusammenwirken aller der aufgeführten Einzelmerkmale führt insgesamt zu dem beschriebenen vorteilhaften Ergebnis.

Es ist schon ausgeführt worden, dass die Vorteile des erfindungsgemäßen Zahnstangenantriebs mit allen seinen Einzelheiten sich vor allem beim Verfahren des Kreuzschlittens in Richtung der Z-Achse auswirken, weil dabei größere Weglängen zu bewältigen sind, bei denen andere Antriebssysteme Schwierigkeiten bereiten. Bei hohen Anforderungen an die Positioniergenauigkeit in X-Richtung ist es aber gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ohne weiteres möglich, dass auch in Richtung der ersten Vorschubachse (X) auf den Kreuzschlitten ein weiterer Verschiebeantrieb vorgesehen ist, der durch den Eingriff mindestens eines Paars von schräg verzahnten Zahnrädern in eine an dem Kreuzschlitten vorhandene Zahnstange mit Schrägverzahnung erfolgt, wobei die beiden Zahnräder des Paares an dem Schleifspindelstock gelagert und mit unterschiedlichem Drehmoment derart angetrieben sind, dass sie gegen die zugehörige Zahnstange verspannt sind. Eine derartige Anordnung von in gleicher Weise arbeitenden Antrieben an derselben Maschine eröffnet zudem weitere Möglichkeiten der konstruktiven Vereinfachung und Lagerhaltung.

Das Verspannen zwischen den an dem Kreuzschlitten gelagerten Zahnrädern und der Zahnstange kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung dadurch erfolgen, dass sich die beiden Zahnräder eines Paares in Richtung der Zahnstange im Abstand voneinander befinden und mit unterschiedlichen Zahnlücken der Zahnstange im Eingriff stehen. Diese Anordnung führt zu einem klaren Aufbau des Kreuzschlittens und des Schleifspindelstockes und ermöglicht einen Eingriff über die gesamte Breite der Zahnstange. Hierbei wird vorteilhaft jedes Zahnrad des Paares durch je einen elektrischen Antriebsmotor angetrieben, wobei die Verspannung der Zahnräder gegen die Zahnstange richtungsabhängig durch die elektrische Steuerung der Antriebsmotoren erfolgt. Die Ausführung erfolgt dabei derart, dass immer nur ein Antriebsmotor für die Positionierung maßgeblich ist, wobei dieser, der sogenannte Hauptmotor, in die Steuerung einbezogen ist. Über die elektrische Steuerung ist es möglich, an einem der beiden Antriebsmotoren ein zusätzliches Drehmoment zu erzeugen, das zur Verspannung der Zahnstange zwischen den Zahnrädern führt.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird jedes der Zahnräder durch eine eigene Motorgetriebeeinheit angetrieben, wobei in besonders vorteilhafter Weise Winkelgetriebe gewählt werden können und die Achse des Antriebsmotors und die des Zahnrades im rechten Winkel zueinander angeordnet sind. Der Einbau der Motorgetriebeeinheit erfolgt dann mit lotrechter Achse des Zahnrades. Hierbei ergibt sich eine kompakte Bauweise auf dem Kreuzschlitten. Das Winkelgetriebe kann beispielsweise zusätzlich als Planetengetriebe ausgebildet sein, in jedem Fall als Untersetzungsgetriebe wirken, wodurch Antriebsleistung eingespart wird.

Es gibt jedoch nicht nur die bisher erläuterte Möglichkeit, die beiden Zahnräder des Paares in Richtung der Zahnstange im Abstand voneinander anzuordnen. Eine wahlweise gleichfalls mögliche Ausgestaltung kann darin bestehen, dass die beiden angetriebenen Zahnräder des Paares gleichachsig angeordnet sind, in dieselbe Zahnlücke der Zahnstange eingreifen und in ihrer Drehrichtung hydraulisch, elektrisch oder durch Federn gegeneinander verspannt sind.

Die an dem Maschinenbett vorhandene Zahnstange wird vorteilhaft aus Einzelabschnitten zusammengesetzt und in einer Ausnehmung des Maschinenbettes eingesetzt. Das eröffnet die Möglichkeit einer leichteren Montage. Die Einzelabschnitte der Zahnstange werden einzeln mit Passstiften und mittels besonderer Lehren an dem Maschinenbett befestigt und aneinandergefügt. Dadurch ergibt sich eine Genauigkeit der Zahnflanken, die der einer durchgehenden Zahnstange gleichwertig ist. Sogleich kann aber auch einfacher Ausbau erfolgen, indem bei einem Austausch oder bei Reparaturarbeiten die Einzelabschnitte einzeln aus der Maschine herausgenommen und ersetzt werden. Bei einem Antrieb mit durchgehender Spindel muss dagegen für einen unproblematischen Austausch neben der Maschine zumindest noch einmal eine Kugelgewindespindellänge als freier Raum zur Verfügung stehen.

Vorteilhaft wird der Kreuzschlitten der erfindungsgemäßen Universal-Rund- /Unrundschleifmaschine auf zwei Führungsschienen an dem Maschinenbett abgestützt und geführt, die sich im Abstand voneinander befinden und zwischen denen die Zahnstange für den Verschiebeantrieb des Kreuzschlittens angeordnet ist. Auf diese Weise wird eine massive Ausführung des Maschinenbettes sowohl für den Antrieb durch die Zahnstange als auch für die Führung des Kreuzschlittens in Richtung der Z- Achse mit hervorragender Steifigkeit auch in der X-Achse ausgenutzt.

Am stärksten kommen die Möglichkeiten der erfindungsgemäßen Schleifmaschine zur Geltung, wenn gemäß einer besonderen Ausgestaltung zwei Kreuzschlitten vorgesehen werden, deren angetriebene Zahnräder mit derselben an dem Maschinenbett vorhandenen Zahnstange in Eingriff stehen. Da die baulichen Verhältnisse für den jeweiligen Verschiebeantrieb auf jedem Kreuzschlitten stets dieselben sind, unabhängig davon, an welcher Stelle der Maschine sich ein bestimmter Kreuzschlitten gerade befindet, erfolgt das hochgenaue Positionieren stets in derselben Weise, unabhängig von dem jeweiligen Standort der Kreuzschlitten auf der Schleifmaschine. Infolge der massiven Abstützung von Zahnstange und Führungsschienen an dem Maschinenbett ist es zudem ausgeschlossen, dass zwei gleichzeitig arbeitende Schleifscheiben sich gegenseitig nachteilig beeinflussen, selbst wenn ihre zugehörigen Kreuzschlitten sich nahe benachbart an beliebigen Stellen des Maschinenbettes befinden.

Die Vielseitigkeit der erfindungsgemäßen Schleifmaschine wird weiter dadurch erhöht, dass gemäß einer zusätzlichen wahlweise möglichen Ausgestaltung zumindest ein Schleifspindelstock auf seinem Kreuzschlitten zusätzlich um eine lotrechte Achse schwenkbar ist und mindestens zwei Schleifscheiben trägt. Es eröffnet sich hierbei die Möglichkeit, schnell zwischen unterschiedlichen Schleifaufgaben zu wechseln sowie auch beispielsweise Plan- und/oder Kegelflächen des Werkstückes zu bearbeiten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der Figuren 1 bis 5 noch näher erläutert. In den Figuren ist das Folgende dargestellt:

Fig.1 zeigt das bekannte Prinzip einer Universal-Rund-/ Unrundschleifmaschine.

Fig. 2 ist ein Schnitt durch den Kreuzschlitten einer erfindungsgemäßen Schleifmaschine mit Einzelheiten seines Verschiebeantriebs.

Fig.3 zeigt von einer erfindungsgemäßen Schleifmaschine den vollständigen Kreuzschlitten mit darauf befindlichem Schleifspindelkopf in perspektivischer Darstellung.

Fig.4 erläutert Einzelheiten des Verschiebeantriebs.

Fig. 5 enthält eine Ansicht von oben auf die erfindungsgemäße Schleifmaschine in der Ausführung mit zwei unabhängig voneinander positionierbaren Kreuzschlitten.

Fig. 6 zeigt schematisch einen Kreuzschlitten als Teilausschnitt von Fig. 5, jedoch mit Zahnstangen-/Zahnrad-Antrieb auch für den Schleifspindelstock.

Fig.1 zeigt in einer Ansicht von oben das aus dem Stand der Technik bekannte Prinzip einer Universal-Rund-/ Unrundschleifmaschine nach dem Stand der Technik. Auf einem Maschinenbett 1 befindet sich ein Schleiftisch 2, der die Spann- und Antriebseinrichtung für das Werkstück trägt. In der vorliegenden Darstellung besteht die Spann- und Antriebseinrichtung aus einem Werkstückspindelstock 3 mit einer Spitze 4 und einem Reitstock 5 mit Spitze 6. Zwischen den Spitzen 4 und 6 wird das Werkstück eingespannt und durch den Antriebsmotor 7 des Werkstückspindelstocks 3 rotierend angetrieben. Wenn ein Innenschleifen erfolgen soll, können Werkstückspindelstock 3 und Reitstock 4 durch eine Spannvorrichtung ersetzt werden, die das Werkstück nur an einer Seite einspannt. Der Doppelpfeil 8 kennzeichnet die Richtung der Z-Achse der Schleifmaschine, die in der Regel mit der gemeinsamen Längsachse der Spann- und Antriebsvorrichtung und damit auch mit der Längs- und Rotationsachse des zu schleifenden Werkstücks übereinstimmt. Der Schleiftisch 2 kann in Richtung der Z-Achse verfahrbar sein.

In Fig.1 ist weiter der Schleifspindelstock 9 dargestellt, der eine rotierende Schleifscheibe 10 trägt. Die Schleifscheibe 10 ist über einen Riementrieb 11 durch einen Antriebsmotor 12 angetrieben. Fig. 1 lässt weiter zwei senkrecht zueinander verlaufende Verschiebebahnen 15 und 16 erkennen. Der Schleifspindelstock ist dadurch sowohl in Richtung des Doppelpfeils 13 (Z- Achse) als auch in Richtung des Doppelpfeils 14 (X-Achse) linear verschiebbar.

Beim Längsschleifen zylindrischer Werkstücke dient die Bewegung des Schleifspindelstocks 9 in der X-Achse, also längs der ersten Verschiebebahn

15, der Zustellung, während der Längsvorschub durch Verschieben des Schleifspindelstocks 9 in der Z-Achse, also längs der zweiten Verschiebebahn

16, erfolgt. Durch die heute übliche CNC-Steuerung der Schleifmaschinen werden die Bewegung des Schleifspindelstocks 9 in der X- und die Rotation des Werkstückspindelstockes in der C-Achse zeitgleich aufeinander abgestimmt gesteuert, so dass auch unrunde Konturen, wie zum Beispiel Nocken an Nockenwellen, mit großer Genauigkeit und schnell geschliffen werden können.

Beim Schleifen von Werkstücken, deren axiale Erstreckung im Verhältnis zu ihren radialen Abmessungen groß ist, wie zum Beispiel Kurbel- und Nockenwellen, ergibt sich zwangsläufig, dass zum Positionieren der Schleifscheibe 10 in der zweiten Vorschubachse, also der Z-Achse, längere Wege zurückzulegen sind als zum Positionieren in der ersten Vorschubachse, also in der X-Achse, vgl. hierzu auch Fig. 5. Hinzu kommt noch, dass zum Zwecke einer wirtschaftlichen Fertigung mehrere Schleifscheiben gleichzeitig und unabhängig voneinander verschiedene Bereiche des Werkstücks bearbeiten sollen. Diese gleichzeitig erfolgenden Schleifvorgänge sollen sich gegenseitig nicht beeinflussen, also vor allem das Schleifergebnis nicht verschlechtern. Zur Beseitigung der sich hieraus ergebenden Probleme dient die Ausbildung des Kreuzschlittens mit dem besonderen Verschiebeantrieb an der erfindungsgemäßen Schleifmaschine.

Figur 2 veranschaulicht, wie der Verschiebeantrieb der erfindungsgemäßen Schleifmaschine zwischen dem Kreuzschlitten und dem Maschinenbett wirksam ist. Das Maschinenbett 20 der erfindungsgemäßen Schleifmaschine ist mit zwei nach oben gerichteten Gleitkufen oder Führungsschienen 21 und 22 ausgestattet. Über besondere Gleitbeläge 23, 24 dienen die Führungsschienen 21, 22 dazu, den Kreuzschlitten in Richtung der Z-Achse zu führen. Figur 2 ist ein Blick auf die Schleifmaschine in Richtung der Z- Achse, wobei der Kreuzschlitten 25 im Schnitt dargestellt ist. Es ist erkennbar, dass über die Ausbildung der Gleitbeläge 23, 24, die mit dem Kreuzschlitten 25 fest verbunden sind, die erste Führungsschiene 21 in Bezug auf die X- Achse als Loslager dient, während die zweite Führungsschiene 22 in dieser Hinsicht ein Festlager ist. Im laufenden Betrieb bewegt sich somit der Kreuzschlitten 25 senkrecht zur Zeichnungsebene und dient zur Führung des in Figur 2 nicht dargestellten Schleifspindelstocks. Zum Einhalten der genauen Position während des Schleifvorganges auch in Richtung der X-Achse muss die zweite Führungsschiene 22 in dieser Hinsicht als Festlager dienen. Der Kreuzschlitten trägt zwei Motorgetriebeeinheiten, von denen in Figur 2 nur die eine Motorgetriebeeinheit 26 zu erkennen ist. Sie besteht aus dem elektrischen Antriebsmotor 27, dem Winkelgetriebe 28 und einem nach unten sich erstreckenden Teil, der mit einem Befestigungsflansch 30 in einer Öffnung 29 des Kreuzschlittens 25 befestigt ist. Aus dem unteren Ende der Motorgetriebeeinheit 26 ragt ein Zahnrad oder Ritzel 31 heraus. Das Winkelgetriebe 28 dient als Untersetzungsgetriebe. Ersichtlich verläuft die Achse 32 des Zahnrades 31 senkrecht zu der Achse 36 des elektrischen Antriebsmotors 27. Im zusammengebauten Zustand ragt das Zahnrad 31 in eine Ausnehmung 33 des Maschinenbettes 20 hinein. Das Zahnrad 31 wirkt dort mit der Zahnstange 34 zusammen. Die Zahnstange 34 ist aus einzelnen Abschnitten zusammengesetzt, die mittels Befestigungsschrauben 35 in der Ausnehmung des Maschinenbettes befestigt werden. Einzelheiten der Befestigung sind aus der vergrößerten Einzelheit A zu erkennen. Es ist erkennbar, dass die Zahnstange so an dem Maschinenbett befestigt ist, dass deren Zähne 37 an der freien Seite von oben nach unten verlaufen. Die einzelnen Abschnitte werden mit Passstiften lagegenau in dem Maschinenbett fixiert. Das Aneinandersetzen der einzelnen Abschnitte erfolgt durch besondere Lehren, so dass eine größtmögliche Genauigkeit der Zahnteilung auch bei großer Maschinenlänge gewährleistet ist.

Figur 3 zeigt von der erfindungsgemäßen Schleifmaschine den vollständigen Kreuzschlitten 25 mit darauf befindlichem Schleifspindelstock 39 in einer räumlichen Darstellung schräg von oben. In Figur 3 sind von dem

Kreuzschlitten 25 die beiden Ausnehmungen mit den Gleitbelägen 23 und 24 zum Aufsetzen auf die Führungsschienen des Maschinenbettes gut erkennbar. Von dem Maschinenbett ist hier nur die Zahnstange 34 dargestellt. Neben der schon in Figur 2 dargestellten ersten Motorgetriebeeinheit 26 ist hier auch die zweite Motorgetriebeeinheit 26A deutlich dargestellt. Es wird verständlich, dass beide Zahnräder der Motorgetriebeeinheit 26, 26A in die

Zahnstange 34 eingreifen und bei ihrer Rotation ein Verschieben des

Kreuzschlittens 25 in Richtung des Doppelpfeils 38, also der Z-Achse bewirken.

Der Schleifspindelstock 39 ist in Richtung des Doppelpfeils 41 , also in der X- Achse, auf dem Kreuzschlitten 25 verschiebbar. Der Schleifspindelstock 39 trägt die bei 40 erkennbare Schleifscheibe.

Das hochgenaue Positionieren des Schleifspindelstocks 39 in der X-Richtung (Doppelpfeil 41) erfolgt hier durch eine Kugelgewindespindel, die bei der Bezugsziffer 42 verläuft und durch einen elektrischen Antriebsmotor 43 in Drehung versetzt wird. Genauso gut könnte der Schleifspindelstock 39 aber auch durch eine Doppelanordnung von angetriebenen Zahnrädern positioniert werden, die in eine weitere, auf dem Kreuzschlitten angebrachte Zahnstange eingreifen (vgl. Fig. 6). Die Führung des Schleifspindelstocks in Richtung X- Achse auf dem Kreuzschlitten 25 erfolgt durch zwei hydrostatische berührungsfreie Rundführungen 44 und 45. Figur 4 veranschaulicht, wie die beiden Motorgetriebeeinheiten 26 und 26A mit ihren Zahnrädern 31 , 31A auf die gemeinsame Zahnstange 34 einwirken. Die Darstellung soll hierbei lediglich das Prinzip verdeutlichen. Die dargestellte Tandem-Anordnung erfüllt einen doppelten Zweck: Zum einen wird durch die beiden Motorgetriebeeinheiten 26, 26A ein höheres Drehmoment zum Antrieb des Kreuzschlittens auf die Zahnstange aufgebracht. Die beiden Motorgetriebeeinheiten 26, 26A werden zudem mit ungleich großem Drehmoment angetrieben, indem z.B. der ersten Motorgetriebeeinheit 26 ein geringfügig größeres Drehmoment erteilt wird als der zweiten Motorgetriebeeinheit 26A. Dadurch kommt die Wirkung zustande, dass die Zahnstange 34 zwischen den rotierenden Zahnrädern 31 und 31A eingespannt wird. Es ergibt sich daher eine spielfreie Andruckwirkung an zumindest zwei Zahnflanken der Zahnstange 34. In Verbindung mit der Schrägverzahnung wird dadurch das angestrebte hochgenaue Positionieren erreicht. Hinsichtlich der Positionierung ist stets nur eine der beiden Motorgetriebeeinheiten, die sogenannte Haupteinheit maßgebend. Nur deren Stellungsanzeige wird für den Steuervorgang ausgewertet.

Zur Steigerung der Genauigkeit kann die Funktion der Haupteinheit auch mit der Bewegungsrichtung des Kreuzschlittens auf dem Maschinenbett wechseln.

Anstelle der in Figur 4 dargestellten Möglichkeit, die Antriebszahnräder 31 und 31A gegen die Zahnstange 34 zu verspannen, ist auch eine zeichnerisch nicht dargestellte Abwandlung möglich. Es können nämlich die beiden Zahnräder gleichachsig angeordnet werden, so dass ihre Zähne grundsätzlich in dieselbe Zahnlücke der Zahnstange eingreifen. Die beiden nebeneinander angeordneten Zahnräder werden in ihrer Drehrichtung hydraulisch, elektrisch oder durch Federn gegeneinander verspannt. Auf diese Weise ist gleichfalls ein spielfreier Eingriff der Zahnräder mit Anlage an zwei Zahnflanken der Zahnstange erreichbar.

In Figur 5 ist in einer Ansicht von oben eine erfindungsgemäße

Schleifmaschine gezeigt, bei der zwei Kreuzschlitten mit darauf befindlichen Schleifspindelstöcken auf einem gemeinsamen Maschinenbett angeordnet sind. Das Maschinenbett ist wieder mit 20 bezeichnet, während der Ort der Zahnstange mit der gestrichelten Linie 34 angedeutet ist. Die beiden Kreuzschlitten haben hier die Bezugsziffern 25 und 49. Auf dem Kreuzschlitten 25 ist ein Schleifspindelstock 39 und auf dem Kreuzschlitten 49 ein Schleifspindelstock 50 in Richtung seiner jeweiligen X-Achse (X₃₉ bzw. X₅₀) verfahrbar. Die Verfahrbarkeit der Kreuzschlitten in Richtung der Z-Achse ist mit Z₂₅ bzw. Z₄₉ angedeutet. Die dargestellte Maschine weist einen Werkstückspindelstock 46 und einen Reitstock 47 auf, zwischen denen eine Kurbelwelle 48 eingespannt ist. Werkstückspindelstock 46 und Reitstock 47 sind beide mit Drehantrieben versehen, wobei die Drehachsen mit Ci und C₂ hervorgehoben sind. Die Schleifscheiben 40 bzw. 51 der Schleifspindelstöcke 39 bzw. 50 befinden sich in der dargestellten Situation etwa im Bereich des Werkstückspindelstocks 46 bzw. des Reitstocks 47. Es wird erkennbar, dass beide Schleifscheiben 40, 51 über die gesamte Länge der eingespannten Kurbelwelle 48 verfahren werden können. Dadurch können unabhängig voneinander unterschiedliche Schleifvorgänge an der eingespannten Kurbelwelle 48 gleichzeitig vorgenommen werden.

Da die beiden Kreuzschlitten sicher und massiv auf den Führungsschienen (in Figur 5 nicht sichtbar) geführt und abgestützt sind, ist es weitgehend ausgeschlossen, dass schädliche Vibrationen des einen Schleifvorganges den anderen Schleifvorgang nachteilig beeinflussen. Der von den Kreuzschlitten ausgehende Antrieb über die Zahnräder auf die Zahnstange wirkt stets in derselben Weise, unabhängig von der jeweiligen Stellung des Kreuzschlittens auf dem Maschinenbett.

Fig. 6 zeigt einen Teilausschnitt aus Fig. 5, bei welchem eine Zahnstange 52 zum Antrieb mittels weiterer Motorgetriebeeinheiten 53, 53A des Schleifspindelstockes 39 in X-Richtung (dargestellt als X39) gezeigt wird. Der bereits oben beschriebene Antrieb des Kreuzschlittens 25 mittels Zahnstange und Zahnrad in Z-Richtung ist durch den Doppelpfeil Z25 angedeutet. Diese Ausführung kann auch beim zweiten Kreuzschlitten 49 vorgesehen sein. Liste der Bezuqsziffern

1 Maschinenbett

2 Schleiftisch

3 Werkstückspindelstock

4 Spitze

5 Reitstock

6 Spitze

7 Antriebsmotor

8 Doppelpfeil (Z-Achse)

9 Schleifspindelstock

10 Schleifscheibe

11 Riementrieb

12 Antriebsmotor

13 Doppelpfeil (Z-Achse)

14 Doppelpfeil (X-Achse)

15 erste Verschiebebahn

16 zweite Verschiebebahn

20 Maschinenbett

21 erste Gleitkufe oder Führungsschiene

22 zweite Gleitkufe oder Führungsschiene

23 Gleitbelag

24 Gleitbelag

25 Kreuzschlitten

26 erste Motorgetriebeeinheit

26A zweite Motorgetriebeeinheit

27 elektrischer Antriebsmotor

28 Winkelgetriebe

29 Öffnung im Kreuzschlitten

30 Befestigungsflansch

31. 31A Zahnrad 32 Achse des Zahnrades

33 Ausnehmung im Maschinenbett

34 Zahnstange

35 Befestigungsschraube 36 Achse des elektrischen Antriebsmotors

37 Zähne der Zahnstange

38 Doppelpfeil

39 Schleifspindelstock

40 Schleifscheibe 41 Doppelpfeil

42 Kugelgewindespindel

43 elektrischer Antriebsmotor für den Schleifspindelstock

44 Rundführung

45 Rundführung 46 Werkstückspindelstock

47 Reitstock

48 Kurbelwelle

49 Kreuzschlitten

50 Schleifspindelstock 51 Schleifscheibe

52 Zahnstange

53, 53A Motorgetriebeeinheit

Claims

Ansprüche

1. Schleifmaschine nach Art einer Universal-Rund-/ Unrundschleifmaschine, mit einem Maschinenbett, das eine Spann- und Antriebsvorrichtung zur rotierend angetriebenen Aufnahme eines Werkstücks sowie einen Kreuzschlitten aufweist, mit mindestens einem auf dem Kreuzschlitten angeordneten Schleifspindelstock zum Rotationsantrieb mindestens einer auf dem Schleifspindelstock gelagerten Schleifscheibe, wobei der Schleifspindelstock durch den Kreuzschlitten gegenüber dem Maschinenbett in Richtung von zwei Vorschubachsen (X, Z) gesteuert beweglich ist, von denen die erste Vorschubachse (X) senkrecht und die zweite Vorschubachse (Z) parallel zu der Rotationsachse der Spann- und Antriebsvorrichtung verläuft, mit einer CNC-Steuereinrichtung zum gesteuerten Ablauf der beiden Bewegungen, mit einem Verschiebeantrieb zur hochgenauen Positionierung des in Richtung der zweiten Vorschubachse (Z) auf dem Maschinenbett (20) geführten Kreuzschlittens (25), und mit Ausbildung des Verschiebeantriebs durch den Eingriff mindestens eines Paars von schräg verzahnten Zahnrädern (31 , 31A) in eine an dem Maschinenbett (20) vorhandene Zahnstange (34) mit Schrägverzahnung, wobei die beiden Zahnräder (31 , 31 A) des Paares an dem Kreuzschlitten (25) gelagert und mit unterschiedlichem Drehmoment derart angetrieben sind, dass sie gegen die Zahnstange (34) verspannt sind, und wobei der Schleifspindelstock (39) in Richtung der ersten Vorschubachse (X) auf dem Kreuzschlitten (25) geführt und gesteuert angetrieben ist.

2. Schleifmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur hochgenauen Positionierung des Schleifspindelstockes in Richtung der ersten Vorschubachse (X) auf dem Kreuzschlitten ein weiterer Verschiebeantrieb (53, 53A) vorgesehen ist, der durch den Eingriff mindestens eines Paars von schräg verzahnten Zahnrädern in eine an dem Kreuzschlitten vorhandene Zahnstange (52) mit Schrägverzahnung erfolgt, wobei die beiden Zahnräder des Paares an dem Schleifspindelstock gelagert und mit unterschiedlichem Drehmoment derart angetrieben sind, dass sie gegen die zugehörige Zahnstange (52) verspannt sind.

3. Schleifmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die beiden Zahnräder (31 , 31 A) des Paares in Richtung der Zahnstange (34) im Abstand voneinander befinden und mit unterschiedlichen Zahnlücken der Zahnstange (34) im Eingriff stehen.

4. Schleifmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Zahnrad (31 , 31A) des Paares durch je einen elektrischen Antriebsmotor (27) angetrieben ist, wobei die Verspannung der Zahnräder (31 , 31 A) gegen die Zahnstange richtungsabhängig durch die elektrische Steuerung der Antriebsmotoren (27) erfolgt.

5. Schleifmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, das jedes der Zahnräder (31 , 31 A) durch eine Motorgetriebeeinheit (26, 26A) angetrieben ist.

6. Schleifmaschine nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Motorgetriebeeinheiten mit Winkelgetrieben (28), wobei die Achse (36) des Antriebsmotors (27) und die des Zahnrades (31) im rechten Winkel zueinander angeordnet sind und der Einbau der Motorgetriebeeinheit (26, 26A) mit lotrechter Achse (32) des Zahnrades (31 ) erfolgt.

7. Schleifmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden angetriebenen Zahnräder des Paares gleichachsig angeordnet sind, in dieselbe Zahnlücke der Zahnstange eingreifen und in ihrer Drehrichtung hydraulisch, elektrisch oder durch Federn gegeneinander verspannt sind.

8. Schleifmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die an dem Maschinenbett (20) vorhandene Zahnstange (34) aus Einzelabschnitten zusammengesetzt in eine Ausnehmung (33) des Maschinenbettes (20) eingesetzt ist.

9. Schleifmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreuzschlitten (25) auf zwei Führungsschienen (21 , 22) an dem Maschinenbett (20) abgestützt und geführt ist, die sich im Abstand voneinander befinden und zwischen denen die Zahnstange (34) für den Verschiebeantrieb des Kreuzschlittens (25) angeordnet ist.

10. Schleifmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Anordnung von zwei Kreuzschlitten (25, 49), deren jeweilige angetriebene Zahnräder (31 , 31 A) mit derselben an dem Maschinenbett vorhandenen Zahnstange (34) im Eingriff stehen.

11. Schleifmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Schleifspindelstock, der auf seinem Kreuzschlitten zusätzlich um eine lotrechte Achse schwenkbar ist und mindestens zwei Schleifscheiben trägt.