DD257782A1

DD257782A1 - Kegelradverzahnmaschine zum bearbeiten von kegelraedern mit beliebig gekruemmten flankenlinien

Info

Publication number: DD257782A1
Application number: DD30021287A
Authority: DD
Inventors: Gerhard Brandner
Original assignee: Werkzeugmaschinenbau Fz
Priority date: 1987-02-26
Filing date: 1987-02-26
Publication date: 1988-06-29

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kegelradverzahnmaschine zum Bearbeiten von Kegelraedern mit beliebig gekruemmten Flankenlinien insbesondere zum Fertigbearbeiten, unter Anwendung von Kreismesserkoepfen oder Topfschleifscheiben mit neigbarer Werkstueckachse. Die erfindungsgemaesse Loesung sieht vor, die Antriebe der Waelztrommel, des Radialschiebers und der Schwenktrommel durch je einen Stellmotor in Verbindung mit je einem Lagemesssystem vorzunehmen und durch die Verknuepfung dieser Antriebssysteme mit einer CNC-Steuerung den Rotationsmittelpunkt des Verzahnwerkzeuges in der Planradebene auf den Koordinaten eines in der Planradmitte errichteten Polarkoordinatensystems zu fuehren. Fig. 1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das Anwendungsgebiet der Erfindung erstreckt sich auf den Werkzeugmaschinenbau, insbesondere dem Bau von Verzahnmaschinen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Für das Verzahnen von Kegelrädern haben sich verschieden gestaltete Verzahnmaschinen herausgebildet, die sich in zwei große Gruppen einteilen lassen. Innerhalb der einen Gruppe gelangen Werkzeuge zum Einsatz, auf denen die Werkstückzahnlücken nach dem Prinzip des Einzelteilens bearbeitet werden. Die Flankenlinien verlaufen dabei gerade, spiralig oder kreisbogenförmig. Die einfache Form der Verzahnwerkzeuge erlaubt auch eine relativ einfache Feinbearbeitung, beispielsweise durch Schleifen mit topfförmigen Schleifkörpern. Innerhalb der anderen Gruppe erfolgt die Bearbeitung der Werkstückzahnlücken mit kontinuierlichen Verfahrensabläufen. Dazu sind kompliziertere Werkzeuge, wie Spiralmesserköpfe oder Kegelradwälzfräser erforderlich. Es werden Zahnflanken erzeugt, deren Flankenlinien beispielsweise nach Zykloiden, Epizikloiden oder Evolventen gekrümmt verlaufen. Die Feinbearbeitung dieser Zahnflanken gestaltet sich außerordentlich schwierig, da die Herstellung entsprechender Schleifkörper entweder technisch nicht möglich oder nur mit großem Aufwand unter Preisgabe der Abrichtgenauigkeit realisierbar ist.

Es wurde deshalb ein Verfahren vorgeschlagen, mit dem es möglich ist, vorverzahnte Kegelräder mit beliebig gekrümmten Zahnlängslinien, also insbesondere solche, die aus kontinuierlichen Herstellungsverfahren hervorgegangen sind, unter Verwendung eines Verzahnwerkzeugesfeinzubearbeiten, dessen wirksame Schneidkanten auf Kreisbögen umlaufen und die im Einzelteilverfahren jeweils innerhalb einer Zahnlücke zum Eingriff gelangen, wobei die Achse des Verzahnwerkzeuges gegenübe> dem Planrad geneigt ist. Verfahrensgemäß beschreibt dabei der Rotationsmittelpunkt des Verzahnwerkzeuges in der Planradebene eine Bahnkurve, welche zur Flankenlinie der jeweils zu bearbeitenden Zahnflanke eine Äquidistante darstellt. Gleichzeitig während der Bewegung des Rotationsmittelpunktes auf der Bahnkurve muß die geneigte Achse des Verzahnwerkzeuges eine Schwenkbewegung um eine senkrecht oder annähernd senkrecht zur Planradebene stehende Schwenkachse ausführen, so daß die Flankennormale in jedem Schnittpunkt der Flankenlinie mit der Wälzgeraden und die Achse des Verzahnwerkzeuges in einer gemeinsamen Ebene liegen.

Um dieses Verfahren durchführen zu können, sind maschinentechnisch mehrere Voraussetzungen bedingt, die von bekannten Kegelradmaschinen nur unvollkommen erfüllt werden.

Nach der DE-PS 11 22807; 49 d 5/02 ist eine Maschine zum Fräsen von Verzahnungen von Kegel- und Hyperboloidzahnrädern bekannt, bei der als Verzahnwerkzeug ein Kreismesserkopf benutzt wird, dessen Achse zur Planradebene mit Hilfe eines Schwenklagers neigbar ist, welches in einer von Hand einstellbaren Schwenktrommel Aufnahme findet, deren Achse senkrecht zur Planradebene verläuft und die in einem an der Stirnseite einer Wälztrommel in Längsführungen ebenfalls von Hand verstellbaren Radialschieber verdrehbar gelagert ist. Die Wälztrommel weist einen Schwenkantrieb auf, welcher mit dem Antrieb des Werkstückkegelrades zur Durchführung der Wälzbewegung drehzahlabhängig verknüpft ist. Auf dieser Maschine lassen sich die nach dem vorgeschlagenen Verfahren erforderlichen Neigungen und Verdrehungen der Werkzeugachse manuell einstellen.

Infolge der damit statisch festgelegten Ausgangspositionen ist eine weitere dynamische Gestaltung des Verfahrensablaufes nicht möglich. Der Rotationsmittelpunkt dos Verzahrwerkzeuges ist nur auf den eingestellten Planradradius bewegbar, läßt sich also nicht zusätzlich auf einer Bahnkurve in der Planradebene führen. Auch für die von der Bewegung des Rotationsmittelpunktes abhängige Schwenkbewegung der Werkzeugachse fehlen die notwendigen Antriebsmechanismen.

Bei einer bekannten Wälzfräsmaschine zum Verzahnen von Spiralkegelrädern, gemäß der DE-OS 1627359; B 23 F 9/10, ist an der Stirnseite der Wälztrommel als Träger des Verzahnwerkzeugesein schwenkbares Segment gelagert, dessen Achse parallel zur Achse der Wälztrommel in einem Abstand zu dieser verläuft. Das Segment wird in Abhängigkeit von der Drehung der Wälztrommel durch einen mechanischen Getriebezug verschwenkt, wodurch der Rotationsmittelpunkt des Verzahnwerkzeuges annähernd auf einem Planrad-Abschnitt bewegt wird, dessen Planradradius größer als der Radius eines normalerweise mit dieser Wälztrommel realisierbaren Planrades ausfällt. Der Rotationsmittelpunkt bewegt sich damit auf einem angenäherten Kreisbogen, der dem Planrad zugehört, so daß sich mit dieser Maschine eine zusätzliche Führung des Rotationsmittelpunktes auf einer beliebigen Bahnkurve nicht verwirklichen läßt. Eine Schwenkbewegung der Achse des Verzahnwerkzeuges ist nicht möglich und auch nicht beabsichtigt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, maschinen-und steuerungstechnische Voraussetzungen zur Durchführung eines Verfahrensablaufes zu schaffen, mit dem vorverzahnte Kegelräder mit beliebig gekrümmten Flankenlinien im Einzelteilverfahren unter Anwendung einfacher Fertigbearbeitungswerkzeuge mit kreisförmigen Schnittbewegungen feinbearbeitbar sind.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Mit der Erfindung sollen folgende Aufgaben gelöst werden:

— Schaffung von Antriebs- und Steuerungsverknüpfungen, die es ermöglichen, den Rotationsmittelpunkt des Verzahnwerkzeuges in der Planradebene zusätzlich zur Wälzbewegung auf einer beliebig gestalteten Bahnkurve zu führen und dabei gleichzeitig die zur Planradebene geneigte Achse des Verzahnwerkzeuges in Abhängigkeit von der Stellung des Rotationsmittelpunktes auf der Bahnkurve um eine senkrecht zur Planradebene stehende Schwenkachse zu verschwenken.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Verstellmechanismen für die Wälztrommel, den Radialschieber und der auf diesem gelagerten Schwenktrommel als Antrieb je einen Stellmotor in Verbindung mit je einem Lagemeßsystem aufweisen und daß die Lagemeßsysteme und die Stellmotoren mit einer CNC-Steuerung derart verbunden sind, daß der Rotationsmittelpunkt des Verzahnwerkzeuges vorzugsweise in der Planradebene in einem in der Planradmitte errichteten Polarkoordinatensystem auf einer Bahnkurve geführt wird und die geneigte Achse des Verzahnwerkzeuges in jedem Punkt der Bahnkurve eine zugeordnete Schwenklage in der Größe eines Schwenkwinkels aufweist, ausgehend vom Radiusvektor des Polarkoordinatensystems.

Die nach den Gesetzen der Verzahngeometrie berechneten Werte der Polarkoordinaten und des Schwenkwinkels der Werkzeugachse werden als Steuergrößen in die CNC-Steuerung eingegeben. Dabei ist die Bewegung des Rotationsmittelpunktes auf dem Radiusvektor zweckmäßigerweise eine Funktion des Verdrehwinkels der Wälztrommel und die Schwenkbewegung der Achse des Verzahnwerkzeuges um den Schwenkwinkel der Schwenktrommel ist ebenfalls eine Funktion des Verdrehwinkels der Wälztrommel oder eine Funktion der Bewegung des Rotationsmittelpunktes auf dem Radiusvektor im Verlauf der Längsführung des Radialschiebers

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind aus dem Ausführungsbeispiel ersichtlich.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: Die schematische Vorderansicht des Werkzeugträgers einer Kegelradschleifmaschine Fig.2: einen Schnitt nach Linie ll-ll, gemäß Fig. 1

Fig.3: einen Schnitt durch die Planradebene nach Linie Ill-Ill, gemäß Fig.2, mit Darstellung det verzahngeometrischen

Zusammenhänge, Fig.4: einen Schnitt nach Linie IV-IV, gemäß Fig.3.

Ohne Einschränkung bezüglich der Art des Verzahnwerkzeuges, ist dem Ausführungsbeispiel eine Kegelradschleifmaschine zugrunde gelegt, wobei es für das Verständnis der erfindungsgemäßen Merkmale genügt, den Werkzeugträger 1 einer solchen Maschine zu beschreiben. Im Werkzeugträger 1 ist drehbar eine Wälztrommel 2 gelagert, deren Achse 3 die Achse des Planrades4 darstellt. An der Stirnseite der Wälztrommel 1 sind Längsführungen 5 angebrachten denen ein Radialschieber 6 hin- und herbeweglich gelagert ist. Dieser Radialschieber 6 nimmt in einer Rundführung eine Schwenktrommel 7 auf, deren Schwenkachse 8 senkrecht zur Planradebene verläuft und deren Bewegungsbahn bei Verstellung des Radialschiebers 6 die Achse 3 der Wälztrommel 2 schneidet. Rechtwinklig zur Lage der Längsführung 5 ist in die Schwenktrommel 7 zur schwenk-und feststellbaren Aufnahme eines Schwenklagers 9 eine Schwenkführung 10 eingeordnet.

Die Schleifspindel 11 ist im Schwenklager 9 so angeordnet, daß ihre Achse 12 in allen geneigten Stellungen des Schwenklagers9 die Schwenkachse 8 im Rotationsmittelpunkt N des auf der Schleifspindel 11 befestigten Schleifkörpers 13 schneidet.

Der Antrieb der Wälztrommel 2 erfolgt durch einen Stellmotor 14, dem ein Lagemeßsystem 15 zugeordnet ist, über eine Schnecke 16 und ein Schneckenrad 17.

Zur Längsbewegung des Radialschiebers 6 ist ein Stellmotor 18 vorgesehen, dem ein Lagemeßsystem 19 zugeordnet ist, wobei als Verstellmechanismen eine Gewindespindel 20 und eine Spindelmutter 21 dienen.

Für die Schwenkbewegung der Schwenktrommel 7 ist am Radialsehieber 6 ein Stellmotor 22 in Verbindung mit einem Lagemeßsystem 23 angeordnet, wobei als Verstellmechanismen eine Schnecke 24 und ein Schneckenrad 25 an der Schwenktrommel 7 vorgesehen sind.

Zum Antrieb des Schleifkörpers 13 ist am Schwenklager 9 ein Schleifmotor 26 angebracht.

Die Lagemeßsysteme 15; 19; 23 und die Stellmotoren 14; 18; 22 sind mit einer CNC-Steuerung derart verbunden, daß der Rotationsmittelpunkt N des Schleifkörpers 13 in der Planradebene in einem in der Planradmitte 0 errichteten Polarkoordinatensystem ψ; (Rauf einer Bahnkurve geführt wird (dabei bezeichnet ψ den Verdrehwinkel des Radiusvektorsftder durch die Bewegungsbahn der Schwenkachse 8 der Schwenktrommel 7 bei Verstellung des-Radialschiebers 6 gegeben ist) und gleichzeitig die um den Neigungswinkel γ geneigte Achse 12 des Schleifkörpers 13 in jedem Punkt der Bahnkurve eine zugeordnete Schwenklage in der Größe eines Schwenkwinkels κ aufweist, ausgehend vom Richtungsvektor (Ftdes Polarkoordinatensystems ψ; (R..

Nach den Gestaltungsmerkmalen der Erfindung, in Verbindung mit den steuerungstechnischen Angaben zur Wirkverbindung der Stellmotoren und Meßsysteme bewirkt eine Verdrehung der Wälztrommel 2 um den Verdrehwinkel ψ eine abhängige Verschiebung des Radialschiebers 6 und damit des Rotationsmittelpunktes N entlang dem RadiusvektorRum ein bestimmtes Maß, so daß der Rotationsmittelpunkt N auf der gewollten Bahnkurve geführt wird.

Dazu erfolgt die Ansteuerung des Stellmotors 18 vom Lagemeßsystem 15, von dem aus auch der Stellmotor 22 angesteuert ist, welcher die Verdrehung der Schwenktrommel 7 um den Schwenkwinkel κ bewirkt und somit die abhängige Schwenkung der

Achse 12 der Schleifspindel 11 verursacht. ~ "

Anhand Fig. 3 ist ersichtlich, wie das vorgeschlagene Verfahren zum Fertigbearbeiten vorverzahnter Kegelräder mit beliebig gekrümmten Flankenlinien auf der erfindungsgemäßen Kegelradverzahnmaschine durchführbar ist.

Als Beispiel für die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Kegelradmaschine dient ein Kegelrad mit vorverzahnten Zahnlücken, die in einem kontinuierlichen Wälzverfahren hergestellt wurden, wobei die Flankenlinien nach Evolventen gekrümmt verlaufen. Als Verzahnwerkzeug für die Fertigbearbeitung ist ein topfförmiger Schleifkörper 13 mit Zahnstangenprofil vorgesehen.

Das der Erzeugung der Verzahnung zugrunde gelegte Planrad 4 ist durch die Kreise 27; 28 begrenzt. Die Flankenlinien 29; 30 der Zahnlücke 31 sind erweiterte Evolventen, wie sie üblicherweise durch ein entsprechendes Wälzfräsverfahren entstehen.

Der Grundkreis 32 dient zur Beschreibung der Flankenlinie 29 der konkaven Flanke und auch der Flankenlinie 30 der konvexen Flanke. Der Schleifkörper 13 greift in die Zahnlücke 31 ein. Die Durchmesser des Schleifkörpers 13 und die Neigung seiner Achse 12 zur Planradebene um den Neigungswinkel γ sind so bemessen, daß der wirksame Radius CM der Schnittkurve KCJ am Schleifkörper 13 gleich oder kleiner ist als der kleinste Radius der konkaven Flankenlinie 29 und der wirksame Radius TQ gleich oder größer als der größte Radius der konvexen Flankenlinie 30. Zur Bestimmung dieser Radien wurden nicht die Punkte D; E und G; H der Flankenlinien 29; 30 herangezogen, sondern außerhalb des Planrades 4 liegende Punkte B; F und PL, da aufgrund der Profilüberdeckung der Verzahnung der Schleifkörper 13 auch außerhalb der Flanken linien 29; 30 im Eingriff mit den Flanken ist.

Demzufolge hat der Krümmungsradius der Evolvente am Punkt B die Größe BM und am Punkt F die Größe FS. Die Punkte F und L liegen gemeinsam auf dem Hilfskreis 33 und entsprechend die Punkte B und P auf dem Hilfskreis 34.

Die evolventenförmigen Flankenlinien 29; 30 entstehen dadurch, daß die Gerade CQ auf dem Grundkreis 32 abrollt, wobei der Punkt C die Evolvente der Flankenlinie 29 beschreibt. Bei dieser Abrollbewegung der Geraden CQ beschreibt jeder Punkt dieser Geraden zu den Punkten der Evolvente zugehörige äquidistante Punkte, so daß alle Punkte der Geraden CQ im mathematischen Sinne Äquidistanten zur entsprechenden Evolvente beschreiben. Wird die Evolvente vom Punkt B nach F durchfahren, dann wandert der Punkt M längs der Kurve 35 nach M' und der Rotationsmittelpunkt N über N" nach N'. Beide Kurvenzüge bestehen aus äquidistanten Punkten, die zu den entsprechenden Punkten der Kuve BF gehören. Der Rotationsmittelpunkt N ist der Bezugspunkt um den die Achse 12 des Schleifkörpers 13 um den Neigungswinkel γ durch Einstellung des Schwenklagers 9 geneigt wird. In Fig. 2 und 4 liegt dieser Bezugspunkt in der Planradebene QC.

Der Rotationsmittelpunkt N bestimmt den Abstand von der Planradmitte 0 welcher der Größe der PolarkoordinateRentspricht und dient zur Bestimmung der äquidistanten Bahnkurve N-N "-N', die während der Bearbeitung der konkaven Flankenlinie 29 abgefahren wird.

In der Planradmitte 0, die mit der Achse der Wälztrommel 2 dort übereinstimmt, wo diese die Planradebene QC durchdringt, ist das Polarkoordinatensystem errichtet, dem als Polarkoordinaten der RadiusvektorHund der Verdrehwinkel ψ der Wälztrommel zugehören. Diese Polarkoordinaten ψ; Rlassen sich anhand der Winkel ρ und δ aus dem veränderlichen Dreieck OCN leicht errechnen und dienen als Grundlage für die Bahnsteuerung des Rotationsmittelpunktes N.

Die zweite.Bedingung des auszuführenden Verfahrens besteht darin, daß die Flankennormale CM in jedem Schnittpunkt der Flankenlinien 29; 30 mit der Wälzgeraden OY die Achse 12 des Schleifkörpers 13 im Punkt M trifft.

Um diese Bedingung einzuhalten, führt die Achse 12 des Schleifkörpers 13 während der Bewegung des Rotationsmittelpunktes N auf der Bahnkurve N—N"-N' eine Schwenkbewegung um eine senkrecht oder annähernd senkrecht zur Planradebene QC stehende Schwenkachse aus, die mit der Schwenkachse 8 der Schwenktrommel 7 identisch ist und die Planradebene im Rotationsmittelpunkt N durchdringt. Die Größe dieser Schwenkbewegung ist ausgehend vom RadiusvektonRdurch den Schwenkwinkel κ gekennzeichnet, der sich als abhängige Größe aus der Momentanpol I age des Rotationsmittel punktes N auf der Bahnkurve N-N''-Ν' ergibt und durch die Schwenkbewegung der Schwenktrommel 7 realisiert wird.

Die Wirkungsweise der erfingungsgemäßen Maschine ermöglicht somit die Durchführung eines produktiven Feinbearbeitungsverfahrens, bei dem beliebig gekrümmte Zahnlängslinien (Flankenlinien) ein Einzelteilverfahren mit Kreismesserköpfen oder topfförmigen Schleifkörpern bearbeitbar sind.

Diese Wirkungsweise ist nachstehend zur besseren Übersicht stichwortartig zusammengefaßt:

— Walzen der konkaven Zahnflanke entlang der Flankenlinie 29 von Punkt B nach F.

— dabei Führung des Rotationsmittelpunktes N bezogen auf die Planradebene auf der Bahnkurve N-N''-Ν'durch Verdrehen der Wälztrommel 2 um den Verdrehwinkel ψ und Verfahren des Radialschiebers 6 entlang dem Radiusvektor (FL.

— gleichzeitiges Ausführen der Schwenkbewegung der Achse 12 des Schleifkörpers 13 um die Schwenkachse 8 um den jedem Bahnpunkt zugeordneten Schwenkwinkel κ durch abhängiges Schwenken der Schwenktrommel 7.

Die Bearbeitung der konvexen Flankenlinie 30 erfolgt in analoger Weise nach Vornahme der Spielauslage im Rückwälzen.

Claims

1. Kegelradverzahnmaschine zum Bearbeiten von Kegelrädern mit beliebig gekrümmten Flankenlinien, mit einem Verzahnwerkzeug, dessen Achse zur Planradebene mit Hilfe eines Schwenklagers neigbar ist, welches in einer Schwenktrommel Aufnahme findet, deren Schwenkachse senkrecht zur Planradebene verläuft und die in einem an der Stirnseite einer Wälztrommel in Längsführungen verschiebbaren Radialschieber verdrehbar gelagert ist, wobei die Wälztrommel einen Schwenkantrieb aufweist, welcher mit dem Antrieb des Werkstückkegelrades drehzahlabhängig verknüpft ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellmechanismen für die Wälztrommel (2), den Radialschieber (6) und der Schwenktrommel (7) als Antrieb je einen Stellmotor (14; 18; 22) in Verbindung mit je einem Lagemeßsystem (15; 19; 23) aufweisen und daß die Lagemeßsysteme (15; 19; 23) und die Stellmotoren (14; 18; 22) mit einer CNC-Steuerung derart verbunden sind, daß der Rotationsmittelpunkt (N) des Verzahn Werkzeuges (13) vorzugsweise in der Planradebene in einem in der Planradmitte (0) errichteten Polarkoordinatensystem (ψ; (R) auf einer Bahnkurve geführt wird und die geneigte Achse (12) des Verzahnwerkzeuges (13) in jedem Punkt der Bahnkurve eine zugeordnete Schwenklage in der Größe eines Schwenkwinkels (κ) aufweist, ausgehend vom Radiusvektor (R) des Polarkoordinatensystems (ψ; H).

Hierzu 4 Seiten Zeichnungen