DE102007015357B4 - Process and device for gear cutting of workpieces by skiving and associated cutting device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verzahnen von Werkstücken mit einer ein Spannfutter (16) für das Werkstück (14) aufweisenden, Werkzeugspindel (12), mit einer ein zahnradförmiges Schneidrad (3) tragenden Werkzeugspindel (1) und mit einer Steuereinrichtung (24), mit der zwei Spindelmotoren (2,13) derart ansteuerbar sind, dass sie in einem festen Drehzahlverhältnis zueinander drehen, wobei die Drehachse (4) der Werkzeugspindel (1) in einem Achskreuzwinkel (α) geneigt schiefwinklig zur Drehachse (15) der Werkstückspindel (12) verläuft, die Zustellung in Radialrichtung (Y) zur Werkstückspindelachse (15) und der Vorschub in Axialrichtung (X) zur Werkstückspindelachse (15) erfolgt, wobei zum Verzahnen eines geradverzahnten Werkstücks (14) das Schneidrad (3) entsprechend dem Achskreuzwinkel (α) geneigt zu seiner Drehachse (4) verlaufende Schneidzähne (6) aufweist, die an ihrer Stirnseite (7) im Treppenschliff gefertigte Schneidkanten (8, 9) aufweisen, die im Wesentlichen in der Drehebene des Werkstücks (14) verlaufen. Es wird vorgeschlagen, dass die Drehzahl der Werkzeugspindel (1) dem ein- oder ganzzahligen Mehrfachen der Werkstückspindel (12) entspricht und zumindest eine Lücke (11) zwischen den Schneidzähnen (6) größer ist als die übrigen Lücken (10).The invention relates to a device and a method for gear cutting of workpieces with a tool spindle (12) having a chuck (16) for the workpiece (14), with a tool spindle (1) carrying a gear-shaped cutting wheel (3) and with a control device ( 24), with which two spindle motors (2,13) can be controlled in such a way that they rotate at a fixed speed ratio to one another, the axis of rotation (4) of the tool spindle (1) being inclined at an oblique angle (α) to the axis of rotation (15) of the The workpiece spindle (12) runs, the infeed takes place in the radial direction (Y) to the workpiece spindle axis (15) and the feed in the axial direction (X) to the workpiece spindle axis (15), with the cutting wheel (3) corresponding to the axis intersection angle for toothing a straight-toothed workpiece (14). (α) has cutting teeth (6) which run inclined to its axis of rotation (4) and which have step-cut cutting edges (8, 9) on their end face (7) which essentially tlichen in the plane of rotation of the workpiece (14). It is proposed that the speed of the tool spindle (1) corresponds to the single or integer multiple of the workpiece spindle (12) and that at least one gap (11) between the cutting teeth (6) is larger than the other gaps (10).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verzahnen von Werkstücken mit einer ein Spannfutter für das Werkstück aufweisenden, von einem elektrischen Werkstückspindelmotor drehantreibbaren Werkzeugspindel, mit einer ein zahnradförmiges Schneidrad tragenden, von einem elektrischen Werkzeugspindelmotor drehantreibbaren Werkzeugspindel und mit einer Steuereinrichtung, mit der die beiden Spindelmotoren derart ansteuerbar sind, dass sie in einem festen Drehzahlverhältnis zueinander drehen, wobei die Drehachse der Werkzeugspindel in einem Achskreuzwinkel geneigt schiefwinklig zur Drehachse der Werkstückspindel verläuft, die Zustellung in Radialrichtung zur Werkstückspindelachse und der Vorschub in Axialrichtung zur Werkstückspindelachse erfolgt, wobei zum Verzahnen eines geradverzahnten Werkstücks das Schneidrad entsprechend dem Achskreuzwinkel geneigt zu seiner Drehachse verlaufende Schneidzähne aufweist, die an ihrer Stirnseite im Treppenschliff gefertigte Schneidkanten aufweisen, die im Wesentlichen in der Drehebene des Werkstücks verlaufen.The invention relates to a method and a device for gear cutting of workpieces with a tool spindle that has a chuck for the workpiece and can be driven in rotation by an electric workpiece spindle motor, with a tool spindle that carries a gear-shaped cutting wheel and can be driven in rotation by an electric tool spindle motor, and with a control device with which the two Spindle motors can be controlled in such a way that they rotate at a fixed speed ratio to one another, with the axis of rotation of the tool spindle running at an oblique angle to the axis of rotation of the workpiece spindle, the infeed in the radial direction to the axis of the workpiece spindle and the feed in the axial direction to the axis of the workpiece spindle, with a straight-toothed tooth being used for toothing Workpiece, the cutting wheel has cutting teeth running inclined to its axis of rotation according to the cross-axis angle, the cutting edges made in stepped grinding on their front side have, which run essentially in the plane of rotation of the workpiece.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Schneidrad für eine Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, wobei das Schneidrad um einen Winkel geneigt zu seiner Drehachse verlaufende Schneidzähne aufweist, die an ihrer Stirnseite im Treppenschliff gefertigte Schneidkanten aufweisen, die in einer Ebene liegen, die im Wesentlichen senkrecht zur Zahnerstreckung verläuft.The invention also relates to a cutting wheel for a device according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, wherein the cutting wheel has cutting teeth running inclined at an angle to its axis of rotation, which have cutting edges on their face side that are made with step grinding and lie in one plane , which runs essentially perpendicular to the tooth extension.
Die nicht vorveröffentlichte
Aus der
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen anzugeben, mit denen innen- oder außenverzahnte Zahnräder gefertigt werden können, die einen oder mehrere Sperr- oder Blockzähne aufweisen.The invention is based on the object of specifying measures with which internally or externally toothed gears can be manufactured which have one or more ratchet or block teeth.
Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung, wobei jeder Anspruch grundsätzlich eine eigene Lösung der Aufgabe darstellt. The problem is solved by the invention specified in the claims, each claim fundamentally representing a separate solution to the problem.
Die Drehzahl der Werkzeugspindel soll dem ein- oder ganzzahligen Mehrfachen der Werkstückspindel entsprechen. Das Drehzahlverhältnis entspricht dem Verhältnis der Anzahl der Zähne von zu fertigendem Werkstück und Schneidrad. Diese Maßgabe hat zur Folge, dass ein Schneidzahn immer in dieselbe Lücke zwischen zwei Zähnen des Werkstückes tritt. Eine Zahnlücke zwischen zwei Schneidzähnen ist größer als die übrigen Lücken. Die Fläche dieser Lücke in der Querschnittsebene des Schneidrades ist größer als die Fläche der übrigen Lücken. Insbesondere ist der Grund der Zahnlücke in Umfangsrichtung länger als der Grund der übrigen Zahnlücken. Demzufolge wird mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zumindest ein Zahn gefertigt, der breiter ist als die übrigen Zähne. Die Querschnittsfläche dieses Zahnes ist größer als die Querschnittsfläche der übrigen Zähne und insbesondere ist bei diesem Zahn der Kopf in Umfangsrichtung länger als der Kopf der übrigen Zähne. Bei diesem Zahn handelt es sich um einen sogenannten Sperr- oder Blockierzahn. Die beiden Spindelmotoren besitzen einen Stator und einen Rotor. Der Stator des Werkzeugspindelmotors ist bevorzugt fest mit dem Maschinenbett derart verbunden, dass die Werkzeugspindelachse und die Werkstückspindelachse einen festgelegten Achskreuzwinkel von bevorzugt ca. 20° besitzen. Der Stator des Werkstückspindelmotors kann auf einem in einer Ebene verschieblich gelagerten Schlitten angeordnet sein. Dieser, einen Kreuztisch ausbildende Schlitten kann über zwei, bevorzugt vorgespannte Antriebe jeweils in Zustellrichtung und in Vorschubrichtung verlagert werden. Die Rotoren der beiden Spindelmotoren können die jeweiligen Abtriebsachsen, also somit auch das Werkstück und das Schneidrad direkt antreiben. Es sind keine Untersetzungsgetriebe oder Übersetzungsgetriebe erforderlich. Gleichwohl können die Spindelmotoren als Torque-Motoren ausgebildet sein, mit denen steife Drehzahlverhältnisse realisierbar sind. Die Motoren sind Einzelantriebe. Sie werden elektronisch miteinander synchronisiert. Hierzu dient eine elektronische Steuereinrichtung. Der Motor kann eine Ausgestaltung besitzen, wie sie in der
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1 in schematischer Darstellung die Draufsicht auf die wesentlichen Elemente der Werkzeugmaschine, -
2 eine Darstellung gemäß1 in einer Seitenansicht, -
3 das Schneidrad in der Seitenansicht, -
4 Schneidrad in der Unteransicht, -
5 einen Ausschnitt gemäß Linie V in4 und -
6 einen Ausschnitt auf die Stirnseite eines fertig verzahnten Werkstücks.
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1 a schematic representation of the top view of the essential elements of the machine tool, -
2 a representation according to1 in a side view, -
3 the cutting wheel in side view, -
4 cutting wheel in bottom view, -
5 a section according to line V in4 and -
6 a section on the face of a finished toothed workpiece.
Die im Ausführungsbeispiel dargestellte Vorrichtung ist dazu geeignet, innen- bzw. außenverzahnte Werkstücke 14 herzustellen. In der in den
Ein Zahn 22 ist verbreitert. Bei ihm verläuft eine Zahnflanke 21' ebenfalls schräg zum Radius. Die davon wegweisende Zahnflanke 21" verläuft dagegen im Wesentlichen auf einer Radialen, bildet also einen rechten Winkel zur Zahnkopffläche. Die Zahnlücke zu dem darauf folgenden Zahn 18 ist verkleinert. Sie ist kleiner als die Zahnlücken 19 zwischen den normalen Zähnen. Die auf einer Radialen verlaufenden Zahnflanke 21" des verbreiterten Zahnes 22 kann unter Ausbildung eines rechten Winkels in die Grundfläche der Zahnlücke übergehen, die sich zwischen der Zahnflanke 21" und der Zahnflanke 20' des benachbarten Zahnes 18 erstreckt. Die Kopflänge in der Umfangsrichtung des verbreiterten Zahnes 22 ist somit länger als die Kopflänge der übrigen Zähne. Auch die Querschnittsfläche des Zahnes 22 ist größer als die Querschnittsfläche eines benachbarten Zahnes 18.A
Bevorzugt werden Kupplungsräder von Schaltgetrieben für Kraftfahrzeuge derartig verzahnt. Sie sitzen in innenverzahnten Kupplungsringen, die eine Zahnlücke aufweisen, die verbreitert ist, und in die der verbreiterte Zahn des Kupplungsrades passt. Damit kann das Kupplungsrad nur in einer Winkelstellung dem Kupplungsring zugeordnet werden.Clutch wheels of manual transmissions for motor vehicles are preferably geared in this way. They sit in internally toothed clutch rings that have a tooth gap that is widened and into which the widened tooth of the clutch wheel fits. The coupling wheel can thus only be assigned to the coupling ring in one angular position.
Die Werkzeugmaschine besitzt zur Fertigung einer derartigen Verzahnung ein nicht dargestelltes Maschinenbett, welches den Stator eines Werkzeugspindelmotors 2 einer Werkzeugspindel 1 trägt. Bei dem Werkzeugspindelmotor 2 handelt es sich um einen Torque-Motor. Der Rotor dieses Torque-Motors bildet die Abtriebswelle 5. Untersetzungsgetriebe sind nicht vorgesehen. Auf der Abtriebswelle 5 sitzt das Schneidrad 3. Die Drehachse der Werkzeugspindel 1, also der Abtriebswelle 5 ist mit der Bezugsziffer 4 versehen.For the production of such gearing, the machine tool has a machine bed, not shown, which carries the stator of a
Das Schneidrad 3 besitzt eine Vielzahl von im Wesentlichen gleichmäßig in Umfangsrichtung um die Drehachse 4 angeordnete Schneidzähne 6. Die Schneidzähne 6 verlaufen schräg zur Drehachse 4. Es handelt sich um ein schrägverzahntes Schneidrad 3. Der Winkel, um den die Schneidzähne 6 gegenüber der Drehachse 4 versetzt angeordnet sind, entspricht dem Achskreuzwinkel α, auf den nachfolgend noch eingegangen wird. Beim Ausführungsbeispiel beträgt er 20°.The
Die Schneidzähne 6 besitzen eine Hüllfläche, die der eines Kegels entspricht. Es ergibt sich dadurch ein positiver Spanwinkel. Die Stirnfläche 7 eines jeden Schneidzahnes 6 verläuft in einer Ebene, die um den Winkel α, also dem Achskreuzwinkel geneigt zur Drehebene der Werkzeugspindeldrehachse 4 geneigt ist. Es ergibt sich somit eine treppenförmige Anordnung der einzelnen Stirnflächen 7. Die Stirnflächen 7 sind durch einen entsprechenden Treppenschliff gefertigt, wobei die Kante der Stirnfläche 7, die im Ausführungsbeispiel spitzwinklig gestaltet ist, eine Schneidkante ausbildet. Die Treppenstufen, die in Radialrichtung verlaufen, sind in der
Wie den
Das Maschinenbett trägt einen nicht dargestellten Kreuztisch. Dieser Kreuztisch ist mittels nicht dargestellter Einstellspindeln, die verspannt sein können und die von Torque-Motoren angetrieben werden, ist in einer Ebene X, Y verfahrbar. Dieser Kreuztisch trägt die Werkstückspindel 12. Die Werkstückspindel 12 besitzt einen Spindelmotor 13. Es handelt sich hier bevorzugt um einen Torque-Motor. Wesentlich ist, dass der Stator des Spindelmotors 13 fest auf dem Kreuztisch befestigt ist und der Rotor des Spindelmotors 13 die Abtriebswelle 17 ist. Ein Untersetzungsgetriebe ist nicht vorgesehen. Auf der Antriebswelle 17 sitzt ein Spannfutter 16, welches das Werkstück 14 trägt, welches mit einer Geradverzahnung versehen werden soll. Während die Welle 4 der Werkzeugspindel 1 schräg zu einer Horizontalebene verläuft, liegt die Antriebswelle 15 der Werkstückspindel 12 in der Horizontalebene, so dass sich ein Achskreuzwinkel α ergibt, der im Ausführungsbeispiel 20° beträgt.The machine bed carries a cross table, not shown. This compound table can be moved in an X, Y plane by means of adjustment spindles (not shown), which can be clamped and which are driven by torque motors. This compound table carries the
Ferner ist ein Entgratstahl 23 vorgesehen, der an einer umfangsversetzten Stellung an der Rückseite des Werkstücks 14 angreift, um die beim Verzahnen entstehenden Grate abzutragen.Furthermore, a
Die Funktionsweise der der Vorrichtung ist die Folgende: Zunächst wird die Werkstückspindel 12 in eine Richtung X parallel zur Werkstückspindelachse 15 und quer dazu in eine Ausgangsstellung gebracht. In dieser Position liegt die Achse 15 der Werkstückspindel windschief zur Achse 4 der Werkzeugspindel. Beide Achsen 4, 5 kreuzen sich in einem Achskreuzwinkel α, der dem Winkel der Schneidzähne 6 entspricht.The device functions as follows: First, the
Beim Ausführungsbeispiel wird der Werkzeugspindelmotor 2 mit derselben Drehzahl betrieben, mit der auch der Werkstückspindelmotor 13 betrieben wird. Beide Motoren und damit auch beide Abtriebsachsen 5 bzw. 17 drehen mit einer Geschwindigkeit, die etwa 800 U/min beträgt. In dieser Stellung wird die Werkstückspindel 12 in Richtung X, also in Richtung ihrer Achse 15 vorgeschoben. Dies führt zu einem kontinuierlichen Eingriff der Schneidzähne 6 in das Vollmaterial des Werkstücks 14. Durch die schälende Bewegung der Schneidzähne 6 durch die zu erzeugenden Zahnlücken zwischen den Geradzähnen 18 des Werkstückes 14 werden U- bzw. V-förmige kurze Späne abgetragen. Der Spanabtrag erfolgt bei einer kontinuierlichen Drehbewegung von sowohl Schneidrad 3 als auch Werkstück 14.In the exemplary embodiment, the
In einem ersten Schnitt wird eine Vorverzahnung durchgeführt, die etwa ⅔ der endgültigen Zahnlückentiefe aufweist. In einem darauf folgenden zweiten Schnitt wird die endgültige Zahnkontur gefertigt. Auch dies erfolgt mit gleichmäßigen kontinuierlichem Vorschub in Richtung X.In a first cut, pre-cutting is carried out, which has about ⅔ of the final tooth gap depth. The final tooth contour is made in a subsequent second cut. This is also done with an even, continuous feed in the X direction.
Wegen der lediglich kurzen Späne wird das Verfahren trocken durchgeführt.Because the chips are only short, the process is carried out dry.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
8181 | Inventor (new situation) |
Inventor name: MISHALLE, WALTER, LINT, BE Inventor name: PROCK, ERICH, 42327 WUPPERTAL, DE |
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R012 | Request for examination validly filed |
Effective date: 20140310 |
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R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |