DE10330474B4

DE10330474B4 - Vorrichtung zur Herstellung eines Zahnrads aus einem Zahnradrohling

Info

Publication number: DE10330474B4
Application number: DE10330474A
Authority: DE
Inventors: Alfred Wolff; Siegfried Thiesies; Wolfgang Camincke
Original assignee: Fette GmbH
Current assignee: LMT Fette Werkzeugtechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2003-07-05
Filing date: 2003-07-05
Publication date: 2009-03-05
Anticipated expiration: 2023-07-06
Also published as: US20050000072A1; PL1495824T3; EP1495824B1; ES2348231T3; ATE481201T1; EP1495824A3; US7103973B2; DE10330474A1; EP1495824A2; DE502004011653D1

Abstract

Vorrichtung zur Herstellung eines Zahnrades aus einem Zahnradrohling mit einer Werkzeugmaschine, die Mittel aufweist zum Aufspannen und drehenden Antreiben eines Zahnradrohlings, die ferner eine drehend angetriebene Werkzeugwelle aufweist, auf der ein Wälzfräser zur Fertigung eines Rohzahnrads aus dem Zahnradrohling drehfest anbringbar ist sowie ein drehend angetriebenes Entgratwerkzeug zum Entgraten bei aufgespannt bleibenden Rohzahnrad, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugwelle (6) im Raum verstellbar ist, das Entgratwerkzeug (10) auf der Werkzeugwelle (6) drehfest angeordnet ist und am Umfang in gleichen Umfangsabständen Schneidzähne (12) und Spannuten (22) aufweist mit einem schraubenlinienförmigen Umfangsverlauf, die mehrgängig angeordnet sind mit mindestens einem Zahn (12) pro Gang, wobei die an der in Drehrichtung vorderen Seite der Zähne (12) gebildeten Schneidkanten (14) auf einem gemeinsamen Flugkreis angeordnet sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Herstellung eines Zahnrads nach dem Patentanspruch 1.
Es ist bekannt, Zahnräder mit Hilfe von sogenannter Wälzfräsern zu erzeugen. Wälzfräser haben als geometrischen Ausgangskörper eine Schnecke. Wird diese mit Spannuten versehen, erhält man Fräszähne, die durch das sogenannte Hinterarbeiten schnittfähig werden. Nach dem Verzahnen zahnradartiger Werkstücke sind die Stirnkanten der Zahnnuten und der Zahnköpfe scharfkantig, insbesondere an der Seite, an der das Fräswerkzeug austritt. Es ist bekannt, das Entfernen der Grate in Handarbeit durchzuführen. Es ist ferner bekannt, das Entgraten durch Schleifen, Formfräsen oder mittels Druckrollen vorzunehmen.
Aus DE 199 02 035 ist ein Verfahren zum Entgraten der Stirnkanten der Zahnnuten zahnradartiger Werkstücke bekannt geworden, bei dem die Werkzeugdrehachse mit einem festen radialen Abstand zur Werkstückdrehachse und einem festen Axialabstand zur Werkstückstirnseite in konstantem Drehzahlverhältnis zum kontinuierlich drehangetriebenen Werkstück betrieben wird, wobei eine auf der Werkzeugachse sitzende Messerplatte Schneiden ausbildet zum Anfasen der Nutenfußkante mit einem vorbestimmten Fußfasenwinkel, Anfasen einer ersten Nutenflankenkante mit einem vorbestimmten Flankenfasenwinkel und Anfasen einer zweiten, der ersten gegenüberliegenden Nutflankenkante mit einem vorbestimmten Flankenfasenwinkel. Hierbei erfolgt das Anfasen nicht kontinuierlich, sondern diskontinuierlich im Einzelteilverfahren.
Aus DE 2 142 235 A und JP 2000210817 A sind Entgratfräser bekannt geworden, die auf separaten Wellen in der Werkzeugmaschine angeordnet sind.
Gemeinsam sind den bekannten Vorrichtungen, daß sie auf einer von der Wälzfräsmaschine getrennten Vorrichtung bearbeitet werden. Der Herstellungsprozeß eines Zahnrads ist normalerweise derart, daß zunächst ein Rohling gedreht wird, der anschließend in einer Werkzeugmaschine mit einem Wälzfräswerkzeug bearbeitet wird. Nach dem Wälzfräsen erfolgt das Entgraten in einer separaten Vorrichtung und danach zur Feinbearbeitung das Schaben, das wiederum in der gleichen Werkzeugmaschine vor sich gehen kann, indem der Wälzfräsprozeß durchgeführt wird.
Die bekannten Verfahren weisen erhebliche Nachteile auf. Eine separate Vorrichtung zum Entgraten erhöht naturgemäß den apparativen Aufwand. Fertigungsaufwand entsteht durch das Umsetzen des gefrästen Rohzahnrads in die Entgratvorrichtung, was eine ge wisse Transport- und Umrüstzeit in Anspruch nimmt. Nachteilig bei dem bekannten Verfahren ist ferner, daß sie eine relativ große Durchlaufzeit haben.
Aus Pfauter-Wälzfräsen, Teil 1, 2. erweiterte Auflage, 1976, Springer Verlag Berlin, Seiten 287, 290 und 291, 294 und 300 ist bekannt, mit Hilfe eines Abkant-Wälzfräsers Zahnkanten eines geradverzahnten Zahnrads einseitig anzufräsen. Aus JP 62044310 A ist bekannt ein Abwälzfräswerkzeug formschlüssig mit einem Profilschleifwerkzeug zu koppeln.
Aus DE 37 21 949 A1 ist bekannt, mit Hilfe von Formfräsern Führungsflächen zu fräsen, wobei das Werkstück in der Werkzeugmaschine eingespannt bleibt, wenn es schleifend bearbeitet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Herstellung eines Zahnrads aus einem Zahnradrohling, insbesondere eines schräg verzahnten Zahnrades zu schaffen, bei dem das Entgraten einen deutlich geringeren Fertigungs- und apparativen Aufwand erfordert.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt das Entgraten am unverändert in der Werkzeugmaschine aufgespannten Rohzahnrad im kontinuierlichen Durchlauf mit Hilfe eines einem Scheibenfräser ähnlichen, Schneidzähne aufweisenden Entgratwerkzeugs, das drehfest auf der Welle des Wälzfräsers angeordnet wird. Die Werkzeugwelle ist im Raum verstellbar. Nach dem Wälzfräsprozeß wird die Werkzeugwelle so eingestellt, daß das Entgratwerkzeug durch Drehung mit der Welle nunmehr mit den Stirnkanten der Zahnnuten in Eingriff gebracht werden kann, um nach Art des Wälzfräsverfahrens nacheinander die Stirnkanten der Zahnnuten zu bearbeiten. Das Entgratwerkzeug weist am Umfang im gleichen Umfangsabstand Schneidzähne und Spannuten auf. Die Schneidzähne haben in Umfangsrichtung schraubenlinienförmigen Verlauf. Die an der in Drehrichtung vorderen Seite der Zähne ausgebildeten Schneidkanten liegen auf einem gemeinsamen Flugkreis. Das Entgratwerkzeug ist mehrgängig, wobei pro Gang mindestens ein Zahn vorgesehen ist. Weist das Entgratwerkzeug pro Gang einen Zahn auf, tritt bei der synchronisierten Drehbewegung von Entgratwerkzeug und Zahnrad jeweils ein Zahn mit einer Zahnlücke des Zahnrads zusammen. Sind zwei oder mehr Zähne pro Gang vorgesehen, dann wirken alle Zähne mit jeweils mit einer Zahnnut zusammen, wobei jedem Zahn ein bestimmter Stirnkantenbereich der Zahnnut zugeordnet werden kann. Mit anderen Worten, die Zähne eines Gangs bearbeiten sukzessive Bereiche der Stirnkanten. Das Entgratwerkzeug gleicht einem Scheibenfräser, bei dem die schraubenlinienförmig verlaufenden Zähne so angeordnet sind, daß gleiche Punkte aller Zähne auf dem gleichen Flugkreis liegen. Dies im Gegensatz zum Scheibenfräser als Verzahnungswerkzeug.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist erhebliche Vorteile auf. Zum Entgraten wird zwar ein separates Entgratwerkzeug benötigt, dieses wird jedoch in der gleichen Werkzeugmaschine eingesetzt, in der auch das Wälzfräsverfahren durchgeführt wird. Damit ist der apparative Aufwand gegenüber herkömmlichen Verfahren drastisch reduziert. Auch der Fertigungsaufwand wird erheblich verringert. Transportzeiten, Einrichtzeiten und Umrüstzeiten für den Entgratprozeß nach dem Ende des Wälzfräsprozesses entfallen weitgehend. Dadurch wird erheblich Fertigungszeit eingespart. Da das Entgraten im Durchlauf kontinuierlich erfolgt, ist die Durchlaufzeit für das Entgraten eines Zahnrads deutlich geringer als bei herkömmlichen Verfahren.
Es ist auch nicht erforderlich, zum Entgraten des Zahnrads auf beiden Seiten das Werkstück umzusetzen, vielmehr kann nach einer Ausgestaltung der Erfindung das Rohzahnrad in seiner Position eingespannt bleiben, indem zunächst die Stirnkanten auf einer Seite des Rohzahnrads bearbeitet werden und anschließend die Stirnkanten auf der gegenüberliegenden Seite. In einem Fall wird das Entgratwerkzeug auf die Stirnkanten zu und im anderen Fall von den Zahnnuten aus von den Stirnkanten fort bewegt.
Mit der Erfindungist auch möglich, das Anfasen in zwei oder mehr Schritten vorzunehmen, indem das Entgratwerkzeug vor jedem Durchlauf um einen vorgegebenen Betrag zugestellt wird. Dadurch kann die Größe der Fase nahezu beliebig gewählt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht Mittel zur drehfesten Anbringung eines scheibenförmigen, Zähne aufweisenden Entgratwerkzeugs neben dem Wälzfräser auf der Werkzeugwelle vor, die, wie schon erwähnt, bekanntlich im Raum entlang allen drei Achsen verstellt werden kann. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Entgratwerkzeug ein getrenntes Werkzeug, das separat auf der Werkzeugwelle drehfest angeordnet wird. Alternativ kann es auch in Drehverbindung mit dem Wälzfräswerkzeug gebracht werden, beispielsweise durch Klauen, die an den aneinander zugekehrten Enden von Wälzfräs- und Entgratwerkzeug geformt sind. Schließlich kann nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung das Entgratwerkzeug auch einteilig mit dem Wälzfräser ausgebildet sein.
Da auch die Stirnkanten der Zahnköpfe unter Umständen angefast werden müssen, sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß neben der Schneidkante der Zähne eine weitere Schneidkante vorgesehen istzum Anfasen der Stirnkante der Zahnköpfe des Rohrzahnrades.
Bei einem gradverzahnten Zahnrad ist das Profil der Schneidkanten der Schneidzähne symmetrisch zur Mittenebene des Entgratwerkzeugs. Beim schräg verzahnten Zahnrad ist es entgegen unsymmetrisch.
Die Erfindung hat den weiteren Vorteil, dass das Entgratwerkzeug auf der Werkzeugmaschine nachgeschliffen werden kann. Dadurch entsteht zwar ein gewisser Abtrag, aber das erforderliche Profil bleibt unverändert.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
1 zeigt äußerst schematisch eine Vorrichtung nach der Erfindung.
2 zeigt das Bezugsprofil im Normalschnitt eines Schneidzahns eines Entgratwerkzeugs nach 1.
3 zeigt perspektivisch die Anordnung eines Zahnrads und eines Entgratwerkzeugs während des Entgratvorgangs.
4 zeigt perspektivisch vergrößert einen Teil der Ansicht nach 3.
5 zeigt ebenfalls einen Teil von 3, jedoch von schräg oben betrachtet.
In 1 ist bei 2 ein Zahnradrohling angedeutet, der in einer weiter nicht gezeigten Werkzeugmaschine eingespannt und drehend um eine Achse 4 angetrieben ist. Die Achse steht z. B. senkrecht zur Zeichenebene. Auf einer Welle 6 der Werkzeugmaschine ist ein Wälzfräswerkzeug 8 aufgespannt. Die Welle 6 kann, wie durch den Doppelpfeil 7, dem Doppelpfeil 5 und bei 3 angedeuteten Richtungen im Raum verstellt werden. Durch Drehung der Werkzeugwelle 6 und durch die richtige Anstellung sowie durch die richtige Zustellung und Vorschub wird ein Stirnzahnrad erzeugt. Dieses Verfahren ist allgemein bekannt und soll im einzelnen nicht erörtert werden.
Auf der Welle 6 ist ein Entgratwerkzeug 10 aufgespannt. Es dient zum Entgraten der Stirnkanten der Zahnnuten des zuvor hergestellten Zahnrads, worauf unter Bezug der weiteren 3 bis 5 näher eingegangen wird.
Das scheibenförmige Entgratwerkzeug 10 ist in 3 in perspektivischer Darstellung wiedergegeben. Jeder Zahn 12 liegt auf einer Schraubenlinie. Zwischen den Zähnen 12 liegen Spannuten 22 von V-förmiger Kontur mit gerundetem Grund. Wenn das Entgratwerkzeug 10 sich dreht, bilden die Kanten der Vorderseiten der Zähne 12 jeweils Schneidkanten 14. Die Besonderheit bei einem einem Scheibenfräser ähnlichen Entgratwerkzeug ist die, daß jeder Zahn 12 auf einem eigenen Gang angeordnet ist. Da neun Zähne 12 im gleichmäßigen Umfangsabstand vorgesehen sind, ist das Entgratwerkzeug 10 neungängig. Die weitere Besonderheit ist die, daß die Schneidkanten 14 bzw. vorgegebene Punkte der Zähne 12 auf einem gemeinsamen Flugkreis angeordnet sind.
In 3 sind auch die drei Achsen angedeutet, entlang denen das Entgratwerkzeug 10 mit Hilfe der in 1 gezeigten Werkzeugwelle 6 bewegt werden kann. Entlang der Achsen 26, 28 erfolgt die Zustellung bezüglich eines Zahnrads 30, das mit einer Schrägverzahnung 32 versehen ist und bei dem die Stirnkanten der Zahnnuten bereits als angefast oder entgratet gezeigt sind. Diese Fase ist in 3 bei 34 angedeutet. Das Zahnrad 30 nach 3 dreht sich wie das Entgratwerkzeug 10 im Uhrzeigersinn.
Nach dem Wälzfräsprozeß gemäß 1 wird die Werkzeugwelle 6 so verstellt, daß das Entgratwerkzeug 10 in eine Position gebracht wird, wie dies in 3 wiedergegeben ist. In den 1 und 2 ist mit y das Einstellmaß angegeben. In der Steuerung der Werkzeugmaschine ist außerdem die Breite des Entgratwerkzeugs 10 gespeichert. Dadurch kann das Werkzeug 10 automatisch und schnell auf die Maschinenmitte eingestellt werden. Mit Hilfe der Einstellmaßes y ist die IST-Position auf der Welle 6 genau definiert. Während der Bearbeitung der Stirnkanten der Zahnnuten drehen Zahnrad 30 und Entgratwerkzeug 10 in einem vorgegebenen Drehzahlverhältnis, so daß jeweils ein Zahn 12 die Stirnkanten einer Zahnnut bearbeitet. Es versteht sich, daß das Entgratwerkzeug 10 bzw. die Zähne 12 entsprechend den Parameter der Verzahnung des Zahnrads 30 ausgelegt sind, damit der gewünschte Eingriff mit den Stirnkanten der Zahnnuten erfolgen kann.
Bei der Darstellung nach 3 wird zunächst eine Bearbeitung der Stirnkanten auf der nach oben zeigenden Seite des Zahnrads 30 vorgenommen. Soll auch auf der gegenüberliegenden unteren Seite ein Anfasen der Stirnkanten erfolgen, wird hier keineswegs das Zahnrad 30 um 180° verdreht eingespannt, sondern es verbleibt in der gezeigten Lage. Zur Bearbeitung ist lediglich erforderlich, daß das Entgratwerkzeug 10 in Richtung der Achse 28 nach unten relativ zum Zahnrad 30 bewegt wird, so daß beim Entgraten die Zähne 12 von den Nuten 32 aus nach außen (in 3 nach unten) bewegt werden, um an dieser Stelle ebenfalls eine Fase zu erzeugen. Soll an den Zahnköpfen 36 eine Fase angebracht werden, kann dies mit Hilfe von Schneidkanten 38 bzw. 40 erfolgen, die beidseits der Schneidkante 14 angeordnet sind.
Es ist denkbar, statt wie in den 3 bis 5 gezeigt, pro Gang zwei oder mehr Zähne vorzusehen. Bei der Bearbeitung kommen dann sämtliche Zähne eines Gangs mit der Stirnkante einer Zahnnut nacheinander in Eingriff.
2 zeigt das Bezugsprofil eines Zahns 12 im Normalschnitt. Man erkennt, daß bezüglich der Achse 16, die durch die Mittenebene geht, das Profil nicht symmetrisch ist, sondern eine steilere Flanke 18 und eine flachere Flanke 20 aufweist. Auch der Scheitelbereich ist nicht symmetrisch. Zur steileren Flanke 18 gehört ein kleinerer Radius als zur flacheren Flanke 20. Ein derartiges Profil wird für ein schräg verzahntes Zahnrad benötigt. Wird hingegen ein gratverzahntes Zahnrad zu entgraten sein, kann ein symmetrisches Profil zur Anwendung gelangen.

Claims

Vorrichtung zur Herstellung eines Zahnrades aus einem Zahnradrohling mit einer Werkzeugmaschine, die Mittel aufweist zum Aufspannen und drehenden Antreiben eines Zahnradrohlings, die ferner eine drehend angetriebene Werkzeugwelle aufweist, auf der ein Wälzfräser zur Fertigung eines Rohzahnrads aus dem Zahnradrohling drehfest anbringbar ist sowie ein drehend angetriebenes Entgratwerkzeug zum Entgraten bei aufgespannt bleibenden Rohzahnrad, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugwelle (6) im Raum verstellbar ist, das Entgratwerkzeug (10) auf der Werkzeugwelle (6) drehfest angeordnet ist und am Umfang in gleichen Umfangsabständen Schneidzähne (12) und Spannuten (22) aufweist mit einem schraubenlinienförmigen Umfangsverlauf, die mehrgängig angeordnet sind mit mindestens einem Zahn (12) pro Gang, wobei die an der in Drehrichtung vorderen Seite der Zähne (12) gebildeten Schneidkanten (14) auf einem gemeinsamen Flugkreis angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein getrenntes Entgratwerkzeug (10) auf der Werkzeugwelle (6) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wälzfräser und dem Entgratwerkzeug an den aneinander zugekehrten Stirnseiten eine Drehverbindung gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entgratwerkzeug einteilig mit dem Wälzfräser ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß neben der Schneidkante (14) der Zähne (12) mindestens eine weitere Schneidkante (38, 40) vorgesehen ist zum Anfasen der Stirnkante der Zahnköpfe des Rohzahnrads (30).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil der Schneidkanten (14) der Zähne (12) bezogen auf die Mittenebene (16) des Entgratwerkzeugs (10) unsymmetrisch ist.
Verfahren zur Anwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Entgraten der Stirnkanten auf einer Seite des Rohzahnrads durch Zustellen des Entgratwerkzeugs gegen diese Kante des Rohzahnrads und das Entgraten der Stirnkanten der Zahnnuten auf der gegenüberliegenden Seite des Rohzahnrads in einer zweiten Entgratstellung durch Zustellen des Entgratwerkzeugs von den Zahnnuten aus nach außen von der anderen Seite fort erfolgt.
Verfahren zur Anwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Anfasen in zwei oder mehr Durchläufen erfolgt, wobei das Entgratwerkzeug vor jedem Durchlauf um einen vorgegebenen Betrag zugestellt wird.