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Verfahren zum Verzahnen eines Werkstückes Die Erfindung bezieht sich,
auf ein Verfahren zum Verzahnen eines Werkstückes mit auf einem Kreise angeordneten,
axialen Zähnen mittels eines Stirnmesserkopfes oder einer topfförmigen Schleifscheibe,
bei dem gleichzeitig zwei nicht benachbarte Zähne, des Werkstückes an ihren gegenüberliegenden,
auf einer gemeinsamen Rotationsfläche um die Werkzeugachse liegenden Flanken bearbeitet
werden, wobei das Schruppen bei einer gegenseitigen Vorschubbe.wegung zwischen dem
Werkzeug und dem nicht umlaufenden Werkstück bis zu den an die Flanken angrenzenden
Zahnlückengründen und in der die Achse: von Werkzeug und Werkstück enthaltenden
Ebene erfolgt.
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Dieses Verfahren ist bekannt. Infolge der gleichzeitigen Bearbeitung
zweier nicht benachbarter Zähne des Werkstückes zeichnete es sich durch besonders
hohe Wirtschaftlichkeit aus. Diesem Vorteil stand aber bisher der folgende Mangel
gegenüber: Bei Beginn der Verzahnung wird das Werkzeug so eingestellt, daß es in
dem Werkstück zwei im Abstand voneinander befindliche Zahnlücken herausarbeitet.
Dann wird das Werkzeug zurückgezogen, und dem Werkstück wird eine Teilbewegung erteilt,
durch welche die nächsten Zonen in die Bearbeitungslage gelangen, worauf wiederum
der Vorschub des Werkzeuges bis zur vollen Tiefe der Lücken erfolgt. Dieser Vorgang
wiederholt sich so lange, bis jede Lücke an beiden Flanken bearbeitet ist. Wenn
man das Werkstück nach diesem Verfahren aas dem Vollen fertigverzahnt, dann ergeben
sich für die Zerspanung drei verschiedene Bedingungen. Bei Beginn des Verfahrens
arbeitet das Werkzeug in beiden Zonen Lücken aus dem Vollen heraus. Nach mehreren
Teilvorgängen aber ändert sich das. Dann nämlich arbeitet das Werkzeug nur in einer
der beiden Zonen die Lücke aus dem Vollen heraus, während sich an der anderen Zone
bereits eine teilweise herausgearbeitete Zahnlücke befindet. Die dritte Bedingung
ergibt sich nach einigen weiteren Teilvorgängen. Dann trifft das Werkzeug in beiden
Zonen auf teilweise vorgearbeitete Zahnlücken. Durch die Zerspanungsarheit wird
das Werkzeug bei den drei verschiedenen Bedingungen verschieden belastet. Aus diesem
Grunde lassen sich Zähne von genau gleicher Gestalt und genau gleicher Teilung nur
mit großen Schwierigkeiten erzielen, auch wenn Werkzeug und Werkstück außerordentlich
starr gelagert sind..
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Diesen Mangel zu vermeiden, ist die Aufgabe, welche der Erfindung
zugrunde liegt. Erfindungsgemäß wird das Verfahren nun in der Weise durchgeführt,
daß nach dem Schruppen der Flanken diese bei einer zusätzlichen Vorschubbewegung
geschlichtet werden, deren Richtung in der genannten Ebene, jedoch geneigt zur Vorschubrichtung
beim Schruppen, verläuft. Durch dieses Verfahren wird erreicht, daß beim Schlichten
alle Zähne unter genau gleichen Bedingungen geschlichtet werden. Vorzugsweise unterbleibt
beim Schlichten die gleichzeitige Bearbeitung des Lückengrundes. Das Ergebnis ist
ein Werkstück, dessen Zähne hinsichtlich Gestalt, Teilung und Oberflächengüte den
schärfsten Anforderungen genügen.
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In den Zeichnungen, in denen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung
beschrieben sind, zeigt Fig.1 einen Querschnitt durch eine Kupplungshälfte, deren
Klauen hohle Flanken haben, wobei der Schnitt nach der Linie 1-1 der Fig. 3 verläuft,
Fig. 2 einen der Fig. 1 entsprechenden Querschnitt durch die andere Kupplungshälfte,
deren Klauen gewölbte Flanken haben, Fig. 3 einen Aufriß der in Fig. 1 gezeigten
Kupplungshälfte mit dem im Schnitt gezeigten Werkzeug, betrachtet in Richtung der
Pfeile 3-3 in Fig. 1, Fig.4 eine der Fig.3 entsprechende Ansicht in Richtung der
Pfeile 4-4 der Fig. 2, Fig. 5 und 6 eine den Fig.3 und 4 entsprechende Darstellung
einer anderen Ausführungsform der Kupplung, Fig.7 eine der Fig.5 entsprechende Darstellung
einer anderen Ausführungsform des Verfahrens.
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Die Kupplungshälfte 10 (Fig.1 und 3) hat auf ihrer Stirnseite
Klauen 11, deren Flanken einen positiven Eingriffswinkel 12 aufweisen und in radialer
Richtung konkav verlaufen. Sie sind nämlich durch die äußeren Schneidkanten 13 eines
Messerkopfes 14 heirausgearbeitet,
der um eine Achse 15 umläuft.
Es kann sich bei dem Werkzeug statt um einen Messerkopf auch um eine topfförmige
Schleifscheibe handeln. Diese Schleifscheibe hat eine kegelförmige Schleiffläche,
mit der sie genauso auf das Werkstück einwirkt wie die äußeren Schneidkanten 13
der Messer. Die Umlaufachse 15 des Werkzeugs ist zur Achse 17 der Kupplungshälfte
so gelegen - im vorliegenden Fall sind beide parallel -, daß das Werkzeug an zwei
getrennten Zornei des Werkstücks angreift und in diesen gleichzeitig die hohlen
Flanken 18 und 19 zweier Klauen 11 herausarbeitet, die, wie Fig. 1 zeigt, in erheblichem
Abstand voneinander liegen. Die Flanke 19 weist in Uhrzeigerrichtung, und die Flanke,
18 weist in die entgegengesetzte Richtung. Das heißt mit anderen Worten,
daß die im Abstand voneinander befindlichen Klauen an gegenüberliegenden Flanken
bearbeitet werden. Während der Messerkopf um seine Achse umläuft, wird er in Richtung
dieser Achse bis zur vollen Eingriffstiefe gegenüber dem Werkstück 10 vorgeschoben
und dann wieder zurückgezogen, worauf das Werkstück eine Teilbewegung um seine:
Achse 17 um eine Teilung erfährt. Dadurch werden die nächsten beiden Lückenzonen
in die Bearbeitungslage gebracht. Das Arbeitsspiel wiederholt sich so oft, bis sämtliche
Klauen und Flanken bearbeitet sind.
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Bei der Bearbeitung der zwölf Klauen der in Fig. 1 gezeigten Kupplungshälfte
treten nun drei verschiedene Bedingungen für die Werkstoffzerspanung auf. Während
der ersten vier Arbeitsspiele trifft das Werkzeug an beiden Zonen auf das volle
Werkstück und schneidet in dieses an jeder Zone eine Klauenlücke hinein. Anders
verhält es sich aber bei den nächsten vier Arbeitsspielen. Dann trifft das Werkzeug
nur in einer der beiden Zonen auf das volle Werkstück, um dort eine Lücke hineinzuschneiden.
Die andere Zone enthält bereits einen Schlitz, der zuvor durch das Werkzeug herausgearbeitet
worden ist. Bei der Bearbeitung wird dann dieser Schlitz nach außen hin erweitert.
Die dritte Bedingung für die Zerspanung des Werkstoffs ergibt sich bei den letzten
vier Arbeitsspielen. Dabei trifft das Werkzeug an beiden. Zonen auf vorgearbeitete
Schlitze. Wie bereits erwähnt, führt der Unterschied dieser drei Betriebsbedingungen
notwendigerweise dazu, daß verschiedene elastische Verformungen der Maschinenteile
eintreten und daher die Klauen nicht genau gleich ausfallen.
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Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird nun dieser 'Mangel in der
folgenden Weise vermieden: Nachdem das Werkzeug bei jedem Arbeitsspiel seinen Hauptvorschul>
bis zur vollen Eingriffstiefe, also bis zu der in Fig. 3 gestrichelt gezeigten Lage,
erfahren hat, wird das Werkzeug um eine Achse 21 in der Richtung des Pfeiles 22
gekippt, und zwar um einen sehr kleinen Winkel. Die dadurch erreichte zusätzliche
Vorschubbewegung dient dem Schlichten der beiden Klauenflanken. Die Achse 21 steht
senkrecht auf der gemeinsamen Ebene 23, in welcher die Achsen 15 und 17 liegen.
Dabei schneiden sich die Achsen 21 und 15 an einem Punkt, der ziemlich weit entfernt
ist vom Schnittpunkt 24 der Achse 15 und der in den Mitten der Kla.uenflanken 18
und 19 errichteten Normalen 25. Das Werkzeug schlichtet also die Klauenfla.nken
18 und 19 infolge der zusätzlichen Vorschubbewegung, die ungefähr in der Richtung
des Pfeiles 26 in Fig. 3 verläuft. Dabei werden die Schneidkanten 27 der Messerspitzen,
die beim Hauptvorschub den größtem Teil der Zerspanungsarbeit geleistet hatten,
vom Werkstück abgehoben. Das gleiche gilt für die inneren Schneidkanten 28. Das
Schlichten sämtlicher Klauenflanken des Werkstücks erfolgt also unter denselben
Zerspanungsbedingungen.
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In den Zeichnungen ist die Größe des dem Schlichten dienenden Zusatzvorschubes
stark übertrieben dargestellt. Praktisch ist die Kippbewegung des Werkzeugs gerade
groß genug, um wenige: hundertstel Millimeter Werkstoff von den Klauen abzunehmen.
Am Ende des Zusatzvorschubes verweilt die Werkzeugachse für kurze Zeit in ihrer
Lage. Diese Zeit ist nur so lang bemessen, daß mit Sicherheit die Klauenflanken
vollständig von den Schneidkanten des Werkzeugs überfahren werden. Dann wird das
Werkzeug in der Hauptvorschubrichtung zurückgezogen, worauf die Teilbewegung des
Werkstückes erfolgt.
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Die andere Kupplungshälfte 29 (Fig. 2 und 4), die zum Eingriff in
die Kupplungshälfte 10 bestimmt ist, wird in ähnlicher Weise bearbeitet. Indessen
sind ihre Klauen 31 an den Flanken in radialer Richtung gewölbt. Sie werden nämlich
durch die Innenschnedkanten 32 des Messerkopfes 33 bearbeitet, der dabei um die
Achse 34 umläuft. Auch hier kann der Messerkopf durch eine entsprechende. Schleifscheibe
ersetzt sein. Nach dem Vorschub des Messerkopfes 33 bis in die volle, in Fig. 4
gestrichelt angedeutete Eingriffsstellung erfolgt der Zusatzvorschub zum Schlichten.
Er wird durch eine Kippbewegung um eine Achse 36 in Richtung des Pfeiles 35 bewirkt.
Dadurch gelangt das Werkzeug in die in vollen Linien gezeigte Lage. Die Achse 36
verläuft lotrecht zu der Ebene, in welcher die Achsen 17 und 34 liegen. Dabei schneiden
sich die Achsen 36 und 34 in einem Punkt, der über den Schnittpunkt 37 hinaus außen
gelegen ist. Der Schnittpunkt 37 ist der Punkt, in dem sich die Achse 34 und eine
auf der Klauenflanke errichtete Normale 38 schneiden. Der dem Sehlichten dienende
Zusatzvorschub erfolgt also in der Richtung des Pfeiles 39. Durch ihn werden die
Messerschneidkanten an der Außenseite des Messers und an der Spitze des Messers
vom Werkstück abgehoben.
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In den Fig.5 und. 6 ist ein Verfahren dargestellt, mit dessen Hilfe
man Klauen mit sich auf Null belaufendem Eingriffswinkel herausarbeiten kann. Dazu
müssen Werkzeug und Werkstück die dargestellte gegenseitige! Stellung einnehmen.
Damit die Messer in Achsenrichtung hinterschliffen werden können und sich daher
ohne Änderung des wirksamen Messerkopfdurchmessers schärfen lassen, verlaufen die
dem Schlichten dienenden Schneidkanten zur Messerkopfachse geneigt. Um Klauen mit
axial verlaufenden oder wenigstens mit einem sehr kleinen Neigungswinkel zur Achse
des Werkstückes herauszuarbeiten, muß also die Achse des -Messerkopfes zur Werkstückachse
geneigt verlaufen. Dies zeigt Fig. 5. Dort verlaufen die Flanken der Klauen in Richtung
der Achse des Werkstückes. Die äußeren Schneidkan.ten 42 der Messer sind zur Messerkopfachse
43 geneigt und diese wiederum zur Achse 44 des Werkstückes 41. Fig. 6 zeigt die
Bearbeitung der anderen Kupplungshälfte 45. Die Klauenflanken des Werkstückes 41
werden mit den. inneren Schneidkanten 46 bearbeitet, die zur Messerkopfachse 47
geneigt verlaufen.. Die Achse 47 wiederum ist zur Achse 44 des Werkstückes 41 geneigt.
In den beiden Fällen der Fig. 5 und 6 erfolgt der Hauptvorschub bis zu voller Eingriffstiefe
etwa in der Richtung der Messerkopfachse. Ist die volle Eingriffstiefe erreicht,
so daß die Werkzeuge die gestrichelt gezeigten Stellungen einnehmen, dann erfolgt
das Schlichten. Zu diesem Zweck werden die Werkzeuge um einen kleinen Winkel gekippt,
wodurch sie in die in ausgezogenen Linien gezeigten, endgültigen
Stellungen
gelangen. Dadurch erfolgt dann das Schlichten. In Fig. 5 verläuft die Kippachse
48 lotrecht zu der gemeinsamen Ebene, in welcher die Achsen 44 und 43 liegen. Die
Achse 48 schneidet die Achse 43 an einer Stelle, die vom Schnittpunkt 49 der mittleren,
auf der Klaue.nflanke errichteten Normalen 51 nach innen entfernt gelegen ist. Gemäß
Fig. 6 erfolgt die dem Schlichten dienende Kippbewegung, also der zusätzliche Vorschub,
um eine Achse 52, welche die Werkzeugachse rechtwinklig an einer Stelle schneidet,
die über den Schnittpunkt 53 der mittleren Flankennormalen 54 hinaus nach außen
entfernt liegt.
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In Fig.7 ist ein etwas anderes Verfahren veranschaulicht. Das Werkstück
41 und der mit den äußeren Messerkanten 42 zum Schnitt gelangende Messerkopf entsprechen
denjenigen der Fig.5. Auch hier wird der Messerkopf bis zur vollen Eingriffstiefe
vorgeschoben, so daß er in die gestrichelt gezeigte Stellung gelangt. Dieser Hauptvorschub
verläuft genau oder annähernd in der Richtung der Messerkopfachse 43. Wenn aber
diese gestrichelt gezeigte Stellung erreicht ist, dann wird der Hauptvorschub umgekehrt,
und gleichzeitig erfolgt der Zusatzvorschub in Gestalt einer Kippbewegung des Messerkopfes
in der Richtung des Pfeiles um die Kippachse 55. Diese schneidet die Messerkopfachse
an einer Stelle, die, über den Schnittpunkt 49 der mittleren Flankennormalen
51
hinaus nach außen entfernt ist. Infolge der rückläufigen Hauptvorsch.ub#be.wegung
wandert die Kippachse während des Kippens vom Punkt 55' zum Punkt 55. Dadurch wird
dasselbe Ergebnis erreicht, wie bei dem an Hand von Fig. 5 erläuterten Verfahren,
obgleich die Richtung des Kippvorschubes und die Lage der Kippachse gegenüber dem
Schnittpunkt der mittleren Flankennormalen. umgekehrt ist; denn die durch den Vektor
56 dargestellte rückläufige Hauptvorschubbewegung steht in einer solchen Beziehung
zu der durch die Kippbewegung bewirkten Komponente der Werkzeugverstellung 57, daß
sich eine resultierende Vorschubbewegung 58 ergibt. Diese aber verläuft genau oder
annähernd in derselben Richtung wie der Zusatzvorschub bei dem Verfahren. gemäß
Fig. 5, bei dem er durch Kippen um die Achse 48 in der entgegengesetzten Richtung
erzeugt wurde.
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Das an Hand der Fig. 7 erläuterte Verfahren kann man auch beim Verzahnen
der anderen Kupplungshälfte 45 verwenden.
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Auch sei erwähnt, daß die rückläufige! Hauptvorschubbewegung in der
Richtung des Vektors 56 und die Kippbewegung um die Achse 55 nicht gleichzeitig
zu erfolgen brauchen; denn die Kippbewegung kann auch stattfinden, nachdem durch
den rückläufigen Hauptvorschub :die Kippachse von 55' bis 55 gewan, dert ist. Wenn
das geschehen ist, wird die- rückläufige Vorschubbewegung unterbrochen und die Kippbewegung
herbeigeführt.