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Zahnrad-Formschleifmaschine mit zusätzlichem oszillierendem Werkstück-
oder Werkzeugantrieb Die Erfindung bezieht sich auf eine Maschine zum Fertigschleifen
geräuscharmer, hochbelastbarer Zahnräder, insbesondere gerad- und schrägverzahnter
Stirnräder, mittels Formschleifscheiben, Schleifschnecken od. dgl.
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Das Auftreten von Laufgeräuschen und deren Frequenzhöhe an miteinander
im Eingriff befindlichen Zahnrädern hängt in hohem Maße von der Oberflächenbeschaffenheit
der einzelnen miteinander abrollenden Zahnflanken ab. Bei einer Anzahl der bisher
bekanntgewordenen Zahnflankenschleifverfahren entstehen, in Abhängigkeit von der
Art des verwendeten Schleifwerkzeuges, bei der Bearbeitung der Zahnflanken in Längsrichtung
verlaufende parallele Riefen. Beim Abrollen so bearbeiteter Zahnflanken schlagen
die durch die Riefen gebildeten Erhöhungen, insbesondere durch das Gleiten der Zahnflanken,
aneinander und bewirken eine erhebliche Geräuschbildung. Die weiterhin bekanntgewordenen
Schleifverfahren, beispielsweise das Wälzteilschleifen, vermeiden eine derartige
ungünstige Riefenbildung durch den Kreuzungseffekt der Schleifriefen beim Abwälzen,
liegen jedoch in bezug auf ihre Fertigungskosten verhältnismäßig hoch. Auch beim
Schaben von Zahnrädern wird durch die sich kreuzenden Schabestrukturen an den Zahnflanken
miteinander zu paarender Zahnräder die Geräuschbildung unterdrückt, wobei die Fertigungszeiten
günstig liegen. Da Zahnflanken sich jedoch nur in ungehärtetem Zustand schaben lassen,
tritt durch das anschließende Härten, wie es bei den meisten hochbelasteten Zahnrädern
erforderlich ist, durch Härteverzug eine entsprechende Qualitätsminderung ein.
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Es sind Wälzfräsmaschinen bekannt, welche dem Schneckenfräser außer
dem achsparallelen Vorschub noch einen tangentialen Vorschub erteilen. Dadurch erhält
man einen zur Längsrichtung der Zahnflanken schrägen Verlauf der einzelnen Hüllschnitte
des Wälzfräsers und bei zwei im Eingriff befindlichen Zahnflanken sich kreuzende
Hüllschnittkanten. Dieses bekannte Verfahren ist in erster Linie nur für fertiggefräste
Teile geeignet.
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Es ist weiterhin bekannt, bei Formschleifmaschinen für Zahnräder,
die mit einer Schleifschnecke wirken, die Zahnflanken mit der Schleifschnecke zu
schlichten, wobei das Werkstück gegenüber der Werkstückspindel um einen sehr geringen
Winkelbetrag unter der Wirkung der elastischen Kräfte im Spindelantrieb ausschwingen
kann, um die Bildung einer genarbten Oberfläche an den Zahnflanken zu verhindern.
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Es sind auch bereits Feinschleifmaschinen bzw. Honmaschinen bekanntgeworden,
bei denen zur Erzielung einer möglichst glatten Oberfläche dem Werkzeug eine zusätzliche
oszillierende Bewegung vermittelt wird.
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Es ist ferner eine Einrichtung vorgeschlagen worden, mit deren Hilfe
mit Formschleifmaschinen für Zahnräder an den Zahnflanken- eine dem Kreuzschliff
ähnliche Oberflächenstruktur hergestellt wird, indem neben den das Zahnprofil schleifenden
Schleifscheiben nun noch weitere Hilfsschleifscheiben vorgesehen sind, die sich
netzförmig überschneidende Riefen in die Oberfläche der Zahnflanken einarbeiten.
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Zweck der Erfindung ist, das Geräuschverhalten von im Glattschliffverfahren
mit Formschleifscheiben od. dgl. bearbeiteten Zahnrädern zu verbessern und gegenüber
den bekannten Verfahren, wie Wälzteilschleifen, Kreuzschliff od. dgl., eine Verbilligung
bei der Herstellung von Zahnrädern zu erzielen.
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Dies wird im wesentlichen dadurch erreicht, daß nach der Erfindung
ein zusätzliches Getriebe vorhanden ist, welches dem Werkstück oder dem Werkzeugträger
neben der Vorschub-Dreh- bzw. Verschraubbewegung eine oszillierende Bewegung überlagert.
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Mittels einer solchen erfindungsgemäßen Einrichtung ist es möglich,
die beim Fertigschleifen entstehenden und erhebliche Geräusche hervorrufenden Schleifriefen
oder Schleifspuren schräg oder schraubenförmig verlaufen zu lassen und somit bei
der Paarung von Zahnrädern einen Kreuzungseffekt der Schleifriefen zusammenarbeitender
Zahnflanken zu erzielen. Durch eine zusätzliche Bewegung des Werkstückes oder Werkzeuges
in Achsrichtung bzw. Umdrehrichtung lassen sich sowohl schräg gerichtete
wellenförmige
Schleifspuren auf der Oberfläche, insbesondere bei Verwendung von Formschleifscheiben,
als auch schräg oder schraubenförmig über die Flanken verlaufende Schleifspuren,
insbesondere bei Verwendung von Schleifschnecken, herstellen.
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Die mikrogeometrische Form der Zahnflanken muß dabei innerhalb bestimmter
Grenzen genau ausgeführt sein, um die beschriebenen Feinheiten der Oberfläche zur
Auswirkung kommen zu lassen. Die Schleifspuren weisen dabei nur eine sehr geringe
Tiefe von beispielsweise 0,5 bis 1 f auf.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Einrichtung
dargestellt und in Verbindung mit der nachfolgenden Beschreibung weitere Einzelheiten
erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine nach dem Formschleifverfahren arbeitende Zahnradschleifmaschine
mit einer Ausführungsform der Einrichtung in Frontansicht, schematisch dargestellt,
Fig. 2 die gleiche wie in Fig. 1 dargestellte Maschine mit einer Verschraubeinrichtung
zum Schleifen von Schrägzahnrädern in einer Ansicht von oben mit einer Ausführungsform
der Einrichtung, schematisch dargestellt, Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der
Einrichtung an einer Formschleifrriaschine in Draufsicht, schematisch dargestellt,
Fig.4 eine weitere Ausführungsform der Einrichtung an einer in Fig. 1 bis 3 dargestellten
Zahnradschleifmaschine in Draufsicht, schematisch dargestellt.
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In Fig. 1 ist mit 2 das Maschinenbett bezeichnet, das zur Lagerung
eines in beiden Richtungen hin- und herbewegbaren Arbeitstisches 3 dient. Der Arbeitstisch
trägt einen Antriebsspindelkasten 4, der zur Aufnahme einer Teil- und Verschraubeinrichtung
dient, wobei letztere für die Bearbeitung von Schrägzahnrädern dem Werkstück in
bekannter Weise die notwendige Verschraubbewegung vermittelt. Weiterhin ist auf
den Arbeitstisch 3 ein Reitstock 6 feststellbar aufgesetzt, dessen Aufnahmespitze
7 in Verbindung mit der Spitze 8 der Arbeitsspindel 9 zur Aufnahme des das Werkstück
10 tragenden Spanndornes 11 dient. Die Arbeitsspindel 9 trägt einen Mitnehmer 12,
der an einen auf dem Dorn 11 festen Mitnehmer 13 zur Anlage kommt und diesen, dem
Antrieb entsprechend, mitnimmt.
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Zur Umsteuerung der hin- und hergehenden Tischbewegung sind am Arbeitstisch
3 Anschläge 15 bzw. 16 und am Maschinenbett 2 ein entsprechender Umsteuerschalter
17 angebracht. Am Maschinenbett 2 ist auf einem an diesen festen Bett 18, entsprechend
dem Schrägungswinkel des zu bearbeitenden Zahnrades, schwenkbarer Schleifbock 20
gelagert, an dessen Führungen ein die Formschleifscheibe 21 und deren Antriebsmotor
22 (Fig. 2) tragender einstellbarer Support 23 angeordnet ist.
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Auf dem Arbeitstisch 3 ist ein Antriebsmotor 25 befestigt, und zwar
in der Weise, daß die Längsachse des Motors 25 quer zur Bewegungsrichtung des Arbeitstisches
3 verläuft. Die Motorwelle 26 trägt eine Scheibe 27, an der ein radial verstellbares
als Unwucht wirkendes Gewicht 30 feststellbar ist. Vorzugsweise wird der die Unwucht
tragende Motor 25 beim letzten Schleifdurchgang eingeschaltet und ruft am Arbeitstisch
3 eine in beiden Vorschubrichtungen zusätzliche Bewegung hervor, die sich in einer
geringen Beschleunigung bzw. Verzögerung der Vorschubbewegung des Tisches 3 äußert.
Durch eine solche zusätzliche Bewegung ergeben sich, da die Schleifscheibe 21 rasch
wechselnd mehr oder weniger große Zeit an ein und derselben Stelle der Flanke schleift,
wellenförmige Oberflächenstrukturen, die bei Schrägzahnrädern durch die schräg über
die Flanke verlaufende Berührungslinie zwischen Schleifscheibe und Zahnflanke ebenfalls
einen schrägen Verlauf aufweisen.
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In Fig. 2 ist eine gleiche wie in Fig.1 gezeigte Zahnradschleifmaschine
dargestellt, wobei die Verschraubeinrichtung für das Bearbeiten schrägverzahnter
Stirnräder dargestellt ist.
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Die Verschraubeinrichtung besteht in bekannter Weise aus einem mit
dem Spanndorn 11 durch die Mitnehmereinrichtung 12, 13 in trieblicher Verbindung
stehendem Rollbogen 30, der in entgegengesetzter Richtung von Rollbänderpaaren 31,
32 bzw. 33,34 umschlungen wird. Die Enden der Rollbänder sind einerseits am Rollbogen
30' und andererseits an einem quer zur Bewegungsrichtung des Arbeitstisches 3 verstellbaren
Rollbandschlitten 36 in der gezeigten Weise befestigt. Der Rollbandschlitten 36
greift über eine Führungsrolle 39 in ein am Maschinenbett 2 schwenkbares Führungslineal
41 ein. Das Führungslineal 41 wird in eine dem Schrägungswinkel des zu schleifenden
Zahnrades entsprechende Stellung geschwenkt und festgestellt, so daß dem Werkstück
10 über die Führungsrolle 39 und dem Rollbogen 30' die erforderliche Verschraubbewegung
vermittelt wird. Die Führungsflächen 44 bzw. 45 des Führungslineals 41 weisen eine
den an den Zahnflanken herzustellende Schleifstruktur entsprechende Profilierung
auf, die aus senkrecht zur Bewegungsrichtung der Führungsrolle 39 gerichteten Riefen
bzw. Erhöhungen 46 an den Führungsflächen gebildet sind. Bewegt sich der Arbeitsschlitten
3 in der einen oder anderen Richtung, so gleitet die Führungsrolle 39 an den Führungsflächen
44 bzw. 45 entlang und vermittelt durch deren Profilierung dem Werkstück 10 zu der
durch die Schrägstellung des Lineals 41 bewirkten Verschraubbewegung eine zusätzliche
oszillierende Bewegung, durch die eine wellenförmige, schräg über die Zahnflanke
verlaufende Oberflächenstruktur an den Zahnflanken erzielt wird.
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In Fig. 3 ist an der in Fig. 1 und 2 beschriebenen Zahnrad-Formschleifmaschine
am Maschinenmitnehmer 12 bzw. an der Arbeitsspindel 9 ein Elektromotor oder Induktor
50 befestigt, dessen Motorwelle 52 über eine Kurbelschwinge 53, 54 und 55 eine Spindel
56 in wechselnder Richtung in einer am Maschinenmitnehmer 12 festen Mutter 57 dreht.
Die Spindel 56 führt dabei eine Bewegung quer zur Werkstücklängsachse aus und wirkt
auf den am Spanndorn 11 festen Mitnehmer 13 ein. Eine auf den Mitnehmer 13 einwirkende
Druckfeder 58 bewirkt dabei eine dauernde Anlage des Mitnehmers 13 an der Spindel
56. Durch den eingeschalteten Motor wird über die Kurbelschwinge 53, 54 und 55 und
die sich dadurch in wechselnder Richtung in die Mutter 57 ein- bzw. ausschraubende,
auf den Mitnehmer 13 einwirkende Spindel 56, dem Werkstück 10 in Umfangsrichtung
eine zur Verschraubbewegung zusätzliche oszillierende Bewegung vermittelt, so daß
beim Schleifvorgang an den Flanken wellenförmige Strukturen erzeugt werden.
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In Fig. 4 ist gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 am Maschinenmitnehmer
12 eine wechselstromgespeiste Spule 62 befestigt, die über Stromzuführungen an eine
Stromquelle angeschlossen ist. Im Inneren der Spule 62 ist eine als Anker wirkende
Stange
64 angeordnet, die auf den am Spanndorn 11 festen Mitnehmer 13 quer zur Bewegungsrichtung
des Arbeitstisches 3 einwirkt und diesem bzw. dem Werkstück 10 gegen die Wirkung
einer am Maschinenmitnehmer 12 angeordneten Druckfeder 66 eine zusätzliche oszillierende
Bewegung in Umfangsrichtung vermittelt, wodurch die bereits bei Fig. 2 und 3 beschriebene
Oberflächenstruktur an den Zahnflanken herstellbar ist. Die oszillierende Bewegung
des Ankers 64 kann dabei durch kurzzeitige Stromunterbrechung bewirkt werden, deren
Zeitabstände, entsprechend dem Vorschub des Werkstückes, die Abstände der Markierungen
an den Zahnflanken bestimmen.