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Verfahren und Einrichtung zur Erzeugung leicht bulliger oder kegeliger
Zahnflanken an Gerad-oder Schrägzahnstirnrädern auf Wälzfräsmaschinen Die Erfindung
betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erzeugung von in Richtung der Zahnbreite
leicht ballig oder kegelig verlaufenden Zahnflanken an gerad- oder schrägverzahnten
Stirnrädern auf Wälzfräsmaschinen mittels zylindrischen Wälzfräsers mit konstanter
Teilung über die gesamte Breite des Bezugsprofils.
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Es ist bekannt, bullige Zahnflanken auf Zahnradwälzfräsmaschinen herzustellen,
indem der Achsabstand von Werkzeug und Werkstück während des Fräsvorganges in Abhängigkeit
von dem Vorschub in Zahnlängsrichtung laufend geändert wird. Entsprechend dem konstruktiven
Aufbau der Zahnradwälzfräsmaschine wird dabei der das Werkzeug tragende Ständer
dem feststehenden Werkstück genähert oder der das Werkstück tragende Bettschlitten
gegenüber dem feststehenden Werkzeug verschoben.
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Zur Durchführung dieser Bewegung sind im wesentlichen mechanische
Kurven- oder Hebeltriebe bzw. auch Koppelstangen sowie mechanische, hydraulische
oder elektrische Kopiereinrichtungen vorgesehen.
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Alle die bekannten Ausführungsarten der Balligfräseinrichtungen, bei
denen die Balligkeit durch Achsabstandsveränderung zwischen Werkzeug und Werkstück
erreicht wird, haben jedoch den Nachteil, daß insbesondere bei großen Maschinen
unzweckmäßig große Massen bewegt werden müssen, die erforderlichen Bewegungen sehr
langsam und schleichend vor sich gehen.
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Des weiteren leidet die Qualität der Maschine unter dem schwimmenden
Zustand des Teiles, welches die Bewegung ausführt, so daß für die verhältnismäßig
ungünstigen Schnittbedingungen beim Wälzfräsen keine genügend starre Grundlage vorhanden
ist.
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Außerdem erfordern die bekannten Einrichtungen trotz der an sich einfachen
Bewegungsverhältnisse für das Bülligfräsen einen erheblichen Aufwand an Konstruktionsteilen.
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Bei anderen bekannten Verfahren wird die Balligkeit mit Hilfe von
besonders gestalteten Wälzfräsern erzeugt, die bei globoidförmiger Gestaltung im
Tauchverfahren arbeiten oder, mit Schneckengängen unterschiedlicher Zahndicke versehen,
durch axiale Verschiebung während des Längsvorschubes, also im Diagonalverfahren,
die Herstellung leicht bulliger Verzahnungen gestatten.
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Wenn damit infolge der nicht erforderlichen Achsabstandsänderung auch
die Bewegung größerer Massen wirksam verhindert ist, so ist andererseits zur Herstellung
der komplizierten Sonderwerkzeuge ein hoher Arbeitsaufwand erforderlich, so daß
sich die Werkzeugkosten bis zur Abnutzung des Wälzfräsers nur bei sehr Schonenden
Einsatz amortisieren lassen.
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Es ist ferner beim Zahnradschaben- oder läppen bekannt, die miteinander
.im Eingriff befindlichen verzahnten Elemente geringfügig gegeneinander zu verschwenken,
um bullige Zahnflanken zu erhalten. Dabei darf jedoch kein Vorschub in Zahnlängsrichtung
stattfinden, wie er beim Wälzfräsen unerläßlich ist, da sonst die erhaltene Balligkeit
wieder entfernt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein. Verfahren zur Erzeugung
leicht bulliger oder kegeliger Zahnflanken an Gerad- oder Schrägzahnstirnrädern
auf Wälzfräsmaschinen zu schaffen; wobei als Werkzeug ein normaler zylindrischer
Wälzfräser Anwendung findet.
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Zur Durchführung der die Balligkeit erzeugenden Bewegung sollen nach
der Aufgabenstellung nur geringe Massen bewegt werden; keine Achsabstandsveränderung
zwischen Werkzeug und Werkstück während der Längsvorschubbewegung stattfinden und
die Starrheit der Maschine wie beim normalen Wälzvorgang erhalten bleiben.
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Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Einrichtung zur Durchführung
des genannten Verfahrens zu entwickeln, welche verhältnismäßig wenige, einfach herzustellende
Konstruktionsteile besitzt und gegebe= nenfalls auch nachträglich -an vorhandenen
Maschinen angebaut wenden kann.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß während des Vorschubes
in Zahnlängsrichtung die Achse des Wälzfräsers gegenüber der Werkstückachse in einer
parallel zu .dieser verlaufenden Ebene fortlaufend eine geringfügige, den Kreuzungswinkel
beider Achsen verändernde Schwenkbewegung ausführt. Durch die erfindungsgeüläße
Schwenkbewe-
Gang kommt das Erzeugungsprofil des Wälzfräsers über
einen Bereich mit dem Werkstück zum Eingriff, der zwischen Normalmodul und Stirnmodul
liegt, wobei die Differenzen zwischen Normalteilung und Stirnteilung zur ErzeugunD
einer unterschiedlich breiten Zahnlücke ausgenutzt werden.
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Da die Schwenkbewegung zur Herbeiführung geringer Balligkeiten von
höchstens Zehntel:nillirzeter nur etwa Bruchteile eines Bogengrades ausmacht, ist
dabei nicht zu befürchten, daß Zähne des Wälzfräsers, die außerhalb der Eingriffsstrecke
liegen, durch die Schwenkbewegung unzeitgemäß zum Schnitt gelangen und Flankenteile
des Werkstückes zerstören.
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Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht erfindungsgemäß
aus einem Getriebezug, der die Schwenkplatte der Wälzfräsmaschine, die den Wälzfräser
aufnimmt und auf einem in Zahnlängsrichtung verschiebbaren Schlitten angeordnet
ist, mit der Vorschubspindel dieses Schlittens über Wechselräder, einen Kurbel-
oder Kurventrieb und eine Schubstange derart verbindet, daß eine Vorschubbewegung
des Schlittens in Zahnlängsrichtung eine Verdreh- bzw. Schwenkbewegung der Schwenkplatte
zur Folge hat. Nach weiteren Merkmalen der Erfindung besitzt der Kurbeltrieb einen
radial vzrstellbaren Kurbelzapfen, und die Schub- oder Kurbelstange ist in ihrer
Länge einstellbar, so daß verschiedene Balligkeitsgrößen erreichbar sind.
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In den Zeichnungen ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Einrichtung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt. Es zeigt
F i g. 1 die Vorderansicht eines Ständerschlittens einer Wälzfräsmaschine mit der
erfindungsgemäßen Einrichtung, die durch einen Kurbelantrieb gebildet wird, F i
g. 2 die Bewegungsverhältnisse des Kurbeltriebes in Abhängigkeit der zu fräsenden
Zahnbreite, F i g. 3 die Stellung des Wälzfräsers und damit die Veränderung des
Kreuzungswinkels zwischen der waagerechten Achse und der Werkzeugachse zur Erzeugung
der Balligkeit in Abhängigkeit der zu fräsenden Zahnbreite.
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Im Ständer 1 einer Zahnradwälzfräsmaschine ist auf senkrechten Führungsbahnen
2 ein Schlitten 3 angeordnet, der eine Schwenkplatte 4 schwenkbar aufnimmt, welche
die Werkzeugspindel 5 mit dem Wälzfräser 6 trägt.
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Weiterhin ist im Ständer 1 eine Vorschubspindel 7 gelagert, die in
eine nicht dargestellte, am Schlitten 3 befindliche Spindelmutter eingreift. Die
Vorschubspindel 7 trägt an ihrem oberen Ende ein Kegelrad 8, welches :mit einem
weiteren Kegelrad 9 im Eingriff ist. Das Kegelrad 9 steht über eine im Ständer 1
gelagerte Welle 10 mit Wechselrädern 11, 12 in Verbindung, wobei das
Wechselrad 12 über die Welle 13 die Kurbelscheibe 14 antreibt. Die Kurbelscheibe
14 trägt einen verstellbaren Kurbelzapfen 15, an dem eine in sich verschiebbare
Kurbelstange 16 angreift, die mit ihrem anderen Ende mit einem an der Schwenkplatte
4 .befestigten Arm 18 verbunden ist, daß dadurch der Gelenkpunkt 17 gebildet wird.
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Die Wirkungsweise ,der Einrichtung zur Herstellung von galligen Verzahnungen
ist folgende: Vor Beginn des Verzahnungsvorganges sind Wechselräder 11, 12 mit derartigen
Zähnezahlen aufzustecken, daß während der Abwärtsbewegung der Schwenkplatte
4 in Zahnlängsrichtung mit dem Wälzfräser 6 um die Zahnbreite b der Kurbelzapfen
15 von seiner Ausgangsstellung 1 (s. F i g. 2) bis zur Endstellung III eine Drehung
von 18Q° beschreibt und der senkrechte Weg des Kurbelzapfens 15 von der Stellung
1 nach der Stellung 111 der Zahnbreite b des zu verzahnenden Werkstückes
19 entspricht.
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Der Wälzfräser 6 wird nunmehr auf Mitte der Zahnbreite b des Werkstückes
19 eingestellt. In dieser Stellung erfolgt ein Verschwenken der Schwenkplatte
4, so daß sich zwischen der Werkzeug- und der Werkstückachse, entsprechend
der gewünschten Zahnschräge am Werkstück 19 und dem Steigungswinkel des Wälzfräsers
6, der einzustellende Kreuzungswinkel y ergibt.
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In der erwähnten Stellung des Wälzfräsers 6 wird nun die Kurbelscheibe
14 mit ihrem verstellbaren Kurbelzapfen 15 so weit verdreht, daß der Kurbelzapfen
15 die in F i g. 2 gezeigte Stellung 11 einnimmt und die in sich verschiebbare
Kurbelstange 16 verriegelt. Die verriegelte Kurbelstange 16 mit ihrer Länge
r schließt in der Stellung 1I dabei mit der Senkrechten einen Winkel a ein.
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Nunmehr wird der Schlitten 3 mit der Schwenkplatte 4 und dem
Wälzfräser 6 in seine Ausgangsstellung nach oben bewegt, so daß der Wälzfräser
6
die für den Beginn des Verzahnungsvorganges erforderliche Anschnittstellung
erhält.
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Während dieser Bewegung des Schlittens 3 mit der Schwenkplatte
4 und dem Wälzfräser 6 um die halbe Zahnbreite b nach oben wird durch
die Kurbelstange 16 der Kurbelzapfen 15 mit seiner Kurbelscheibe
14
in die Ausgangsstellung 1 zurückbewegt.
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Dabei beschreibt der Kurbelzapfen einen senkrechten Weg, der der halben
Zahnbreite b entspricht. Die Aufwärtsbewegung des Gelenkpunktes 17 der Kurbelstange
16, welche an der Schwenkplatte 4 angreift und zur Einstellung des Kreuzungswinkels
zwischen Werkzeug- und Werkstückachse dient, ist jedoch, da die Kurbelstange 16
mit ihrer Länge r sich in die Senkrechte zurückdreht, um x = r (1-cos a) geringer
als die halbe Zahnbreite. Diese Verzögerung der Bewegung des Gelenkpunktes 17 gegenüber
der gleichfalls senkrecht verlaufenden Bewegung des Schlittens 3 mit der Schwenkplatte
4 und dem Wälzfräser 6 bewirkt ein laufendes, zusätzliches Schwenken der
Schwenkplatte 4, so daß sich von Mitte der Zahnbreite b bis nach außen, in Abhängigkeit
vom Winkel a, eine laufende Verringerung des ursprünglich eingestellten Kreuzungswinkels
y ergibt. Mit diesem, vom normalen Kreuzungswinkel y abweichenden Winkel
y - d y beginnt jetzt, nachdem sich der Wälzfräser 6 in Anschnittstellung
befindet, der eigentliche Verzahnungsvorgang.
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So wird z. B. im Tauchlänb fräsen waagerecht auf Zahntiefe gefräst
und dann der senkrechte Längsvorschub eingeschaltet. Dabei führt der Schlitten 3
mit der Schwenkplatte 4 und dem Wälzfräser 6 eine senkrechte Bewegung
aus, während sich in Abhängigkeit dieser Bewegung der Kurbelzapfen 15 mit seiner
Kurbelscheibe 14 von der Stellung 1 bis zur Mitte der Zahnbreite b in die Stellung
II bewegt.
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Da hierbei die Kurbelstange 16 aus der Senkrechten heraustritt, wird
eine laufende Verkürzung der wirklichen Länge r der Kurbelstange 16 mit der Vergrößerung
das Winkels a erreicht. Diese Verkürzung der Kurbelstange 16, auf die Senkrechte
bezogen.
kommt einer Beschleunigung der Bewegung des Kurbelzapfens
16 von Stellung I nach 11 gleich, so daß bis zur Mitte der Zahnbreite b der Gelenkpunkt
17 ebenfalls die genaue Mitte der Zahnbreite b erreicht hat und somit der ursprünglich
eingestellte Kreuzungswinkel y zwischen Werkzeug- und Werkstückachse vorhanden ist.
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Durch eine weitere Abwärtsbewegung des Schlittens 3 mit der Schwenkplatte
4 und dem Wälzfräser 6 wird durch Drehung der Vorschubspindel 7 über die Kegelräder
8, 9, die Wechselräder 11, 12 und die Kurbelscheibe 14 die Kurbelstange 16 wieder
in die Senkrechte zurückbewegt, d. h., der Winkel a laufend verkleinert, so daß,
bezogen auf die Senkrechte, die Kurbelstange 16 ihre wirkliche Länge r wieder einnimmt
und von der Mitte der Zahnbreite b aus die Schwenkplatte 4 zusätzlich nach unten
verschwenkt, so daß eine Verkleinerung des ursprünglich in der Mitte der Zahnbreite
b festgelegten Kreuzungswinkels y um den gleichen Betrag (-A
y) wie bei Beginn des Verzahnungsvorganges eintritt.
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Da, wie bereits erläutert, beim Verzahnungsvorgang am Anfang mit einem
kleineren Winkel y - 4 y gearbeitet wird, entsteht eine breitere Zahnlücke, die
sich nach Mitte der Zahnbreite b hin mit Vergrößerung des Kreuzungswinkels y so
verringert, daß in der Mitte entsprechend dem normalen Kreuzungswinkel y die normale
Zahnlückenbreite vorhanden ist, die sich von der Mitte aus nach dem Ende zu wieder
mit Verringerung des Kreuzungswinkels y verbreitert. Durch Änderung des erforderlichen
Kreuzungswinkels y tritt ebenfalls eine Änderung der Breite des die Zahnlücke erzeugenden
Werkzeugprofils ein, wodurch der vorher genannte Effekt eintritt.
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Durch Änderung des übersetzungsverhältnisses der Wechselräder 10,
11 ist es bei der erfindungsgemäßen Einrichtung auch möglich, die Lage der Balligkeit,
d. h. des Tragbildes, zu verändern, so daß auch kegelige Zahnflanken erzeugt werden
können.
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Die geschilderte Art .des Schwenkens der Schwenkplatte 4 durch einen
Kurbeltrieb stellt nur ein Ausführungsbeispiel dar. Es ist ohne weiteres auch
mög-
lich, von der Vorschubspindel 7 des Schlittens 3 aus über Längs- oder
Umfangskurven bzw. auch Kopiereinrichtungen, ein zusätzliches Verschwenken der Schwenkplatte
4 hervorzurufen.
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Außerdem ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht
auf Wälzfräsmaschinen beschränkt, sondern kann überall dort Anwendung finden, wo
gleiche Verhältnisse vorliegen, so z. B. Zahnradwälzschleifmaschinen.