DE1289390B - Vorrichtung zum Messen der beim Feinbearbeiten von Zahnraedern wirkenden Radialkraft - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung kannter Weise elektrisch-kapazitiv oder in ebenfalls zum Messen der beim Feinbearbeiten von Zahn- bekannter Weise mit einer pneumatischen mit rädern mit einem zahnradartigen Schab-, Läpp- oder Strömungswiderstand wirkenden Spaltmeßeinrichtung Honwerkzeug zwischen Werkzeug und Werkstück ermittelt wird. Es kann auch eine Kraftmeßdose verwirkenden Radialkraft. 5 wendet werden, bei der die zu messende Kraft in an

Bei der Zahnrad-Feinbearbeitung, insbesondere sich bekannter Weise auf eine Kohlesäule oder auf beim Schaben von großen und auch von innenver- einen piezo-elektrischen Kristall wirkt,
zahnten Zahnrädern ist es günstig, während der Pro- Während die vorgenannten Meßverfahren zwar

duktion die bei der Bearbeitung auftretenden Kräfte, unabhängig sind von der elastischen Verformung des beispielsweise die Hauptschnittkraft, die Vorschub- io Werkzeugträgers selbst, haben von diesen mindestens kraft, die Abdrängkraft oder auch eine resultierende, die elektrischen Meßverfahren immer noch den Nachaus einigen oder aus allen den genannten Kräften zu teil, daß mehr oder weniger empfindliche und auch messen. immer noch verhältnismäßig teure Meßinstrumente

Das Messen innerhalb der Produktion, d. h. außer- verwendet werden müssen. Auch ist die Temperaturhalb eines Meßraumes oder Labors, macht es not- 15 veränderung sowohl in der Werkstätte selbst als auch wendig, die Meßanordnung so auszubilden, daß der der Werkzeugmaschine immer noch verhältnismäßig in der Werkstatt tätige Mann ohne Schwierigkeiten schwer zu beherrschen bzw. zu kompensieren. Dieser damit umgehen kann. Ferner muß die Meßanordnung noch gebliebene Mangel wird nach der Erfindung dem robusten Werkstattbetrieb angemessen gestaltet dadurch beseitigt, daß das freie Ende der Spindel sein. ao mit einer zweiten Dose hydraulisch an die Kraftmeß-

Es ist bekannt, beim Schaben die von dem Arbeits- dose od. dgl. andrückbar ist.

druck herrührende elastische Verformung des Werk- Die so ausgestaltete Erfindung wird allen Anforde-

zeugträgers, beispielsweise die Durchbiegung der rungen in bezug auf einen niedrigen Preis und auf Arbeitsspindel oder des Spindelkastens, mit Deh- Robustheit voll gerecht. Die Bedienung der Anlage nungsmeßstreifen zu messen. Da die elastische Ver- 25 ist einfach und die Meßwerte sind in einer dem formung naturgemäß sehr klein ist und zum Messen Arbeiter gewohnten Weise ablesbar. Insbesondere entsprechend feine Meßinstrumente mit empfindlichen bietet die Wärmekompensation keine Schwierigkeit Verstärkern notwendig sind, mag die bekannte Vor- mehr.

richtung für den Versuchsbetrieb oder für die Einzel- Da beim Zahnradschaben und ähnlichen Bearbei-

bearbeitung großer Zahnräder brauchbar sein, sie ist 30 tungsverfahren verhältnismäßig schnell umlaufende aber ungeeignet für einen rauhen Serienbetrieb. Auch Werkzeuge verwendet werden, die überdies noch vom hat die bekannte Art des Messens den Nachteil, daß Werkstück her periodische Impulse erhalten können, man die Richtung der zu messenden Kraft nicht kann eine Schwingungsdämpfung angeraten sein, wowählen kann, oder anders ausgedrückt, bei der be- zu an sich alle bekannten Dämpfungssysteme in kannten Einrichtung weiß man nicht genau, welche 35 Frage kommen. Besonders empfohlen wird eine dergerichtete Kraft man tatsächlich mißt. artige Anordnung, daß je Freiheitsgrad (Koordinate)

Es ist im Zusammenhang mit Zahnradhonmaschi- außer der den am Werkzeug wirkenden Kräften entnen bekanntgeworden, das Werkstück auf einem gegenwirkenden Druckmeßeinrichtung (Druckmeß-Tisch schwenkbar zu lagern und hydraulisch in den dose) eine der letzteren entgegengerichtete, eine Zahneingriff mit dem Werkzeug zu drücken. Abge- 40 kleinere Kraft ausübende Druckmeßeinrichtung sehen davon, daß an dieser Vorrichtung keine Mittel (Druckmeßdose) vorgesehen ist.
zum Messen der Zerspanungskräfte vorgesehen sind, Sehr einfach und betriebssicher ist die erfindungs-

wäre diese Lagerung insbesondere von großen Werk- gemäße Anordnung, wenn die hydraulische Druckstücken zum Messen zu schwerfällig. meßeinrichtung ein nach außen geschlossenes hydrau-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine 45 lisehes System ist. Die Anlage umfaßt dann gewisser-Vorrichtung zum Messen der bei der Feinbearbeitung maßen in einer Grundausstattung eine Druckmeßauftretenden Zerspanungskräfte, die einerseits der dose, an die einerseits über ein Absperrventil eine Feinbearbeitung entsprechend feinfühlig aber ande- Pumpe und andererseits eine Einrichtung zum Luftrerseits für einen Werkstattbetrieb robust und ein- ; abscheiden und eine Druckanzeigevorrichtung fach zu bedienen ist. 50 (Manometer) angeschlossen ist. Die erweiterte

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dämpfende Anlage besteht grundsätzlich aus einer dadurch gelöst, daß die in zwei mit Abstand vonein- ersten, eine große Kraft ausübende oder aufnehmende ander angeordneten Lagern aufgenommene Spindel Druckmeßdose, an die einerseits über ein Absperrum das erste, als Pendellager ausgebildete Lager kipp- ventil eine Pumpe und andererseits eine Einrichtung bar ist und mit einer bekannten Kraftmeßdose od. 55 zum Luftabscheiden und eine Druckanzeigevorrichdgl. am zweiten Lager abgestützt ist. Hierdurch wird tung (Manometer) angeschlossen ist und aus einer die elastische Verformung durch ein System nach Art zweiten, eine kleinere Kraft ausübende oder aufneheines Waagebalkens ersetzt, so daß die der Messung mende, der ersten Druckmeßeinrichtung entgegenzugrunde liegende Stützkraft direkt proportional der wirkende Druckmeßdose, die einerseits über ein zu betrachtenden Kraft ist, während bei dem be- 60 zweites Absperrventil ah die Pumpe und andererseits kannten Meßverfahren ein Umweg über den Elastizi- an die besagte Einrichtung zum Luftabscheiden antätsmodul und die Spannung notwendig ist. geschlossen ist. Beide Anlagen werden zweckmäßig

Als eigentlicher Kraftmesser kann irgendeine be- dadurch ergänzt, daß das System einerseits an die kannte Meßdose dienen. So bietet sich hierfür bei- Druckseite und andererseits über ein weiteres Abspielsweise die Verwendung einer Kraftmeßdose mit 65 sperrventil an die Sogseite der Pumpe angeschlossen einer Biegeplatte an, bei der die Kraft beim Durch- ist.

biegen der Biegeplatte mit einer Meßuhr oder auf Die Druckmeßeinrichtung kann je nach der

Grund eines veränderten Luftspaltes in an sich be- Bearbeitungsaufgabe in einer, in zwei oder in drei

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Koordinaten wirken. Ebenso ist es auch denkbar, radschabmaschine sind bekannt und daher nicht ge-

daß die Kräfte in einem Freiheitsgrad der Drehung, zeichnet. Es sei lediglich erwähnt, daß die Lager-

d. h. Drehmomente, gemessen werden. Besonders zu hülse 13 exzentrisch ausgebildet und zum Zweck

erwähnen ist der Freiheitsgrad der Drehung um die einer feinen Spanzustellung über einen Hebel 21 um

Längsachse der Arbeitsspindel, d. h. also das An- 5 die Längsachse der Arbeitsspindel geschwenkt werden

triebsdrehmoment, falls das Werkzeug angetrieben kann,

wird. An dem Ende, das dem Schabzahnrad 10 abge-

Es ist vorteilhaft, wenn die Abstützung am zweiten kehrt ist, ist an der Lagerhülse 13 ein Flansch 22 um Spindellager durch eine Druckmeßeinrichtung und die Längsachse der Arbeitsspindel drehbar und festdurch Stahlbänder erfolgt. Die Stahlbänder verlieren io stellbar befestigt. Der Flansch trägt ein 3-teiliges an Bedeutung, wenn die Abstützung am zweiten Lager Gehäuse 23, das aus einem Oberteil 24, einem Mittelin zwei Koordinaten mittels Druckmeßeinrichtungen teil 25 und einem Unterteil 26 (F i g. 2) besteht. Die erfolgt. genannten Gehäuseteile sind mit Schrauben zusam-

Falls auch die axiale Kraft, d. h. im allgemeinen mengehalten, von denen eine gezeichnet und mit 27 die Vorschubkraft interessiert, ist es zweckmäßig, die m benannt ist. Zwischen den Gehäuseteilen sind Stahl-Abstützung im Freiheitsgrad der axialen Schiebung bänder 28,29 eingelegt, die mit zwei Spannern 30, ebenfalls durch eine Druckmeßeinrichtung vorzu- 31 gespannt und durch Anziehen der Schrauben 27 nehmen. festgezogen werden können. Die Spanner selbst be-

Zur genauen Ermittlung der Arbeitsdrücke kann stehen aus einem Steg 32, an dem mit 2 Klammern

es sehr zweckdienlich sein, die Richtung der Abstüt- ao 33, 34 und Schrauben 35,36 die Stahlbänder befe-

zung durch die Druckmeßeinrichtung bzw. durch die stigt sind. Die Spannung selbst wird mit Hilfe von

Druckmeßeinrichtungen zu wählen. Zur Ausgestaltung Schrauben 37 vorgenommen, die die Stege parallel zu

dieses Gedankens wird vorgeschlagen, daß die den den Stahlbändern durchdringen und die sich gegen

oder die Geber zur Meßeinrichtung tragende Lage- das Mittelteil abstützen. In der Mitte des Gehäuses

rung um die Längsachse der Arbeitsspindel gedreht »5 23 ist mit Hilfe von Spanneisen 39,40 und Schrauben

und festgestellt wird. 41 ein Lagergehäuse 42 befestigt, das ein beliebiges

Mit den Fig. 1 bis 4 ist die Erfindung erläutert. geeignetes Lager, beispielsweise ein Nadellager 43

Es zeigt zum Abstützen der Arbeitsspindel in sich aufnimmt.

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Lagerung Das Lagergehäuse 42 wird in Richtung senkrecht zu

einer Arbeitsspindel einer Zahnradschabmaschine, 30 den Stahlbändern von einer Einstellschraube 44 und

bei der der Antrieb für die Drehbewegung vom Werk- einer Kraftmeßdose, in diesem Falle eine hydrau-

stück her erfolgt, lische Kraftmeßdose 45, gehalten.

F i g. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Durch Drehen des Flansches 22 relativ zum Schab-

F i g. 1 in vergrößertem Maßstab, rad 10 bzw. zum Eingriffsfeld zwischen Schabzahn-

F i g. 3 schematisch das hydraulische System einer 35 rad und Werkstück kann gewählt werden, welche auf

erfindungsgemäßen Meßeinrichtung, das Schabezahnrad 10 bzw. auf die Arbeitsspindel 11

Fig. 4 schematisch ein durch eine zweite Meß- gerichtete Kraft 46 durch eine Gegenkraft 46α an der

dose erweitertes hydraulisches System nach der Kraftmeßdose aufgenommen werden soll. Die eigent-

Erfindung. liehe Meßeinrichtung zeigt Fig. 3. An die Kraft-

Das Werkzeug einer Zahnrad-Feinbearbeitungs- 40 meßdose 45 ist über eine Leitung 47, einen Luftmaschine, beispielsweise ein Schabzahnrad 10 einer abscheider 48 und eine Druckreguliereinrichtung 49 Zahnradschabmaschine, ist auf der Arbeitsspindel 11 eine Druckanzeigevorrichtung (Manometer) 50 angeaufgespannt, die auf der dem Schabzahnrad züge- schlossen. Die Kraftmeßdose 45 ist über eine weitere kehrten Seite mit einem Wälzlager 12 in einer Lager- Leitung 51 und ein Absperrventil 52 sowie eine hülse 13 gelagert ist. Das Werkzeug 10 könnte auch 45 Leitung 53 mit der Druckseite einer handbetätigten ein Läpp- oder Honzahnrad sein. Zur Lagerung ist Kolbenpumpe 54 bekannter Art verbunden. Mit nicht unbedingt ein Wälzlager erforderlich, es kann Hilfe einer Leitung 55, einem weiteren Absperrventil auch beispielsweise ein Gleitlager benutzt werden. 56 und einer Leitung 57 ist eine Verbindung zwischen Wichtig ist nur, daß das Lager eine geringe Kipp- dem Manometer 50 und der Sogseite der genannten bewegung um den Pfeil 14 bzw. den Punkt 14' aus- 50 Pumpe hergestellt. Durch Umpumpen des Betriebsführen kann. Die Schmierstoffkammer für das Lager mittels, beispielsweise Öls, kann die ganze Anlage. 12 ist mit Dichtungselementen abgedichtet, die eine cjie ein in sich geschlossenes System darstellt, mil geringe Winkelverstellung der Arbeitsspindel zu- Hilfe des Luftabscheiders 48 luftleer gemacht werden, lassen. So kann beispielsweise zwischen Lager und Mit Rücksicht auf die Luftleerheit des Meßsystems Schabzahnrad ein elastischer Dichtungsring 15 und 55 mündet auch die Leitung 57 unterhalb des Flüssigauf der anderen Seite des Lagers eine Labyrinth- keitsspiegels 58, der mit dem Schauglas 59 kontrol-Dichtung 16 vorgesehen sein. Die Lagerhülse 13 ist liert werden kann, in die Pumpe ein.
in einem Werkzeugkopf 17 gelagert, der in bekannter Ist aus dem ganzen System die Luft entfernt, so Weise so von einem Werkzeugschlitten 18 aufge- werden die Absperrventile 52 und 56 geschlossen, nommen ist, daß das Werkzeug 10 mit dem Werk- 60 Jede der Gegenkraft 46 a entsprechende Kraft, die stück 19 — wie beim Zahnradschaben üblich — mit auf der Druckmeßdose lastet, wird dann am Manogekreuzten Achsen kämmen kann. Das Werkstück meter 50 angezeigt, an dem dann also die Schnittist auf einem Werkstücksupport gelagert und bei- kraft abgelesen werden kann. Ein übermäßiges Steispielsweise zwischen einer Reitstockspitze 20 und gern der Kraft würde beispielsweise darauf schließen einem nicht gezeichneten Futter gehalten und auch 65 lassen, daß das Werkzeug stumpf geworden ist. Übervon hier aus angetrieben. Die Mittel für den Antrieb, steigt die Kraft bei scharfen Werkzeugen eine befür den Längs- und den Quervorschub, für die Span- stimmte Grenze, so kann beispielsweise daraus gezustellung und die sonstigen zum Betrieb einer Zahn- schlossen werden, daß die Spanzustellung zu groß ist.

Ist die Kraft sehr klein, so kann beispielsweise angenommen werden, daß die Spanabnahme unwirtschaftlich ist. Das Werkstück kann auch auf Rundlauf oder auf andere sich durch Schwankungen der Abdrängkraft od. dgl. bemerkbar machende Verzahnungsfehler oder Eigenschaften geprüft werden. Durch Schaben mit verschiedener Kräfteverteilung längs dem Werkstückzahn kann auch »selektiv« geschabt werden, d. h., es kann eine ungewollte Konizität heraus- oder eine ungewollte hineingeschabt oder es können gewünschte Tragbilder hergestellt werden.

Da das Meßsystem geschlossen ist, machen sich Temperaturveränderungen infolge der Wärmeausdehnung als Änderung des Druckes bemerkbar. Diese ungewollten Volumenveränderungen können an einer Druckreguliereinrichtung 49 ausgeglichen werden.

F i g. 4 zeigt eine Meßeinrichtung entsprechend der Fig. 3, jedoch ist letztere durch eine weitere kleinere Kraftmeßdose 62 erweitert, die an Stelle der Einstell- ao schraube 44 eingebaut ist. Die zusätzliche Kraftmeßdose 62 ist einerseits an den Luftabscheider 48 angeschlossen und andererseits über eine Leitung 63 und ein drittes Absperrventil 64 an die Sogseite der Pumpe 54. Unter Umständen kann das 3. Absperrventil 64 eingespart und die Kraftmeßdose 62 über die Leitungen 63,65 mit Leitung 51 verbunden werden. Durch die gegeneinander wirkenden Kraftmeßdosen (vgl. Pfeile 46 a, 66) wird die verdrängte Flüssigkeitsmenge erhöht, wodurch eine dämpfende Wirkung er- zielt wird, insbesondere bei periodisch auftretenden Kräften von Vorteil ist.

In dem Ausführungsbeispiel Fig. 1 ist das Lager 12 im Freiheitsgrad der Schiebung in Richtung der Längsseite der Arbeitsspindel durch eine Buchse 67 und den Flansch 22 festgehalten. Statt dieser festen Schulter kann auch eine in dieser Koordinate wirkende Druckmeßeinrichtung vorgesehen sein, mit der beispielsweise die Vorschubkraft od. dgl. gemessen werden kann.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Messen der beim Feinbearbeiten von Zahnrädern mit einem zahnradartigen Schab-, Läpp- oder Honwerkzeug zwischen Werkzeug und Werkstück wirkenden Radialkraft, dadurch gekennzeichnet, daß die in zwei mit Abstand voneinander angeordneten Lagern aufgenommene Spindel um das erste, als Pendellager ausgebildete Lager kippbar ist und mit einer bekannten Kraftmeßdose (45) od. dgl. am zweiten Lager abgestützt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einer hydraulischen Kraftmeßeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende der Spindel mit einer zweiten Dose (66) hydraulisch an die Kraftmeßdose (45) od. dgl. andrückbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Kraftmeßeinrichtung an ein nach außen geschlossenes hydraulisches System (45, 47 bis 52 oder 45 bis 52, 62 bis 65) angeschlossen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Lager zusätzlich zur Kraftmeßdose (45) durch zwischen einem das zweite Lager umgebenden Rahmen (23) und diesem Lager eingespannte Stahlbänder (28, 29) abgestützt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung am zweiten Lager in zwei Koordinaten mittels Kraftmeßdosen erfolgt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel zusätzlich in axialer Richtung durch eine weitere Kraftmeßdose abgestützt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftmeßdose (45) bzw. die Kraftmeßdosen in einem Gehäuse (23) gelagert ist (sind), das um die Achse der Spindel drehbar und feststellbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen