DE2042929A1 - Wälzstoßmaschine zur Herstellung von Zahnrädern od.dgl - Google Patents
Wälzstoßmaschine zur Herstellung von Zahnrädern od.dglInfo
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Description
Dipi.-Ing.W.Beyer
Dipl.-Wirtsch.-Ing.B.Jochem
6000 Prankfurt am Main Preiherr-vom-Stein-Straße
Maschinenfabrik Lorenz Aktiengesellschaft 75o5 EttlIngen / Baden
Wälzstoßmaschine zur Herstellung von Zahnrädern od.dgl·
Die Erfindung bezieht sich auf Wälzstoßmaschinen zur Herstellung von Zahnrädern od.dgl. mit während des Arbeitsvorganges
willkürlich steuerbarer relativer Drehbewegung von Schneidrad und Werkrad gemäß dem deutschen Patent ····.
(Patentanmeldung'P 16 27 364.6-14).
Beim Wälzstoßen erfolgt die Bearbeitung eines sich drehenden Werkstückes, des sog. Werkrades, durch ein sich drehendes,
meist zahnradähnlich ausgebildetes Schneidwerkzeug, dem sogenannten Schneidrad, das radial bis zu einem bei Ausseηverzahnungen
von der Summe bzw. bei Innenverzahnungen von der Differenz der Wälzkreisradien bestimmten Achsabstand zum Werkrad
zugestellt wird. Es kann natürlich auch umgekehrt das Werkrad zum Schneidrad zugestellt werden· Werkrad und Schneidrad
werden über den Wälzgetriebezug mit einem-Übersetzungsverhältnis
verbunden, das gleich dem Verhältnis der-Z8hinreähTen~~
bzw. der Wälzkreisradien von Werkrad und Schneidrad ist· Zur Erzeugung des Wälzprofils am Werkrad werden dem Schneidrad
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axiale Doppelhubbewegungen erteilt. Während der Arbeitshübe
wird der Werkstoff der Zahnlücken des Werkrades unter gleichzeitigem Abwälzen des Schneidrades am Werkrad zerspant. Für
die Dauer des jedem Arbeitshub folgenden Rückhubes wird das Schneidrad vom Werkrad oder umgekehrt das Werkrad vom Schneidrad
abgehoben, so daß das Schneidrad ohne Berührung mit dem
Werkrad zurückgeführt werden kann. Diese Abhebebewegung_"er- '
folgt je nach der Art und Form der herzustellenden Verzahnung in Richtung der Verbindungslinie zwischen Schneidrad- und
J—Werkfa<fzentrum oder in einem Winkel zu dieser Linie und wird
durch entsprechende Steuerung der Schneidradspindel bzw. der Werkradspindel entweder dem Schneidrad oder dem Werkrad erteilt.
Bei grösseren Zahnlückentiefen wird das volle Profil am Werkrad meistens nicht in einem Werkradrundgang ausgeschnitten.
Je nach der Grosse der Zahnlückentiefe wird die Bearbeitung in eine Anzahl Schnitte aufgeteilt, die in mehreren Werkradrundgängen
ausgeführt werden. Für jeden Rundgang wird dem Schneidrad oder dem Werkrad durch eine Kurve oder andere Mittel
eine entsprechende radiale Zustellbewegung zum anderen Rad hin erteilt, d.h. der Achsabstand zwischen Schneidrad
und Werkrad wird stufenweise oder kontinuierlich von einem Anfangsmaß bis zum Erreichen der vollen Zahntiefe geändert.
Bei den bekannten Wälzstoßmaschinen wird die Wälzbewegung zwischen Schneidrad und Werkrad über einen Wälzgetriebezug
mit festem Übersetzungsverhältnis erzeugt, nämlich die beiden Schneckengetriebe, über die Schneidrad und Werkrad angetrieben
werden, sowie weitere konstruktiv bedingte Getriebe wie Kegelradpaare und dgl. einschließlich der Wechselräder. Das Übersetzungsverhältnis
des Getriebezuges errechnet sich aus dem Verhältnis der Zähnezahlen der Getriebeelemente sowie dem
Verhältnis der Wälzkreisradien von Schneidrad und Werkrad. Auf Grund dieses festen Übersetzungsverhältnisses findet bei
den bekannten Wälzstoßmaschinen normalerweise eine reine Wälzbewegung
der Wälzkreise von Schneidrad und Werkrad aufeinander statt.
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Jm Sonderformen von Verzahnungen herzustellen, müssen besondere
Maßnahmen getroffen werden, die den Aufbau der Maschine komplizieren und ihren Anwendungsbereich auf die spezielle
Verzahnungsform beschränken. So werden z.B. sich in Achsrichtung verjüngende Zahndicken durch kegeliges Stoßen des Werkrades
durch Neigung der Stoßachse, des Schneidrades gegenüber
der Werkradachse erreicht. . .
In Achsrichtung gewölbte - längsballige - Zahnflanken werden durch eine radiale Relativbewegung zwischen Schneidradspindel
und Werkradspindel über entsprechende Steuerkurven erzeugt.
In manchen Fällen erfordern die Eingriffsverhältnisse beim
Verzahnen eine ganz bestimmte Abheberichtung, was beim Umrüsten der Maschine für eine andere Verzahnung zur Veränderung
der entsprechenden Einrichtung führt.
Oft ist es auch erforderlich, die Zahnrichtung der Verzahnung z.B. bei Härteverzug zu korrigieren, wozu bei den bekannten
Maschinen umfangreiche Arbeiten auszuführen sind. i
Auch soll in manchen Fällen die zu zerspanende Querschnittsfläche der Zahnlücke nach zerspanungstechnischen Gesichtspunkten
auf die vor- und nachlaufende Zahnflanke des Schneidrades aufgeteilt werden, wozu es einer tangentialen Relativbewegung
zwischen Schneidrad und Werkrad bedarf.
Ein weiterer Sonderfall ist das Stoßen von Zahnrädern, deren Zähnezahl eine Primzahl ist, wofür gerade keine Wechselräder
zur Hand sind.
In der eingangs genannten Patentanmeldung ist erstmals ein
Weg aufgezeigt worden, wie unter Vermeidung komplizierter Veränderungen der Maschine diese jederzeit an die gerade
in Frage kommenden Erfordernisse angepasst werden kann. Als
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Lösung war damals vorgeschlagen worden, in den Wälzgetriebezug zum Antrieb des Werkrades zusätzlich ein Überlagerungsgetriebe
einzuschalten, durch welches die von dem Wälzgetriebezug bestimmten Dreh bewegungen des WerJcrades und des Schneidrades
veränderbar sind. Wie ersichtlich, steht bei dieser Ausführung dem Vorteil einer besseren Anpassungsfähigkeit der Maschine
an spezielle Verzahnungsaufgaben der Nachteil einer weiteren Komplizierung des ohnehin aufwendigen Wälzgetriebezuges gegenüber.
an spezielle Verzahnungsaufgaben der Nachteil einer weiteren Komplizierung des ohnehin aufwendigen Wälzgetriebezuges gegenüber.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Wälzstoßmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, welche mindestens ebenso
universell verwendbar ist,wie die der in Bezug genommenen älteren Patentanmeldung, jedoch einen söhr viel einfacheren
Antrieb für die relative Drehbewegungen besitzt.
Antrieb für die relative Drehbewegungen besitzt.
Die vor-stehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß das' Schneidrad und das Werkrad mechanisch unabhängige,
einzeln und kontinuerlich steuerbare Drehantriebe besitzen.
einzeln und kontinuerlich steuerbare Drehantriebe besitzen.
Es war zwar auch schon bisher bekannt, daß sich mit den in
der Steuerungstechnik bekannten Mitteln voneinander unabhängige Einzelantfiebe für die Wälzbewegung erzeugende Drehbewegungen mit der für die Zahnradtechnik erforderlichen Genauigkeit in dem jeweils gewünschten Drehzahlverhältnis steuern lassen. Jedoch war bei Wälzstoßmaschinen, wo z.B. beim Stoßen von Schrägzahnstirnrädern große stoßartige Tangentialkräfte und somit große Lastdrehmomente auftreten nicht zu erwarten, daß die voneinander unabhängigen Antriebssysterne jeweils in
sich genügend "steifN gemacht" und das durch die Sollwerteingabe vorbestianmte Drehzahlverhältnis beispielsweise zwischen Schneid- und Werkrad genau eingehalten werden kann.
der Steuerungstechnik bekannten Mitteln voneinander unabhängige Einzelantfiebe für die Wälzbewegung erzeugende Drehbewegungen mit der für die Zahnradtechnik erforderlichen Genauigkeit in dem jeweils gewünschten Drehzahlverhältnis steuern lassen. Jedoch war bei Wälzstoßmaschinen, wo z.B. beim Stoßen von Schrägzahnstirnrädern große stoßartige Tangentialkräfte und somit große Lastdrehmomente auftreten nicht zu erwarten, daß die voneinander unabhängigen Antriebssysterne jeweils in
sich genügend "steifN gemacht" und das durch die Sollwerteingabe vorbestianmte Drehzahlverhältnis beispielsweise zwischen Schneid- und Werkrad genau eingehalten werden kann.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung können einzeln
und kontinuierlich Steuerbare Antriebe auch für die relative
und kontinuierlich Steuerbare Antriebe auch für die relative
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' Abhebebewegung, die radiale Zustellbewegung und diey'hübbewegung
zwischen Schneidrad und Werkrad vorgesehen sein, Sämtliche genannten Bewegungen einer Wälzstoßmaschine sind richtungs- und
geschwindigkeitsmässig durch die jeweilige Verzahnungsaufgabe
gegeben und müssen, um eine wirtschaftliche Herstellung eines
ι zu1
Zahnrades mit der erforderlichen Genauigkeit "gewährleisten,
in einer entsprechenden Relation zueinander stehen. Bei den herkömmlichen Maschinen wird dies durch mechanische Getriebezüge
mit Wellen, Rädern, lösbaren und unlösbaren Kupplungen usw..mit-den entsprechenden Lagerungen erreicht. Diese Konstruktionen
sind sehr lohnintensiv und teuer, insbesondere weil höchste Genauigkeitsanforderungen gestellt werden müssen.
Für die Teilwechselräder des Wälzgetriebezuges wird beispielsweise Qualität '.Ά; oder 5' verlangt.
Trotz dieses Aufwandes ist die Steuerbarkeit und Einstellbarkeit der herkömmlichen Maschinen unbefriedigend. So lassen
sich beispielsweise die Relationen zwischen den oben genannten Bewegungen für die verschiedenen Verzahnungsaufgaben
nur durch Veränderung der Drehzahl der Antriebsmotore, der
Wechselräder, Kurven usw. verändern. Dieser Umständlichkeit oder Sogar Unmöglichkeit, die Maschinenfunktion in einem
weiten Bereich an die wirtschaftlich und genauigkeitsmäßig
unterschiedlichsten Verzahnaufgaben anzupassen, steht der große Bedarf hieran gegenüber.
Die wirtschaftliche Fertigung verlangt oft während eines Verzahnvorganges eine Änderung der Richtung und/oder 3er
Geschwindigkeit eines oder mehrerer der oben genannten Bewegungen. So lässt sich z.B. *eine bessere Ausnutzung der
Maschine dadurch erreichen, daß der Rückhub der Doppelhubbewegung eine grössere Geschwindigkeit hat als der Arbeitshub.
Die Aufteilung der zu zerspanenden Querschnittsflache nach
ZerspanungStechnischen Gesichtepunkten kann ein« Zusatzdrehung
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des Schneidrades oder Werkstückes, d.h. eine zeitweilige Änderung des durchschnittlichen tirehzahlVerhältnisses beider Teile,
wünschenswert oder notwendig !machen.
\ ■ ν ■
und die radiale Zustellbewegung kontinuierlich entsprechend
den Gesetzen der Kinematik und der Verzahnungsgeometrie geändert werden.
Die Herstellung von Primzahnrädern erfordert jeweils ein Wechselrad mit der betreffenden Primzahl, wenn sich das gewünsch—-■-"
te Drehzahlverhältnis nur durch das Auswechseln von Rädern im Wälzgetriebezug herstellen läset· In diesem Fall muß ein
unwirtschaftlich großer Satz Wechselräder ständig bereitgehalten werden.
Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maschine und deren
bevorzugten Ausgestaltungen lassen sich dagegen in einfachster Weise sämtliche Verzahnungsaufgaben lösen, auch solche, bei
denen es auf eine ganz bestimmte funktionsmässige Abhängigkeit mehrerer Geschwindigkeitsgrössen ankommt. Beispielhaft
seien hier nur die Änderung des Drehzahlverhältnisses zwischen Schneidrad und Werkrad zur Aufteilung der zu zerspanen
den Querschnittsfläche der Zahnlücke nach Zerspanungstechni
sehen Gesichtspunkten auf die Vor- und nachlaufende Zahn-
flanke,weiterhin die Steuerung der Drehbewegung von Schneidrad und Werkrad in Abhängigkeit von der Radialen Zustellbe-
. wegung oder zu anderem Zweck von 'der Doppelhubbewegung des
■ Schneidrades erwähnt.
Die neu vorgeschlagene Wälzstoßmaschine eröffnet nunmehr auch
die Möglichkeit, in sehr einfacher Weise in .Normalschnitt
kreisrunde Zahnräder herzustellen, deren Verzahnung sich durch eine in sich zurückkehrende und sich in den Grenzen der Verzahngebmetrie stetig ändernde Teilkurve·
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ι
Die Verknüpfung und optimale Kombination der oben genannten einzelnen Bewegungen der Maschine erfolgt in bekannter Weise nach Eingabe über« ein Loch·* oder Magnetband usw. in einem bekannten elektronischen Rechner. Dabei werden die laufend über entsprechende Signaleinrichtungen gewonnenen Istwerte mit den eingegebenen Sollwerten verglichen und über entsprechende Servosteuerungen korrigiert. Alle diese Einrichtungen sind bekannt und brauchen hier nicht näher beschrieben zu werden.
Die Verknüpfung und optimale Kombination der oben genannten einzelnen Bewegungen der Maschine erfolgt in bekannter Weise nach Eingabe über« ein Loch·* oder Magnetband usw. in einem bekannten elektronischen Rechner. Dabei werden die laufend über entsprechende Signaleinrichtungen gewonnenen Istwerte mit den eingegebenen Sollwerten verglichen und über entsprechende Servosteuerungen korrigiert. Alle diese Einrichtungen sind bekannt und brauchen hier nicht näher beschrieben zu werden.
Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel
in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Wälzstoßmaschine
mit den verschiedenen Antriebsmitteln gemäß der Erfindung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines bekannten Servoantri ebs.
Ein Werkstück 1 ist über eine nicht dargestellte Vorrichtung mit'einer Werkstückspindel 2 verbunden. Diese wird über ein
Schneckengetriebe 3/4 und eine Welle 5 von dem Servoantrieb 6 angetrieben.■Ein Schneidrad 7, welches zur Herstellung der
Verzahnung am Werkstück 1 dient, ist an einer Schneidradspindel 8 in geeigneter Weise befestigt. Diese wird über ein
Schneckengetriebe 9/lo und eine Welle 11 von einem Servoantrieb 12 angetrieben. Die Drehgeschwindigkeiten der beiden
Servoantriebe 6 und 12 werden durch ein Programm, welches„ ^.
auf einem Loch- oder Magnetband oder dgl. gespeichert ist, so gesteuert, daß sie dem Verhältnis der Wälzkreisradien bei
Rund- oder Unrundrädern entsprechen. Es können hierbei auch entsprechende Zusatzbewegungen eingegeben werden, um z.B.
sich verjüngende oder in Achsrichtung längsballige Zahnflanken zu erzeugen. Auch Korrekturen, welche durch einen zu
erwartenden Härteverzug bedingt sind, können auf diese Weise berücksichtigt werden. Ferner kann die zu zerspanende Querschnittsfläche
der Zahnlücke nach zerspanungstechnischen Mio 8128 / 19.8.197ο
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Gesichtspunkten günstig aufgeteilt werden.
Die Schneidradspindel 8 ist in einer Führung des Schneckenrades_9_längsverschieblich
aber undrehbar geführt. Als Axialführung dient ein Keil oder eine Geradführung—!£»—Zur—Her=
stellung von Schrägzahn- oder Schraubenrädern wird der Keil oder die Geradführung 13 zu einer Schraubenführung 13* (nicht
'. eingezeichnet), welche dem Schneidrad während der Doppelhub- ; bewegung in· Richtung 14/14· ausser der Wälzbewegung in Riehtung
24/25 eine entsprechende Zusatzschraubbewegung erteilt. Die Gerad- und Schraubenführungen werden ja nach der vorliegenden
Verzahnaufgabe ausgewechselt.
Die Doppelhubbewegung 14/14'; welche das Schneidrad während
der Arbeits- und Rückhübe ausführt, wird hier beispielsweise
überfeebeltrieb 15/16 erzeugt. Dieser wird über eine Welle 17 ebenfalls von einem Servoantrieb 18 angetrieben. Durch
eine entsprechend programmierte Steuerung kann hier dem Rückhub 14* eine grössere Geschwindigkeit erteilt weiden als dem
-^-—ArbeXtshub 14.
Für den Hubantrieb der Schneidradspindel 8 wäre auch ein Schubkolbenmotor
mit einer entsprechenden Servosteuerung denkbar.
Die Abhebebewegung wird in dem Ausführungsbeispiel in Richtung des Doppelpfeiles 19/2o der Schneidradspindel 8, welche
in einem um einen Punkt 21 schwenkbar aufgehängten Gehäuse 22 gelagert ist, über ein Gelenk 26 durch einen Servoschubkolbenmotor
27 erteilt.
Der jeweilige Verzahnvorgang· erfordert z.B. bei innerhalb der Werkstückbreite auslaufenden Zahnnuten ganz bestimmte Abhebebahnen,
auf welchen das Schneidrad beim Übergang vom Arbeitshub 14 in den Rückhub 14· geführt werden muß. Auch diese können
vorprogrammiert und auf diese Weise der Servoschubkolbenmotor 27 gesteuert werden.
v>
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Wenn während des Abhubes des Schneidrades in Richtung 19 dem Schneidrad eine Zusatzbewegung in Richtung 25 oder 25*
,durch entsprechende Steuerung des Servoantriebes 12 oder andere Antriebsmittel erteilt wird, ergibt sich eine Änderung
des Abhebewinkels.
Die RadialZustellbewegung zwischen Schneidrad und Werkstück
in Richtung des Doppelpfeiles 28/29 wird einem Schlitten 3o, in welchem die Werkstückspindel 2 gelagert ist, beispielsweise
durch eine Mutter 3of, mit welcher eine Bewegungsschraube 31 zusammenwirkt, die von dem Servoantrieb 32 angetrieben
wird, erteilt. Es kann auch ein Schubkolbenmotor vorgesehen werden. Durch eine entsprechende Verknüpfung der Radial
Zustellbewegung in Richtung 28 mit der Wälzbewegung von Schneidrad und Werkrad in Richtung 24/25 oder24'/25· und/oder
mit der axialen Doppelhubbewegung 14/14* -der Schneidradspindel 8 kann die günstigste Bahn, auf welcher das Schneidrad auf die
volle Zahntiefe in das Werkstück eindringt, gefahren werden. Dies kann wiederum auf Loch- oder Magnetband odcfcjl. gespeichert
werden. Bahnänderunge, welche sich aus Erfahrungen während der
Produktion ergeben, sind so schnell einprogrammierbar.
In Fig. 2 ist mit 33 ein Hydromotor bezeichnet. Dieser wird,
wie bekannt, über ein elektrohydraulisches ^Seryo"ventil
gesteuert, welches über eine Leitung 37 mit einer nicht dargestellten Pumpe und über eine Leitung 38 mit einem Tank 39
verbunden ist. Eine Signaleinrichtung ist mit 35 bezeichnet. In einem Rechner 36 werden die Ist- mit den Sollwerten der
Bewegungen der einzelnen ServoJntriSe^·verg 1 ichen und demehfT-sprechend
über das ! ~S er y.o_y en til 34 der Hydromotor 33 gesteuert.
Die Sollwerte werden,wie bekannt, auf Loch-oder
Magnetband/in den Rechner 36 eingegeben. Sie können auch über bekannte Einstellvorrichtungen mit entsprechender Anzeigevorrichtung
vorgewählt werden. Derartige Rechner sind in vielen Bauarten bekannt und nicht Gegenstand dieser Erfindung
·
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Claims (5)
1. Wälzstoßmaschine zur Herstellung von Zahnrädern od.
dgl. mit während des Arbeitsvorganges willkürlich steuerbarer relativer Drehbewegung von Schneidrad und Werkrad gemäß dem
deutschen Patent (Patentanmeldung P 16 27 364.6-14),
dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidrad (7) und das Werkrad (1) mechanisch unabhängige, einzeln
und kontinuierlich steuerbare Drehantriebe (12 bzw. 6) besitzen.
2. Wälzstoßmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet
durch einen einzeln und kontinuerlich steuerbaren Antrieb (27) für die Abhebebewegung (19, 2o)
zwischen Schneidrad und Werkrad.
3. Wälzstoßmaschine nach Anspruch 1 oder 2, g ekennzeichnet
durch einen einzeln und kontinuierlich steuerbaren Antrieb (32) für die relative radiale
Zusteilbewegung (28, 29) zwischen Schneidrad und Werkrad.
4. Wälzstloßmaschine. nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
gekennzeichnet durch einen einzeln
und kontinuierlich steuerbaren Antrieb (18) für die relative Hubbewegung (14, 14') zwischen Schneidrad und Werkrad.
5. Im Normalschnitt kreisrundes Zahnrad, insbesondere
hergestellt auf einer Wälzstoßmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet
durch eine in sich zurückkehrende und sich in den Grenzen
der Verzahngeometrie stetig ändernde Teilkurve·
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L e e γ s e i t
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