DE2042929B2

DE2042929B2 - Waelzstossmaschine fuer verzahnungen o dgl mit waehrend des abwaelzvorganges regelbarer relativer drehwinkelstellung vom werkstueck und werkzeug

Info

Publication number: DE2042929B2
Application number: DE19702042929
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl Ing 7505 Ettlingen Ditschler Hans Jürgen Dipl Ing 7500 Karlsruhe Russeier Gerhard 7501 Bruchhausen Hans
Original assignee: Maschinenfabrik Lorenz Ag, 7505 Ettlingen
Priority date: 1970-08-29
Filing date: 1970-08-29
Publication date: 1972-10-19
Also published as: IT1005032B; FR2106218A5; US3722359A; DE2042929A1; GB1341076A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Wälzstoßmaschine zur Verzahnung von Zahnrädern od. dgl. mit einem das Schneidrad tragenden, hin und her antreibbaren Stößel und mit einem steuerbaren motorischen Antrieb, durch welchen die dem Verhältnis der Zähnezahlen bzw. Wälzkreisradien entsprechenden Winkelgeschwindigkeiten von Schneidrad und Werkstückrad zu jedem Zeitpunkt des Abwälzvorganges beliebig veränderbar sind gemäß Patentanmeldung P 16 27 364.6-14.

Bei bekannten Wälzstoßmaschinen von der Art, wie sie z.B. in der britischen Patentschrift 435 702 beschrieben sind, wird die Wälzbewegung zwischen Schneidrad und Werkstückrad über einen Getriebezug mit festem Übersetzungsverhältnis erzeugt, nämlich die beiden Schneckengetriebe, über die Schneidrad und Werkstückrad angetrieben werden, sowie weitere konstruktiv bedingte Getriebe wie Kegelradpaare u. dgl. einschließlich der Wechselräder, die Qualität 4 oder 5 nach DIN 3962 haben müssen und daher als vollständiger Satz verhältnismäßig teuer sind. Das Übersetzungsverhältnis des Getriebezuges errechnet sich aus dem Verhältnis der Zähnezahlen der Getriebeelemcnte sowie dem Verhältnis der Wälzkreisradien von Schneidrad und Werkstückrad. Auf Grund dieses festen Übersetzungsverhältnisses findet bei den bekannten Wälzstoßmaschinen normalerweise <;ine reine Wälzbewegung der Wälzkreise von Schneidrad und Werkrad aufeinander statt.

Um 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 Werkstückrades durch Neigung der Stoßachse des Schneidrades gegenüber der Werkstückradachse erreicht.

In Achsrichtung gewölbte — längsballige — Zahnflanken werden durch eine radiale Relativbewegung zwischen Schneidradspindel und Werkstückspindel über entsprechende Steuerkurven erzeugt.

In manchen Fällen erfordern die EingriffsverhäU-nisse bei Verzahnungen 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.

Auch soll in manchen Fällen die zu zerspanende Querschnittfläche der Zahnlücke nach zerspanungstechnischen Gesichtspunkten auf die vor- und nachlaufende Zahnflanke des Schneidrades aufgeteilt werden, wozu es einer tangentialen Relativbewegung zwischen Schneidrad und Werkstückrad bedarf.

Ein weiterer Sonderfall ist das Stoßen von Zahnrädern, deren Zähnezahl eine Primzahl ist, wofür keine Wechselräder vorhanden sind.

Zur Behebung der geschilderten Schwierigkeiten und zur Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten von Wäb.stoßmaschinen lag bereits der im Oberbegriff des Anspruches 1 beschriebenen Wälzstoßmaschine die Aufgabe zugrunde, eine solche Maschine zu schaffen, welche unter Vermeidung komplizierter Veränderungen eine vielseitige Steuerung der momentanen relativen Drehwinkelstellung von Schneidrad und Werkstückrad gestattet. Eine weitere Lösung dieser Aufgabe besteht nun darin, daß das Schneidrad und das Werkstückrad mechanisch unabhängige, in ihrer Drehgeschwindigkeit einzeln steuerbare Drehantriebe besitzen.

Obgleich nach diesem Vorschlag überhaupt keine mechanische Antriebsverbindung mehr zwischen dem Schneidrad und dem Werkstückrad besteht, hat sich gezeigt, daß die rein steuerungsmäßige Kopplung, die an sich schon bei anderen Maschinengattungen unter anderem Wälzfräsmaschinen und Wälzschleifmaschinen, bekannt ist, auch für Wälzstoßmaschinen, trotz der hier auftretenden starken stoßartigen Belastungen genügend steif ist.

In der Wirkung entspricht der erfindungsgemäße Vorschlag dem der Maschine nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches insofern, als mittels der momentan wirksamen Steuerung der relativen Winkelgeschwindigkeit von Werkstückrad und Schneidrad eine Vielzahl sonst für die Herstellung von Sonderverzahnungen erforderlicher Zusatzeinrichtungen und Einstellarbeiten erspart wird. So können z. B. durch Ver-

langsamung und Beschleunigung der Drehgeschwindigkeit des Schneidrades während des Arbeitshubes in Längsrichtung ballige Zähne gestoßen werden.

Erstreckt sich die gesteuerte Ungleichförmigkeit der Drehgeschwindigkeit des Schneidrades und/oder des Werkstückrades zyklisch über einen Rundgang, dann ergibt sich ein Werkstückrad mit über den Umfang ungleichmäßiger Zahnteilung, mit dem eine ungleichmäßige Drehmoment- bzw. Dr-hzahlübersetzung erzeugt werden kann, wie sie beispielsweise bei Lenkgetrieben für Kraftfahrzeuge gebraucht wird.

Selbst für die rationelle Fertigung von Zahnrädern mit Normalverzahnung ist die Erfindung mit Erfolg einsetzbar. Beim Schruppen, besonders mit großem Wälzvorschub, treffen z. B. normalerweise am Kopf des Schneidradzahnes von drei Seiten Späne zusammen, die sich gegenseitig verformen u;d nicht frei ablaufen können. Dadurch werden die Schnittkräfte und der Schneidradverschleiß erhöht und die Oberfläche der Werkstückradflanken ungünstig beeinflußt. Durch eine über das Differentialgetriebe eingeleitete Zusalzbewegung läßt sich jedoch erreichen, daß ungefähr entlang einer Flanke zugestellt wird. Der Span auf dieser Flanke ist sehr dünn oder entfällt und beeinflußt den Span von Kopf und anderer Flanke weniger oder gar nicht.

Im allgemeinen unterliegt die vorlaufende Schneidradflanke einem größeren Verschleiß. Durch eine über die Steuerung der Einzelantriebe eingeleitete Zusatzbewegung kann nunmehr die Spanabnahme so gewählt werden, daß der Verschleiß auf beiden Flanken gleich groß ist, was einer Standzeiterhöhung des Schneidrades entspricht.

Zum einschlägigen Stand der Technik wird zusätzlich auf die USA.-Patentschrift 1 512 574 verwiesen, welche eine Zahnrad-Stoßmaschine mit Einzelantrieben für das Schneid- und Werkstückrad beschreibt. Dort ist jedoch im Gegensatz zur Erfindung vorgesehen, daß der Drehantrieb des Werkstücks schrittweise ; :beitet und jeweils stillsteht, während der Hubantrieb eingeschaltet ist.

Es ist aus der USA.-Patentschrift 3 021 765 weiterhin bekannt, ausgehend von einem gemeinsamen Antrieb mittels Schaltkupplungen die Wälzgeschwindigkeit und die Stoßgeschwindigkeit einzeln zu verändem. Es findet sich aber noch nicht der Gedanke, momentan bzw. in einer Phase des Arbeitszyklus der normalen Wälz-, Hub- oder Abhebebewegung eine korrigierende Zusatzbewegung zu überlagern. Insbesondere ist das Verhältnis der Winkelgeschwindigkeiten von Schneidrad und Werkstückrad nur in der herkömmlichen Weise durch den Austausch von Wechselrädern zu beeinflussen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Wälzstoßmaschine gemäß der Erfindung mit Einzelantrieben für das Schneidrad und das Werkstückrad,

F i g. 2 eine scbrmatische Darstellung eines bekannten Servoantriebs.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Werkstückrad 1 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?, welches zur Herstellung der Verzahnung am Werkstückrad I dient, ist an einem Stößel 8 in geeigneter Weise befestigt. Dieser wird über ein Schneckengetriebe 9/10 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 od. dgl. gespeichert ist, so gesteuert, daß sie dem Verhältnis der Wälzkreisradien bei Rund- oder Unrundenrädern entsprechen. Es können hierbei auch entsprechende Zusatzbewegungen eingegeben werden, um z. B. sich verjüngende oder in

ίο 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 zerspanungsiechnischen Gesichtspunkten günstig aufgeteilt werden.

Der Stößel 8 ist in einer Führung des Schneckenrades 9 längsverschieblich, aber undrehbar geführt. Als Axialführung dient ein Keil oder eine Geradführung

13. Zur Herstellung von Schrägzahn- oder Schraubenrädern wird der Keil oder die Geradführung 13 durch eine Schraubenführung 13' (nicht eingezeichnet) ersetzt, welche dem Schneidrad während der Doppelhubbewegung in Richtung 14/14' außer der Wälzbewegung in Richtung 24/25 eine entsprechende Zusatzschraubbewegung erteilt. Die Gerad- und Schraubenführungen werden je nach der vorliegenden Verzahnungsaufgabe ausgewechselt.

Die Doppelhubbewegung 14/14', welche das Schneidrad während der Arbeits- und Rückhübe ausführt, wird beispielsweise über einen Kurbeltrieb 15/16 erzeugt. Dieser wird über eine Welle 17 ebenfalls von einem Servoantrieb 18 angetrieben. Durch eine entsprechend programmierte Steuerung kann dem Rückhub 14' eine größere Geschwindigkeit erteilt werden als dem Arbeitshub 14.

Die Abhebebewegung wird in dem Ausführungsbeispiel in Richtung des Doppelpfeils 19/20 dem Stößel 8, welcher 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 werden, um den Servoschubkolbenmotor 27 entsprechend zu steuern.

Wenn während des Abhubes des Schneidrades in Richtung 19 dem Schneidrad durch entsprechende Steuerung äes Servoantriebes 12 oder andere Antriebsmittel eine Zusatzbewegung in Richtung 25 oder 25' erteilt wird, ergibt sich eine Änderung des Abhebewinkeis.

Die Radialzustellbewegung zwischen Schneidrad und Werkstück in Richtung des Doppelpfeiles 28/29 wird einem Schlitten 30, in welchem die Werkstückspindel 2 gelagert ist, beispielsweise durch eine Mutter 30', mit welcher eine Bewegungsschraube 31 zusammenwirkt, die vcn dem Servoantrieb 32 angetrieben wird, erteilt. Es kann auch ein Schubkolbenmotor vorgesehen werden. Durch eine entsprechende Verknüpfung der Radialzustellbewegung in Richtung 28 mit der Wälzbewegung von Schneidrad und Werkstückrad in Richtung 24/25 oder 24725' und/oder mit der axialen Doppelhubbewegung 14/14' des Stößels 8 kann die günstigste Bahn, auf welcher das Schneidrad

auf die volle Zahntiefe in das Werkstückrad eindringt, gefahren werden. Diese kann wiederum auf Lochoder Magnetband od. dgl. gespeichert werden. Bahnänderungen, 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 Servoventil 34 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 Servoantriebe verglichen und dementsprechend über das Servoventil 34 der Hydromotor 33 gesteuert. Die Sollwerte werden, wie bekannt, auf Loch- oder Magnetband usw. in einen 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wälzstoßmaschine zur Verzahnung von Zahnrädern od. dgl. mit einem das Schneidrad tragenden, hin und her antreibbaren Stößel und mit einem steuerbaren motorischen Antrieb, durch welchen die dem Verhältnis der Zähnezahlen bzw. Wälzkreisradien entsprechenden Winkelgeschwindigkeiten von Schneidrad und Werkstückrad zu jedem Zeitpunkt des Abwälzvorganges beliebig veränderbar sind, gemäß Patentanmeldung P 1627 364.6-14, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidrad (7) und das Werkstückrad (1) mech.nisch unabhängige, in ihrer Drehgeschwindigkeit einzeln steuerbare Drehantriebe (12 bzw. 6) besitzen.

2. Wälzstoßmaschine nach Anspruch 1 mit einer Abhebeeinrichtung, die den Zahneingriff zwischen Schneidrad und Werkstückrad beim Leerhub des Schneidrades löst, gekennzeichnet durch einen einzeln und kontinuierlich im Zusammenwirken mit der Steuerung der Drehantriebe (12,6) des Schneidrades und des Werkstückrades steuerbaren Antrieb (27) für die Abhebeeinrichtung (27).

3. Wälzstoßmaschinc nach Anspruch 1 oder 2 mit einer radial wirksamen Zustelleinrichtung zwischen Werkstückrad und Sch ieidrad, gekennzeichnet durch einen einzeln und kontinuierlich im Zusammenwirken mit der Steuerung der Drehantricbe (12,6) des Schneidrades und des Werkstückrades steuerbaren Antrieb (32) für die Zustelleinrichtung (32).

4. Wälzstoßmaschine nach einem der An-Sprüche 1 bis3, gekennzeichnet durch einen einzeln und kontinuierlich im Zusammenwirken mit der Steuerung der Drehantriebe (12,6) des Schneidrades und des Werkstückrades steuerbaren Antrieb (18) für die relative Hubbewegung (14, 14') zwischen Schneidrad und Werkstückrad.