DE2546873B2

DE2546873B2 - Abwälzfräsmaschine

Info

Publication number: DE2546873B2
Application number: DE2546873A
Authority: DE
Inventors: Masato Prof. Miyaki Saga Ainoura
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-10-19
Filing date: 1975-10-18
Publication date: 1981-06-25
Also published as: JPS5326879B2; DE2546873A1; US4009636A; JPS5146497A

Description

Die Erfindung betrifft eine Abwälzfräsmaschine zum Verzahnen von Zahnrädern, bestehend aus einem Werkstückhalter mit Spindel und Spannfutter, einem auf einer Werkzeugspindel angeordneten Fräswerkzeug und mit einem hydraulischen Antriebsmotor für die Spindeln.

Bei einer bekannten derartigen Abwälzfräsmaschine (US-PS 32 32 169) ist der hydraulische Antriebsmotor mit einer parallel zur Werkzeugspindel und im Abstand angeordneten Antriebswelle verbunden, auf der ein Antriebszahnrad sitzt, das mit einem auf der Werkzeugspindel angeordneten Getriebezahnrad zusammenwirkt. Wie die Erfahrung gezeigt hat, weist einmal die Getriebeanordnung ein Flankenspiel auf. Zum anderen treten bei Belastungen des auf der Werkzeugspindel sitzenden Werkzeuges Torsionen insbesondere der Werkzeugspindel und der mit dem Antriebsmotor verbundenen Antriebswelle auf. Durch dieses Flankenspiel und die Torsion der Übertragungswellen schwankt die Kraft der Schneide des Werkzeuges gegen das Werkstück, so daß die Schneide des Werkzeuges beim Eingriff in das Werkstück Schwingungen ausgesetzt ist.

Insbesondere bei Verwendung von überharten Werkzeugen treten durch das Flankenspiel und die Torsion der Antriebswellen Schneidenabbrüche von ca. '/loomm auf. die zur frühzeitigen Abnutzung des Werkzeuges und/oder zur unregelmäßigen, ungleichmäßigen Bearbeitungsfläche des zu bearbeitender' Werkstückes führen. Zudem wird, wenn die Torsion der Übertragungswellen während des Verzahnens auftritt, die Fräskraft plötzlich geschwächt, so daß die Schneide des Werkzeuges aus dem Werkstück heraustritt. Somit treten Unregelmäßigkeiten an den Zahnflanken auf. Auf den bekannten Fräsmaschinen sind daher hochgenaue Zahnräder in nicht befriedigender Weise herstellbar, genauso wenig wie Zahnräder mit großem Modul. Besonders bei vielspurigen Werkzeugen, wie drei-, fünfusw. -spurigen ist die Schwingung des Werkzeuges sehr

ίο groß, da das Werkzeug mit großer Geschwindigkeit dreht. Die Unregelmäßigkeit der Zahnkontur ist dann deutlich zu bemerken.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Abwälzfräsmaschine der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei der zur Erhöhung der Maschinenleistung bei mindestens gleichbleibender Bearbeitungsqualität die Antriebsbedingungen bei Verwendung von Hartmetallwerkzeugen verbessert sind.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die das Fräswerkzeug tragende Werkzeugspindel in geradliniger Verlängerung der Ausgangswelle des Antriebsmotors, gleichachsig mit der Motorausgangswelle angeordnet ist und die Motorausgangswelle und die Werkzeugspindel durch dne stoßdämpfende Kupplung miteinander verbunden sind.

Durch die Anordnung der Ausgangswelle des Antriebsmotors in geradliniger Verlängerung der Werkzeugspindel wird die Verwendung eines Zwischengetriebes überflüssig, so daß kein unerwünschtes Flankenspiel auftreten kann. Weiterhin verhindert die stoßdämpfende Kupplung, die dicht am Antriebsmotor angeordnet ist, Torsionschwingungen am Werkzeug und damit eine Veränderung der Schneidbedingungen, denn die stoßdämpfende Kupplung fängt Stöße auf die Schneide des Werkzeuges auf, insbesondere in dem Augenblick, in dem die Schneide des Werkzeuges in Eingriff mit dem Werkstück kommt. Durch das Auffangen des Stoßes wird der Abbruch und damit die vorzeitige Abnutzung der Schneide des Werkzeuges

■to vermindert und das Fräsgeräusch verringert.

Es ist an sich bei Abwälzschleifmaschinen bekannt, die Werkzeugspindel in einem Elektromotor unmittelbar anzutreiben (US-PS 23 85 650), weil beim Eingriff des Werkzeuges in das Werkstück kein Stoß auftritt.

Schließlich ist eine Vorrichtung zum Schneiden von segmentweisen Schneckenverzahnungen bekannt, bei der Werkzeugspindel und Motor über eine flexible Kupplung miteinander verbunden sind (US-PS 28 50 948), um eine geringe Ungleichachsigkeit der

so Ausgangswelle des Winkelgetriebes in bezug zur Werkzeugspindel auszugleichen.

Vorteilhaft weist die Kupplung stoßdämpfende Elemente aus hartem elastischen Material auf, die in einer ringförmigen Nut eingebettet und mit Erhöhungen versehen sind, die in entsprechende Vertiefungen von Komplementärteilen ragen. Die stoßdämpfenden Elemente sind vorzugsweise in der Kupplung durch Verschlußstücke gehalten.

Vorzugsweise bestehen die stoßdämpfenden Elemente te aus Urethankautschuk. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind Verstärkungselemente in der Mitte der Kontaktfläche der ihnen zugeordneten stoßdämpfenden Elemente eingelegt.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft

b¹" dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 ein erfindungsgemäües Übertragungsgetrietv in schemalischer Darstellung,

Fig. 2 einen Teil des Übertragungsgetriebes nach

F i g. 1 in perspektivischer Seitenansicht in vergrößertem Maßstab,

F i g. 3 eine erfindungsgemäße Fräsmaschine in Seitenansicht,

Fig.4 und 5 einen Schnitt durch die Fräsmaschine nach 7-7 der F i g. 3 in vergrößertem Maßstab,

F i g. 6 einen Schnitt nach 8-8 der Fig.?.

F i g. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fräsmaschine,

F i g. 8 einen Schnitt nach 10-10 der F i g. 7,

F i g. 9 ein anderes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fräsmaschine,

F i g. 10 einen Schnitt nach 12-12 der F i g. 9.

Nach den Fig. 1 und 2 weist die erfindungsgemäße Fräsmaschine eine Antriebsvorrichtung 40 auf, die aus einem Antriebsmotor 41, einem Öldruckmotor, und einer stoßdämpfenden Kupplung 42 besteht. Die Antriebsvorrichtung 40 ist unmittelbar beim Fräswerkzeug 43 angeordnet Die Ausgangswelle 44 des Antriebsmotors 41 und die Werkzeugspindtl 45 des Fräswerkzeuges 43 liegen auf einer Achslinie. Sie sind über die Kupplung 42 miteinander verbunden, so daß das Fräswerkzeug 43 durch den Antriebsmotor 41 unmittelbar angetrieben wird.

Mit der Antriebsvorrichtung 40 ist ein Differentialgetriebe 46 über ein Übertragungsgetriebe 47 verbunden.

An das Differentialgetriebe 46 ist ein Übersetzungsgetriebe 48, ein weiteres Differentialgetriebe 49 un i ein Vorschubgetriebe angeschlossen. Der ölantriebsmotor 41 der Antriebsvorrichtung 40 treibt über die Getriebe 47 bis 50 ein auf die Werkzeugspindel aufgesetztes Schneckenrad 51 und betätigt den Vorschub eines Werkzeugkopfes 52.

Nach den F i g. 3 bis 6 ist der Werkzeugkopf 52 an der Fräsmaschine in senkrechter Richtung verschiebbar und drehbar gelagert. Die Werkzeugspindel 45 liegt mit ihrer Längsrichtung in einer Ausnehmung des Werkzeugkopfes 52. Am hinteren Ende des Werkzeugkopfes 52 ist eine Lagerplatte 53 angeordnet, in der ein Lager 54 (F i g. 5) gehalten ist In dem Lager 54 ist die Werkzeugspindel 45 drehbar gelagert.

Das Fräswerkzeug 43 ist nahe dem vorderen Ende der Werkzeugspindel 45 aufgesetzt. In dem Werkzeugkopf 52 ist weiterhin ein Teil des Übertragungsgetriebes 47 (F i g. 4) zur Übertragung der Kraft für den Vorschub angeordnet. Eine Übertragungswelle 55 ist in mehreren Lagern 56 drehbar und parallel zur Werkzeugspindel 45 gelagert. Auf der Werkzeugspindel 45 und der Übertragungswelle 55 sind Stirnzahnräder 57, 58 aufgesetzt, die miteinander in Eingriff sind.

Auf dem vorderen Ende der Übertragungswelle 55 sitzt ein Kegelrad 59, das die Antriebskraft für den Vorschub weiterleitet Ein eine Kammer 63 (Fig.5) bildendes zylinderförmiges Gehäuse 60 ist mit seiner einen Seite an einem Flansch 60a der Lagerplatte 53 mit mehreren Gewindebolzen 61 und Muttern 62 befestigt. Das hintere Ende der Werkzeugspindel 45 ragt in die Kammer 63. Der Antriebsmotor 41 ist mit mehreren Gewindebolzen 64 und Muttern 65 an einem Flansch 60b auf der anderen Seite"des Gehäuses 60 befestigt. Die Ausgangswelle 44 des Antriebsmotors 41 ragt auf derselben Achslinie wie die Werkzeugspindel 56 des Fräswerkzeuges bis an die Werkzeugspindel 4*5 riL'ran.

Hie slolJda'tnpfende Kupplung 42 (Fig. 5) ist in der Scruiltgetriebekammer 63 zwischen der Ausgangswelle 44 des Antriebsmotors 41 und der Werkzeugspindc! 45 angeordnet. Eine Kiipph; ^:ccheibe 66 der Kupplung 42 ist über einen Keil 68 :;..: 3J".*aub?fi 67 an dem in eic Kammer 63 ragenden Ende der Ausgangswelle 44 des Antriebsmotors 41 befestigt Die Kupplungsscheibe 66 weist eine ringförmige Nut 66a auf in der ein stoßdämpfender Ring 69 fest angeordnet ist Der stoßdämpfende Ring 69 besteht aus ziemlich hartem elastischen Material, wie Urethankautschuk o. dgl. Der Ring 69 weist mehrere Erhöhungen 69a auf (F i g. 5 und 6), die im Abstand zueinander angeordnet sind und in deren Mitte zylinderförmige Hülsen 70 zur Verstärkung eingesetzt sind.

Auf dem in die Kammer 63 ragenden Ende der Werkzeugspindel 45 ist eine bewegliche Kupplungsscheibe 71 mit Bolzen 72 und Keilen 73 befestigt, die in ihrer der Scheibe 66 zugewandten Seitenfläche eine ringförmige Nut 71a aufweist In die Nut 71a ist ein stoßdämpfender Ring 74 eingesetzt, der ebenfalls aus hartem elastischem Material, wie Urethankautschuk, besteht und der mehrere Erhöhungen 74a aufweist, die in gleichem Abstand zueinander angeordnet sind und die mit den Erhöhungen 69a des Ringes 69 zusammenwirken. In der Mitte der Erhöhungen 74a sind zylinderförmige Hülsen 75 als Verstärkungen in den Ring eingesetzt Die Ausgangswelle 44 des Antriebsmotors 41 und die Werkzeugspindel 45 sind somit durch die stoßdämpfenden Ringe 69, 74 mit den Erhöhungen 69a und 74a miteinander verbunden. Die Umdrehung des Antriebsmotors 41 wird über die Ausgangswelle 44 und die Kupplung 42 an die Werkzeugspindel 45 übertragen und das an dem vorderen Ende der Werkzeugspindel 45 befestigte Fräswerkzeug 43 wird angetrieben.

Dadurch werden Torsionsschwingungen der Werkzeugspindel 45 vermieden und somit auch der Abbruch der Schneide des Fräswerkzeuges, der durch die Schwingungen verursacht würde, verhindert, so daß eine genaue Verzahnung des Werkstückes möglich ist. Obwohl eine große Fräskraft auf das Fräswerkzeug 43 in dem Zeitpunkt auftritt, in dem die Schneide des Fräswerkzeuges 43 das Zahnprofil zu fräsen beginnt, bricht die Schneide nicht ab, da der als Öldruckmotor ausgebildete Antriebsmotor 41 und die Erhöhungen 69a und 74a der stoßdämpfenden Ringe 69 und 74 der Kupplung 42 den Stoß abfangen.

Da die Ringe 69 und 74 aus hartem elastischen Material bestehen, entsteht keine unregelmäßige Torsion zwischen der Ausgangswelle 44 und der Werkzeugspindel 45. Es tritt auch kein Energieverlust auf, nachdem die Erhöhungen 69a und 74a durch kleine elastische Verformungen den Stoß des Fräswerkzeuges 43 aufgefangen haben. Dadurch sind große Antriebskräfte von dem Antriebsmotor 41 an das Fräswerkzeug 43 genau übertragbar. Es sind Zahnräder mit großem Modul ohne Geräusch und mit hoher Geschwindigkeit fräsbar.

Vorteilhaft ist, daß die Kupplung 42, die die Ausgangswelle 44 des Antriebsmotors 41 und die Werkzeugspindel 45 verbindet, nach dem Stoß sofort wie ein starrer Körper wirkt, nachdem sie am Anfang der Fräsarbeit die Stoßbelastung des Fräswerkzeuges durch eine geringe elastische Verformung aufgenommen hat. Eine große elastische Verformung würde eine große Torsion der Werkzeugspindel 45 bewirken und riefe einen unregelmäßigen Schnitt der Zahnkontur hervor. Daher muß die Härte des anzuwendenden Materials der stoßdämpfenden Ringe 69 und 74 groß

to sein. Und es dürfen nur sehr geringe Volumeriänderungcn der Ringe 69 und 74 zugelassen werden.

Bei der Ausführungsform einer Kupplung nach den F i g. 7 und 8 sind mehrere Pleuelstangen 180 in einer

Kupplungsscheibe 166 in gleichem Abstand zueinander kreisförmig eingesetzt. Die Kupplungsscheibe 166 isl auf dem F.nde einer Motorausgangswelle 144 befestigt, tine auf dem Ende einer Werkzeugspindel 145 verschiebbar angeordnete Kupplungsscheibe 171 weist > mehrere Ausnehmungen 181 auf, in die die Pleuelslangen 180 eingreifen. In diese Ausnehmungen sind zylinderförmige, stoßdämpfende Hülsen 182 eingesetzt, die aus hartem elastischem Material, wie Urethankautschuk, bestehen. In die Hülsen 182 sind Buchsen 183 "> eingesetzt, die von auf beiden Seiten der stoßdämpfenden Hülsen 182 angeordneten Verschlußscheiben 184 gehalten sind. Die Verschlußscheiben 184 sind mit Schrauben auf beiden Seiten der Kupplungsscheibe 171 befestigt und verschließen die Ausnehmungen 181. '⁵-

Somit sind durch die in die Buchsen 183 eingesetzten Pleuelstangen 180 die Motorausgangswelle 144 und die Werkzeugspindel 145 über die Hülsen 182 stoßdämpfend miteinander verbunden. Die Schwankungen der Fräskraft an der Schneide des Werkzeuges werden von den stoßdämpfenden Hülsen 182 aufgefangen und der Bruch der Schneide des Werkzeuges verhindert.

Bei dieser Ausführungsform tritt weder eine unregelmäßige Torsion zwischen der Motorausgangswelle 144 und der Werkzeugspindel 145, noch ein Energieverlust auf, so daß die Triebkraft des Öldruckmotors mit Genauigkeit an das Fräswerkzeug übertragen wird. Dies wird dadurch erzielt, daß der elastische Verformungskoeffizient der stoßdämpfenden Hülsen 182 dadurch sehr gering ist, daß die beiden Enden jeder -^t0 stoßdämpfenden Hülse 182 durch die Verschlußscheiben 184 an einer Ausdehnung gehindert sind, so daß nur eine geringe Verformung bei einem Stoß auftritt.

Bei dem Ausführungsbeispiel einer Kupplung 242 nach den F i g. 9 und 10 sind in einer kreisförmigen Ausnehmung 266a einer Kupplungsscheibe 240, die am Ende einer Motorausgangswelle 244 befestigt ist. ein paar Verbindungsstücke 290 radial angeordnet. Auf dem Ende einer Werkzeugspindel 245, die in die kreisförmige Ausnehmung 266a hineinragt, sind ebenfalls ein paar Verbindungsstücke 291 radial aufgesetzt. Zwischen den Verbindungsstücken 290 und 291 sind mehrere stoßdämpfende Elemente 292 aus hartem elastischen Material, wie Urethankautschuk o. dgl., in die Ausnehmung 266a eingesetzt. Die äußeren Seiten dieser stoßdämpfenden Elemente 292 sind mit einer Verschlußhaube 293 verschlossen, die auf die Kupplungsscheibe 266 aufgeschraubt ist.

Auch bei dieser Ausführungsform wird das Schwanken der Fräskraft an der Schneide des Fräswerkzeuges während des Verzahnens von den stoßdämpfenden Elementen 292 aufgefangen und ein Schneidenbruch verhindert. Bei dieser Ausführungsform stellen die stoßdämpfenden Elemente 292 ebenfalls nach einer kleinen Verformung durch einen Stoß gegen das Werkzeug eine starre Verbindung zwischen der Motorausgangswelle 244 und der Werkzeugspindel 245 her. Es tritt ebenfalls kein Energieverlust auf, da die stoßdämpfenden Elemente 292 durch die Verschlußhaube 293 an einer Ausdehnung gehindert sind.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Abwälzfräsmaschine zum Verzahnen von Zahnrädern, bestehend aus einem Werkstückhalter mit Spindel und Spannfutter, einem auf einer Werkzeugspindel angeordneten Fräswerkzeug und mit einem hydraulischen Antriebsmotor für die Spindeln, dadurch gekennzeichnet, daß die das Fräswerkzeug (43) tragende Werkzeugspindel (45) in geradliniger Verlängerung der Ausgangswelle (44) des Antriebsmotors (41), gleichachsig mit der Motorausgangswelle angeordnet ist und die Motorausgangswelle und die Werkzeugspindel durch eine stoßdämpfende Kupplung (42) miteinander verbunden sind.

2. Abwälzfräsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (42) stoßdämpfende Elemente (69, 74) aus hartem elastischen Material aufweist, die in einer ringförmigen Nut (66a bzw. 7Ia^ eingebettet und mit Erhöhungen (69a, 74a) versehen sind, die in entsprechende Vertiefungen von Komplementärteilen ragen.

3. Abwälzfräsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stoßdämpfenden Elemente (182, 292) in der Kupplung (142, 242) durch Verschlußstücke (184,293) gehalten sind.

4. Abwälzfräsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die stoßdämpfenden Elemente aus Urethankautschuk bestehen.

5. Abwälzfräsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Verstärkungselemente (70, 75) in der Mitte der Kontaktfläche der ihnen zugeordneten stoßdämpfenden Elemente eingelegt sind.