DE2615718C2 - Verfahren zum Feinbearbeiten der Zahnflanken von Zahnrädern durch Schaben mit einem Schabrad als Werkzeug - Google Patents

Verfahren zum Feinbearbeiten der Zahnflanken von Zahnrädern durch Schaben mit einem Schabrad als Werkzeug

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DE2615718C2
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    • B23F19/00Finishing gear teeth by other tools than those used for manufacturing gear teeth
    • B23F19/06Shaving the faces of gear teeth
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T409/10Gear cutting
    • Y10T409/101431Gear tooth shape generating
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Description

zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung.
F i g. 2 zeigt schematisch Werkzeug und Werkstück, die relativ zueinander einen Vorschub ausführen wie beim sogenannten Underpass-Verfahren und beim erfindungsgemäßen Verfahren. (Vom Werkzeug auf das Werkstück gesehen.)
Fig.3 zeigt schematisch den Ablauf des Vorschubs und Rückhubs bei dem Verfahren nach der Erfindung. Abweichend von der Darstellung in F ι g. 3 finden Vorschub und Rückhub auf der gleichen Linie (in der gleichen Ebene) statt
Fig.4 zeigt das Beispiel für einen in Längsrichtung hohlbalügen Schabradzahn, auf den Zahnkopf gesehen. Es ist je Zahnseile nur jeweils eine Schneidnute einer ganzen Reihe eingezeichnet.
F i g. 5 zeigt ein Beispiel für einen breitenballigen Werkstückzahn, auf den Zahnkopf gesehen.
Die Maschine nach Fig. 1, auf der das Verfahrennach der Erfindung ausgeführt werden kann, besteht im wesentlichen aus einem Maschinengestell 1, das im Beispiel als sogenannter C-Ständer ausgebildet ist. Die Maschine kann aber jede andere geeignete Fui in halten. Unter dem oberen Schenkel des »C<<b ist ein Werkzeugkopf 2 um eine vertikale Achse schwenkbar und feststellbar gelagert. In dem Werkzeugkopf ist das WerKzeug, ein Schabrad 3. drehbar und auswechselbar gelagert- Mit dem Werkzeugkopf kann das Schabrad auf einen gewünschten Achskreuzwinkel γ (Fig. 2) /um Werkstuck 4 eingestellt werden. Das Werkstuck 4 ist mittels Reitstöcken 5 od. dgl. auf einem Schlitten 6 gelagert, der auf einer Konsole 7 in einer Schlittenführung 8 verschiebbar gelagert ist. Die Richtung der Schlittenführung 8 verläuft rechtwinkelig zur Schwenkachse 9 des Werk/eugkopfes und auch rechtwinkelig zur Achse des Werkstücks 4 oder zur Achse der das Werkstück aufnehmenden Spindel.
Eine Schwenkbarkeil der Schlittenführung um eine vertikale Achse ist für die Erfindung nicht erforderlich, kann aber zum Zwecke der Universalität der Maschine vorgesehen sein.
Der Schlitten 6 kann von einem nicht gezeichneten Motoi aus über ein Getriebe 10 mit einer Vorschubspindel 11 angetrieben werden. Bei kleinstem Abstand der Achsen von Werkzeug 3 und Werkstuck 4 bzw. der Achsen von Werkzeugspindel und Werkstückspindel fällt die Schwenkachse 9 auf die gemeinsame Normale zu don beiden Achsen von Werkzeug und Werkstück (Punkt £ in Fig. 2 und 3). Die Konsole 7 ist am Maschinengestell in emtr Führung 12 in der Höhe einstellbar gelagert, wofür eine antreibbare Schraubspindel 1 I vorgesehen ist.
Line Vorrichtung für eine schrittweise oder kontinuierliche Span/.uslellung radial zur Werkstückspindel ist fur die Erfindung nicht vorgesehen, sie kann aber zum Zwecke der Universalität der Maschine vorgesehen »ein.
Das Werkzeug 3 wird von einem Motor 14 aus über ein Wechselgetriebe 15 undodcr Wechselräder, ein Wendegetriebe 16 und einen Winkeltreb 17 angetrie ben Die beschriebenen Antriebe sind lediglich beispiel haft angegeben, statt dessen können auch andere geeignete Antriebsarien vorgesehen sein, z. B. hydraulische oder pneumatische oder andere Antriebe,
Beim Schaben wälzen Schabrad und Werkzeug aufeinander ab, dabei beginnt der Vorschub gemäß Fig. 1 auf der rechten Seite des Schabrads bei losem Zahneingriff, verläuft über die gemeinsame Normale 9 hinweg bis zum Vorscnubende auf der linken Seite;
danach wird das Werkstück auf den Ausgangspunkt des Vorschubs wieder zurückgeführt. Dabei werden erfin dungsgemäß Steuerimpulse gegeben, die unten näher beschrieben sind. Die Steuermittel, wie Nocken, Schalter, Kurventrommeln, NC-Steuerungen u. dgl- sind bekannt und daher nicht gezeichnet und beschrieben. Für die Erfindung ist lediglich wichtig, an welchem Ort auf dem Vorschubweg und mit welcher Wirkung die Steuermittel arbeiten.
F i g. 2 zeigt schematisch den Vorschub des Werkstücks 4 relativ zum Werkzeug (Schabrad 3) beim bekannten Underpass-Schaben und gleichzeitig beim erfindungsgemäßen Verfahren. Die Achse 18 der Werkzeugspindel kreuzt die Achse 19 der Werkstückspindel mit dem sogenannten Achskreuzwinkel y. Zu Beginn des Vorschubs bei spielfreiem Kämmen liegt der Achskreuzpunkt C auf den rechten Seiten von Werkstück und Werkzeug (Werkstück 4 ist mit ausgezogenen Linien gezeichnet). Im Verlauf des weiteren Vorschubs nähert sich das Werkstück dem Zustand des kleinsten Achsabstar .'··. Der Acnskreuzpunkt C fäli; dann mit der gerneinsarren Normalen 9 zusammen (bei Werkstücken ohne oder mit symmetrischer Breitenballigkeit liegt Punkt D in Radmitte). Das Werkstück ist mit unterbrochenen Linien gezeichnet. Der 7 istand des spielfreien Kämmens wird beendet, wenn der Achskreuzpunkt F auf den linken Stirnseiten von Werkzeug und Werkstück liegt. Das Werkstück ist mit gepunkteten Linien gezeichnet. Dadurch daß der Achskreuzpunkt über die gesamte Breite des Werkzeugs wandert, nutzt dieses sich gleichmäßig ab.
Für den Erfolg ist entscheidend der Ort, an dem die Drehrichtung gewechselt wird, und femer ist wichtig die Geschwindigkeit des Vorschubs. Diese Vorgänge werden an dem Schema der F ι g. 3 erläutert. Bei F i g. 3 ist zu beachten, daß die Linienzüge für Vorschub und Rückhub in Wirklichkeit aufeinanderlegen.
Der Vorschub des Werkstücks 4 relativ zum Werkzeug 3 (F i g. 1 und 2) beginnt im Pu;ikt A (F i g. 3) bei losem Eingriff der Verzahnungen, und zwar zweckmäßigerweise mit einem Eilgang. Kurz bevor die V.rzahnungen beginnen spielfrei zu kämmen, wird der Vorschub in Punkt B auf die Arbeitsgeschwindigkeit heruntergesetzt. In Punkt C beginnt dann die Spanabnahme bei spielfreiem Eingriff auf beiden Seiten, der Werkstückzähne. Nachdem der Achskreuzpunkt den halben Weg bis zum Achskreuzpunkt E auf der gemeinsamen Normalen zurückgelegt hat. wird in Punkt D die Drehrichtung des Werkzeugs gewechselt. Zu diesem Zweck verharrt der Vorschub in Punkt D eine vorbestimmbare Zeit. Erfolgt der Drehrichtungswechsel zu spat, dann würde in der ersten Drehrichtung bereits so viel Material von den Werkstückflanken herunterge sch."'.>t daß für die /weite Drehrichtung nicht mehr genügend Bearbeitungszugabe vorhanden ist. um die Fehler der ersit'i Drehrichtung auszugleichen. Der Vorschub verlauft dann über den Punkt Fbei kleinsten. Achsabstand bis zum Punkt f. wo die Zahnflanken beginnen, sich ' oneinander zu lösen. In Punkt G ist dtr Vorschub beendet. Der Rückhub findet im Unterschied zu den bekannten Verfahren mit der gleichen Drehrichtung statt. Für den Rückhub könüen zwei Alternativen vorgesehen sein. Entweder verläuft der Rückhüb von Punkt G bis H, einen Punkt jenseits von E, mit verminderter Rückhubgeschwindigkeit oder der Rückhub geht zunächst mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Vorschub bis Punkt E vonstatten. Etwa in Punkt E wird dann der Rückhub auf eine stark
verminderte Geschwindigkeit herabgesetzt, damit die in der Vorrichtung (Maschine) während des Arbeitens gespeicherten Spannungen und elastischen Verformungen Zeit haben, sich auszulösen. In Punkt H ist der Vorgang des Auslösens der Spannungen beendet, und der Rückhub wird auf Eilrücklauf umgeschaltet. In Punkt A ist der Arbeitsvorgang beendet.
Das Auslösen der Spannungen ist für die Oberflächengüte der Werkslückverzahnung von ausschlaggebender Wichtigkeit und hat daher auch für das an sich bekannte sogenannte Underpass-Schaben (mit Drehrichtungswechsel in Punkt G) Bedeutung.
Fig.4 zeigt scheifiaiisch ein Beispiel für einen in Längsrichtung höhlbaliigen Werkzeugzahri. Diese Höhlballigkeit ist erforderlich sowohl für Werkstücke mit Zähnen, die parallele Flankenlinien (keine Ballig-
keit) aufweisen als auch für Werkstücke mit breitenballigen Zähnen (Fig.5). Für die Erfindung ist es wichtig, daß sich die Höhlballigkeit nicht über die ganze Zahnbreite an das Werkstück anschmiegt. Andernfalls würde sieh kein ausgeprägter Achskreuzpunkt ergeben (wie z. B. beim Tauchschaben) und es wäre nicht möglich, einen bestimmten Punkt D auf dem Vorschübweg zum Wechseln der Drehrichtung zu bestimmen.
Zum Schema Fig.3 ist ergänzend zu sagen, daß die Vorschubgeschwindigkeil von D nach G schneller sein kann als von C nach D. F kann auf G fallen. Die Ruckhubgeschwindigkeit von G nach E kann praktisch beliebig sein, z. B. so schnell wiö Von D nach G. Wichtig allerdings ist eine sehr langsame Geschwindigkeit Von E nach H.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Feinbearbeiten der Zahnflanken von Zahnrädern (Werkstücke) durch Schaben mit einem Schabrad als Werkzeug, unter gekreuzten Achsen von Werkstück und Werkzeug, bei dem ein Vorschub und ein anschließender Rückhub des Werkzeugs relativ zum Werkstück in einer einzigen wählbaren Ebene erfolgt, die rechtwinkelig zur gemeinsamen Normalen bei kleinstem Achsabstand zwischen Werkstück und Werkzeug liegt und die rechtwinkelig zur Werkstück- oder Werkzeugachse gerichtet sind, wobei die Drehrichtung des Werkstücks bzw. Werkzeugs gewechselt wird und wobei der Vorschub über den Punkt des kleinsten Achsabstandes hinweg fortgesetzt wird, mindestens bis sich die Zahnflanken von Werkstück und Werkzeug wieder lösen, dadurch gekennzeichnet, daß
1.1 die Drehrichtung etwa ab der Hälfte des Vorscdubweges zwischen dem Beginn (Cj der Spanabnahme an beiden Zahnseiten (spielfreies Kämmen) und dem kleinsten Achsabstand (E) bis spätestens beim Erreichen des kleinsten Achsabstandes gewechselt wird (Punkt D). und
\2 der nach dem Lösen Jer Zahnflanken von Werkstück und Werkzeug folgende Rückhub spätestens vom Punkt (E) des kleinsten Achsabstandes an bis etwa zum Lösen der Zahnflanken (Punkt H) mit verminderter Gesch\. ^ndigkeit erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsuhub ;m Punkt (D) des Drehrichtungswechsels eine einstellbare Zeit verharrt.
Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Feinbearbeiten der Zahnflanken von Zahnrädern, w>e im Oberbegriff des Hauptanspruchs beschrieben ist. Sie f eht damit aus vom sogenannten Underpass-Schaben.
Die Entwicklung des Zahnradschabens (auch Zahnradhonens) begann mit dem sogenannten Parallelschaben, d. i. ein Verfahren, bei dem der Vorschub des Werkstücks relativ zum Werkzeug parallel zur Werkstückachse verläuft. Zum Zwecke der Spanzustellung wird das Werkzeug dem Werkstück hubweise genähert. Man ging dann dazu über, den Vorschub winkelig zur Werkstückachse zu richten, wodurch die Arbeitszeit verkürzt werden konnte und wobei sich das Werkzeug wegen des längs den Werkzeugzähnen wandernden Achskreuzpunktes gleichmäßiger abnutzt. Bei diesem in der Fachsprache Diagonalschaben genannten Verfahren wird das Werkzeug dem Werkstück ebenfalls htibweise genähert. Im Verlauf der weiteren Entwicklung wurde dann die Richtung des Vorschubs so weit geschwenkt, daß er rechtwinkelig zur Werkstiickachse gerichtet war. Eine Spanzustellung radial zur Werkslückachse (Tiefenvorschub) fand nicht mehr statt Die Arbeitszeit wurde bei diesem, in der Fachsprache Underpass-Schaben genannten Verfahren extrem ver* kürzt, Bei allen oben beschriebenen Verfahren findet ein Drehrichtüiigswechsel von Werkstück und Werkzeug am Ende des Vorschubs statt (HurtfvZahnradschaben, 1964, Seite 208 ff.).
Das Underpaß-Schaben hat zwar zu einer erheblichen Verminderung der Arbeitszeit geführt, es wurden aber Zahnräder mit einer ungenügenden Oberflächenqualität und mit Flankenformfehlern erzeugt. Letztere wurden noch zusätzlich dadurch verschlimmert, daß sie auf der Rechts- und Linksflanke der jeweiligen Zähne unterschiedlich waren. Zur Vermeidung dieser Mängel hatte man zunächst die Schnittgeschwindigkeit und die
ίο Vorschubgeschwindigkeit variiert, was zu keinem Erfolg führte. Dann wurde im Verlauf der weiteren Entwicklung eine schrittweise radiale Zustellung eingeführt, die wegen des Zeitaufwandes durch das Underpass-Schaben gerade vermieden werden sollte,
i> Man ist also durch die Entwicklung vom Underpass-Verfahren auf das Diagonal-Verfahren, allerdings mit einem sehr großen Diagonalwinkel, zurückgefallen.
Der Erfindung liegt als Aufgabe ein Verfahren zugrunde, das einerseits die geringe Bearbeitungszeit
2ii des Underpass-Verfahrens gewährleistet, aber andererseits eine höhere Oberflächengüte und Verzahnungs quaiitat ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe untersuchten die Erfinder den Verlauf der Spanabnahme während des Vorschubs.
2i insbesondere unter Berücksichtigung des Vergleichs der beiden Seiten der Werkstückzähne, und zwar bei verschiedenen Vorschüben und Schnittgeschwindigkeiten, was an sich noch zu keinem befriedigenden Ergebnis führte. Erst die Untersuchung der Vorgänge
si) des gegenseitigen Einwirkens von Flanke und Gegenflanke auf der jeweiligen Zahnseite erbrachte die Lösung der gestellten Aufgabe mit einem Verfahren, das die Merkmale des Hauptanspruchs aufweist.
Der Zeitpunkt des Drehrichtungswechsels soll erfin-
Jj dungsgemäß auf dem Teil des Vorschubweges liegen, auf dem Späne an beiden Seiten der Werkstückzähne abgenommen werden. Für den genauen Zeitpunkt ist maßgeblich die Geometrie des Werkstücks, die Spanzugabe, die Werkstuckbrtite und die Form der elastischen Abplattung, die ihrersui.s von den Krümmungsradien der Zahnflanken. vom Achskreuzwinkel und Anlagcdruck abhängt (siehe hierzu Hurth-Zahnradschaben. 1964, Seite 220). Für den Zeitpunkt des Drehrichtungswechsels ist folgende Tendenz zu beachien: wenn der Wälzkreisdurchmesser groß ist. liegt der Punkt des Drehrichtungswechsels vom Punkt des kleinsten Achsabstands (gemeinsame Normale) von Werkstück und Werkzeug weiter ab als bei kleinem Wälzkreisdurchmesser, desgleichen bei großer Bearbei-
w tungszugabe. Der genaue Punkt des Drehrichtungs wechseis wird zweckmäßigerweise durch Betriebsver suche festgestellt. Fur hohe Anforderungen an die Qualltat der zu erzeugenden Verzahnung ist daneben eine verminderte Rückhubgeschwindigkeit von äußer ster Wichtigkeit. Sie kann vom Beginn des Ruckhubes über den Punkt de:s kleinsten Achsabstandes hinweg bis zum Lösen der Zahnflanken voneinander währen. Von entscheidendem b.influß ist jedoch der Bereich vom Punkt des kleinsten Achsabstandes bis zum Ablösen der Zahnflanken voneinander Das Wesen dieses Merkmals hängt mit den v^ährend der Feinbearbeitung in der Maschine und in= der Paarung Werkzeug/Werkstück gespeicherten elastischen Spannungen und deren Auslösung zusammen,
Eine weitere Verbesserung des Arbeitsergebnisses wird mit dem Merkmal des Anspruchs 2 erreicht.
Die Erfindung ist anhand der F i g. 1 bis 5 erläutert,
F i g. 1 zeigt als Beispiel eine Zahnrad-Schabmaschine
DE2615718A 1976-04-09 1976-04-09 Verfahren zum Feinbearbeiten der Zahnflanken von Zahnrädern durch Schaben mit einem Schabrad als Werkzeug Expired DE2615718C2 (de)

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