DE2644331B2 - Vorrichtung zum Herstellen oder Bearbeiten von Stirnrädern - Google Patents

Description

und

20

K ^ Nei + \λ

bestehen, wobei

dv, der zu wählende Teilkreis- oder Wälzkreis-

durchmesser des Werkzeugs, mn der Normalmodul, ß_z der Schrägungswinkel des Werkstücks im

Teilkreis oder Wälzkreis, fmix der größte zulässige Achskreuzwinkel mit «ι

tan

h.

b_z = Zahnbreite des Werkstücks und

e* = der größere Abschnitt von e*i ödere* 2;

dabei ist

e* 1 die Projektion des Anteils der Eingriffsstrecke (e), der sich vom Wälzpunkt (C) bis zum Kopfpunkt (K) der Eingriffsstrecke erstreckt, auf eine Ebene (20), die reci/twinklig auf der gemeinsamen Normalen (19) zu den Achsen von Werkstück und Werkzeug steht; und

e*2 die Projektion des Anteils der Eingriffsstrecke ist, der sich vom Wälzpunkt (C) bis zum Fußpunkt ^erstreckt.

V)

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, wie sie im Oberbegriff des Hauptanspruchs beschrieben ist. Es ist bereits ein Verfahren zum Schleifen von w) Zahnrädern nach dem Schraubwälzverfahren bekannt, bei dem das Werkzeug eine zylindrische Schnecke ist, die auf der Werkstückverzahnung abwälzt. Bei diesem Verfahren muß das Werkzeug relativ zum Werkstück einen Längsvorschub ausführen, der Uearbeitungszeit erfordert und daher vermieden werden soll (DE-PS 41986).

Es ist bekannt zum Schraubwälzschleifen ein Werk

zeug zu benutzen, das wie eine sogenannte Globoidschnecke geformt ist. Während bei der obenerwähnten Zylinderschnecke der AxiaJschnitt einer Zahnstange entspricht, so daß sich die Flanken von Werkstück und Werkzeug mindestens theoretisch lediglich nur in einem Punkt berühren, schmiegen sich die Zähne der Globoidschnecke an die Flanken des Werkstücks an, so daß die Globoidschnecke einem Formwerkzeug entspricht, das sich auf der Werkstückverzahnung abwälzt Das bekannte Verfahren ist nicht so gestaltet, daß es im Tauchverfahren arbeiten kann, d, h., es muß auch hier ein Längsvorschub vorgesehen sein (US-PS 17 59 333). Unter Tauchverfahren ist dabei ein Verfahren zu verstehen, bei dem das Werkzeug relativ zum Werkstück lediglich einen Tiefenvorschub ausführt

Es sind auch Werkzeuge bekannt zum Glätten, insbesondere Honen von gehärteten Zahnrädern, die als Schleifzahnrad ausgebildet sind, deren Achse beim Bearbeiten mit der Achse des Werkstücks einen Kreuzungswinkel von nicht größer als 35° bilden, und die während der Bearbeitung einen Längsvorschub ausführen. Abgasehen davon, daß hier ebenfalls ein zeitraubender Längsvorschub vorhanden ist, hat sich als Nachteil eine für die Werkstattpraxis zu kleine Standzeit herausgestellt Außerdem ist wegen des kleinen Achskreuswinkels die Gleitgeschwindigkeit längs den Zähnen klein im Verhältnis zur Gleitgeschwindigkeit in Richtung der Zahnhöhe. Die Gleitgeschwindigkeit in der Zahnhöhe ist beim Abwälzen von Zahnrädern bekanntlich unterschiedlich, am Zahnkopf und am Zahnfuß ist sie hoch, im Wälzkreis gleich Null. Dadurch ergeben sich unterschiedliche Materialabtragungen über die Zahnhöhe. Die besagte geringe Längsleitung, die an sich über die Zahnhöhe im wesentlichen gleich ist, ist. nicht in der Lage, diesen Unterschied zu mildern. Das sogenannte Zahnradhonen hat sich daher nicht durchsetzen können (DE-PS 9 15 174).

Um auch normale Getrieberäder unter Vermeidung des üblichen, aber zeitraubenden Vorschubs des Werkzeugs relativ zum Werkstück längs der Zähne herstellen oder bearbeiten zu können, also nur mit einem Rauchvorschub, ist nach dem internen Stand der Technik gemäß der DE-OS 25 16 059 eine neuartige Vorrichtung vorgeschlagen worden, mit der ein Werkstück sehr schnell bearbeitet werden kann. Es handelt sich dabei um ein wegen seiner äußeren Gestalt teils als Formwerkzeug und wegen seiner Drehbewegung teils als Abwälzwerkzeug und im Tauchverfahren wirkendes Werkzeug, das mit dem Werkstück unter einem Achskreuzwinkel im Eingriff steht, der größer ist als 35°, aber kleiner als 90°.

In einer Ausführungsform ist diese Vorrichtung gekennzeichnet durch ein zahnradartiges Werkzeug mit hyperboloidischem oder ähnlichem Wälzkörper, dessen erzeugende Geraden od. dgl. den Wälzkörper (Wälzzylinder) des Werkstücks tangieren, wobei von der theoretisch richtigen Form der erzeugenden Geraden so abgewichen werden kann, daß der Wälzkörper entsprechend einer Zahnschräge oder Korrektur der Zähne des Werkstücks eine vom Hyperboloid abweichende Form aufweist. Dadurch kann man bekannte Korrekturen in die Werkstückverzahnung einzuarbeiten, insbesondere einschleifen. Eine solche Korrektur ist z. B. eine sogenannte Breitenballigkeit der Zähne, d. h., die Zähne sind in der Zahnradmitte etwas dicker als an den beiden Zahnradstirnseiten. Im Hinblick darauf, daß das Werkzeug unter Vermeidung eines Längsvorschubs

lediglich einen Tiefenvorschub ausführt, ist die Wahl eines solchen Kreuzungswinkels der Achsen von Werkstückspindel und Werkzeugspindel sowie einer solchen Breite des Werkzeugs, daß die Zähne von Werkzeug und Werkstück von einer Stirnseite des Werkstücks bis zur anderen Stirnseite irn Eingriff sind, besonders wichtig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die beschriebene, zahnradartige Vorrichtung bzw. das entsprechende Werkzeug so zu verbessern, daß seine Verwendungsmöglichkeit für praktisch alle Werkstückzahnbreiten in Abhängigkeit vom Achskreuzwinkel gewährleistet ist

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruchs aufweist Wenn der Achskreuzwinkel größer ist, als im Patentanspruch angesetzt ist, werden die ZahnFIanken des Werkstücks nicht auf der ganzen Breite bearbeitet

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor.

Die Erfindung ist anhand der F i g. 1 bis 4 erläutert

F i g. 1 zeigt den Eingriff eines teils im Abwälzverfahren, teils im Formverfahren wirkenden Werkzeugs, das hyperboloidisch oder globoidisch geformt ist in die Verzahnung eines gerad- oder schrägverzahnten Werkstücks;

F i g. 2 zeigt schematisch in einer zu F i g. 1 rechtwinkligen Ansicht ein hyperboloidisches Werkzeug im Zusammenwirken mit einem geradverzahnten Werkstück. Ein schrägverzahntes Werkstück würde nichts Wesentliches verändern;

F i g. 3 zeigt schematisch das Zusammenwirken eines globoidähnlich geformten Werkzeugs mit einem geradverzahnten Werkstück.

In den F i g. 2 und 3 ist nur ein Zahn (F i g. 2) oder nur eine Zahnlücke (F i g. 3) gezeichnet, in Wirklichkeit sind die Werkzeuge selbstverständlich voll mit Zähnen versehen, i«ie es bei Zahnrädern und Schnecken üblich ist;

F i g. 4 zeigt zur Erläuterung der Erfindung schematisch den Zahneingriff von Werkzeug und Werkstück.

F i g. 1 zeigt schematisch ein hyperboloidisch oder globoidähnlich geformtes Werkzeug 1. Dieses Werkzeug ist ?uf einer «Thematisch dargestellten Werkzeugspindel 2 auswechselbar gelagert. Die Spannmittel und der Antrieb für die Werkzeugspindel sind bekannt und daher nichl gezeichnet. Das Werkzeug steht in Eingriff mit einem jierad- oder schrägverzahnten Werkstück 3. Das Werkstück ist auf einer Werkstückspindel 4 auswechselbar eingespannt. Die Vorrichtung kann so eingerichte¹ sein, daß beide Spindeln angetrieben werden, d«it$ also z. B. eine getriebliche Verbindung zwischen beiden Spindeln besteht, oder daß sie über eine sogenil'inte elektrische Welle miteinander verbunden sind. E^s kann aber auch nur eine der Spindeln angetrieben Hein, während die andere Spindel über die Verzahnung von Werkstück und Werkzeug mitgenommen wird.

Durch uV obenerwähnte Formgebung des Werkstücks schmiegen sich die Flanken der Zähne 5 des Werkzeugs an die der Zähne 6 des Werkstücks an. Dadurch ist es möglich, jedem Teil des Werkzeugs, z. B. in F i g. 1 dem linken Teil, einem Teil des Werkstücks, z. B. dem vorderen Teil, zuzuordnen. Dieses wird durch solch eine Anordnung von Werkzeug- und Werkstückspindel erzielt, daß diese sich abweichend von den üblichen Schneckentrieben mit einem Winkel mit Abstand kreuzen, der kleiner ist als 90°, wobei die Abweichung vom bei schneckenförmigen Werkzeugen üblichen rechten Winkel infolge der Zahnschräge von Werkstück und Werkzeug ohnehin vorausgesetzt wird. ■-, Das bedeutet, außer der wegen den genannten Zahnschrägen erforderlichen Achskreuzung werden die Achsen noch zusätzlich zueinander gekreuzt damit der wirksame Bereich der Werkzeugzähne von einer Stirnseite 7 des Werkstücks zur anderen Stirnseite 8

ίο reicht so daß ein Tauchvorschub, d.h. eine radiale Änderung des Abstands der Spindeln für die Bearbeitung ausreicht Das Werkzeug kann aus einem Material sein, aus dem üblicherweise Schleifwerkzeuge oder Hon-Zahnräder bestehen. Es kann auch ein mit Diamantkörnern belegter Metallkörper sein.

Schließlich kann die Erfindung auch auf das Fräsen angewendet werden, wenn das Werkzeug aus einem geeigneten Material besteht und mit Spannuten versehen ist

F i g. 2 zeigt die Paarung Werkii^ck/Werkzeug von F i g. 1 von oben gesehen. Das hyperboloidisch geformte Werkzeug ist hier mit 9 bezeichnet Die Werkzeugspindel 2 ist gegenüber der Werkstückspindel 4 mit Einern Achskreuzwinkel 10 geneigt der einerseits größer ist als

i-, 35°, um eine ausreichende Längsgleitung zu gewährleisten, und der andererseits erheblich kleiner als 90° ist damit das Werkstück in seiner ganzen Breite (von Stirnseite 7 bis Stirnseite 8) im Tauchverfahren bearbeitet werden kann. Die wirksame Breite des

ίο Werkzeugs ist mit den gestichelten Linien 11, 12 angedeutet. Die Zähne des Werkzeugs verlaufen bei geradverzahnten Werkstücken entlang den erzeugenden Geraden 14 des Hyperboloids. Die Zahnflanken des Werkzeugs können auch in Längsrichtung so korrigiert

π sein, daß sich an dem Werkstück 3 eine Schrägverzahnung oder eine gewünschte Breitenballigkeit (Balligkeit in Längsrichtung der Zähne) ergibt

F i g. 3 zeigt, wiederum schematisch, ein globoidähnliches Werkzeug 13, das mit dem Werkstück 3 im Eingriff steht. Je mehr sich nämlich der Kreuzungswinkel 10 der Werkstück- und der Werkzeugachse gegen 90° nähert, um so ähnlicher wird die Werkzeugform einem Globoid. Um das Werkstück in seiner ganzen Breite ohne Längsvorschub, d. h. ausschließlich mit Tauchvorschub

t-, radial zur Werkstück- und Werkzeugspindel bearbeiten zu können, darf der Achskreuzwinkel 10 aber nie die bei Globoidschnecken üblichen 90° erreichen.

An der Erfindung ändert sich nichts Entscheidendes, wenn in den Beispielen nach Fig. 2 und 3 statt

-,o geradverzahnte Werkstücke schrägverzahnte Räder bearbeitet werden. Für den Fall, daß mit dem Werkze-jg 13 nach Fig. 3 breitenballige Zähne bearbeitet werden sjlle.i, kann dem Werkstück relativ zum Werkzeug eine kleine Zusatzbewegung erteilt werden, z. B. dadurch,

-,-, daß die Werkstückspindel in einer Ebene hin- und hergekippt wird, die rechtwinkelig auf der Bildebene der F i g. 3 liegt.

Es wurde gefunden, daß die Werkstückzahnflanken dann einwandfrei bearbeitet werden können, wenn die

Mi Verzahnungsgrößen in folgender Beziehung zueinander stehen:

m„

b^r> .z» ist die Zähnezahl des Werkzeugs, ß, der Schrägungswinkel des Werkstücks und m„ der Normalmodul. c/„ ist der Teilkreis- oder Wälzkreisdurchmesser des Werkzeugs, er ist im wesentlichen frei wählbar.

Der größtmögliche Achskreuzwinkel y™, zwischen Werkstück und Werkzeug ergibt sich aus der Beziehung

(an

2_ h.

dabei ist fc,die Zahnbreite des Werkstücks und e_k ist der größere Anschnitt von e» ι bzw. en (F i g. 4). e* ι ist die Projektion des Anteils der Eingriffsstrecke e, der sich vom Wälzpunkt C bis zum Kopfpunkt K der Eingriffsstrecke erstreckt, auf eine Ebene 20, die rechtwinkelig auf der gemeinsamen Normalen 19 zu den Achsen von Werkstück und Werkzeug steht, et ι ist die Projektion auf die genannte i~bene des Anteils der Eingriffsstrecke, der sich vom Wälzpunkt C bis zum Fußpunkt A der Eingriffsstrecke erstreckt. Der genannte Fußpunkt A wird bestimmt durch die Eingriffsstrecke e und den Formdurchmesser (true involute form diameter) rfriF- Der Achskreuzwinkel kann also zwischen 35° und dem angegebenen y_mi, liegen, wobei das Werkzeug so breit sein muß, daß es die gesamte Werkstückbreite übergreift. Ebenso würde bei einem größeren Achskreuzwinkel / als dem nach der Formel zulässigen Achskreuzwinkel y_m» das Werkstück bei sonst gleichen Abmessungen des Werkzeugs nicht mehr in seiner ganzen Breite bearbeitet werden. Zwischen der erforderlichen Breite b_m des Werkzeugs und der Breite f>,des Werkstücks wurde die Beziehung

/>„ ~2 i 4c², t hi
ermittelt.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Zahnradartiges Werkzeug zum Bearbeiten, insbesondere Schleifen, der Verzahnung von gerad- oder schrägverzahnten Stirnrädern, das im Tauchverfahren teils als Formwerkzeug und teils als Abwälzwerkzeug wirkt und das mit dem Werkstück mit einem Achskreuzwinkel in Eingriff steht, der größer ist als 35°, aber kleiner als 90°, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Zähnezahl z_w des Werkzeugs, zwischen der Werkzeugbreite b_w und anderen, den Zahneingriff von Werkzeug und Werkstück bestimmenden Größen die Beziehungen

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