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Verfahren zum Feinbearbeiten, insbesondere
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Schaben von Zahnrädern Die Erfindung bezieht sich euf ein Verfahren
ie es im Oberbegriff des Hauptanspruches beschrieben ist.
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Es sind derartige Verfahren insbesondere für ds Zahnradschaben bekannt,
bei denen das Werkzeug dem Werkstück schrittweise im Sinne einer Achsabstandsänderung
genähert wird @ wobei Pausen eingefügt sind, $während denen ein Tangentialvorschub
parallel zur Werkstückachse (Parallelschaben) oder quer dazu (Diagonal oder Querschaben)
ausgeführt wird. Diese Schabverfahren sind verhältnismäßig langsam.
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Es ist auch ein mit "Tauchschaben" bezeichnetes Verfahren bekannt,
bei dem Werkstück und Werkzeug ausschließlich in Richtung der Normalen genähert
werden, die den Achsen von Werkstück und Werkzeug gemeinsam ist, d.h. bei dem nur
ein Tauchvorschub ausgeführt wird. Das Werkzeug ist hierbei mit einem hyperboloidischen
oder ähnlichen Wälzkörper ausgestattet, damit die Zahnflanken auf der ganzen Breite
anliegen. (Das Hyperboloid wird erzeugt, indem die Flanken der Werkzeugzähne hohlballig
geschliffen werden.) Außerdem sind die Schneidkanten auf den einzelnen Zähnen des
Werkzeugs gegeneinander versetzt, damit alle Werkstück-Flankenteile bearbeitet werden.
Dieses Verfahren ist schnell und für verhältnismäßig schmale Zahnräder sehr genau.
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Mit zunehmender Breite der Werkstücke entstehen jedoch Eingriffswinkel
(Grundkreis) - Abweichungen je weiter der Ort der Bearbeitung
vom
Achskreuzpunkt entfernt ist. D.h. in der Nähe des Achskreuzpunktes ergeben sich
genau Flanken und mit zunehmender Entfernung davon ergeben sich im wachsenden Maße
Profilwinkelabweichungen (auch Verschränkung genannt).
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Es ist ferner ein Schabverfahren bekannt, bei dem der Vorschub ausschließlich
in einer Ebene verläuft, die rechtwinkelig zur gemeinsamen Normalen von Werkstück-
und Werkzeugachse liegt.
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Der Vorschub ist in dieser Ebene rechtwinkelig zur Werkstückachse
oder Werkzeugachse oder in einem Zwischenwinkel gerichtet.
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Bei diesem Verfahren wird der Achskreuzpunkt über die gesamte Werkstückzahnbreite
verschoben. Profilwinkel.Abweichungen in den verschiedenen Stirnschnitten sind nicht
oder kaum vorhanden.
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Nachteilig ist jedoch, ein langer Vorschubweg des Werkstücks relativ
zum Werkzeug von Beginn des Arbeitsvorgangs bis zur Werkzeugmitte, d.h. kleinsten
Achsabstand und damit eine verhältnismäßig lange Arbeitszeit. Außerde. können sich
Schwierigkeiten beim Anlaufweg ergeben, weil es dort zu Zerschneidungen kommen kann.
Besondere Schwierigkeiten bereiteten bisher kleine Werkstücke z.B. mit 30 - Durchmesser
und kleiner.
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Der Erfindung liegt als Aufgabe ein Verfahren zugrunde, das die beschriebenen
Nachteile vermeidet, d.h. bei denen die Profilwinkelabweichungen und das Zerschneiden
der Verzahnung beim Feinbearbeiten vermieden sind und das befriedigend schnell lit.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird mit eine Verfahren
gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
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Insbesondere bei großen Spanabnahmen wird das Arbeitsergebnis mit
einem Verfahren, das die Merkmale des Anspruchs 2 aufweist, noch verbessert. Die
Qualität ds Werkstücks wird durch die Merkmale des Anspruchs 3 weiterhin angehobene
Den gleichen Ziel dienen die Merkmale des Anspruchs 4.
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Damit am fertigen Werkstück keine Markierungen auf den Zahnflanken
zurückbleiben, wird die Erfindung mit dem Merkmal des Anspruchs 5 ausgestaltet.
Dadurch wird nämlich erreicht, daß auf den Teil des Hubes, bei dem sich der Achsabstand
vergrößert, das ganze aus Werkstück, Werkzeug und Maschine bestehende System Zeit
hat, die elastischen Spannungen zu lösen. Dieser Vorgang kann ergänzt werden durch
einen Rückhub (negatives Zustellen) vor dem Eilrückhub (Anspruch 6). Durch dieses
Entspannen des Systems wird vermieden, daß Markierungen (Zebrastreifen) auf den
Werkstückzah@@llenken zurückbleiben. Dem gleichen Ziel dient auch Anspruch 7.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der nachstehenden
Beschreibung hervor.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, die
mit den Figuren 1 bis lt dargestellt sind.
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Fig. 1 zeigt schematisch ein Werkstück-Schabradpaar von der Seit..
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Fig. 2 zeigt das Werkstück-Schabradpaar der Fig. 1 von oben.
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Fig. 3 zeigt schematisch einen Zahn eines Schabrades.
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Fig0 e bis 11 zeigen Beispiele für die Kombination des Tiefen-und
Tangentialvorschube nach der Erfindung.
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Die Figuren 1 und 2 zeigen eine aus einem Werkstück W und einem Schabrad
T bestehende Paarung. In diesem Beispiel ist das Werkstück schrägverzahnt und das
Werkzeug geradverzahnt. Es kann aber auch jede andere Kombination gewählt werden.
Das Werkzeug ist mit Nuten 1 versehen, Werkstück und Werkzeug wälzen aufeinander
ab, wobei sich die Achsen der Werkstückspindel 2 und der Werkzeugspindel 3 im Abstand
kreuzen. Die auf den Achsen beider Spindeln rechtwinkelig stehende gemeinsame Normale
ist mit 4 bezeichnet, sie verbindet die beiden Achsen im Achskreuzpunkt 5.
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Die Späne werden von den durch die Nuten 1 gebildeten Schneidkanten
infolge der auf der Achskreuzung beruhenden Längigleitung abgenommen.
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Die Maschine, auf der dieses Schabverfahren durchgeführt wird, kann
einen Tiefenvorschub (Pfeil 6) im Sinne einer Veränderung des Achsabstands von Werkstück
und Werkzeugspind.l ausführen.
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Außerdem ist eine Einrichtung vorgesehen für einen Tangential vorschub
(Pfeil 7) der in einer Ebene vor sich geht, die rechtwinkelig zur gemeinsamen Normalen
liegt. Der Tangentialvorschub kann in dieser Ebene eine beliebige Richtung haben
(Pfeile 6s bis 6b). Vorzuziehen ist allerdings ein Tangentialvorschub 6 der annähernd
rechtwinkelig zur Achse der Werkstückspindel oder Werkzeugspindel gerichtet ist
oder einen Zwischenwert dazu bildet. Maschinen zum Zahnradschaben sind bekannt,
so daß die Einrichtungen für die Schabraddrehung für die genannten Vorschübe und
zur Tragen von Werkstück und Schabrad nicht b-schrieban zu werden brauchen.
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Die Flanken 8 des Schabrades sind in Längsrichtung hohl geschliffen
so daß das Werkstück von dem Werkzeug etwa hyperboloidisch umgriffen wird. Eine
derartige Hohlballigkeit ist beim Zahnradschaben an sich bekannt und zwar vom reinen
Tauchschaben her, verhältnismäßig große Hohlballigkeit, und vom sogenannten Underpass-Schaben
(Querschaben) her, geringere Hohlballigkeit. Der genaue Wert der Hohlballigkeit
hängt vom sogenannten Diagonalwinkel ab, d.h. von dem Winkel zwischen Achse der
Werkstückspindel und Richtung des Tangentialvorschubs. Er liegt etwa zwischen der
Hchlballigkeit des Tauchschabens und Underpass-Schabens, ist durch Versuche feststellbar
und ergibt sich auch aus der Werkstattserfahrung. Allerdings kann durch verschieden
große Tangentialbewegungen die Hohlballigkeit in Grenzen angepaßt werden, da der
Achskreuzpunkt mehr oder weniger weit verschoben wird.
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Damit alle Flankenteile des Werkstücks geschabt werden, ist es meist
erforderlich, daß die Nuten 1 auf den einzelnen Zähnen gegeneinander versetzt sind,
wie es in Fig. 2 angedeutet ist; wenn ein steiler Diagonalwinkel verwendet wird,
was vorzuziehen ist, ist die Versetzung unentbehrlich.
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Das Wesen der Erfindung beruht darin, daß die eigentliche Spanabnahme
mit einer Vorschubkombination erfolgt, die aus Tauchvorschub parallel zur gemeinsamen
Normalen und einem Tangentialvorschub, rechtwinkelig zur gemeinsamen Normalen zusammengesetzt
ist. Hierfür gibt es einige vorteilhafte Ausführungsformen.
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Fig. 4 zeigt schematisch einen Arbeitsablauf nach der Erfindung und
zwar ist der Weg des Achskreuzpunktes 5 von einer Seite aus gesehen, wobei zu beachten
istn daß der Tangentialvorschub im Raum liegt. In der Zeichenebene liegen also zwei
Bewegungskomponenten5 während die dritte Komponente (Koordinate) recktinke1ig zur
Zeichenebene liegt. Die gemeinsame Normale auf Mitte der Werkstückbreite ist mit
einer strichpunktierten Linie 4 markiert. Das Werkstück W und das Schabrad T sind
bei diesem und den folgenden Schaubildern nicht gezeichnet, zum Verständnis Pcönnen
die Figuren 1 und insbesondere 2 hinzugezogen werden. Der Arbeitsvorgang beginnt
im Anfangspunkt 10 bei einem Eingriff von Werkstück und Werkzeug mit Flankenspiel
in der Verzahnung in der gemeinsamen Normalen und zwar liegt die gemeinsame Normale
4 bzw. der Achskreuzpunkt 5 (Fig. 2), wie gesagt, auf der Mitte der Werkstückbreite.
Das Werkstück wird relativ zum Werkzeug mit einem Eil-Tiefenvorschub zugestellt
bis zum spielfreien Eingriff in Punkt 11. Der Tiefenvorschub wird dann fortgesetzt
bis Punkt 12. Hier verharrt der Vorschub eine vorbestimmte Zeit. Die Drehrichtung
des Schabrades wird gewechselt (Pfeil 13, Pfeil 14).
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Der Vorschub wird fortgesetzt mit einer Kombination aus Tiefenvorschub
und Tangentialvorschub, wobei der Achskreuzpunkt über die Werkstückbreite wandert
bis zu einer Stirnseite des Werkstücks oder kurz davor. Im Punkt 15 ist die Vorschubkombination
beendet. Es wird ausschließlich mit Tangentialrückhub weitergeschabt, wobei der
Achskreuzpunkt über die Zahnbreite wandert bis zur gegenüberliegenden Stirnseite
oder kurz davor (Punkt 16).
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Damit ist der eigentliche Schabvorgang beendet. In Punkt 16 wird der
Achsabstand mit einem verhältnismäßig langsamen Rückhub auf
Punkt
17 vergrößert Dabei werden die elastischen Spannungen aus Werkstück Werkzeug und
Maschine ausgelöst (Punkt 17). Es beginnt ein ausschließlicher Tangentialhub bis
der Achskreuzpunkt wieder in Werkstückmitte liegt (Punkt 18). Danach gehen Werkstück
und Werkzeug auf den ursprünglichen Achsabstand zurück (Anfangspunkt 10). Das Werkstück
wird ausgespannt. Die Vorschübe von Punkt 17 bis Punkt 10 können auch kombiniert
werden wie von 12 bis 15.
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Fig. 5 zeigt eine Variante zum Verfahren nach r1ig 4 bei dem vor dem
ausschließlichen Tangentialvorschub am Bearbeitungsende zwei kombinierte Hin und
Hergänge 24, 25 vorgesehen sind. Beide laufen mit verschiedenen Drehrichtungen des
Schabrads ab Wichtig ist, daß vor dem endgültigen Rückhub ein langsamer Entspannungsrückhub
26 eingeschaltet ist Das Verfahren nach Fig 6 beginnt zunächst mit einem Eil-Tiefenvorschub
bis zum spielfreien Eingriff von Werkstück und Werkzeug bis Punkt 19, wo die eigentliche
Spanabnahme beginnt mit dem Achskreuzpunkt auf der Mitte des Werkstücks. Mit kombiniertem
Tauch-Tangentialvorschub läuft der Achskreuzpunkt zunächst nach der einen Stirnseite
des Werkstücks (Punkt 20) danach zur anderen Stirnseite (Punkt 21) oder bis kurz
davor In Punkt 2t verharrt der Vorschub eine vorbestimmbare Zeit, die Drehrichtung
des Schabrads bzw. Werkstücks wird gewechselt. Befindet sich der Achskreuzpunkt
auf Mitte Werkstück (Punkt 22) wird ein geringer Betrag mit ausschließlichen Tiefenvorschub
zugestellt bis zum endgültigen Achsabstand, Punkt 23. Hier kann der Vorschub eine
vorbestimmbare Zeit verfahren bis zum völligen Ausschaben.
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Diese Vorschubpause kann auch fort fallen. Schabrad und Werkstück
gehen
verhältnismäßig langsam zuruck zum Auslösen der Spannungen (Punkt 24. Hier kann
der Vorschub nochmals verharren. (Diese Pause kann je nach Bearbeitungsaufgabe auch
fortfallen.) Danach gehen Werkstück und Werkzeug auf den Ausgangs-Achsabstand zurück
(Punkt 10).
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Fig. 7 zeigt eine Variante zum Verfahren nach Fig. 6 die sich im wesentlichen
dadurch unterscheidet, daß die Spanabnahme nicht mit einem ausschließlichen Tiefenvorschub
sondern ausschließlichen Tangentialvorschub endet. Der Entspannungs-Rückhub 27 ist,
wie im Zusammenhang mit Fig. 4 bereits angedeutet wurde, eine Lombination aus Tauchrückhub
und Tangentialr!uckbub, desgleichen der Eilrückhub 28.
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Der Beschreibung der Fig. 8 ist vor&uszuscicken, daß die untereinander
liegenden Linien in einer einzigen Ebene liegende Tangentialvorschübe darstellen.
Die auseinandergezogene Darstellung wurde der Deutlichkeit wegen gewählt.
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Im erfindungsgemäßen Verfahren nach Fig. @ wird das Werkstück vom
Ausgangspunkt 30 des Verfahrens dem Werkzeug (relativ) im Eilgang genähert und zwar
in einer Tangentialebene, die also rechtwinkelig zur gemeinsamen Normalen liegt,
und in einer Richtung, die auf eine Stirnseite des Werkstücks zielt. Bevor der Achskreuzpunkt
diese Stirnseite erreicht hat, wird der Tangentialvorschub auf eine Arbeitsgeschwindigkeit
umgeschaltet und der Tiefenvorschub hinzugeschaltet (Umschaltpunkt 31). Das Werkzeug
nähert sich jetzt weiter der betreffenden Stirnseite und gleichzeitig der gewünschten
Zahndicke des Werkstücks. In Punkt 32 ist dieser Zustand erreicht. Der Tauchvorschub
wird abgeschaltet und der Achskreuzpunkt wandert von der Ausgangsstirnseite
auf
die gegenüberliegende S4;irnseite zu mit Tangentialvorschub. Bevor der Achskreuzpunkt
die Werkstückmitte erreicht hat, verharrt der Vorschub, um die Drehrichtung zu wechseln
(Punkt 33).
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Danach läuft der Tangentialvorschub weiter ab bis der Achskreuzpunkt
die andere Stirnseite erreicht hat (Endpunkt 34). Der Tan gentialrückhub läuft dann
zurück auf die erste Stirnseite zu, wozu die Drehrichtung des Werkzeuge wieder gewechselt
werden kann. Vor Erreichen dieser Stirnseite wird im Punkt 35 der Tauch Rückhub
hinzugeschaltet, die elastischen Spannungen lösen sich Ist das Werkzeug bzw. Werkstueck
auf die Ausgangs ebene zuruckget gangen (Punkt 36)- läuft der Nrorschub im Eilgang
auf den Ausgangspunkt 30 zurück.
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Fig. 9 zeigt eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, die aus
den Ausführungsformen der Fig. 7 und 8 gebildet ist. Nach der vorausgegangenen Beschreibung
ist dieses Schaubild ohne weitere Erläuterung verständlich.
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Fig. 10 zeigt eine vereinfachte Ausführungform des erfindungsgemäßen
Verfahrens. Vom Ausgangspunkt 40 aus verläuft ein kombinierter Vorschub von einer
Stirnseite zur anderen bis Endpunkt 41. Ohne Tiefenvorschub geht dann ein Tangentialrückhub
auf die erste Stirnseite zurück bis Punkt 42, der sich über dem Ausgangspunkt befindet.
Zum Schluß wird mit einem Tiefenrückhub auf den Ausgangspunkt 40 zurückgefahren.
Zweckmäßigerweise schließt sich an Punkt 42 zunächst ein Entspannungsrückhub an.
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Fig. 11 zeigt eine Variante zu Fig. 10. Am Endpunkt 43 des kombinierten
Vorschubs ist die größte Tiefe noch nicht erreicht.
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Zu Beginn des Tangentialrückhubs wird noch weiter mit einem
Tiefenvorschub
zugestellt bis zu einem Punkt 44, wobei der Achskreuzpunkt vor der Werkstückmitte
liegt. Der Bereich vor und hinter der Werkstückmitte wird ausschließlich mit Tangentialrückhub
durchfahren bis Punkt 45. Dann wird mit einem kombinierten Tangential- und Tiefenrückhub
entspannt entweder bis zu einem Punkt 46 auf dem gesamten Weg des kombinierten Rückhubs,
dessen Rest dann bis Punkt 47 im Eilgang durchfahren wird.
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In einer weiteren Variante kann der gesamte Weg von 45 bis 47 mit
dem kombinierten Rückhub durchfahren werden, vor allem, wenn diese Strecke nicht
lang ist. Wenn die Verhältnisse günstig sind, kann der Weg 45 bis 47 unter Umständen
auch im Eilgang durchfahren werden.
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Bei den letzten Ausführungsbeispielen wurde auf die Darstellung der
Drehrichtung des Schabrads bzw. Werkstücks nicht mehr eingegangen; die diesbezüglichen
Erläuterungen zu den vorausgegangenen Beispielen sind hierauf sinngemäß zu übertragen.
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Begriffsliste 1 Nuten W Werkstück 2 Werkstückspindel T Schabrad 3
Werkzeugspindel 4 gemeinsame Normale auf der Mitte des Werkstücks 5 Achskreuzpunkt
6 Tiefenvorschub (Tauchvors¢hub) 7 Tangentialvorschub 8 Flanken des Schabrades 9
10 Beginn des Arbeitsvorganges (Anfangspunkt) 11 Beginn des spielfreien Eingriffs
12 Beginn der Kombination aus Tauch- u. Tangentialvorschub 13) i4) Drehrichtung
15 Ende des Tiefenvorschubs mit Tangentialvorschub 16 Ende Tangentialvorschub 17
Ende langsamer Rückhub 18 Ende Tangential.Rückhub 19 Beginn der Spanabnahme 20)
21) Vorschubenden auf den Stirnseiten 22 Achskreuzpunkt Mitte Werkstück 23 Vorschub
ende 24) 25) kombinierte Hin- und Hergänge 26 Ent spannungsrückhub 27 Entspannungsrückhub
28 Eilrückhub 29 30 Ausgangspunkt 31 Umschaltpunkt 32 Punkt des Vorschubs 33 Punkt
des Vorschubs 34 Endpunkt det Vorschubs 35) 36) Punkt des Vorschubs 37 38 39 40
Ausgangspunkt 41 Endpunkt 42 Punkt i3 Endpunkt 44 Punkt
Übersetzungen
Eingriffswinkel-Abweichungen Profilwinkel-Abweichung ) pressure angle error erreur
de angle de pression Achskreuzpunkt pivot point point d'intersecion des axes Stirnschnitt
transverse plane plan apparent Achsabstand centre distance entraxe Zahnbreite facewidth
largeur de denture Flankenspiel backlash jeu entre dents