DE3317915C2 - Vorrichtung zum Feinbearbeiten von Zahnrädern - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zum Herstellen oder Bearbeiten der Verzahnung von gerad- oder schrägverzahnten, außen- oder innenverzahnten Zahnrädern mit einem hyperboloidisch oder globoidisch oder ähnlich geformten verzahnten Werkzeug, das eine abrasive Oberfläche od. dgl. aufweist, wobei ein Achskreuzwinkel vorhanden ist. Die Werkradpaarung wird mit einem Paar Führungsräder geführt. Die Bearbeitung findet auf jeweils nur einer Flanke eines Zahnes statt. Die Werkstück- oder Werkzeugspindel ist mit einem umschaltbaren Motor gekuppelt. Auf der Spindel ist eine Bremse vorgesehen. Auf der Spindel mit dem Motor ist eine schaltbare Kupplung vorgesehen. Es kann eine zusätzliche Bremse oder eine Schwungmasse vorgesehen sein.

Description

im wesentlichen nur an den positiven Abweichungen von der gewünschten Profilform, also nur an den erhabenen Flankenteilen, anliegen.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist, daß der Betrag des Arbeitsabtrags vorausbestimmbar ist Er ist nicht mehr allein von der Arbeitszeit abhängig. Das Werkzeug wird geschont, da sich beim Anfahren und Bremsen die Flanken nicht berühren.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.

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

F i g. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel mit einem Motor, der nach der Erfindung angeordnet ist

F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung, das durch eine schaltbare Kupplung ergänzt ist

F i g. 3 zeigt ein Ausfühmngsbeispiel nach der Erfindung, das durch eine weitere Bremse oder eine Schwungmasse ergänzt ist

F i g. 4 zeigt das Schema eines Arbeitsablaufes einer Vorrichtung nach F i g. 3.

F ·. g. 5 zeigt die Funktion der Getriebeelerncntc cincr Vorrichtung nach F i g. 3 zugeordnet zum Schema der Fig. 5.

F i g. 6 zeigt ein Diagramm eines zum Schema F i g. 6 passenden Verlaufs der Drehzahl des Motors bzw. der Spindeln.

Fig.7 zeigt ein Diagramm der zum Schema Fig.6 passenden Veränderung der Achsabstände von Werkstück- und Werkzeugspindel.

Auf einer Werkstückspindel 1 sitzen nebeneinander und achsgleich ein zu bearbeitendes Zahnrad 2 (Werkstück) und ein Führungsrad 3. Beide sind mit einer nicht gezeichneten Spanneinrichtung drehsicher und nicht längsverschiebbar aber auswechselbar auf der Werkstückspindel befestigt Auf einer Werkzeugspindel 5 sitzen drehfest nicht längsverschiebbar aber auswechselbar ein verzahntes Werkzeug 6 und ein Führungsrad 7. Das Werkzeug hat eine abrasive Arbeits-Oberfläche, also Zahnflanke, und kämmt mit der Verzahnung des Werkstück- 2. Das Führungsrad 7 ist wie das Fühningsrad 3 ein Zahnrad. Beide Zahnräder kämmen miteinander. Die Achsen der Werkstückspindel 1 und der Werkzeugspindel 5 sind im Abstand gekreuzt Der sogenannte Achskreuzpunkt 8 (gemeinsame Normale) kann innerhalb der Werkstück-Werkzeug-Paarung, z. B. in deren Mitte, oder innerhalb der Füh/ungspaarung oder jeweils daneben, z. B. zwischen den beiden besagten Paarungen liegen. Die Vorrichtung arbeitet im sogenannten Tauchverfahren. Die Zahnflanken der Werkstückverzahnung werdest also ohne ein LängsvefscKieben des Werkzeugs relativ zum Werkstück bearbeitet, z. B. geschliffen. Es ist daher erforderlich, daß der Wälzkörper (in der Achsrichtung ausgedehnter Wälzkreis) des Werkzeugs den Wälzkörper des Werkstücks hyperboloidisch umgreilt Außerdem muß die gesamte Werkstück-Zahnbreite von der Werkzeugverzahnung überdeckt werden.

F i g. 1 zeigt das Schema einer derartigen Vorrichtung. Alle für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Teile wie Maschinengestell, Schlitten, Vorschubantrieb usw. sind beispielsweise von Zahnradschabmaschinen und anderen Zahnrad-Feinbearbeitungsmaschinen her bekannt und daher im Schema der F i g. 1 und in dem folgenden Schemata fortgelassen. Das Führungspaar 3, 7 einerseits und das Werkstück-Werkzeugpaar 2, 6 andererseits wurden mit Rücksicht auf die Übersichtlichkerf im Schema weit auseinandergezoRen.

In der Praxis liegen beide Paare dicht beieinander. Eine der beiden Spindeln, im Beispiel die Werkzcugspindel 5, ist mit einem Motor 101, z. B. Elektromotor, gekuppelt Dieser Motor ist durch Polumschalten oder mittels eines nicht gezeichneten Getriebes auf beide Drehrichtungen umschaltbar.

Die Spindel, die nicht mit dem Motor gekuppelt ist, im Beispiel die Werkstückspindel 1, ist mit einer Bremse 102 versehen. Die Bremse kann ein- und ausschaltbar sein. Die Wirkungsweise der Vorrichtung wird weiter hinten beschrieben.

In der Ausführungsform nach F i g. 2 ist die Spindel, welche mit dem Motor 101 gekuppelt ist, im Beispiel die Werkzeugspindel 5, zusätzlich mit einer schaltbaren Kupplung 103 zwischen dem Führungsrad 7 und dem Werkzeug 6 versehen, so daß Führungsrad und Werkzeug während des Arbeitsablaufes voneinander getrennt werden können.

In der Ausführungsform nach F i g. 3 ist die Spindel, welche mit dem Motor 101 gekupp-,-'r ist, im Beispiel die Werkzeugspindel 5, mit einer zusätzlichen Bremse 104 oder einer Schwungmasse versehen und zwar relativ zur schaltbaren Kupplung auf dem dem Motor gegenüberliegenden Teil der Werkzeugspindel 5.

Die Bremse 102 gewährleistet die stetige Anlage der Flanken der Führungsräder, so ist der Anlagedruck auf die Zahnflanken etwa gleich dem Arbeitsdruck. Zweckmäßigerweise wird die Flankenanlage der Führungsräder in der Arbeitsphase des Abbremsens nicht unterbrochen. Die Bremse 104 oder Schwungmasse hat den Zweck, das Reibmoment der Werkzeugspindel 5 bei geöffneter Kupplung 103 zu vergrößern. Die Vorrichtung nach der Erfindung gewährleistet, daß die Flanken der Führungsräder und der Arbeitsräder sicher und ohne Spiel, bzw. mit kleiner Vorspannung, anliegen. Die Bremse 104 oder die Schwungmasse verhindert, daß die Werkzeugflanke ungewollt ausweicht

Der Arbeitsablauf für die Vorrichtung der F f- g. 1 ist nicht beschrieben, er kann aus dem Arbeitsablauf für die Vorrichtung nach F i g. 2 abgeleitet werden.

iig.4 zeigt schematisch in verschiedenen Phasen a bis h den Arbeitsablauf eines Verfahrens mit einer Vorrichtung nach F i g. 3. Es ist jeweils nur eki Zahn oder eine Zahnlücke der am Verfahren beteiligten Räder dargestellt

Die rechten und linken Zahnflanken sind sinngemäß mit R und L bezeichnet. Es sei daran erinnert (F i g. 1 bis 3), daß das Führungsrad 3 und das Werkstück 2 auf einer gemeinsamen Spindel 1 sitzen und fest miteinander verbunden sind. In die andere Spindel ist eine schaltbare Kupplung 103 eingefügt.

Die Fußpartien der Zähne 7 und 6 sind in F i g. 4 miteinander verbunden. Das symbolisiert die Werkzeugspindel 5. Die beiden senkrechten Striche in dieser Verbindung symbolisieren die geöffnete Kupplung 103. Ist diese geschlossen, dann fehlen die parallelen Striche.

a) Das Werkstück 2 ist in die Verzahnung des Werkzeugs 6 eingeiädelt und auf der Werkstückspindel 1 gespannt Die Kupplung 103 ist geöffnet. Der Antrieb (Motor 101) macht eine geringe Drohbewegung in eine beliebige Richtung. Übsr dieses Beispiel sei die Drehrichtung »plus« genannt.
Die Linksflanke des Führungsrades 7 treibt also die Linksflanke des Führungsrades 3. Dadurch kommen die Rechtsflanken der Werkstück-Werkzeug-Paarung 6, 2 zur Anlage, das bedeutet, daß die Rechtsflanke R des Werkstücks 2 die Rechtsflanke

IO

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des Werkzeugs 6 antreibt Bremse 104 oder Schwungmasse wirksam. Auf der Rückflanke der betreffenden Zähne ist Zahnspiel vorhanden, im Beispiel an den Rechtsflanken der Leiträdc das Zahnspiel A.

b) Kupplung 103 wird geschlossen. Der Achsabstand der beiden Spindeln 1 und 5 wird um einen kleinen Betrag vergrößert, damit sich ein möglicher Rundlauffehler oder Teilungsfehler des Werkstücks nicht schädlich auswirken kann. Das würde nämlich eintreten, wenn in der Phase a zufällig der kleinste Radius des Werkstücks auf das Werkzeug getroffen wäre, dann würde bei der Bearbeitung nach einer halben Umdrehung der größte Radius auf das Werkzeug treffen, was zu einem Verklemmen führen könnte. Das vorerwähnte Zahnspiel ist auf B vergrößert.

c) Der Antrieb wird auf die normale Arbeitsdrehzahl einffftcchiiUct mit Drehrichturig »plus«. DwHiit kommt die Linksflanke L der Führungsräder 3, 7 zur Anlage. (Beim Sonderfall eines großen Rundlauffehlers verändern sich die Verhältnisse etwas.) Die Bremse 102 auf der Werkstückspindel sorgt für ein stetiges Anliegen der Leitrad-Zahnflanken.

d) Der Achsabstand wird verringert. Das Zahnspiel an den Leiträdern verringert sich auf C Am Werkstück ergibt sich ein Abtrag D. Eine vorbestimmte — meist kurze — Zeit wird auf dem kleinsten Achsabjtand »0« gefahren. Nach dem »Ausfeinen« wird auf den Achsabstand von a auseinander gefahren. Zwischen den Rechtsflanken der Werkzeug-Werkstück-Paarung ist jetzt ein Flankenspiel vorhanden entsprechend dem abgetragenen Material.
Der Antrieb wird abgeschaltet Die Bremse 102 auf der Werkstückspindel bewirkt, daß sich die Flankenanlage nicht ändert.

e) Nachdem beide Spindein zum Stillstand gekommen sind, wird Kupplung 103 geöffnet Der Antrieb wird für eine langsame Bewegung in Drehrichtung »minus« eingeschaltet Es ergibt sich ein zu a entgegengesetzter Zustand.

f) bis h) Die weitere Bearbeitung entspricht den Phasen

b bis c/auf den anderen Zahnflanken.

Das Verfahren kann noch verbessert werden, wenn beim öffnen der Kupplung 103 ein steuerbares Restmoment aufrecht erhalten wird. Dann können nämlich an den Hauptpunkten der Rundlauf- oder Teilungsabweichung die Führungsräder »durchrutschen«. Auf der Werkstückseite kann dann mit einem geringeren AnIagedruck gearbeite' werden.

Das Werkzeug wird mit einem Abrichtrad in einem den Phasen a bis h entsprechenden Arbeitsablauf abgezogen, wobei das Abrichtrad anstelle des Werkstücks in die Vorrichtung eingespannt wird. Der wichtige Unterschied liegt lediglich darin, daß in den Phaser, a und e sich die Flanken bei geöffneter Kupplung in einem kJeineren Achsabstand anlegen als bei einem Arbeitsablauf für die Zahnradbearbeitung.

Ein Verfahren kann mit der Vorrichtung nach der Erfindung auch ohne die schaltbare Kupplung und ohne die Bremse bzw. Schwungmasse 104 durchgeführt werden, wenn auch in einer nicht so optimalen Weise wie oben beschrieben wurde.

Fig.5 bis 7 zeigen Funktionsschemata des vorher geschilderten Arbeitsablaufes mit den Phasen /' bis p, darin bedeuten:

L ■· größter Achsabstand der beiden Spindein 1 undS.

M — Achsabstand in Phasen j und n.

0 — kleinster Achsabstand oder Achsabstand »null«.

F - Kupplung 103 geöffnet

G — Kupplung 103 geschlossen.

H — Bremse 102 ein.

/ = Bremse 102 aus.

/ — Bremse 104 ein.

K = Bremse 104 aus.

/Ji = maximale Drehzahl in Drehrichtung »positiv«.

/J2 — maximale Drehzahl in Drehrichtung »negativ«.

Λ -} ^Zeiien

Anstelle der Bremse 104 kann sinngemäß auch eine Schwungmasse verwendet werden.

Die durchgezogenen Linien markieren die Funktion der jeweiligen Elemente. Im Bereich der gestrichelten Linien wird die jeweilige Funktion angefahren.

Die F i g. 4 bis 7 zeigen nur Beispiele. Die Funktionen können natürlich jeweils nach den konkreten Bearbeitungsaufgaben variiert werden. Insbesondere kann verlangt sein, die Rechts- und Linksflanken verschieden zu bearbeiten; dann sind u. U. auch die Drehzahlen, Zeiten und Achsabstände zu variieren. Das Gleiche gilt auch für das Abrichten. Überhaupt sind bei der Festlegung der endgültigen Funktion der Vorrichtung nach der Erfindung die praktischen Erfahrungen von Betriebsversuchen zu berücksichtigen. So braucht z. B. in F i g. 7 die Achsabstandsänderung nicht geradlinig zu verlaufen. Auch kann der endgültige Achsabstand E mehrmals angefahren werden.

Im Sinne der Erfindung fällt unter den Begriff eines »Motors, der für beide Drehrichtungen umschaltbar ist« auch eine Anordnung mit zwei Vorrichtungen, von denen jede speziell für die Bearbeitung nur einer Zahnseite (Flanke) vorgesehen ist und von denen der eine Motor in der einen Drehrichtung läuft und der andere in der anderen. Dann wird nämlich durch Transportieren des Werkstücks umgeschaltet

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

n) bis p) Der Arbeitsablauf entspricht den Phasen /bis / bezogen auf die anderen Zahnflanken.

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Claims (25)

1 2

Werkzeug-Werkstück-Paar die einen Zahnflanken, z. B.

Patentanspruch: die rechten, anliegen und beim Führungsräder-Paar die

anderen Zahnflanken, also z. B. die linken.

Während der

Vorrichtung zum Feinbearbeiten der Verzahnung Bearbeitung ist dann die Schaltkupplung geschlossen

von gerad- oder schrägverzahnten Zahnrädern nach 5 und die Bremse gelüftet Die yorher eingestellte Spiel-

dem Verfahren gemäß dem Anspruch 1 des Haupt- freiheit des aus dem Werkzeug-Werkstück-Paar und

patents 33 04 980, mit einer Werkstückspindel, die aus dem Führungsräder-Paar bestehenden Gesamtge-

das Werkstück und ein erstes Führungsrad trägt und triebes ist dann nicht mehr sichergestellt:

einer unter gekreuzten Achsen dazu angeordneten der Materialabtrag an der Werkstückflanke führt zu

Werkzeugspindel, die das Werkzeug und ein zweites io anderen Eingriffsbedingungen als sie zu Beginn der Be-

Führungsrad trägt wobei sowohl das Werkstück arbeitung vorlagen.

Die dann evtL fehlende »Verspan-

und das Werkzeug als auch das erste und das zweite nung« im Gesamtgetriebe kann dazu führen, daß die

Führungsrad in kämmendem Zahneingriff stehen, Führungsräder ihre Aufgabe nicht mehr einwandfrei

und wobei das Werkzeug der das Werkstück mit ausführen können, z. B. wenn Schwingungen auftreten

einem für beide Drehrichtungen umschaltbaren An- 15 sollten oder Kühlflüssigkeit zwischen die Flanken der

triebsmotor und das zugehörige Führungsrad mit Führungsräder gelangen sollte.

einer Bremse gekuppelt sind, und wobei zwischen Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vordem angetriebenen Werkzeug oder Werkstück und richtung nach dem Hauptpatent dahingehend zu ergändem zugehörigen Führungsrad eine schaltbare zen, daß mit Sicherheit verhindert wird, daß sich wäh-Kupplung vorgesehen ist, dadurch gekenn- 20 rend des Bearbeitungsvorgangs die falschen Zahnflanzeichnet, daß die nicht mit dem Antriebsmotor ken berühren.

(101) gekuppelte Spindel (1 oder 5) mit einer Bremse Zur Lösung der Aufgabe wird vorgeschlagen, die

(102) versehen ist nicht mit dem Antriebsmotor gekuppelte Spindel mit

einer zusätzlichen Bremse zu versehen.

Damit ist es

25 möglich, die Spielfreiheit während der gesamten Bearbeitungsdauer sicherzustellen.

Die Erfindung ist sowohl bei angetriebener Werk-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung wie Stückspindel als auch bei angetriebener Werkzeugspinsie im Oberbegriff des Patentanspruchs beschrieben ist del anwendbar. Bei der letztgenannten Anordnung er-Es ist bereits eine Vorrichtung zum Herstellen oder 30 folgt die Bearbeitung der Werkstückzahnflanken immer Bearbeiten, im besondere Schleifen, der Verzahnung vom Zahnfuß zum Zahnkopf hin, was sich als vorteilhaft Κ von Stirnrädern bekannt. Diese Vorrichtung ist mit ei- erwiesen hat Die vom Hauptpatent her bekannte Bremf: nem rotierenden zahnradartigen Werkzeug versehen, se wird nur zum Einstellen der Flankenanlage und für ti das mit einem Achskreuzwir.kel rr-K der Werkstückver- die Maßverstellung betätigt die erfindungsgemäß zu-I zahnung kämmt. Das Werkzeug ist hyperbolidisch oder 35 sätzlich vorgesehene Bremse gewährleistet die ständige ψ ähnlich geformt und ist mindestens so breit wie die Anlage der Flanken der Führungsräder.
I Werkstückverzahnung(DE-AS2516 059). Die Erfindung hat mehrere Vorteile. So wird der £ Dem Hauptpatent liegt die Aufgabe zugrunde, das Kontakt der rechten und linken Werkstückflanke mit Arbeitsergebnis einer derartigen Vorrichtung zu ver- der entsprechenden Werkzeugflarike schneller, sicherer r ■ bessern. 40 und genauer gefunden als bisher, und zwar unabhängig f;i Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gelöst, die von einer wechselnden Zahndicke der Verzahnung der

0 Merkmale aufweist, welche im Oberbegriff des Patent- Werkstücke und unabhängig von dem jeweiligen Auf- -^ anspruchs aufgeführt sind. brauchzustand der Werkzeugzähne.

h; Unter »abrasiver Oberfläche« ist dabei eine spanab- Das Vorpositionieren des Werkstückzahns in Bezug 'Ji₁ hebende Oberfläche des Werkzeugs gemeint, die keine 45 auf die Werkzeugzahnlücke wird wesentlich vereinig einheitlich gerichteten Schneidkanten od. dgl. aufweist. facht Ein vorgewählter Betrag kann von der Werkle Darunter fallen alle Werkzeuge mit körniger Arbeits- stückflanke sehr genau abgenommen werden, und zwar pi fläche, z. B. Schleifwerkzeuge, aber auch Werkzeuge für nicht zeitabhängig. Das oben gesagte gilt auch für das lip elektrolytische oder elektroerosive oder elektrochemi- Abziehen des Werkzeugs mit einem Abrichtrad.
|jj sehe Materialabtragung. (Nicht darunter fallen bei- 50 Die Leiträder müssen zwar die gleiche Übersetzung H spielsweise Schabzahnräder.) aufweisen wie die Werkstück-Werkzeug-Paarung, sie &.; Eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff arbeitet mit können aber einen anderen Modul, Eingriffswinkel, p.'i Einflankenanlage, d. h., von jedem Werkzeug- oder Schrägungswinkel und Zähnezahl haben. Das erleich- )'": Werkstückzahn liegt bei der Bearbeitung jeweils nur tert die Lagerhaltung für die Vorrichtung (Wechselräi.; eine Zahnflanke an. Das hat den Vorteil, daß eine Span- 55 der). Übrigens brauchen auch die Zahnstellungen von Si zustellung möglich ist, bei der der Achsabstand zwi- Werkzeug und Leitrad nicht übereinzustimmen.
' i sehen Werkzeug und Werkstück gleich bleiben kann. Die Erfindung ergibt auch eine Oberfläche hoher V j ohne daß die Veränderung der Zahnschräge berücksich- Qualität dadurch, daß die Spanzustellung durch Verrin-

j tigt werden muß. Auch können für die Führungsräder gerung des Achsabstandes erfolgen kann. Dadurch wird

! außer Zahnräder unter Umständen auch Reibräder oder 60 die riefige Werkzeugoberfläche in Richtung der Profilli-

y Reibscheiben od. dgl. verwendet werden, deren Herstel- nie oder die entsprechende Komponente der Werk-

''! lung verhältnismäßig einfach ist. Es ist lediglich darauf Stückoberfläche verschoben und damit möglicherweise

''; zu achten, daß sie die richtige Übersetzung aufweisen. vorhandene Bearbeitungsspuren verwischt,

ι ■', Bei der bekannten Vorrichtung wird vor der Bearbei- Die Erfindung gewährleistet eine starre Verbindung

;* tung zum Einstellen der Flankenanlage die Schaltkupp- 65 zwischen Werkstück- und Werkzeugspindel und zwar

;■■'; lung geöffnet und die Bremse angelegt. Bei leichterer mit der kleinsten Anzahl der Getriebeelemente, die

■ ' Drehung des einen Führungsrades mittels des Motors möglich ist. Es wird in Einflankenanlage gearbeitet, so

1 wird eine Flankenanlage der Art hergestellt, daß beim daß die Flanken der Werkstück- und Werkzeuezähnc