DE3348072C2 - Vorrichtung zum Feinbearbeiten von Zahnrädern - Google Patents

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Feinbearbeiten der Verzahnung von gerad- oder schrägverzahnten Zahnrädern, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben ist.

Damit geht die Erfindung vom Stand der Technik aus, wie er aus der DE-AS 11 61 465 bekannt ist Die DE-AS 61 465 betrifft das Zahnradschaben und das entsprechende Schleifverfahren, das sogenannte Zahnradhonen, also Bearbeitungsverfahren, die mit spielfreiem Zahneingriff von Werkstück und Werkzeug ablaufen. Bei spielfreiem Eingriff wirken - im Unterschied zum Abwälzen mit Flankenspiel — auf beide Seiten der im Eingriff befindlichen Zähne Kräfte ein. Diese Kräfte wechseln je nachdem, wieviel Flanken momentan am Eingriff beteiligt sind. Diese wechselnden Kräfte (in der DE-AS 11 61 465 "Kräftespiel" genannt) verursachen Fehler, wenn das Schabrad nicht auf besondere Weise ausgelegt wird. Dem sollte ein spielfrei laufendes Führungsgetriebe abhelfen.

Beim Zahnradhonen konnte mit dem spielfrei laufenden Führungsgetriebe keine Verbesserung des Arbeitsergebnisses erzielt werden. Schon beim Zahnradhonen ohne Führungsräder hatte man immer wieder Ausbrüehe an den und von Werkzeugzähnen beobachtet, die das Werkzeug vorzeitig unbrauchbar gemacht haben. Diese Ausbrüche sind teils auf die wechselnden Kräfte zurückzuführen, denen das relativ spröde Material der Honwerkzeuge nicht gewachsen ist und teils auf ein Zwängen der Werkzeugzähne in den Zahnlücken des Werkstücks. Für das Zwängen gibt es verschiedene Ursachen: Die Werkstückzähne können noch zu viel Aufmaß haben, also zu dick sein, oder es sind Beschädigungen, z. B. Aufstauchungen, vorhanden, oder die Werkstückzähne weisen einen von einer vorausgegangenen Wärmebehandlung herrührenden Verzug (Flankenrichtungsfehler) auf. Die Ausbrüche konnten mit dem bekannten Führungsgetriebe nicht verhindert werden, im Gegenteil. Bedingt durch die überall vorhandene Spielfreiheit war das ganze aus Werkstück, Werkzeug und Führungsgetriebe bestehende System so starr geworden, daß das Werkzeug keinerlei Möglichkeit zum "Ausweichen" mehr hatte. Abgesehen von den erhöhten Werkzeugkosten durch den vorzeitigen Ausfall waren auch die Bearbeitungsergebnisse wegen der beschädigten Werkzeuge ^icht befriedigend.

Man hat dann versucht, das Werkstück-Werkzeug-Paar mit einer gesonderten Vorrichtung zu führen, und zwar durch eine elektrische Welle, was zu ungenau war, oder durch eift Zahnradgetriebe, was in einfacher Weise ebenfalls nicht zum Ziele führte.

Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die eingangs beschriebene Vorrichtung so weiterzubilden, daß auf ihr ein besseres Bearbeitungsergebnis erzielt wird, die genannten Mängel also vermieden werden.

Die der Erfindung zugrundeliegende Autgabe wird mit einer Vorrichtung gelöst die die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist Es ist von der DE-OS 23 06 780 her bekannt bei Anwendung von abrasiven Werkzeugen der in Rede stehenden Art mit Flankenspiel und Flankenwechsel zu arbeiten. Mit diesem bekannten Verfahren können zwar Beschädigungen an der Verzahnung beseitigt werden, die Verzahnungsqualität kann aber nicht nennenswert verbessert werden, weil das Werkzeug einfach der Vorverzahnung und damit den Verzahnungsfehlern "nachläuft". Demgegenüber zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch aus, daß sie bei spielfreien Führungsrädern soso wohl ein Flankenspiel zwischen Werkzeug und Werkstück als auch ein einfaches Verändern der relativen Lage der Zahnflanken von Werkzeug und Werkstück ermöglicht Das aus Werkzeug, Werkstück und Führungsrädern bestehende Gesamtgetriebe ist ohne Flankenspiel, was eine gute Verzahnungsqualität sicherstellt. Eine vorteilhafte Weiterentwicklung beschreibt Anspruch 2. Mit einer Versetzung der Werkzeugachse zur zugehörigen Führungsradachse ist nicht nur ein leichteres Ineingriffbringen der Verzahnung von Werkzeug und Werkstück beabsichtigt, sondern auch die Möglichkeit einer einmaligen oder schrittweisen radialen Zustellung während des eigentlichen Arbeitsvorganges. Damit ist es nämlich möglich, periodische (wellenförmige) Fehler des Zahnprofils, die in Höhenrichtung entstehen können, gezielt zu beseitigen.

Mit den Merkmalen der Ansprüche 3 und 4 weden weitere zweckmäßige Ausgestaltungen aufgezeigt. Die Torsionsfeder bietet die Möglichkeit, den Anpreßdruck

&iacgr; der arbeitenden Zahnflanken zu steuern und u. U. das '; Wechseln der Zahnflanken weicher zu gestalten.
. ; Die Erfindung wird nachstehend anhand von 10 Figuren beschrieben.

Rg. 1 zeigt als Ausführungsbeispiel schematisch die Grundform einer Vorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 2 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Ausschnitt aus der Verzahnung der Führungsräder nach der Erfindung.

_;.'; Fig. 3 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Ausschnitt aus der Werkverzahnung.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel für eine Werkzeugspindel (schematisch).

Flg. 5 zeigt schematisch eine Kreuzscheibenkupplung.

Fig. 6 zeigt die Kreuzscheibe zur Kupplung nach Fig. 5.

Fig. 7 zeigt ein federndes Zahnrad im Querschnitt.

Fig. 8 zeigt das Zahnrad von Fig. 7 in Pfeilrichtung A gesehen.

— Fig. 9 zeigt den Arbeitsablauf auf einer Vorrichtung nach der Erfindung, schematisch gezeichnet Siatt der Zahnprofile sind deren Bezugsprofile, d. h. das dazugehörige Zahnstangenprofil, gezeichnet, was am Sinn der ■?', Darstellung nichts ändert

''^k Fig. 10 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für " die Kombination der Werkräder, Führungsräder, Motorc, Kupplungen und Bremsen bzw. Schwungmassen.

Auf einer Werkstückspindel 1 (Flg. 1) sitzen nebeneinander und achsgleich ein zu bearbeitendes Zahnrad 2 (Werkstück) und ein Führungsrad 3. Beide sind mit einer Spanneinrichtung 4 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 Werkstücks Z Das Führungsrad 7 ist wie das Führungsrad 3 ein Zahnrad. Eaide 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 Führungsradpaa.'ung oder jeweils daneben, z. B. zwischen den beiden besagten Paarungen liegen. Die Vorrichtung arbeitet im sogenannten Tauchverfahren. Die Zahnflanken der Werkstückverzahnung werden also ohne ein l.ängsverschieben des Werkzeugs relativ zum Werkstück bearbeitet, z. B. geschliffen. Es ist daher erforderlich, daß de: Wälzkörper (in der Achsrichtung ausgedehnter Wälzkreis) des Werkzeugs den Wälzkörper des Werkstücks hyperboloidisch umgreift. Außerdem muß die gesamte Werkstück-Zahnbreite von der Werkzeugverzahnung überdeckt werden. In Fig. 1 liegt der Achskreuzpunkt in der Mitte der Werkstückverzahnung, das Hyperboloid 9 des Werkzeugs ist daher symmetrisch gezeichnet. Die Verzahnung der Führungsrad-Paarung könnte an sich dem eines normalen und bekannten Getriebes mit gekreuzten Achsen entsprechen. Vorteilhaft und der Arbeitsqualität der Vorrichtung zuträglich ist es, wenn sie der Lage des Achskreuzpunktes entsprechen hypberboloidisch oder ähnlich geformt sind.

In Fig. 2 ist eine Zahnlücke des Führungsrades in vergrößertem Maßstab gezeichnet, in die ein Zahn des Führungsrads 3 eingreift. Dij Zahnflanken liegen links und rechts an. es ist also auf keiner Seite Flankenspiel vorhanden. In Fig. 3 ist, ebenfalls in vergrößertem Maßstab, eine Zahnlücke des Werkzeugs 6 und ein Zahn des Werkstücks 1 gezeichnet Hier liegen die Zahnflanken auf der rechten Seite an, während links Spiel besteht In dem gezeigten Beispiel wird also die rechte Zahnflanke des Werkstücks bearbeitet, während die linke Flanke des achsgleichen Führungsrades 3 führt und abstützt Zur Bearbeitung der anderen Werkstück-Zahnflanke wird die relative Lage zwischen Werkzeug und Werkstück gewechselt, also es liegen dann die Flanken auf der linken Seite in Flg. 3 an. Wie die Flanken gewechselt werden können, wird unten beschrieben.

Fig. 4 zeigt in einer vereinfachten Darstellung eine Ausführungsform für eine Werkzeug-Leitrad-Lagerung. In einem radial zum Werkstück 2 zustellbaren Werkzeugschlitten 51 ist eine bekannte Schlittenführung (Schwalbenschwanzführung oder Prismenführung) 52 vorgesehen, in der ein Zusatzschliiten 53 ebenfalls radial zum Werkstück 2 geführt ist Der Zusatzschlitten 53 kann von einem Elektromotor 54 aus über ein Schneckengetriebe 55, eine Vorschufc/indel 56 und eine Vorschubmutter 57, die am Zusatzschii :ten 53 befestigt ist, angetrieben werden. Im Zusetzschlitten 53 ist eine Werkzeugspindel 58 drehbar, aber nicht längsverschiebbar gelagert Die Werkzeugspindel 58 nimmt in bekannter Weise das Werkzeug 6 auf. Etwa achsgleich oder achsparallel zur Werkzeugspindel 58 ist eine Führungsradspindel 59 in dem Werkzeugschlitten 51 drehbar gelagert, die das hier mit 71 bezeichnete Führungs-

rad aufnimmt, auf das noch eingegangen wird. Stirnseitig an der Führungsradspindel 59 ist ein bekanntes Drehkolbensystem 60 angebracht Ein nicht näher dargestellter Drehkolben bildet zusammen mit einer entsprechenden Innenform eines Zylinders 33 zwei Kammern, die über nicht gezeigte Bohrungen mit einer Zuführungsbuchse 41 verbunden sind. Von der Zuführungsbuchse führen Leitungen 42, 43 zu einem Steuergerät 44. Von dem Steuergerät aus können so über die Leitungen 42, 43, die Zuführungsbuchse 41 und die genannten Bohrungen die beiden Kammern wahlweise mit Druckmittel beschickt werden. Dadurch kann der Drehkolben angetrieben werden und die Zahnflanken ändern ihre relative Lage.
Auch kann damit der Anlagedruck der Werkzeugflanke gesteuert werden, weil sich die entsprechende Flanke des Führungsrads am anderen Führungsrad abstützt (vgl. Fig. 2 und 3). Die für die Druckmittelversorgung dienenden Elemente wie Pumpe, Filter, Ventile usw. sind, da bekannt, nicht gezeichnet. Ebenso sind die EIemente des Steuergerätes nicht gezeichnet, weil auch diese an sich bekannt sind. Der Zylinder des Drehkolbensystems ist an der Führungsradspindel 59 befestigt. Diese ist hohl und wird axial von einer Drehstabfeder 61 du.charuiigen. Einerseits ist die Drehstabfeder 61 in der Werkzeugspindel 58 und andererseits in dem Kolben des Drehkolbensystems 60 befestigt. Durch diese Vorrichtung ist es möglich, eine Versetzung der Werkzeugachse zur Führungsachse zuzulassen. Diese ist nur gering, da lediglich die radiale Spani:uste!lung von der Feder aufgenommen werden muß. Die Feder 61 überträgt das Drehmoment zwischen Werkzeugspindel 58 und Führungsradspindel 59 und sorgt gleichzeitig für eine elastische Anlage der Zahnflanken. Die radiale Spanzustellung wird mittels des Elektromotors 54 gesteuert.

Der Werkzeugsch'itten 51 ist im Maschinengestell oder einem mit diesem verbundenen Teil 62 mit einer Rundführung 63 gelagert, so daß damit auch der Achskreuzwinkel zwischen Werkstück und Werkzeug einge-

stellt werden kann. Es ist eine nicht gezeichnete Klemmung zum Feststellen vorgesehen.

Reicht die Feder für die radiale Versetzung nicht aus, kann statt derer eine Kupplung vorgesehen werden, die eine Parallelverschiebung von Wellen zuläßt, z. B. eine Kreuzscheibenkupplung, wie sie schematisch mit den Rg. 5 und 6 gezeigt ist. Die Kupplung besteht im wesentlichen aus zwei Kupplungshälften 64 und 65, die jeweils mit einer durch die Mittellinie verlaufende stirnseitigen Nut 66, 67 versehen sind. Zwischen die Kupplungshälften ist eine Kreuzscheibe 68 eingelegt, die an jeder Stirnseite eine Paßleiste 69, 70 trägt. Die Paßleisten sind rechtwinkelig zueinander gerichtet und passen in die besagten Nuten. Zwischen die Gleitflächen können Kugeln oder Rollen, zweckmäßigerweise mit Übermaß, eingelegt sein (nicht gezeichnet).

Da die Führungsräder 3,71 ohne Flankenspiel laufen, wird zweckmäßigerweise eines dieser Räder als geteiltes federndes Rad ausgebildet, hin Beispiel zeigt Fig. 7 und 8. Das Zahnrad 71 besteht im wesentlichen aus zwei Hälften 72, 73. Die eine 72 der beiden Hälften ist mit einer Zentriernabe 74 versehen, auf der die andere Hälfte drehbar gelagert ist. Beide Hälften haben identische Verzahnungen. Bei einer gewählten Versetzung der beiden Verzahnungen sind in die Radscheiben fluchtende Löcher gebohrt, in die Buchsen 75 oder Stopfen aus einem elastischen Material eingelegt sind. Werden die Hälften gegeneinander verdreht, um die Verzahnungen zur Deckung zu bringen, dann streben sie federnd in die Ausgangslage zurück. Axial wird die auf die Nabe gesetzte Hälfte mit einer Mutter 76 gehalten. Es sind auch Ausführungsformen von federnden Zahnrädern bekannt, die als federnde Glieder Blatt- oder Spiralfedern benutzen.

Fig. 9 zeigt schematisch einen Arbeitsablauf auf einer vorstehend beschriebenen Vorrichtung. Mit 80 ist ein Werkzeugzahn bezeichne;, mit Sl eine Werkstückzahnlücke. Das Verfahren läuft wie folgt ab:

a) Zustellen des Werkzeugs, bis der Werkzeugzahn 80 in der Ausgangsosition für die eigentliche Bearbeitung mit Flankenspiei in der Zahnlücke des Werkstücks steht oder umgekehrt. — Einschalten der Rotationsbewegung.

b) Seitliches Verstellen des Werkzeugs relativ zum « Werkstück in Umfangsrichtung, bis sich die Zahnflanken berühren; Spanabnahme.

c) Radiales Zustellen; Spanabnahme.

d) Auseinanderfahren bis etwa zur Stellung a.

e) Seitliches Verstellen bis zur Anlage an der anderen Werkstückzahnflanke; Spanabnahme.

f) Radiales Zustellen, Spanabnahme.

g) Auseinanderfahren wie a und d.

h) Maschine anhalten und Zurückfahren in die Ausgangsposition.

Die Verfahrensschritte b bis g können wiederholt oder auch anders kombiniert werden.

Es wurde als Beispiel ein verhältnismäßig kompliziertes Verfahren demonstriert Es kann auch einfacher ablaufen, z. B. mit den Verfahrensschritten a, b, e, h.

Die Flg. 10 zeigt schematisch eine Ausführungsform, wie sie für die Erfindung charakteristisch ist Elemente, die bei Werkzeugmaschinen üblich sind, wurden fortgelassen. Mit 2 und 6 wurde das Werkstück-Werkzeug-Paar bezeichnet, mit 3 und 7 das Führungsradpaar (vgL Fig. 1). Beide Paare wurde mit Rücksicht auf die Obersichtlichkeit stark auseinandergezogen, so daß sich die Spindeln 1 und 5 als Wellen darstellen. Die beiden Spindeln sind mit je einer Schaltkupplung 90, 91 versehen. Die Werkstückspindel ist einerseits (links) mit einem Motor 85 gekuppelt und auf der anderen Seile mit einer Bremse oder Schwungmasse 89.

Die Werkzeugspindel ist mit einem Motor 92 gekuppelt. Auch mit dieser Anordnung kann die Flankenanlage günstig gesteuert werden.

Die Vorrichtung ist nicht nur zum Bearbeiten von außenverzahnten Zahnrädern anwendbar, sondern kann bei sinngemäßer Abwandlung auch zum Bearbeiten von innenverzahnten Zahnrädern verwendet werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

55

60

65

Claims (4)

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Feinbearbeiten der Verzahnung von gerad- oder schrägverzahnten Zahnrädern durch Abwälzen mit einem zahnradartigen Werkzeug unter gekreuzten Achsen ohne Längsvorschub, wobei das Werkzeug eine abrasive, d. h. keine einheitlich gerichteten Schneidkanten aufweisende Oberfläche besitzt und hyperboloidisch oder ähnlich geformt ist mit einer solchen axialen Abmessung, daß es von einer Stirnseite der Werkstückverzahnung bis zur anderen im Eingriff steht, mit einer Werkstückspindel, die das Werkstück und ein erstes Führungsrad trägt, und mit einer unter gekreuzten Achsen dazu angeordneten Werkzeugspindel, die das Werkzeug und ein zweites Führungsrad trägt, wobei die Führungsräder in spielfrei kämmendem Zahneingriff stehen, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das Werkzeug (6) als auch das mit ihm mit Flankenspiel kämmende Werkstück (2) mit einem Antriebsmotor (85, 92) und/oder einer Bremse (89) gekuppelt sind, die in Abhängigkeit voneinander gesteuert sind, und daß die Verbindung zwischen dem Werkzeug (6) und dem zugehörigen Führungsrad (7) und/oder die Verbindung zwischen dtm Werkstück (2) und dem zugehörigen Führungsrad (3) mittels einer Trennkupplung (90,91) lösbar ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorschub-Steuereinrichtung (52 bis 54), mit der die Lage der Zahnflanken vom Werkzeug (6) relativ zum VJerkstü ·&idiagr;*. (2) und zu den Führungsrädern (3, 7) in Richtung der Zahnhöhe verändert werden kann, wobei zw^: ichen mindestens einem Glied der Werkzeug-Werkstück-Paarung (2, 6) oder einem damit verbundenen Teii und einem Führungsrad (3 oder 7) oder einem damit verbundenen Teil eine eine Parallelverschiebung des jeweiligen Gliedes zulassende Kupplung vorgesehen ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Kupplung eine iCreuzscheibenkupplung (77) ist

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Kupplung eine Torsionsfeder oder Drehstabfeder (61) ist.