DE3447389A1

DE3447389A1 - Verfahren und einrichtung zur bearbeitung der zahnflanken eines rotierenden, verzahnten werkstuecks

Info

Publication number: DE3447389A1
Application number: DE19843447389
Authority: DE
Inventors: Walter Pfäffikon Wirz
Original assignee: Reishauer AG
Current assignee: Reishauer AG
Priority date: 1984-02-10
Filing date: 1984-12-24
Publication date: 1985-08-14
Also published as: JPS60172415A; JPH0649252B2; US4697387A; CH664716A5

Description

Verfahren und Einrichtung zur Bearbeitung der Zahnflanken eines rotierenden, verzahnten Werkstücks

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bearbeitung der Zahnflanken eines rotierenden, verzahnten Werkstücks gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE-OS 31 50 961 ist ein Verfahren bekannt, bei welchem eine globoidähnliche Schleifschnecke mit verkleinerter Zahndicke profiliert wird und deshalb schon für den Schleifprozess auf den Sollachsabstand gegenüber der Werkstückachse und somit in die zu schleifende Verzahnung zugestellt werden kann. Bei diesem Verfahren werden nach der Zustellung die linken und die rechten Flanken nacheinander durch kleine relative Verdrehungen des Werkstücks bezüglich seiner Arbeitsdrehzahl bearbeitet, welche durch die Drehzahl der Schleifschnecke multipliziert mit dem Verhältnis von Gangzahl der Schleifschnecke zur Zähnezahl des Werkstücks gegeben ist. Damit ist es möglich, die ganze Leistungsfähigkeit des Verfahrens auszunützen, weil schon zu Beginn des Schruppens eine

volle Linienberührung zwischen dem Schleifschneckenprofil und der Zahnflanke besteht. Die schleifbare Verzahnungsbreite ist jedoch begrenzt.

In der DE-OS 34 01 340 ist, ausgehend vom oben genannten Verfahren, ein weiteres Verfahren beschrieben, gemäss welchem die schleifbare Verzahnungsbreite dadurch vergrössert werden kann, dass die relative axiale Lage des Werkstücks bezüglich der Schleifschnecke zwischen dem Schleifen der linken Flanken und dem Schleifen der rechten Flanken verändert wird. Das Verfahren berücksichtigt die Tatsache, dass die mögliche Berührlinie zwischen Schleifschneckenflanke und Werkstückverzahnung unsymmetrisch bezüglich des Achsabstandes zwischen Werkstückachse und Schleifschneckenachse liegt.

Die beiden genannten Verfahren haben den Nachteil, dass die linken und die rechten Flanken nacheinander geschliffen werden müssen, was sich natürlich in einer erhöhten Bearbeitungszeit bemerkbar macht. Ausserdem ist ein sehr genau und drehsteif arbeitender Werkstückantrieb erforderlich, der die kleinen relativen Drehwinkel für die Schrupp- und Schlichtzustellungen, zusätzlich überlagert zu seiner Arbeitsgrunddrehzahl, exakt ausführen kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Bearbeitungsverfahren im Sinne einer Produktivitätssteigerung zu verbessern und die dazu notwendige Maschine bzw. Einrichtung zu vereinfachen.

Erfindungsgemäss weist zur Lösung dieser Aufgabe das eingangs erwähnte Verfahren die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale auf.

Die zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens vorgesehene Einrichtung ist im Patentanspruch 13 definiert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines verzahnten Werkstücks senkrecht zur Achse des Werkstücks, welches gleichzeitig mit zwei Schleifschnecken bearbeitet wird,

Fig. 2 eine schematische Ansicht des Werkstücks und der Schleifschnecken der Fig. 1 in Achsrichtung des Werkstücks auf seine Stirnseite und in grösserem Massstab, und

Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Werkstücks, das mit zwei gegeneinander verschobenen Schleifschnecken bearbeitet wird.

Gemäss Fig. 1 steht ein verzahntes Werkstück 1 mit seiner Verzahnung 2 im Eingriff mit zwei globoidähnlichen, diametral angeordneten Schleifschnecken 3 und 4. Die Schleifschnecken 3 und 4 sind durch nicht dargestellte Antriebsvorrichtungen angetrieben und drehen sich gleichsinnig, wie dies durch Pfeile 5 und 6 angedeutet ist, um Drehachsen 7 bzw. 8, welche je einen Achsabstand 9 von der Werkstückachse 10 haben. Das Werkstück 1 ist mit einem Aufspanndorn 11 frei drehbar gelagert, wie dies in Fig. 1 angedeutet ist.

Die äussere Profilform der Schleifschnecken 3 und 4 kann in bekannter Weise erzeugt werden, beispielsweise durch eine radiale oder radiale und kreisförmige Zustellung einer drehenden Schleifscheibe gegen ein ebenfalls drehendes, mit Diamantkörnern oder mit Körnern aus einem anderen Hartstoff belegtes und in seinen Verzahnungsabmessungen genau dem zu bearbeitenden Werkstück entsprechendes Abrichtwerkzeug, und zwar so lange, bis das vollständige Profil auf dem Schleifscheibenumfang eingearbeitet ist.

In Fig. 2 ist dargestellt, dass die Schleifschnecken 3 und 4 jeweils nur die linken Flanken 12 bzw. die rechten Flanken 13 der Verzahnung 2 des Werkstücks 1 berühren, indem die Zahndicke 14 der Schleifschnecken 3, 4 kleiner ist als das Fertigmass der Zahnlückenweite 15 des Werkstücks 1. Dadurch wird das Werkstück 1 in seiner Drehlage fixiert und nur durch die Schleifschnecken 3, 4 geführt. Es ist also für das Werkstück kein Antrieb nötig, was natürlich eine ganz erhebliche Vereinfachung für die entsprechende Maschine bedeutet. Weil die Eingriffsüberdeckung zwischen einer derartigen globoidähnlichen Schleifschnecke 3, 4 und der Werkstückverzahnung 2 sehr gross ist, d.h. sich die Berührung der Schleifschneckenflanke mit der Verzahnung am Werkstück über mehrere Zähne erstreckt, ist eine sehr gute Führung des Werkstücks in Umfangsrichtung gegeben. Ausserdem wird dadurch automatisch während der Bearbeitung eine Elimination der von der Vorbearbeitung her noch vorhandenen Teilungsfehler der Zahnflanken bewirkt.

Solange die beiden Schleifschnecken 3, 4 synchron und winkelgetreu drehen, findet kein Abtrag an den Zahnflanken 12, statt, d.h. das Werkstück 1 wird wie bei einem Schneckengetriebe nur durch die Schleifschnecken 3, 4 angetrieben.

Wird nun aber die eine Schleifschnecke relativ zur anderen während der vollen Arbeitsdrehzahl um einen kleinen Winkel verdreht, so entspricht das wegen der Schneckensteigung einer Zustellung der Schleifschneckenflanke gegen die Zahnflanke der Werkstückverzahnung, wodurch der gewünschte Spanabtrag erzeugt wird. Ueber die Drehgeschwindigkeit, mit der die kleine Relatiwerdrehung ausgeführt wird, wird die Zustellgeschwindigkeit und über die Grosse der Relativverdrehung die Zustellgrösse festgelegt. Durch eine Variation dieser zwei Grossen kann der Bearbeitungsprozess je nach Erfordernis geführt werden, und es kann eine bestimmte Oberflächengüte erzielt werden.

Durch die Aufteilung der Bearbeitung der linken und rechten Flanken der Werkstückverzahnung 2 auf zwei Schleifschnecken 3, 4 oder auf eine grössere Zahl von Werkzeugen werden bei diesen jeweils nur die einen Profilflanken beansprucht, während die gegenüberliegenden Profilflanken keine Berührung mit dem Werkstück 1 erfahren. Dies bietet die Möglichkeit, mit der einen Schleifschneckenflanke die Werkstückverzahnung vorzubearbeiten bzw. zu schruppen und hierauf mit der noch unbenutzten Schleifschneckenflanke jeweils die Gegenflanke der Verzahnung fertigzubearbeiten. Die beiden Flanken der Schleifschnecken können Schleifbeläge mit unterschiedlichen

Charakteristiken aufweisen, oder es können durch unterschiedliche Abrichtgeschwindigkeiten an den Links- und Rechtsflanken der Schleifschnecken, entsprechend der Anwendung für das Schrupp- bzw. Schlichtschleifen, unterschiedliche Oberflächentexturen angebracht werden. Um die beim Schruppen nicht benützten Werkzeugflanken in Einsatz zu bringen, muss lediglich die Richtung der kleinen Relativverdrehung zwischen den Schleifschnecken gegenüber der Richtung bei der Schruppzustellung umgedreht werden. Durch dieses Vorgehen kann die Standzeit der Werkzeuge wesentlich erhöht werden bei gleichmassig besserer Qualität der fertigbearbeiteten Verzahnung.

Durch die Bearbeitung der Werkstückverzahnung entstehen, vor allem bei Schrägverzahnungen, sowohl axiale wie auch tangentiale und radiale Kräfte auf das Werkstück. Die axialen Kräfte werden durch die Werkstückspannung bzw. -lagerung aufgenommen. Die radialen Kraftkomponenten bewirken zwar ein Durchbiegen des Werkstücks bzw. des Aufspanndorns; sie sind aber bei steifer Aufspannung nicht sehr gefährlich. Sie können relativ einfach aufgehoben werden, wenn die Schleifschnecken symmetrisch am Werkstückumfang angeordnet werden; es entstehen dann jeweils gleich grosse, jedoch entgegengerichtete Kräfte auf das Werkstück, wodurch deren Wirkung eliminiert wird. Unerwünscht sind vor allem die Umfangskräfte, weil

diese ein Moment am Werkstück erzeugen, das sich nur über die zu bearbeitende Verzahnung abstützen kann. Diese Umfangskräfte können ebenfalls in einfacher Weise kompensiert werden, indem die Drehrichtungen der Schleifschnecken so gewählt werden, dass das resultierende Moment auf das Werkstück gleich null wird. Im Fall von zwei Schleifschnecken gemäss Fig. 1 ergibt dies beispielsweise die Drehrichtungen 5, 6, wie sie in Fig. 1 eingezeichnet sind. Wie ersichtlich, werden damit automatisch auch die Axxalkraftkomponenten kompensiert. Es bleibt nur noch ein Moment übrig, das quer zur Werkstückachse 10 wirkt, sowie eine Radialkraft, die etwa zweimal der Bearbeitungskraft entspricht.

Es ist eine Eigenschaft des Bearbeitungsverfahrens mit einem globoidähnlichen Werkzeug, dass die einwandfrei und vollständig erzeugten Flankenflächen nicht symmetrisch zum Achsabstand 9 (Fig. 3) zwischen der Werkstückachse und den Werkzeugachsen bzw. 8 liegen. Dies rührt daher, dass die Berührlinie zwischen der Werkzeugflanke und der Werkstückverzahnung 2, die ja die mögliche Bearbeitungsbreite bestimmt, bezüglich des Achsabstandes 9 unsymmetrisch liegt. Anders ausgedrückt, setzt sich die Berührlinie aus zwei verschieden langen Aesten 16 und 17 zusammen. Der kürzere Ast 16 erstreckt sich, von der den Achsabstand 9 enthaltenden Normalebene zur Werkstückachse 10 aus betrachtet, über diejenige Partie der Verzahnung 2, die vom

Werkzeug 3 mehr mit einer Seitenfläche bearbeitet werden muss. Der längere Ast 17 erstreckt sich über diejenige Partie der Verzahnung 2, die vorwiegend mit den Umfangsflachen des Werkzeugs 3 bearbeitet wird. Deshalb ist es beim Bearbeiten des Werkstücks mit nur einem Werkzeug nötig, zwischen dem Bearbeiten der linken und der rechten Flanken einer Verzahnung das Werkstück relativ zum Werkzeug längs seiner Achsrichtung zu verschieben, wenn die volle mögliche Bearbeitungsbreite ausgenützt werden soll.

Dieses Verfahren ist in der vorgenannten DE-OS· 34 01 340 ausführlich beschrieben.

Demgegenüber besteht beim erfindungsgemässen Verfahren die Möglichkeit, das Werkzeug bzw. die Werkzeuge für die Bearbeitung der linken Flanken gegenüber dem Werkzeug bzw. den Werkzeugen für die Bearbeitung der rechten Flanken in Werkstückachsrichtung so weit um eine Strecke 18 (Fig. 3) zu verschieben, dass gleichzeitig die maximal mögliche Verzahnungsbreite auf den linken und den rechten Flanken bearbeitet werden können. Fig. 3 zeigt die Lage der Werkzeuge 3 und 4, die hier als Schleifschnecken gezeichnet dargestellt sind, bezüglich des Werkstücks 1 bei voller Ausnützung der möglichen Bearbeitungsbreite .

Für den Fall, dass eine noch grössere Zahnbreite bearbeitet werden soll, als die durch die maximale üeberdeckung zwischen dem Werkzeugprofil und der Werkstückverzahnung gegebene, besteht beim erfindungsgemässen Verfahren die Möglichkeit, dies durch einfaches Verschieben des Werkstücks in seiner Achsrichtung während des Bearbeitungsprozesses zu erreichen. Die dabei bei Schrägverzahnungen infolge der axialen Verschiebung notwendig werdende zusätzliche Relativdrehung des Werkstücks wird diesem wiederum durch die Werkzeuge selbst aufgezwungen, d.h. die Werkzeuge führen auch hier das Werkstück in der erforderlichen Drehgeschwindigkeit.

Statt bloss zwei Werkzeugen 3, 4 können auch mehr Werkzeuge für die beschriebene Bearbeitung der linken bzw. der rechten Zahnflanken des Werkstücks eingesetzt werden. Als Werkzeuge können beispielsweise verwendet werden

globoidschneckenähnlich oder globoidzahnradähnlich profilierte Schleifscheiben oder Honräder,

- globoidschneckenähnlich oder globoidzahnradähnlich geformte und an den Profilflächen mit Hartstoffkörnern belegte Metall- oder Kunststoffkörper,

- globoidschneckenähnlich oder globoidzahnradähnlich geformte Stahl-, Hartmetall- oder hartmetallbeschichtete Schabräder.

Bei vollautomatischem bzw. halbautomatischem Betrieb der beschriebenen Einrichtung drehen sich die Werkzeuge dauernd oder befinden sich unmittelbar vor dem Eingriff in das Werkstück im Anlauf auf ihre Soll-Drehzahl. Um für diesen Fall ein Ausrichten des vorverzahnten Werkstücks auf die Werkzeuge zu bewirken, ist es von Vorteil, vorerst einen Zwangslauf zwischen dem Werkstück und den Werkzeugen herzustellen, wie dies beispielsweise in der CH-PS 632 947 oder der DE-PS 27 44 562 beschrieben ist. Ein solcher Zwangslauf, d.h. gesteuerter Antrieb, des Werkstücks, der an sich im Gegensatz zu Verfahren und Einrichtung der vorliegenden Erfindung steht, erstreckt sich aber nur auf eine vorgängige Ausricht- und Einfahrphase zwischen den Werkzeugen und dem Werkstück, nicht aber auf die nachfolgende Bearbeitungsphase, während welcher das Werkstück erfindungsgemäss frei drehbar gelagert wird. Zudem werden an die Genauigkeit des genannten Zwangslaufs keine grossen Ansprüche gestellt, da er nur dem groben Einrichten der Verzahnungen des Werkstücks und der Werkzeuge dient.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Bearbeitung der Zahnflanken eines

rotierenden, verzahnten Werkstücks mittels mindestens zwei angetriebenen zahnradartigen oder schneckenförmigen Werkzeugen, deren Zahndicken kleiner sind als die Zahnlückenweiten der fertig bearbeiteten Zahnlücken des zu bearbeitenden Werkstücks, und die relativ zum Werkstück radial zugestellt werden, bis der Sollwert des Achsabstandes der Werkzeuge erreicht ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (1) frei drehbar gelagert wird, und dass mindestens einem der synchron laufenden Werkzeuge (3,4) eine positive oder negative Zusatzdrehbewegung mitgeteilt wird, die eine entgegengesetzt gerichtete Tangentialverschiebung von mindestens zwei Werkzeugprofilen bewirkt, derart, dass mindestens ein Werkzeug (3) mit den linken Zahnflanken (12) des Werkstücks (1) und mindestens ein anderes Werkzeug (4) mit den rechten Zahnflanken (13) des Werkstücks (1) in Berührung tritt, wodurch das Werkstück über einen spielfreien Zahneingriff drehend mitgenommen wird, und wodurch bei Aufrechterhaltung der Zusatzdrehbewegung eine gleichzeitige

Bearbeitung der linken und rechten Zahnflanken des Werkstücks durch die mindestens zwei Werkzeuge erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzdrehbewegung dem Werkzeug (3,4) während des Eintauchens der Werkzeugzähne in die Zahnlücken des Werkstücks (1) mitgeteilt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzdrehbewegung dem Werkzeug (3,4) nach dem vollständigen Eintauchen der Werkzeugzähne in die Zahnlücken des Werkstücks (1) mitgeteilt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeuge (3,4) eine solche Drehrichtung (5,6) haben, dass sich die durch die Kräfte beim Bearbeiten von schrägverzahnten Werkstücken erzeugten und auf dieses wirkenden Umfangskräfte aufheben.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeuge (3,4) bezüglich des Werkstücks (1) derart angeordnet werden, dass sich die beim Bearbeiten entstehenden und auf das Werkstück (1) wirkenden Radialkräfte gegenseitig aufheben.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (3) zum Bearbeiten der linken Zahnflanken (12) des Werkstücks (1) eine andere Lage bezüglich der Achsrichtung des Werkstücks (1) hat als das Werkzeug (4) zum Bearbeiten der rechten Zahnflanken (13) des Werkstücks (1).

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (1) während der Bearbeitung in seiner Achsrichtung um so viel hin- und herverschoben wird, dass die Zahnflanken (12,13) auf ihrer ganzen Breite vollständig bearbeitet werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schruppen bzw. Vorbearbeiten mit einem ersten Werkzeug die linken und mit einem zweiten Werkzeug die rechten Zahnflanken des Werkstücks bearbeitet werden, und dass anschliessend mit dem ersten Werkzeug die rechten und mit dem zweiten Werkzeug die linken Zahnflanken geschlichtet bzw. fertigbearbeitet werden, wozu eine Richtungsumkehr der vorschuberzeugenden Relativdrehbewegung zwischen den synchron drehenden Werkzeugen vorgenommen wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig zwei oder mehrere Werkzeuge für die Bearbeitung der linken und zwei oder mehrere Werkzeuge für die Bearbeitung der rechten Zahnflanken des Werkstücks eingesetzt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9/ dadurch gekennzeichnet, dass als Werkzeuge globoidschneckenähnlich oder globoxdzahnradähnlich profilierte Schleifscheiben oder Honräder verwendet werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkzeuge globoidschneckenähnlich oder globoidzahnähnlich geformte und an den Profilflächen mit Hartstoffkörnern belegte Metall- oder Kunststoffkörper verwendet werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkzeuge globoidschneckenähnlich oder globoidzahnradähnlich geformte Stahl-, Hartmetalloder hartmetallbelegte Schabräder verwendet werden.

13. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine frei drehbare Aufspannvorrichtung (11) für das verzahnte Werkstück

(1), mindestens zwei zahnradartige oder schneckenförmige Werkzeuge (3,4), deren Zahndicken (14) kleiner sind als die Zahnlückenweiten der fertig bearbeiteten Zahnlücken (15) des zu bearbeitenden Werkstücks (1), durch Antriebsmittel zum synchronen Rotieren der Werkzeuge (3,4), durch Mittel zur Erzeugung einer gegenüber dem Schleifaufmass der Zahnflanken des Werkstücks (1) kleinen Relativverdrehung des einen Werkzeugs (3) gegenüber dem andern (4), und durch Mittel zur relativ zum Werkstück (1) radialen Zustellung der Werkzeuge (3,4).

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erzeugung der Relativverdrehung Vorrichtungen zur Veränderung der Drehgeschwindigkeit der Relativverdrehung enthalten.

15. Einrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmittel zur Erzeugung einer solchen Drehrichtung (5,6) der Werkzeuge (3,4) ausgebildet sind, dass sich die durch die Kräfte beim Bearbeiten eines schrägverzahnten Werkstücks (1) erzeugten und auf dieses wirkenden Umfangskräfte aufheben.

16 . Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis

15, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeuge (3,4) paarweise diametral bezüglich des Werkstücks (1) angeordnet sind.

17 . Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis

16, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Werkzeug (3) gegenüber dem andern Werkzeug (4) eine andere Lage bezüglich der Achsrichtung des Werkstücks (1) hat.

18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Erzeugung einer Hin- und Herbewegung des Werkstücks (1) in seiner Achsrichtung vorhanden sind.

19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis

18, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeuge benachbarte Flanken mit unterschiedlichen Schleifbelägen haben.

20. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis

19, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmittel umkehrbare Drehrichtungen haben.

21. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeuge globoidschnekkenähnlich oder globoidzahnradähnlich profilierte Schleifscheiben oder Honräder sind.

22. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeuge globoidschnekkenähnlich oder globoidzahnradähnlich geformte und an den Profilflächen mit Hartstoffkörnern belegte Metall- oder Kunststoff körper sind.

23. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeuge globoidschnekkenähnlich oder globoidzahnradähnlich geformte Stahl-, Hartmetall- oder hartmetallbelegte Schabräder sind.