DE3712366A1 - Verfahren zum erzeugen von zahnraedern mit exzentrischer waelzkreislage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Zahnrädern mit exzentrischer Wälzkreislage, mit Zahnstangenprofil- Erzeugungswerkzeugen, mit Teilbewegung von Zahnlücke zu Zahnlücke und einer Wälzbewegung zwischen Erzeugungswerkzeug und Zahnrad, auf Verzahnmaschinen.

Die Erzeugung von Zahnrädern mit exzentrischer Wälzkreislage, bei denen die Mitte des Wälzkreises zur Mitte des Zahnrades um den Betrag der Exzentrizität versetzt ist, erfolgte bisher ausschließlich durch eine exzentrische Aufspannung des Zahnrades auf dem Rundtisch der Verzahnmaschinen, so daß die Mitte des Zahnrades zur Rundtischmitte um den Betrag der Exzentrizität versetzt fixiert wurde und damit während der Bearbeitung auf einem Kreis um die Rundtischmitte umlief. Das Erzeugungsprinzip beruht damit auf einer Abstandsänderung der Zahnradmitte gegenüber dem Zahnstangenprofil des Erzeugungswerkzeuges.

Hierfür sind besondere Spannmittel erforderlich, die die Größe und Lage einer gewünschten Exzentrizität einzustellen gestatten. Namentlich bei Zahnrädern, die in der Bohrung aufzunehmen sind, tritt daher ein erhöhter Aufwand auf. Völlig unzumutbar wird der Aufwand, wenn ein Zahnrad zum Zwecke einer Fehlerkompensation für Links- und Rechtsflanken mit nach Lage und Größe unterschiedlichen Exzentrizitäten zu bearbeiten ist.

Um bei Bedarf Zahnräder mit unterschiedlichen Exzentrizitäten herstellen zu können, sind dann Spannmittel mit einstellbaren Exzentrizitäten erforderlich bzw. Spanndorne mit gestaffelten Exzentrizitäten. Spannmittel mit einstellbarer Exzentrizität beeinflussen die Qualität des einzustellenden Zahnrades stets negativ. Auch lassen sich Zahnräder mit unterschiedlicher Exzentrizität nach Lage und Größe für Links- und Rechtsflanken nur in zwei Aufspannungen bzw. getrennten Durchgängen für Links- und Rechtsflanken bearbeiten.

Als Ziel der Erfindung wird angestrebt, den Auswand für Spannmittel mit exzentrischer Achslage vollständig einzusparen und neben der Erzeugung von Zahnrädern mit einem exzentrisch verlagerten Wälzkreis auch solche mit mehreren, sich gegenseitig überschneidenden exzentrisch verlagerten Wälzkreisen zu entwickeln, so daß der zeitliche Aufwand für die Arbeitsvorbereitung, die Herstellung der Spannmittel und der Bearbeitungsvorgang selbst, den Aufwand eines zu bearbeitenden Zahnrades mit konzentrischer Wälzkreislage nicht übersteigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Anwendungsgebiet der Erfindung zu entwickeln, bei dem die Zahnradmitte des zu bearbeitenden Zahnrades während der Bearbeitung seinen Abstand zum Zahnstangenprofil des Erzeugungswerkzeuges unverändert beibehält.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß das Zahnrad auf dem Rundtisch der Verzahnmaschine konzentrisch so aufgespannt wird, daß seine Mitte mit der Rundtischmitte übereinstimmt, daß der Wälzbewegung bei der Bearbeitung der Zahnflanken von Zahnflanke zu Zahnflanke eine angepaßte Zusatzbewegung erteilt wird, daß bei jeder Teilbewegung des Zahnrades eine Korrekturbewegung zur Teilbewegung hinzugefügt wird, wobei die Zusatzbewegung zur Wälzbewegung und die Korrekturbewegung zur Teilbewegung in jeder Verdrehwinkelstellung des Zahnrades relativ zum Erzeugungswerkzeug Momentanpollagen des Wälzpunktes erzwingen, die einem um den Betrag der Exzentrizität verlagerten Wälzkreis zugeordnet sind.

Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung ist die Zusatzbewegung zur Wälzbewegung sowie die Korrekturbewegung zur Teilbewegung in der linearen, tangential zum Wälzkreis gerichteten Bewegung des Werkzeuges relativ zum Werkstück enthalten oder dieser hinzugefügt.

Die Zusatzbewegung zur Wälzbewegung und/oder die Korrekturbewegung zur Teilbewegung kann auch in der Drehbewegung des Werkstückes um seine Achse enthalten sein.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sowie die Berechnungsgrundlagen für die Bestimmung der Größen der Zusatz- und Korrekturbewegungen sind aus dem Ausführungsbeispiel ersichtlich.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine verzahngeometrische Betrachtung der Lage der Exzenter,

Fig. 2 eine schematische Ansicht des Wälzantriebes einer Zahnflankenschleifmaschine,

Fig. 3 eine weitere verzahngeometrische Betrachtung,

Fig. 4 die Lage der Bewegungskomponenten in einem Koordinatensystem.

Die Lösungsmerkmale der Erfindung sind im folgenden anhand von zwei Exzentern mit den Exzentrizitäten e₁; e₂ dargestellt, die sich mit ihren zugehörigen Wälzkreisen innerhalb der Gesamtverzahnung überdecken. Die Ausgangspositionen dieser Exzenter sind durch die Drehwinkel ϕ₁₀ und ϕ₂₀ mit den Exzenterpunktlagen A ₀ und B ₀ der Exzenterpunkte A, B angenommen. Zu dieser Ausgangsposition gehört auch die Wälzpunktlage C _o .

Während sich das Zahnrad 14 um den Teilwinkel ψ _i um die Rundtischmitte O dreht, drehen sich die Exzenter um die Drehwinkel ϕ₁ _i und ϕ₂ _i , so daß die Exzenterpunktlagen A ₀ nach A _i und B ₀ nach B _i wandern. Es gilt hierbei, daß sowohl die Drehwinkel ϕ₁ _i als auch ϕ₂ _i ein Vielfaches des Teilwinkels ψ _i ausmachen können.

Ordnet man jeder Zahnlücke eine Zahnlückenzahl i zu, dann ergibt sich:

ϕ₁ _i = n₁ψ _i und ϕ₂ _i = n₂ψ _i

mit i = 1; 2; 3 . . . z-1

Der Wälzpunkt C ist infolge dieser Bewegungen aus der Wälzpunktlage C _o nach C _i gelangt. In der Ausgangslage hat die Schneidkante k des Schleifkörpers 1 die Schneidkantenlage k _o und nimmt nach Ausführung dieser Bewegungen die Schneidkantenlage k _i ein. Das heißt, k _i geht durch die Wälzpunktlage C _i .

Die Verlagerung des Wälzpunktes C von C _o nach C _i ist durch eine Zusatzbewegung s _zi des Bettschlittens 3 zu kompensieren. Aber auch wenn von Zahnlücke zu Zahnlücke das Zahnrad 14 um die Teilwinkel c _i geteilt wird, tritt eine Änderung für die Teilung auf, die sich mit einer Korrekturbewegung s _ti des Bettschlittens 3 bewirken läßt.

Die Größe dieser Korrekturbewegung s _ti ergibt sich zu:

s _t = e₁ { sin( d₁₀ + n₁ψ _i ) - sinϕ₁₀ - [cosϕ₁₀ - cos ( ϕ₁₀ + n₁ψ _i )] tanα _s } + e₂ { sin( ϕ₂₀ + n₂ψ _i ) - sinϕ₂₀ - [cosϕ₂₀ - cos ( ϕ₂₀ + n₂c _i )] tanα _s }

wobei s für den Stirneingriffswinkel steht.

Die Verlagerung des Wälzpunktes C während der Wälzbewegung hat ein verändertes Wälzverhältnis J zur Folge. Zur Herstellung des Flankenprofils wird nur ein kleiner Bogenabschnitt auf der Bahnkurve des Exzenterpunktes B verwendet, so daß in diesem Bereich die Tangentialgeschwindigkeit des Exzenterpunktes B, beispielsweise in der Exzenterpunktlage B _i für die Erzeugung des Flankenprofils verwendet werden kann. Für das Wälzverhältnis J _i in der Wälzpunktlage C _i gilt, wenn der maschinenbezogene Bezugskreis den Radius r _B und der Wälzkreis den Radius r aufweist:

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auf allen Verzahnmaschinen durchführen, die mit Zahnstangenprofil ausgestatteten Werkzeugen im Einzelteil-Wälzverfahren arbeiten. Da besonders hohe Genauigkeitsanforderungen insbesondere beim Zahnflankenschleifen auftreten, ist im folgenden der Verfahrensablauf für eine NC-gesteuerte Zahnflankenschleifmaschine dargelegt.

In Fig. 2 ist der Werkstückträger einer Zahnflankenschleifmaschine dargestellt. Der Schleifkörper 1 ist mit einem hier nicht gezeichneten Werkzeugträger verbunden. Die Wälzbewegung erfolgt durch die Drehung des Rundtisches 2 um die Rundtischmitte O und durch die lineare Bewegung s des Bettschlittens 3, in dem auch der Rundtisch 2 gelagert ist. Der Bettschlitten 3 wird mit Hilfe des Stellmotors 4 über die Gewindespindel 5 angetrieben und der Rundtisch 2 mit Hilfe des Stellmotors 6 über Schnecke 7 und Schneckenrad 8. Sowohl dem Stellmotor 4 als auch 6 ist je ein Tachogenerator und ein Winkelmeßsystem 9; 10 zugeordnet.

Die beiden Winkelmeßsysteme 9; 10 sind über eine Rechnersteuerung 11 mit Stellern 12; 13 verknüpft, die ihrerseits mit den Stellmotoren 4; 6 in Wirkverbindung stehen. Nachdem das Zahnrad 14 auf dem Rundtisch Z konzentrisch so aufgespannt ist, daß seine Mitte mit der Rundtischmitte O übereinstimmt, wird die Ausgangsposition der Exzenter mit den Exzenterpunkten A; B in den Exzenterpunktlagen A _o ; B _o durch entsprechende Einstellung der Drehwinkel d₁₀ und ϕ₂₀ herbeigeführt. Diese Einstellung macht sich immer dann erforderlich, wenn die Exzenterpunkte A; B eine bestimmte Lage zur Befestigungsposition des zu fertigenden Zahnrades 14 aufweisen müssen, welche dieses später im Einbauzustand einnimmt. Dann erfolgt das Anschleifen der ersten Zahnflanke.

In Fig. 3 sind zwei Exzenter mit den Exzentrizitäten e₁; e₂ dargestellt, die im folgenden als Exzenter e₁; e₂ bezeichnet werden. Es wird im Beispiel davon ausgegangen, daß sich der Exzenter e₂ mit dem zu bearbeitenden Zahnrad 14 und der Exzenter e₁ doppelt so schnell dreht. In der Ausgangsposition nimmt der Exzenter e₂ die Exzenterpunktlage B ₀ ein. Die Verbindungsgerade von der Rundtischmitte O zu B ₀ ist gegenüber der Y-Achse des in der Rundtischmitte O errichteten X-Y-Koordinatensystems um den Drehwinkel d₂₀ geneigt.

Dreht sich das Zahnrad 14 um eine Teilung weiter, so wandert der Exzenter e₂ in die Position B₁. Nach einer weiteren Teilung nach B₂ usw. mit ψ₁, ψ₂. . . sind dann entsprechend die Winkel ϕ₂₁, ϕ₂₂. . . verbunden. Da sich der Exzenter e₂ mit dem Zahnrad 14 dreht, gilt hier sogar ϕ₂₁=ψ₁, ϕ₂₂=ψ₂ usw. Dem Exzenterpunkt B ist nun der Exzenter e₁ zugeordnet, der in der Lage B ₀ des Exzenterpunktes B die Lage A ₀ einnimmt. Ist B von B ₀ nach B₁ gewandert, so hat der Exzenterpunkt A von e₁ die Lage A₁ erreicht. Die durch B ₀ A ₀ und B₁A₁ gezogenen Graden schließen in diesen Lagen den Drehwinkel ϕ₁₁ ein. In Fig. 3 ist dieser Drehwinkel auf die Rundtischmitte O angegeben. Zu Punkt B₂ gehört A₂, und die Geraden durch B ₀ A ₀ und B₂A₂ schließen den Drehwinkel ϕ₁₂ ein usw. Während sich also der Exzenter e₂ mit seinem Exzenterpunkt B von B ₀ nach B₂ usw. bewegt, dreht sich der Exzenter e₂ mit seinem Exzenterpunkt A um B.

Ist die Exzenterpunktlage A₁, ausgehend von A ₀, erreicht worden, so läßt sich die veränderte Lage durch eine Zusatzbewegung des Bettschlittens 3 oder auch des Rundtisches 2 ausgleichen. Im Anwendungsbeispiel wird die Zusatzbewegung für den Bettschlitten 3 erläutert.

Bezugen auf das Koordinatensystem in Fig. 3 setzt sich diese Zusatzbewegung aus zwei Komponenten zusammen.

Die erste Komponente ist OA₁ _x vermindert um OA _0x.

Die zweite Komponente ist OA _0y vermindert um OA₁ _y . Die zweite Komponente erhält einen um tanα _s anderen Maßstab und ist von der ersten Komponente abzuziehen. So daß auf Fig. 1 bezogen für die Zusatzbewegung gilt C _o D-ED.

Durch die Bewegung des Exzenters e₁ auf der Bahn A₀, A₁, A₂. . . ändert sich die Wälzgeschwindigkeit zwischen Zahnrad 14 und Schleifkörper 1. Diese Änderung ist zu berücksichtigen und ist abhängig von der Geschwindigkeit, z. B. der Exzenterpunkte A in A₁, A₂ usw. Die Geschwindigkeit in der Exzenterpunktlage A₁ ist v (Fig. 3) und wird durch die beiden Exzenter e₁, e₂ und deren Bewegungen verursacht.

Die in x- und y-Richtung gültigen Komponenten können zu der Gesamtkomponente v _x bzw. v _y zusammengefaßt werden.

In Fig. 4 nimmt der Exzenter e₁ die Lage A₁ ein.

Die Tangentialgeschwindigkeit in A₁ hat den Betrag e₁. Die Komponenten hierzu sind e₁ _x und e₁ _y . Die Geschwindigkeit s (Fig. 3) ist deshalb um den Betrag e₁ _x zu vergrößern und um die Komponente e₁ _y mit Berücksichtigung des Maßstabfaktors tanα _s zu vermindern. Der sich hier ergebende Betrag ist bei doppelt so großer Drehgeschwindigkeit gegenüber der Werkstückdrehung dann auch doppelt so groß, bei dreifacher dreimal so groß usw. Die gleiche Zuordnung ergibt sich für den Exzenter e₂, so daß sich eine Zusatzgeschwindigkeit infolge beider Exzenter ergibt von:

v _x = n₁e₁ _x + n₂e₂ _x - (n₁e₁ _y + n₂e₂ _y ) tanα _s und mit n₁ = 2, n₂ = 1

v _x = 2e₁ _x + e₂ _x - (2e₁ _y + e₂ _y ) tanα _s

Wird dieser Wert mit der Tangentialgeschwindigkeit des maschinenseitigen Bezugskreises mit Radius r _B ins Verhältnis gesetzt, so bestimmt dieses Verhältnis die Änderung des Wälzverhältnisses zwischen Werkstück und Werkzeug infolge der Anwendung der Exzenter e₁ und e₂.

Mit dem hier beschriebenen Verfahren können konzentrisch gespannte Zahnräder so hergestellt werden, daß sie einen exzentrischen Wälzkreis besitzen oder daß der Wälzkreis durch mehrere Exzenter beeinflußt wird.

Dabei können die zugehörigen Exzenter auch schneller oder langsamer als das Werkstück umlaufen. Ferner ist es möglich, für die Bearbeitung der linken und rechten Flanken nach Anzahl, Lage, Größe und Frequenz unterschiedliche Exzenterbewegungen anzuwenden. Im allgemeinen Fall ist die Wälzbahn dann kein Kreis mehr.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß bei Anwendung dieses Verfahrens die Zusatzbewegung mit Hilfe zweier Achsen realisiert werden kann. Der Aufwand für exzentrische Spannmittel entfällt vollständig.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

 1Schleifkörper  2Rundtisch  3Bettschlitten  4Stellmotor  5Gewindespindel  6Stellmotor  7Schnecke  8Schneckenrad  9Winkelmeßsystem 10Winkelmeßsystem 11Rechnersteuerung 12Steller 13Steller 14Zahnrad (Werkstück) _i Zahnlückenzahl a _s Stirneingriffswinkel ORundtischmitte e₁Exzentrizität e₂Exzentrizität CWälzpunkt C _o Wälzpunktlage C _i Wälzpunktlage SGeschwindigkeit VGeschwindigkeit V _x Geschwindigkeitskomponente V _y Geschwindigkeitskomponente ψ _i Teilwinkel ψ₁Teilwinkel ψ₂Teilwinkel ϕ ₁₀Drehwinkel ϕ ₁₁Drehwinkel ϕ ₁₂Drehwinkel ϕ ₂₀Drehwinkel ϕ ₂₁Drehwinkel ϕ ₂₂Drehwinkel ϕ₁ _i Drehwinkel ϕ₂ _i Drehwinkel AExzenterpunkt BExzenterpunkt A ₀Exzenterpunktlage A _i Exzenterpunktlage A₁Exzenterpunktlage A₂Exzenterpunktlage B ₀Exzenterpunktlage B _i Exzenterpunktlage B₁Exzenterpunktlage B₂Exzenterpunktlage kSchneidkante k _o Schneidkantenunterlage k _i Schneidkantenunterlage sBewegung s _zi Zusatzbewegung s _ti Korrekturbewegung rWälzkreisradius BBezugskreis r _B Radius

Claims (4)

1. Verfahren zum Erzeugen von Zahnrädern mit exzentrischer Wälzkreislage, mit Zahnstangenprofil-Erzeugungswerkzeugen, mit Teilbewegungen von Zahnlücke zu Zahnlücke und einer Wälzbewegung zwischen Erzeugungswerkzeug und Zahnrad, auf Verzahnmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnrad auf dem Rundtisch der Verzahnmaschine konzentrisch so aufgespannt wird, daß seine Mitte mit der Rundtischmitte (O) übereinstimmt, daß der Wälzbewegung bei der Bearbeitung der Zahnflanken von Zahnflanke zu Zahnflanke eine angepaßte Zusatzbewegung erteilt wird, daß bei jeder Teilbewegung des Zahnrades eine Korrekturbewegung zur Teilbewegung hinzugefügt wird, wobei die Zusatzbewegung zur Wälzbewegung und die Korrekturbewegung zur Teilbewegung in jeder Verdrehwinkelstellung des Zahnrades relativ zum Erzeugungswerkzeug Momentanpollagen des Wälzpunktes erzwingen, die einem um den Betrag der Exzentrizität verlagerten Wälzkreis zugeordnet sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzbewegung (s _zi ) zur Wälzbewegung sowie die Korrekturbewegung (s _ti ) zur Teilbewegung in der linearen, tangential zum Wälzkreis gerichteten Bewegung des Werkzeuges (1) relativ zum Werkstück (14) enthalten ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzbewegung zur Wälzbewegung sowie die Korrekturbewegung zur Teilbewegung in der Drehbewegung des Werkstückes (14) um seine Achse enthalten ist.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 oder 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bearbeitung jeder Flanke in der Nachbarschaft zu ausgewählten Exzenterpunktlagen (A ₀; A _i ; B ₀ B _i ) weitere Exzenterpunktlagen (A₁; A₂; B₁B₂) zur Bestimmung der Zusatzbewegung und der Korrekturbewegung berücksichtigt werden.