DE535236C

DE535236C - Maschine zum Fraesen von Kegelraedern nach dem Abwaelzverfahren

Info

Publication number: DE535236C
Application number: DEK99534D
Authority: DE
Original assignee: Witwe Ferdinand Klingelnberg Soehne GmbH
Current assignee: Klingelnberg GmbH
Priority date: 1926-06-20
Filing date: 1926-06-20
Publication date: 1931-10-09

Description

Bei einer bekannten Kegelradfräsmaschine werden zum Schneiden der Zahnlücken in Kegelräder zwei Messerköpfe verwendet, deren Schneidzähne radial zur Messerkopfmitte aufgeschraubt sind, so daß alle Schneidkanten in einer Kreisebene liegen. Die beiden Kreisebenen der Messerköpfe stehen unter einem Winkel zueinander, der dem doppelten Eingriffswinkel des zu fräsenden Kegelrades entspricht. Dieser "Winkel kann verändert werden. Die Schneidzähne des einen Messerkopfes greifen klinkenartig in die entsprechend großen Lücken der Schneidzähne des anderen Messerkopfes ein. Die beiden Messerköpfe können enger zusammengerückt oder weiter auseinandergezogen werden je nach der gewünschten Breite der Zahnlücken des zu schneidenden Rades. Die geradlinigen Messerkopfschneiden entsprechen den Zahnflanken eines Planradzahnes zur Erzeugung der Evolventenzahnflanken. Durch Abwälzen wird das Werkstück in seinem Halter einmal um seine Achse hin und her gedreht, und außerdem führt der ganze Werkstückhalter eine schwingende Bewegung um den Mittelpunkt des ideellen Planrades aus. Die Messerköpfe schneiden auf diese Weise eine Zahnlücke vollständig fertig aus, werden.dann aus der Lücke ausgehoben, das Werkstück wird um eine Zahnteilung weiter geschaltet und die nächste Lücke fertiggeschnitten. Die Maschine arbeitet also nach dem Abwälzteilverfahren, in dem jede Zahnlücke in schwingender Bewegung abgewälzt wird.

Dieses Verfahren enthält einige Hemmnisse, die eine Erfüllung der Forderung auf große Leistung bei hoher Genauigkeit der Erzeugnisse erschweren.

Das neue Verfahren kommt dem Ziel der Hochleistung und Genauigkeit näher, indem bei ihm das Einzelteilen durch die fortlaufend teilende Zwangsbewegung ersetzt wurde. Dadurch sind die Quellen der Teilfehler verstopft und Totzeiten durch Rücklauf und Weiterschalten vermieden.

Die gleichmäßige, immer nach einer Richtung laufende dauernde Drehung von Werkstück und Werkzeug gibt der Maschine eine große Stabilität und ermöglicht dadurch sicheren, glatten Schnitt, wodurch die Zahnflanken sauber glatt werden. Ferner liefert das fortlaufende Schneidverfahren eine sehr große Zahl stufenlos ineinander übergehender Hüllschnitte, was für die Glätte der Zahnflanken der Kegelräder sehr wichtig und vorteilhaft ist. Je glatter die Zahnflanken der ■ Kegelräder sind, um so ruhiger ist ihr Lauf.

Mit der eingangs genannten bekannten Maschine können nur gerade, genau auf die Kegelspitze hin gerichtete Zähne gefräst werden, während das vorliegende Verfahren in der Längsrichtung gekrümmte Zähne zu. fräsen gestattet, deren Neigung zur Kegelmantellinie beliebig groß gewählt werden kann. Dies bedeutet gegenüber dem bekannten Verfahren einen großen Vorteil, weil Kegelräder '" mit schrägen Zähnen ruhiger laufen und größere Kräfte übertragen können als geradverzahnte Kegelräder, denn der gekrümmte Zahnfußquerschnitt hat ein größeres Widerstandsmoment als der gerade, trapezförmige Zahnfußquerschnitt, und die Berührungslinie

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zweier Zahnflanken liegt bei Kegelrädern mit schrägen Zähnen diagonal über den Zahnflanken, wodurch während einer Eingriffsdauer zweier- Flanken niemals die ganze Umfangskraft entlang dem Zahnkopf wirkt, sondern immer diagonal über der Zahnflanke verteilt ist.

In den Abbildungen ist das Grundprinzip des Verfahrens' und die darauf fußende Maschine schematisch dargestellt.

Abb. ι zeigt einen Schnitt nach a-b der Abb. 2 durch den augenblicklichen Berührungspunkt einer Schneidkante der Messerköpfe sowie einen Kegelradrohling und das Zahnprofil des ideellen Planrades.

Abb. 2 zeigt eine Seitenansicht auf die Messerköpfe und das Werkstück und punktiert das ideelle Planrad.

Abb. 3 zeigt einen Grundriß des als Planrad gedachten Werkstückes und die Kreisbahnen der Messerkopfschneiden. Der Deutlichkeit wegen wurde auf eine bildliche Darstellung der ganzen Messerköpfe verzichtet. Abb. 4 zeigt das für den Steigungswinkel maßgebende Geschwindigkeitsdiagramm von Werkstück und Messerkopf am Außendurehmesser des Kegelrades.

Abb. 5 zeigt dasselbe für den mittleren Durchmesser des Kegelrades. -=.. Abb. 6 zeigt dasselbe für den inneren Durchmesser des Kegelrades.

Abb. 7 zeigt eine Ansicht auf den Schneidkopf der Maschine, schematisch dargestellt.

Abb. 8 zeigt einen Schnitt durch die Maschine, schematisch dargestellt.

Abb. 9 zeigt den Grundriß der Maschine, schematisch dargestellt.

Die zum Fräsen der in ihrer Länge schwach gekrümmten Zahnlücken in Kegelräder A verwendeten Messerköpfe B und C sind scheibenförmig ausgebildet und mit Schneidzähnen ι bis 32 versehen, deren Schneidkanten geradlinig und radial zum Messerkopfmittelpunkt D gerichtet sind und so weite Zahn-Kicken haben, daß die Zähne des Gegenfräsers klinkenartig in die Lücken des anderen Fräsers, eingreif en können.

Das Grundprinzip des Verfahrens beruht auf· folgender Überlegung: Bewegt sich ein Punkt geradlinig mit gleichförmiger Geschwindigkeit in beliebiger Richtung über einer Kreisringebene, die sich mit gleichförmiger Winkelgeschwindigkeit um ihren Mittelpunkt dreht, so wird der Punkt auf der Kreisringebene eine Kurve beschreiben, die am Außendurchmesser der Kreisringbahn einen anderen Neigungswinkel zur Radialen hat als am Innendurchmesser.

Je nach der Bewegungsrichtung des Punktes, ob radial oder tangential zum Mittelpunkt der Kreisringebene, entsteht aus der Relativgeschwindigkeit des Punktes zu der der Kreisringebene eine mehr oder weniger von der Radialen abweichende Kurve. Folgen nun dem ersten Punkt eine Anzahl weiterer Punkte in genau gleichen Abständen und werden die Relativbahnen dieser Punkte auf der Kreisringebene aufgezeichnet, so werden diese Relativbahnen parallele Kurven darstellen, die voneinander gleich weit entfernt . sind. Denkt man sich die Punkte, die die Kurven erzeugen sollen, auf einem im Verhältnis zur Kreisringbreite großen Kreis gleichmäßig verteilt und die Ebene dieses Kreises senkrecht oder geneigt auf der erwähnten Kreisringebene derart, daß er die Kreisringebene berührt, so erhält man die Anordnung der Abb. 3. Die Kreisringebene ist hierin das Werkstückplanrad A, den in gleichen Abständen aufeinanderfolgenden Punkten entsprechen die Zähne 1 bis 32 der Messerköpfe B und C. Von diesen sind in der schematischen Darstellung nur die Teilkreisbahnen gezeichnet und die Schneidkanten durch die Punkte 1-2-3-4-32-31 versinnbildlicht. Ferner sind in Abb. 3 die Messerköpfe nicht radial zur Planradmitte eingestellt, sondern so weit gegen die Radiale geneigt, daß die Zahnlücken des Planrades zwar etwas gekrümmt, aber die Mitteltangente an der Krümmungskurve genau radial verläuft.

Die Längskrümmungskurven der Zahnflanken können somit aus den Umfangsgeschwindigkeiten der Messerköpfe und des Werkstückes · punktweise errechnet und damit ihr Charakter bestimmt werden. Angenommen, ■ die Messerköpfe sind so eingestellt, daß die Tangenten an ihren Teilkreisen genau radial zum Werkstückplanrad liegen, so ist der Neigungswinkel α der Zahnkrümmungskurve am Außendurchmesser des Werkstückplanrades bestimmt durch

Umfangsgeschwindigkeit des Rades ν

Umfangsgeschwindigkeit des Fräsers Vf

(i) ·

In den nachstehenden Gleichungen bedeuten die Buchstaben:

D_t ■ = Teilkreisdurchmesser des Rades, Dtj- — Teilkreisdurchmesser desMesserkopfes, n. — Umlaufzahl des Rades, %f = Umlaufzahl des Messerkopfes

(d.h. einer Messerscheibe), Z = Zähnezahl des Rades, Zf = Zähnezahl des Messerkopfes (einer

Messerscheibe),
m -=z Modul des Rades,

Μ/ = Modul des Messerkopfes (einer Messerscheibe^

t = Teilung des Rades/
tf = Teilung des Messerkopfes,

Df π ·η Ζ·Μ'π·η , .

ν — ₇ = —— (2)

6ο

Dtr ·π · nf

Vf — '-—. *- =

^J 60

6ο

daraus

mit der Bedingung
Z

6ο

Z · m · η · π

= -^- wird
η

ν m · π

cos α = — = -;

Vf -g- m,f · π

\tf

ao Der Neigungswinkel der Zahnkrümmungskurven des Werkstückes ist also von dem Verhältnis der Fräserteilung und der jeweiligen Radteilung in den verschiedenein Punkten der Zahnbreite abhängig. Da die

a₅ Teilung am Werkstück mit dem Durchmesser vom Außen- zum Innendurchmesser hin abnimmt, wird auch der Neigungswinkel, den die Zahnkrümmungskurve mit der Radialen zur Planradmitte (= Kegelspitze) bildet, kleiner. Die Kurve ist demnach eine Kurve mit veränderlichem Steigungswinkel. Sollen die Zähne des Werkstückes radial laufen, so wird der W^Tinkel, um den die Fräser der Drehrichtung des Werkstückes (nach Pfeil v) entgegengeneigt werden müssen, bestimmt aus Gleichung (6), wobei für t die Teilung desjenigen Teilkreises, auf dem Teilkegel des Rades einzusetzen ist, auf dem die Tangente an der Kurve genau radial zum Planradmittel gerichtet sein soll.

Nach den Diagrammen Abb. 5 ist

cos α =

tn

(7)

Die Zahnkrümmungskurve soll im mittleren Teilkreis genau radial verlaufen. Deshalb werden die Messerköpfe so gegen die Radiale des Planrades geneigt, daß die Tangente F (s. Abb. 3) an den Berührungspunkt der beiden Fräserteilkreise, wenn diese bis zur gegenseitigen Berührung zusammengeschoben gedacht werden, mit der Radialen des Planrades den Winkel α bildet (Abb. 3). Mit dieser gemeinsamen Tangente müssen dann die Schneidebenen der Messerköpfe B und C den Winkel β bilden, der sich bestimmen läßt aus

i8o^c

(8)

Die Zahnkrümmungskurve hat dann einen Neigungswinkel außen ψ_α (Abb. 4), in der Mittecp_m=o (Abb. 5) und innen φ_;· (Abb. 6). Die Winkel lassen sich von Fall zu Fall aus den Dreiecken berechnen.

Die Evolventen der Zahnflanken vom Kopf zum Fuß entstehen durch die Schwenkbewegung der Messerköpfe auf der Bahn des ideellen Planrades um dessen Mittelpunkt o. Dieses Durchschwenken beginnt in dem Augenblick des Anschneidens. Die Durchschwenkbewegung ist eine sehr langsame und läßt die Schneidzähne ganz allmählich in den Rohling tiefer eingreifen. Die Durchschwenkbewegung ist beendet, wenn die beiden Zahnflanken aller Zähne vollständig abgewälzt und die Messerkopfzähne auf der anderen Seite des Werkstückes wieder ausgetreten sind.

Den Gesetzen des eben beschriebenen Grundprinzips sind folgende zwangsläufig zusammenhängende Bewegungen untergeordnet:

1. Drehung beider Messerköpfe mit genau gleicher Winkelgeschwindigkeit um ihre Achse entsprechend der Schnittgeschwindigkeit,

2. Drehung des Werkstückes im Verhältnis der Zähnezahlen zum Zwecke des fortlaufenden Teilens und zur Erzeugung der Zahnkrümmungskurve

90 η : ftf = Zf.Z, (9)

3. Durchschwenkbewegung. der Messerköpfe auf der Planradbahn um dessen Mittelpunkt, der zugleich die Kegelspitze darstellt, zum Zwecke der Erzeugung der EvolventenzahnfLanken im Abwälzverfahren.

Willkürlich, jedoch bedingt durch die gewünschte Schräglage, die Größe der Teilung und den Eingriffswinkel der Zähne auf dem Teilmantel des Werkstückes ist die Einstellung der Messerköpfe. Ferner muß das Werkstück dem gewünschten Kegelwinkel entsprechend verstellbar gelagert werden. Demnach bestehen folgende Einstellungsbedingungen:

i. der Messerköpfe

a) in den gewünschten Eingrifrswinkel,

b) axial verschiebbar zum Zwecke der Lükkenbreite und der Zahnteilung, je nachdem ein Schneidzahn für 'die linke und einer für die rechte Zahnflanke des Werkstückes nacheinander in der gleichen Zahnlücke arbeiten sollen oder jeder der erwähnten Schneidzähne in einer entfernteren Lücke arbeiten soll, was von der Größe der gewünschten Zahnteilung abhängt, wie z. B. in Abb. 3 gezeigt,

c) unter dem Winkel 2ß;.zueinander (Abb. 3!), derart, daß die Zahnflanken sich nach der Kegelspitze hin proportional dem Abstand von diesem nähern und in der Kegelspitze sich treffen wie bei gerade verzahnten Kegel-

rädern mit sich nach der Kegelspitze hin verjüngenden Zähnen,

d) radial aus der Planscheibenmitte verschiebbar, um den Berührungspunkt der beiden Messerköpfe in die Planscheibenmitte bringen zu können,

e) um einen zur Planscheibenmitte exzentrischen Drehpunkt O₁ drehbar, um die gewünschte Schräglage der Zähne des Werk-Stückes zu erhalten (Winkel γ, Abb. 3);

2. des Werkstückes

a) Die Achse des Werkstückes muß entsprechend dem Teilkegelwinkel zur Planscheibenebene, die parallel zur Teilkreisebeile des ideellen Planrades Hegt, so eingestellt werden können, daß die Teihnantellinie parallel zur Planscheibenebene steht.

b) Das Werkstück muß in seiner Achsrichtung so verschiebbar sein, daß die Kegelspitze des Teilkegels mit dem Mittelpunkt des ideellen Planrades zusammenfällt;

3. der Messerköpfe relativ zum Werkstück a) Die Messerköpfe müssen in der Richtung der Achse des ideellen Planrades verschiebbar sein, um sie auf die gewünschte Zahntiefe einstellen zu können.

Alle diese aus dem Grundprinzip' des beschriebenen Verfahrens abgeleiteten Bewegungsgesetze und Einstellbedingungen erfüllt die in Abb. 7, 8 und 9 schematisch dargestellte und im f olgendenbeschriebene Maschine. Auf dem Maschinenkörper 33' sind zwei Schlittenführungen 34 und 36 angebracht, auf dessen Führung 34 der Werkzeugstock 35 verschiebbar entsprechend der Bedingung 3a und auf dessen Führung 36 der Schwenkschlitten 37 für das Werkstück um die senkrechte Achse 38 entsprechend der Bedingung 2a schwenkbar sind. Auf dem Schwenkschlitten 37 und Führung 39 ist der Werkstückstock 40 radial gegen Achse 38 hin verschiebbar entsprechend der Bedingung 2b, Die Achse. 3 8 schneidet die Mittelachse 41 des Werkzeugstockes 3 5, der Schnittpunkt 42 ist der Mittelpunkt des ideellen Planrades und zugleich die Kegelspitze des zu.fräsenden Kegelrades 43. In dem Werkstückstock 40 ist das Werkstück 43 horizontal um die auf gleicher Höhe mit dem Schnittpunkt 42 liegende Achse 54 drehbar gelagert entsprechend dem Bewegungsgesetz 2. Die Achse 54 geht ebenfalls durch den Schnittpunkt 42, d. h. durch den Planradmittelpunkt.

Der Werkzeugstock 35 trägt eine parallel zur Teilebene 44 des ideellen Planrades liegende, um ihre Achse 41 drehbare Planscheibe 45 entsprechend dem Bewegungsgesetz 3. Auf dieser ist, wie aus Abb. 7 erkennbar, radial gegen die Planscheibenmitte 46 verschiebbar entsprechend der Bedingung id eine Schwenkplatte 47 angeordnet, die in Kreisführungen um ihre Achse 48 geschwenkt werden kann entsprechend der Bedingung ie. Auf der Schwenkplatte 47 sind die Messerkopflagerböcke 49 in Kreisführungen 50 um die Mitte der Schwenkplatte 47 drehbar befestigt entsprechend Bedingung ic. In den Lagerböcken sind die Messerkopfe 51 um ihre Achsen 52 drehbar gelagert entsprechend Bewegungsgesetz 1' und außerdem in Richtung ihrer Achsen 52 in Büchsen 53 verschiebbar entsprechend Bedingung ib. -;

Die Achsen 52 der Messerköpfe liegen unter einem dem gewünschten Eingriffswinkel entsprechenden Winkel zur Planscheibenebene und damit auch zur Teilkreis ebene des ideellen Planrades entsprechend der Bedingung la.

Die Messerköpfe und das Werkstück sind durch bekannte Maschinenelemente unter Einschaltung eines Differentialgetriebes miteinander in Zwangsverbindung, so daß ihre Drehbewegungen in dem dem Grundprinzip entsprechenden festen Verhältnis zueinander stehen. ] .- ■ ; ;

Claims

Patentansprüche:

1. Maschine zum Fräsen von Kegelrädern nach dem Abwälzverfahren mit Hilfe zweier schräg gegeneinandergestellter, ineinandergreifender, umlaufender Messerköpfe mit geraden Schneidkanten, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück eine gleichförmige Drehbewegung ausführt und zwei aufeinanderfolgende Zähne eines Messerkopfes verschiedene Lücken bearbeiten.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messerköpfe;, die

■: miteinander den Zahnflankenwinkel bilden, um die Mitte einer gemeinsamen Grundplatte gedreht und radial zur Planscheibenmitte bewegt werden können, so daß die Messerköpfe entweder radial zur Planscheibenmitte gestellt werden können, - um etwas schräg liegende, gekrümmte Zahnlücken zu schneiden, oder tangential an ' einen zum Planscheibenmittelpunkt konzentrischen Kreis, um dadurch radial . oder stark schräg liegende, gekrümmte " Zahnlücken zu schneiden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen