DE629923C - Verfahren fuer die Herstellung von gekruemmten Verzahnungen durch Abwaelzung - Google Patents

Description

Vorliegende Erfindung bezieht sich auf die HersteEung von Verzahnungen, beispielsweise für Stirn- und Kegelzahnräder und -segmente sowie für gezahnte Werkzeuge, wie Fräsen, S Reibahlen usw. Die Erfindung bezieht sich besonders auf die Herstellung von Verzahnungen durch solche Verfahren, welche wenigstens zwei je um eine besondere Drehachse umlaufende und die einen Zahnflanken bearbeitende Messerköpfe benutzen und durch Abwälzung des Werkstücks — zwecks Profilbildung — auf einer durch die Messer gebildeten idealen Zahnstange nach zykloidischen Linien längs gekrümmte Flächen erzeugen.

Es sind bereits Verfahren für die Herstellung von gekrümmten Verzahnungen bekannt, bei welchen die je eine Zahnflanke schneidenden Messer je um eine verschiedene Drehachse umlaufen. Bei diesen Verfahren erfolgt jedoch die

ao Vorschubbewegung für beide Drehachsen, von der Drehachse des Werkstücks aus gesehen, nach demselben Sinne, und es müssen folglich beide Messersysteme die volle Eingriffsstrecke durchfahren, ehe die Zähne vollständig geschnitten sind.

Zweck der Erfindung ist ein neues Verfahren für die Herstellung solcher gekrümmten Verzahnungen, durch welches eine bisher unerreichte Arbeitsgeschwindigkeit erreicht wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist wesentlich dadurch gekennzeichnet, daß in der für die Abwälzung dienenden, relativen Vorschubbewegung die Drehachse der die konkaven Zahnflanken schneidenden Messer nach der Drehachse des Werkstücks zu und die Drehachse der die konvexen Zahnflanken schneidenden Messer von derselben weg verschoben wird, so daß die erstgenannten Messer auf der von ihrer Drehachse abgewandten Seite und von dieser Drehachse weg, während die anderen auf der ihrer Drehachse zugewandten Seite und nach dieser Drehachse zu schneiden.

Dabei können die Dreh- und Vorschubgeschwindigkeiten der Messer im allgemeinen untereinander verschieden sein und zweckmäßig derart gewählt werden, daß trotz des entgegengesetzten Sinnes der Vorschubbewegung die für die Erzeugung der zykloidischen Krümmung und zur Verwirklichung des Abrollverfahrens erforderlichen Relativbewegungen richtig ausge- so führt werden, wobei die entsprechenden Teildrehgeschwindigkeiten des Werkstücks für das Zusammenwirken mit sämtlichen Messerköpfen ein und dieselbe resultierende Drehgeschwindigkeit des Werkstücks mit Bezug auf die Lage der Drehachse des betreffenden Messerkopfes ergeben.

Die Vorschubgeschwindigkeiten können vorteilhaft für sämtliche Messerköpfe gleich sein, wobei nur die Drehgeschwindigkeiten voneinander verschieden sind, oder es können sowohl die Vorschub- als die Drehgeschwindigkeiten

sämtlicher -_irMesserköpfe untereinander gleich groß sein, wobei jedoch einigen Messerköpfen noch eine Schwingbewegung um die Drehachse,, des Werkstücks erteilt werden muß. .©iff

. Der Vorteil des Verfahrens nach der Erfin4ü|E^ gegenüber den bisher bekannten Verfahren $jfC steht darin, daß die Messer, um die Zähne νοΙΪΜ ständig zu schneiden, nicht mehr die volle Eingriffsstrecke, sondern nur etwa die Hälfte davon ίο zu durchfahren brauchen, denn die beiden Messersysteme fangen sofort an, die betreffenden Zahnflanken zu schneiden, und jedes Messer hat nach Durchfahren der halben Eingriffsstrecke die betreffende Zahnflanke bereits vollständig geschnitten. Auf diese Weise wird die zum Schneiden eines Werkzeuges, Zahnrades usw. nötige Zeit auf ungefähr die Hälfte herabgesetzt. Die Erfindung wird im folgenden an Hand der beiliegenden Zeichnung ausführlich beschrieben, ao worin

Abb. ι eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung,

Abb. 2 eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren teilweise geschnittene Zahnlücke, Abb. 3 eine weitere Anordnung zum Schneiden von Stirnverzahnungen nach der Erfindung und Abb. 4 eine Anordnung zum Schneiden von Kegelverzahnungen nach der Erfindung schematisch darstellen.

Es versteht sich, daß die dargestellten Aus-■führungsformen nur als Beispiele angegeben und •verschiedene andere im Rahmen der Erfindung möglich sind.

Gemäß der Abb. 1 ist das Werkstück A um eine Drehachse D drehbar angeordnet, und die Messer M₁, -M₂ sind auf Messerköpfen UT₁, K₂ ■befestigt, welche um die Drehachsen d_v d₂ drehbar sind. Die Drehachsen der Messerköpfe sind -· zueinander parallel und zur Drehachse!) des Werkstücks senkrecht angeordnet. Die Drehgeschwindigkeiten des Werkstücks und der •Messerköpfe sind verschieden, je nach der Art der Zähne, welche geschnitten werden sollen.

Der Schnittvorgang geht wie folgt vor sich: Die Messer-M_r drehen sich vorerst gänzlich außerhalb des sich ebenfalls drehenden Werkstückes A, und ihre äußersten PUnMeZ₁ kommen bei der Vorschubbewegung V mit dem mittleren Teil (m, Abb. 2) der Breite des Werk-Stückes in Berührung und fangen an, die Lücken vorzubereiten. Die Messer M₁ schneiden zuerst den Kopfteil der Zahnflanken f, welche nach und nach von dem mittleren Kopfteil nach -dem Fußteil und den seitlichen Enden zu geformt werden, wobei mit gradlinigen Schnittkanten versehene Messer im Abwälzverfahren eine Evolventenverzahnung, während anders gekrümmte Messer entsprechend gekrümmte Profile erzeugen. Wenn die Messer bei der Vorschubbewegung so weit gekommen sind, daß sie-bei ihrer Drehung über die ganze Breite der geschnittenen Verzahnung mit ihren Punkten L₁ jenseits der zur Drehachse Ci₁ der genannten Messer parallelen Achsial-,ebene W des Werkstücks A liegen, dann sind g||e1 Zahnflanken f vollständig fertig geschnitten. 0f$3. diesem Augenblick sind aber bei den bisher t|||p;ännten Verfahren die anderen Zahnflanken h ilrarchaus nicht vollständig geschnitten; vielmehr beginnen die entsprechenden Messer M₂ erst jetzt mit dem Werkstück in Berührung zu treten und, bearbeiten die Zahnflanken h während der weiteren Vorschubbewegung der Messerköpfe, während welcher die Messer Ai₁ untätig sind und zwischen den Zähnen leer laufen, so daß das vollständige Schneiden der beiden Zahnflanken das vollständige Durchgehen des Messerkopfes K₁ (und folglich auch des Messerkopfes K_a) längs der Linie 1 bis zum Wiederaustauchen aus dem Werkstück bedingt.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden dagegen auch die anderen Zahnflanken h während der ersten Hälfte der Vorschubbewegung des Messerkopfes K₁ geschnitten, so daß wenn dieser Messerkopf in der genannten Stellung, gerade jenseits der Ebene W angelangt ist, tatsächlich die ganze Maschine angehalten werden kann. Zu diesem Zweck wird ein anderer Messerkopf JT₂ in der Anfangsstellung derart gestellt, daß er das Werkstück umfaßt. Infolge der Vorschubbewegung V kommen die äußersten Schneidpunkte L₂ der Messer M₂ dieses zweiten Messerkopfes zuerst mit den Randteilen (r, Abb. 2) des Werkstückes in Berührung, und die Zahnflanken h. werden allmählich von dem Kopf und den seitlichen Endteilen gegen den Fuß und den Mittelteil zu geschnitten. Wenn schließlich die Messer M₂ bei ihrer Vorschubbewegung so weit gekommen sind, daß sie mit ihren Punkten L₂ die Achsialebene W des Werkstückes tangieren, dann sind die Zahnflanken h fertig geschnitten. Dies kann gleichzeitig mit der Beendigung des Schneidverfahrens der Zahnflanken f geschehen, wenn sich die Drehachsen d_v d₂ in solcher gegenseitigen Entfernung befinden, daß die Punkte L₁, L₂ gleichzeitig auf dem Werkstücksumfang zum Schneiden kommen.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, daß die Messer der einen Flanken einigermaßen auch als Vorschneiden für die anderen Flanken dienen. In der Tat fangen die Messer der konkaven Flanken f an, die Zahn lücken. (Abb. 2) in einer Mittellage m der Breite ■des Werkstücks zu schneiden, während die Messer der konvexen Flanken h die Lücken an den Rändern r zu schneiden beginnen. Wenn nun die erstgenannten Messer bei der Vorschubbewegung so weit gekommen sind, daß sie die Randteile der konkaven Flanken f schneiden, dann finden sie die Lücken daselbst bereits durch die anderen Messer teilweise vorbereitet, und wenn die letztgenannten Messer den Mitteltile

der konvexen Flanken h schneiden, so finden sie ebenfalls daselbst die Lücken schon durch die ersteren Messer teilweise vorbereitet. Auf der Zeichnung sind die von den Rücken der Messer beschriebenen Bahnen gestrichelt dargestellt. Die Bahn Ru der Messer der konkaven Flanken f durchtritt die von den Messern der konvexen Flanken.h bereits geschnittenen Randteile r, während die Bahn R_v der Messer der konvexen

ίο Flanken h die von den Messern, der konkaven Flanken/ vorbereitete Höhlung m durchtritt. Auf diese Weise stoßen die Rücken der Messer nicht gegen die Seitenwand der Lücken, und der Schneidvorgang kann unbehindert vor sich gehen.

Im folgenden werden die Verhältnisse zwischen den Drehgeschwindigkeiten der verschiedenen Maschinenteile sowie ihren Vorschubgeschwindigkeiten auseinandergesetzt. Um nach periodischen Kurven, etwa verlängerten Zykloiden, geformte Zahnflanken zu erhalten, werden das Werkstück und die Messer um die betreffenden Achsen mit in konstantem Verhältnis stehenden Geschwindigkeiten gedreht. Um die Herstellung des Zahhprofiles im Abwälzverfahren zu erhalten, werden die somit bestimmten Geschwindigkeiten noch verändert, und zwar wird bei der in der Abb. ι dargestellten Ausführungsform dem Werkstück eine zu den Drehachsen des Werkstücks und der Messerköpfe senkrechte Vorschubbewegung V bestimmter Geschwindigkeit und gleichzeitig auch eine zusätzliche Drehgeschwindigkeit erteilt, wodurch es sich auf dem einen Messerkopf (z. B. K₁) derart abrollt, als wäre es mit seinen Zähnen mit der durch ihn gebildeten idealen Zahnstange im Eingriff. Je nach dem Sinn der Vorschubbewegung V mit Bezug auf den Drehsinn g des genannten Messerkopfes wird diese zusätzliche Drehgeschwindigkeit der für die Zykloidenbildung dienenden Drehgeschwindigkeit addiert oder von derselben subtrahiert, wobei die Drehgeschwindigkeit des genannten Messerkopfes K₁ unverändert bleibt.

Um bei derselben Vorschubbewegung V das Abrollen des Werkstücks auch auf dem anderen Messerkopf JT₂ zu bewirken, müßte dem Werkstück eine entgegengesetzt gerichtete Zusatzgeschwindigkeit erteilt werden. Dieses Erfordernis wird — gleichzeitig mit dem anderen, einer gleich großen resultierenden Geschwindigkeit für das Werkstück — erfindungsgemäß dadurch befriedigt, daß die für die Erzeugung der Zykloide dienende Drehgeschwindigkeit für den zweiten Messerkopf K₂ derart verändert wird, daß die aus der entsprechenden, für die Erzeugung der Zykloide dienenden Geschwindigkeit des Werkstücks und der durch den Vorschub bedingten Zusatzgeschwindigkeit desselben resultierende Drehgeschwindigkeit des Werkstücks derjenigen für die Mitwirkung mit dem ersten Messerkopf K₁ erforderlichen gleich wird. Es werden also die beiden Messerköpfe erfindungsgemäß mit verschiedenen Drehgeschwindigkeiten betrieben. Die von dem Werkstück aus gesehenen Drehbewegungen der Messerköpfe können entweder gleich ^₁ und g/ oder entgegengesetzt g_t und g₂" gerichtet sein, je nachdem man kongruente, oder verkehrte Flankenspuren erhalten will. .

Gemäß der Abb, 3 ist das Werkstück A ebenfalls um eine Achse D drehbar; in diesem Falle ist jedoch die Achse D auf dem Maschinengestell unverrückbar gelagert, und die Vorschubbewegungen werden von den Messerköpfen ausgeführt. Die Messerköpfe K sind um untereinander verschiedene (oder gleiche) Winkel bildende Drehachsen d drehbar und samt ihren Drehachsen senkrecht dazu und zur Werkstückachse D für die Ausführung der Vorschubbewegung ν verschiebbar. Die Gradführungen für die Vorschubbewegung können gegebenenfalls noch um die Achse D schwingbar sein. Diese Maschine besitzt drei Messerköpfe K₁, K₃, K₅ für die konkaven Zahnflanken und zwei, X₂, X₄ für die konvexen Zahnflanken. Eine größere Anzahl Messerköpfe wäre selbstverständlich auch möglich. Durch die Verdoppelung (bzw, Verdreifachung) der für ein und dieselbe Zahnflanke bestimmten Messerköpfe können verschiedene Zwecke erreicht werden, welche sämtlich auf eine weitere Verkürzung der Arbeitszeiten auslaufen. Es können die Messer eines der beiden Messerköpfe dazu verwendet werden, um eine letzte dünne Metallschicht als Schlichtschnitt zu entfernen, oder es kann die Vorschubgeschwindigkeit verdoppelt (bzw. verdreifacht) werden oder aber ein jeder Messerkopf nur auf jeden zweiten (bzw. dritten) Zahn zum Schneiden gebracht werden. Ein jeder Messerkopf kann entweder nur ein einziges oder aber eine Mehrzahl Messer, gleicher oder verschiedener Art, besitzen. Es empfiehlt sich, daß die Anzahl der Fertigschneidemesser mit der Anzahl der zu schnel·- denden Zähne keinen gemeinsamen Faktor habe, damit während des Schneidverfahrens .sämtliche Messer nacheinander mit sämtlichen Zähnen zum Schnitt kommen und etwaige Fehler eines Messers auf alle Zähne gleichmäßig verteilt werden.

Die Drehgeschwindigkeiten der Messerköpfe um ihre Achsen sowie die Vorschubgeschwindigkeiten können verschiedenartig, beliebig gewählt werden, stets aber derart, daß für jeden Messerkopf die algebraische Summe der zur Drehgeschwindigkeit g im Zykloidenerzeugungsverfahren und zur Vorschubgeschwindigkeit ν im Abwälzverfahren entsprechenden Teildrehgeschwindigkeiten des Werkstücks ein und dieselbe resultierende Drehgeschwindigkeit G des Werkstücks A ergibt: Dabei können die ver-

schiedenen Messerköpfe samt ihren Drehachsen um die Werkstückachse D schwingen, und es versteht sich, daß die genannte resultierende Werkstücksgeschwindigkeit als Relativgeschwindigkeit, d. h. als Unterschied zwischen der absoluten Drehgeschwindigkeit des Werkstücks und die absolute Schwingungsgeschwindigkeit der Messerkopfdrehachsen um die Werkstücksachse D anzusehen ist.

ίο Die Vorschubgeschwindigkeiten zweier verschiedene Zahnflanken bearbeitender Messerköpfe können entweder — wie im vorigen Beispiel — untereinander gleich groß oder aber, beispielsweise um die verschiedenen Schnitt- - geschwindigkeit«! der genannten Messerköpfe auszugleichen, verschieden gewählt werden. Es versteht sich, daß jeder Veränderung der Vorschub- eine zweckmäßige Veränderung der Drehgeschwindigkeit entsprechen muß. Gemäß, der Abb. 4 werden für die Herstellung von Kegelverzahnungen zwei oder mehr Messerköpfe K_x, K₂, in an sich bekannter Weise vorteilhaft derart um das Werkstück A verlegt, daß ihre Drehachsen senkrecht zu Tangentialebenen an die Grundfläche der zu schneidenden Lücken zu liegen kommen, und sie werden auf in der Zeichnung nicht dargestellte, ebenfalls an sich bekannte Schlitten befestigt, welche sich in Kreisführungen bewegen und um die Spitze des Teükegels schwingen. Im übrigen gilt das zuvor Beschriebene auch für Kegelverzahnungen, wobei stets die zur Werkstücksachse parallele Projektion auf eine Ebene maß-" gebend ist und die daselbst projezierten Vor-Schubbewegungen krumm ausfallen.

Bei den. Kegelverzahnungen weist das Verfahren nach der Erfindung außerdem noch, den besonderen Vorteil auf, beispielsweise durch Anwendung von verkehrten Flankenspuren (so daß ζ. B. jeder Zahn einerseits einen linken und ,andererseits einen rechten Zykloidenbogen als Flankenspur hat) die Stärke der Zähne längs •denselben mit Rücksicht auf dem längs denselben ebenfalls veränderlichen Teilkreisdurchmesser beliebig veränderlich zu gestalten und auf diese Weise z.B. eine gleichmäßige Bie- -gungsfestigkeit der Zähne zu erzielen.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren für die Herstellung von ge . krümmten Verzahnungen durch Abwälzung und mittels wenigstens zwei in ein und demselben Arbeitsgang tätigen Messerköpfen, deren jedes die einen Zahnflanken bearbeitet, ■ dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubbewegung für die Drehachsen der die konkaven Zahnflanken schneidenden Messerköpfe aus einer relativen Annäherung an die Drehachse des Werkstückes und für die Drehachsen der die konvexen Zahnflanken schneidenden Messerköpfe aus einer relativen Entfernung von der. Drehachse des Werkstückes besteht, wobei die auf den erstgenannten Messerköpfen befestigten Messer auf der der Drehachse des Messerkopfes abgewandten Seite und die auf den letztgenannten Messerköpfen befestigten Messer auf der der Drehachse des Messerkopfes zugewandten Seite schneiden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreh- und Vorschubgeschwindigkeiten der Messerköpfe der konkaven von denjenigen der Messerköpfe der konvexen Zahnflanken verschieden sind. .
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleich großen Vorschubgeschwindigkeiten die Drehgeschwindigkeiten der Messerköpfe der konkaven und der konvexen Zahnflanken ungleich groß sind.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachsen der . Messerköpfe still stehen und die Werkstücksachse die Vorschubbewegung durchführt.
5. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einzeln beliebig veränderlichen Vorschub- und Drehgeschwindigkeiten der .Messerköpfe derart bemessen werden, daß die der Erzeugung der Längskrümmung und der Profilabwälzung entsprechenden Teildrehgeschwindigkeiten des Werkstücks für sämtliche Messerköpfe ein und dieselbe resultierende Drehgeschwindigkeit des Werkstücks ergeben.

   .
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehgeschwindigkeiten der Messerköpfe untereinander gleich sind und wenigstens ein Messerkopf noch eine Schwingbewegung um die Werkstücksachse vollführt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen