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Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen und Messen von Abwälzfräsern
und ähnlichen Werkzeugen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen und Messen
von Abwälzfräsern, bei dem unter Benutzung eines Tastkörpers mit Anzeigevorrichtung
Abweichungen des Istwertes vom Sollwert festgestellt werden.
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Das Verfahren gründet sich auf die neueren Untersuchungen über die
theoretisch richtige Form des Abwälzfräsers. Aus diesem ergibt sich, daß derEingriff
zwischenGrundschnecke und Werkstück (Rad) in einer tangential zum Grundzylinder
liegenden Eingriffsebene stattfindet, und zwar in der Weise, daß sich der Eingriffspunkt
senkrecht zur Erzeugenden bei einer Drehung um den Betrag der Normaleingriffsteilung
proportional mit der Drehung verschiebt.
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Dieser Vorgang wird nach der Erfindung benutzt, um mit einer einzigen
Messung den Gesamtfehler des Abwälzfräsers zu erfassen, der sich bei einer idealen
Maschine als Fehler des erzeugten Radprofils bemerkbar machen würde.
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Es werden nach dem neuen Verfahren sämtliche oder eine größere Zahl
aufeinanderfolgender Schneidkanten des Prüfstückes in der tangential zum Grundzylinder
liegenden Ebene abgetastet. Dabei ergibt sich die Gesamtsumme der von der Ungenauigkeit
des Fräsers herrührenden Fehler durch die Bestiminung des resultierenden Fehlers.
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Das neue Prüfverfahren hat gegenüber bekannten Verfahren den Vorteil,
daß alle Verzerrungen und zufälligen Fehler des Fräser s erfaßt werden und sich
somit durch eine einzige Messung ein eindeutiges Bild von der Güte des Fräsers ergibt.
Es ist klar, daß sich daraus eine wesentliche Beschleunigung der Prüfung ergibt,
die aber dennoch ein für die Praxis brauchbares Ergebnis liefert.
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Man hat bereits ein Verfahren zum Prüfen von Abwälzfräsern vorgeschlagen.
Bei diesem wurde aber nur das Profil einer einzigen Schneidkante durchAbtasten in
verschiedenen Punkten festgestellt, also dadurch der Umriß der Schneidkante in Richtring
der Tangente an die Schraubenfläche im Wälzpunkt bestimmt.
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Die Erfindung geht grundsätzlich von einem anderen Gedanken aus, indem
sie darauf fußt, daß der Eingriff zwischen Grundschnecke und zu erzeugendem Zahnrad
in jedem Augenblick in einem bestimmten Punkte stattfindet. Bei der fortlaufenden
Abwälzung wandert dieser momentane Eingriffspunkt in einer Eingriffsebene, nämlich
einer Ebene tangential zum Grundzylinder, in der Richtung senkrecht zur Erzeugenden.
Einer Umdrehung des Fräser s entspricht eine Fortbewegung des Eingriffspunktes gleich
der Entfernung zweier benachbarter gleichliegender Erzeugenden im Schnitt tangential
zum Grundzylinder.
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Diese Größe ist die Normaleingriffsteilung des Fräsers und ist identisch
mit der Normaleingriffsteilung des zu erzeugenden Rades.
d. h. mit
anderen Worten, identisch mit der zwischen parallelen Tangenten gemessenen Entfernung
zweier benachbarter Radflanken.
| Für die Ausführung des neuen Prüfverfa =_ |
| rens gibt es verschiedene Möglichkeiten. l# |
| kann beispielsweise ein Meßgerät verwende |
| (las einen Schlitten aufweist, der tangenti#al" |
zum Grundzylinder und senkrecht zur Erzeugenden proportional mit der Schneckendrehung
jeweils um den Betrag der in der Senkrechten gemessenen Eingriffsteilung pro Umdrehung
bewegt wird. In an sich bekannter Weise trägt der Schlitten einen Tastkörper, der
an die Flanke der Grundschnecke oder an die Schneidkanten des Fräsers angelegt wird.
Dabei wird jede einzelne der aufeinanderfolgenden Schneidkanten in dem Punkt geprüft,
der bei der Bearbeitung wirksam ist.
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Die Messung erstreckt sich nur auf die Lagen, in denen der Tastkörper
auf den Schneidkanten des Fräsers aufliegt. Sie kann aber auch bei allen hintereinander
zu prüfenden Schneidkanten in gleichbleibenden Winkelabständen hinter den Schneidkanten
vorgenommen werden, was dem zukünftigen Zustand eines nachgeschliffenen Fräsers
entsprechen würde.
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Ein zweites Beispiel für eine Vorrichtung zur Ausführung des beschriebenen
Meßverfahrens ist folgendes: Es wird ein Evolventenzahn, d. h. der Teil eines Rades
mit Evolventenverzahnung, als Tastkörper verwendet. Die Sollbewegung zwischen Rad
und Fräser ist die Abwälzung des Zahnes auf der Fräserschnecke, wobei einer Fräserumdrehung
eine Drehung des Evolventenzahnes um eine Radteilung entspricht. Die Istbewegung
des Meßzahnes ent= steht dadurch, daß die Flanke des Meßzahnes bei Drehung der Grundschnecke
oder des Abwälzfräsers an die Flanken der Crundschnecke bzw. an die Schneidkanten
des Abwälzfräsers herangedrückt wird.
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Man kann sowohl bei der ersten als auch beider zw eiten Ausführungsform
die einzelnen Komponenten der Abwälzbewegung, die Drehung der Grundschnecke oder
des Fräsers und die Verschiebung des Tastpunktes oder Drehung des Meßzahnes, einzeln
unmittelbar auf irgendeine bekannte Weise messen oder aber beide Komponenten mit
an sich bekannten Mitteln (Rädern) miteinander zwangsläufig kuppeln.
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Ein Meßgerät, das im Grundgedanken der erstgenannten Ausführungsform
entspricht, ist auf den Zeichnungen beispielsweise dargestellt.
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Abb. i zeigt den Grundriß des Gerätes und Abb. 2 einen Querschnitt
dazu.
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Abb 3 ist der Längsschnitt und Abb. q. der Querschnitt des Reitstockes
mit der Teilvorrichtung.
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Abb. 5 ist der Querschnitt durch die Lage-"rung des anderen Reitstockes.
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i',.,:Abb. 6 gibt schematisch eine Einzelheit der ".bb. 2 in anderer
Stellung wieder, und Abb. 7 ist eine andere Einzelheit in schaubildlicher Ansicht.
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Das als Beispiel gezeigte Gerät hat den Vorteil, daß es nicht nur
für die Messung des resultierenden Fehlers verwendbar ist, sondern daß außerdem
mit ihm alle für die Arbeit und die Wirkungsweise des Prüflings wirksamenAbmessungen
in Einzelmeßgängen festgestellt und geprüft werden können. Zu diesen Abmessungen
gehören insbesondere die Gewindesteigung, die Spiralsteigung der Spannnut des Werkzeuges,
der Brustwinkel und der Flankenwinkel, ferner die Geradlinigkeit der Flanke und
der Zahnbrust, dann der Rundlauf des Prüflings, die genaue Teilung der Zähnezahl
und die Größe der Hi.nterarbeituiig.
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Das Gerät hat das Merkmal, daß der Tastkörper von einem auf einer
am Maschinengestell drehbaren Grundplatte ruhenden Kreuzschlitten getragen wird.
Der Halter für das Prüfstück besteht zweckmäßig aus zwei Reitstöcken und ist in
der Achsenrichtung verschiebbar und um eine waagerechte Achse schwenkbar oder in
senkrechter Richtung verschiebbar im Gestell gelagert Dabei kann einer der Reitstöcke
mit einer Teilvorrichtung und einer Einstellvorrichtung für genaue Winkeldrehung
versehen sein.
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In einem Gestell i ist eine Grundplatte 2 um eine Achse 3 drehbar
gelagert. Sie trägt einen waagerecht verschiebbaren Schlitten .i, auf dem senkrecht
zu dessen Bewegung ein Querschlitten 5 ebenfalls waagerecht verschiebbar angeordnet
ist. Dieser Querschlitten 5 hat einen Kopf 6, in dessen Bohrung ein Halter 7 für
die Tastvorrichtung drehbar ist.
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Die Tastvorrichtung enthält einen Tastkörper B. Dieser wirkt über
einen um den Punkt g schwenkbaren Winkelhebel io oder eine ähnliche Vorrichtung
auf einen Taststift ii einer Meßuhr i2 ein. Der den Tastkörper tragende Hebel io
ist an einem Haltestück 13
angeordnet, welches derart gelagert ist, daß es
zur Seite gedreht werden kann. In dieser Stellung wird dann der Taststift i i der
Meßuhr i2 zur unmittelbaren Benutzung frei.
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Der Tastkörper 8 kann die bekannte, in Abb.7 angegebene Form eines
Zylinders erhalten, doch genügt im allgemeinen auch die übliche Ausführung als Spitze
mit Kugel.
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Zum Halten des Prüflings 14 dienen Reitstöcke r5 und 16; sie sind
auf einer Welle 17
längs verschiebbar, aber undrehbar angebracht, die ihrerseits
im Gestell i gelagert ist; sie trägt einen Arm 18. Dieser stützt sich auf
einen
Bolzen 19, der unter Vermittlung eines Schneckentriebes auf und ab bewegt wird.
Die beiden Reitstöcke 15 und 16 sind durch eine Stange 21 verbunden, damit sie nach
demEinspannen des Prüflings gemeinsam verschoben werden können. Zweckmäßig ist die
Stange2_i in dem einen Reitstock 15 befestigt, und der zweite Reitstock 16 ist mit
ihr durch eine Klemmvorrichtung 22 verbunden, um den Abstand der beiden Reitstöcke
nach der Größe des Werkstückes einstellen zu können.
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Die Reitstöcke 15, 16 müssen auf derWelle 17 leicht verschiebbar sein,
ohne ihre genaue Einstellung zur Achse zu verlieren. Bei der dargestellten Ausführungsform
wird dies dadurch erzielt, daß die Welle 17 mit zwei gegenüberliegenden und zueinander
parallelen Führungsbahnen 23 versehen ist, gegen die sich in den Reitstöcken 15,
16 angebrachte Rollen 24 (Abb. 5) legen. Das Gewicht der Reitstöcke mit dem Werkzeug
wird durch eine Rolle 25 aufgenommen.
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Der eine der beiden Reitstöcke 15 ist mit einer Teilvorrichtung versehen,
um den Prüfling um genaue Winkelabstände einstellen zu können, was bei der Messung
des resultierenden Fehlers wesentlich ist. Die Einrichtung läßt sich auch dazu verwenden,
die Teilung der schraubenförmigen Nuten nachzuprüfen. Auf der fest mit dem Reitstock
verbundenen Pinole 26 ist eine Scheibe 27 mit einem Mitnehmer 28 drehbar gelagert;
sie trägt eine oder mehrere Teilscheiben 29, die Aussparungen in verschiedenen Abständen,
wie bei Teilscheiben üblich, haben. Auf der Pinole 26 ist ferner noch eine Scheibe
3o gelagert, die auf einem Böckchen 31 eine durch einen Handgriff 32 zu bewegende
Klinke 33 trägt. Mit dem Reitstock 15 ist eine Scheibe 34 fest verbunden.
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Die Scheibe 30 dient gleichzeitig zum Unterbringen einer Mikrometerschraube
35, die über Kugeln 36 in einer Rinne 37 auf einen Stift 38 wirkt, welcher ,an der
Scheibe 34. befestigt ist. Eine Feder 39 dient dazu, eine ständige Anlage des Stiftes
38 an den Kugeln und der Kugeln selbst aneinander zu sichern. Diese Einrichtung
dient hauptsächlich dazu, die Winkeldrehung des Prüflings genau zu bestimmen. Zweckmäßig
wählt man den Abstand b oder den Krümrnungsradius der Kugelrinne 37 derart, daß
einem an der Skala der Schraube 35 ablesbaren Wege, z. B. i mm. ein bestimmter Winkelgrad,
z. B. i°, entspricht.
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Die Schlitten q. und 5 sind leicht beweglich und werden durch Mikrometerschrauben
4o0 und q.1o eingestellt.
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Um dem Gerät bestimmte Schräglagen zu geben, wie es beispielsweise
zur Messung des resultierenden Fehlers oder, zur Bestimmung der Gewindesteigung
notwendig ist, trägt das Gestell i Löcher 40, in die ein Anschlagstift 41 eingesteckt
werden kann. Die Löcher sind in Abständen entsprechend den Winkelgraden angebracht.
An der Grundplatte 2 ist ein Gegenanschlag 42 vorgesehen, der wieder mit einer Mikrometerschraube
verstellt werden kann.
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Um das oben beschriebene Verfahren des Messens der für die Arbeit
des Fräsers maßgebenden Abweichungen (resultierenden Fehlers) auszuführen, wird
die Grundplatte 2 durch Einstecken des Anschlagstiftes 4.1 in das der Steigung entsprechende
Loch .Io und Einstellen der Mikrometerschraube 4.5 entsprechend dem Erzeugungsflankenwinkel
der Grundschnecke schräg gestellt. Der Tastkörper 8 liegt gegen eine Flanke des
Prüflings an, und zwar zweckmäßig so, daß die Wandung des den Tastltörper bildenden
Zylinders die Schneidkante berührt. Nun wird der Schlitten 4. zurückgezogen und
der Prüfling mittels der Teilvorrichtung am Reitstock 15 um einen seiner Zähnezahl
entsprechenden Winkel gedreht. Auch der Querschlitten 5 wird um den Betrag verschoben,
der theoretisch dem Vorrücken der Erzeugenden entspricht. Wird nun der Schlitten
.4 wieder vorgeschoben, so muß die Uhr 12 ihre Ruhelage einnehmen oder behalten.
Ist das nicht der Fall, so ist ein resultierender Fehler vorhanden, desen Größe
sich aus der Abweichung vom Sollwert, also aus der Verstellung des Meßuhrzeigers,
ergibt.
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In der gleichen Weise werden alle anderen aufeinanderfolgenden Zähne
gemessen oder geprüft.
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Bei derselben Einstellung der Vorrichtung können auch verschiedene
Einzelmessungen vorgenommen werden, wenn dies erwünscht ist.
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Die Prüfung der Gewindesteigung geht in der gleichen Weise vor sich
wie die Messung des resultierenden Fehlers, nur mit dem Unterschiede, daß die Grundplatte
2 nicht schräg ,gestellt wird, sondern der Meßschlitten sich parallel zur Achse
des Prüflings bewegt.
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Um die Geradlinigkeit der Flanke zu messen, wird die Grundplatte 2
auf dem Gestell i so gedreht, daß ihre Neigung dein halben Flankenwinkel entspricht.
Hierzu werden wieder die Löcher 4.o und der Anschlag d2 benutzt. Wenn nun der Schlitten
hin und her bewegt wird, kann man mit Hilfe der Uhr 12 prüfen, ob die Flanke geradlinig
ist.
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Die Steigung der schraubenförmigen Spannnuten wird in der Einstellung
des Gerätes, wie sie in Abb.2 angegeben ist, gemessen. Der Taststift 8 wird an einem
Punkt der Nut angestellt, dann wird der Fräset um einen
Winkel a
gedreht. Wenn nun der Tisch 5 so weit zur Seite geschoben wird, daß die Uhr 1.2
wieder am Ausgangspunkt steht, hat man den Steigungsanteil, der dem Zentriwinkel
a entspricht. Die Gesamtsteigung erhält man, wenn man diesen Weg mit
multipliziert.
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Für die genaue Bestimmung des Winkels a kann man auch die oben beschriebene,
in die Teilvorrichtung eingebaute Mikrometerschraube 35 benutzen.
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Die Verhältnisse der Zahnbrust werden ebenfalls in der Stellung des
Gerätes gemessen, die in Abb.2 angegeben ist. Ist die Zahnbrust radial, so wird
ihre -Geradlinigkeit geprüft, indem der Schlitten 4 nach Einstellung des Tastkörpers
8 in waagerechter Richtung bewegt und an der Meßuhr 12 beobachtet wird, ob und welche
Ausschläge zu erkennen sind. , Ist jedoch der Brustwinkel positiv, so muß zwecks
Prüfung der Geradlinigkeit der Zahnbrust der Fräser 14 durch Drehen der Welle 17
so weit gesenkt werden, daß die Zahnbrustfläche parallel zu der Mittelebene liegt,
die durch die Mittellinie des Fräsers in der Normalstellung (Abb. 2) und die Welle
17 bestimmt ist. Diese Einstellung ist schematisch in Abb. 6 wiedergegeben. Es wird
dann die Geradlinigkeit in der gleichen Weise wie oben durch Verschieben des Schlittens
4 nachgeprüft.
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Auch zur Feststellung der Größe des Brustwinkels kann diese Einrichtung
verwendet werden. Man mißt den Abstand a etwa dadurch, daß man die Verschiebung
des Bolzens ig im Gestell i an einer an seinem oberen Ende angebrachten Skala oder
einer Marke 43 abliest. An Hand einer Tabelle läßt sich dann der Winkel feststellen.
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Um den Fräser 14 auf genauen Rundlauf zu prüfen, wird der Tastkörper
8 mit dem Winkelhebel io und seinem Halter 13 um die durch Kugeln 44 gebildete Drehachse
zur Seite ,geschwenkt, so daß er seitlich des Kopfes 7 liegt. Durch Schwenken des
Kopfes 7 um 9o° gelangt der Taststift i i der Meßuhr in die waagerechte Mittelachsebene
des Prüflings 14. Die Feststellung des Rundlaufes geschieht dann in bekannter Weise.
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In der gleichen Einstellung des Gerätes kann man auch die Hinterarbeitungskurve
nachprüfen. Sie wird auf einen bestimmten Zentriwinkel bezogen, um den der Prüfling
gedreht wird. Aus den abgelesenen Maßen wird dann an Hand einer Tabelle die Kurve
festgestellt. Um die Teilung der Zähnezahl zu prüfen, wird die Einrichtung in der
Stellung nach Abb. z verwendet. Nachdem durch Anlegen des Taststiftes 8 die Uhr
12 eingestellt ist, wird der Schlitten 4 zurückgezogen. Darauf wird die Klinke 33
ausgehoben und die Scheibe 30 mit den Teilscheiben 29 und durch den Mitnehmer
28 auch der Fräser so gedreht, daß die Klinke 33 in die nächste Aussparung der Scheibe
29 einfällt. Jetzt würde, wenn die Teilung der Zähnezahl des Fräsers richtig ist,
beim Einfahren des Tastkörpers 8 die Uhr wieder in der Ausgangslage stehen.
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Die in der Zeichnung angegebene Ausführung des Prüfgerätes ist so
eingerichtet, daß sie nicht nur für Abwälzfräser und ähnliche Werkzeuge, sondern
auch für Werkstücke verwendet werden kann, deren Form diesen Werkzeugen ähnelt,
z. B. Schraubenräder, Schnecken o. dgl.