-
Verfahren zum Erzeugen von Zahnrädern nach dem Abwälzverfahren unter
Verwendung von zahnradförmigen Stoßwerkzeugen Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren
und Vorrichtungen 'zum Erzeugen von Zahnrädern nach dem Abwälzverfahren unter Verwendung
von zahnradförmigen Stoßwerkzeugen.
-
Es ist eine nach dem Abwälzverfahren arbeitende Maschine zum Schneiden
von Verzahnungen mittels eines: zahnradartigen Werkzeugs bekannt, bei welcher mehrere
Werkstückträger zur gleichzeitigen Bearbeitung mehrerer Räder radial zur Werkzeugachse
angeordnet sind und die Werkstückträger mittels eines zweiarmigen Hebels durch ein
Paar gleichachsig liegende Unrundscheiben mit Nasen dadurch hin und her bewegt werden,
daß. sich diese mit den Hinundherbewe-. gungen des Werkzeugs synchron bewegenden
Unrundscheiben gegen zwei Rollen legen, die sich mittels einer koaxial angeordneten
drit ten Rolle gegen den Umfang einer Kurvenscheibe stützen, die vermöge ihrer Schub
kurve die Vorschubbewegung des Werkstücks erzeugt, die sich den durch die Unrundscheiben
hervorgebrachten Hinundherbewegungen überlagert.
-
Bei einer solchen Maschine mit einem einzigen verhältnismäßig großen
Werkzeug und mit einer Mehrzahl von Werkstücken werden die Werkstückträger mit den
Werkstükken selbsttätig bei gleichzeitiger Drehung um ihre eigene Achse allmählich
in die Arbeitsstellung vorgeschoben. Es ist- also bei der bekannten Maschine ein
Tiefenvorschub der Werkstücke zum Werkzeug notwendig.
-
Weiterhin ist eine Zahnradhobelmaschine mit deinem als Scheibe ausgebildeten
Schneidwerkzeug bekannt, dessen einzelne Abschnitte mit verschiedenen, den einzelnen
aufeinanderfolgenden Arbeitsstufen entsprechenden Zähnen versehen sind und an dem
ein am Umfang
glatter Teil vorgesehen ist; bei dieser Maschine
werden die zu bearbeitenden Werkstücke auf einem Kreis um das sich quer
einem einzelnen, verhältnismäßig großen, zentral angeordneten und mehrteiligen Werkzeug,
das aus radial verschiebbaren Segmenten aufgebaut ist, und einer Mehrzahl von Werkstücken
eine Abwälzbewegung nach Art von Planetenrädern statt.
-
Zugeck der Erfindung ist, eine schnelle Herstellung von Zahnrädern
durchzuführen und diese Herstellung mit einer möglichst gedrängten Vereinigung von
Schneidwerkzeug-und Werkstückspindeln und mit Schneidwerkzeugen durchzuführen, deren
Größenabmessungen im wesentlichen mit den in der Praxis bekannten und benutzten
übereinstimmen. Gemäß der Erfindung wird zum Erzeugen von Zahnrädern eine Mehrzahl
von Werkzeugen benutzt, die nur an einem Teil ihres Umfangs mit Schneidzähnen versehen
sind und die an verschiedenen Stellen eines Werkstücks gleichzeitig zum Schnitt
kommen, wobei jedes Werkzeug ohne Tiefenvorschub einen Teil der Zähne des Werkstücks
fertigstellt. Durch dieses Verfahren können entweder vollständige Zahnräder oder
Zahnradsegmente hergestellt werden. Das Prinzip ist in jedem Fall das gleiche. Zwischen
den Schneidwerkzeugen und dem Werkstück werden Relativhinundherbewegungen in Richtung
der Schneidwerkzeugachsen und Relativdrehbewegungen um ihre bezüglichen Achsen nach
Art gepaarter und ineinanderkämmender Zahnräder ausgeführt. Es können also bei dem
Verfahren der Erfindung verhältnismäßig kleine und daher billige Werkzeuge verwendet
werden. Ein Tiefenvorschub findet nicht statt, so daß entsprechende Steuereinrichtungen
nicht benötigt werden. Die Art der Durchführung der Abwälzbewegung zwischen dem
Werkstück und den Werkzeugen kann verschiedenartig sein. Beispielsweise ist es bei
einer Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung möglich, den Werkzeugen um das
feststehende Werkstück eine Planetenbewegung zu erteilen. Bei einer weiteren Ausführungsform
des Verfahrens kann so gearbeitet werden, daß die Schneidzähne des einen Satzes
von Stoßwerkzeugen das Werkstück vorschneiden und die Schneidzähne eines zweiten
Satzes von Stoßwerkzeugen das Werkstück dann fertigschneiden.
-
Bei der Verwendung von mit Vor- und Fertigschneidzähnen versehenen
Werkzeugen können die von einem Werkzeug vorgeschnittenen Zähne des Werkstücks von
den Fertigschneidzähnen des nachfolgenden Werkstücks fertiggestellt werden.
-
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf besondere Einrichtungen zur
Ausführung der
Verfahrens und die Grundsätze einer Maschine zur Durchführung des Verfahrens beispielsweise
erläutert.
-
In den Zeichnungen ist Fig. r eine Ansicht der Schneidwerkzeuge und
des Werkstücks zu Beginn des Schneidarbeitskreislaufs, Fig.2 eine ähnliche Ansicht,
welche die Schneidwerkzeuge und das Werkstück nach Vollendung des Arbeitskreislaufs
wiedergibt, Fig.3 eine schematische Ansicht, welche im Querschnitt die Grundsätze
von Einrichtungen darstellt, welche diesen Schneidwerkzeugen im Verhältnis zu einem
festen Werkstück hin und her gehende und Planetenbewegungen erteilen können.
-
Unter Bezugnahme auf die Fig. r und 2 ist das Werkstück, ein Zahnradrohling,
mit a bezeichnet, und alle Schneidwerkzeuge .sind mit b bezeichnet, sind aber durch
die Exponenten i, 2, 3 usw. voneinander unterschieden. Die Schneidwerkzeuge sind
alle einander gleich, und jedes Schneidwerkzeug ist nur über einen Bruchteil seines
Umfangs mit Zähnen versehen. Die Schneidwerkzeuge sind mit Bezug auf die Merkmale
ihrer Zähne, soweit es die Schneidkanten und den Seitenabstand (Anstellwinkel) betrifft,
von der allgemein bekannten Art der #Zahnradschneidwerkzeuge. In der Zeichnung ist
jedes Schneidwerkzeug mit zwei Zahnreihen versehen, welche mit t1 bzw. t2 bezeichnet
sind; die erste der Reihen bildet eine Schneideinheit, und. sie sind dazu bestimmt,
Zwischenräume oder Lücken in das Werkstück einzuschneiden, deren Breite und Tiefe
geringer als die vorgeschriebenen Endabmessungen ist, während die Zähne t2, welche
länger und breiter als die Zähnet' sind, die zweite Einheit bilden und dazu bestimmt
sind, Lücken der richtigen vorgeschriebenen Tiefe und Breite zu schneiden, so daß
sie also die Breite der zuerst erzeugten unvollständigen Zähne verkleinern und ihre
Länge vergrößern. Soweit es die Grundprinzipien des Verfahrens betrifft, bildet
jede dieser Einheiten ein vollständiges Schneidwerkzeug, d. h. die Zähne
il
können eine solche Form und solche Größenabmessungen haben, daß sie Zahnlücken
schneiden und Zähne der vorgeschriebenen endgültigen Abmessungen erzeugen. Die Anordnung
zweier verschiedener Einheiten teilt den gesamten Prozeß lediglich in zwei aufeinanderfolgende
Stufen.
Mit anderen Worten ausgedrückt, die erste Einheit oder Zahngruppe verkörpert die
wesentlichen Merkmale des Schneidwerkzeugs zum Zweck der Bestimmung ihrer Gattung.
-
Diese Schneidwerkzeuge sind auf drehbaren Schneidwerkzeugspindeln
.angeordnet, welche mit ei, c2 usw. bezeichnet sind. Sie sind insgesamt in gleichem
Abstand von dem Mittelpunkt des Werkstücks angeordnet, und ihre Mittelpunkte sind
in gleichem Abstand voneinander auf einem Kreisbogen oder auf einem zu der Arbeitsspindel
konzentrisch verlaufenden Kreis angeordnet. Wenn das Werkstückein vollständiges
Zahnrad ist, sind die Spindeln der Schneidwerkzeuge auf einem vollständigen Kreis
rings um das Werkstück gleichmäßig verteilt; zum Schneiden von Zahnradsegmenten
ist es jedoch nicht notwendig; daß, die Schneidwerkzeuge einen vollständigen Kreis
einnehmen, sie können in irgendeinem :geeigneten Abstand voneinander angeordnet
sein (welcher mit dem vorgeschriebenen Abstand der zu schneidenden Zähne in richtige
Beziehung gebracht ist), ohne daß es notwendig ist, daß der Abstand zwischen ihnen
einen ganzen Divisor :eines Bogens von 36o° bildet. Das Nichtvorhandensein von Zähnen
auf .einem genügend großen Teil des Umfangs der Schneidwerkzeuge erübrigt die Notwendigkeit
irgendeines radialen Tiefenvorschubs.
-
Die Zahl der Schneidwerkzeuge und die Zahl der Zähne auf jedem Schneidwerkzeug
wird durch den Durchmesser des Werkstücks und die Zahl der zu schneidenden Zähne
bestimmt. Hier ist jedoch ein weiter Spielraum gegeben. Beispielsweise können sechs
Schneidwerkzeuge mit je vier Zähnen, wie hier dargestellt ist, in dem Werkstück
ein Maximum von vierundzwanzig Zähnen einschneiden, sie können jedoch auch eine
kleinere Anzahl: von Zähnen schneiden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel:
sind sie so angeordnet, daß sie einundzwanzig Zähne in einem vollständigen Zahnrad
erzeugen. Wenn die Zahl der erzeugten Zähne kleiner als die Gesamtsumme aller Schneidwerkzeugzähne
ist, überlagern sich die Wirkungen aufeinanderfolgender Schneidwerkzeuge :etwas.
Schneidwerkzeuge mit verschieden großem Teilkreisradius können auf der gleichen
Spindel gegeneinander ausgewechselt werden, oder sie können auf einer :entsprechenden
Anzahl von Spindeln angeordnet werden, welche in richtigem Abstand von der Werkstückspindel
angeordnet sind, um diese Schneidwerkzeuge ohne Störung anzupassen. Die Zahl der
Schneidwerkzeugspindeln kann innerhalb praktischer Grenzen eine beliebige sein,
d. h. diese Zahl ist nicht so ;groß, zu machen, daß Schneidwerkzeuge mit kleinerem
Durchmesser und kleinerem Teilkreisdurchmesser benötigt werden, als sie zweckmäßig
und wirksam hergestellt oder mit befriedigendem Ergebnis benutzt werden können.
-
Im allgemeinen kann gesagt werden, daß die Zwecke der Erfindung am
besten dadurch erreicht werden, daß so viele Schneidwerkzeuge von etwa dem kleinsten
praktischen Teilkreisradius vorgesehen werden, wie sie auf einer Kreisreihe rings
um das Werkstück, ohneeinander zu stören, untergebracht werden können, da, wenn
man so vorgeht, die Zahl der Zähne, welche notwendig sind, um von
jedem Schneidwerkzeugerzeug
erzeugt zu werden, auf das Minimum verringert und die Herstellung des Arbeitsstücks
auf das Höchstmaß, beschleunigt wird. Die Erfindung ist jedoch in dieser Richtung
nicht begrenzt und kann unter Bedingungen verwirklicht werden, bei denen die Zahl
der Schneidwerkzeuge kleiner als das Maximum und die Zahl der Zähne in jeder Einheit
entsprechend erhöht ist. Durch die Anordnung einer geeigneten Anzahl von Schneidwerkzeugen
in einem geeigneten Abstand vom Mittelpunkt des Werkstücks und mit der richtigen
Anzahl Zähne auf jedem Schneidwerkzeug und der richtigen winkligen Einstellung der
Schneidwerkzeuge auf ihren betreffenden Spindeln können Zahnräder mit einer beliebigen
Anzahl in gleichem Abstand um ihren Teilkreisumfang angeordneter Zähne geschnitten
werden, selbst wenn die Zahl der Zähne eine Primzahl ist.
-
Bei der hier beschriebenen Ausführungsform ist der Abstand der Schneidwerkzeugzähne
auf dem Teilkreis gleich dem Abstand der in dem Arbeitsstück Herzustellenden Zähne
auf dem Teilkreis, und der Winkelabstand der Schneidwerkzeuge rings um die Achse
des Werkstücks und die Stellungen der Schneidwerkzeuge auf ihren zugehörigen Spindeln
sind so gewählt, daß; die von 'den bezüglichen Schneidwerkzeugen ausgeführten Schnitte
in einem Abstand voneinander angeordnet werden, welcher gleich einem ganzen Vielfachen
des vorgeschriebenen Zahnabstands im Werkstück ist. Unter einem ganzen Vielfachen
soll in dieser Verbindung der Einheitsabstand multipliziert mit einer ganzen Zahl,
die größer als eins ist, verstanden werden. Die Schneidwerkzeuge können auf ihren
zugehörigen Spindeln in irgendeiner beliebigen winkligen Einstellung befestigt werden,
d. h. sie brauchen nicht so eingestellt zu werden, daß alle im gleichen Augenblick
zu schneiden anfangen, sondern sie können nacheinander in beliebiger Folge in Tätigkeit
treten, welche notwendig ist, um irgendeine gegebene Anzahl von Zähnen mit gleichem
Abstand
zu schneiden. So sind beispielsweise in der Zeichnung die
Schneidwerkzeuge b1, b3 und b5 derart angeordnet, daß sie im gleichen Augenblick
zu schneiden beginnen und daß sie entsprechende Schnitte, welche von jedem Schneidwerkzeug
in irgendeinem bestimmten Augenblick hergestellt werden, genau um i 2o° entfernt
rings um die Achse des Werkstücks vornehmen. Die dazwischenliegenden Schneidwerkzeuge
b2, b4 und b'; werden jedoch mit einer Winkelverschiebung um ihre Achsen eingestellt,
welche gleich dem Abstand eines Zahnes im Verhältnis zu den vorgenannten Schneidwerkzeugen
ist, damit sie zum Schneiden von einundzwanzig Zähnen in richtige Beziehung zueinander
gebracht sind. Zum Schneiden einer anderen Zahl von Zähnen können die Schneidwerkzeuge
anders eingestellt werden; aber in allen Fällen sind sie so zueinander in Beziehung
gebracht, daß die Zähne, welche jedes Schneidwerkzeug erzeugt, sich in übereinstimmendem
und gleichem Abstand von den benachbarten Zähnen befinden, welche durch die benachbarten
Schneidwerkzeuge hergestellt sind. Die notwendige Anwälzbewegung zwischen den Schneidwerkzeugen
und dem Werkzeug zum Erzeugen genauer Zahnformen kann dadurch .erhalten werden,
daß die Schneiddwerkzeuge sich um ihre bezüglichen Achsen insgesamt mit der gleichen
Geschwindigkeit und in der gleichen Drehrichtung drehen, wie es beispielsweise durch
die Pfeile dl, d2, d3 usw. angedeutet ist, und das Werkstück,sich gleichzeitig
mit der gleichen Umfangsgeschwindigkeit in der entgegengesetzten Richtung um seine
Achse dreht, oder dadurch, daß das Werkstück festgehalten wird und die Schneidwerkzeuge
räumlich um die Achse des Werkstücks in der Richtung des Pfeils/ mit einer Geschwindigkeit
umlaufen, durch welche sie veranlaßt werden, sich mit Bezug auf das Werkstück nach
Art von Planetenrädern abzuwälzen. Bei den Darstellungen der Fig. i und 2 ist angenommen,
daß das Werkstück und die Schneidwerkzeuge in festen Lagerungen gedreht werden.
Weiterhin werden in der vorliegenden Beschreibung Einrichtungen beschrieben, durch
welche die Schneidwerkzeuge sowohl gedreht als auch umlaufen gelassen werden können.
-
Die Verwendung von Schneidwerkzeugen mit Zähnen, welche nicht den
vollen Umfang ausfüllen, scheidet die Notwendigkeit einer Veränderung des Minenabstands
zwischen Schneidwerkzeugen und Werkstück zwecks Tiefenvorschubs aus. Dies ist deshalb
der Fall, weil der breite Spalt im Umfang der Schneidwerkzeuge, wo keine Zähne vorhanden
sind, ein Einbringen des Werkstücks in die Teilkreisstellung mit Bezug auf die Schneidwerkzeuge
oder umgekehrt ermöglicht, wenn die freien Seiten der Schneidwerkzeuge gegen das
Werkzeug gedreht werden, ohne daß zwischen den Schneidwerkzeugzähnen und dem Umfang
des Werkstücks eine Störung eintritt.
-
Aus vorstehenden Erläuterungen ist ersichtlich, daß die relative Abwälzbewegung
zwischen den Schneidwerkzeugen und dem Werkstück, welche ausreicht, um die gesamten
Zähne l1 (die Zähne ,einer einzelnen Schneidwerkzeugeinheit) aller Schneidwerkzeuge
mit dem Werkstück in Eingriff zu bringen, in Verbindung mit der richtigen Anzahl
von Schneidhüben ausreicht, um alle Zähne des Werkstücks zu erzeugen. Die auf diese
Weise erzeugten Zähne können fertig dimensioniert oder überdimensioniert sein; dies
hängt von den Größenabmessungen und den Proportionen der Zähne 11 ab. Wenn zwei
Reihen von Zähnen, wie sie in der Zeichnung mit t und 12 bezeichnet sind, vorgesehen
sind, werden die Zähne der zweiten Reihe oder Einheit durch eine Fortsetzung der
Abwälzbewegung über einen genügend großen zusätzlichen Winkel in Tätigkeit gebracht.
Wenn so vorgegangen wird, verbreitern die Zähne t2 des Schneidwerkzeugs b1 die Zahnlücken
und verringern die Breite der von den Zähnen t1 des Schneidwerkzeugs b2 geschnittenen
Zähne des Schneidwerkstücks; auf diese Weise übt jedes Schneidwerkzeug auf die Zähne,
welche durch die erste Schneideinheit des vorhergehenden Schneidwerkzeugs erzeugt
worden sind, eine zweite Schneidwirkung aus. Es ist jedoch eine Angelegenheit der
Auswahl, ob der vollständige Schneidkreislauf in einer Stufe oder zwei oder mehr
Stufen durchgeführt wird. Im allgemeinen wird eine bessere Fertigbearbeitung durch
die mehrstufige Ausführung des Verfahrens erhalten, wobei die Zähne der zweiten
oder der letzten Einheit so entworfen sind, daß sie einen leichten Schnitt ausführen.
In Fig.3 sind schematisch die Grundsätze einer Maschine zur Ausführung des oben
beschriebenen Verfahrens dargestellt. Hier ist das Werkstück a auf einer Welle Io
angeordnet, welche in einem Halter befestigt ist, der während der Erzeugungsarbeit
feststeht; der Halter kann zum Aufbringen und Abnehmen des Werkstücks verschoben
werden. Die Schneidwerkzeugspindeln sind in einem zylindrischen Träger 12 drehbar
angeordnet, der in einem gleichachsig mit der Werkstückspindelachse angeordneten
festen Lager 13 drehbar und in axialer Richtung bewegbar ist. Dieser Träger wird
durch ein Zahnradsegment 14 hin und her bewegt, welches mit ringsum laufenden Zahnstangenzähnen
15 auf dem Umfang des Trägers kämmt und welches durch
eine nichtdargestellte
Einrichtung mit der richtigen Geschwindigkeit verschwenkt wird. Der Träger i-, wird
gedreht, um die Spindeln in einer Bahn rings um die Achse des Werkstücks zu führen;
dies erfolgt durch eine Schnecke 16, welche mit einem Zahnrad 17 mit langen Zähnen
kämmt, die während des Hubes des Trägers mit .der Schnecke in Eingriff bleiben;
das Zahnrad 17 ist mit -dem Träger 12 starr verbunden. Dieses Zahnrad dient weiterhin
als Druckaufnahmeblock, der über Kugellager 18 zum Vorwärtsbewegen der Schneidwerkzeuge
in Längsrichtung in der Schneidrichtung und zum Zurückziehen der Schneidwerkzeuge
dient. Ein Drehen der Schneidwerkzeuge um ihre einzelnen Achsen und mit der richtigen
Geschwindigkeit erfolgt durch ein gewöhnlich festgehaltenes Zahnrad Io, mit welchem
auf den betreffenden Schneidwerkzeugspindeln angeordnete Zahnräder 20 kämmen. Die
Zahnräder 2o gleiten beim Hinundherbewegen der Schneidwerkzeuge längs des Zähnrades
i g und bleiben mit ihm in Eingriff; und die ineinandergreifenden Zähne dieser Zahnräder
führen die Schneidwerkzeugzähne in ihren richtigen Bahnen, welche zum Formen der
Zähne des Werkstücks notwendig sind. Wenn schraubenförmige Zähne erzeugt werden
sollen, werden Schneidwerkzeuge benutzt, deren. Zähne in dem vorgeschriebenen Grade
schraubenförmig sind, -und die Zahnräder I9 und 2o sind Schraubenräder mit der gleichen
Führung (Steigung) wie die Schneidwerkzeugzähne.
-
Umeine Zurückbewegung der Schneidwerkzeuge zu bewirken, welche .ausreicht,
um ein Reiben auf ihren Rückhüben zu vermeiden, sind an den Spindeln nahe den Enden,
an welchen die Schneidwerkzeuge angeordnet sind, konisch verlaufende Teile 21 ausgebildet,
welche in ergänzende konische Bohrungen in Buchsen 22 passen, die ihrerseits drehbar
in einem Kopf 23 gelagert sind, welcher in das benachbarte Ende des Trägers 12 eingepaßt
ist; dabei ist Vorkehrung für eine Bewegung des Kopfes in axialer Richtung zum Träger
getroffen, der Kopf ist aber mit dem Träger durch eine Keilverbindung vereinigt,
um eine unabhängige Drehbewegung zu verhindern. Federn 24 arbeiten zwischen dem
Spindelträger und dem Kopf 23, sie haben das Bestreben, den Kopf in Richtung gegen
die Schneidwerkzeuge zu bewegen und so die konische Buchse 22 von den konischen
Teilen der Spindeln zurückzuziehen. Eine Stange 25, welche gleichachsig mit dem
Spindelträger angeordnet ist, ist sowohl in axialer Richtung mit dem Träger als
auch im Verhältnis zu ihm beweglich. Sie ist mit einer ZahnstangenbuchSe 26 versehen,
die mit feinem Zahnrad 27 kämmt, welches .durch geeignete Einrichtungen gedreht
wird, wenn die Schneidwerkzeuge das Ende ihrer Schneidhübe erreichen, um die Stange
25 in derselben Richtung weiterzubewegen; dadurch können die Federn 2q. die konische
Buchse 22 von den konischen Bereichen der Spindeln freigeben. Federn 28 stoßen dann
die Spindeln und die Schneidwerkzeuge in radialer Richtung um eine Entfernung nach
außen, welche durch die Verschiebung der Buchse 22 ermöglicht ist. Die Kugeldrucklager
18 ermöglichen, da sie in erheblicher Entfernung von den Schneidwerkzeugen angeordnet
sind, diese Verschiebung der Schneidwerkzeuge um einen geringen Betrag, der zu diesem
Zwecke ausreichend ist. Wenn die Spindeln an den Enden ihrer Rückhübe frei von dem
Werkstück sind, zieht das Zahnrad 27 die Stange nach außen und bringt dadurch die
konischen Buchsen wieder in unmittelbaren Eingriff mit der Spindel, wodurch die
Schneidwerkzeuge in die Schneidstellung zurückgebracht werden. Über die ganze Länge
der Spindeln ist durch geeignete Mittel ein genügender Spielraum zwischen ihnen
und dem Träger vorhanden, um diese Auswärtsbewegung zu ermöglichen.