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Verfahren und Vorrichtung zum Fertigbearbeiten von Zahnrädern Die
Erfindung bezieht sich auf das Fertigbearbeiten von Zahnrädern, insbesondere zum
Vor- und Fertigschneiden, Polieren und Glätten mittels zweier oder mehrerer zahnradartiger
Werkzeuge, in dem gleichen Arbeitsgang.
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Erfindungsgemäß sind die Werkzeuge dabei unabhängig voneinander längs
des Werkstücks und vorzugsweise außerdem auch unabhängig voneinander auf das Werkstück
hin und von ihm weg beweglich, wodurch sich diese Arbeitsweise grundsätzlich von
einem älteren Verfahren unterscheidet, bei dem ein Werkstück in der Art durch mehrere
`'Werkzeuge bearbeitet wurde, daß ein zunächst auf das Werkstück auftreffendes Werkzeug
dieses dabei selbsttätig im Eingriff mit dem zweiten Werkzeug bewegte. Die Bearbeitungsmöglichkeiten
bei dem älteren Verfahren sind ganz begrenzt, während bei dem gemäß der vorliegenden
Erfindung die verschiedenartigsten Bearbeitungszusammenstellungen zum Vor-und Fertigschneiden,
Polieren und Glätten durchgeführt werden können.
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Es war schon bekannt, eine Längsbewegung zwischen Werkstück und Werkzeugen
vorzusehen,
j edoch durch Bewegung des Werkstücks, wobei keine gegenseitig
unabhängige Längsverschiebung der Werkzeuge erreicht wird.
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Das Verfahren kann beispielsweise so ausgeführt werden, daß bei Verwendung
von zwei Werkzeugen während eines Bearbeitungsabschnitts beiden Werkzeugen, während
eines anderen Abschnitts aber nur dem einen am Ende seines jeweiligen Hinundhergangs
ein weiterer Vorschub in das Werkstück hinein erteilt wird.
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Gegebenenfalls kann man so arbeiten, daß, nachdem die beiden Werkzeuge
den ersten Teil der Bearbeitung gleichzeitig durchgeführt haben, während des letzten
Teils der Bearbeitung das eine Werkzeug abgerückt oder in sonstiger Weise außer
Wirksamkeit gesetzt wird. Wenn es sich beispielsweise darum handelt, das Werkstück
innerhalb des gleichen Arbeitsgangs vor- und fertigzuschneiden, kann man den Vorschneider
voranlaufen, den Fertigschneider hinterherlaufen lassen und den Vorschneider am
Ende jedes Hinundhergangs so lange außer Wirksamkeit setzen, bis der Fertigschneider
den betreffenden Hinundhergang beendet hat. In entsprechender Weise können auch
zwei andere Werkzeuge aufeinander abgestimmt werden.
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Auch ist es möglich, im gleichen Arbeitsgang mehrere zusammenhängende
oder zusammengefügte Zahnräder mit geeignet angeordneten Werkzeugen zu bearbeiten.
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Erfindungsgemäß wird auch eine für die Durchführung des Verfahrens
geeignete Maschine in mehreren Ausführungsformen vorgeschlagen. Die Maschine, die
voneinander unabhängige Vorrichtungen für die in Längsrichtung des Werkstücks erfolgende
hin und her gehende Bewegung der verschiedenen Werkzeuge enthält, besitzt vorzugsweise
auch einen in Richtung der Werkstückachse beweglichen @#@`erkstückträger.
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In der bevorzugten Ausführungsform liegen die Werkzeuge so am Umfang
des Werkstücks verteilt, daß die Arbeitsdrucke möglichst ausgeglichen «-erden. Bei
Benutzung von zwei Werkzeugen liegen sie also vorzugsweise an gegenüberliegenden
Seiten des Werkstücks, und die Werkzeugachsen kreuzen die Werkstückachse. Die Kreuzungswinkel
liegen in der Regel zwischen 3 und 30°.
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Vorzugsweise werden die Bewegungen der Werkzeuge so gesteuert, daß
von Hand zu bedienende Vorrichtungen für die Bewegung der Werkzeuge in die Arbeits-
und in die Ruhestellung vorhanden sind, die dann wirksam werden, wenn der durch
selbsttätige Steuerungen bewirkte schrittweise Arbeitsvorschub der Werkzeuge beendet
ist.
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Die für die Bearbeitung benutzten 7ahtiradartigen Werkzeuge, die in
bekannter Weise mit Rippen und Rillen versehen sein können, sind vorzugsweise so
geformt, daß das Verhältnis der Breite dieser Erhöhungen zu der Breite der Vertiefungen
bei den verschiedenen, gleichzeitig ein und dasselbe Zahnrad bearbeitenden Werkzeugen
verschieden ist, wobei vorzugsweise bei einem der Werkzeuge die Breite der Erhöhungen
wesentlich schmaler ist als die Breite der zugehörigen Vertiefung.
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Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen an einigen
Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Fig. i ist eine perspektivische Ansicht einer Maschine, die eine bevorzugte
Anordnung und Zuordnung der Fertigbearbeitungswerkzeuge zur Antriebsvorrichtung
zeigt; Fig.2 ist eine Vorderansicht eines Werkzeugkopfes und -schlittens, wobei
Teile derselben der Deutlichkeit halber weggebrochen sind; Fig. 3 ist eine Seitenansicht
des in Fig. 2 gezeigten Kopfes und Schlittens, wobei gewisse Teile weggebrochen
und andere im Schnitt gezeigt sind; Fig. d. ist eine teilweise geschnittene Vorderansicht
einer einem Werkzeug zugeordneten Kupplung und eines Getriebes zum Antrieb des Werkzeugs;
Fig. 5 ist eine Einzeldarstellung der Vorrichtung zur Winkeleinstellung des Werkzeugs
mit Bezug auf das Werkstück; Fig. 6 ist eine Seitenansicht der Maschine und veranschaulicht
die Vorrichtung zum Entfernen der Werkzeuge von dem Werkstück; Fig. 7 ist eine teilweise
Draufsicht eines Kurvenmechanismus, der gewisse Motorenschalter der Maschine steuert;
Fig. 8 verdeutlicht eine Vorrichtung, um den in Fig. 6 gezeigten Mechanismus zu
betätigen: Fig. 9 ist ein Teilvorderaufriß der:Uaschine, wobei gewisse Teile der
Klarheit halber weggelassen sind; Fig. io ist eine Teilansicht einer Anordnung des
Werkstücks und der Werkzeuge; Fig. i i ist eine Teilansicht eines Schruppwerkzeugs
und veranschaulicht den Abstand der Schneidkanten auf diesem Werkzeug; Fig. 12 ist
eine Teilansicht eines Fertigbearbeitungswerkzeugs und verdeutlicht den Abstand
der Schneidkanten auf diesem Werkzeug; Fig. 13 ist eine der Fig. io entsprechende
Ansicht, wobei aber eine Zahnradtraube fertigbearbeitet wird; Fig. 14. veranschaulicht
diagrammatisch das Verfahren zum Fertigbearbeiten eines Radzahns, der eine scharfe
Abweichung von der Evolventenform zeigt; Fig. 15 zeigt diagramtnatisch die Vor-
und Fertigschneider zur Ausführung des Verfahrens nach Fig. 1.4;
Fig.
16 ist eine Seitenansicht einer abgeänderten Form der Maschine; Fig. 17 ist ein
geschnittener Aufriß der das Werkstück tragenden Schlittenvorrichtung; Fig. 18 ist
eine geschnittene Draufsicht der Vorrichtung nach Fig. 17; Fig. ig ist ein Querschnitt
nach Linie 29-r9 in Fig. 18; Fig. 2o ist eine vergrößerte Teilseitenansicht eines
Stücks des in Fig. 16 gezeigten Antriebsmechanismus; Fig. 21 ist ein Schnitt nach
Linie 2i-21 in Fig. 17.
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Wie in Fig. i und 9 gezeigt, besteht die Maschine aus einem Rahmen
oder Grundgestell i i mit einem Lager 12, in dem eine Spindel oder Welle 13 und
ein Reitstock 14 mit einer Spitze 15 gelagert sind. Spindel und Reitstock sind mit
Bezug aufeinander einstellbar, und ein Werkstück, wie z. B. die aus den axial ausgerichteten,
mit der Hohlwelle i 6c ein Stück bildenden Zahnrädern 16a und 16b bestehende Zahnradtraube
16, ist dazwischen festgeklemmt. Ein Antriebsmotor 17 dreht durch eine Antriebskupplung
i8 die Welle 13, die einen Antriebsflansch 13B hat, der in die Treibklaue 13A auf
der Zahnradtraube 16. eingreift.
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Schneidwerkzeuge ig und 2o sind auf dem Rahmen quer zur Achse des
Werkstücks einstellbar befestigt, was bei der gezeigten Maschine einer Einstellung
in senkrechter Richtung entspricht. Wie in den Zeichnungen veranschaulicht, sind
diese Werkzeuge mit Bezug auf das Werkstück im wesentlichen diametral zueinander
angeordnet, aber es liegt im Rahmen der Erfindung, sie, wenn gewünscht, auch weitgehend
in anderer Weise anzuordnen. Jedes der Werkzeuge ist in einem Gehäuse gelagert,
das mit 21 und 22 bezeichnet ist, und die Achsen der Schneidwerkzeuge stehen winklig
zur Achse der Welle 13. Die Werkzeuge sind zahnradähnlich und so gestaltet, daß
sie mit dem fertigzubearbeitenden Zahnrad kämmen. Die Zähne des zahnradähnlichen
Werkzeugs haben auf ihren Flächen sägeförmige Auszackungen, die Schneidkanten bilden.
Durch Antrieb des Werkzeugs wird durch Ineinandergreifen der Zähne von Werkzeug
und Werkstück das letztere gedreht. Die Werkzeuggehäuse sind an hin und her beweglichen
Schlitten 23 und 24 befestigt und, wie nachfolgend erklärt werden wird, winklig
darauf verstellbar. Diese Schlitten sind in passenden Führungen 54 (s. Fig. 6) auf
Köpfen 25 und 26 angebracht; die Führungen verlaufen parallel zur Achse des Werkstücks.
Die Köpfe ihrerseits sind verstellbar auf Führungen innerhalb des Rahmens befestigt.
Mit den Schlitten verbundene, von Motoren 27, 28 betriebene Vorrichtungen bewirken
den Vor-und Rückgang der Schlitten mit Bezug auf das Werkstück während der Fertigbearbeitung.
Es sei darauf hingewiesen, daß die hin i?nd her gehenden Schlitten und deren Antriebsvorrichtungen
unabhängig voneinander sind und getrennt gesteuert werden können, so daß jede gewünschte
Bewegung der Schlitten mit Bezug auf das Werkstück, sowohl hinsichtlich der Hublänge
als auch der Geschwindigkeit, erzielbar ist. Fernerhin ist jedes Werkzeuggehäuse
im 'Winkel so verstellbar, daß der Winkel, den die Achsen miteinander und' mit der
Achse des Werkstücks einschließen, verändert werden kann.
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Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist die Welle 2-,1 des Motors 27 mit der
Welle 3o durch eine Kupplung 27B verbunden. Eine Schnecke 29 auf der Welle
30 treibt das Schneckenrad 3i. Das mit dem Zahnrad 31 achsgleiche Zahnrad
32 kämmt mit dem Zahnrad 33, und die mit diesem achsgleiche Schnecke 3-. treibt
das Schneckenrad 35 auf der Welle 36. Diese Welle ist mit Gewinde versehen, um eine
Führungsschraube 28' zu bilden, die mit einer Schraubenmutter 28A auf dem Kopf 25
zusammenarbeitet. Passende Umkehr- oder Grenzschalter, die auf dem Rahmen in passender
Entfernung voneinander angebracht sind, dienen zum Umschalten der Richtung des Motors
in vorher bestimmten Zeitabständen, so daß der Schlitten und der von ihm getragene
Fertigschneider dadurch in Richtung der Zahnradachse vor und zurück bewegt werden
können. Es ist jedoch zu beachten, daß jedes Fertigbearbeitungswerkzeug außer seiner
Hinundherbewegung gedreht wird, und zwar entweder durch Kämmen mit dem Werkstück,
wenn letzteres angetrieben wird, etwa durch Motor 17 oder durch Kupplungsvorrichtungen,
die das Werkzeug mit dem Motor verbinden, in welchem Fall das Werkstückzahnrad vom
Werkzeug angetrieben wird. Eine Art, das Werkzeug durch Motor 27 anzutreiben, ist
in Fig. 2 und 4 gezeigt, wo ersicht- i lieh ist, daß die Schnecke 37 auf der Welle
30 das Schneckenrad 38 auf der Welle 39 antreibt. Auf letzterer befindet sich ein
Kegelzahnrad 4o, das mit einem zweiten Kegelzahnrad 41 kämmt, welches mit dem Kupplungsglied
42 aus einem Stück geformt ist. Das auf der Welle 43 sitzende Werkzeug ig wird äurch
die Zahnräder 44, .45 angetrieben, von denen das letzte auf Welle 4.3 und das erste
auf der längs genuteten Welle 46 sitzt. Eine auf die Welle 46 aufgekeilte Zahnkupplung
47 kann in Eingriff mit dem Glied 42 gebracht werden, wobei deren Stellung durch
Hebel-48 gesteuert wird. Während in vielen Fällen vorzugsweise das Werkstück angetrieben
wird, leuchtet es ein, daß im Bedarfsfall das Fertigbearbeitungswerkzeug zwangsläufig
von
seinem eigenen Motor angetrieben werden bann. Die Vorrichtungen
für HinundherbeWegUng Volt Schlitten 2.4 und Werkzeug 2o und für den Antrieb des
Werkzeugs durch seinen Motor sind denen für Werkzeug ig gleich und bedürfen daher
keiner Beschreibung.
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Es wurde bereits er@cililit. daß die Achsen der Fertigbearbeitungswerkzeuge
die Achse des Werkstücks kreuzen und daß Vorrichtungen zur Veränderung und Einstellung
der Winkelbeziehung zwischen diesen Achsen vorgesehen sind. In den Fig. 3, .i und
5 ist eine Schneckenwelle .1_9 gezeigt, die im Werkzeuggehäuse ein Lager 5o hat
(Fig. 5). Eine Schnecke 51 ist am einen Ende der Welle befestigt, deren anderes
Ende bei 52 vierkantig gestaltet ist, um einen Stellgriff anzubringen. Schnecke
51 kämmt mit einem gezahnten Ding 53, der fest mit dem Schlitten 23 verbunden ist.
Bei Drehung der Schnecke wird das @%'erlczeugg-liiiuse uni eine senkrechte Achse,
die mit der der Welle 39 zusammenfällt und durch das Werkzeug hindurchgeht, gedreht.
Auf diese Weise kann das Werkzeug in den gewünschten Winkel finit Bezug auf die
Achse des Werkstücks gebracht werden. Nachdem diese Einstellung erfolgt ist, wird
das Werkzeug durch Befestigungsvorrichtungen in der eingestellten Lage gesichert.
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Die Vorrichtungen zum Einstellen des Werkzeugs mit I.')ezug auf das
Werkstück, und zum Trennen der Werkzeuge voneinander, um Werkstücke einzusetzen
oder aus der Maschine herauszunehmen, sind am besten in Fig. 2, 3 und 6 verdeutlicht.
Wie oben erwähnt, sind die Werkzeugschlitten für das Hinundherbewegen parallel zur
Achse des Werkstücks auf Führungen 5_i. auf den Köpfen 25,.26 angeordnet. jeder
Kopf sitzt auf einem Hilfs-0 CY eitstück 55, das mit Walzen oder getriebe -neu Scheiben
56 versehen ist, Vermöge deren das Gleitstück auf den Kurven 57 und 58, die einen
Teil des drehbar auf dem Maschinenrahmen sitzenden Hängelagers 59 bilden,
befestigt ist. Auf jedem Hilfsgleitstück sind senkrechte Bahnen 6o Vorgesehen, längs
deren die Köpfe eingestellt und an denen sie befestigt werden können. Die Anfangseinstellung
der Köpfe und Werkzeuge wird durch Drehung von Welle 61 (Fig. 3) bewirkt, welche
an ihrem Ende ein Kegelzahnrad 62 hat, das mit einem zweiten Kegelzahnrad 62' auf
Welle 63 kämmt. Auf dieser Welle sitzt eine Schnecke 6.I, die mit dem Schneckenrad
65 kämmt, welches auf die Gewindespindel 66 aufgekeilt ist. Diese Spindel greift
in die Schraubenmütter 66' eili. welche auf dem Hilfsgleitstück befestigt ist und,
da sie mit Bezug auf den hopf verstellbar ist, so kann die Stellung des letzteren
mit Bezug auf das Hängelager so festgestellt werden, daß das Zahnrad auf die richtige
Tiefe geschnitten wird. Die Kurven auf dem Hängelager führen normalerweise die Werkzeugköpfe
so, daß die Merkzeuge in Fertigbearbeitestellung zum Werkstück stehen. Sollen die
Köpfe voneinander entfernt werden, so werden die Kurven, deren jede mit entgegengesetzten
Erhöhungen und Vertiefungen Versehen ist, gedreht, um den oberen Kopf zu heben und
den unteren zu senken. -Nachdem die richtige Einstellung zwischen Schneidwerkzeug
und Werkstück gemacht worden ist, wird das Hilfsgleitstück 55 durch die Klemmschrauben
55A in einer bestimmten Stellung zum Kopf 25 festgeklemmt. Zum Drehen der Kurven
ist ein Motor 67 Vorgesehen, dessen Wirksamkeit Von der Bewegung des Hebels 68 an
der Vorderseite vier Maschine abhängt. Aus Fig. 6, 7 und 8 ist ersichtlich, daß
durch Legen des Hebels nach einer Seite der Exzenter 69 und das Gelenkstück ;7o
das die Klaue 72 tragende Glied 71 drehen. Das auf Welle 7.4 befestigte Schaltsperrad
73 dreht durch seine Drehung die Scheibe 75, die auch auf Welle 74 befestigt ist,
und -zwar so weit, daß eine Klaue 7 6 in eine Stellung kommt, in der ein Schalter
77 betätigt wird, der den Stromkreis des Motors schließt. Ein zweiter, nicht gezeigter,
an der Vorderseite der Maschine befindlicher und vom Maschinenmeister zu bedienender
Schalter setzt den Motor in Gang. Es ist zu beachten, dali die Kupplungsteile 78,
79, die eine Überholkupplung bilden, eine Verbindung zwischen Hebel t58 und Welle
74 gestatten, aber nicht den Motor 67 mit der Welle 74 bei der auf änglichenDrehung
der Welle verbinden. Die Zahnräder 8o und 81 auf den Wellen 74 und 82, die
durch das Zwischenrad 83 verbunden sind, übertragen, wenn der Schalter zum Ingangsetzen
des Motors geschlossen ist, die Drehung vom Motor 6; auf die Kurven 57, 58 und führen
die Werkzeugträger, wie in Fig. 3 gezeigt, um die Werkzeuge radial gegen das zu
bearbeitende Zahnrad vorzuschieben. Nachdem die Kurven sich genügend weit gedreht
haben, um den gewünschten Schnitt auf dem Zahnrad zu machen, hält eine zweite Knagge
;6' auf der Scheibe 7., den Motor an. Zu dieser Zeit laufen die Schlitten waagerecht,
und es wird ein Schnitt auf den Zahnrädern ausgeführt. Am Ende der Bewegung wird
ein nicht gezeigter Schalter kurzgeschlossen, wodurch der Motor 67 unter Strom gesetzt
wird. Motor 67 dreht die Welle 74. weiter, bis die i ächste i Knag t,9 e, entsprechend
76', den Schalter 77 öffnet. Dies wird wiederholt, bis die lIN'erkzeuge auf genügende
Tiefe vorgeschoben sind, worauf der Motorstromschalter 8.i, der durch die Kurve
85 auf Welle 74 betätigt wird, geöffnet wird. Anzahl und Abstand der Knaggen bestimmen
sich in jedem Einzelfall lach der Art des gewünschten Arbeitsspiels,
insbesondere
nach Schnittzahl und Schnittiefe. Die nachfolgende Bewegung des Hebels 68 stellt.
die Scheibe 73 um eine Kerbe vor, wodurch die Welle 74 gedreht und die Werkzeugköpfe
voneinander entfernt werden. Die nächste Bewegung von Hebel 68 schiebt die
Scheibe 73 um die zweite Kerbe vor, bringt Werkzeug und Werkstück in Eingriff miteinander
und macht .die Maschine betriebsfertig für den nächsten, durchweg selbsttätig verlaufenden
Schneidvorgang.
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Die Arbeitsweise der Maschine wird im folgenden an Hand der Fig. 6
dargestellt.
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Es werde angenommen, daß die Schneidwerkzeuge gerade ein Werkstück
fertigbearbeitet haben und mit diesem noch im Eingriff stehen, wobei aber alle Motoren
bereits außer Tätigkeit sind; dann vollzieht sich das Arbeitsspiel in folgenden
Schritten: Zuerst wird der Hebel 68 einmal hin und her bewegt, wodurch die
Klaue 72 (Fig. 8) die Welle 74 um einen kleinen Winkel, beispielsweise etwa i5°,
dreht. Die Drehung dieser Welle . verursacht eine entsprechende Bewegung der Kurven
57 und 58, wodurch die Schneidwerkzeuge auseinanderbewegt werden. Gleichzeitig wird
der Schalter, welcher rechts von Welle 74 unmittelbar unterhalb Bezugszeichen 8o
in Fig. 6 angedeutet ist, geöffnet, so daß es in diesem Zeitpunkt unmöglich ist,
irgendeinen der mit der Maschine verbundenen Motoren in Gang zu setzen. Das fertigbearbeitete
Werkstück wird entfernt, und ein weiteres Werkstück wird aufgesetzt. Nunmehr wird
Hebel 68 wieder einmal hin und her bewegt, wodurch eine weitere leichte Drehung
der Welle 74 hervorgerufen wird und die Knagge 76 ein Schließen des Schalters
77 bewirkt. Schalter 77@ bewirkt aber noch nicht ein Anlassen des Motors 67, :da
dieser unter Überwachung eines automatischen Schalters steht,., der seinerseits
durch die Verschiebung der Schlitten betätigt wird. Jetzt werden die Motoren, welche
die Schneidwerkzeuge drehen und die Verschiebung veranlassen, durch einen von Hand
zu bedienenden Anlaßschalter unter Ström gesetzt, und die Schlitten führen eine
Verschiebung aus. Am Ende der Verschiebung wird der vorerwähnte automatische Schalter
geschlossen, wodurch der Stromkreis des Motors 67 vollendet ist. Motor 67 dreht
darauf die Welle 74 fortlaufend, bis die nächstfolgende Knagge 76 den Schalter 77
öffnet. Dies ergibt eine schnelle, aber sehr geringe Drehung der Welle 74 und eine
entsprechende Drehung der Kurven 57 und 58 mit einem dadurch bewirkten Vorschub
der Schneidwerkzeuge, welcher von der Neigung der Kurven abhängt. Dieses tritt am
Ende einer Verschiebung oder am Anfang der nächstfolgenden ein und dauert praktisch
nur einen Augenblick. Zu gleicher Zeit kehrt ein automatischer Schalter die Verschiebung
um, und am Ende der zweiten Verschiebung wird die Bewegung wiederholt, d. h. der
Motor 67 wird durch Schließung des Schalters erregt, welcher durch die Verschiebung
betätigt wird, und die Welle 74 und die Kurven 57 und 58 werden wiederum einen kleinen
Betrag gedreht, wobei diese Drehung wiederum durch die nächstfolgende Knagge 76,
welche den Schalter 77 öffnet, beendet wird. Dieses wird wiederholt, bis Welle 74
eine halbe Umdrehung gemacht hat, dann wird der Schalter 84 geöffnet. Am Ende ihrer
nächsten Verschiebung werden die Schlitten angehalten, da der Schalter 84 jetzt
geöffnet ist und alle Motoren zum Stillstand kommen. Das Werkstück ist in diesem
Zeitpunkt fertigbearbeitet, und alle Teile befinden sich in ihrer Anfangsstellung.
Als nächste Bewegung folgt Hinundherbewegung des Hebels 68 zum Zweck des erneuten
Auseinanderbewegens der Schneidwerkzeug e.
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In F'ig. io der Zeichnungen ist schematisch ein einzelnes Zahnrad
gezeigt, das gleichzeitig von zwei Werkzeugen i g' und 2o' bearbeitet wird, die
einander mit Bezug auf das Werkstück 16' diametral gegenüberstehen. Diese Werkzeuge
können. gleichartig sein, d. h. beide können gleichartige Fertigbearbeitewerkzeuge
sein, oder sie können verschieden sein, eines zur ersten Fertigbearbeitung oder
zum Vorschneiden des Werkstücks und das andere zur endgültigen Fertigbearbeitung.
Ferner können ihre entsprechenden Winkellagen mit Bezug auf die Achse des Werkstücks,
die Geschwindigkeit ihres Vorschubes längs des Werkstücks während der Drehung des
Zahnrades und in einigen Fällen die Durchmesser der Schneidwerkzeuge verschieden
sein. Weil die Befestigungseinrichtungen der Werkzeuge und ihre Hinundherbewegungsvorrichtungen
unabhängig voneinander sind, ist es klar, daß ohne Beeinträchtigung der i Wirksamkeit
der Maschine eine Vielzahl von Arbeitsbedingungen berücksichtigt werden können.
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In Fig. i i und 1z sind Beispiele von Werkzeugzähnen zum Vor- und
Fertigbearbeiter gezeigt. Der in Fig. i i gezeigte Zahn ist mit abwechselnden Erhöhungen
und Vertiefungen versehen, wobei aber die Erhöhungen von wesentlich geringerer Breite
sind als die Vertiefungen. Andererseits ist das Fertigbearbeitewerlezeug mit Zähnen
der in Fig. 12 gezeigten Art versehen; es entspricht dem in Fig. i i dargestellten
mit der Einschränkung, daß die Erhöhungen und Vertiefungen im wesentlichen von gleicher
Breite sind.. Daraus sieht man, daß beim Vorschneiden weniger Schneidkanten und
eine
geringere Berührungsfläche das Werkstück angreifen, als es
beim Fertigbearbeitewerkzeug der Fall ist. Da das Vorschneidewerkzeug größeren Spanraum
und geringere Oberflächenberührung bietet, so kann dieses Werkzeug, wenn erwünscht,
mit anderer Geschwindigkeit als das Fertigbearbeitewerkzeug auf das Werkstück zu
vorgeschoben werden. Hieraus ergibt sich, daß der Vorschneider mit seinen breiten
Zahnlücken kräftigere Schnitte macht, aber nicht so genau arbeitet, weil nur eine
kleine Führungsfläche für das Aufrechterhalten eines genauen Schnitts vorhanden
ist.
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Wo ein Vorschneide- und ein Fertigbearbeitewerkzeug gleichzeitig auf
das gleiche Zahnrad einwirken, muß das Vorschneidewerkzeug für die gegenseitige
Längsbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück dern Fertigbearbeitewerkzeug ein wenig
vorlaufen, so daß es zuerst auf das Zahnrad einwirkt und dann von dem Fertigbearbeitewerkzeug
gefolgt wird. Das Fertigbearbeitewerkzelig kann in zwei verschiedenen Arten eingestellt
werden, nämlich erstens tiefer als das V orschneidewerkzeug, so daß es einen zusätzlichen
Schnitt bewirkt, oder zweitens auf gleiche Tiefe wie das Vorschneidewerkzeug.
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Bei Zahnradschneidemaschinen üblicher Bauart wird gewöhnlich- am Ende
des Vorschubes in jeder Richtung ein Zustellen bewirkt, d. h. das Werkstück wird
quer zu dem Schneidwerkzeug vorgeschoben und, wenn seine V orschubbewegung umgekehrt
wird, bewirkt gleichzeitig eine selbsttätige Bewegung der Maschine, daß die Wellen
näher aneinanderrücken. Wb das Vorschneidewerkzeug vor dem Fertigbearbeitewerkzeug
auf das Werkstück einwirkt, ist es zuerst mit seinem Hub fertig und wird selbsttätig
gesenkt, worauf es seinen Rückhub beginnt, während das Fertigbearbeitewerkzeug noch
seine Bewegung in der ersten Richtung beendet. Beim handelsüblichen Fertigbearbeiten
von Zahnrädern mit Vor- und Fertigbearbeitewerkzeugen zu gleicher "Zeit hat es sich
gezeigt, daß es möglich ist, ein Zahnrad in vier Gängen, d. h. vier vollständigen
Hinundherg ängen, vollständig fertigzubearbeiten. Wirkt nur ein Vorschneidewerkzeug
auf ein Zahnrad ein, so genügen gewöhnlich zwei Gänge, während die Fertigbearbeitung
für gewöhnlich vier Arbeitsgänge erfordert. Werden ein Vorschneide-und ein Fertigbearbeitewerkzeug
gleichzeitig betätigt, so wird das Vorschneidewerkzeug während zweier Gänge am Ende
jedes Hubes nach unten vorgeschoben, und nach Beendigung dieser beiden Gänge wird
dem Vorschneidewerkzeug kein weiterer Abwä rtsvorschub erteilt. Andererseits wird
dem Fertigbearbeitewerkzeug am Ende jedes Hubes ein Abwärts- ; vorschub erteilt,
bis vier vollständige Gänge vollendet sind. Es ist wichtig zu beachten, daß die
Schneidwerkzeuge zwar bei der Vorschubbewegung in einer Richtung von jeder Seite
der Zähne eine gewisse Menge Metall entfernen, daß aber auf der Antriebsseite eines
Zahnes eine größere Schneidwirkung erfolgt und daß bei entgegengesetztem Vorschub
die gegenüberliegenden Seiten der Werkstückzähne die größere Schneidwirkung erfahren.
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Man kann mit den hier beschriebenen Einrichtungen die Maschine für
kombiniertes Vor- und Fertigschneiden in verschiedenen Arten betreiben. Zum Beispiel
kann am Ende jedes Hubes ein Abwärtsv orschub stattfinden; oder ein Fertigbearbeitewerkzeug
kann am Ende der den Abwärtsvorschub umfassenden Hübe mit einem weiteren Fertigbearbeiteschnitt
in einer Richtung fortfahren, dann ein wenig gesenkt werden und schließlich einen
Rückhub ausführen; oder endlich: das Fertigbearbeitewerkzeug kann während eines
weiteren Hinundherganges ohne irgendeinen Abwärtsvorschub weiterarbeiten. In einigen
Fällen ist es wünschenswert, die Verschiebung des Vorschneidewerkzeugs am Ende jedes
Hubes anzuhalten, bis das Fertigbearbeitewerkzeug es eingeholt hat, und dann die
Rückverschiebung des Vorschneidewerkzeugs zu beginnen, der später der Rückhub des
Fertigschneiders folgt. In anderen Fällen wird der Vorschneider von dem Werkstück
abgezogen. während der Fertigschneider einen aSschiießenden Hinundhergang zur vollständigen
Fertigbearbeitung vollführt. Es könnte erwünscht sein, zwei Vorschnitte, einen nach
jeder Richtung, zu haben, die ausreichen, um das Zahnrad richtig vorzubearbeiten,
so daß der Rest der Fertigbearbeitung allein von dem Fertigschneider ausgeführt
wird.
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Die Maschine ist vorstehend in ihrer Anwendung als Schneidmaschine
beschrieben worden; doch können die beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren ersichtlich
sowohl zum Polieren und Glätten als auch zum i Schneiden benutzt werden. Benutzt
man Polierwerkzeuge, sowurden zufriedenstellende Erfolge erzielt, sowohl wenn das
Werkstück als auch wenn das Werkzeug angetrieben wurde. Werden jedoch Schneidwerkzeuge
benutzt, so wurde vorzugsweise das Werkstück angetrieben, um Gleichmäßigkeit des
Schnittes und bessere Verteilung der Antriebskraft zu erlangen.
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Fig. 13 zeigt eine weitere Abänderung der Erfindung. Hier werden zwei
axial ausgerichtete Zahnräder 16A und 168, jedes für sich von einem Paar Werkzeuge
bearbeitet. Rad 16A kämmt mit den Schneidwerkzeugen 19A und 2oA, während Zahnrad
1633 von den Schneifverkzeugen 1913 und 2o13 bearbeitet wird. Als Schneidwerkzeuge
können irgendwelche
der vorstehend beschriebenen, insbesondere
die in Fig. g und io dargestellten Werkzeuge benutzt werden. Die beiden Zahnräder
brauchen nicht notwendig mit der Welle aus einem Stück geformt sein, sondern können
darauf durch geeignete Vorrichtungen befestigt sein. Im Prinzip entspricht das Verfahren
zum Fertigbearbeiten der Zahnräder dem mit Bezug auf die anderen Zeichnungen beschriebenen.
Die fertigzubearbeitenden Zahnräder können entweder Stirn- oder Schraubenzähne haben.
Auch für das Fertigbearbeiten von Rädern mit Winkelzähnen ist die Erfindung anwendbar.
Die Anordnungen sowohl in Fig. g wie Fig. 13 können beide für Winkelzahnräder benutzt
werden.
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In den Zeichnungen ist als Antrieb ein Elektromotor gezeigt, es können
aber auch andere Arten von Antrieb verwendet werden. Vorzugsweise wird die das Werkstück
tragende Welle angetrieben, und die Werkzeuge werden dadurch gedreht, daß sie mit
dem das Werkstück bildenden Zahnrad kämmen. Doch kann auch der die Werkzeugschlitten
hin und her bewegende Motor mit den Werkzeugen gekuppelt werden, wenn es tunlich
erscheint, die Werkzeuge anzutreiben.
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In der vorstehenden Beschreibung wurde besonders die Tatsache betont,
daß die Erfindung eine wichtige Anwendung bei Zahnradtrauben findet, aber es muß
festgestellt werden, daß sie auch zum Fertigbearbeiten von zwei getrennten Zahnrädern
geeignet ist, die auf eine einzige Welle so aufgebracht sind, daß sie mit den entsprechenden
Schneidwerkzeugen zusammenarbeiten.
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Wenn ein Vorschneider der in Fig. i i gezeigten Bauart zum Hobeln
benutzt wird, verwendet man für gewöhnlich einen größeren Winkel zwischen den Achsen
von Werkzeug und Werkstück als wenn ein Fertigschneider nach Fig. 12 verwendet wird.
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In Verbindung mit dem Merkmal der Erfindung, welches sich auf den
Gebrauch von Vor- und Fertigschneidern für das Werkstück bezieht, seien einige der
sich aus dieser Zusammenstellung ergebenden Vorteile dargelegt. Die Vorschneider
mit ihren breiteren Einschnitten zwischen den Zahnkronen und der stärkeren Achsenkreuzung
gleichen alle Ungenauigkeiten in dem vorgeschnittenen Werkstück aus, mit Ausnahme
der Evolventenform. Der Fertigschneider korrigiert die Evolventenform und erzeugt
eine glattere und bessere Oberfläche der Zähne des W'erkstückzahnrades. Vermöge
der ihm innewohnenden Eigenschaften kann der Vorschneider eine längere Zeit arbeiten,
bevor er nachgeschliffen werden muß, und, obgleich er eine größere Schneidarbeit
leistet, hält er besser stand als ein Fertigschneider, wenn dieser allein benutzt
wird. Werden andererseits sowohl Vor- wie Fertigschneider benutzt, so wird der Fertigschneider
von einem Teil der ihm üblicherweise zukommenden Arbeit entlastet und seine Lebensdauer
darum auch verlängert.
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Ein anderer Vorteil des Gebrauchs von Vor-und Fertigschneidern ergibt
sich in Fällen, in denen es nötig ist, eine scharfe Abweichung von der Evolventenform
auf dem Profil der Werkstückzähne vorzusehen. Fig. 14 zeigt einen Zahnradzahn go
mit kegliger Fläche gi an einer Seite der Zähne, die sonst im wesentlichen ein evolventenartiges
Profil haben. Bei der Herstellung eines solchen Zahnrades wird es gewöhnlich auf
angenähertes Maß gefräst, wie durch die gestrichtelte Linie 92 angezeigt, wobei
genügend Werkstoff für die endgültige Fertigbearbeitung belassen wird. Es ist praktisch
nicht durchführbar, ein Profil mit kegliger Fläche gi zu fräsen, die gefräste Umrißlinie
besitzt demgemäß angenähert Ev olventenform, so daß beim Fertigbearbeiten zwischen
der Spitze 93 und dem kegligen Teil 9 1 eine größere Menge Metall
entfernt werden muß. In Fig. 15 sind die Vor- und Fertigschneider zur Erzeugung
der Schräge gi gezeigt, die ein überhängendes Stück 94 aufweisen, das den Kegelteil
gi erzeugt. Vermöge seiner Fähigkeit, einen kräftigeren Schnitt zu vollführen, wird
der Vorschneider benutzt, um das Werkstück auf die durch die gestrichelte Linie
95
bezeichnete Zahngröße zu bearbeiten, und man erkennt, daß es nötig ist,
eine beträchtliche Menge Metall von der Kuppe 93 zu entfernen, um eine Annäherung
an die endgültige Form gi des Zahnes zu erzielen. Der Fertigschneider wird dann
benutzt, um die geringe Menge Metall zwischen den Kurven 95 und der fertigen
Zahnform 9l zu entfernen. Es sei z. B. angenommen, daß die Entfernung zwischen der
Kurve 92 und der Kurve 95 annähernd o,o5 mm beträgt; dann ist es ersichtlich,
daß bei dem Punkt 93 immerhin so viel wie etwa o,2 mm des Metalls von dem
Vorschneider entfernt werden. Der Fertigschneider kann dann benutzt werden, um den
Zahn auf sein endgültiges Maß zu bringen, und dieser Schnitt ist gewöhnlich annähernd
0,013 mm tief.
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Die vorstehenden Zahlen sind nur als Beispiel gegeben, um die entsprechenden
Funktionen der Vor- und Fertigschneider zu verdeutlichen. Es wird jedoch klar, daß
für das Erzeugen einer scharfen Abweichung in einem Zahnprofil, wie der in Fig.
1.1 gezeigten, ein deutlicher Vorteil in der Verbindung der Vor-und Fertigschneider
liegt.
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Fig.16 bis ig zeigen eine abgeänderte Form einer Fertigbearbeitemaschine
für Zahnräder. Die abgeänderte Maschine weicht von der Maschine nach Fig. i in erster
Linie insofern ab, als Vorkehrung für Hinundherbewegung
des werkstücktragenden
Gleitstücks mit Bezug auf die Schtieidwerkzeuge getroffen ist, anstatt die schneidwerkzeugtragenden
Köpfe hin und her zu bewegen. Im allgemeinen Aufbau entspricht die abgeänderte Maschine
im wesentlichen der vorstehend bereits eingehend beschriebenen Maschine mit Ausnahme
der Vorrichtung zur Hinundherbewegung des werkstücktragenden Gleitstücks.
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Wie in Fig. 16 gezeigt, ist ein Gleitstück ioo waagerecht hin und
her beweglich auf den Führungen toi angeordnet. Gleitstück ioo hat eine Konsole
102, die in den hohlen Rahmen i i hineinragt und den Motor 117 trägt. Der Motor
117 treibt über eine Kupplung 103 die Welle tod. (s. Fig. 18), auf der sich eine
Schnecke toi befindet. Das Schneckenzahnrad 1o6, das mit der Schnecke 105 kämmt,
ist auf Welle 107 befestigt, welche in Lagern io8 und iog in dem Rahmen des Gleitstücks
ioo gelagert ist. Welle 107 dient zur Übertragung der Kraft des Motors sowohl
zum Zweck der Drehung des Werkstücks als auch zur Hinundherbewegung des Gleitstücks
ioo. Zur Drehung des Werkstücks sind geeignete Wechselrädergetriebe vorgesehen,
so daß die Geschwindigkeit der Drehung geändert werden kann.
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Wie gezeigt, befindet sich auf Welle 107 ein Zahnrad i io,
welches mit dem Zahnrad i i i kämmt, das auf der Hilfswelle 112 sitzt. Auf der Welle
befindet sich auch ein Zahnrad 113, das mit dem Zahnrad 114 auf `Felle 115 kämmt,
welche die Antriebswelle für das Werkstück bildet.
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Zum Hinundherbewegen des Gleitstücks ist die Welle 107 mit
einer Schnecke 116 versehen, die in das Schneckenrad i 18 auf einer Kreuzwelle iig
eingreift. Auf der Welle befindet sich ein Kegelrad i2o, das mit dem auf Welle 124
sitzenden Kegelrad 123 kämmt. Diese Welle erstreckt sich in das verbreiterte Gehäuse
125 am Ende des Gleitstücks, an der Welle sitzt ein Zahnrad 126, welches mit Zahnrad
127 auf Welle 128 kämmt, die gleichachsig mit Welle 107 liegt. Die Welle 128 ist
mit der Leitschraube 129 versehen und in geeigneter Weise in dem Gleitstück ioo
so angebracht, daß der Enddruck aufgenommen wird. Die Leitschraube 129 greift in
eine Mutter 130
ein, welche durch Bolzen 131 an dem Rahmen i i der Maschine
befestigt ist.
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Auf dem Gleitstück ioo ist der Reitstock 132 verstellbar angebracht.
Er wird durch geeignete Bolzen 133, die in die T-Schlitze 134 eingreifen, eingespannt.
Der Reitstock ist ähnlich dem vorstehend beschriebenen und trägt eine axial zu der
Antriebswelle ausgerichtete Spitze. Das Werkstück 135 kann zwischen die Treibkupplung
136 auf Welle 115 und den Reitstock 132 eingesetzt werden. In der beschriebenen
Maschine «-erden die drehbaren Schneidwerkzeuge von den Köpfen 121 und 122 getragen,
welche in gleicher Weise einstellbar sind, wie es in der -Maschine nach Fig. i gezeigt
wurde, außer daß die Vorrichtung zum Hinundherbewegen der Schneidwerkzeuge entweder
ausgeschaltet oder gänzlich aus der Maschine entfernt ist. Der Motor 11; dreht das
Werkstück 135, während die Schneidwerkzeuge auf den Köpfen 121 und 122 durch Kämmen
der Zähne angetrieben werden. Gleichzeitig wird dem Gleitstück ioo ein langsamer
Vorschub in Richtung der Achse des Werkstückzahnrades erteilt. Geeignete Grenzschalter
sind zum Umschalten des Motors 117 nach einer vorher bestimmten Vorschubbewegung
vorgesehen, wodurch die Drehrichtung des Werkstücks umgekehrt und das Gleitstück
axial in entgegengesetzter Richtung bewegt wird. Der Gang der Maschine ist grundsätzlich
der gleiche wie in der zuerst beschriebenen.