WO2000044521A1 - Vorrichtung und verfahren zur herstellung von verzahnungen mittels schaft- oder fingerfräser - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur herstellung von verzahnungen mittels schaft- oder fingerfräser Download PDF

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WO2000044521A1
WO2000044521A1 PCT/EP2000/000121 EP0000121W WO0044521A1 WO 2000044521 A1 WO2000044521 A1 WO 2000044521A1 EP 0000121 W EP0000121 W EP 0000121W WO 0044521 A1 WO0044521 A1 WO 0044521A1
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WO
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workpiece
toothing
unit
tool
holder
Prior art date
Application number
PCT/EP2000/000121
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg EDELHOF
Original Assignee
Dre/Con Grosswälzlager Gmbh
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Publication date
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23F—MAKING GEARS OR TOOTHED RACKS
    • B23F17/00—Special methods or machines for making gear teeth, not covered by the preceding groups
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23F—MAKING GEARS OR TOOTHED RACKS
    • B23F23/00—Accessories or equipment combined with or arranged in, or specially designed to form part of, gear-cutting machines
    • B23F23/006—Equipment for synchronising movement of cutting tool and workpiece, the cutting tool and workpiece not being mechanically coupled

Definitions

  • the invention relates to a device for toothing a workpiece according to a predetermined profile, containing
  • the invention relates to a method for producing toothings on a workpiece, in which the workpiece to be toothed is fixed with a workpiece holder and the toothing is produced by means of a toothing unit, the toothing unit and the workpiece being moved relative to one another Underlying state of the art
  • Gears are made on rings or round bodies in order to manufacture gears, for example.
  • machines and processes for gearing are also required for straight workpieces, such as the drive rails of a cogwheel train.
  • Small gears, especially for bulk goods, can be manufactured by punching, broaching or non-cutting forming. The methods are selected according to accuracy and load requirements.
  • the disc milling cutter rotates about its horizontal axis with straight teeth, and correspondingly inclined with helical teeth
  • the workpiece to be toothed is clamped in a defined position on a rotating machine table.
  • the rotating milling cutter is moved radially to the end face of the workpiece.
  • the knives mill the desired contour out of the material.
  • the milling cutter is then moved out of the tooth gap and the workpiece is turned around turned exactly one tooth pitch and that
  • the individual tooth gap can also be generated with a correspondingly shaped rotating finger cutter instead of a disc cutter, which moves at the feed rate in the axial direction of the workpiece.
  • the finger cutter is essentially perpendicular to the axis of rotation around which the relative movement from tool to workpiece takes place
  • the tool is a worm with grooves that are parallel to the axis or perpendicular to the worm pitch. This design results in a larger number of cutting teeth on the circumference of the milling cutter, which are offset with respect to the worm pitch. Size and geometry of the tooth must in turn according to the general
  • a cutting wheel is used for roller shaping.
  • the workpiece and the tool rotate around vertical axes during machining. Additional machining movements of the cutting wheel generate the cutting process
  • Milling machines are also known for a wide variety of tasks in the metal, plastic, wood, etc. machining area. However, such machines are not suitable for the production of large gears. Furthermore, band saws for various materials are well known. With band saws, however, the problem of accuracy arises with such precision work. Sufficient precision of the sawing out cannot be achieved due to the flexible bands.
  • processing units of this type can be adapted to the applications, in particular for special tasks, and at relatively low costs
  • the invention has for its object to develop a device or a method of the type mentioned in order to interlock workpieces of any size and shape, which improves the disadvantages of the known methods and devices.
  • the object is achieved in that a device of the type mentioned for toothing a workpiece according to a predetermined profile
  • Tool holder is provided so that the shaft or finger mill extends essentially parallel to a tangential plane of the workpiece Furthermore, the task is accomplished by a method of the type mentioned at the outset
  • Gear unit so that the gear tool extends substantially parallel to a tangential plane of the workpiece
  • the invention is based on the knowledge that previous gear cutting machines, in particular for gear wheels, become excessively large when the workpieces are too large. Any device can be used in the device according to the invention and the corresponding method
  • the workpiece holder is designed as an adjustable workpiece table on which the workpiece is fixed, the workpiece can be moved relative to the toothing unit.But also by means of an adjustable toothing unit, a relative movement to the workpiece can be generated in order to be able to mill out the two-dimensional contour. It is therefore also possible that the
  • Gear unit covers one dimension in the movement and the other dimension is carried out by the workpiece fixed on the work table It is important that the Gear unit is adjusted relative to the workpiece during the gear cutting process
  • control means are provided for controlling the respective adjustment means. These control means control the adjustment means according to a predetermined gear profile.Other control means are advantageously provided which control the gear tool in such a way that the gear teeth take place step by step Protect the tools against excessive stress with the associated wear. This step-by-step procedure can also be carried out in strokes
  • the end mill or finger mill is rotatably mounted in the tool holder in two points.
  • the simplest way to achieve this two-point bearing is to design the tool holder in a U-shape
  • An advantageous embodiment of the invention is when the shaft or finger milling cutter causes the cutter to rotate with its drive.
  • a workpiece table designed as a rotary table is particularly suitable. This rotary table is rotated about its axis with the workpiece via its own drive
  • toothing unit is part of a multifunctional device on which further processing tools are provided. This makes it easier to process the workpiece without having to transport it from machine to machine. This arrangement saves through its large number of
  • FigJ shows a sketch in section of an inventive device for toothing workpieces.
  • FIG. 1 shows an enlarged section from FIG. 1, in which essentially only the toothing unit can be seen
  • FigJ shows a front view of a gear unit according to the invention.
  • 10 denotes a machine table on which a workpiece 12 is held or fixed.
  • the machine table 10 can be rotated about an axis 11 in a defined manner by means of a drive (not shown).
  • the workpiece 12 is preferably an annular body which is provided for toothing.
  • a toothing unit 14 according to the invention is coupled to a drive part 16 an electric motor can be provided, but other types of drive are also conceivable.
  • the toothing unit 14 consists of a tool holder 23 and a toothing tool 18, which is preferably formed by a shaft or finger cutter. This shaft or finger cutter 18 is made of
  • the drive part 16 transmits its power to the end mill or finger mill 18 via a corresponding coupling or gearbox.
  • the power is transmitted for fast rotational movement by means of a cardan shaft and in smaller ones with flexible shafts. Which shaft can be used depends on the forces to be expected for the
  • an NC-controlled XY table 25 is provided, which allows the gear unit to be aligned in the X or Y direction in the horizontal plane during the working process.
  • the drive part 16 together with the gear unit 14 is mounted on a guide unit 24
  • the guide unit 24 allows the gear unit in a horizontal
  • a carrying unit 26 designed as a cross member is provided, on which there are between two machine plungers 28 and 30.
  • the machine plunger 30 can now be moved back and forth along the cross member 26 with a correspondingly controlled drive
  • the workpiece 12 is suitably positioned in a defined starting position in relation to the toothing unit 14. During the machining process, guide units 24 and
  • the necessary relative movements between the gear unit 14 and the workpiece 12 can be carried out partially or entirely by the machine table 10 and the guide unit 24, the machine ram 30. If a machine is equipped accordingly, the XY- Table 25 is eliminated
  • NC-controlled drives for machine tables are well known and are therefore not described in more detail.
  • the rotational movement and the movement of the toothing unit 14 are coordinated and controlled via a computer unit
  • the computer unit is not shown in the illustrations.
  • the control of a milling cutter with a computer unit is also known per se and is therefore not described in detail here
  • Gear unit conceivable The coordination of several gear units takes place via a computer unit
  • FIG. 2 shows an enlarged section of a toothing unit 14.
  • the shaft or finger cutter 18 is mounted.
  • the length of the bearing arms 20 and 22 of the U-shaped holder 23 is dependent on the depth with which the teeth are milled out.
  • the shaft or finger cutter 18 is brought into rotation by the drive 16 Between the drive 16 and the tool holder 23, the XY table 25 is used to control the movement of the
  • Tool holder 23 clearly visible A support 32 ensures that the U-shaped tool holder 23 assumes a stable position on the X-Y table 25 even during the work process
  • the toothing unit 14 is shown in a front view.
  • the very thin and narrow shaft or finger cutter 18 is mounted in the U-shaped tool holder 23.
  • the U-shaped tool holder 23 is detachably attached to the XY table 25, but it is also conceivable that the holder is firmly anchored, for example by welding or riveting
  • FIG. 4 and 5 show, by way of example, two different toothing profiles of a gearwheel.
  • FIG. 4 shows the contour of an internal toothing
  • FIG. 5 shows an external toothing of a gearwheel.
  • the contour of this profile is stored, for example, in a computer unit which controls the movement of the toothing unit or the workpiece according to this pattern but also templates are conceivable, according to which the profile is traversed

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Gear Processing (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verzahnung eines Werkstücks (12) nach einem vorgegebenen Profil. Die Vorrichtung enthält eine Verzahnungseinheit (14), bestehend aus einer Werkzeughalterung (23) und einem Verzahnungswerkzeug (18) für das zu verzahnende Werkstück (12), und Verstellmittel (10, 25, 30) zum Verstellen der Verzahnungseinheit (14) und der Werkstückhalterung (10) relativ zueinander, wobei ein Schaft- bzw. Fingerfräser als Verzahnungswerkzeug (18) vorgesehen ist, das sich im wesentlichen parallel zu einer tangentialen Ebene des Werkstücks erstreckt.

Description

Patentanmeldung
VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON VERZAHNUNGEN MITTELS SCHAFTODER F INGERFRÄSER
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verzahnung eines Werkstücks nach einem vorgegebenen Profil, enthaltend
(a) eine Werkstuckhalterung, an welchem das zu verzahnende Werkstuck fixierbar ist,
(b) eine Verzahnungseinheit, bestehend aus einer Werkzeughalterung und einem Verzahnungswerkzeug,
(c) Verstellmittel zum Verstellen der Verzahnungseinheit und der
Werkstuckhalterung relativ zueinander
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Verzahnungen an einem Werkstuck, bei welchem das zu verzahnende Werkstuck mit einer Werkstuckhalterung fixiert wird und die Verzahnung mittels einer Verzahnungseinheit hergestellt wird, wobei die Verzahnungseinheit und das Werkstuck relativ zueinander bewegt werden Zugrundeliegender Stand der Technik
Verzahnungen werden bei Ringen oder runden Körpern vorgenommen, um so beispielsweise Zahnräder herzustellen. Aber auch bei geradlinigen Werkstücken, wie die Antriebsschienen einer, Zahnradbahn, werden Maschinen und Verfahren zur Verzahnung, benötigt. Kleine Zahnräder, insbesondere bei Massenware, können durch Stanzen, Räumen oder spanloses Umformen hergestellt werden. Die Verfahren werden jeweils nach Genauigkeit und Belastungsanforderungen ausgewählt.
Für kleinere Stückzahlen und geringere Materialdicke werden auch Laserstrahl- oder Wasserstrahlschneidverfahren eingesetzt.
Bei großen Zahnrädern, die oft als spezielle Einzelanfertigungen oder in geringer Stückzahl - z.B. für Kräne oder Bagger - benötigt werden, kommen andere Verfahren zur Anwendung. Dazu sind immer Spezialmaschinen notwendig, auf denen Werkzeuge zum Einsatz kommen, deren Geometrie jeweils dem Modul und der Zähnezahl der gewünschten Verzahnung angepaßt sein muß.
Mehrere unterschiedliche Verfahren zur Herstellung von Verzahnungen an Ringen sind bekannt. Dabei handelt es sich im wesentlichen um spanende Verfahren wie das Wälzstoßen, das Abwälzfräsen oder das Schlagzahnfräsen.
Alle diese Verfahren erlauben in bestimmten Modul- und Durchmesserbereichen das Herstellen sowohl von Innen- als auch Außen Verzahnungen. Allerdings ist beim Wechsel von Außen- auf Innenverzahnung oder umgekehrt häufig ein erheblicher Umrüstaufwand an den Maschinen erforderlich.
Beim Schlagzahnfräsen oder beim Einsatz eines Scheibenfrasers mit Wendeschneidplatten wird zu einem bestimmten Zeitpunkt jeweils immer nur eine einzelne Zahnkontur bearbeitet Ein scheibenförmiger Fräsgrundkörper ist mit einer Anzahl, gehärteter und radial nach außen gerichteter Werkzeuge bestuckt Beim Schlagzahnfrasen haben die Schlagzahnmesser genau die Kontur der herzustellenden Zahnlücke
Moderne Fräskorper sind mit Wendeschneidplatten bestuckt Durch entsprechende Anordnung auf den Umfang, des Fräsers bilden hier jeweils mehrere Platten die Kontur einer Zahnlücke ab
Wahrend des Arbeitsvorganges dreht sich der Scheibenfraser um seine bei Geradverzahnung horizontale, bei Schragverzahnung entsprechend geneigte Achse
Das zu verzahnende Werkstuck ist in einer definierten Lage auf einen drehbaren Maschinentisch aufgespannt Der rotierende Fräser wird radial an die Stirnflache des Werkstuckes herangefahren Durch weiteres Zustellen fräsen die Messer die gewünschte Kontur aus dem Material heraus Danach wird der Fräser aus der Zahnlücke herausgefahren, das Werkstuck um genau eine Zahnteilung weitergedreht und der
Bearbeitungsvorgang erneut durchgeführt
Die einzelne Zahnlücke kann statt mit einem Scheibenfraser auch mit einem entsprechend geformten rotierenden Fingerfraser erzeugt werden, der sich mit Vorschubgeschwindigkeit in Achsrichtung des Werkstuckes bewegt Der Fingerfraser ist hierbei im wesenlichen senkrecht zu der Rotationsachse angeordnet, um die die relative Bewegung von Werkzeug zu Werkstuck erfolgt
Diese Verfahren bezeichnet man als Formfrasen im Einzelteilverfahren
Ein weiteres Verfahren ist das Walzfrasen Das Werkzeug, der Walzfraser, ist eine Schnecke mit achsparallelen oder senkrecht zur Schneckensteigung verlaufenden Nuten Durch diese Konstruktion ergeben sich am Umfang des Fräsers eine größere Anzahl von Schneidzahnen, die entsprechend der Schneckensteigung gegeneinander versetzt sind Große und Geometrie der Zahne müssen wiederum gemäß dem allgemeinen
Verzahnungsgesetz der herzustellenden Zahnkontur angepaßt sein Beim Walzfrasen muß die Rotation des Fräsers um eine vorwiegend waagerechte Achse und die Drehung des Werkstuck es um eine senkrechte Achse exakt aufeinander abgestimmt sein, denn wahrend des Bearbeitungsvorganges dreht sich das Werkstuck kontinuierlich am im Eingriff befindlichen Fräser vorbei Durch diesen Abwalzvorgang erzeugt eine einzelne Schneide des Fräsers nur einen Teil der angestrebten Zahnflanke
Erst die Gesamtheit der Schneiden erzeugen die komplette Zahnflankenkontur
Beim Walzstoßen kommt ein Schneidrad zum Einsatz Werkstuck und Werkzeug drehen sich wahrend der Bearbeitung jeweils um senkrechte Achsen Durch zusatzliche Hubbewegungen des Schneidrades wird der Zerspanungsvorgang erzeugt
Insbesondere zur Erzeugung hoher Oberflachenguten und hoher Genauigkeiten sind verschiedene Varianten des Zahnradschleifens bekannt
Raumverfahren sind der Massenfertigung vorbehalten, da mit einem Werkzeug nur jeweils eine in allen Abmessungen festgelegte Werkstuckkontur hergestellt werden kann
Alle genannten Verfahren erfordern einen hohen Aufwand bei der Werkzeugbereitstellung, denn das Werkzeugprofil wird an dem Ring abgebildet, d h für jede individuelle Form der gewünschten Verzahnung ist ein individuelles Werkzeug erforderlich, welche diese individuellen Formen besitzen Es müssen daher für die verschiedenen Module und Profilverschiebungen, sowie für Zahnezahlfamüien spezielle Werkzeuge zur Verfugung stehen Die Vorbereitungszeiten sind oft lang und der Logistikaufwand hoch, insbesondere, weil die Fräser einem hohen Verschleiß unterliegen und daher wahrend der Bearbeitung eines Werkstuckes häufig gewechselt und nachgeschliffen werden müssen
Das führt zu langen Durchlaufzelten der Fertigungsauftrage Für jede Art der Verzahnung ist nam ch ein spezielles Fraswerkzeug erforderlich Diese werden zur Zeit eigens dafür hergestellt Die Produktionszeiten von den fertigen Zahnradern werden damit immens verlängert
Ein weiterer Nachteil bei den bekannten Verzahnungsverfahren ist, daß für die Herstellung größerer Zahnrader entsprechend groß dimensionierte SpezialWerkzeugmaschinen benötigt werden, die zur Beherrschung der mechanischen Belastungen, insbesondere bei unterbrochenen Schnitten, außerdem sehr stabil ausgeführt sein müssen. Derartige Maschinen erfordern hohe Investitionen.
Es sind auch Fräsmaschinen für die unterschiedlichsten Aufgaben im spanenden Bereich von Metall, Kunststoff, Holz etc. bekannt. Jedoch eignen sich solche Maschinen nicht für die Herstellung von großen Zahnrädern. Weiterhin sind Bandsägen für verschiedenste Materialien hinlänglich bekannt. Bei den Bandsägen stellt sich jedoch bei solchen Präzisionsarbeiten das Problem der Genauigkeit. Durch die flexiblen Bänder läßt sich keine ausreichende Präzision des Heraussägens erreichen.
Es ist weiterhin bekannt, große Bearbeitungsmaschinen wie z.B. Senkrechtbohrmaschinen durch multifunktionale Bearbeitungseinheiten in ihrer Anwendungsbreite flexibler und wirtschaftlicher zu gestalten. Insbesondere für Spezialaufgaben können derartige Bearbeitungseinheiten den Anwendungsfällen angepaßt werden und bei relativ geringen
Investitionen sehr wirtschaftlich arbeiten. Dabei können bestimmte Eigenschaften der bereits vorhandenen Bearbeitungsmaschine mit genutzt werden.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Norrichtung bzw. ein Verfahren der eingangs genannten Art zu entwickeln, um Werkstücke beliebiger Größe und Form zu verzahnen, die die genannten Nachteile der bekannten Verfahren und Vorrichtungen verbessert.
Erfindungsgemaß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Verzahnung eines Werkstücks nach einem vorgegebenen Profil ein
(d) Schaft- bzw Fingerfräser als Verzahnungswerkzeug in der
Werkzeughalterung vorgesehen ist, so daß der Schaft- bzw Fingerfraser sich im wesentlichen parallel zu einer tangentialen Ebene des Werkstücks erstreckt Weiterhin wird die Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Art durch
(a) Vorsehen eines Schaft- bzw. Fingerfräsers als Verzahnungswerkzeug für die
Verzahnungseinheit, so daß sich das Verzahnungswerkzeug im wesentlichen parallel zu einer tangentialen Ebene des Werkstücks erstreckt,
(b) Bewegen der Verzahnungseinheit und des Werkstücks so relativ zueinander, daß das Verzahnungswerkzeug die Kontur der vorgesehenen Verzahnung folgt, wobei die Verzahnung in dem Werkstück ausgefräst wird, gelöst.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bisherige Verzahnungsmaschinen, insbesondere für Zahnräder, bei zu großen Werkstücken übermäßig groß werden. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem entsprechenden Verfahren können beliebige
Größen an Werkstücken verarbeitet werden. Dabei fährt die Fräse die Verzahnungskontur des Werkstückes ab. Die Verzahnung wird quasi "herausgesägt". Das erforderliche Zerspanungsvolumen für die Herstellung einer Zahnlücke wird damit gegenüber den Verfahren nach dem Stand der Technik erheblich verringert. Energiebedarf und Fertigungszeit werden ebenfalls reduziert Bei diesem Verfahren bzw bei dieser
Vorrichtung entfallen die Werkzeuge, die für jedes spezielle Verzahnungsprofil gefertigt werden müssen. Es reicht ein einziger Fräser für alle Verzahnungsprofile. Dadurch werden nicht nur die gesamten Herstellungskosten gesenkt, sondern auch Produktionszeit
Wenn die Werkstuckhalterung als verstellbarer Werkstucktisch ausgebildet ist, auf dem das Werkstück fixiert wird, kann das Werkstück relativ zu der Verzahnungseinheit bewegt werden Aber auch durch eine verstellbare Verzahnungseinheit laßt sich eine relative Bewegung zum Werkstuck erzeugen Sinnvollerweise muß eine zweidimensionale Bewegung relativ zwischen Werkstuck und Verzahnungseinheit erfolgen, um die zweidimensionale Kontur ausfrasen zu können Es ist daher auch möglich, daß die
Verzahnungseinheit eine Dimension in der Bewegung abdeckt und die andere Dimension durch das auf dem Werktisch fixierte Werkstuck vollzogen wird Wichtig ist, daß die Verzahnungseinheit wahrend des Verzahnungsvorgangs relativ zum Werkstuck verstellt wird
Um die Bewegung von Verzahnungseinheit und Werkstuck bzw Werktisch miteinander zu koordinieren, sind Steuerungsmittel zum Steuern der jeweiligen Verstellmittel vorgesehen Diese Steuerungsmittel steuern die Verstellmittel nach einem vorgegebenen Verzahnungsprofil Es sind vorteilhafterweise weitere Steuerungsmittel vorgesehen, die das Verzahnungswerkzeug derart steuern, daß das Verzahnen schrittweise erfolgt, um die Werkzeuge vor zu großer Beanspruchung mit dem einhergehenden Verschleiß zu schützen Diese schrittweise Vorgehensweise kann auch in Hüben vorgenommen werden
Es hat sich aus Gründen der Stabilität als vorteilhaft erwiesen, wenn der Schaft- bzw Fingerfraser in der Werkzeughalterung in zwei Punkten drehbar gelagert wird Am einfachsten wird diese Zweipunktelagerung dadurch erreicht, indem die Werkzeughalterung U-fόrmig ausgebildet ist
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist, wenn der Schaft- bzw Fingerfraser mit seinem Antrieb die Rotation des Fräsers herbeiführt Bei ringförmigen Werkstucken eignet sich besonders ein Werkstucktisch, der als Drehtisch ausgebildet ist Dieser Drehtisch wird mit dem Werkstuck über einen eigenen Antrieb um seine Achse gedreht
Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn die Verzahnungseinheit Bestandteil einer multifunktionalen Einrichtung ist, an der noch weitere Bearbeitungswerkzeuge vorgesehen sind Dadurch laßt sich das Werkstuck einfacher verarbeiten, ohne es von Maschine zu Maschine transportieren zu müssen Dabei spart diese Anordnung durch ihre Vielzahl von
Einsatzmoghchkeiten einigen Platz
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus dem Gegenstand dei Unteranspruche
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen naher erläutert Kurze Beschreibung der Zeichnungen
FigJ zeigt skizzenhaft im Schnitt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verzahnen von Werkstücken.
FigJ zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1, in dem im wesentlichen nur die Verzahnungseinheit zu sehen ist
FigJ zeigt eine Frontansicht einer erfindungsgemäßen Verzahnungseinheit.
Fig 4 zeigt einen Ausschnitt aus einem Profil einer Innenverzahnung eines
Zahnrades.
Fig 5 zeigt einen Ausschnitt aus einem Profil einer Außenverzahnung eines
Zahnrades.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
In Fig 1 ist mit 10 ein Maschinentisch bezeichnet, auf dem ein Werkstuck 12 gehaltert bzw fixiert ist. Der Maschinentisch 10 kann über einen nicht gezeigten Antrieb um eine Achse 11 in definierter Weise gedreht werden Das Werkstuck 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel vorzugsweise ein ringförmiger Korper, der zum Verzahnen vorgesehen ist Eine erfindungsgemaße Verzahnungseinheit 14 ist an einem Antriebsteil 16 angekuppelt Im Normalfall wird als Antriebsteil ein Elektromotor vorgesehen sein, wobei aber andere Antriebsarten auch denkbar sind Die Verzahnungseinheit 14 besteht aus einer Werkzeughalterung 23 und einem Verzahnungswerkzeug 18, das vorzugsweise von einem Schaft- oder Fingerfraser gebildet wird Dieser Schaft- oder Fingerfraser 18 ist aus
Gründen der Stabilität wahrend des Arbeitsvorgangs zwischen zwei Lagerarmen 20 und 22 einer U-formigen Werkzeughalterung 23 drehbar in Lagern gelagert Das Antriebsteil 16 übertragt seine Kraft auf den Schaft- oder Fingerfraser 18 über eine entsprechende Kupplung bzw Getriebe Bei größeren Ausführung erfolgt die Kraftübertragung zur schnellen Rotationsbewegung mittels Kardanwelle und bei kleineren mit flexiblen Wellen Welche Welle verwendet werden kann ist davon abhangig, welche Kräfte zu erwarten sind Für die Bewegung der Verzahnungseinheit 14 ist ein NC-gesteuerter X-Y-Tisch 25 vorgesehen, welches eine Ausrichtung der Verzahnungseinheit in X- bzw Y-Richtung in horizontaler Ebene wahrend des Arbeitsvorgangs erlaubt Das Antriebsteil 16 ist mitsamt der Verzahnungseinheit 14 an einer Führungseinheit 24 montiert
Die Fuhrungseinheit 24 gestattet es, die Verzahnungseinheit in einer horizontalen
Richtung zu bewegen, um die Bearbeitungsmaschine an die Große des Werkstucks 12 anzupassen Dazu ist eine als Querträger ausgebildete Trageeineit 26 vorgesehen, an der zwischen zwei Maschinenstoßel 28 und 30 sind An dem einen Maschinenstoßel 30 der Fuhrungseinheit 24 ist das Antriebsteil 16 und damit auch die Verzahnungseinheit 14 befestigt Das Maschinenstoßel 30 kann nun entlang des Querträgers 26 mit einem entsprechend gesteuerten Antrieb hin und her bewegt werden
Erfolgt die Bearbeitung auf konventionellen Maschinen, so wird das Werkstuck 12 in geeigneter Weise in eine definierte Ausgangsposition gegenüber der Verzahnungseinheit 14 positioniert Wahrend des Bearbeitungsvorgangs stehen Fuhrungseinheit 24 und
Werkstuck 12 still Alle notwendigen Bewegungen werden von dem X-Y-Tisch 25 ausgeführt
Je nach Ausstattung der Bearbeitungsmaschine mit NC-Steuerung können die notwendigen Relativbewegungen zwischen Verzahnungseinheit 14 und Werkstuck 12 teilweise oder ganz auch vom Maschinentisch 10 und der Fuhrungseinheit 24, dem Maschinenstoßel 30 ausgeführt werden Ist eine Maschine entsprechend ausgerüstet,, kann u U sogar der X-Y-Tisch 25 entfallen
Solche NC-gesteuerte Antriebe für Maschinentische sind hinlänglich bekannt und daher nicht naher beschrieben Die Rotationsbewegung und die Bewegung der Verzahnungseinheit 14 werden über eine Rechnereinheit koordiniert und gesteuert Die Rechnereinheit ist aus Gründen der Übersichtlichkeit in den Darstellungen nicht gezeigt Der Steuerung eines Fräsers mit einer Rechnereinheit ist an sich ebenfalls bekannt und daher hier nicht im einzelnen beschrieben
Um den Verzahnungsvorgang zu beschleunigen sind auch mehr als eine
Verzahnungseinheit denkbar Die Koordination mehrerer Verzahnungseinheiten erfolgt über eine Rechnereinheit
Fig 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt einer Verzahnungseinheites 14 Gleiche Bestandteile haben dementsprechend gleiche Bezugszeichen, wie Fig 1 Zwischen den
Lagerarmen 20 und 22 der U-formigen Werkzeughalterung 23 ist der Schaft- bzw Fingerfraser 18 gelagert Die Lange der Lagerarme 20 und 22 der U-förmigen Halterung 23 sind von der Tiefe abhangig, mit der die Zahne ausgefrast werden Der Schaft- bzw Fingerfraser 18 wird durch den Antrieb 16 in Rotation gebracht Zwischen dem Antrieb 16 und Werkzeughalterung 23 wird der X-Y-Tisch 25 zur Bewegungssteuerung der
Werkzeughalterung 23 gut sichtbar Eine Stutze 32 sorgt dafür, daß die U-förmige Werkzeughalterung 23 auch wahrend des Arbeitsvorganges eine stabile Lage an dem X- Y-Tisch 25 einnimmt
In Fig 3 wird allein die Verzahnungseinheit 14 in Frontansicht gezeigt Der sehr dünn und schmal ausgebildete Schaft- bzw Fingerfraser 18 ist in der U-formigen Werkzeughalterung 23 gelagert Die U-formige Werkzeughalterung 23 ist losbar an dem X-Y-Tisch 25 befestigt Es ist aber auch denkbar, daß die Halterung fest, z B durch Verschweißen oder Vernieten, verankert ist
Fig 4 und 5 zeigen beispielhaft zwei verschiedene Verzahnungsprofile eines Zahnrades Fig 4 stellt die Kontur einer Innenverzahnung und Fig 5 einer Außenverzahnung eines Zahnrades dar Die Kontur dieses Profiles wird beispielsweise in einer Rechnereinheit gespeichert, die nach diesem Muster die Bewegung der Verzahnungseinheit bzw des Werkstuckes steuert Es sind aber auch Schablonen vorstellbar, nach denen das Profil abgefahren wird

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Verzahnung eines Werkstücks (12) nach einem vorgegebenen Profil, enthaltend
(a) eine Werkstuckhalterung (10), an welchem das zu verzahnende Werkstück
(12) fixierbar ist,
(b) eine Verzahnungseinheit (14), bestehend aus einer Werkzeughalterung (23) und einem Verzahnungswerkzeug (18),
(c) Verstellmittel (10, 25, 30) zum Verstellen der Verzahnungseinheit (14) und des Werkstücks (12) relativ zueinander,
dadurch gekennzeichnet, daß
(d) Schaft- bzw Fingerfräser als Verzahnungswerkzeug (18) in der Werkzeughalterung (23) vorgesehen ist, so daß der Schaft- bzw. Fingerfräser (18) sich im wesentlichen parallel zu einer tangentialen Ebene des Werkstücks erstreckt
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Werkstuckhalterung als verstellbarer Werkstucktisch (10) ausgebildet ist. auf dem das Werkstuck (12) fixiert wird
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine verstellbare Verzahnungseinheit (14) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Steuerungsmittel zum Steuern der jeweiligen Verstellmittel (10, 25, 30)
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungsmittel die Verstellmittel (10, 25, 30) nach einem vorgegebenen Verzahnungsprofil steuern
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeughalterung (23) den Schaft- bzw Fingerfraser (18) in zwei Punkten drehbar lagert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeughalterung (23) U-fbrmig ausgebildet ist
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß
Antriebsmittel (16) vorgesehen sind zum Antreiben des Schaft- bzw Fingerfrasers (18)
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstucktisch als Drehtisch (10) ausgebildet ist
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrrichtung für Scheiben- oder ringförmige Werkstucke ausgebildet ist
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung Bestandteil einer multifünktionalen Einrichtung (24) ist
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß
Steuerungsmittel zum schrittweisen Fräsen mit dem Verzahnungswerkzeug (18) vorgesehen sind Verfahren zur Herstellung von Verzahnungen an einem Werkstuck (12), bei welchem das zu verzahnende Werkstuck (12) mit einer Werkstuckhalterung (10) fixiert wird und die Verzahnung mittels einer Verzahnungseinheit (14) hergestellt wird, wobei die Verzahnungseinheit (14) und das Werkstuck (12) relativ zueinander bewegt werden, gekennzeichnet durch
(a) Vorsehen eines Schaft- bzw. Fingerfrasers (18) als Verzahnungswerkzeug (18) für die Verzahnungseinheit, so daß sich das Verzahnungswerkzeug (18) im wesentlichen parallel zu einer tangentialen Ebene des Werkstucks erstreckt,
(b) Bewegen der Verzahnungseinheit (14) und des Werkstucks (12) so relativ zueinander, daß das Verzahnungswerkzeug (18) die Kontur der vorgesehenen Verzahnung folgt, wobei die Verzahnung in dem Werkstuck (12) ausgefrast wird
Verfahren zur Herstellung von Verzahnungen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung von der Verzahnungseinheit (14) und Werkstuck (12) relativ zueinander mit Steuerungsmitteln gesteuert werden
Verfahren zur Herstellung von Verzahnungen nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungsmittel nach einem vorgegebenen Verzahnungsprofil die Bewegung von der Verzahnungseinheit (14) und Werkstuck (12) zueinander steuern
Verfahren zur Herstellung von Verzahnungen nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Scheiben- oder ringförmiger Korper als Werkstuck (12) auf einer als Drehtisch (10) ausgebildeten Werkstuckhalterung fixiert wird
17. Verfahren zur Herstellung von Verzahnungen nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnungseinheit (14) während des Verzahnungsvorgangs relativ zum Werkstück (12) verstellt wird.
18. Verfahren zur Herstellung von Verzahnungen nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das die Verzahnung schrittweise und in Hüben erfolgt.
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