Maschine zum Schleifen evolventenförmiger Zahnflanken von Zahnrädern mit gerader oder schräger Verzahnung nach dem Abwälzverfahren. Maschinen zum Schleifen evolventenför- miger Zahnflanken von Zahnrädern mit gerader oder schräger Verzahnung nach dem Abwälzverfahren sind bekannt. Zur Erläuterung der Erfindung sei auf zwei charakteristische bekannte Ausführungen hingewiesen.
Bei einer dieser Maschinen besitzen die Schleifscheiben eine breite, ebene, ringför mige Arbeitsfläche, die beispielsweise unter einem Winkel von 15 zur Zentralen an den Zahnflanken liegt. Während der Wälzbe- wegung des Zahnrades wandert nun die Berührungslinie von Zahnflanke und Ebene der Arbeitsfläche vom äussersten Rand der Scheibe gegen das Zentrum derselben zu entsprechend der Grösse des Anstellwinkels der Scheibe und der Zahnhöhe. Um ein einwandfreies Zahnprofil zu erhalten, ist es also notwendig, dass alle Teile der wirk samen Arbeitsfläche der Scheibe immer genau in einer Ebene liegen und gleich mässige Schneidgüte haben. Diese Bedin gungen sind um so schwieriger zu erfüllen, je grösser das zu schleifende Rad ist.
Die Maschinen der andern bekannten Bauart haben tellerförmige Schleifscheiben, deren äusserster schmaler Rand die wirk same Arbeitsfläche bildet. Naturgemäss liegt dieser kreisringförmige Rand immer in einer Ebene, und da das Werkstück relativ zum Werkzeug eine langsame Vor schubbewegung längs des Zahnes bei gleich- zeitigen Wälzbewegungen ausführt, kommt jeder Punkt der Zahnflanke mit dem rasch sich drehenden Scheibenrad in Berührung. Bei dieser Bauart können also Form und Schneidgüte der Arbeitsfläche das Zahn profil nicht beeinflussen. Nachteilig ist je doch der zur Bearbeitung der ganzen Zahn flanke unerlässliche langsame und grosse Längsvorschub.
Jede Arbeitsfläche nützt sich beim Schleifen und Abrichten ab. Ist die Ab nützung im Verlaufe der Bearbeitung eines Rades erheblich, so hat man dafür zu sorgen, dass die Arbeitsfläche stets in der ursprünglichen Ebene gehalten wird. Bei Maschinen mit tellerförmigen Schleifschei ben ist dies leicht möglich, es sind hiezu Vorrichtungen angeordnet, die mittels eines ebenen Diamanten den schmalen Scheiben rand abtasten und bei erfolgter Abnützung die Scheibe um deren Betrag vorschieben. Eine breite Arbeitsfläche hingegen lässt sich auf diese Weise nicht so leicht kon trollieren.
Gegenstand der Erfindung ist nun eine Maschine zum Schleifen evolventenförmiger Zahnflanken von Zahnrädern mit gerader oder schräger Verzahnung nach dem Ab- wälzverfahren, mit einer oder mehrerer Schleifscheiben mit ebener, schmaler, kreis ringförmiger Arbeitsfläche. Die Erfindung besteht darin, dass jede Schleifscheibe, in Abhängigkeit von der Wälzbewegung tau- gential zum Zahnprofil verschoben wird, derart, dass die Ebene ihrer Arbeitsfläche die Zahnflanke längs einer Linie berührt, die stets zwischen zwei parallelen Tangen ten an den äussern und innern Rand der kreisringförmigen Arbeitsfläche liegt.
Da durch berührt also die Schleifscheibe das Werkstück über die ganze Flanke bis zum Zahnkopf längs einer Linie. Es ist also nie eine Punktberührung vorhanden. Dies ermöglicht aber beim Schleifen von breiten Rädern einen raschen Längsvorschub in Zahnrichtung, während schmale Räder mit einer Scheibe von entsprechend grossem Durchmesser eventuell überhaupt ohne Vor schubbewegung bearbeitet werden können. Da sich ferner Form und Lage der schmalen Arbeitsfläche der Schleifscheibe leicht kon trollieren und konstant halten lassen, ergibt die Maschine bei grösserer Leistung eine hohe Genauigkeit und einen feinen Schliff.
Die Zeichnungen erläutern ein Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung. Es zeigen Fig. 1 eine Schleifscheibe im Schnitt und einen Zahn in verschiedenen Stellungen zur Schleifscheibe für den Fall, dass das Werkstück alle Wälzbewegungen allein ausführt, Fig. 2 dasselbe Bild unter der Annahme, dass die Schleifscheibe die Wälzbewegungen ausführt, Fig. 3 eine Zahnflanke und einen Teil einer Schleifscheibe sowie die gemeinsame Berührungslinie bei gerader Verzahnung, Fig. 4 dieselbe Ansicht für eine Schräg verzahnung, Fig. 5 eine Ansicht einer Zahnrad schleifmaschine im Aufriss.
Fig. 6 die Zahnradschleifmaschine von vorn gesehen mit der Schaltung der elek trischen Steuerung, Fig. 7 einen Teil der elektrischen Steuerung, Fig. 8 eine Teilansicht der Maschine.
In Fig. 1 ist 1 eine tellerförmige Schleifscheibe im Schnitt, die eine schmale, ebene, kreisförmige Arbeitsfläche 2 auf- weist. Diese Arbeitsfläche liegt in einer Ebene E, welche unter dem Anstellwinkel a das Profil des Zahnes 3 tangential berührt. Die Ebene E bildet eine Flanke eines ideellen Zahnstangenzahnes Z, mit dem das zu schleifende Zahnrad beim Abwälzen zu sammen kämmt. Die schmale Arbeitsfläche der Scheibe berührt die Zahnflanke, Fig. 3, auf einer Geraden L, die bei Geradverzah nung parallel zur Radachse liegt, bei Schrägverzahnung, Fig. 4, jedoch einen Teil einer Tangente an denn Grundkreiszylinder der Verzahnung bildet.
Bekanntlich wird eine evolventenförmige Zahnflanke einer Schrägverzahnung durch eine Gerade er zeugt, welche den Grundkreiszylinder unter einem Winkel zur Radachse tangiert und deshalb vom Zahnfuss zum Zahnkopf ver läuft. Die Ebene der Arbeitsfläche tangiert ihrerseits wieder diese Grundkreiszylinder tangente auf der Strecke L. Nach Fig. 1 führt das Zahnrad allein alle Wälzbewe- gungen aus, indem ein mit ihm verbundener Zylinder vom Durchmesser D an einer Geraden F abrollt.
Es wird nun, abhängig von der Wälzbewegung, die Schleifscheibe tangential zum Zahnprofil verschoben, und zwar derart, dass die Berührungslinie L der Ebene E der Arbeitsfläche der Schleif scheibe mit der Zahnflanke, Fig. 3 und 4, stets zwischen zwei parallelen Tangenten t1t, t2 an den äussern und innern Rand der kreisringförmigen Arbeitsfläche 2 liegt. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass hier der Verschiebungsweg v der Scheibe direkt proportional dem Wälzweg des Zahnrades ist, da die Berührungspunkte der Scheibe mit dem Zahnprofil in allen Stellungen a-c auf der Geraden G liegen, die mit der Wälzgeraden F den Winkel a bildet. Stel lung d zeigt die Scheibe ausserhalb der Ver zahnung, aber ebenfalls tangential zum ver längerten Zahnprofil.
In dieser Stellung er folgt nach vollendeter Bearbeitung einer Zahnflanke das Teilen, das. heisst die Dre hung des Rades um eine Zahnteilung, wobei die tangentiale Verschiebung der Scheibe so lange unterbrochen bleibt und nach beende- f ter Teilbewegung die tangentiale Verschie bung in Abhängigkeit von der Wälzbewe- gung wieder einsetzt. Führt die Schleif scheibe gemäss Fig. 2 die Wälzbewegungen aus, so ändert sich der Anstellwinkel a der Arbeitsfläche fortwährend zwischen den Werten a1 und a4. a2 ist ein Zwischenwert.
Die Verschiebung der Scheibe erfolgt je doch ebenfalls tangential zum Zahnprofil, derart, dass die Berührungslinie der Ebene der Arbeitsfläche mit der Zahnflanke stets zwischen die zwei parallelen Tangenten an den äussern und innern Rand der kreisring förmigen Arbeitsfläche liegt.
Die Fig. 5, 6 und 8 zeigen verschiedene Ansichten einer Zahnradschleifmaschine, bei der gemäss Fig. 1 das Werkstück allein die Wälzbewegungen ausführt. Auf dem Maschinenbett 4 bewegt sich in der Längs richtung der Maschine mittels einer (nicht gezeichneten) Schraubenspindel ein Schlit ten 5, der den Vorschub des Werkstückes in Zahnrichtung ausführt. Auf diesem Schlitten ist ein weiterer Schlitten 6 ge lagert, der sich quer zu ersterem bewegt, er bewirkt dadurch die Wälzbewegung. Schlitten 6 enthält das zu schleifende Zahnrad 3, die Teilscheibe 7 mit Teilbol zen 8 und die Wälzorgane, nämlich den Rollzylinder 9 mit den gespannten Stahl bändern 10, deren freie Enden an einem mit Schlitten 5 verschraubten Ständer 11 befestigt sind.
Die Schleifscheiben 1, ange trieben durch Motoren 13, sitzen auf Schlit ten 12, die zur Einstellung des Anstell winkels a der Scheiben mittels Schlitten 12a drehbar auf Schlitten 14 angeordnet sind, welche die horizontale Verschiebung zur Einstellung entsprechend dem Flanken abstand ermöglichen. Weitere Schlitten 15 dienen schliesslich zur vertikalen Einstel lung der Scheiben auf den Fusskreis des Rades.
Der Schlitten 6 wird hier durch einen Kulissenantrieb 16, 17 bewegt, dessen Kur belscheibe von einer Welle 18 gedreht wird. Wie an Hand der Fig. 1 erläutert wurde, erfolgt die tangentiale Verschiebung der Schleifscheiben in Abhängigkeit von der Wälzbewegung und proportional zu letz terer. Deshalb erhalten die Schlitten 12 ebenfalls einen Kulissenantrieb 19, 20 mit den Wellen 21, 22 bezw. 23, 24, welche direkt von der Kurbelscheibenwelle 18 ge dreht werden. In den Wellen 22, 24 sind zwei verstellbare Zahnkupplungen 25, 26 eingeschaltet, und zwar aus folgendem Grunde: Damit die Berührungslinie 1, Fig. 3 und 4, immer zwischen den Tangen ten t1, t2 liegt, ist es nötig, die Bewegun gen der Schlitten 6, 12 genau zu synchroni sieren, das heisst wenn in Fig. 6 Schlitten 6 z.
B. seine linke Endlage erreicht hat, so steht die linke Schleifscheibe ausserhalb des Zahnkopfes, Fig. 1, Stellung d. Das ist der Fall, wenn in diesem Moment der Schlitten 12 sich in seiner obern Endlage befindet. Diese Übereinstimmung wird mittels der Kupplung 25 einreguliert. Die beiden Schlit ten 12 bewegen sich also gegenläufig mit einer Verschiebung der Kurbelstellungen von 180 .
Wenn jede Scheibe eine Zahnflanke fertig geschliffen hat, so wird der Längs vorschub des Schlittens 5 automatisch unterbrochen, während die Wälzbewegung weitergeht, und es folgt der Teilvorgang. Zu diesem Zwecke wird der Teilbolzen 8 in bekannter, hier nicht näher zu erläutern der Weise, selbsttätig aus der Zahnlücke des Teilrades 7 gehoben und dieses um eine Zahnteilung gedreht. Dies ist aber erst möglich, wenn beide Schleifscheiben sich ausserhalb des Bereiches der Verzahnung befinden, was auf folgende Weise erreicht wird: Mit dem Schlitten 6 ist ein Anschlag 27 fest verbunden, und es sind je zwei elektrische Schalter 28, 29 bezw. 30, 31 derart angeordnet, dass im Verlaufe der Vorschubbewegung des Schlittens 5 und der Querbewegungen des Schlittens 6 der Anschlag 27 mit diesen in Berührung kommen muss.
In die Wellen 22, 24 sind ferner zwei Magnetkupplungen 33, 34 ein gebaut, die von einer Stromquelle 32 über Schütze 35, 36 gespeist werden. Die Steuerung der Schütze erfolgt durch die Schalter 28 bis 31. Wenn nun der Vorschubschlitten 5 seine für den Beginn des, Teilvorganges vorgesehene Endlage erreicht hat, so kommt nach Fig. 7 der Anschlag 27, sobald der Wälzschlitten z. B. in seine linke Endlage gelangt, mit dem Schalter 28 in Berührung und öffnet ihn.
Dadurch wird der Steuer stromkreis des: bisher geschlossenen Schützes 36 unterbrochen und somit auch die Spei sung der Magnetkupplung 34, der Kulis senantrieb der linken Schleifscheibe setzt aus und der Schlitten 12 steht in der obern Endlage still. Nach einer halben Umdre hung der Kurbel 16 geschieht dasselbe mit, dem Schalter 29 und der rechten Schleif scheibe.
Nach beendetem Teilvorgang setzt die Vorschubbewegung des Schlittens 5 automatisch in rückläufigem Sinne wieder ein, der Anschlag 27 verlässt den Bereich der Schalter 28, 29 und gerät gleich darauf in Berührung mit den Schaltern 30, 31, die, wiederum in den Endlagen des Schlit tens 6, nacheinander geschlossen werden. Damit werden aber auch die beiden Schütze 35, 36 eingeschaltet, und die Schlitten 12 nehmen -ihre Bewegung wieder auf.
Zum Ausgleich der Scheibenabnützung befindet sich an jedem Schlitten 12 eine Tast- und Nachstellvorrichtung 37 be kannter Bauart. Ein Fühlhebel 38 ist mit einem ebenen Diamanten versehen, der in bestimmten Zeitabständen die schmale Ar beitsfläche der Scheibe betastet und bei er folgter Abnützung diese entsprechend nach. stellt. Im Ausführungsbeispiel war für die Bewegung des. Wälzschlittens 6 und der Schleifscheibenschlitten 12 ein Kulissenan trieb vorgesehen. Ebenso gut kann aber jedes andere bekannte Antriebsmittel, wie Druckölantrieb, Schraubenspindel, Zahn stange oder eine Kurvenscheibe, verwendet werden.
Machine for grinding involute-shaped tooth flanks of gears with straight or angled teeth using the hobbing process. Machines for grinding involute-shaped tooth flanks of gears with straight or inclined toothing using the hobbing process are known. To explain the invention, reference is made to two characteristic, known designs.
In one of these machines, the grinding wheels have a wide, flat, ringför-shaped work surface that is, for example, at an angle of 15 to the center on the tooth flanks. During the rolling movement of the gear, the line of contact between the tooth flank and the plane of the working surface moves from the outermost edge of the disk towards the center of the disk, corresponding to the size of the angle of incidence of the disk and the tooth height. In order to obtain a perfect tooth profile, it is therefore necessary that all parts of the effective working surface of the disc always lie exactly in one plane and have uniform cutting quality. These conditions are all the more difficult to meet, the larger the wheel to be ground.
The machines of the other known type have plate-shaped grinding wheels, the outermost narrow edge of which forms the effective same work surface. Naturally, this circular edge always lies in one plane, and since the workpiece moves slowly forward along the tooth with simultaneous rolling movements relative to the tool, every point on the tooth flank comes into contact with the rapidly rotating disk wheel. With this design, the shape and cutting quality of the work surface cannot affect the tooth profile. The disadvantage, however, is the slow and large longitudinal feed which is indispensable for machining the entire tooth flank.
Every work surface wears out during grinding and dressing. If the wear and tear in the course of machining a wheel is considerable, it must be ensured that the work surface is always kept in the original plane. In machines with disc-shaped grinding discs, this is easily possible; for this purpose devices are arranged that scan the edge of the narrow disc by means of a flat diamond and, when worn, advance the disc by the amount thereof. A wide work surface, on the other hand, is not so easy to control in this way.
The subject matter of the invention is a machine for grinding involute-shaped tooth flanks of gears with straight or inclined toothing according to the hobbing process, with one or more grinding wheels with a flat, narrow, circular working surface. The invention consists in that each grinding wheel, depending on the rolling movement, is moved tau- gential to the tooth profile in such a way that the plane of its working surface touches the tooth flank along a line that is always between two parallel tangents on the outer and inner edge of the circular work surface.
As a result, the grinding wheel touches the workpiece over the entire flank up to the tooth tip along a line. So there is never any point contact. However, when grinding wide wheels, this enables rapid longitudinal feed in the tooth direction, while narrow wheels with a disk of a correspondingly large diameter can possibly be machined without any feed movement at all. Furthermore, since the shape and position of the narrow working surface of the grinding wheel can be easily checked and kept constant, the machine produces a high level of accuracy and a fine finish with greater performance.
The drawings explain an exemplary embodiment of the invention. 1 shows a grinding wheel in section and a tooth in different positions relative to the grinding wheel in the event that the workpiece performs all the rolling movements on its own, FIG. 2 shows the same picture assuming that the grinding wheel performs the rolling movements, FIG. 3 shows a tooth flank and a part of a grinding wheel and the common line of contact with straight teeth, Fig. 4 the same view for a helical toothing, Fig. 5 is a view of a gear grinding machine in elevation.
Fig. 6 the gear grinding machine seen from the front with the circuit of the electrical control, Fig. 7 a part of the electrical control, Fig. 8 is a partial view of the machine.
In FIG. 1, 1 is a plate-shaped grinding wheel in section, which has a narrow, flat, circular working surface 2. This working surface lies in a plane E, which touches the profile of the tooth 3 tangentially at the angle of attack a. The plane E forms a flank of an ideal rack tooth Z with which the gear to be ground meshes together when rolling. The narrow working surface of the disc touches the tooth flank, Fig. 3, on a straight line L, which is parallel to the wheel axis with Geradverzah voltage, with helical teeth, Fig. 4, but forms part of a tangent to the base circle cylinder of the toothing.
As is known, an involute tooth flank of a helical tooth system is generated by a straight line which is tangent to the base circle cylinder at an angle to the wheel axis and therefore runs ver from the tooth root to the tooth tip. The plane of the working surface is in turn tangent to this base circle cylinder on the distance L. According to FIG. 1, the gearwheel alone performs all rolling movements in that a cylinder of diameter D connected to it rolls on a straight line F.
Depending on the rolling movement, the grinding wheel is now shifted tangentially to the tooth profile, in such a way that the line of contact L of plane E of the working surface of the grinding wheel with the tooth flank, FIGS. 3 and 4, is always between two parallel tangents t1t, t2 is on the outer and inner edge of the circular work surface 2. From Fig. 1 it can be seen that the displacement path v of the disk is directly proportional to the rolling path of the gear, since the contact points of the disk with the tooth profile in all positions a-c lie on the straight line G, which forms the angle a with the rolling line F. Position d shows the disc outside of the toothing, but also tangential to the extended tooth profile.
In this position, after a tooth flank has been machined, the dividing takes place, that is, the rotation of the wheel by one tooth pitch, the tangential displacement of the disk being interrupted for as long and, after the partial movement, the tangential displacement depending on the Rolling motion starts again. If the grinding wheel performs the rolling movements according to FIG. 2, the setting angle α of the working surface changes continuously between the values a1 and a4. a2 is an intermediate value.
The shifting of the disk is however also tangential to the tooth profile, in such a way that the line of contact between the plane of the working surface and the tooth flank is always between the two parallel tangents on the outer and inner edge of the circular ring-shaped working surface.
5, 6 and 8 show different views of a gear grinding machine in which, according to FIG. 1, the workpiece alone carries out the rolling movements. On the machine bed 4 moves in the longitudinal direction of the machine by means of a screw spindle (not shown) a Schlit th 5, which carries out the feed of the workpiece in the tooth direction. On this slide, another slide 6 is ge superimposed, which moves transversely to the former, it thereby causes the rolling motion. Carriage 6 contains the gear to be ground 3, the partial disc 7 with Teilbol zen 8 and the rolling elements, namely the rolling cylinder 9 with the tensioned steel bands 10, the free ends of which are attached to a stand 11 screwed to the carriage 5.
The grinding wheels 1, driven by motors 13, sit on Schlit th 12, which are rotatably arranged to adjust the setting angle a of the disks by means of carriage 12a on carriage 14, which allow the horizontal displacement for setting according to the flank distance. Finally, further carriages 15 are used for vertical adjustment of the disks on the root circle of the wheel.
The carriage 6 is moved here by a link drive 16, 17, the cure belscheibe is rotated by a shaft 18. As explained with reference to FIG. 1, the tangential displacement of the grinding wheels takes place as a function of the rolling movement and proportionally to the latter. Therefore, the carriage 12 also receive a link drive 19, 20 with the shafts 21, 22 respectively. 23, 24, which are rotated directly from the crankshaft 18 ge. In the shafts 22, 24 two adjustable toothed clutches 25, 26 are switched on, for the following reason: So that the contact line 1, Fig. 3 and 4, always between the Tangen t1, t2, it is necessary to move the gene Sieren slide 6, 12 exactly to synchronize, that is, if in Fig. 6 slide 6 z.
B. has reached its left end position, the left grinding wheel is outside the tooth tip, Fig. 1, position d. This is the case if at this moment the slide 12 is in its upper end position. This correspondence is adjusted by means of the clutch 25. The two slides 12 move in opposite directions with a shift in the crank positions of 180.
When each disk has finished grinding a tooth flank, the longitudinal advance of the slide 5 is automatically interrupted while the rolling movement continues, and the dividing process follows. For this purpose, the partial bolt 8 is automatically lifted out of the tooth gap of the partial wheel 7 in a known manner, which will not be explained in more detail here, and this is rotated by one tooth pitch. But this is only possible when both grinding wheels are outside the area of the toothing, which is achieved in the following way: A stop 27 is firmly connected to the carriage 6, and two electrical switches 28, 29 respectively. 30, 31 arranged in such a way that in the course of the advancing movement of the carriage 5 and the transverse movements of the carriage 6, the stop 27 must come into contact with the latter.
In the shafts 22, 24 two magnetic couplings 33, 34 are also built a, which are fed from a power source 32 via contactors 35, 36. The contactors are controlled by the switches 28 to 31. If the feed slide 5 has now reached its end position provided for the beginning of the partial process, the stop 27 comes according to FIG. 7 as soon as the rolling slide z. B. reaches its left end position, with the switch 28 in contact and opens it.
As a result, the control circuit of the previously closed contactor 36 is interrupted and thus also the Spei solution of the magnetic coupling 34, the Kulis senantrieb of the left grinding wheel is suspended and the carriage 12 is in the upper end position. After half a turn of the crank 16 the same thing happens with the switch 29 and the right grinding wheel.
After the partial process has been completed, the feed movement of the slide 5 automatically starts in a reverse direction again, the stop 27 leaves the area of the switches 28, 29 and immediately comes into contact with the switches 30, 31, which are again in the end positions of the slide 6 to be closed one after the other. In this way, however, the two contactors 35, 36 are also switched on and the slides 12 resume their movement.
To compensate for the wear and tear of the discs, a sensing and adjusting device 37 of known type is located on each carriage 12. A feeler lever 38 is provided with a flat diamond that touches the narrow work surface of the disc at certain time intervals and when it is worn this afterwards accordingly. represents. In the exemplary embodiment, a Kulissenan drive was provided for the movement of the roller slide 6 and the grinding wheel slide 12. However, any other known drive means, such as pressure oil drive, screw spindle, toothed rod or a cam, can be used just as well.