Maschine zur Herstellung von Evolentenzahnrädern mittels des Abwälzverfahrens Die Erfindung betrifft eine Maschine zur Her- Stellung von Evolentenzahnrädern mittels des Ab- wälzverfahrens.
Mit einer solchen Maschine können auf bekannte Weise, wie z. B. durch Hobeln oder Schruppen, vor bearbeitete Zahnflanken auf das gewünschte Profil gebracht werden.
Um die ganze Zahnflanke eines Stirn- oder Schrägzahnradzahnes schleifen zu können und auch um den Arbeitsgang auf weiteren Zähnen des Werk stückes wiederholen zu können, müssen der Schleif scheibe und/oder dem Werkstück bestimmte ko ordinierte Bewegungen erteilet werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich die erfindungsgemässe Maschine aus durch einen kontinu- ierlich rotierenden Werkstücktisch und eine Schleif scheibe, die auf einer Spindel sitzt, welche auf einem Träger gehalten ist, der um einen Hauptdrehzapfen drehbar ist, wobei die Achse des Zapfens parallel zur Werkgtückachse und senkrecht zur Arbeitsfläche der Schleifscheibe und in der Ebene der Erzeugenden der Arbeitsfläche der Schleifscheibe] verläuft, durch einen den Hauptdlrehzapfen tragenden Schlitten,
welcher derart verschoben wird, dass der Hauptdreh zapfen während jedes Profilerzeugungsvorgangs im Bezugsabstand Ro + ao von der Werkstückachse gehalten wird, wobei Ro der Grundkreisradius und ao eine immer positive Konstante ist, deren Wert so gewählt ist, dass alle Teile des Erzeugungsmechanis mus mit Ausnahme der Arbeitsfläche der Schleif scheibe vollständig ausserhalb des, Kopfkreises des Zahnrades liegen, von der Werkstückachse jedoch während jedes Schafvorgangs. bis wenigstens zum Abstand:
Ro + ao + Zahntiefe zurückgezogen wird, und ferner durch Mittel zur zeitlichen Koordinierung der Winkelbewegungen des Werkstückes und des Spindelträgers sowie der geradlinigen Rückzug- bewegung des Schlittens, derart, dass von der Bezugs lage aufs währenddes, Profilerzeugungsvorgangs einer Zahnflanke eine Winkelbewegung -aErz. des Werk stücktisches von einer Winkelbewegung + ssErz. des Spindelträgers begleitet ist, welche die Bedingung aErz. = [(l + ao/Ro) - sin ssErz. -ssErz.] erfüllen, und dass vom Ende der Erzeugungsperiode an eine weitere Winkelbewegung des Werkstücktisches um - aSchalt.
von einer geradlinigen Bewegung des Hauptdreh zapfens bis zu einem Abstand Ro + so + Zahntiefe von der Werkstückachse weg, von einer Winkel bewegung - ssErz. des Spindelträgers und von einer geradlinigen Zustellbewegung des Schlittens in seine Ausgangslage im Abstand Ro + ao von der Werk stückachse begleitet ist, so dass die neue Bezugslage in bezug auf eine andere Zahnflanke um mindestens eine Teilung von der ersten Zahnflanke entfernt ist.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
In Fig. 1 sind die kinematischen Grundgesetze dargestellt, aus denen die mathematische Beziehung zwischen dem Evolventenwinkel p, dem Winkel der Werkstücktischdrehung a und dem Winkel der Werk- zeugspind!elträgerdrehung ss hervorgehen.
Wenn die Linie MP der Länge Ro + ao, wobei Ro der Grund kreisradius und ao eine immer positive Konstante ist, deren Wert so gewählt ist, d'ass alle Teile des Er zeugungsmechanismus mit Ausnahme der Arbeits- fläche der Schleifscheibe vollständig ausserhalb des Kopfkreises des Zahnrades liegen, um M um den Winkel - a gedreht wird, muss die Erzeugende Pg, welche bei P an der Linie MP angelenkt ist, um einen Winkel - ss in bezug auf<I>MP</I> gedreht werden,
damit sie die Tangente an eine aus dem Grundkreis vom- Radius Ro aus entwickelte Evolvente i bleibt, Wenn nun die Linie <I>MP</I> festgehalten wird und[ der Grundkreis zusammen mit der Evolvente, <I>i</I> um<I>M</I> um einen Winkel + a (im Gegenuhrzeigersinn) gedreht wird, muss die Erzeugende Pg auch wieder um einen Winkel -ss (im Uhrzeigersinn um P) gedreht werden, um den Tangentialkontakt zwischen der Evolvente i und der Erzeugenden Pg in Übereinstimmung mit der Basisgleichung a = [(1 + ao/Ro) - sin ss-ss] aufrecht zuerhalten.
Fig. 2 zeigt die Beziehung zwischen dem Evol- ventenwinkel p in Form von g Kopf und p Fuss, dem Zahneingriffswinkel y, der Zähnezahl N des zu schleifenden Zahnrades, dem Teilungswinkel y, dem Grundkreisradius Ro, dem Bezugsabstand Ro + ao, dem Winkel der Tischdrehung<I>a</I> Erz. + <I>a</I> Schalt. und dem Winkel der Spindelträgerdrehung ssErz. = ssKopf - ss Fuss.
In Fig. 2 und 3, wobei letztere eine Draufsicht einer Maschine zur Herstellung von Evolventenzahn- rädern mittels des Abwälzverfahrens zeigt, bezeich net 1 einen drehenden Spindelkopf mit einer Schleif scheibe 2, welche eine abgeflachte Kegelarbeitsfläche von 150 bis 179 spitzen Winkel aufweist, in einem Spindelträger 3 montiert ist und damit um einen Hauptdrehzapfen P drehbar ist, der normal zu und koplanar mit der Erzeugenden gg der Arbeitsfläche der Schleifscheibe und auch parallel zu der Achse M eines Werkstückes B ist.
Der Hauptdrehzapfen P ist in einem Hauptschlitten 4 gelagert, welcher in Füh rungen 51-52 auf einem Vorschubschlitten 6 gerad linig bewegbar ist. Dieser Vorschubschlitten 6 kann parallel zu der Werkstückachse entlang Führungen 71-7s auf einem Ständier 9 bewegt werden, um der Schleifscheibe 2 einen Vorschub entlang dem zu schleifenden Zahnrad: zu. erteilen.
Die Lage der Füh rungen 5l-52 in bezug auf das Werkstück ist eine solche, dass eine Bewegung des Hauptschlittens 4 bewirkt, dass der Hauptdrehzapfen P eine gerad linige Bahn, durchläuft, welche, wenn sie erzeugt wird', durch die Werkstückachse M bindürchgeht.
Die Anzahl der kompletten Betriebszyklen, welche vom. Schleifkopfmechanismus zur Umdrehung des Werkstückes ausgeführt werden, müssen Weich der Zähnezahl N des Werkstückes :sein.
Jeder Zyklus besteht aus zwei unterschiedlichen Stufen, d. h. Er zeugung, während welcher die eine Zahnflanke ge- schliffen wird, und Schalten, während! welchem der Sehleifkopfmechanismus die Schleifscheibe zuerst zurückzieht und dann in die Ursprungslage (Bezugs- lage) zurückbringt,
während das Werkstück uni einen Zahn weitergeschaltet wird.
Diese beiden Stufen folgen einander ohne Unter bruch, wie auch die kompletten Zyklen, und finden statt, während das Werkstück mit konstanter Dreh zahl in Abstimmung dazu dreht. Daraus folgt, dass die totale für den Schleifkopfzyklus verfügbare Zeit gleich
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der für eine Werkstückumdrehung erforder lichen Zeit ist, oder, in Tischdrehungs- und Teilungs winkel ausgedrückt, dass die Beziehung arm.
a schalt. = g gier spielen muss. Die Grundzüge der Betriebsweise der Maschine sollen nun beschrieben werden.
Wenn die relativen Stellungen der Schleifscheibe 2 und, des Werkstückes 8 in Fig. 2 als Bezugslage ge nommen werden, liegt die Hauptdrehachse P auf einer Radiuslinie durch die Achse M des Werk stückes 8 im Abstand- R0 + ao von dieser Achse M. Die Schleifscheibe 2 berührt die linke Flanke des Zahnes<I>A</I> an ihrem höchsten Punkt<I>T,</I> und der Hauptschlitten 4 ist stationär. Eine gleichzeitige Rotation des Werkstückes 8 um den Winkel - a Erz, und der Schleifscheibe 2 um den Winkel + ssErz. um eine Hauptachse P, so dass a Erz. = [(1 + ao/Ro) rin ss Erz. -ss Erz.], bewirkt, dass die Schleifscheibenerzeugende gg eine Evolvente i vom Grundreis mit Radius Ro aus be schreibt.
Sobald der Punkt der Berührung zwischen der Schleifscheibe und dem zu schleifenden Zahn den Fusspunkt R der Evolvente i überschritten hat (als Folge der gleichzeitigen Winkelbewegung -aErz. und l Erz.), beginnt -der Hauptschlitten 4 genügend weit nach aussen zu gehen, so dass die Schleifscheibe 2 ausserhalb des Kopfkreises. des Werkstückes liegt, wenn ihre Winkelbewegung um den Hauptdrehzapfen P zur Rückkehr in die ursprüngliche Bezugslage um gekehrt wird.
Diese Umkehrung der Winkelbewegung der Schleifscheibe 2, die Rückkehr des Hauptdreh zapfens P ('Lm kauptschlibtwen 4) in seine Ra + ao Bezugslage und der Wiederbeginn der erzeugenden Winkelbewegang + ssErz.
der Schleifscheibe .sind' so auf die Werkstückdrehung abgestimmt, dass sie bei Ankunft der linken Flanke des Zahnes B in die genau gleiche Stellung wie früher von der entsprechenden Flanke des nun um den Teilungswinkel y entfernten Zahnes A eingenommen worden ist, beendet sind.
Ein Hauptmaschinenbett 10 (Fig. 3) bildet die Maschinenbasis. In diesem Bett ist ein Tisch 11 dreh bar gelagert, welcher ein Werkstück 8 trägt und mit einem Schneckenrad 12 versehen ist, in welches eine von einem Hauptmotor 16 über eine Welle 14 mit konstanter Drehzahl angetriebene Schnecke 13 greift. Das Bett 10 trägt auch eine Säule 9;
deren Abstand vom Tischzentrum M mittels einer Längsschraube 25 und einer Mutter 26 verstellt werden kann. Die Särge 9 trägt einen Vorschubschlitten 6,
welcher von einer aber ein Getriebe in einem Wechsel- kasIten 15 von der Welle 14 angetriebenen Schraube 20 entlang der Säule bewegt werden kann. Auf dem Vorsehubschlitten sind a) eine Nockenwelle 18,
welche einen Meisternocken 19 trägt und von der Welle 14 über Kegelräder 21 undeine Welle 17 über einem zweiten Satz von Wechselrädern im Wechselkasiven 15 angetrieben wird, b) der in den geraden Führungen 51-52 verschiebbare Haupt- schiftien 4 und c) eine hydraulisch betätigte Haupt- schfttenrückzugeinheit 22 befestigt,
welche den Haupeschffitten über eine Kolbenstange 27 in zeitfi- eher Abstimmung mit der Nockenwelle 188 betätigt.
Der Hauptschlitten 4 trägt den Spindelträger 3 - in welchem die Spindel 1 mit der Schleifscheibe 2 ge lagert ist - auf einem Drehzapfen P, um welchen die ganze Einheit 1, 2, 3 mittels eines Hebels 24 drehen kann, welcher starr mit dem Drehzapfen verbunden ist, und mittue eines Meisternockens 19 und eurer Rolle 23, welche arte freiem Ende des Hebels 24 sitzt,
hydraulisch betätigt wird.
Die Nockenwelle 18 muss mit N nach der Dreh zahl des Tisches 11 drehen, wenn N die Zähnezahl des Werkstückes 8 ist, und das Nockenprofil 19 muss auf der Basis dieses Geschwindigkeitsverhält nisses N und gemäss der Gleichung a = L(1 + ao/Roa) sin ss -ss] unter Berücksichtigung der Grösse der Winkel arm, a Schalt. und g hergestellt werden.
Um die Herstellung der Nocken 18 zu erleich tern, wird dien in Fig. 4 dargestellte Mechanismus auf einer Kurvenfräs- oder Schleifmaschine verwendet. Der Mechanismus erzeugt die Basisfunktion a = (1 + ao/Ro) stein, ss - ss in einer Form, welche für solche Verwendungs zwecke sehr geeignet ist, indem beide Eingänge a und ss als Wellendrehungen in bezog auf einen gemein samen, festen Rahmen erzeugt werden.
In seiner einfachsten Form ist dieser in Funktion erzeugende Mechanismus auf einem festen Rahmen 1 aufgebaut und umfasst einen mittels eures Dreh zapfens 2 mit dem Rahmen 1 drehbar verbundenen Hebel 3, eine runde Scheibe 18 vom Einheitsradius, welcher durch einen Drehzapfen 19 drehbar am Rahmen 1 befestigt ist, .einen im Rahmen 1 beweglich montierten Rahmen, welcher parallel dazu in Füh rungen 71 und 72 bewegbar ist,
eine zweite runde Scheibe 11 von Einheitsradius, welche mittels eines Drehzapfens 12 auf einem beweglichen Rahmen 7 drehbar befestigt ist, einen mit der runden Scheibe 11 aus einem Stück bestehenden Hebel! 13, dessen an deres.
Ende mittels eines Drehzapfens 4 drehbar mit einem Hebel 3 verbunden ist, so dass die- Länge 12,4 = 2,4 = i/2 (1 + ao/Ro) wird, einen Gleit- block 6, welcher in eine senkrechte Nute im be weglichen Rahmen 7 eingreift und drehbar mittels eines Drehzapfens 5 am freien Ende des Hebels 3 befestigt ist, welcher Drehzapfen 5 vom Drehzapfen 2 einen Abstand (1 + ao/Ro) hat, und eine gleitbare gerade Kante 8,
welche in einer Bahn parallel zu derjenigen des Rahmens 7 in bezog auf den festen Rahmen 1 mittels einer Führung 15 auf dem Rah men 1 und einer Führung 14 auf dem Rahmen 7 bewegbar und in. einer Nullschlupfantriebsverbindung mit den Nocken 18 und 19 auf gegenüberliegenden Seilten dieser Scheiben mittels zweier Paare von vor- gespannten Stahlbändern. 16/l7 bzw. 9/10 steht.
Die Wirkungsweise des Mechanismus wird am besten verstanden, wenn der Winkel ss als Eingang und Winkel a als Ausgang verwendet wird und nicht in der umgekehrten Reihenfolge, wie bei dien :nor malen Verwendung, wo a = Eingang und ss = Aus- gang ist. Eine Drehung des Hebels 3 im Uhrzeiger sinn um -ss bewegt den Rahmen 7 um den Betrag (1 + ao/Ro) sin ss nach rechts.
Infolge der Gleichheit 2,4 = 4,12 wird die runde Scheibe 11 gleichzeitig um +ss in bezug auf den Rahmen 7 gedreht und be wirkt mittels der, Stahlbänder 9 und 10, dass die geraden Kanten 8 in bezog auf den Rahmen 7 um den Betrag arc ss nach links bewegt werden. Die Absolutbewegung der geraden Kante 8 in bezog auf en festem Rahmen 1 wird dann (1 +ao/Ro) - sin ss - arc ss, und gleich zu arc a in a Grad oder Wellendrehung wird von dem Stahlbandantrieb 16/17 zwischen der geraden Kante 8 und runden Scheibe 18 von Ein heitsradius ausgeführt.
Im allgemeinen kann natürlich statt der Nok- ken 18 irgendein Hebelmechanismus, Hebel plus Kurvenmechanismus oder Hebel plus Roll-Kurven- mechanismus verwendet werden, vorausgesetzt, dass er die erforderliche Beziehung zwischen aErz., ssErz., aSchalt. und y mit genügender Genauigkeit wiedergibt und genrügend einfach auf verschiedene Werkstück grössen eingestellt werden kann.
Eine Anordnung gemäss Fig. 5 kann, für eine kontinuierlich schaltende Zahnradformmaschine ver wendet, werden, besonders wenn. eine .solche Ma schine auch zum Schleifen innenverzahnter Stirn- oder Schrägzahnräder von ungefähr 38 cm Teilkreis durchmesser an aufwärts verwendet wird.
Diese Ausführungsform umfasst eine Schleif- scheitre 1, welche die Form einer Evolvente ig von einem Grundkreisradius ro hat, in Lagern 2 und 3 auf einem Träger 4 gelagert ist und um eine Achse m des Trägen 4 in Eingriff mit einem Werk stück 8 und in, zeitlicher Abstimmung mit der Dre hung des Werkstückes um seine Achse M dreht.
Diese Anordnung kann auch zusammen mit einer der Fig. 2 und, 3 ähnlichen Anordnung verwendet werden, wenn nur einer oder zwei Zähne über sprungen werden.
Die Schleifscheibenform und die Schleifscheiben lage in, bezog auf die Achse m dies Trägers 4 sind unter ständiger Kontrolle einer Abziehdiamanteinheit 5, 6, 7, 9, 10 und 11, welche auf dem Träger 4 montiert ist und von einem Rollenevolventenerzeuger mit einem Fusskreisradius ro betätigt wird.
Eine axiale Spindelbewegung dx von 0,0025 bis 0;005 mm - je nach der Scheibenabnutzung pro Zyklus - wenn die Schleifscheibe ausser Eingriff mit dem Werkstück ist, gefolgt von einem Schleifschei- benabziehzyklus, hält die Teilungs- und Profilgenauig keit dien Zähne aufrecht.