CH673796A5

CH673796A5 -

Info

Publication number: CH673796A5
Application number: CH3226/86A
Authority: CH
Inventors: Ingo Faulstich
Original assignee: Pfauter Hermann Gmbh Co
Priority date: 1985-09-17
Filing date: 1986-08-12
Publication date: 1990-04-12
Also published as: FR2587253B1; IT8621642A1; IT8621642A0; DE3533064A1; FR2587253A1; JPS6268220A; IT1197189B; US4865497A

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsge-mässe Verfahren und die gattungsgemässe Vorrichtung so auszubilden, dass eine hohe Verzahnungsqualität, eine hohe Oberflächengüte, ein hohes Zeitspanvolumen, geringe Bearbeitungskosten und ein geringer Instandhaltungsaufwand für das Werkzeug gewährleistet sind. Darüber hinaus sollen das Verfahren und die Vorrichtung auch zur Vorbearbeitung der Zahnräder, etwa zum 30 Schruppen im ungehärteten Zustand, und zur Schlichtbearbeitung gehärteter Zylinderräder in der Serienfertigung geeignet sein.

Diese Aufgabe wird beim gattungsgemässen Verfahren erfin-dungsgemäss mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspru-35 ches 1 und bei der gattungsgemässen Vorrichtung erfindungsge-mäss mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 9 gelöst.

Mit dem erfindungsgemässen Verfahren können durch Wälzschälen Zylinderräder in hoher Verzahnungsqualität hergestellt 40 werden. Die Relativbewegung zwischen dem Werkzeug und demWerkstück wird mit hoher Genauigkeit durchgeführt. Es wird ein Werkzeug eingesetzt, dessen Zähnezahl der Zähnezahl des Werkstückes angepasst ist, wie im folgenden noch ausführlich dargelegt wird. Abweichungen in der Relativbewegung 45 können minimiert oder korrigiert werden. Auf diese Weise ist es möglich, Zylinderräder im Wälzschälverfahren nicht nur mit einer hohen Verzahnungsgeschwindigkeit, sondern auch mit hoher Qualität herzustellen.

Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung lässt sich die 50 gewünschte hohe Fertigungsqualität einfach erreichen.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen darge- 55 stellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in Seitenansicht eine erfindungsgemässe Wälzschälmaschine, deren Schälkopf unter einem Winkel zur Werkstückachse geschwenkt ist;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Wälzschälmaschine gemäss Fig. 60 1, deren Schälkopf in eine horizontale Lage geschwenkt ist;

Fig. 3 ein Getriebeschema der Wälzschälmaschine;

Fig. 4 einen Teil einer zweiten Ausführungsform einer Wälzschälmaschine, bei der die Zusatzdrehung über ein Summiergetriebe eingeleitet wird; 65

Fig. 5 in schematischer Darstellung und in Seitenansicht den Antrieb der Werkstückspindel bei der Wälzschälmaschine gemäss Fig. 4;

Fig. 6 in schematischer Darstellung einen Teil einer dritten Ausführungsform einer Wälzschälmaschine, bei der die Relativbewegungen zwischen Werkzeugspindel und Werkstückspindel teilweise elektronisch verknüpft sind;

Fig. 7 im Axialschnitt eine Fehlerkompensationseinrichtung der Wälzschälmaschine;

Fig. 8 die Fehlerkompensationseinrichtung gemäss Fig. 7 in Ansicht.

Die Wälzschälmaschine hat ein Bett 1, auf dem ein Axialschlitten 2 in Z-Richtung verschiebbar ist. Er trägt einen Radialschlitten 3, der relativ zum Axialschlitten 2 in X-Richtung verschiebbar ist. Am Radialschlitten 3 ist ein Schälkopf 4 um eine Achse 5 schwenkbar angeordnet, der mit dem Radialschlitten in X-Richtung verschobe.n werden kann. Auf dem Bett 1 ist starr eine Werkstückspindeleinheit 6 befestigt. Der Schälkopf 4 und die Werkstückspindeleinheit 6 haben jeweils eine Spindel 7 und 8 zur Aufnahme eines Werkzeuges 9 bzw. eines Werkstückes 10. Auf dem Bett 1 befindet sich eine Werkzeugschärfeinrichtung 11, mit einem drehbaren Schärfelement 11', mit dem das Werkzeug 9 in der Wälzschälmaschine bei Bedarf geschält werden kann.

Während des Bearbeitens des Werkstückes 10 führen das Werkzeug 9 und das Werkstück 10 in bekannter Weise eine Grunddrehung aus. Sie drehen sich hierbei im umgekehrten Verhältnis ihrer jeweiligen Zähnezahl. Bei der Bearbeitung entsteht während einer Werkstückumdrehung ein schmales Band der endgültigen Werkstückverzahnung. Zur Ausbildung der Verzahnung am Werkstück 10 über die gesamte Breite ist eine Schraubbewegung erforderlich. Sie kommt dadurch zustande, dass der Axialschlitten 2 in Z-Richtung verschoben wird und gleichzeitig das Werkstück 10 eine Zusatzdrehimg ausführt. Die Achsen von Werkzeug 9 und Werkstück 10 sind während der Bearbeitung in bekannter Weise unter dem Winkel 2 zueinander geschwenkt.

Fig. 3 zeigt ein Getriebeschema zur Erzeugung der Grunddrehung und der Schraubbewegung. Das Werkzeug 9 sitzt drehfest auf der Werkzeugspindel 7. Sie ist über eine Zylinderradstufe 12 mit einer Zwischenwelle 12' antriebsverbunden, die über eine Kegelradstufe 13 mit einer Welle 5' verbunden ist, deren Achse 5 die Schwenkachse des Schälkopfes 4 bildet. Die Welle 5' ist Teil einer Teilwechselradstufe 14, die eine Eingangswelle 14' hat, die über eine Kegelradstufe 15 mit einer Zwischenwelle 15 ' antriebsverbunden ist. Sie ist über eine Zylinderradstufe 16 mit der Werkstückspindel 8 und damit mit dem Werkstück 10 antriebsverbunden. Die Eingangswelle 14' ist über einen Riementrieb 17 mit einem Antriebsmotor 17' verbunden. Von ihm aus werden über das beschriebene Getriebe das Werkzeug 9 und das Werkstück 10 um ihre jeweilige Achse rotierend angetrieben, wobei das Werkzeug und das Werkstück die Grunddrehung ausführen. Dieses beschriebene Getriebe bildet somit einen Getriebezug A zur Erzeugung der Grunddrehung zwischen dem Werkzeug 9 und dem Werkstück 10.

Zur Erzeugung der Schraubbewegung dient ein Schraubgetriebezug B. Er hat eine auf einer Spindel 19 sitzende Spindelmutter 18. Sie ist mit dem Axialschlitten 2 verbunden. Durch Drehen der Spindel 19 wird die Spindelmutter 18 und damit der Axialschlitten 2 in Z-Richtung verschoben. Die Spindel 19 ist über eine Kegelradstufe 20 mit einem Schraubwechselradge-triebe 21 verbunden. Es hat eine Eingangswelle 21 ', die über ein Schneckengetriebe 22 und eine Spindelmutter 23 mit einer Gewindespindel 25 antriebsverbundenist. Zur Axiallagerung des Schneckenrades 22', das fest mit der Spindelmutter 23 verbunden ist, ist ein Axiallager 24 vorgesehen.

Die Gewindespindel 25 trägt an einem Ende einen Kolben 26, der über ein Axiallager 27 in einer Schraubhülse 28 gelagert ist. Sie ist mit einer Schraubenführung 29 versehen, in die ein Mitnehmer 31 eines Zylinderrades 30 eingreift. Die Schraubhülse 28 ist drehfest mit der Werkstückspindel 8 verbunden und auf ihr axial verschiebbar. Für die drehfeste Verbindung kann

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beispielsweise ein Passfeder-Schiebesitz verwendet werden. Zum Antrieb des Schraubgetriebezuges B dient ein Motor 33, der über einen Riementrieb 32 mit der Eingangwelle 21 ' des Schraubwechselradgetriebes21 antriebsverbunden ist. Der Motor 33 treibt über den beschriebenen Getriebezug B die Spindelmutter 18 an, wodurch der mit der Spindelmutter verbundene Axialschlitten 2 in Z-Richtung verschoben wird.

Die Schraubbewegung besteht aus der Verschiebung des Axialschlittens 2 und der Zusatzdrehung der Werkstückspindel 8. Die Zusatzdrehung wird durch Axialverschieben des Kolbens 26 bzw. der Gewindespindel 25 erzeugt. Über das Axiallager 27 wird beim Axialverschieben des Kolbens 26 die Schraubhülse 28 axial verschoben und hierbei um ihre Achse gedreht. Diese Drehung kommt dadurch zustande, dass der Mitnehmer 31 des Zylinderrades 30 der Zylinderradstufe 16 in die Schraubenführung 29 der Schraubhülse 28 eingreift. Durch Drehen der Spindelmutter 23 wird die drehfest angeordnete Gewindespindel 25 mit dem Kolben 26 und damit die Schraubülse 28 axial verschoben. Infolge des Eingriffes des Mitnehmers 31 in die Schraubenführung 29 wird die Schraubhülse 28 um ihre Achse gedreht. Dabei wird die Werkstückspindel 8 mitgedreht, wodurch die Zusatzdrehung der Werkstückspindel erzeugt wird. Die Anpassung an die für das zu bearbeitende Werkstück erforderliche Zusatzdrehung erfolgt im Schraubwechselradgetriebe 21.

Da der Äxialschlitten 2 und der Radialschlitten 3 in Z- und in X-Richtung verschoben werden, sind für die Wellen 5' und 15' Schiebeführungen 34 und 35 vorgesehen.

Vorzugsweise ist der Getriebezug A zur Erzeugung der Grunddrehung zwischen dem Werkzeug 9 und dem Werkstück 10 so ausgebildet, dass möglichst viele Elemente dieses Getriebezuges mit gleicher Drehzahl laufen. Im Ausführungsbeispiel sind die Zylinderradstufen 12 und 16 und die Kegelradstufen 13 und 15 jeweils im Übersetzungsverhältnis 1:1 ausgebüdet. Innerhalb dieses Getriebezuges A treten also nur zwei Drehzahlen auf, nämlich die Drehzahl des Werkzeuges 9 und die Drehzahl des Werkstückes 10. Bei einer solchen Getriebeausbildung kompensieren sich die Übertragungsabweichungen der einzelnen Getriebestufen, die mit gleicher Drehzahl laufen, zum Teil selbst. In denjenigen Getriebebereichen, die jeweils gleich schnell laufen, können die Übertragungsabweichungen durch Korrekturglieder 36 und 37 minimiert werden. Das Korrekturglied 36 minimiert die Übertragimgsabweichungen sämtlicher Elemente zwischen dem Werkzeug 9 und dem Teilwechselrad auf der Welle 5'. Das andere Korrekturglied 37 erfasst die Elemente zwischen der Werkstückspindel 8 und der Teilwechselradwelle 14'. Solche Korrekturelemente sind an sich bekannt und können z.B. Doppelexzenterbuchsen sein, die zwischen dem Zahnrad und der Welle angeordnet werden und zusätzlich eine Möglichkeit zur winkelmässigen Einstellung des Korrekturbetrages zulassen. Die Übertragungsabweichungen haben etwa einen sinusförmigen Verlauf. Da innerhalb des Getriebezuges A nur zwei Drehzahlen auftreten, tritt eine optimale Kompensation dann auf, wenn dieser sinusförmige Verlauf der verschiedenen Getriebestufen einander entgegengerichtet verläuft. Mit den Korrekturgliedern 36,37 kann dieser gegensinnige Verlauf der Übertragungsabweichungen minimiert werden.

Wird der Schälkopf 4 um die Achse 5 geschwenkt, so ändert sich die Relativlage der beiden Kegelräder38,39 der Kegelradstufe 13. Damit ändert sich auch die gesamte Übertragungsabweichung der mit Werkzeugdrehfrequenz umlaufenden Elemente. Diese Veränderung der Übertragungsabweichung lässt sich durch eine modifizierte Einstellung des Korrekturgliedes 36 ausgleichen.

Solche Korrekturglieder können auch im Schraubgetriebezug B vorgesehen sein. Mit ihnen lassen sich die Amplitude und die Phasenlage der zur Korrektur erforderlichen Zusatzbewegung für den jeweiligen Getriebestrang einstellen.

Es ist natürlich auch möglich, vor jeder Bearbeitung in der Serienfertigung die Übertragungsabweichungen zwischen dem Werkzeug 9 bzw. der Werkzeugspindel 7 und dem Werkstück 10 bzw. der Werkstückspindel 8 zu messen und aufgrund des 5 Messergebnisses die Einstellung der Korrekturglieder 36 und 37 vorzunehmen. Dabei werden die Einflüsse der Wechselräder in der Teilwechselradstufe 14 ebenfalls erfasst und weitgehend ausgeglichen.

In den Fig. 7 und 8 ist eine Ausführungsform des Korrektur-10 gliedes 36 bzw. 37 dargestellt. Bei dieser Einrichtung besitzt die Welle 15' einen Wellenbund 52. Die Einrichtung selbst besteht aus der Exzenterbuchse 53, dem Zahnrad 54 mit aussermittiger Bohrung, Passfedern 55 und 56, Nuten 59 und 60 sowie dem Deckel 57 und der Schraube 58.

15 Die Wirkungsweise ist wie folgt:

Die Exzenterbuchse 53 ist über die Passfedern 56 und die Nuten 59 und 60 mit der Welle 15' verbunden. Sie besitzt eine äussere Aufhahmefläche, die aussermittig zur Bohrung angebracht worden ist. Auf dieser Aufnahmefläche wird das Zahnrad 20 54 mit aussermittiger Bohrung aufgenommen und über die Passfeder 55 winkelmässig positioniert. Durch Verdrehen des Zahnrades 54 relativ zur Exzenterbuchse 53 erhält man einen resultierenden Betrag der Aussermittigkeit der Verzahnung des 25 Rades 54 zur Welle 15'. Die Winkellage dieser resultierenden Aussermittigkeit lässt sich über eine winkelmässige Positionierung der Einheit, bestehend aus der Exzenterbuchse 53 und dem Zahnrad 54, relativ zur Welle 15' auf den gewünschten Wert einstellen. Der Deckel 57 und die Schraube 58 halten die Einheit zusammen.

Es ist allgemein bekannt, dass eine aussermittig laufende Verzahnung eine periodische Übertragungsabweichung mit der Drehfrequenz des Rades erzeugt. Gelingt es also, die Aussermittigkeit in der gewünschten Amplitude und Phasenlage zu einer entsprechenden Welle einzustellen, so hat man damit eine periodische Übertragungsabweichung in den Getriebezug eingebracht. Kennt man nun die Übertragungsabweichung mit Drehfrequenz dieser Welle aufgrund einer Vermessung dieses Getriebes, so kann man durch Einstellung eines definierten Betrages der resultierenden Aussermittigkeit und der Phasenlage dieser 40 Aussermittigkeit zur Welle eine gezielte Übertragungsabweichung in den Getriebezug einbringen, gegebenenfalls also eine vorhandene Übertragungsabweichung mit dieser Frequenz kompensieren.

Es ist auch möglich, das System zur Messung der Übertra-43 gungsabweichungen in die Maschine zu integrieren und die Einstellung der Korrekturglieder 36,37 automatisch vorzunehmen.

Es besteht ferner die Möglichkeit, korrigierend in den Schraubgetriebezug B einzugreifen. Da die Verschiebung der 50 Gewindespindel 25 zur Erzeugung der Zusatzdrehung von der Verschiebung des Axialschlittens 2 getrennt ist, kann über die Kräfte Fi und F2 (Fig. 3) die Gewindespindel 25 in Achsrichtung um einen bestimmten Betrag verschoben werden. Die Kraft F! wirktin Achsrichtung der Gewindespindel 25 auf die Axiallager 55 24 des Schneckengetriebes 22. Die Kraft F2 wirkt auf die Axiallager der (nicht dargestellten) Schnecke des Schneckengetriebes 22. Diese Kräfte bewirken über die Nachgiebigkeit der Axiallager 24 bzw. der (nicht dargestellten) Axiallager der Schnecke des Schneckengetriebes eine Verschiebung der Gewindespindel 25 in 60 Achsrichtung. Die Kräfte Fj bzw. F2 können z. B. hydraulisch unter Verwendung eines Servoventiles bzw. zweier Servoventile erzeugt werden. Die Ansteuersignale entsprechen den zu korrigierenden Abweichungen. Es ist möglich, die Signale über ein integriertes Messsystem on-line zu gewinnen. Es ist auch mög-65 lieh, die Messsignale zu speichern und das Servoventil so anzusteuern, dass die Phasenschiebung aufgrund des Systemfrequenzganges kompensiert wird. Durch Axialverschieben der Gewindespindel 25 wird in der beschriebenen Weise über die

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Schraubhülse 28 die Zusatzdrehung der Werkstückspindel 8 Die Übertragungsabweichungen zwischen Summiergetriebe erzeugt. 47 und Werkstückspindel 8 können über eine Verlagerung der

Der Getriebezug A zur Erzeugung der Grunddrehung zwi- Schnecke 49 in Richtung ihrer Achse, erzeugt über die Kraft F3 sehen dem Werkzeug 9 und dem Werkstück 10 ist so ausgelegt, (Fig. 5), kompensiert werden. Die Kraft F3 wirkt auf die Axialla-dass die Abweichungen möglichst vieler Übertragungselemente, 5 gerung 51 der Schnecke 49. Sie erzeugt aufgrund der Nachgiebig-wie Zahnräder, Zahnriemen, zumindest teilweise gegeneinander keit dieser Lagerung die gewünschte Korrekturbewegung, aufgehoben werden. Die verbleibenden Abweichungen können Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 6 wird die Schraubbe-durch die Korrekturglieder 36,37 gezielt weiter verringert wer- wegung nicht mehr mit rein mechanischen Mitteln realisiert. Es den, so dass die Übertragungsabweichungen minimal werden. erfolgt vielmehr eine elektronische Verknüpfung einzelner Der mechanische Getriebezug B zur Erzeugung der Schraubbe- io Bewegungskomponenten. Zu diesem Zweck enthält die wegung ist so ausgelegt, dass mit Ausnahme der Werkstückspin- Maschine einen Massstab 41, einen Abtastkopf 42, mit dem die del 8 bzw. der Werkzeugspindel 9 selbst keines der zur Erzeu- Axialschlittenposition erfasst wird, einen Regler 43, in dem die gung der Grunddrehung eingesetzten Elemente in seiner relati- Messsignale unter Berücksichtigung der gewünschten Überset-ven Winkellage beeinflusst wird, weil die Zusatzdrehung unmit- zung zwischen Axialschlittenverschiebung und Zusatzdrehung telbar an der Werkstückspindel 8 in den Getriebezug A eingelei- 15 angepasst werden, den Verstärker 44 und den Motor 45. Der tetwird. Es ist aber auch möglich, die Zusatzdrehung an anderer Motor 45 treibt die vorher schon erwähnte Welle 21' an. In dieser Stelle des Getriebezuges A einzuleiten. Dadurch ändert sich aber Ausführungsform erfolgt der Antrieb des Axialschlittens 2 über die Winkellage mehrerer Elemente des Getriebezuges A. In den Motor 40 und die Gewindespindel 19 mit Spindelmutter 18.

diesem Fall können die Übertragungsabweichungen durch ferti- Bei Einsatz der hier erläuterten elektronischen Verknüpfung der gungs-, steuerungs- und/oder regelungstechnische Massnahmen 2o Bewegungen lassen sich die Übertragungsabweichungen hinrei-hinreichend klein gehalten werden. chend klein halten.

Es ist auch möglich, den einen der beiden Getriebezüge A, B . ^er au^ c'e"1 ®ett angeordneten Werkzeug-Schärfein-oder auch beide Getriebezüge ganz oder teilweise durch elektro- richüing 11 kann das Werkzeug 9 bei entsprechender Abnutzung nische Verknüpfung der Bewegungen zu ersetzen. ^ einfacher Weise nachgeschärft werden.

. , . 25 Das Werkzeug 9 ist zur Erzeugung der hohen Verzahnungs-

Es ist ferner möglich, eine Kombination der mechanischen qualität genau ausgelegt, genau gefertigt und genau in der Getriebezüge A, B mit einer elektronischen Verknüpfung der Wälzschälmaschine aufgenommen. Das Werkzeug 9 besteht aus Bewegungen so zu kompensieren, dass die Übertragungsabwei- geeignetem Schneidstoff, z. B. aus Hartmetall. DieZähnezahl chungen zwischen einzelnen Elementen der Einrichtung gemes- (jes Werkzeuges 9 ist zur Minimierung des Einflusses der auch bei sen und eine entsprechende Korrekturbewegung der unkorn- 30 gjgsstem fertigungstechnischem Aufwand unvermeidbaren gierten Bewegung überlagert wird. Abweichungen des Werkzeuges und seiner Einspannung auf das

Geometrische Abweichungen des Werkzeuges 9 und/oder Arbeitsergebnis im Rahmen vorgegebener Grenzen so festge-Einspannabweichungen können durch die Überlagerung einer legt, dass sich im Falle z0 S Z2 das Übersetzungsverhältnis i = Zo/z2 entsprechenden Korrekturbewegung zwischen dem Werkzeug 9 und im Falle Zq < z2 der Kehrwert des Übersetzungsverhältnisses und dem Werkstück 10 zumindest zum Teil ausgeglichen werden. 35 i/i = ^/zq als ganzzahliger Wert oder als Verhältnis zweier

Mit der beschriebenen Wälzschälmaschine können Verzah- betragsmässig möglichst kleiner ganzer Zahlen ergibt.

nungen hoher Qualität im Wälzschälverfahren erzeugt werden. dieser Gleichung bedeutet Zq die Werkzeugzähnezahl und

Es ist möglich, dieses beschriebene Verfahren zur Schlichtbear- z2 die Werkstückzähnezahl.

beitung gehärteter Zylinderräder in der Serienfertigung einzuset- ^i* ^em so ausgebildeten Werkzeug 9 wird in einfacher Weise zen. Mit dem beschriebenen Verfahren können sehr hohe Ver- 40 die gewünschte hohe Verzahnungsqualität und Oberflächengüte zahnungsqualitäten bei hoher Oberflächengüte erzeugt werden. des Werkstückes 10 erzielt.

Das Zeitspannvolumen, die sogenannte Abtragsleistung, ist opti- Zum Wälzschälen von Zylinderrädern werden üblicherweise mal, und die Bearbeitungskosten können klein gehalten werden. werkstückgebundene Werkzeuge eingesetzt. Bei der Auslegung Der Instandhaltungsaufwand des Werkzeuges 9 ist Verhältnis- dieser Werkzeuge muss der Konstrukteur unter anderem die mässig gering. Mit dem Wälzschälverfahren können Werkstücke 45 gewünschte Werkstückgeometrie und den Arbeitsbereich der 10 bearbeitet werden, bei denen zwischen der Verzahnung und Maschine berücksichtigen (kleinster und grösster Werkzeug-einem Bund oder einer zweiten Verzahnung nur ein geringer durchmesser, kleinster und grösster Achsabstand, Schwenkwin-

Zwischenraum vorhanden ist. Das beschriebene Verfahren bie- kel sowie kleinste und grösste Drehzahlen der Arbeitsspindeln). tet auch die Möglichkeit, Innenverzahnungen zu bearbeiten. Werkzeuge für die Bearbeitung innenverzahnter Werkstücke

Schliesslich ist das Verfahren auch zur Vorbearbeitung der 50 müssen zur Vermeidung von Kollision eine Zäuhnezahl erhalten, Zahnräder geeignet, also zum Schruppen im ungehärteten Zu- die wesentlich kleiner als die Werkstückzähnezahl ist. Eine stand. weitere Einengung des für eine sinnvolle Werkzeugauslegung zur

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 4 und 5 wird die Verfügung stehenden Zähnezahlbereiches ergibt sich aus der

Zusatzdrehung der Werkstückspindel 8 über ein Summierge- Forderung nach einer Mindestzahnkopfstärke aus Stabilitätstriebe 47 eingeleitet. Das Korrekturglied 37 ist bei dieser Ausfüh- 55 gründen und einer Mindestzahnlückenweite aus fertigungstech-rungsform auf der Welle 14' angeordnet. Das Summiergetriebe nischen Gründen. Trotz dieser Einschränkungen verbleibt nor-47 befindet sich zwischen der Welle 14' und einer Schnecken- malerweise ein relativ grosser Bereich, innerhalb dessen der welle 48. Der Antrieb der Werkstückspindel 8 erfolgt in diesem Konstrukteur die Werkzeugzähnezahl festlegen kann.

Falle über die Schnecke 49 und das Schneckenrad 50. Die Die Verzahnungsabweichungen wälzgeschälter Werkstücke

Eingangswelle 21 ' ist über die Zylinderradstufe 46 mit dem so hängen unter anderem ab vom Übersetzungsverhältnis i = zjz, ; Summiergetriebe 47 antriebsverbunden. Die Grunddrehung zwi- es bedeuten Z0 Werkzeugzähnezahl, z2 Werkstückzähnezahl, sehen Werkzeugspindel 7 und Werkstückspindel 8 verläuft in Angaben darüber, wie diese Übersetzung und damit für einen diesem Fall über die Welle 14, die Kegelräder 61 des Differential- bestimmten Bearbeitungsfall die Werkzeugzähnezahl zur Erzeugetriebes bzw. Summiergetriebes 47, die Schneckenwelle 48 und gung VOn Werkstücken in hoher Qualität gewählt werden soll, das Schneckenrad 50 auf die Werkstückspindel 8. 65 sjnd nicht bekannt. Die in der Literatur gegebene Empfehlung,

Die Zusatzbewegung verläuft über die Welle 21 ', die Zylin- zur Sicherung der Qualität der Verzahnung für die Bearbeitung derradstufe 46 auf den Käfig 62 des Summiergetriebes 47 und von von Innenverzahnung Werkzeuge einzusetzen, deren Zähnezahl dort über die Kegelräder 61 auf die Schneckenwelle 48. nicht ganzzahlig in der Werkstückzähnezahl aufgeht, führt nicht

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zum gewünschten guten Arbeitsergebnis. Siehe hierzu z. B. Handbuch Verzahntechnik, Prof. F. Opitz, VEB Verlag Technik, Berlin 1981, S. 161. Aus diesem Sachverhalt ergibt sich die Aufgabe, die Zähnezahl eines werkstückgebundenen Schälrades so festzulegen, dass Werkstücke hoher Verzahnungsqualität erzeugt werden können.

Erfindungsgemäss wird dazu vorgeschlagen, innerhalb der oben skizzierten Grenzen die Werkzeugzähnezahl so festzulegen, dass sich im Falle Werkzeugzähnezahl grösser Werkstückzähnezahl für das Übersetzungsverhältnis i = Zo/z2 und im Falle Werkzeugzähnezahl kleiner Werkstückzähnezahl für den Kehrwert des Übersetzungsverhältnisses 1/i = z2/Zo ein ganzzahliger Wert oder das Verhältnis zweier betragsmässig möglichst kleiner ganzer Zahlen ergibt.

Zur Erläuterung seien die Verhältnisse bei Bearbeitung eines schrägverzahnten Werkstückes mit einem geradverzahnten Werkzeuges betrachtet. Beim Einsatz schrägverzahnter Werkzeuge ergeben sich ähnliche Verhältnisse.

Besitzt das Werkstück eine Zähnezahl z2 = 60, so sollte das Werkzeug erfindungsgemäss eine Zähnezahl z0 = 60 erhalten. In diesem Falle übertragen sich die Verzahnungsabweichungen des Werkzeuges wie folgt auf das Werkstück: die Teilungsgesamtabweichungen Fp2 des Werkstückes ist näherungsweise gleich der Teilungsgesamtabweichungen Fp0 des Werkzeuges, geteilt durch den Kosinus des Werkstück-Schrägungswinkels ß2:

p2

: / COS ß2

Die Profilgesamtabweichung F^ des Werkstückes ist näherungsweise gleich der Profilgesamtabweichung Fa0 des Werkzeuges, geteilt durch den Kosinus des Werkstück-Schrägungswinkels ßz=

Fo2 ~ Fa0 / cos ß2

Eine Flankenlinienabweichung Fß2 entsteht aufgrund von Verzahnungsabweichungen des Werkzeuges nicht:

F^ = 0

Entsprechen die Verzahnungsabweichungen des Schälrades z. B. im Modulbereich zwischen 2 mm und 3,55 mm sowie im Durchmesserbereich zwischen 125 mm und 280 mm bezüglich Fp0 und Fa0 der Qualität 4 nach DIN 3962 (d. h. Güteklasse A nach DIN 1829 Teil 2), so sind Fp und F^ zumindest in Qualität 5 zu erwarten.

Würde man nun die Werkzeug-Zähnezahl z0 von 60 auf 61 ändern, sowärei = z0:z2= 61:60, also das Verhältnis zweier grosser Zahlen, verglichen mit dem bisher betrachteten Verhältnis i = 1:1. Am Werkstück würde neben den vorstehend erwähnten Abweichungen eine Flankenlinien-Formabweichung fßß ~ Fpo / cos ß2

entstehen. Diese Abweichung ist der oben angeführten Profilabweichung bei entsprechend grossem Werkstück-Schrä-gungswinkel voll überlagert. Man würde damit am Werkstück eine Profil-Gesamtabweichung in Qualität 8 und eine Flankenlinien-Formabweichung ebenfalls in Qualität 8 erhalten. Unter idealen Voraussetzungen (Maschine und Werkstückaufspannung extrem steif und genau) würde das Werkstück bei einer Übersetzung i = 1 bezüglich fßß in Qualität 1 nach DIN3962 liegen.

Vergleicht man die Toleranz für die Flankenlinien-Formabweichung des Werkstückes mit den Toleranzen für die Teilungs-Gesamtabweichung des Werkstückes, so erkennt man, dass zur Erzeugung eines Werkstückes in Qualität 4 bezüglich fpf2 ein 5 Werkzeug in Qualität 1 bezüglich Fpo erforderlich wäre, falls das Werkzeug eine Zähnezahl z0 = 61 besitzt. Derartige Werkzeuge sind mit vertretbarem Aufwand zurzeit nicht herstellbar. Beim Einsatz von Werkzeugen, die der erfindungsgemässen Auslegung entsprechen, treten derartige Probleme nicht auf. io Lässt sich z. B. aufgrund der vorstehend erwähnten Grenzen für die Werkzeugzähnezahl i = 1 nicht verwirklichen, so sollte erfindungsgemäss i bzw. 1 :i als Verhältnis anderer kleinerer , ganzer Zahlen dargestellt werden. In Betracht kommen noch folgende Zähnezahlen: z0 = 120,30,180,20,90 und 40. Im 15 einzelnen ist hierzu anzumerken:

Für andere ganzzahlige Werte von i = z0:z2, also z. B. für z0 = 120 (180) gilt: Werkzeugzähne, die während einer Werkstückumdrehung in einer bestimmten Werkstücklücke arbeiten, arbeiten nach i = 2 (3) weiteren Werkstückumdrehungen in 20 derselben Lücke. Beachtetman, dass zum Wälzschälen Vorschübe von 0,1 mm je Werkstückumdrehung bis 0,2 mm je Werkstückumdrehung angewandt werden, so leuchtet ein, dass infolge von Überschneidungen in Flankenrichtung praktisch ebenfalls keine Flankenlinien-Formabweichungen aufgrund von 25 Teilungsgesamtabweichungen des Werkzeuges am Werkstück entstehen können. Die Werkstückoberfläche erhält dabei lediglich eine Struktur, wie sie unter idealen geometrischen Bedingungen oder beim Einsatz eines Werkzeuges mit Zq = 60 entsteht, wenn dabei mit einem um den Faktor i = 2 (3) vergrösserten 30 Vorschub gearbeitet würde. Die vorstehend erwähnten Überschneidungen führen zusätzlich zu einer Verringerung der Teilungsgesamtabweichung am Werkstück.

Für ganzzahlige Werte von II i = z2:zq, also für Zq = 30 (20)

gilt: Jeder Zahn des Werkzeuges arbeitet in 2 (3) Lücken der 35 Werkstückverzahnung. In einer Werkstückzahnlücke arbeitet aber stets derselbe Werkzeugzahn.

In diesem Fall kann sich die Teilungsgesamtabweichung des Werkzeuges ebenfalls nicht als Flankenlinien-Formabweichung am Werkstück ausbilden. Als Teilungs-Summenabweichung ent-40 steht ein Verlauf mit 2 (3) Perioden auf dem Werkstückumfang.

Ergibt sich für i bzw. 1/i ein nicht ganzzahliger Wert, sondern ein Verhältnis zweier anderer kleiner ganzer Zahlen, alsoz. B. i = 3:2 (1 :i = 3:2), so erhält man z0 = 90 (40). Für dieses Beispiel gilt: Nach 2 (3) Werkzeugumdrehungen und 3 (2) Werkstückum-45 drehungen arbeiten alle Werkzeugzähne wieder in der Werkstück-Zahnlücke, in der sie vor dieser Drehung gearbeitet haben. Die Teilungsgesamtabweichung des Werkzeuges wirkt sich nicht als Flankenlinien-Formabweichung aus; es entsteht wieder eine Flankenstruktur, als ob die Bearbeitung unter idealen Bedingun-50 gen mit vergrössertem Axialvorschub erfolgt wäre.

Beachtet man, dass Einspannabweichungen des Werkzeuges und Komponenten der Übertragungsabweichung in der Drehung zwischen Werkzeug und Werkstück mit Drehfrequenz der Werkzeugspindel sich ähnlich auf das Werkstück übertragen wie die 55 Teilungsgesamtabweichung des Werkzeuges, so leuchtet ein,

dass den vorstehend beschriebenen Zusammenhängen grösste praktische Bedeutung zukommt. Realisiert man bei der Werkzeugauslegung ungünstige Übersetzungsverhältnisse, so erhält man auch beim Einsatz von Werkzeugen mit extrem engen 60 Toleranzen Werkstücke in grober Verzahnungsqualität.

Es werden Bedingungen angegeben, nach denen für werkstückgebundene Werkzeuge die Zähnezahl so festgelegt werden kann, dass bei üblicher Qualität (Güteklasse) des Werkzeuges Werkstücke hoher Verzahnungsqualität erzeugt werden können.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE > z2 das Verhältnis der Zähnezahlen i = Zq / z2 und im Falle Zq < z2

1. Verfahren zum Bearbeiten von Flanken ungehärteter oder der Kehrwert des Zähnezahlverhältnisses 1/i = z2 / z0 als ganzzah-gehärteter, gerad- oder schrägverzahnter, innen- oder aussenver- liger Wert oder das Verhältnis zweier betragsmässig möglichst zahnter Zylinderräder durch Wälzschälen, bei dem eine Grund- kleiner ganzer Zahlen ergibt, wobei (z0) die Werkzeugähnezahl, drehung zwischen einem zahnradförmigen Werkzeug und dem 5 (z2) die Werkstückzähnezahl ist.

Werkstück sowie eine Schraubbewegung um die Achse des 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, die einen ersten Getriebe-

Werkstückes erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die zug zur Erzeugung der Grunddrehung zwischen Werkzeug und zur Erzeugung der geforderten Verzahnungsgeometrie erforder- Werkstück aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten liehe Relativbewegung zwischen dem Werkzeug (9) und dem Getriebezug (A) Korrekturglieder (36,37) zur Verringerung der Werkstück (10) mit geringen Übertragungsabweichungen ver- o Übertragungsabweichungen der Getriebeelemente angeordnet wirklicht wird und die dann noch verbleibenden Hauptanteile der sind.

Übertragungsabweichungen korrigiert werden und zur Bearbei- 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, tung ein Werkzeug eingesetzt wird, dessen Zähnezahl z0 der dass die Korrekturglieder (36,37) durch Doppelexzenterbuchsen

Zähnezahl z2 des zu bearbeitenden Werkstückes so angepasst ist, zwischen Zahnrad und Welle, durch die eine sinusförmig verlau-dass für zo > z2 das Verhältnis i = z,/z2 und im Falle z(,<z2der j5 fende Korrekturbewegung nach Betrag und Phase einstellbar ist, Kehrwert gebildet sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch \ = gekennzeichnet, dass im ersten Getriebszug (A) möglichst viele

Getriebestufen (12,13,15,16) ein Übersetzungsverhältnis von einen ganzzahligen Wert oder das Verhältnis zweier mög- 2o 1:1 haben.

liehst kleiner ganzer Zahlen ergibt. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zur Erzeugung der dass im ersten Getriebezug (A) alle Getriebestufen zwischen Grunddrehung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück ein Werkzeug (9) und Werkstück (10) ein Übersetzungsverhältnis erster Getriebezug verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, von 1:1 haben.

dass der erste Getriebezug (A) so ausgelegt wird, dass die 25 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch

Übertragungsabweichungen möglichst vieler Getriebeelemente gekennzeichnet, dass sie eine Schärfeinrichtung (11) für das zumindest teilweise gegeneinander aufgehoben werden. Werkzeug (9) aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass verbleibende Abweichungen durch Korrekturglieder (36,37),

vorzugsweise im ersten Getriebezug (A), verringert werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem zur Erzeugung der Schraubbewegung ein zweiter Getriebezug verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass von den Elementen BESCHREIBUNG

zur Erzeugung der Grunddrehung ausschliesslich die relative . . .

Winkellage der Werkstückspindel (8) bzw. der Werkzeugspindel35 Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung der

(7) beeinflusst wird (Fig 3) Flanken von Zylinderrädern durch Wälzschälen nach dem Ober-

5.Verfahren nach einem "der Ansprüche Ibis 3, bei dem zur begriff des Anspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchfüh-Erzeugung der Schraubbewegung ein zweiter Getriebezug (B) runS eines solchen Verfahrens nach dem Oberbegriff des verwendet wird, durch den mehrere der zur Erzeugung der Anspruches 9.

Grunddrehung benötigten Elemente in ihrer relativen Winkel- 40 einigen Jahren fordert der Markt zunehmende Verfah- ^

läge beeinflusst werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Über- ren' nach denen Zahnräder in gehärtetem Zustand nachbearbei-tragungsabweichungen dieser Elemente durch fertigungs-, steue- tet werden können. Dies gilt auch für Zylinderräder, die in der rangs-und/oder regelungstechnische Massnahmen hinreichend Grossserienfertigung, z. B. im Automobilbau, eingesetzt werklein gehalten werden (Fig. 4). den. Die Forderung basiert einerseits auf dem Wunsch, höhere
6. Verfahren nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, dass « Leistungen als bisher bei kleinerem Bauvolumen der Getriebe die Relativbewegung zwischen dem Werkzeug (9) und dem niöglichst niedriger Geräuschanregung zu übertragen , ande-Werkstück (10) zumindest teilweise durch elektronische Lagere- rerseits auf der Erkenntnis, dass der Härteprozess noch nicht gelung erfolgt (Fig. 6) hinreichend beherrschbar ist, so dass z.B. Zahnräder, die vor
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ^em Härten eine sehr hohe Verzahnungsqualität besessen gekennzeichnet, dass die Übertragungsabweichungen zwischen so haben, nach dem Härten häufig unzulässig grosse Verzahnungseinzelnen Elementen gemessen und eine entsprechende Korrek- abweichungen besitzen.

turbewegung der unkorrigierten Bewegung überlagert wird 'n ^er Vergangenheit in der Grossserienfertigung einge-

j-pig 3^ setzten Verfahren zur Bearbeitung von Zahnflanken nach dem
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch Härten entsprechen noch nicht den Erfordernissen des Marktes, gekennzeichnet, dass geometrische Abweichungen des Werk- 55 Verfahren sind insbesondere entweder zu langsam und damit Zeuges (9) und/oder Einspannabweichungen durch Überlage- zu teuer oder die erreichbare Verzahnungsqualität lässt zu rang einer entsprechenden Korrekturbewegung zwischen Werk- wünschen übrig.

zeug (9) und Werkstück (10) zumindest zum Teil ausgeglichen Ausgehend von diesen Erkenntnissen wurde in den vergange-

werden. nen Jahren eine Reihe neuer oder zumindest verbesserter Ver-
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem fio fahren zur Bearbeitung der Flanken gehärteter Zylinderräder der Ansprüche 1 bis 8, mit einem Bett, auf dem eine Spindel für entwickelt. Hierzuzählen das Schälwälzfräsen mit speziell ausge-ein Zähne aufweisendes, an der Vorrichtung vorgesehenes legtem Hartmetallwälzfräser, das Schleifen mit globoidischer Werkzeug auf eine Werkstückspindel angeordnet ist, dadurch Schleifschnecke, die z. B. über ein diamantbelegtes Abrichtzahn-gekennzeichnet, dass die Zähnezahl z0 des Werkzeuges (9) zur rad profiliert wird, das Profilschleifen mit CBN-belegter Profil-Minimierung des Einflusses der auch bei grösstem fertigungs- 65 Schleifscheibe im Einzelteilverfahren, das Schleifen mit zahnradtechnischem Aufwand unvermeidbaren Abweichungen des förmigem Werkzeug, das in der Praxis als Honen, Feinen bzw. Werkzeuges (9) und der ebenfalls unvermeidbaren Einspannab- Hartschaben bezeichnet wird, oder das Schleifen mit einer mit weichungen des Werkzeuges so festgelegt ist, dass sich im Falle z0 CBN-belegten Schleifschnecke.

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Jedes dieser Verfahren weist für den Einsatz in der Serienfertigung noch gravierende Nachteile auf. Hauptkriterien für den Einsatz in der Serienfertigung sind hohe Verzahnungsqualität und hohe Oberflächengüte, ein hohes Zeitspanvolumen, das heisst eine hohe Abtragsleistung, geringe Bearbeitungskosten, 5 geringer Werkzeug-Instandhaltungsaufwand und eine einfache Umrüstbarkeit der Maschine. Darüber hinaus müssen mit den Verfahren Zahnräder bearbeitet werden können, die ausser der Verzahnung axial versetzt einen Bund oder eine zweite Verzahnung aufweisen, wobei zwischen der Verzahnung und dem axial io versetzten Bund oder der zweiten Verzahnung ein unter Umständen nur geringer Zwischenraum vorhanden ist. Auch sollen mit dem Verfahren Innenverzahnungen bearbeitet werden können.

Zur Bearbeitung von Zylinderrädern ist das Wälzschälen bekannt. Dieses Bearbeitungsverfahren hat zwei Hauptmerk- 15 male: es ermöglicht einerseits eine hohe Verzahnungsgeschwindigkeit und damit eine kurze Bearbeitungszeit, es lassen sich andererseits mit ihm nur Verzahnungen in grober Qualität erzeugen. Alle Versuche, durch Wälzschälen Verzahnungen hoher Qualitäten zu erzeugen, sind gescheitert. So wurde z.B. 20 die Fertigung einer in den USA gezielt für die Schlichtbearbeitung ungehärteter, azssenverzahnter Zylinderräder durch Wälzschälen entwickelten Maschine eingestellt.