DE10109117C1 - Entgratvorrichtung für Kegelräder - Google Patents

Abstract

Beim Anfasen und/oder Entgraten von Spiralkegelrädern, insbesondere Ritzeln, auf der Verzahnmaschine werden bisher rein mechanische oder druckmittelbetriebene Vorrichtungen eingesetzt, die ein meißelartiges Werkzeug in einem geradlinigen Schnitt entlang der zu bearbeitenden Profilkante führen. Diese Profilkante ist aber eine räumlich stark gekrümmte Kurve, so daß der geradlinige Schnitt nur eine Näherung sein kann und Kopfabrundung und Fußausrundung nicht vollständig entgratet werden können. Die erfindungsgemäße Vorrichtung, die aus zwei numerisch gesteuerten Schlitten (11) und (15), aus einer ebenfalls numerisch gesteuerten Werkstückspindel (2) sowie der zugehörigen Steuerung besteht, wird im Teach-in-Verfahren am aktuellen Kegelritzel (5) programmiert und kann dann den Stoßmeißel (9) zum Entgraten entlang der räumlich gekrümmten Profilkante führen und eine gleichmäßig breite Fase ohne Sekundärgrat erzeugen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine Kegelrad-Verzahnmaschine zum Anfasen und/oder Entgraten von Profilkanten an den Zahnenden eines bogenverzahnten Kegelrades auf der Verzahnmaschine.

Beim Fräsen von bogenverzahnten Kegelrädern werden die Zahnlücken überwiegend mit einem Messerkopf vom kleinen zum großen Durchmesser des Radkörpers herausgearbeitet. Am äuße­ ren Zahnende entsteht dabei ein Grat, und zwar hauptsächlich an der in Zahnlängsrichtung be­ trachtet konkaven Flanke; denn diese Flanke bildet mit der Rückenfläche des Kegelradzahnes in der Regel einen spitzen Winkel. Würde man an dieser Stelle nur den Grat entfernen, bliebe eine sehr scharfe Profilkante stehen. Wegen der großen Verletzungsgefahr, aber auch wegen schäd­ licher Verformungen beim Härten der Kegelräder werden diese Kanten durch eine Fase gebro­ chen. Ist dieser Winkel nicht so spitz, weil das Kegelrad z. B. einen kleinen Spiralwinkel hat, reicht ein normales Entgraten.

Für dieses Anfasen und/oder Entgraten von Kegelrädern sind Vorrichtungen bekannt, die für konventionelle mechanische Kegelrad-Verzahnmaschinen entwickelt wurden. Schon während des Fräsens der Kegelräder im Teilverfahren werden nach jeder Zahnlücke die Zahnenden ent­ gratet. Oder beim kontinuierlichen Verfahren wird nach dem Verzahnen in einem separaten Arbeitsgang, aber in der gleichen Werkstückaufspannung, das Anfasen und/oder Entgraten vor­ genommen.

Obwohl aus Sicherheitsgründen das Anfasen auf der Verzahnmaschine die beste Lösung ist, weil das Werkstück mit dem scharfkantigen Grat von niemandem angefaßt werden muß, kommen vielfach auch separat stehende Entgratvorrichtungen zum Einsatz. Bei diesen Vorrichtungen wird der Nachteil der zusätzlichen Werkstückspannung in Kauf genommen, um in der Nähe des Werkstücks mehr Platz zur Verfügung zu haben als in einer Verzahnmaschine, weil sich dann die Entgratwerkzeuge vielseitiger und einfacher auf die jeweiligen Werkstückabmessungen einstellen lassen. Außerdem können auf einer Verzahnmaschine in gleicher Zeit mehr Kegelräder verzahnt werden, wenn sie dort nicht auch noch entgratet werden müssen.

Eine Entgratvorrichtung dieser Art ist in der DE 197 44 486 A1 beschrieben, bei der zwei unterschiedliche Fräser, die jeweils einen Drehantrieb haben, zum Entgraten eingesetzt werden. Sie sind auf einem gemeinsamen Support angeordnet und arbeiten bei stillstehendem Kegelrad mit einer einzigen radialen Vorschubbewegung. Nachteilig ist hierbei, daß die Fräser zueinander ausgerichtet werden müssen und jeder Fräser eine besondere Profilform seiner Schneiden benötigt, die dem jeweiligen zu entgratenden Kegelrad angepaßt sein muß.

Eine andere separate Anfaseinrichtung für Kegelräder geht aus der DE 298 01 318 U1 hervor, die mit einem rotatorisch angetriebenen Fingerfräser arbeitet. Hierbei ist die Frässpindel 3- achsig, nämlich horizontal, vertikal und schwenkbar, gegenüber dem um seine Achse steuerbaren Werkstückträger bewegbar, und es ist eine Steuerung zur Kopplung der vier Achsbewegungen vorgesehen, wodurch der Fingerfräser entlang einer programmierten Bahn geführt wird. Neben den Nachteilen, die mit einer separaten Entgratvorrichtung verbunden sind, kommt bei dieser Einrichtung hinzu, daß sich trotz des großen maschinentechnischen Aufwandes die äußeren Zahnenden von schlanken Schaftritzeln nicht anfasen lassen.

Bei einer bekannten Entgratvorrichtung, die sich auf der Verzahnmaschine befindet, kommt ein mehrgängiger Schlagzahnfräser zum Einsatz, dessen Drehachse so eingestellt wird, daß sich die Schneide des Schlagzahnes entlang der anzufasenden Profilkante eines Kegelradzahnes bewegt. Dabei wird nicht im Teilverfahren, sondern bei konstanter Werkstückdrehung gearbeitet, so daß nacheinander jeder folgende Schlagzahn in die nächste Kegelradlücke eingreift. Der entscheidende Nachteil ist jedoch, daß nicht alle Kegelräder auf ihrer Verzahnmaschine mit einem Schlagzahnfräser entgratet werden können. Während sich Tellerräder aufgrund ihrer äußeren Form meist so auf der Werkstückspindel aufnehmen lassen, daß ihre Zahnenden mit einem solchen Fräser und dem zugehörigen Antriebsmechanismus zugänglich sind, trifft dies bei Kegelritzeln nicht zu. Insbesondere Schaftritzel müssen in der Verzahnmaschine unmittelbar hinter ihrer Verzahnung aufgenommen werden. Die entsprechende Aufnahmehülse soll aus Stabilitätsgründen einen möglichst großen Durchmesser haben, jedoch nur so, daß die Messer beim Verzahnen gerade nicht mit der Aufnahmehülse kollidieren. Dann ist aber an den Zahnenden kein Platz mehr, um in der Verzahnmaschine mit einem Entgratfräser an die Profilkante heranzukommen. In solchen Fällen werden Stoßmeißel zum Entgraten eingesetzt.

Noch schwieriger ist es, wenn die Aufnahmehülse nicht so dünn ausgeführt werden kann, um von vornherein Messerkollision auszuschließen. Unter diesen Umständen wird eine sogenannte geschlitzte Aufnahmehülse verwendet. Sie paßt nur für eine einzige Ritzelauslegung, weil ihre zuvor eingearbeiteten Schlitze den Messerbahnen beim Verzahnen entsprechen, allerdings mit einem Sicherheitsabstand, um Messerkollision zu vermeiden. Leider folgt daraus, daß der entstehende Grat in die Schlitze hineinragt und dort entfernt werden muß. Hierfür gibt es bisher noch an keiner Verzahnmaschine eine Lösung.

Der Stand der Technik, der der Erfindung am nächsten kommt, ist in der deutschen Auslege­ schrift 11 85 039 A schrieben. In diesem Fall kommt auf der Verzahnmaschine ein als Hobelstahl bezeichnetes Werkzeug zum Einsatz, das an einem druckmittelbetriebenen Kolben befestigt ist. Ein wesentlicher Nachteil dieser bekannten Vorrichtung besteht darin, daß der Hobelstahl jedes Zahnende nur mit einem in seiner Richtung zwar einstellbaren, aber dann in sich geraden Schnitt bearbeiten kann. Die zu entgratende Profilkante ist aber eine räumlich stark gekrümmte Kurve, die sich aus dem Schnitt zweier Flächen ergibt, nämlich der ohnehin schon gekrümmten Ritzelflanke mit anschließender Fußausrundung sowie der Rückenfläche des Kegelritzelzahnes. Letztere ist in der Regel eine Kegelfläche, die zusätzlich noch einmal abgesetzt und/oder am Zahnkopf abgerundet sein kann. Das heißt, mit der bekannten Vorrichtung läßt sich die Profilkante nicht richtig anfasen. Es kann höchstens eine ausmittelnde Richtung eingestellt werden, und dann muß die Vorrichtung in mehreren Schnitten eine erhebliche Werkstoffmenge abhobeln, um die volle Zahnhöhe zu entgraten. Dabei kann sich leicht Sekundärgrat bilden, der genauso unerwünscht ist. Außerdem läßt es sich kaum vermei­ den, daß durch den Stoßmeißel eine scharfe Kerbe in der Fußausrundung entsteht, die die Trag­ fähigkeit des Kegelritzels beeinträchtigt. Ein weiterer Nachteil ist der Aufwand, mit dem die eine geradlinige Stoßvorrichtung manuell auf die jeweiligen Werkstückabmessungen eingestellt werden muß, obwohl mit der erfindungsgemäßen Kugelfläche und der entsprechenden Klemmeinrichtung der D 11 85 039 A fieser Nachteil schon erkannt und verbessert wurde.

Die gleichen Nachteile treffen auch für die 1-achsig arbeitende Entgratvorrichtung nach der japanischen Druckschrift JP 10-180542 A zu, die ebenfalls in der Verzahnmaschine zum Einsatz kommt. In diesem Fall besteht das Stoßwerkzeug aus einem Winkelhebel, der in seinem Schei­ telpunkt drehbar gelagert ist. Sein kurzer Schenkel ist zu einer geraden Schneide ausgebildet, während an dem längeren Schenkel wieder ein druckmittelbetriebener Kolben angreift. Die Halterung für den Winkelhebel und den Kolben muß genau wie bei der Vorrichtung nach der D 11 85 039 A so ausgerichtet werden, daß die kreisbogenförmig geführte Schneide sich in einer ausmittelnden Richtung an der Profilkante des stillstehenden Kegelrades entlangbewegt. Auch diese Vorrichtung ist nicht für das Entgraten von Kegelritzeln einsetzbar.

Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Entgratvorrichtung für eine Kegelrad- Verzahnmaschine so auszugestalten, daß man mit einem einfachen Werkzeug sehr verschieden­ artige Kegelräder, insbesondere Ritzel, anfasen und/oder entgraten kann, daß dabei Sekundärgrat vermieden wird und daß die Vorrichtung auf einfache Weise einstellbar ist.

Erfindungsgemäß ist, diese Aufgabe dadurch gelöst, daß für die Führung und Bewegung des Stoßmeißels zwei numerisch steuerbare Achsen vorgesehen sind, von denen die erste Achse parallel und die zweite Achse radial zur Längsachse der Werkstückspindel verläuft, die Werkstückspindel selbst eine dritte numerisch steuerbare Achse ist und daß eine programmierbare Steuerung zur gleichzeitigen, gekoppelten Bewegung der drei numerisch steuerbaren Achsen vorgesehen ist, mit deren Hilfe der Stoßmeißel einer gewünschten gekrümmten Bahn nachführbar ist.

Die wesentlichen Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß mit den drei NC-Achsen jeder beliebige Punkt einer Profilkante mit der Schneide des Stoßmeißels erreichbar ist. Somit kann trotz gekrümmter Profilkante eine gleichmäßig breite Fase erzeugt werden, wobei sich Sekundär­ grat vermeiden läßt und keine großen Werkstoffmengen abgehobelt werden müssen, um die volle Zahnhöhe zu entgraten. Vielmehr ist es ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vor­ richtung, daß die gleichmäßige Fase um die Fußausrundung herum bis in den Zahngrund geführt werden und dort auslaufen kann, ohne eine schädliche Kerbe zu erzeugen. Trotz dieser Vorteile war bisher der Einsatz von NC-Achsen für die Schnittbewegung eines Stoßmeißels als nicht wirtschaftlich im Vergleich zu rein mechanischen oder druckmittelbetriebenen Lösungen angesehen worden. Zum Entgraten werden numerisch steuerbare Achsen bisher nur für Vorschubbewegungen eingesetzt, während die Schnittbewegung von dem rotatorischen Antrieb eines Fräsers erzeugt wird.

Mit der Erfindung ist es auch möglich, ein Kegelritzel, das in einer geschlitzten Aufnahmehülse steckt, zu entgraten. Dazu wird der Stoßmeißel, ausgehend von einer entsprechend angepaßten Grundausrichtung, mit den drei NC-Achsen entlang der Profilkante geführt, und zwar bis in den Schlitz der Aufnahmehülse hinein. Vorteilhaft ist außerdem, daß das Anfasen und/oder Entgraten des Ritzels hauptsächlich in einer Zeit erfolgen kann, in der das Ritzel nach dem Verzahnen in eine Be- und Entladeposition gefahren wird. Dadurch entstehen für das Entgraten auf der Verzahnmaschine keine nennenswerten Zeitverluste.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist es besonders vorteilhaft, die Steuerung der drei Achsen im Teach-in-Verfahren zu programmieren. Dazu wird die gewünschte Bahn des Stoß­ meißels punktweise manuell aufgenommen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Sie ist aber nicht auf das dargestellte Anfasen und/oder Entgraten an der Ferse eines Kegelrades beschränkt, sondern es kann bei entsprechender Einstellung auch an der Zehe entgratet werden. Es zeigen

Fig. 1: Schematische Darstellung einer Kegelrad-Verzahnmaschine mit einer erfindungsgemäßen Entgratvorrichtung

Fig. 2: Schematische Darstellung der Entgratvorrichtung

Fig. 3: Detailansicht eines Kegelritzels

Fig. 4: Bewegungsablauf beim Entgraten

In Fig. 1 ist schematisch eine moderne Kegelrad-Verzahnmaschine dargestellt mit einem schwenkbaren Reitstock 1, der die Werkstückspindel 2 trägt, welche ihrerseits um die Längs­ achse 3 drehbar und als NC-Achse B ausgebildet ist. An der Werkstückspindel 2 ist eine Auf­ nahmehülse 4 mit dem Kegelritzel 5 befestigt, das mit dem Messerkopf 6 verzahnt wurde. Nach dem Verzahnen schwenkt der Reitstock 1 um seine vertikale Achse, bis die Werkstückspindel 2 parallel zur Führung 7 verläuft, und fährt gleichzeitig auf dieser Führung 7 ganz nach vorne in eine Be- und Entladeposition. Während dieses Weges versieht die Entgratvorrichtung 8, die seit­ lich am Reitstock 1 befestigt ist, mit dem Stoßmeißel 9 alle Zahnenden mit einer Fase, wie später noch beschrieben wird.

Fig. 2 zeigt schematisch die wesentlichen Komponenten der Entgratvorrichtung 8. Am Reitstock 1 ist seitlich eine Grundplatte 10 befestigt, auf der sich ein erster Schlitten 11 in Pfeilrichtung 12 parallel zur Längsachse 3 verfahren läßt. Sein Antrieb erfolgt über die spielfreie Spindel 14 vom Motor 13 aus, der an der Grundplatte 10 befestigt ist. Auf dem Schlitten 11 befindet sich ein zweiter Schlitten 15, der sich in Pfeilrichtung 16 radial zur Längsachse 3 verfahren läßt. Der Motor 18, der auf dem Schlitten 11 befestigt ist, treibt den Schlitten 15 über den Riementrieb 19 und die weitere spielfreie Spindel 17 an. Der Schlitten 15 trägt den Stoßmeißel 9, der mit einem Werkzeughalter 20 am vorderen Ende des Schlittens 15 befestigt ist. Durch die beiden Schlitten 11 und 15, die mit ihren jeweiligen Antriebselementen als NC-Achsen U und V ausgebildet sind, kann der Stoßmeißel 9 in einer Radialebene zum Kegelritzel 5 beliebig geführt werden, und durch die entsprechend gesteuerte Drehung des Kegelritzels 5 um die Längsachse 3 kann der Stoßmeißel 9 am Ende des Ritzelzahnes jeden Punkt einer Profilkante 21 erreichen.

Die perspektivische Detailansicht in Fig. 3 zeigt den Kopf des Kegelritzels 5, das mit seinem Schaft in der Aufnahmehülse 4 der Werkstückspindel 2 steckt. Außerdem ist der auswechselbare Werkzeughalter 20 zu sehen, der für einen bestimmten Anwendungsfall den gesamten Stoß­ meißel 9 in eine günstige räumliche Ausrichtung zur Profilkante 21 am Zahnende des Kegel­ ritzels 5 bringt. Das ist besonders wichtig, wenn in einer geschlitzten Aufnahmehülse entgratet werden muß.

Bevor das Anfasen und/oder Entgraten mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beginnen kann, muß die nicht näher dargestellte Steuerung, die vorzugsweise im Schaltschrank der Verzahn­ maschine untergebracht ist, programmiert werden. Als besonders vorteilhaft hat sich dafür das flexible Teach-in-Verfahren erwiesen. Dazu wird an dem ersten verzahnten Kegelritzel 5 eine Profilkante 21 von Hand mit der gewünschten gleichmäßigen Fase 22 versehen. Anschließend werden mit der Schneide des Stoßmeißels 9 eine Reihe von Punkten der Fase 22 manuell ange­ fahren, indem die drei NC-Achsen einzeln betätigt werden. Die jeweiligen Endpositionen der Schlitten 11 und 15 sowie der Werkstückspindel 2 werden in die Steuerung übernommen und gespeichert. Die Steuerung interpoliert die Punkte zu einer Kurve, die dann beim automatischen Entgratprozeß mit dem Stoßmeißel 9 abgefahren wird.

Einzelne Schritte dieses Prozesses sind in Fig. 4 dargestellt, in der 4 Positionen a, b, c, d des Kegelritzels 5 wiedergegeben sind, und zwar von einem Schnitt durch den Schaft des Ritzels aus auf seine Zahnenden gesehen.

In Position a ist der Stoßmeißel 9 mit den Achsen U und V vom Referenzpunkt 23 zum Kopf­ eckpunkt 24 gefahren, wobei die Werkstückspindel 2 das Kegelritzel 5 so gedreht hat, daß der Kopfeckpunkt 24 in der UV-Ebene liegt, die in der dargestellten Projektion von der Linie 25 wiedergegeben wird.

In Position b hat der Stoßmeißel 9 einen Teil der Profilkante 21 mit der Fase 22 versehen, wobei es so aussieht, als ob der Stoßmeißel 9 nur in die Zahnlücke geschoben wurde. Tatsächlich je­ doch hat die Werkstückspindel 2 die Profilkante 21 ein wenig nach unten gedreht, während sich der Stoßmeißel 9 gleichzeitig mit der U-Achse auf der Linie 25 nach links und mit der V-Achse aus der Zeichenebene herausbewegt hat. Denn das Zahnende des Kegelritzels 5 wird durch eine Rückenkegelfläche begrenzt, die zwar in der dargestellten Projektion nicht sichtbar, aber leicht vorstellbar ist.

In Position c hat der Stoßmeißel 9 die Fußausrundung 26 erreicht, wo er jedoch nicht wie bisher zurückgezogen wird und eine Kerbe hinterläßt, sondern wo die Fußausrundung 26 durch eine stärkere Drehung der Werkstückspindel 2 ebenfalls angefast wird.

In Position d ist dieser Prozeß beendet und der Stoßmeißel 9 wird zurückgezogen, während sich die Werkstückspindel 2 weiterdreht, um den Kopfeckpunkt des nächsten Zahnes zu erreichen.

Aus dem zusätzlich gezeigten Radialschnitt e des Ritzelkopfes ergibt sich die genaue Kontur des Zahnendes. Sie besteht in diesem Fall aus der Mantellinie 27 des Rückenkegels, dem Kopfabrundungsradius 28 und der Mantellinie 29 des Kopfkegels. Daraus wird deutlich, daß mit herkömmlichen Entgratvorrichtungen, die nur einen geradlinigen Schnitt ausführen können, höchstens in der Nähe des Rückenkegels entgratet werden kann, aber nicht noch die gesamte Kopfabrundung. Hierzu ist ein zusätzlicher Bewegungsanteil des Stoßmeißels 9 in Richtung der Längsachse 3 erforderlich, der von der V-Achse der erfindungsgemäßen Vorrichtung übernom­ men wird.

Claims (2)

1. Vorrichtung für eine Kegelrad-Verzahnmaschine zum Anfasen und/oder Entgraten von Profilkanten an den Zahnenden eines bogenverzahnten Kegelrades auf der Verzahnmaschine, mit einer um ihre Längsachse drehbaren Werkstückspindel, auf der das Kegelrad koaxial aufgenommen ist, und mit einem Stoßmeißel, der geführt entlang der jeweils zu bearbeiten­ den Profilkante eines Zahnes bewegbar ist, wobei
für die Führung und Bewegung des Stoßmeißels zwei numerisch steuerbare Achsen vorgesehen sind, von denen die erste Achse parallel und die zweite Achse radial zur Längsachse der Werkstückspindel verläuft,
die Werkstückspindel eine dritte numerisch steuerbare Achse ist und
eine programmierbare Steuerung zur gleichzeitigen, gekoppelten Bewegung der drei numerisch steuerbaren Achsen vorgesehen ist, mit deren Hilfe der Stoßmeißel einer gewünschten gekrümmten Bahn nachführbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Steuerung im Teach-in- Verfahren am aktuellen Kegelrad programmierbar ist.