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Wälzfräsmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Wälzfräsmaschine
mit einem Getriebezug zwischen Werkzeug und Werkstück und einem einen Schneckenradkranz
aufweisenden Rundtisch (Werkstückträger), wobei der Tisch zwischen einer mit dem
Schneckenradkranz kämmenden ersten Schnecke und einer zweiten mit dem Schneckenradkranz
kämmenden und ihn antreibenden Schnecke spielfrei drehbar gehalten ist.
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Damit die zu fräsende Verzahnung genau wird und der Wälzfräser die
Zahnflanken glatt und ohne Rattermarken ausbildet, ist ein den Rundtisch der Wälzfräsmaschine
antreibendes Schneckengetriebe (Teilgetriebe genannt) möglichst spielfrei zu bauen
und durch geeignete Nachstellmöglichkeiten in diesem Zustand zu erhalten. Als bequemes
Mittel hierzu wird neuerdings von einer zunehmenden Anzahl von Herstellern ein sonderverzahntes
Schneckengetriebe (Duplex-Schneckengetriebe) mit zwei verschiedenen Steigungen an
den Flanken der zylindrischen Schnecke benutzt; das durch axiale Schneckennachstellung
ohne Änderung des Tragbildes spielfrei eingestellt werden kann. Das sonderverzahnte
Schneckengetriebe mit seinen zwei Steigungen ist mit der für Wälzfräsmaschinen erforderlichen
Genauigkeit schwierig herstellbar.
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Bei einer anderen bekannten Einrichtung zur Spielbeseitigung im Teilschneckengetriebe
des Rundtischantriebes von Wälzfräsmaschinen wird die normalverzahnte Schnecke radial
gegen das Schneckenrad zu-. und damit dichter eingestellt. Hierbei wird aber das
Tragbild zerstört, da der Achsenabstand sich ändert.
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Eine weitere bekannte Lösung sieht die Verwendung eines in der Mittenebene
geteilten Schneckenrades vor, dessen beide Hälften so. gegeneinander verdreht werden,
daß die Schneckenzähne zwischen den Zähnen beider Hälften des Schneckenrades spielfrei
laufen. Hierbei geht aber die Zahnberührung auf der Hälfte der jeweils treibenden
Flanke verloren. Eine Nachstellung. ist schwierig, weil dazu der Tisch ausgebaut
werden muß.
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Bei einer anderen bekannten Bauart sind zwei Schnecken vorgesehen,
die parallel zueinander an gegenüberliegenden Seiten des Teilschneckenrades für
den Rundtischantrieb eingreifen. Auch Anordnungen, bei denen sdlche Schnecken. senkrecht
zueinander stehen, sind bekannt. Diese Schnecken sind in einer axial so zueinander
versetzten Lage fest eingestellt, daß das Schneckenrad zwischen ihnen spielfrei
läuft. Nachteilig hierbei ist, daß die Spielfreiheit nur in einer Drehrichtung des
Tisches erreicht wird, weil bei Drehrichtungswechsel durch das Zahnspiel des Zwischengetriebes
zwischen beiden Schnecken Spiel entsteht. Bei einer weiteren bekannten Bauart sind
zwei gleiche Schneckenräder gegeneinander drehfest auf einer Achse vorgesehen, die
von zwei parallel zueinander liegenden gleichen Schnecken angetrieben werden. Die
Schnecken sind dabei axial gegeneinander fest verspannt und spielfrei eingestellt.
Man braucht hierbei zwei Getriebe gleich hoher Genauigkeit, deren Herstellung schwierig
und teuer ist, außerdem brauchen diese beiden Getriebe viel Platz-Bei den bekannten
Wälzfräsmaschinen braucht man zum Verzahnen von Stirnradgetrieben mit mehr als etwa
20' schrägen Zähnen zwei Arten von Wälzfräsern, rechtsgängige für Räder mit rechter
Zahnschräge und linksgängige für Räder mit linker Zahnschräge- Das Wälzfräsen von
linken Rädern mit einem rechten Fräser ist nur bei geringen Zahnschrägen, erfahrungsgemäß
bis etwa 20a, möglich- Bei größeren Zahnschrägen wird die als Umfangskraft abgesetzte
Schnittdruckkomponente so gro-&, daß das Spiel aus, dem Tischantrieb (Werkstückantrieb)der
Wälzfräsmaschine herausgeholt wird. Dadurch entstehen unsaubere Zahnflanken. Das
Spiel sollte also. einerseits möglichst klein sein, andererseits ist aber Spiel
notwendig, um eine unzulässig hohe Flankenpressung und damit ein Klemmen am Teilgetriebe
zu verhüten.
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Um diese Schwierigkeit zu vermeiden, wird bei einer weiteren bekannten
Einrichtung der Tischantrieb durch zwei Schnecken, die im Teilrad eingreifen, vorgenommen.
Die eine davon soll etwas~
rascher angetrieben werden als die andere,
aber durch eine Rutschkupplung in ihrem Antrieb soll ihre Drehzahl auf die der anderen
herabgesetzt sein.
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Die bekannten Wälzfräsmaschinen besitzen aber einen mehr oder weniger
-langen Getriebezug zwischen dem auf der Frässpindel' sitzenden Werkzeug (dem Wälzfräsen)
und dem auf dein Rundtisch der Maschine befestigten, zu verzahnenden Werkstück.
Dieser Getriebezug muß - seht- genau und sehr drehsteif ausgebildet werden. Ungenauigkeiten
und Verdrehschwingungen, die in ihm- auftreten, beeinträchtigen die erforderliche,
möglichst- gleichförmige Wälzung zwischen Fräsen und Werkrad. Diese Verdrehschwingungen
und Laufungenauigkeiten wachsen mit dem Durchmesser und der Teilung der zu verzahnenden
Räder und führen bei bisher bekannten Wälzfräsmaschinen zu unsauberer Verzahnungsarbeit
mit dem daraus - folgenden Zwang- - zur Herabsetzung der Leistungsgrenze der Maschine.
Es muß also das Bestreben sein, den wichtigen Getriebezug zwischen Werkzeug und
Werkrad möglichst zu entlasten. Die Einrichtung mit zwei über diesen Getriebezug
angetriebenen Schnecken; von denen die eine über eine Rutschkupplung angetrieben
wird, erhöht jedoch seine Belastung um die dreifache Reibleistung der Rutschkupplung.-Es
ist bei Antrieben, mit denen dem Werkstück gegenüber dem Werkzeug über ein Differential
eine Zusatzdrehung erteilt werden soll, in Zahnrad-Wälzfräsmaschinen an sich bekannt,
die Vermittlung des Drehmomentes und die Kontrolle des Drehweges im Sinne einer
gleichförmigen Drehbewegung der anzutreibenden Welle durch zwei voneinander getrennte
Getriebeverbindungen an der anzutreibenden Welle vorzunehmen, nämlich einen das
Drehmoment liefernden kraftschlüssigen Antrieb zwischen ein Zahnstangen- und ein
Differentialgetriebe zu setzen, wobei das Zahnstangengetriebe nur die Größe der
Zusatzdrehung regelt.
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Demgegenüber besteht die Erfindung darin, daß die erste Schnecke das
Ende des Getriebezuges zwischen Werkzeug und Werkstück bildet und die Drehung des
Rundtisches nur freigibt, -ahne ihn anzutreiben, während der Antrieb der zweiten
Schnecke von einem außerhalb des Getriebeznge`s Werkzeug und - Werk=_ stück liegenden
Antriebspunkt @.bgezweiigt ist. .
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Durch die Erfindung wird erreicht, daß zum normalen, mit höchster
Genauigkeit herstellbaren Schneckengetriebe zurückgekehrt werden kann, dessen Spielfreiheit
durch den Zusatzantrieb des Tisches erzielt und ohne sonst schwierige, das Getriebe
gefährdende Nachstellung aufrechterhalten wird.
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- Für das Fräsen von rechtsgängigen und linksgängigen Schrägzahnrädern
über etwa 20-° Zahnschräge sind nicht mehr je ein rechts- und linksgängiger Wälzfräsen
erforderlich. Beide Zahnschrägen können mit einem Wälzfräsen; sei er rechts- oder
linksgängig, verzahnt werden. Dabei ergibt sich bei enfsprechender Aufspannung der
zusammenlaufenden Schrägzahnräder der Vorteil, daß mit gleichen FräserfJanken geschnittene
Radzahnflanken dann im Betrieb zusammenarbeiten. Die gleichgeformten und deshalb
auch die gleichen Zahnformfehler aufweisenden Zahnflanken wälzen besser und mit
größerer Laufruhe aufeinander ab.
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Der lange Getriebezug zwischen der den Wälzfrä'ser tragenden Hauptspindel
der Wälzfräsmaschine arid dem Rundtisch mit dem zu verzahnenden Werkrad wird- von
der -Kraftübertragung entlastet. Der Kraftübertragungsweg wird kurz. Dieser Getriebezug
dient nur noch als Steuerungsantrieb. Die Getriebeverbindung zwischen Wälzfräsen
und Werkrad hat nur noch die Gleichförmigkeit der Bewegung zwischen beiden zu sichern.
Dies kann die bisherige mechanische Übertragung übernehmen mit dem Erfolg ihrer
durchgreifenden Entlastung oder es kann auch für den Antrieb der Frässpindel und
der Werkstückspindel in bekannter Weise je ein besonderer Synchronmotor vorgesehen
werden.
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Die neue Maschine ermöglicht ein besonders genaues Arbeiten, weil
die Antriebsteile des Werkstücktisches und damit Tisch und Werkstück selbst vollkommen
spielfrei gehalten sind. Gleichzeitig wird erreicht, daß die Antriebsteile, z. B.
Schneckengetriebe und (oder) Übersetzungsgetriebe, eine längere Lebensdauer haben,
weil ihre Abnutzung geringer ist als bei bekannten Fräsmaschinen, bei denen Antriebszahnräder
und Antriebsschnecleen häufig mit den Zahn- bzw. -Gewindeflanken gegeneinanderschlagen,
sobald Spiel vorhanden ist. Bekanntlich stellt sich bei allen über Zähne erfolgenden
Antrieben spätestens nach einiger Betriebsdauer mehr oder weniger großes Spiel ein,
oder es ist schon beim Kauf der Maschine vorhanden.
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Bei einer Ausführungsform sind die Antriebe der Schnecke und der zweiten
Getriebeverbindung von einem gemeinsamen Antriebsmotor abgeleitet.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die antreibende Schnecke
über ein kraftschlüssiges Glied, z. B. eine Rutschkupplung, angetrieben, die die
Drehung freigebende Schnecke dagegen über formschlüs= sige Glieder, etwa Kugel-
oder Stirnräder.
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Bei einer anderen Ausführungsform sind als kraftschlüssige Glieder
eine vom Antrieb der das Ende des Getriebezuges zwischen Werkzeug und Werkstück
bildenden Schnecke angetriebene Regelpumpe und ein von ihr gespeister Ölmotor benutzt.
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In der- folgenden Beschreibung wird an Hand von Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit der Zeichnung die Erfindung erläutert. Es zeigen Fig.1 und 2 das
Fräsen von Schrägverzahnungen, Fig. 3 den Tischantrieb bei einer erfindungsgemäß
ausgebildeten Fräsmaschine, Fig.4 eine weitere Ausführungsform in Seitenansicht,
Fig.5 dieselbe Ausführungsform in Draufsicht. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Werkstück
1 sollen mittels eines rechtsgängigen Fräsers, von dem ein Zahn 2 eingezeichnet
ist, rechtsgängige Schrägzähne 3 eingefräst werden. Das auf einem Tisch 4 aufgespannte
Werkstück wird über eine mit dem auf dem Tisch 4 angebrachten Schneckenrad 5 im
Eingriff stehende (nicht dargestellte) Schnecke mit einer Umfangsgeschwindigkeit
W angetrieben, deren Drehsinn in dem dem Beschauer zugekehrten Abschnitt des Umfangs
des Rades 5 der Richtung des Pfeiles 6 entspricht. Die Fräserzähne 2 üben auf das
Werkstück 1 eine Kraft S aus, die eine Senkrechtkomponente SV und eine Waagerechtkomponente
SH besitzt. Die Waagerechtkomponente ist der der Geschwindigkeit W entsprechenden
Umfangskraft des Rades 5 entgegengerichtet. Die Zähne 7 des Tischantriebsrades 5
bleiben daher mit denjenigen Flanken der zugehörigen Schnecke in Anlage, an denen
sie auch bei Ruhestellung des Fräsers, also. wenn der Fräsen nicht auf das Werkstück
einwirkt, anliegen. Das Beispiel nach Fig.1 entspricht dem »Gegenlauffräsen«, bei
dem die Umfangsgeschwindigkeit von Fräsen und Werkstück in den einander zugekehrten
Abschnitten einander entgegengerichtet ist.
Anders liegen die Verhältnisse
bei dem Beispiel nach Fig. 2. Hier sollen in das Werkstück 1' linksgängige Schrägzähne
3' mit einem rechtsgängigen Fräser eingefräst werden, von dem ein Zahn 2' gezeichnet
ist. Die Waagerechtkomponente SH der vom Fräser auf das Werkstück 2' ausgeübten
Kraft S' ist nunmehr in der gleichen Richtung wie die der Umfangsgeschwindigkeit
W' (Pfeil 6') entsprechenden Kraft gerichtet. Sobald der Fräser in. wirksame Stellung
gebracht wird, also zu fräsen beginnt, treibt er Rad 5 um den Betrag des Spiels,
das die Zähne 7 zwischen den Flanken der zugehörigen Schnecke haben, vorwärts; die
Zähne 7 werden also von denjenigen Gewindeflanken der Schnecke, von denen sie bei
wirkungsloser Stellung des Fräsers getrieben werden, abgehoben und an die gegenüberliegenden
derselben Zahnlücken angeschlagen, mit denen sie während des Fräsens in Anlage gehalten
werden. Sobald der Fräser vom Werkstück abgehoben wird, schlagen die Zähne des Rades
7 - falls der Werkstücktisch zunächst noch angetrieben bleibt - wieder auf die zuerst
genannten Flanken der Schnecke zurück. Der Vorgang nach Fig. 2 entspricht dem »Gleichlauffräsen«,
bei dem die Umfangsgeschwindigkeit von Fräser und Werkstück in den einander zugekehrten
Abschnitten gleiche Richtung hat.
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Bei dem erfindungsgemäßen Antrieb des Rundtisches nach Fig. 3 ist
eine Schnecke 8 über formschlüssige Glieder, z. B. über zwei Kegelräder 1(D, 11
von einer Antriebsquelle 12, z. B. einem Elektromotor aus angetrieben, der zugleich
eine Regelpumpe 13 treibt, die Treibflüssigkeit, z. B. Öl, in einen hydraulischen
Motor 14 pumpt. Auf der Welle des Motors 14 sitzt eine zweite Schnecke 15, die ebenfalls
in das mit dem Werkstücktisch verbundene Rad 5 eingreift. Die Teile 13, 14,15 bilden
die das Drehmoment für das Rad. 5 liefernde Vorrichtung, welche die kraftschlüssigen
Glieder 13, 14 enthält. Die Teile 11, 10, 9, 8 bilden die formschlüssige Zumeßvorrichtung,
die das Maß der Drehung des Rades 5 begrenzt, jedoch kein Drehmoment auf den Rundtisch
überträgt. Die von der Pumpe 13 in der Zeiteinheit gelieferte Flüssigkeitsmenge
ist so: bemessen, daß der Motor 14 bestrebt ist, Schnecke 15 mit einer höheren Drehzahl
anzutreiben, als Schnecke 8 über die formschlüssigen Glieder 10, 11 angetrieben
ist. Die Zahnflanken 16 des in Richtung des Pfeiles 17 gedrehten Rades 5 werden
daher ständig an die Flanken 18 des Gewindes der Schnecke 8 angedrückt, gleichgültig,
ob. der Fräser in Wirkstellung ist oder nicht. Die Waagerechtkomponente SH der Kraft
S' des Fräsers wird von den Flanken 18 aufgenommen.
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Bei der Ausführungsform nach Fig.4 und 5 ist die das Drehmoment erteilende
Vorrichtung ein z. B. hydraulischer oder elektrischer Motor 14, der von dem Antrieb
der die Zumeßvorrichtung für die Drehung des Rundtisches darstellenden Schnecke
8 unabhängig, also getrennt angetrieben ist. Zwischen Motor 14 und Rad 5 ist ein
aus Ritzel 20 und Stirnrad 19 bestehendes Untersetzungsgetriebe geschaltet. Stirnrad
19 ist mit Rad 5 verbunden. Motor 14 ist bestrebt, die Drehzahl von Rad 19 höher
zu halten, als die von Rad 5 ist. Die Erfindung kann sinngemäß auch bei anderen
Fräsmaschinen und sonstigen Werkzeugmaschinen mit Vorteil angewendet werden.