DE2644331A1

DE2644331A1 - Vorrichtung zum herstellen oder bearbeiten von stirnraedern

Info

Publication number: DE2644331A1
Application number: DE19762644331
Authority: DE
Inventors: Gerd Lichtenauer; Herbert Loos
Original assignee: Carl Hurth Maschinen und Zahnradfabrik GmbH and Co
Current assignee: Hurth Maschinen und Werkzeuge 8000 Muenchen GmbH
Priority date: 1976-10-01
Filing date: 1976-10-01
Publication date: 1978-04-06
Also published as: IT1112088B; JPS5943254B2; FR2366088A1; DE2644331C3; DE2644331B2; GB1547512A; FR2366088B1; JPS5344992A

Description

f^^l KSaokea, den 29. 9. 1976

w·* iTi-aSi« 2503 Lieh/Ιο 373. OO

MooMdMT «rate M _Λ PL 422 TtMM(WtDaMH J 2644331

Vorrichtung zum Herstellen oder Bearbeiten von Stirnrädern Zusatz zu Patent... (Patentanmeldung P 25 l6 059*2)

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, wie sie im Oberbegriff des Hauptanspruchs beschrieben ist. Es ist bereits ein Verfahren zum Schleifen von Zahnrädern nach dem Schraubwälzverfahren bekannt, bei dem das Werkzeug eine zylinderische Schnecke ist, die auf der Werkstückverzahnung abwälzt. Bei diesem Verfahren muß das Werkzeug relativ zum Werkstück einen Längsvorschub ausführen, der Bearbeitungszeit erfordert und daher vermieden werden soll. (DT-PS 8^1 986)

Es ist bekannt zum Schraubwälzschleifen ein Werkzeug zu benutzen, das wie eine sogenannte Globoidschnecke geformt ist. Während bei der oben erwähnten Zylinderschnecke der Axialschnitt einer Zahnstange entspricht, so daß sich die Flanken von Werkstück und Werkzeug mindestens theoretisch lediglich nur in einem Punkt berühren, schmiegen sich die Zähne der Globoidschnecke an die Flanken des Werkstücks an, so daß die Globoidschnecke einem Formwerkzeug entspricht, das sich auf der Werkstückverzahnung abwälzt.- Das bekannte Werkzeug ist nicht so gestaltet, daß es im Tauchverfahren arbeiten kann, d.h. es muß auch hier ein Längsvorschub vorgesehen sein. (US-PS 1 759 333)

Es sind auch Werkzeuge bekannt zum Glätten, insbesondere Honen von gehärteten Zahnrädern, die als Schleifzahnrad ausgebildet •ind, deren Achse beim Bearbeiten mit der Achse des Werkstück·

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einen Kreuzungswinkel von nicht größer als 30 bilden, und die während der Bearbeitung einen Längsvorschub ausführen. Abgesehen davon, daß hier ebenfalls ein zeitraubender Längsvorschub vorhanden ist, hat sich als Nachteil eine für die Werkstattspraxis zu kleine Standzeit herausgestellt. Außerdem ist wegen des kleinen Achskreuzwinkels die Gleitgeschwindigkeit längs den Zähnen klein im Verhältnis zur Gleitgeschwindigkeit in Richtung der Zahnhöhe. Die Gleitgeschwindigkeit in der Zahnhöhe ist beim Abwälzen von Zahnrädern bekanntlich unterschiedlich, am Zahnkopf und am Zahnfuß ist sie hoch, im Wälzkreis gleich null. Dadurch ergeben sich unterschiedliche Materialabtragungen über die Zahnhöhe. Die besagte geringe Längsgleitung, die an sich über die Zahnhöhe im wesentlichen gleich ist, ist nicht in der Lage, diesen Unterschied zu mildern. Das sogenannte Zahnradhonen hat «ich daher nicht durchsetzen können. (DT-PS 915

Die Erfindung nach dem Hauptpatent hat den Zweck, eine Vorrichtung zu erstellen, mit der ein Werkstück möglichst schnell bearbeitet wird. Eine Möglichkeit der Arbeitsbeschleunigung besteht im Vermeiden des üblichen aber zeitraubenden Vorschubs des Werkzeugs relativ zum Werkstück längs der Zähne. Eine andere Möglichkeit der Beschleunigung besteht darin, die Werkzeugwechselzeit zu verkürzen, was dadurch geschehen kann, daß die Standzeit des Werkzeugs verlängert wird, d.h. daß dafür gesorgt wird, daß das Werkzeug nicht so oft ausgetauscht zu werden braucht. Diese Aufgaben sollen möglichst zusammentreffen. Dem überlagert ist ein geringer Unterschied in der Materialabtragung am Zahnfuß und -kopf einerseits und am Wälzkreis andererseits.

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Nach dem Hauptpatent wird dieses Problem dadurch gelöst, daß ein teils als Formwerkzeug, teils als Abwälzwerkzeug und im Tauchverfahren wirkendes Werkzeug mit einem Achskreuzwinkel im Eingriff steht, der größer als 35° ist. Unter Tauchverfahren ist dabei ein Verfahren gemeint, bei dem das Werkzeug relativ zum Werkstück lediglich einen Tiefenvorschub ausführt.

In einer Ausführungsform ist die Vorrichtung nach dem Hauptpatent ausgestaltet durch ein radförmiges verzahntes Werkzeug mit hyperboloidischem oder ähnlichem Wälzkörper, dessen erzeugenden Geraden od. dgl. den Wälzkörper (Wälzzylinder) des Werkstücks tangieren, wobei von der theoretisch richtigen Form der erzeugenden Geraden so abgewichen werden kann, daß der Wälzkörper entsprechend einer Zahnschräge oder Korrektur der Zähne des Werkstücks eine vom Hyperboloid abweichende Form aufweist. Dadurch kann man bekannte Korrekturen in die Werkstückverzahnung einarbeiten, insbesondere einschleifen. Eine solche Korrektur ist z.B. eine sogenannte Breitenballigkeit der Zähne, d.h. die Zähne sind in der Zahnradmitte etwas dicker als an den beiden ZahnradStirnseiten.

Die Erfindung nach dem Hauptpatent kann vorteilhafterweise auch ausgestaltet sein durch eine Globoidschnecke die mit dem Werkstück Mit einen Achskreuzwinkel im Eingriff steht, der von 90° abweicht.

Eine Weiterbildung der Erfindung durch einen solchen Kreuzungswinkel der Achsen von Werkstückspindel und Werkzeugspindel und eine solche axiale Abmessung des Werkzeugs, daß die Zähne von Werkzeug und Werkstück von einer Stirnseite des Werkstücks bis ,zur anderen Stirnseite im Eingriff sind, ist besonders wichtig

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im Hinblick auf den Zweck einen Längsvorschub zu vermeiden. Ob ein hyperboloidisches oder globoides Werkzeug verwendet wird hängt im wesentlichen von der Zahnschräge des Werkstücks und den gewünschten Gleitverhältnissen an den Zahnflanken ab. Auch spielt die Verwendung des Werkzeugs zum Abziehen des Werkzeuge, wenn es ein Schleifwerkzeug ist, eine Rolle. Wenn es sich um ein hyperboloidisch geformtes Werkzeug handelt, dann kann ein an sich bekanntes geradlinig verfahrbares Abziehwerkzeug verwendet werden. Neu ist, daß es nicht wie bei den zylinderischen Schnecken parallel zur Werkzeugachse verfahren wird sondern geneigt dazu, nämlich in Richtung der erzeugenden Geraden des Hyperboloids. Es kann auch mit Hilfe eines Abziehwerkzeugs abgezogen werden, das die Form des Werkstücks oder eines Teils davon hat. Handelt es sich um ein Werkzeug in Form einer Globoidschnecke, dann kann das Abziehwerkzeug den bekannten Verfahren zum Erzeugen von Globoidschnecken entlehnt sein. Es kann aber auch ebenfalls ein Abziehwerkzeug mit der Form des Werkstück· oder eines Teils davon verwendet werden.

Ein besonderer Vorteil des Werkzeuge nach der Erfindung ist, daß es wegen seiner großen wirksamen Oberfläche gegenüber den bekannten zahnradförmigen Honwerkzeugen eine höhere Standzeit hat, so daß es im Unterschied zu den genannten Honwerkzeugen zur Verbesserung der Zahnflanken von gehärteten Zahnrädern in der Massenproduktion dienen kann,

Die Vorrichtung nach d&A Haupvpatent hat durch ihr Tauchverfahren gegenüber beispielsweise dem Schleifen mit zylinder!«eher Schleifschnecke den Vorteil der kürzeren Bearbeitungezeit, da _uein Längsvorschub vermieden ist. Sin Werkzeus nach der Erfindung

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-Sr-

ist besonders vorteilhaft für eine Feinstbearbeitung von harten Zahnrädern nach einer evt. Vorbearbeitung durch Zahnradschaben od. dgl. .

Mit den oben geschilderten Werkzeugen oder Vorrichtungen sind nicht alle Zahnbreiten der Werkstücke bearbeitbar, da im Tauchverfahren mit einem Achskreuzwinkel größer als 30 gearbeitet wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung oder Werkzeug der eingangs beschriebenen Art zu erstellen, das für große Achskreuzwinkel und für praktisch alle Werkstückzahnbreiten geeignet ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist. Wenn der Achskreuzwinkel größer ist, als im Patentanspruch 1 angesetzt ist, werden die Zahnflanken des Werkstücks nicht auf der ganzen Breite bearbeitet. Daher sind die Merkmale des Anspruchs 2 wichtig.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor.

Die Erfindung ist anhand der Figuren 1 bis k erläutert. Fig. 1 zeigt den Eingriff eines teils im Abwälzverfahren, teils im Formverfahren wirkenden Werkzeugs, das hyperboloidisch oder globoidisch geformt ist, in die Verzahnung eines gerad- oder schrägverzahnten Werkstücks.

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Fig. 2 zeigt schematisch in einer zu Fig. 1 rechtwinkeligen Ansicht ein hyperboloidisches Werkzeug im Zusammenwirken mit einem geradverzahnten Werkstück. Ein schrägverzahntes Werkstück würde nichts Wesentliches verändern.

Fig. 3 zeigt schematisch das Zusammenwirken einer Globoidschnecke mit einem geradverzahnten Werkstück. Auch hier würde ein schrägverzahntes Werkstück nichts Entscheidendes ändern.

In den Figuren 2 und 3 ist nur ein Zahn (Fig. 2) oder nur eine Zahnlücke (Fig. 3) gezeichnet, in Wirklichkeit sind die Werkzeuge selbstverständlich voll mit Zähnen versehen, wie es bei Zahnrädern und Schnecken üblich ist.

Fig. k zeigt zur Erläuterung der Erfindung schematisch die Eingriff sstrecke des Zahneingriffs von Werkzeug und Werkstück.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Werkzeug 1, das hyperboloidisch geformt oder eine Globoidschnecke sein kann. Dieses Werkzeug ist auf einer schematisch dargestellten Werkzeugspindel 2 auswechselbar gelagert. Die Spannmittel und der Antrieb für die Werkzeugspindel sind bekannt und daher nicht gezeichnet. Das Werkzeug steht in Eingriff mit einem gerad- oder schrägverzahnten Werkstück 3. Das Werkstück ist auf einer Werkstückspindel k auswechselbar eingespannt. Die Vorrichtung kann so eingerichtet «ein, daß beide Spindeln angetrieben werden, daß also z.B. eine ge-

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triebliche Verbindung zwischen beiden Spindeln besteht, oder daß sie über eine sogenannte elektrische Welle miteinander verbunden sind. Es kann aber auch nur eine der Spindeln angetrieben sein, während die andere Spindel über die Verzahnung von Werkstück und Werkzeug mitgenommen wird.

Durch die oben erwähnte Formgebung des Werkstücks schmiegen sich die Flanken der Zähne 5 des Werkzeugs an die der Zähne 6 des Werkstücks an. Dadurch ist es nach der Erkenntnis des Erfinders möglich, jedem Teil des Werkzeugs, z.B. in Fig. 1 dem linken Teil, einem Teil des Werkstücks, z.B. dem vorderen Teil, zuzuordnen. Dieses wird durch solch eine Anordnung von Werkzeug- und Werkstückspindel erzielt, daß diese sich abweichend von den üblichen Schneckentrieben mit einem Winkel mit Abstand kreuzen, der kleiner ist als 90 , wobei die bei schneckenförmigen Werkzeugen übliche Abweichung vom rechten Winkel infolge der Zahnschräge von Werkstück und Werkzeug ohnehin vorausgesetzt wird. Das bedeutet, außer der wegen den genannten Zahnschrägen erforderlichen Achskreuzung werden die Achsen noch zusätzlich zueinander gekreuzt, damit der wirksame Bereich der Werkzeugzähne von einer Stirnseite 7 des Werkstücks zur anderen Stirnseite 8 reicht, so daß ein Tauchvorschub, d.h. eine radiale Änderung des Abstände der Spindeln für die Bearbeitung ausreicht.

Das Werkzeug kann aus einem Material sein, aus dem üblicherweise Schleifwerkzeuge oder Hon-Zahnräder bestehen. Es kann auch ein mit Diamantkörnern belegter Metallkörper sein. Schließlich kann die Erfindung auch auf das Fräsen angewendet werden, wenn das Werkzeug aus «inen geeigneten Material besteht und mit Spannuten (versehen ist.

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Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung mit einem hyperboloidisch geformten Werkzeug 9· Die Werkzeugspindel 2 ist gegenüber der Werkstückspindel 4 mit einem Achskreuzwinkel 10 geneigt, der einerseits größer ist als 30 um eine ausreichende Längsgleitung zu gewährleisten und der andererseits erheblich kleiner als 90 ist, damit das Werkstück in seiner ganzen Breite (von Stirnseite 7 bis Stirnseite 8) im Tauchverfahren bearbeitet werden kann. Die wirksame Breite des Werkzeugs ist mit den gestrichelten Linien 11,12 angedeutet. Die Zähne des Werkzeuge verlaufen bei geradverzahnten Werkstücken entlang den erzeugenden Geraden lk des Hyperboloids. Die Zahnflanken des Werkzeugs können auch in Längsrichtung so korrigiert sein, daß sich an dem Werkstück 3 eine Schrägverzahnung oder eine gewünschte Breitenballigkeit (Balligkeit in Längsrichtung der Zähne) ergibt.

Fig. 3 zeigt schematisch eine Ausführungsform der Erfindung bei der das Werkzeug eine Globoidschnecke 13 ist, die mit dem Werkstück 3 im Eingriff steht. Auch hier weicht der Kreuzungswinkel 10 von den für Globoidschnecken üblichen 90 soweit ab, daß das Werkstück in seiner ganzen Breite ohne Längsvorschub, d.h. ausschließlich mit Tauchvorschub radial zur Werkstück- und Werkzeugspindel bearbeitet werden kann.

An der Erfindung ändert sich nichts Entscheidendes, wenn wie in den Beispielen Fig. 2 und 3 statt geradverzahnte Werkstücke schrägverzahnte Räder bearbeitet werden.

Für den Fall daß mit ein „τ Globoidschnecke (Fig. 3) breitenballige Zähne bearbeitet werden sollen, kann dem Werkstück relativ zum Werkzeug «ine kleine Zusatzbewegung erteilt werden, z.B. da-

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—Sf-

durch, daß die Werkstückspindel in einer Ebene hin- und hergekippt wird, die rechtwinkelig auf der Bildebene der Fig. 3 liegt.

Bei den beschriebenen Werkzeugen und auch bei ähnlichen bekannten Werkzeugen wurde das Verhältnis der Verζahnungsgroßen von Werkstück zu Werkzeug nicht ausreichend beachtet. Dadurch konnte eintreten, daß das Werkstück fehlerhaft bearbeitet wurde oder daß Flankenteile des Werkstückes unbearbeitet blieben. Die Werkstückzahnflanken können dann einwandfrei bearbeitet werden, wenn die Verzahnungsgrößen in folgender Beziehung zueinander stehen

d . cos {y - ß ) w Oma* ζ

w m

ζ ist die Zähnezahl des Werkzeugs, d ist der Teilkreis- oder w ° w

Wälzkreisdurchmesser des Werkzeugs und ist im wesentlichen frei wählbar. Der Achskreuzwinkely zwischen Werkstück und Werkzeug ergibt sich aus der Beziehung

tan y = τ- e.
<jmax b k

dabei ist b die Zahnbreite, e, ist der größere Abschnitt von e, _Λ bzw. e,₂ (Fig. 4). e, ist die Projektion des Anteils der Eingriff sstr ecke e, der sich vom Wälzpunkt C bis zum Kopfpunkt K der Eingriffsstrecke erstreckt, auf eine Ebene 20, die rechtwinkelig auf der gemeinsamen Normalen 19 zu den Achsen von Werkstück und Werkzeug steht, e, _ ist die Projektion auf die genannte Ebene des Anteils der Eingriffsstrecke, der sich vom Wälzpunkt C bis zum Fußpunkt A der Eingriffsstrecke erstreckt. Der genannte Fußpunkt A wird bestimmt durch die Eingriffsstrecke e und den Form-

durchmesser (true involute form diameter) d_TIp Der Achskreuzwin-Jcel kann also zwischen 35° und dem angegebenen j/_nax liegen ,

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wobei das Werkzeug so breit sein muß, daß es die gesamte Werkstückbreite übergreift.

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Begriffsliste

1 Werkzeug

2 Werkzeugspindel

3 Werkstück

k Werkstückspindel

5 Zähne des Werkzeugs

6 Zähne des Werkstücks

o) Stirnseiten des Werkstücks

9 hyperboloidisch geformtes Werkzeug

10 Achskreuzwinkel V-

) wirksame Breite des Werkzeuge

1.3 Globoidschnecke

lA erzeugende Gerade

19 gemeinsame Normale

20 Ebene

ζ Zähnezahl des Werkzeugs

d Teilkreis- oder Wälzkreisdurchmesser des Werkzeugs

m Normalmodul η

d Kopfkreisdurchmesser des Werkzeugs

d Grundkreisdurchmesser des Werkzeugs gw

d_TI_ Formdurchmesser des Werkzeugs (true involute form)

b Zahnbreite des Werkzeugs

b Zahnbreite des Werkstücke

e Eingriffsetrecke

e. Projektion eines Abschnitts der Eingriffsstrecke

β.. Abschnitt e. , begrenzt durch den Kopfkreis des Werkzeug·;

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e Abschnitt e , begrenzt durch den Formdurchmesser des Werkzeugs

ß Sehrägungswinkel des Werkstücks (Zahnrads) im Teil- oder Wälzkreis

Jf- Achskreuzwinkel von Werkzeug und Werkstück, maximal C Wälzpunkt K Kopfpunkt der Eingriffsstrecke A Fußpunkt der Eingriffsstrecke

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Claims

29-9- 1976 373.00 PL 422 , _Λ « „

ANSPRUCHE

(1.1 Vorrichtung zum Herstellen oder Bearbeiten, insbesondere Schleifen, der Verzahnung von gerad- oder schrägverzahnten Stirnrädern mit mindestens einem verzahnten, einen Rotationskörper darstellenden Werkzeug, bei dem ein teils als Formwerkzeug, teils als Abwälzwerkzeug und im Tauchverfahren wirkendes Werkzeug mit dem Werkstück mit einem Achskreuzwinkel im Eingriff steht, der größer ist als 35 » nach Patent... (Patentanmeldung P 25 l6 059.2)
dadurch gekennzeichnet, daß die Zähnezahl des Werkzeugs in

folgender Beziehung zu den übrigen den Zahneingriff von Werkzeug (l) und Werkstück (3) bestimmenden Größen steht

d . cos (y - ß )

w α max ζ ζ

w max ra

dabei ist d der zu wählende Teilkreis- oder Wälzkreisdurchmesser des Werkzeugs,

ra der Normalmodul
η

β der Schrägungswinkel im Teilkreis oder Wälzkreis,

V der größt zulässige Achskreuzwinkel <J^max

e/L der Eingriffswinkel (Pressungswinkel) im Teilkreis,

aC der Eingriffswinkel (Pressungswinkel) im Wälzkreis

und wobei

^tan χ »«χ - b_z ^ek ^ist

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mit b = Zahnbreite des Werkstücks
ζ

e. = der größere Abschnitt von e, oder e._

dabei ist e, die Projektion des Anteils der Eingriffsstrecke

(e), der sich vom Wälzpunkt (C) bis zum Kopfpunkt (K) der Eingriffsstrecke erstreckt, auf eine Ebene (20), die rechtwinkelig auf der gemeinsamen Normalen (19) zu den Achsen von Werkstück und Werkzeug steht.

und ^eiro di^e Projektion des Anteils der Eingriffsstrecke

entsprechend e, ist, der durch den Fußpunkt (A) bestimmt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Beziehung

^bw - V ^k ^ek^{2 +} V

wobei b die Werkzeugbreite ist.

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