DE3501935C1 - Verfahren zum Feinbearbeiten der Flanken von Zahnrädern mit einem zahnradartigen, mit Hartstoffkörnern beschichteten Werkzeug - Google Patents

Description

• Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den F i g. 1 bis 10 gezeigten Ausführungsbeispielen erläutert.
• Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung, auf der das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann.
• F i g. 2 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus der Verzahnung eines Werkstück-Werkzeug-Paares in vergrößertem Maßstab.
• Fig.3 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus der Verzahnung eines Führungsrad-Paares in der zu F i g. 2 passenden Stellung.
• F i g. 4 zeigt das Schema eines Arbeitsablaufes des Verfahrens nach der Erfindung zum Feinbearbeiten von Verzahnungen.
• Fig.5 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Teilschnitt durch die Flanke eines Werkzeugs oder Abziehrades, das mit mehreren Schichten Körnern belegt ist.
• Fig.6 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus der Verzahnung eines Werkzeug-Abziehrad-Paares in vergrößertem Maßstab.
• Fig. 7 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus der Verzahnung des Führungsrad-Paares in der zu F i g. 6 passenden Stellung.
• F i g. 8 zeigt schematisch den Arbeitsablauf des Verfahrens nach der Erfindung zum Abziehen eines Werkzeuges.
• Fig.9 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus den Arbeitsflächen (Zahnflanken) von Werkzeug und Abziehrad im kleinsten Achsabstand.
• F i g. 10 zeigt einen gleichen Ausschnitt im Zustand nach vollendetem Abziehen.
• Auf einer Werkstückspindel 1 sind ein Werkstück 2 und daneben ein erstes Führungszahnrad 3 auswechselbar aufgespannt. Auf einer Werkzeugspindel 5 ist ein Werkzeug 6 und daneben ein zweites Führungszahnrad 7 auswechselbar gespannt. Während des Bearbeitungsvorganges kämmt das Werkzeug mit dem Werkstück und das erste mit dem zweiten Führungszahnrad. Das Führungsgetriebe 3, 7 hat das gleiche Übersetzungsverhältnis wie das Werkstück-Werkzeug-Paar 2, 6. Das Gesamtgetriebe kann mit parallelen Achsen oder mit im Abstand gekreuzten Achsen laufen. Wird mit gekreuzten Achsen und im sogenannten Tauchverfahren, also ausschließlich mit Tiefenvorschub, gearbeitet, müssen das Werkzeug 6 und die Führungszahnräder 3, 7 je nach der Lage des Achskreuzpunktes (gemeinsame Normale) gestaltet sein. Liegt der Achskreuzpunkt beispielsweise innerhalb der Verzahnung des Werkstück-Werkzeug-Paares dann muß das Werkzeug das Werkstück umgreifend hyperboloidisch oder globoidisch oder ähnlich geformt sein. Entsprechend müssen auch die Führungszahnräder gestaltet sein und zwar - weil der Achskreuzpunkt außerhalb dieser Verzahnung liegt - noch zusätzlich konisch. In Fig. list das oben am Führungszahnrad 7 angedeutet, obwohl das Gesamtgetriebe mit parallelen Achsen gezeichnet ist, was aber nur als Schema gewertet sein soll. Eine der beiden Spindeln, z. B.
• Werkzeugspindel 5 ist mit einem Motor 8 gekuppelt, die andere, beispielsweise die Arbeitsspindel 1, mit einer Bremse 9 versehen. Beides können auch Bremsmotore sein. Auf der Werkzeugspindel 5 ist ferner eine Schaltkupplung 10 vorgesehen mit der das Werkzeug 6 vom übrigen Getriebe abgekuppelt werden kann. Mit dieser Kupplung kann also entweder die Spindel 5 zwischen den Rädern 7, 6 getrennt werden, dann ist die Werkzeugspindel zweiteilig, oder die Spindel ist durchgehend, dann wird das Werkzeug 6 von der Spindel 5 getrennt. An dem vom Antrieb abtrennbaren Teil der Werkzeugspindel ist noch eine Haltebremse 42 vorgesehen, die mit einem hydraulischen, pneumatischen oder elektrischen Betätigungsorgan, z. B. einem Elektromagneten 43, betätigbar ist.
• Die Werkzeugspindel 5 ist an einem Werkzeugkopf 11 gelagert, der drehbar aber nicht längsverschiebbar in einem Werkzeugschlitten 12 gelagert ist. Zum Verdrehen des Werkzeugkopfes ist ein Schneckenrad 13 und eine Schnecke 14 vorgesehen. Letztere kann mit einer Kurbel oder einem Motor 15 angetrieben werden. Damit kann ein Achskreuzwinkel eingestellt werden.
• Zweckmäßig sind noch Mittel zum Klemmen des Werkzeugkopfes, die - da bekannt - nicht gezeichnet sind.
• Der Werkzeugschlitten ist im Maschinengestell 16 in einer Führung 17 verschieblich gelagert und von einem Motor 18 aus über eine Vorschubspindel 19 antreibbar.
• Die Führung, von der noch eine zweite nicht gezeichnete vorgesehen ist, ist so gerichtet, daß mit dem Werkzeugschlitten der Achsabstand der Spindeln 1, 5 verändert werden kann. Klemmittel sind für den Werkzeugschlitten, da bekannt, nicht gezeichnet.
• Die Motore 15, 18 für den Werkzeugkopf und den Werkzeugschlitten können elektrisch oder hydraulisch so miteinander geschaltet sein, daß sich mit Verändern des Achsabstandes der Spindeln, der Werkzeugkopf 11 verdreht entsprechend dem vom Achsabstand abhängigen Schrägungswinkel im Wälzkreis der Verzahnung.
• Bisher wurde die Maschine beschrieben als solche zum Arbeiten im Tauchverfahren, d. h. zum Arbeiten nur mit Tiefenvorschub (Verändern des Achsabstandes von Werkstück und Werkzeug). Die Erfindung ist aber auch verwendbar zum Arbeiten mit Längsvorschub. Für diesen Fall ist der Lagerbock 4 nicht auf dem Maschinengestell, sondern auf einem Schlitten 20 gelagert, der in wählbaren Richtungen verschiebbar und dafür antreibbar ist, wie das beispielsweise von Zahnradschabmaschinen her bekannt ist.
• Fig. list lediglich ein Schema. Zweckmäßigerweise sind die beiden Zahnradpaare auf den beiden Spindeln dichter aneinander angeordnet. Es sind lediglich die zum Verständnis der Erfindung erforderlichen Elemente gezeichnet und beschrieben. Maschinengestell, Lager usw.
• wurden nicht gezeichnet, da sie im Prinzip bekannt sind.
• F i g. 2 zeigt schematisch und in vergrößertem Maßstab einen Ausschnitt aus der Verzahnung von Werkstück 2 und Werkzeug 6 im Eingriff während des Bearbeitungsvorganges. Das Werkzeug besteht aus einem metallischen verzahnten Grundkörper 21, auf dessen Arbeitsflächen, also normalerweise den Zahnflanken, eine Beschichtung aus Bornitrid-Körnern 22 und einem Bindemittel 23, z. B. Kunstharz, Bronze od. dgl., aufgebracht ist. Die Beschichtung kann eine Lage Körner aufweisen wie in F i g. 2 gezeigt ist oder es können mehrere Lagen Körner übereinander aufgetragen sein (Fig5). Während der Bearbeitung wälzt sich dieses Werkzeug auf dem Werkstück 2 ab und zwar so, daß nur eine Zahnflanke 24 des Werkzeugs an der entsprechenden Zahnflanke 25 des Werkstücks 2 anliegt. Beim Führungsradpaar liegt ebenfalls jeweils nur eine Zahnflanke 26 an der entsprechenden Zahnflanke 27 des Gegenrades an. Die Rückflanken 28, 29, 30, 31 berühren sich nicht. Beim Abwälzen des Werkstück-Werkzeug-Paares liegen also jeweils nur die Flanken 24,25 einer Zahnseite aneinander, während beim Führungsradpaar die Gegenflanken 26, 27 aneinander liegen. Jedes Radpaar läuft also mit Flankenspiel, das aus den Elementen 2, 6, 3, 7 bestehende Gesamtgetriebe aber während des Bearbeitungsvorganges spielfrei.
• Fig. 4 zeigt schematisch einen Arbeitsablauf gemäß dem Verfahren nach der Erfindung. Mit A, B, C, D ist die Lage der Werkstückspindel 1 bei vier markanten Achsabständen der beiden Spindeln 1,5 bezeichnet. Die dick ausgezogenen Linien bezeichnen schematisch den Weg des Werkzeugs relativ zum Werkstück. Die kreisförmigen Pfeile 40, 41 bezeichnen die Drehrichtung der Abwälzbewegung. Im Achsabstand A wird das Werkstück auf die Werkstückspindel aufgespannt. Punkt 32. Sodann wird auf eine Teile (Achsabstand @) zugestellt (Punkt 33), die dem späteren Beginn der Bearbeitung entspricht. Die nächsten Schritte sind das Öffnen der Schaltkupplung 10, das Einschalten der Bremse 9 und der Haltebremse 42 sowie das Einschalten des Motors 8 mit Schleichgang-Geschwindigkeit in Drehrichtung 40.
• Die Verzahnung des Führungszahnrades 7 und des Werkzeugs 6 verdrehen sich relativ zueinander, wie schematisch in den F i g. 2 und 3 mit den Pfeilen 44, 45 angedeutet (Punkt 34). Sobald die Zahnflanken zur Anlage kommen, bleibt der Motor 8 stehen, da er im Schleichgang nur mit geringer Leistung arbeitet und die Haltekraft der Haltebremse 43 nicht überwinden kann.
• (Die Bremse 9 ist schon vorher wieder geöffnet worden, als die Führungsräder 3, 7 zur Flankenanlage gekommen waren.) Der Motor 8 wird abgeschaltet, die Kupplung 10 geschlossen, die Haltebremse 42 geöffnet. Es folgt ein Auseinanderfahren der Spindeln auf einen Achsabstand B (Punkt 35). In dieser Stellung liegen die Flanken 26, 27 der Führungszahnräder aneinander (F i g. 3), die Zähne von Werkstück und Werkzeug haben aber. abweichend von F i g. 2. beiderseits Spiel. jetzt wird der Motor 8 in Drehrichtung 40 eingeschaltet mit einer Drehzahl, die der Schnittgeschwindigkeit entspricht (Punkt 36) und dann erfolgt eine Zustellung zunächst auf einen Achsabstand C; in dem die Werkzeugflanken die Werkstückflanken berühren (Punkt 37) und Fortsetzung der Zustellung bis auf den kleinsten Achsabstand D (Punkt 38). Während dessen werden die Werkstückzahnflanken bearbeitet und zwar in zwei Koordinaten, einmal infolge der Achsabstandsveränderung und das andere Mal infolge der Veränderung des Eingriffswinkels der Verzahnung der Führungsräder. Diese senkrecht zur Zahnflanke gerichtete Komponente ist natürlich sehr klein. Die letzten Schritte sind das Zurückfahren auf den Achsabstand B und das Abschalten des Motors 8 (Punkt 39). Der Vorgang wird dann wiederholt für die anderen Zahnseiten mit der anderen Drehrichtung 41. In F i g. 4 sind die Linien zwischen den Punkten 34, 35 und 36, 37 der Deutlichkeit wegen nebeneinander gezeichnet, in Wirklichkeit laufen die entsprechenden Bewegungen in denselben Ebenen ab, so daß die Linien deckungsgleich sein müßten.
• Statt eines Motors 8 und einer Bremse 9 können auch zwei Bremsmotore 8, 9 verwendet werden. Dann kann der Zahnflankenwechsel ohne Drehrichtungswechsel durchgeführt werden, indem wechselweise der eine Motor auf Antrieb und der andere Motor auf Bremsen geschaltet werden. Dadurch kann Bearbeitungszeit eingespart werden.
• Das Werkzeug 6 kann in der gleichen Vorrichtung F i g. 1 abgezogen werden. Zu diesem Zwecke wird das Werkstück 2 durch ein Abziehrad 50 ausgetauscht, was in der Praxis durch eine Ladeeinrichtung geschehen kann. Die Bezugsziffer des Abziehrades wurde in F i g. 1 in Klammern neben die Bezugsziffer für das Werkstück gesetzt. Das Abziehrad 50 hat normalerweise im wesentlichen die Form des Werkstücks 2. Es besteht aus einem Grundkörper 51, auf dessen Arbeitsflächen, normalerweise des Zahnflanken, Diamantkörner 52 od. dgl.
• mit einem Bindemittel 53 aufgebracht sind (F i g. 6). Die Belegung kann auch mehrschichtig sein, vergleiche Fig. 5.
• Das Verfahren zum Abziehen des Werkzeugs 6 unterscheidet sich nur wenig von dem oben beschriebenen Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks 2 mit dem Werkzeug 6. Ein wesentlicher Unterschied besteht allerdings darin. daß der Achsabstand Criir des relativ Vs rals der Achsabstand am Ende des Abziehvorganges.
• als der Achsabstand am Ende des Abziehvorganges.
• Wie Fig. 9 zeigt, können die CBN-Körner 22 des Werkzeugs 6 in die Lücken zwischen den Diamantkörnern 52 ragen, so daß ein größeres relatives Verdrehen der Verzahnungen möglich ist als wenn die CBN-Körner an der Hüllfläche der Diamantkörner zur Anlage kämen.
• Ein Beispiel für den Arbeitsablauf beim Abziehen ist in F i g. 8 gezeigt. Die kreisförmigen Pfeile 54, 55 bezeichnen die Drehrichtung der Abwälzbewegung. Die Arbeit beginnt mit dem Einspannen des Abziehrades 50 - wenn in der Werkzeugmaschine abgezogen wird -oder mit dem Aufspannen des Werkzeugs 6 - wenn in einer besonderen Vorrichtung abgezogen wird - und zwar im Achsabstand A (Punkt 65). Der Achsabstand der Spindeln wird dann vermindert (Punkt 66) und die Verzahnungen von Werkzeug 6 und Führungsrad 7 werden relativ zueinander verdreht, bis die Zahnflanken von Werkzeug 6 und Abziehrad 50 aneinanderliegen und sich die Räder an den Zahnflanken der Führungszahnräder 3, 7 abstützen (F i g. 6, 7). Das Verdrehen geschieht in der Weise, wie es im Zusaminc@hang mit F i g. 4 beschrieben wurde (Punkt 67). L)a der Motor 8 im Schleichgang nur mit geringer Leistung arbeitet, kommt er zum Stehen, sobald die Zahnflanken aneinanderliegen. Der Achsabstand zwischen Werkzeug 6 und Abziehrad 50 wird jetzt so lange vergrößert, bis beiderseits der Werkzeugzähne und der Abziehradzähne Flankenspiel besteht (Achsabstand B, Punkt 68). Nachdem der Motor 8 eingeschaltet wurde und die der Schnittgeschwindigkeit entsprechende Drehzahl erreicht hat (Punkt 69), wird der Achsabstand verringert, bis die Flanken vom Abziehrad 50 und vom Werkzeug 6 in Kontakt kommen (Punkt 70). Diese Zustellbewegung des Werkzeugs 6 relativ zum Abziehrad 50 verläuft rechtwinkelig zu deren Achsen und wird dann zum Abziehen noch fortgesetzt, wobei sich durch die Eingriffswinkel-Änderung der Führungsräder der Zustellbewegung noch eine allerdings geringe Bewegung überlagert, die senkrecht zu den Zahnflanken gerichtet ist. Am Ende des Abziehvorganges ist Punkt 71 erreicht, in dem das Werkzeug 6 und das Abziehwerkzeug 50 die in den F i g. 6 und 10 gezeigte Stellung zueinander haben. Der dabei erreichte Achsabstand D ist größer als der Achsabstand C, bei dem die relative Verdrehung von Werkzeug 6 und Abziehrad 50 erfolgt ist, weil ja die CBN-Körner 22 nicht vollständig abgetragen wurden und die Diamant-Körner 52 nicht in die Lücken zwischen den CBN-Körnern ragen. Anschließend wird wieder auf den Achsabstand B zurückgefahren (Punkt 72) und der Vorgang sodann für die anderen Zahnseiten mit der entgegengesetzten Drehrichtung 55 wiederholt.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum Feinbearbeiten von gerad- oder schrägverzahnten, außen- oder innenverzahnten, ungehärteten oder gehärteten Werkstücken mit einem zahnradförmigen Werkzeug, dessen Zahnflanken mit einer Beschichtung aus Hartstoffkörnern, insbesondere solchen aus kubischem Bornitrid (CBN), versehen sind, auf einer Vorrichtung, bei der das Werkzeug und das Werkstück mit je einem Führungsrad verbunden ist, die miteinander kämmen und dasselbe Übersetzungsverhältnis aufweisen wie das Werkzeug-Werkstück-Paar, und bei der das Werkzeug mit dem Werkstück so aufeinander abwälzen, daß während eines Bearbeitungsvorganges jeweils nur die rechte oder die linke Flanke der Werkzeugzähne an Werkstückzähnen anliegt und eine Einrichtung vorhanden ist zum Ein- bzw. Verstellen der gegenseitigen Winkellage von Führungsrad und Werkzeug zwecks Änderung der Flankenanlage, mit den Verfahrensschritten a) Einfahren des Werkzeugs (6) in die Verzahnung des Werkstücks (2) oder umgekehrt bis zu einem Achsabstand, der dem Beginn der späteren Bearbeitung entspricht; b) Verdrehen der Verzahnung eines der beiden Teile des Werkstück-Werkzeug-Paares relativ zur Verzahnung des Führungsrad-Paares (3, 7), bis die arbeitende Werkzeugflanke (24) an der zu bearbeitenden Werkstückflanke (25) einerseits und die entsprechenden Gegenfianke (26, 27) des l:ührungsradPaares andererseits anliegen; d) Einschalten der Drehbewegung und Hochfahren auf die Arbeitsdrehzahl; f) Auseinanderfahren von Werkzeug und Werkstück, während die Führung durch das Führungsrad-Paar (3, 7) aufrechterhalten bleibt, und Abschalten der Drehbewegung; gekennzeichnet durch nachfolgende Reihenfolge von Verfahrensschritten: a) (wie vorstehend) b) (wie vorstehend) c) Auseinanderfahren des Werkzeugs (6) mit seinem Führungsrad (7) einerseits und des Werkstücks (2) mit seinem Führungsrad (3) andererseits unter Aufrechterhaltung der Flankenanlage im Führungsrad-Paar (3, 7) bis zu einem Zustand, in dem beiderseits des Werkzeugszahnes Flankenspiel vorhanden ist (Achsabstand B); d) (wie vorstehend) e) Tiefenvorschub des Werkzeugs (6) relativ zum Werkstück (2) (Verkleinern des Achsabstandes) unter gleichzeitiger Spanabnahme, wobei das Werkzeug (6) von dem Führungsrad-Paar (3, 7) so geführt wird, daß nur eine Flanke der Werkzeugzähne an den Werkstückzähnen anliegt; f) (wie vorstehend) g) Wiederholen des Vorganges für die andere Zahnseite von Werkstück (2) und Werkzeug (6).
2. 2. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf das Abziehen des zahnradförmigen Werkzeuges, dessen Zahnflanken mit Körnern aus kubischem Bornitrid (CBN) beschichtet sind, wobei im Verfahrensschritt a) das abzuziehende Werkzeug (6) ggf.

   bis auf den kleinsten Achsabstand (C) in die Verzahnung eines Abziehrades (50) oder umgekehrt eingefahren wird.

   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Feinbearbeiten der Flanken von verzahnten Werkstücken nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

   Damit geht die Erfindung aus von einem Stand der Technik, wie er aus der nicht vorveröffentlichten DE-OS 33 04 980 bekannt ist. Für Werkzeuge zum Feinbearbeiten der Flanken von Zahnrädern, wie sie dort beschrieben sind, wird ebenso wie in zahlreichen anderen Fällen kubisches Bornitrid (CBN) verwendet, das auf die Arbeitsflächen, also die Zahnflanken, eines metallischen Grundkörpers aufgebracht wird, z. B. galvanisch. Die mit solchen Werkzeugen erzielten Bearbeitungsergebnisse sind i. a. befriedigend. Hinsichtlich der Standzeit entsprechen diese Werkzeuge allerdings nicht immer den Vorstellungen der Anwender, da häufig ein vorzeitiges Ausbrechen und starke Abnutzung der CBN-Körner beobachtet wird. Die Ursache dafür war zunächst unbekannt, bis herausgefunden wurde, daß das CBN eine bestimmte Mindest-Schnittgeschwindigkeit erfordert, um über lange Zeit hinweg befriedigende Arbeitsergebnisse bringen zu können. Es ist also nicht möglich, das Werkzeug auf die erforderliche Schnittgeschwindigkeit hochzufahren, während es sich bereits im Eingriff befindet weil es dann bereits bei einer zu niedrigen Schnittgeschwindigkeit mit der Arbeit begonnen und die CBN-Beschichtung dabei zerstört wird. Dies gilt sowohl für den aktiven d. h. spanabtragenden Einsatz des Werkzeugs als auch für den passiven Einsatz, d. h. beim Abziehen des Werkzeugs.

   Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren so weiterzuentwickeln, daß die genannten Schwierigkeiten nicht mehr auftreten. Das Verfahren soll auch zum Abziehen dieser Werkzeuge anwendbar sein.

   Bezüglich des Feinbearbeitens von verzahnten Werkstücken wird die Aufgabe gelöst mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Mit einem in dieser Weise ausgeführten Verfahren ist es möglich, das mit CBN beschichtete Werkzeug erst auf die erforderliche Schnittgeschwindigkeit zu bringen, ehe der Bearbeitungsvorgang beginnt Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit sollte das Werkzeug in der Maschine abgezogen werden, in der es benutzt wird, d. h. es muß dann das mit CBN beschichtete Werkzeug mit einem mit Diamant beschichteten Abziehrad abgerichtet werden. Hierbei entstand bisher das zusätzliche Problem, daß sich die Körner von Werkzeug und Abziehrad ineinander verkrallen, so daß sie herausgerissen werden. Wird jedoch das Verfahren nach der Erfindung gemäß Anspruch 2 angewendet, dann wird die CBN-Beschichtung weitestgehend geschont.

   Im Anspruch 1 sind nur die für die Erfindung wesentlichen Verfahrensschritte genannt. Solche Schritte, die selbstverständlich sind, sind fortgelassen. So sind z. B.

   Motor, Bremse, Schaltkupplung so zu steuern, daß sich die beschriebenen Verfahrensschritte unter den angegebenen Bedingungen ergeben.