DE2658829C3 - Verfahren zum Feinbearbeiten, insbesondere Schaben von Zahnrädern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, wie es im Oberbegriff des Hauptanspruches beschrieben ist.

Es sind derartige Verfahren insbesondere für das Zahnradschaben bekannt, bei denen das Werkzeug dem Werkstück schrittweise im Sinne einer Achsabstandsänderung genähert wird, wobei Pausen eingefügt sind, während denen ein Tangentialvorschub parallel zur Werkstückachsc (ParalleUchabei.; oder quer dazu (Diagonal- oder Querschabtn) ausgeführt wird. Diese Schabverfahren sind verhältnismäßig langsam.

Es ist auch ein mit »Tauchschaben« bezeichnetes Verfahren bekannt, bei dem Werkstück und Werkzeug ausschließlich in Richtung der Normalen genähert werden, die den Achsen von Werkstück und Werkzeug gemeinsam ist, d. h. bei dem nur ein Tauchvorsdliub ausgeführt wird. Das Werkzeug ist hierbei mit einem hyperboloidischen oder ähnlichen Wälzkörper ausgestattet, damit die Zahnflanken auf der ganzen Breite anliegen. (Das Hyperboloid wird erzeugt, indem die Flanken der Werkzeugzähne hohlballig geschliffen werden). Außerdem sind die Schneidkanten auf den einzelnen Zähnen des Werkzeugs gegeneinander versetzt, damit alle Werkstück-Flankenteile bearbeitet werden. Dieses Verfahren ist schnell und für verhältnismäßig schmale Zahnräder sehr genau. Mit zunehmender Breite der Werkstücke entstehen jedoch Eingriffswinkel (Grundkreis) — Abweichungen je weiter der Ort der Bearbeitung vom Achskreuzpunkt entfernt ist. D. h. in der Nähe des Achskreuzpunktes ergeben sich genaue Flanken und mit zunehmender Entfernung davon ergehen sich im wachsenden Maße Profilwinkelabweichungen (auch Verschränkung genannt).

Es ist ferner ein Schabverfahren bekannt, bei dem der Vorschub ausschließlich in einer Ebene verläuft, die rechtwinkelig zur gemeinsamen Normalen von Werkstück- Und Werkzeugachse Hegt. Der Vorschub ist in dieser Ebene rechtwinkelig zur Werkstückachse oder Werkzeugachse oder in einem Zwischenwinkel gerichtet. Bei diesem Verfahren wird der Achskreuzpurikt über die gesamte Werkstückzahnbreite verschoben. Profilwinkel-Abweichungen in den verschiedenen Stirnschnitten sind nicht oder kaum vorhanden. Nachteilig ist jedoch, ein langer Vorschubweg des Werkstücks relativ

zum Werkzeug von Beginn des Arbeitsvorgangs bis zur Werkzeugmitte, 4 h. kleinsten Achsabstand und damit

eine verhältnismäßig lange Arbeitszeit. Außerdem

können sich Schwierigkeiten beim Anlaufweg ergeben, weil es dort zu Zerschneidungen kommen kann.

Besondere Schwierigkeiten bereiteten bisher kleine Werkstücke z, B. mit 30 mm Durchmesser und kleiner.

Ferner ist bereits eine Maschine zum Schaben

ίο und/oder Profilrollen von Zahnrädern mit einem rotierenden, verzahnten Werkzeug bekannt geworden, die eine Vorrichtung zum Bewirken einer gegenseitigen Relativbewegung der Rotationsachsen des Werkzeugs und des Werkstücks aufweist, wobei über diese Vorrichtung mindestens zwei orthogonale Bewegungen ?rzeugbar sind. Für jede Bewegung ist ein Motor vorgesehen, der wie der Antriebsmotor für die Rotationsbewegung des Werkzeugs, einen eigenen, mit einem Sollgröße-Generator verbundenen e'ektroni sehen Regelkreis aufweist Mit dieser Maschine können die Schnittbedingungen beim Zahnradschaben auf verhältnismäßig einfache Weise erforscht werden. Aus der Vorveröffentlichung ist aber nicht zu entnehmen, wie zum Erfüllen höchster Genauigkeitsansprüche in der Massenfertigung vorgegangen werden soll (DE-OS 26 04 281).

Der Erfindung liegt als Aufgabe ein Verfahren zugrunde, das die beschriebenen Nachteile der eingangs beschriebenen Verfahren vermeidet d. h. bei denen die Profilwinkelabweichungen und das Zerschneiden der Verzahnung beim Feinbearbeiten vermieden sind und das befriedigend schnell ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird mit einem Verfahren gelöst, bei dem sich an einen mit einem Tiefenvorschub überlagerten Tangentialvorschub ein reiner Tangentialvorschub anschließt und die Drehrichtung des Werkstücks oder Werkzeugs mindestens einmal vor dem Erreichen des kleinsten Achsabstandes oder beim kleinsten Achsabstand ge wechselt wird.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, die mit den F i g. 1 bis 10 dargestellt sind.

F i g. I zeigt schemätisch ein Werkstück-Schabradpaar von der Seite.

F i g. 2 zeigt das Werkstück-Schabradpaar der F i g. 1 von oben.

F i g. 3 zeigt schematisch einen Zahn eines Schabrades.

F i g. 4 bis 10 zeigen Beispiele für die Kombination des Tiefen- und Tangentialvorschubs nach der Erfindung.

Die F i g. 1 und 2 zeigen eine aus einem Werkstück W und einem Schabrad Γ bestehende Paarung. In diesem Beispiel ist das Werkstück schrägverzahnt und das Werkzeug geradverzahnt. Es kann aber auch jede andere Kombination gewählt werden. Das Werkzeug ist mit Nuten 1 versehen, Werkstück und Werkzeug wälzen aufeinander ab, wobei sich die Achsen der Werkstückspindel 2 und der Werkzeugspindel 3 im Abstand kreuzen. Die auf den Achsen beider Spindeln rechtwink- Hg stehende gemeinsame Normale ist mit 4 bezeichnet, sie verbindet die beiden Achsen im Achskreuzpunkt S. Die Späne werden von den durch die Nuten 1 gebildeten Schneidkanten infolge der auf der Achskreuzung beruhenden Längsgleitung abgenommen.

Die Maschine, auf der dieses Schabverfahren durchgeführt wird, kann einen Tiefenvorschub (Pfeil 6) im Sinne einer Veränderung des Achsabstands von Werkstück- und Werkzeugspindel ausführen. Außer-

dem ist eine Einrichtung vorgesehen for einen Tangentialvorschub (Pfeil 7) der in einer Ebene vor sich geht, die rechtwinkelig zur gemeinsamen Normalen liegt. Der Tangentialvorschub kann in dieser Ebene eine beliebige Richtung haben (Pfeile 7a bis 76Jt Vorzuziehen ist allerdings ein Tangentialvorschub 7 der annähernd rechtwinklig zur Achse der Werkstückspindel oder Werkzeugspindel gerichtet ist oder einen Zwischenwert dazu bildet Maschinen zum Zahnradschaben sind bekannt, so dsS die Einrichtungen für die Schabraddrehung für die genannten Vorschübe und zum Tragen von Werkstück und Schabrad nicht beschrieben zu werden brauchen.

Die Flanken 8 des Schabrades sind in Längsrichtung hohl geschliffen, so daß das Werkstück von dem Werkzeug etwa hyperboloidisch umgriffen wird. Eine derartige Hohlballigkeit ist beim Zahnradschaben an sich bekannt, und zwar vom reinen Tauchschaben her verhältnismäßig große Hohlballigkeit, und vom sogenannten Underpass-Schaben (Querschaben) her geringere Hohlballigkeit Der genaue Wert der Hohlballigkeit hängt vom sogenannten Diagonalwinkel ab, d. h. von dem Winkel zwischen Achse der Werkstückspindel und Richtung des Tangentialvorschubs. Er ücgt etwa zwischen der Hohlballigkeit des Tauchschabens und Underpass-Schabens, ist durch Versuche feststellbar und ergibt sich auch aus der Werkstattserfahrung. Allerdings kann durch verschieden große Tangentialbewegungen die Hohlballigkeit in Grenzen angepaßt werden, da der Achskreuzpunkt mehr oder weniger weit verschoben wird.

Damit alle Flankenteile des Werkstücks geschabt werden, ist es meist erforderlich, daß die Nuten 1 auf den einzelnen Zähnen gegeneinander versetzt sind, wie es in F ι g. 2 angedeutet ist; wenn ein steiler Diagonalwinkel verwendet wird, v/as vorzuziehen ist, ist die Versetzung unentbehrlich.

Das Wesen der Erfindung beruht darin, daß die eigentliche Spanabnahme zunächst mit einer Vorschubkombination erfolgt, die aus einem Tangentialvorschub rechtwinkelig zur gemeinsamen Normalen und einem Tauchvorschub parallel zur gemeinsamen Normalen zusammengesetzt ist, an die sich ein reiner Tangentialvorschub anschließt, wobei die Drehrichtung von Werkstück oder Werkzeug mindestens einmal vor Erreichen des kleinsten Achsabstandes oder beim kleinsten Achsabstand gewechselt w,rd. Hierfür gibt es eine Reihe vorteilhafter Ausführungsformen, von denen einige in den F i g. 4 bis 10 gezeigt sind.

F i g. 4 zeigt schematisch einen Arbeitsablauf nach der Erfindung und zwar ist der Weg des Achskreuzpunktes 5 von einer Seite aus gesehen, wobei zu beachten ist, daß der Tangentialvorschub im Raum liegt In der Zeichenebene liegen also zwei Bewegungskomponenten, während die dritte Komponente (Koordinate) rechtwinkelig zur Zeichenebene liegt Die gemeinsame Normale auf Mitte der Werkstückbreite ist mit einer strichpunktierten Linie 4 markiert. Das Werkstück W und das Schabrad 7"sind bei diesem und den folgenden Schaubildern nicht gezeichnet, zum Verständnis können die F i g. I und insbesondere 2 hinzugezogen werden. Der Arbeitsvorgang beginnt im Anfangspunkt 10 bei einem Eingriff von Werkstück und Werkzeug mit Flankenspiel in der Verzahnung in der gemeinsamen Normalen und zwar liegt die gemeinsame Normale 4 bzw. der Achskreuzpunkt 5 (F i g. 2), wie gesagt, auf der Mitte der Werkstückbreite. Das Werkstück wird relativ zum Werkzeug mit einem Eil-Tiefenvorschub zugestellt bis zum spielfreien Eingriff in Punkt Jl. Der Tiefenvorschub wird dann fortgesetzt bis Punkt IZ Hier verharrt der Vorschub eine vorbestimmte Zeit Pie Drehrichtung des Schabrades wird gewechselt (Pfeil 13, Pfeil 14), Der Vorschub wird fortgesetzt mit einer Kombination aus Tiefenvorschub und Tangentialvorschub, wobei der Achskreuzpunkt über die Werkstückbreite wandert bis zu einer Stirnseite des Werkstücks oder kurz davor. Im Punkt 15 ist die Vorschubkombination beendet Es wird ausschließlich mit Tangentialrückhub weitergeschabt, wobei der Achskreuzpunkt über die Zahnbreite wandert bis zur gegenüberliegenden Stirnseite oder kurz davor (Punkt 16). Damit ist der eigentliche Schabvorgang beendet In Punkt 16 wird der

>⁵ Achsabstand mit einem verhältnismäßig langsamen Rückhub auf Punkt 17 vergrößert Dabei werden die in dem aus Werkstück, Werkzeug und Maschine bestehenden System vorhandenen elastischen Spannungen abgebaut {Punkt 17). Es beginnt ein ausschließlicher Tangentialhub bis der Achskreuzpunkt wieder in Werkstückmitte liegt (Punkt If^ Danach gehen Werkstück und Werkzeug auf den ursprünglichen Achsabstand zurück (Anfangspunkt 10). Das Werkstück wird ausgespannt Die Vorschübe von Punkt 16 bis Punkt 10 oder von Punkt 17 bis Punkt 10 können auch kombiniert werden wie von 12 bis 15.

F i g. 5 zeigt eine Variante zum Verfahren nach F i g. 4 bei dem vor dem ausschließlichen Tangentialvorschub am Bearbeitungsende zwei kombinierte Hin- und Hergänge 24, 25 vorgesehen sind. Beide laufen mit verschiedenen Drehrichtungen des Schabrades ab.

Wichtig ist daß vor dem endgültigen Rückhub ein langsamer Entspannungsrückhub 26 eingeschaltet ist.

Fig.6 zeigt eine Variante zum Verfahren nach Fig.5. Der Entspannungs-Rückhub 27 ist wie im Zusammenhang mit Fig.4 bereits angedeutet wurde, eine Kombination aus Tauchrückhub und Tangentialrückhub, desgleichen der Eilrückhub 28.

Der Beschreibung der F i g. 7 ist vorauszuschicken, daß die untereinander liegenden Linien in einer einzigen Ebene liegende Tangentialvorschübe darstellen. Die aus^inandergezogene Darstellung wurde der Deutlichkeit wegen gewählt

Im erfindungsgemäßen Verfahren nach Fig. 7 wird das Werkstück vom Ausgangspunkt 30 des Verfahrens dem Werkzeug (relativ) im Eilgang genähert und zwar in einer Tangentialebene, die also rechtwinkelig zur gemeinsamen Normalen liegt, und in einer Richtung, die auf eine Stirnseite des Werkstücks zielt Bevor der Achskreuzpunkt diese Stirnseite erreicht hat, wird der Tangentialvorschub auf eine Arbeitsgeschwindigkeit umgeschaltet und der Tiefenvorschub hinzugeschaltet (Umschaltpunkt 31). Das Werkzeug nähert sich jetzt weitrr der betreffenden Stirnseite und gleichzeitig der

^rn gewünschten Zahndicke des Werkstücks. In Punkt 32 ist dieser Zustand erreicht Der Tauchvorsebub wird abgeschaltet und der Achskreuzpunkt wandert von der Ausgangsstirnseite auf die gegenüberliegende Stirnseite zu mit Tangentialvorschub. Bevor der Achskreuzpunkt die Werkstückmitte erreicht hat, verharrt der Vorschub, um die Drthrichtung zu wechseln (Punkt 33), Danach läuft der Tangentialvorschub weiter ab bis der Achskreuzpunkt die andere Stirnseite erreicht hat (Endpunkt 34). Der Tangentialrückhub läuft dann zurück auf die erste Stirnseite zu, wozu die Drehrichtung des Werkzeugs wieder gewechselt werden kann. Vor Erreichen dieser Stirnseile wird im Punkt 35 der Tauch-RUckhub hinzugeschaltet, die elastischen Snan-

nungen lösen sich. Ist das Werkzeug bzw. Werkstück auf die Ausgangsebene zurückgegangen (Punkt 36) läuft der Vorschub im Eilgang auf den Ausgangspunkt 30 zurück.

Fig.8 zeigt eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, die aus den Ausführungsformen der F i g. 6 ·> und 7 gebildet ist. Nach der vorausgegangenen Beschreibung ist dieses Schaubild ohne weitere Erläuterung verständlich.

F i g. 9 zeigt eine vereinfachte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Vom Ausgangspunkt 40 aus verläuft ein kombinierter Vorschub von einer Stirnseite zur anderen bis Endpunkt 41. Ohne Tiefenvorschub geht dann ein Tangentialrückhub auf die erste Stirnseite zurück bis Punkt 42, der sich über dem Ausgangspunkt befindet. Zum Schluß wird mit ι "> einem Tiefenrückhub auf den Ausgangspunkt 40 zurückgefahren. Zweckmäßigerweise schließt sich an Punkt 42 zunächst ein Entspannungsrückhub an.

Fig. 10 zeigt eine Variante zu Fig. 9. Am Endpunkt 43 des kombinierten Vorschubs ist die größte Tiefe noch nicht erreicht. Zu Beginn des Tangentialrückhubs wird noch weiter mit einem Tiefenvorschub zugestellt bis zu einem Punkt 44, wobei der Achskreuzpunkt vor der Werkstückmitte liegt. Der Bereich vor und hinter der Werkstückmitte wird ausschließlich mit Tangentialrückhub durchfahren bis Punkt 45. Dann wird mit einem kombinierten Tangential- und Tiefenrückhub entspannt entweder bis zu einem Punkt 46 auf dem gesamten Weg des kombinierten Rückhubs, dessen Rest dann bis Punkt 47 im Eilgang durchfahren wird.

In einer weiteren Variante kann der gesamte Weg von 45 bis 47 mit dem kombinierten Rückhub durchfahren werden, vor allem, wenn diese Strecke nicht lang ist. Wenn die Verhältnisse günstig sind, kann der Weg 45 bis 47 unter Umständen auch im Eilgang durchfahren werden.

Bei den letzten Ausführungsbeispielen wurde auf die Darstellung der Drehrichtung des Schabrades bzw. Werkstücks nicht mehr eingegangen; die diesbezüglichen Erläuterungen zu den vnraiKgpgangpnpn Beispielen sind hierauf sinngemäß zu übertragen.

I lici/ii 3 DIaIt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Feinbearbejten von Zahnrädern mit einem zahnradförmigen Werkzeug unter gekreuzten Achsen von Werkzeug und Werkstück, insbesondere zum Zahnradschaben, mit einem Tangenttalvorschub des Werkzeugs relativ zum Werkstück in einer wählbaren Richtung und in einer Ebene, zu der bei kleinstem Achsabstand zwischen Werkstück und Werkzeug deren Achsen parallel liegen, und mit einem Tiefenvorschub und mit Wechseln der Drehrichtung des Werkstücks ,bzw. Werkzeugs, wobei für die eigentliche Spanabnahme der Tiefenvorschub gleichzeitig mit einem Tangentialvorschub wechselnder Richtung abläuft, dadurch gekennzeichnet, daß nach Ausführung des mit einem Tiefenvorschub überlagerten Tangentialvorschubs sich ein reiner Tangentialvorschub anschließt und daß die Drehrichtung des Werkstücks (W) oder Werkzeugs (T) mindestens einmal vor Erreichen des kleinsten Achsabstands oder beim kleinsten Achsabstand gewechselt wird.