DE10005371C2 - Werkzeugaufnahme für ein zahnradförmiges Werkzeug zum Feinen von gehärteten Zahnrädern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugaufnahme für ein zahnradförmiges Werk­ zeug zum Feinen von gehärteten Zahnrädern, umfassend eine mit einer Werkzeug­ spindel drehfest verbundene Nabe, einen Tragring zum Abstutzen des Werkzeugs, eine Kupplungseinrichtung zum drehfesten Verbinden des Tragrings mit der Nabe, die Pendelbewegungen des Tragrings ermöglicht, und eine Blockiereinrichtung, die zum Abrichten des Werkzeugs betätigbar ist, um den Tragring gegen Pendelbewe­ gungen zu blockieren.

Bei dem als Feinen bezeichneten Bearbeitungsverfahren werden mit einem zahnradförmigen abrasiven Werkzeug die Zahnflanken eines gehärteten Zahnrades feinbearbeitet. Dabei werden Beschädigungen an den Zahnflanken beseitigt, und die Oberflächen der Zahnflanken werden in ihrer Struktur verfeinert. Werkzeug- und Werkstückachse sind dabei parallel, die Werkzeugachse ist jedoch gegenüber der Werkstückachse um den sogenannten Achskreuzwinkel verdreht. In der Regel sind Feinmaschinen mit Einrichtungen zur automatischen Handhabung der Werkstücke versehen. Die Werkstücke werden der Maschine zugeführt bis in eine Position koaxial zur Werkstückachse; gleichzeitig wird das Werkstück tangential in das zahn­ radförmige Werkzeug eingefädelt, woraufhin der Spannvorgang erfolgt. Die Werkstückachse ausgeführt als drehantreibbarer Spindelstock mit dem gegenüber­ stehenden Spann- Reitstock übernimmt den Spannvorgang. Dabei wird das Werk­ stück mit Spannmitteln axial gespannt und drehfest mit dem antreibbaren Spindel­ stock verbunden. Zum Feinvorgang wird die Werkstückachse in Drehung versetzt, wobei die Zähne von Werkstück und Werkzeug im Eingriff stehen. Die Werkzeug­ achse wird definiert angebremst, damit ein Flankenanlagedruck entsteht, was für einen Abtrag auf der Zahnflanke Voraussetzung ist.

Bei herkömmlichen Feinmaschinen ist das Werkzeug starr auf der Werk­ zeugspindel aufgespannt. Da die Werkstücke geringe Härteverzugsfehler haben, muß zum Bearbeiten der gesamten Zahnflanke entsprechend lange gefeint werden, bis die Zahnflanke gesäubert ist, was einen zeitlichen Nachteil bedeutet. Beim Feinen muß nach vorgegebenen Zyklen das Werkzeug mit einem diamantbelegten Werkstück einem sogenannten Abrichtrad abgerichtet werden. Das Abrichtrad wird zum Abrichten der Maschine zugeführt, bzw. es ist in der Maschine auf der Werk­ stückachse plaziert. Zum Abrichten muß das Werkzeug starr auf der Werkzeugachse sein, um die Geometrie des Dia-Rades auf das Werkzeug zu kopieren.

In der DE 197 24 527 A1 ist eine Werkzeugaufnahme der eingangs genannten Art offenbart, die Pendelbewegungen des Werkzeugs ermöglicht, wodurch der angesprochene Zeitnachteil zum längeren Feinen ausgeglichen wird. Bei dieser bekannten Werkzeugaufnahme besteht die Kupplungseinrichtung aus einem mit der Nabe starr verbundenen Innenring. Der Tragring liegt mit einer inneren Gleitfläche an einer äußeren Gleitfläche des Innenrings an. Diese beiden Gleitflächen sind als Abschnitt einer Kugelinnenfläche bzw. einer Kugelaußenfläche ausgebildet, deren Krümmungsmittelpunkt in der Ringebene liegt, und zwar in dessen Achse. Die Blockiereinrichtung besteht aus einem Fixierstift, der in einer Radialbohrung des Tragrings gelagert ist. Die Radialbohrung des Tragrings fluchtet mit einer Radial­ bohrung des Innenrings, in die eine Feder eingesetzt ist, die sich auf der Stirnfläche des Fixierstiftes abstützt. Im Bereich dieser Stirnfläche besitzt der Fixierstift einen kegelstumpfförmig ausgebildeten Stirnabschnitt, der in einen kegelstumpfförmig ausgebildeten Endabschnitt der Bohrung des Innenrings eintauchen kann, um die beiden Ringe gegeneinander zu fixieren. In der nicht fixierten Stellung wird der Fixierstift mittels der Feder in Außereingriffstellung in der Bohrung des Tragrings gehalten. In eine Querbohrung des Tragring ist eine Madenschraube eingeschraubt, die gegen eine Schrägfläche des Fixierstiftes drückt, so daß durch Verstellen der Madenschraube die axiale Lage des Fixierstiftes einstellbar ist. In der einen Endstellung des Fixierstiftes sollen die beiden Ringe aufeinander gleiten können, während sie in der anderen Endstellung des Fixierstiftes gegeneinander fixiert sein sollen. Es dürfte nicht ganz einfach sein, diese beiden Endstellungen des Fixierstiftes durch eine entsprechende axiale Verstellung der Madenschraube zu erzielen. Es ist nämlich darauf zu achten, daß in der Freigabestellung die Feder nicht in die Bohrung des Tragrings hineinragt, weil sie sonst die Pendelbewegung behindern würde. Andererseits muß der Tragring gegenüber dem Innenring genau ausgerichtet sein, damit der Fixierstift zum Blockieren des Tragrings mit der Bohrung des Innenrings in Eingriff gebracht werden kann. Die Blockiereinrichtung umfaßt insgesamt drei Fixierstifte, die um 120° gegeneinander versetzt sind. Es müssen also drei Madenschrauben verstellt werden. Der entscheidende Nachteil dieser bekannten Blockiereinrichtung besteht darin, daß sie nur bei stillstehender Werkzeugspindel durch entsprechendes Verdrehen der Madenschrauben betätigt werden kann. In dieser Druckschrift ist auch noch eine einfacher ausgebildete Werkzeugaufnahme ohne Blockiereinrichtung offenbart, bei der die Kupplungseinrichtung von einer zwischen dem Tragring und dem Innenring angeordneten schichtartigen elastischen Zone gebildet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Werkzeugauf­ nahme dahingehend zu verbessern, daß die Blockiereinrichtung bei rotierender Werkzeugspindel eingerückt bzw. die Blockierung aufgehoben werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in der Werkzeug­ spindel Zentrierelemente radial beweglich gelagert sind, die zur Blockierung des Tragrings an einer Umfangsfläche des Tragrings zur Anlage bringbar sind, und daß eine bei rotierender Werkzeugspindel mittels Kraftbeaufschlagung antreibbare Ein­ rückeinrichtung vorgesehen ist, um die Zentrierelemente unter Krafteinleitung zur Anlage am Tragring radial zu verschieben.

Bei einer derartig ausgebildeten Werkzeugaufnahme braucht zum Abrichten des Werkzeugs die Werkstückspindel nicht in Stillstand versetzt zu werden. Die Blockiereinrichtung kann vielmehr bei rotierender Werkzeugspindel eingerückt und nach erfolgtem Abrichten des Werkzeugs wieder ausgerückt werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß beim Einrücken der Blockiereinrichtung der Tragring auto­ matisch ausgerichtet wird, wenn die radial beweglichen Zentrierelemente an der Umfangsfläche des Tragrings zur Anlage gebracht werden.

Bei einer in konstruktiver Hinsicht besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Einrückeinrichtung einen in der Werkzeug­ spindel koaxial verschiebbar gelagerten Spannkonus umfaßt, der zur Krafteinleitung an Schrägflächen der Zentrierelemente zur Anlage bringbar ist. Dieser Spannkonus kann vorteilhafterweise mit einem in der Werkzeugspindel verschiebbar gelagerten und hydraulisch antreibbaren Kolben betätigt werden.

Der Spannkonus kann aber auch selbst als hydraulisch antreibbarer Kolben ausgebildet sein.

Der Grundgedanke der Erfindung kann auch in der Weise verwirklicht werden, daß die Zentrierelemente als hydraulisch betätigbare Dehnhülse ausgebildet sind, und daß die Krafteinleitung mittels eines kraftbeaufschlagbaren, verschiebbar gela­ gerten Kolbens über eine Druckmedium erfolgt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kupplungs­ einrichtung von einer Federscheibe gebildet wird. Eine derartige Federscheibe er­ möglicht die angestrebte Pendelbewegung des Tragrings und damit des Werkzeugs rechtwinklig zur Zahnflanke, sie genügt aber andererseits dem Erfordernis einer hohen Drehsteifigkeit in Umfangsrichtung.

Zur Aufhebung der Blockierung des Tragrings ist vorgesehen, daß der Spann­ konus mit der Kraft einer Feder in die Ausrückstellung vorgespannt ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Werkzeugaufnahme für ein zahnrad­ förmiges Werkzeug,

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine in der Werkzeugaufnahme enthaltene Feder­ scheibe, und

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine abgewandelte Werkzeugaufnahme.

In Fig. 1 der Zeichnungen ist eine Werkzeugspindel 1 einer Maschine zum Feinen von gehärteten Zahnrädern schematisch dargestellt. Da solche Werkzeug­ spindeln allgemein bekannt sind, werden nur diejenigen Merkmale derselben näher erläutert, die für die Erfindung wesentlich sind. Mit der Werkzeugspindel 1 ist eine Nabe 2 starr verbunden. Eine Federscheibe 3 ist mit Schrauben 4 an der Nabe 2 befestigt. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist die Federscheibe 3 in der Art eines Spei­ chenrades ausgebildet. Im inneren Umfangsbereich der Federscheibe 3 sind meh­ rere Öffnungen 5 zur Aufnahme der Schrauben 4 ausgebildet. Im äußeren Umfangs­ bereich der Federscheibe 3 sind in der Verlängerung der speichenartigen Stege Öff­ nungen 6 angeordnet, deren Zweck nachfolgend erläutert wird.

Ein zahnradförmiges Werkzeug 7 zum Feinen von gehärteten Zahnrädern ist auf einem aus zwei Tragringhälften 8a und 8b bestehenden Tragring angeordnet. Die Gesamtbreite der beiden Tragringhälften 8a und 8b ist etwas geringer als die Breite des Werkzeugs 7. Das Werkzeug 7 ist zwischen zwei Flanschringen 9 und 10 mittels Spannschrauben 11 verspannt. Die beiden Tragringhälften 8a und 8b sind durch Schrauben 12 verbunden, die sich durch die äußeren Öffnungen 6 der Federscheibe 3 erstrecken.

Wegen der speichenradartigen Ausbildung der Federscheibe 3 kann deren äußerer Umfangsbereich gegenüber dem inneren Umfangsbereich Kippbewegungen rechtwinklig zur Drehachse ausführen, seine Verbindung mit dem inneren Umfangs­ bereich ist aber in Umfangsrichtung sehr steif. Die Federscheibe 3 bewirkt daher eine drehfeste Verbindung des Werkzeugs 7 mit der Werkzeugspindel 1, sie ermöglicht aber Pendelbewegungen des Werkzeugs 7 in bezug auf die Drehachse.

In der Werkzeugspindel 1 sind mindestens drei radiale Bohrungen zur Dreh­ achse symmetrisch angeordnet. In diesen Bohrungen sind Zentrierspannbacken 13 radial verschiebbar gelagert. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, liegen die Zentrierspann­ backen 13 an einer inneren Umfangsfläche des Flanschrings 10 an. Während die radial äußeren Stirnflächen der Zentrierspannbacken 13 zur Drehachse parallel sind, sind die inneren Stirnflächen geneigt. Die geneigten inneren Stirnflächen der Zen­ trierspannbacken 13 liegen an einem Spannkonus 14 an, der in einer konzentrischen Axialbohrung der Werkzeugspindel 1 verschiebbar gelagert ist. An seinem verjüngten Ende stützt sich der Spannkonus 14 mit einer Schraubendruckfeder 15 an der Werkzeugspindel 1 ab. In der Axialbohrung der Werkzeugspindel 1 ist ferner ein hydraulisch betätigbarer Kolben 16 verschiebbar gelagert, der auf das erweiterte Ende des Spannkonus 14 einwirkt. Wenn der Kolben 16 mit Druck beaufschlagt und in der Axialbohrung der Werkzeugspindel 1 nach links verschoben wird, dann wird der Spannkonus 14 unter Kompression der Schraubendruckfeder 15 gleichfalls nach links bewegt. Die an dem Spannkonus 14 anliegenden Zentrierspannbacken 13 wer­ den daher in ihren Führungsbohrungen radial nach außen gedrückt, bis sie an der inneren Umfangsfläche des Flanschrings 10 anliegen. Unter den von den Zentrier­ spannbacken 13 auf den Flanschring 10 ausgeübten radialen Kräften wird das Werk­ zeug 7 in bezug auf die Drehachse der Werkzeugspindel 1 rechtwinklig ausgerichtet und sodann gegen eine Kippbewegung blockiert. In dieser in Fig. 1 gezeigten blockierten Stellung kann das Werkzeug 7 mit einem Abrichtrad abgerichtet werden. Wenn das Abrichten des Werkzeugs 7 abgeschlossen ist, wird die Druckbeaufschla­ gung des Kolbens 16 aufgehoben. Die Schraubendruckfeder 15 kann sich daher ent­ spannen und den Spannkonus 14 zusammen mit dem Kolben 16 in der Axialbohrung der Werkzeugspindel 1 nach rechts verschieben. Zwischen dem Spannkonus 14 und den Zentrierspannbacken 13 entsteht daher ein Spalt, der eine begrenzte radiale Beweglichkeit der Zentrierspannbacken erlaubt. In dieser Freigabestellung des Spannkonus 14 ermöglicht die Federscheibe 3 Pendelbewegungen in Richtung der Drehachse des Werkzeugs. Wie dies eingangs bereits erwähnt wurde, ermöglichen diese Pendelbewegungen des Werkzeugs eine raschere Bearbeitung eines gehär­ teten Zahnrades.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, ist der Spannkonus 14 normalerweise unter der Vorspannkraft der Schraubendruckfeder 15 in der Freigabestellung gehalten, und er wird durch Beaufschlagung des Kolbens 16 in die zum Abrichten des Werkzeugs 7 erforderliche Spannstellung verschoben. Die axiale Ver­ schiebung des Spannkonus 14 zwischen seiner wirksamen und seiner unwirksamen Stellung kann bei rotierender Werkzeugspindel 1 durchgeführt werden.

Abweichend von dem in der Zeichnung dargestellten und vorstehend be­ schriebenen Ausführungsbeispiel könnte der Spannkonus auch als hydraulisch beaufschlagbarer Kolben ausgebildet sein.

Eine in Fig. 3 gezeigte abgewandelte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 1 gezeigten und vorstehend beschriebenen Werkzeugaufnahme durch die Ausbildung der Blockiereinrichtung. Auf dem der inneren Umfangsfläche des Flanschrings 10 gegenüberliegenden Umfangsfläche der Werkzeugspindel 1 ist eine Dehnhülse 17 befestigt. Die Werkzeugspindel 1 ist ebenso wie bei der ersten Aus­ führungsform mit einer konzentrischen Axialbohrung 18 versehen. In dieser Axial­ bohrung ist ein Kolben 19 abgedichtet verschiebbar gelagert. Der Kolben 19 kann von einem weiteren in der Axialbohrung 18 gelagerten Kolben 20 mit einer axial ge­ richteten Kraft beaufschlagt werden. Die Axialbohrung 18 steht über zwei oder mehr Radialbohrungen 21 mit der Ringkammer der Dehnhülse 17 in Verbindung. Der vor dem Kolben 19 befindliche Bereich der Axialbohrung 18, die Radialbohrungen 21 und die Ringkammer der Dehnhülse 17 sind mit einem Druckmedium, vorzugsweise Hydrauliköl gefüllt. Wenn der Kolben 19 von dem Kolben 20 mit einer axial gerichte­ ten Kraft beaufschlagt und gemäß Fig. 3 nach links verschoben wird, dann wird das in der Axialbohrung 18 befindliche Druckmedium von dem Kolben 19 verdrängt und über die Radialbohrungen 21 in die Ringkammer der Dehnhülse 17 gedrückt. Infolge dieser Druckbeaufschlagung weitet sich die Dehnhülse 17 in radialer Richtung auf, bis sie an der inneren Umfangsfläche des Flanschrings 10 zur Anlage gelangt. Das Werkzeug 7 wird demzufolge wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel in seiner zentrierten Stellung gegen Pendelbewegungen blockiert. Auch bei dieser Ausführungsform kann die Betätigung des Kolbens 19 zum Blockieren bzw. Frei­ geben des Werkzeugs bei rotierender Werkzeugspindel durchgeführt werden.

Claims (7)

1. Werkzeugaufnahme für ein zahnradförmiges Werkzeug zum Feinen von gehärteten Zahnrädern, umfassend eine mit einer Werkzeugspindel drehfest ver­ bundene Nabe, einen Tragring zum Abstützen des Werkzeugs, eine Kupplungs­ einrichtung zum drehfesten Verbinden des Tragrings mit der Nabe, die Pendel­ bewegungen des Tragrings ermöglicht, und eine Blockiereinrichtung, die zum Abrich­ ten des Werkzeugs betätigbar ist, um den Tragring gegen Pendelbewegungen zu blockieren, dadurch gekennzeichnet, daß in der Werkzeugspindel (1) Zentrier­ elemente (13, 17) radial beweglich gelagert sind, die zur Blockierung des Tragrings an einer Umfangsfläche des Tragrings (8, 10) zur Anlage bringbar sind, und daß eine bei rotierender Werkzeugspindel (1) mittels Kraftbeaufschlagung antreibbare Einrück­ einrichtung (14, 16, 19) vorgesehen ist, um die Zentrierelemente unter Krafteinleitung zur Anlage am Tragring radial zu verschieben.

2. Werkzeugaufnahme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrückeinrichtung einen in der Werkzeugspindel (1) koaxial verschiebbar gelagerten Spannkonus (14) umfaßt, der zur Krafteinleitung an Schrägflächen der Zentrierele­ mente (13) zur Anlage bringbar ist.

3. Werkzeugaufnahme nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Werkzeugspindel ein auf den Spannkonus (14) einwirkender verschiebbar ge­ lagerter und hydraulisch antreibbarer Kolben (16) angeordnet ist.

4. Werkzeugaufnahme nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannkonus als hydraulisch antreibbarer Kolben ausgebildet ist.

5. Werkzeugaufnahme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierelemente als hydraulisch betätigbare Dehnhülse (17) ausgebildet sind, und daß die Krafteinleitung mittels eines kraftbeaufschlagbaren, verschiebbar gelagerten Kolbens (19) über ein Druckmedium erfolgt.

6. Werkzeugaufnahme nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungseinrichtung von einer Federscheibe (3) gebildet ist.

7. Werkzeugaufnahme nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannkonus (14) mit der Kraft einer Feder (15) in die Ausrückstellung vorgespannt ist.