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Maschine zum Feinbearbeiten von Zahnrädern mit regelbarer Geschwindigkeit
der Abwälzbewegung Die Erfindung bezieht sich auf eine Maschine zum Feinbearbeiten,
z. B. Schaben, Honen oder Läppen, von gerad- oder schrägverzahnten Stirnrädern in
mindestens je einem hin- und hergehenden Längsvorschub (parallel, diagonal oder
quer) in einer Ebene, die parallel liegt zur dem Werkstück und dem Werkzeug gemeinsamen
Tangentialebene, bei der sich die Achsen von Werkstück und Werkzeug kreuzen und
das Werkzeug oder das Werkstück über ein Geschwindigkeits-Wechselgetriebe angetrieben
wird.
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Bei den Zahnradbearbeitungsverfahren, die bei zahnspielfreier Abwälzbewegung
vor sich gehen, ist das Arbeitsergebnis, beispielsweise das Schabergebnis, von den
beim Abwälzen auftretenden Arbeitskräften abhängig. Nach einer bekannten Lehre treten
bei der spielfreien Feinbearbeitung zwei verschiedene Störungen auf. Die eine Störung
hat ihre Ursache in einem Ungleichgewicht der auf die rechten und linken Flanken
wirkenden Zahnkräfte, und die andere Störung entsteht dadurch, daß beim Durchgang
einer Zahnflanke durch den Wälzpunkt die Zahnkraft ihre Richtung ändert, wodurch
eine schädliche Veränderung der beispielsweise ursprünglich im Gleichgewicht befindlichen
Kräfte bewirkt werden kann. Nach der bekannten Lehre wird ein gutes Arbeitsergebnis
dadurch erzielt, daß entweder die Ursachen zu den beiden Störungen vermieden werden
oder dafür gesorgt wird, daß die eine Störung die andere Störung aufhebt. Die bekannte
Lehre berücksichtigt die am stärksten in Erscheinung tretenten Komponenten und vernachlässigt
andere Störungsursachen, die bei dem damaligen Stand der Technik unwichtig waren.
Die bekannte Lehre hat sich in der Praxis gut bewährt.
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Bei der Bearbeitung von Rädern hoher Qualität bleibt aber immer noch
ein Fehlerrest (Rest-Flankenformfehler), der bei den heutigen Anforderungen an ein
Zahnrad nicht mehr auftreten sollte. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die
Qualität feinbearbeiteter Zahnräder, beispielsweise geschabter Räder, weiterhin
zu verbessern.
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Die Erfindung geht von der Beobachtung aus, daß der Rest-Flankenformfehler
seine Größe beim Variieren der Vorschubgeschwindigkeit ändert. Der Erfindung liegt
weiterhin der Gedanke zugrunde, daß die oben zuerst genannte Störung ein reines
Gleichgewichtsproblem ist, während die zweite Störung ein Reibungsproblem ist. Da
die Reibkraft vom Anpreßdruck abhängt, ändert sich die zweite Störursache also mit
der Anpreßkraft oder Zahnkraft oder auch Zerspanungskraft. Beide Störungen verändern
sich also bei Änderung der Maschinendaten (Vorschub, Schnittgeschwindigkeit usw.)
mit verschiedener Tendenz.
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Von diesen Gedankengängen ausgehend wird die der Erfindung zugrundeliegende
Aufgabe dadurch gelöst, daß eine selbsttätige Steuereinrichtung für die Werkstück-
oder Werkzeugdrehzahl mit einem synchron mit dem Längsvorschub oder dem Tiefenvorschub
antreibbaren Steuerglied, das die genannte Drehzahl abhängig vom Vorschub steuert,
vorgesehen ist. Mit einer derartigen Vorrichtung kann die Geschwindigkeit der Abwälzbewegung,
beispielsweise die Drehzahl des Schabrads, mindestens während-eines Hin- oder Hergangs
des Längsvorschubs gegenüber dem oder den anderen Hin- und/oder Hergängen selbsttätig
verändert werden. Beispielsweise kann bei einer Maschine mit mindestens einem hin-
und hergehenden Längsvorschub des Werkzeugs relativ zum Werkstück und mit hubweiser
oder kontinuierlicher Tiefenzustellung mit der Erfindung die Geschwindigkeit der
Abwälzbewegung während des Längsvorschubs der jeweiligen Tiefenzustellung entsprechend
verändert werden, und zwar in dem Sinne, daß bei kleiner Tiefenzustellung die Geschwindigkeit
der Abwälzbewegung erheblich über der Abwälzbewegung mit verhältnismäßig großer
Tiefenzustellung liegt.
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Es ist eine Zahnradfeinbearbeitungsmaschine mit einem Schaltgetriebe
im Antrieb für die Wälzbewegung, z. B. im Antrieb für das Schabrad einer Zahnradschabmaschine,
bekannt, doch fehlt dieser Maschine das obengenannte Steuerglied, das die genannte
Drehzahl abhängig vom Vorschub steuert (deutsche Auslegeschrift 1139. 071).
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Die Erfindung wird dahingehend weiter ausgestaltet, daß das Erhöhen
der Geschwindigkeit durch Wechsel einer Getriebestufe mittels einer Einwegkupplung
erfolgt. Durch eine derartige Einwegkupplung, z. B. Freilauf- oder überholkupplung,
kann die Geschwindigkeitsänderung ohne Zugkraft-
Unterbrechung erfolgen,
was sehr vorteilhaft ist. Das Stufengetriebe, das als Wechselgetriebe Anwendung
findet, weist dann mindestens eine überholkupplung auf, die ein Zahnrad einer langsamen
Geschwindigkeitsstufe mit dem Antrieb verbindet. Einwegkupplungen in einem die Wälzbewegung
beeinflussenden Antrieb sind für Verzahnungsmaschinen neu. Es wird daher für diesen
Gedanken ein selbständiger Schutz begehrt.
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Eine andere sehr einfache, betriebsichere und daher vorteilhafte Ausgestaltung
der Erfindung besteht darin, daß für die verschiedenen Geschwindigkeiten des Schabrads
oder Werkrads je ein gesonderter Motor vorgesehen ist, die von dem synchron mit
dem Längs- oder Tiefenvorschub angetriebenen Steuerelement selbsttätig gesteuert
werden. Auch hierbei kann für ein Schalten ohne Zugkraftunterbrechung gesorgt werden,
dadurch, daß der schneller laufende Motor beim Geschwindigkeitswechsel mit einer
Einwegkupplung zum langsamer laufenden Motor hinzugeschaltet wird. Der langsamer
laufende Motor kann nach dem Überholen gegebenenfalls abgeschaltet werden.
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Die Erfindung wird mit den F i g. 1 bis 3 erläutert; es zeigt F i
g. 1 eine Maschine nach der Erfindung, teilweise im Schnitt, F i g. 2 einen Teil
der Maschine nach F i g. 1 von der Seite, teilweise im Schnitt, F i g. 3 als Beispiel
ein Stufengetriebe, das mit einer Einwegkupplung geschaltet wird.
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F i g. 1 zeigt als Beispiel schematisch eine Zahnradschabmaschine
nach der Erfindung, d. h. alle nicht zu ihrem Verständnis erforderlichen Teile wurden
fortgelassen. Als Beispiel wurde eine Maschine mit einem sogenannten C-Ständer 13
gewählt. Der überragende Teil dieses Ständers trägt in bekannter Weise einen Werkzeugträger
14, in dem ein Schabrad 15 oder Hon- oder Läpprad gelagert ist. Der Werkzeugträger
14 kann so geschwenkt und festgestellt werden, daß das Schabrad mit dem Werkrad
16 mit gekreuzten Achsen laufen kann. Das Werkstück 16 ist zwischen Reitstöcken
17,18 auf einem Kipptisch 19 aufgenommen, mit dem auf dem Werkstück ballige Zähne
erzeugt werden können. Diese Balligkippeinrichtung gehört nicht zur Erfindung.
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Der Längsschlitten 22 ist auf einer Längsführung 27 gelagert, die
auf einer Konsole 26 in einer Rundführung 26 a um eine zur zuerst genannten Achse
parallelen Achse schwenkbar und feststellbar ist. ; Durch die Anordnung kann in
bekannter Weise die Richtung des Längsvorschubs gewählt werden. Die Konsole, die
auch das Leitlineal 23 zum Steuern einer Balligkippbewegung trägt, kann in
bekannter Weise manuell oder maschinell auf- und abbewegt werden, wodurch die Spanzustellung
des Werkstücks relativ zum Werkzeug hervorgerufen wird. Die Steuerung hierzu ist
bekannt und wurde daher nicht gezeichnet.
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Der Längsschlitten 22 wird von einem Elektromotor 29 aus über ein
stufenloses oder gestuftes Getriebe 31, gegebenenfalls auch über ein Geschwindigkeitswechselgetriebe,
erforderlichenfalls auch über ein Wendegetriebe, über ein Wechselradpaar 33, ein
nicht gezeichnetes Kegelradpaar, eine Welle 35, die in der zuletzt erwähnten Achse
liegt, über ein zweites Kegelradpaar 36, einen Räderblock 37 und ein Stirnrad 38,
das auf einer Vorschubspindel 39 befestigt ist, angetrieben. Die Vorschubspindel
ist in dem die Längsführung tragenden Gehäuse gelagert und greift in eine Vorschubmutter
40 ein, die in bekannter Weise an dem Vorschubsehlitten befestigt ist. Synchron
mit der Vorschubspinde139 wird eine Steuerwalze 40 angetrieben, die versetzbare
Nocken trägt, welche auf nicht gezeichnete Schalter wirken. Diese Schalter können
vom Vorschub abhängige Steuerimpulse geben. Statt auf einer Steuerwalze können die
Nocken und Schalter auch auf dem Längsweg des Längsschlittens wirksam sein. Elemente,
die an sich bekannt und zum Verständnis der Erfindung nicht notwendig sind, wurden
nicht gezeichnet.
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Das Werkzeug 15 wird vom Elektromotor 41 (F i g. 2) aus angetrieben
über eine Kupplung 42, ein später beschriebenes Getriebe 243, eine Schneckenwelle
44 und Schnecke, ein Schneckenrad 45, ein Wechselradpaar 46, ein Stimradpaar 47,
ein Kegelradpaar 48, ein weiteres Stirnradpaar 49 und eine Werkzeugspindel 50, auf
der das Werkzeug 15 auswechselbar sitzt.
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F i g. 3 zeigt eine Ausführungsform des Getriebes 243. Der Motor 41
wirkt auf die Antriebswelle 1.01, auf der ein Stirnrad 102 fest verkeilt ist, das
in ein zweites Stirnrad 103 eingreift, welches drehbar auf einer Antriebswelle 104
gelagert ist. Auf der Antriebswelle 101 ist ferner ein Zahnrad 105 drehbar gelagert,
das in ein Zahnrad 106 eingreift, welches fest auf der Abtriebswelle 104 sitzt.
Das Stirnrad 103 ist mit der Abtriebswelle 104 mittels einer Einwegkupplung (Freilauf-
oder Dberhollcupplung) 107 kuppelbar, und das Zahnrad 105 kann mit der Antriebswelle
101 über eine schaltbare Kupplung 108 verbunden werden.
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An dem Längsschlitten 22 (F i g. 1) ist ein Nocken 109 versetzbar
angebracht, der während des Längshubs des Schlittens auf einen Schalter
110 einwirken kann. Zweckmäßig wird der Nocken so gesetzt, daß er an einem
Hubende des Schlittens, also an einem Hubende des Längsvorschubs, der parallel,
diagonal oder quer zur Werkstückachse verlaufen kann, auf den Schalter einwirkt.
Der Schalter 110 beeinflußt die Kupplung 108. Das Kommando vom Schalter 110 braucht
nicht an jedem Hubende gegeben zu werden, sondern mit dem Hebel 111 kann beispielsweise
ein Schrittschaltwerk od. dgl. betätigt werden, das erst nach einer vorbestimmten
Anzahl von Hüben über einen Schalter auf die Kupplung 108 einwirkt. Da die Steuerwalze
40 in einem festen Verhältnis mit der Vorschubspinde139 umläuft, kann der
auf die Kupplung 108 wirkende Schalter auch von ihr betätigt werden. Die Steuerwalze
40 kann über ein Getriebe, beispielsweise Schnecken- oder Planetengetriebe,
angetrieben werden, derart, daß sie bei der größten sinnvollen Anzahl der Längs-,
Hin-und Hergänge eine Umdrehung macht. Dann kann der Schaltimpuls für die Kupplung
108 nach einer beliebigen Anzahl von Schruppgängen gegeben werden, denen dann eine
beliebige Anzahl von Schlichtgängen folgen kann.
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Die Wirkungsweise einer Zahnradfeinbearbeitungsmaschine, z. B. Schabmaschine,
ist bekannt. Es soll daher die Wirkungsweise der Erfindung nur im engen Rahmen geschildert
werden. Für die Schruppoperation wird das Schabrad vom Motor 41 (F i g. 2) aus über
die Antriebswelle 101 (F i g. 3), das Stirnradpaar 102, 103, die Einwegkupplung
107, die Abtriebswelle 104 und weiterhin über die Elemente 44
bis
50 angetrieben. Nach Beendigung der Schruppoperation, d. h. nach einer vorbestimmten
Anzahl von Hin- und Hergängen des Schlittens 22, wobei die Konsole 26, angetrieben
durch die Vorschubspindel 142, Tiefenzustellungen ausgeführt hat, wird vom Nocken
1.09 über den Schalter 110 oder von der Steuerwalze 40 aus die Kupplung 108
eingeschaltet. Der Antrieb erfolgt jetzt über das Zahnradpaar 105, 106; die Abtriebswelle
104 überholt das Zahnrad 103, und die Einwegkupplung rückt aus. Der schnellere Antrieb
des Schabrads erfolgt ohne weitere Tiefenzustellung der Konsole 26, so daß ein ganz
kleiner Schabspan in erhöhter Geschwindigkeit abgenommen wird. Diese Schlichtoperation
kann einen Hin- oder Hergang oder einen Hin- und Hergang oder mehrere Hübe andauern.
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Statt eines Stufengetriebes kann für die Veränderung der Wälzgeschwindigkeit
auch ein bekanntes stufenloses Getriebe verwendet werden, das mit einem Stellmotor
im Sinne der Erfindung verstellt wird. Auch kann für den Antrieb der Wälzbewegung
ein in bekannter Weise regelbarer Elektromotor vorgesehen sein.