DE20103328U1

DE20103328U1 - Entgratvorrichtung für Kegelräder

Info

Publication number: DE20103328U1
Application number: DE20103328U
Authority: DE
Original assignee: Klingelnberg Soehne GmbH and Co KG
Current assignee: Klingelnberg GmbH
Priority date: 2001-02-24
Filing date: 2001-02-24
Publication date: 2001-05-23
Anticipated expiration: 2011-02-25

Description

ENTGRATVORRICHTUNG FÜR KEGELRÄDER
Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.

Beim Fräsen von bogenverzahnten Kegelrädern werden die Zahnlücken überwiegend mit einem Messerkopf vom kleinen zum großen Durchmesser des Radkörpers herausgearbeitet. Am äußeren Zahnende entsteht dabei ein Grat, und zwar hauptsächlich an der in Zahnlängsrichtung betrachtet konkaven Flanke; denn diese Flanke bildet mit der Rückenfläche des Kegelradzahnes in der Regel einen spitzen Winkel. Würde man an dieser Stelle nur den Grat entfernen, bliebe eine sehr scharfe Profilkante stehen. Wegen der großen Verletzungsgefahr, aber auch wegen schädlicher Verformungen beim Härten der Kegelräder werden diese Kanten durch eine Fase gebrochen. Ist dieser Winkel nicht so spitz, weil das Kegelrad z.B. einen kleinen Spiralwinkel hat, reicht ein normales Entgraten.

Für dieses Anfasen und/oder Entgraten von Kegelrädern sind Vorrichtungen bekannt, die für konventionelle mechanische Kegelrad-Verzahnmaschinen entwickelt wurden. Schon während des Fräsens der Kegelräder im Teilverfahren werden nach jeder Zahnlücke die Zahnenden entgratet. Oder beim kontinuierlichen Verfahren wird nach dem Verzahnen in einem separaten Arbeitsgang, aber in der gleichen Werkstückaufspannung, das Anfasen und/oder Entgraten vorgenommen.

Obwohl aus Sicherheitsgründen das Anfasen auf der Verzahnmaschine die beste Lösung ist, weil das Werkstück mit dem scharfkantigen Grat von niemandem angefaßt werden muß, kommen vielfach auch separat stehende Entgratvorrichtungen zum Einsatz. Bei diesen Vorrichtungen wird der Nachteil der zusätzlichen Werkstückspannung in Kauf genommen, weil in der Nähe des Werkstücks mehr Platz zur Verfügung steht als in einer Verzahnmaschine, und weil sich daher die Entgratwerkzeuge vielseitiger und einfacher auf die jeweiligen Werkstückabmessungen einstellen lassen. Außerdem können auf einer Verzahnmaschine in gleicher Zeit mehr Kegelräder verzahnt werden, wenn sie nicht auch noch entgratet werden müssen. Eine Entgratvorrichtung dieser Art ist beispielsweise in der DE 197 44 486 Al beschrieben, bei der zwei unterschiedliche Fräser zum Entgraten eingesetzt werden. Nachteilig ist der größere Aufwand, der mit einer separaten Entgratvorrichtung verbunden ist, und die Tatsache, daß jeder Fräser eine besondere Profilform seiner Schneiden benötigt, die dem jeweiligen zu entgratenden Kegelrad angepaßt sein muß.

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Entgratfräser kommen auch beim Anfasen auf der Verzahnmaschine zum Einsatz, wobei es günstiger ist, wenn nicht im Teilverfahren, sondern bei konstanter Werkstückdrehung im kontinuierlichen Fräsprozeß gearbeitet werden kann. Der entscheidende Nachteil ist jedoch, daß nicht alle Kegelräder auf ihrer Verzahnmaschine mit einem Fräser entgratet werden können. Während sich Tellerräder aufgrund ihrer äußeren Form meist so auf der Werkstückspindel aufnehmen lassen, daß ihre Zahnenden mit einem Fräser und dem zugehörigen Antriebsmechanismus zugänglich sind, trifft dies bei Kegelritzeln nicht zu. Insbesondere Schaftritzel müssen unmittelbar hinter ihrer Verzahnung aufgenommen werden. Die entsprechende Aufnahmehülse in der Verzahnmaschine soll aus Stabilitätsgründen einen möglichst großen Durchmesser haben, jedoch nur so, daß die Messer beim Verzahnen gerade nicht mit der Aufnahmehülse kollidieren. Dann ist aber an den Zahnenden kein Platz mehr, um in der Verzahnmaschine mit einem Entgratfräser an die Profilkante heranzukommen. In solchen Fällen werden Stoßmeißel zum Entgraten eingesetzt.

Noch schwieriger ist es, wenn die Aufnahmehülse nicht so dünn ausgeführt werden kann, um von vornherein Messerkollision auszuschließen. Unter diesen Umständen wird eine sogenannte geschlitzte Aufnahmehülse verwendet. Sie paßt nur für eine einzige Ritzelauslegung, weil ihre zuvor eingearbeiteten Schlitze den Messerbahnen beim Verzahnen entsprechen, allerdings mit einem Sicherheitsabstand, um Messerkollision zu vermeiden. Leider folgt daraus, daß der entstehende Grat in die Schlitze hineinragt und dort entfernt werden muß. Hierfür gibt es bisher noch an keiner Verzahnmaschine eine Lösung.

Der Stand der Technik, der der Erfindung am nächsten kommt, ist in den deutschen Auslegeschriften 1 039 340 und 1 185 039 beschrieben. In beiden Fällen kommt an der Verzahnmaschine ein meißelartiges Entgratwerkzeug zum Einsatz, das an einem kurvengesteuerten Schwenkarm beziehungsweise an einem druckmittelbetriebenen Kolben befestigt ist. Ein wesentlicher Nachteil dieser bekannten Vorrichtungen besteht darin, daß ihre Entgratwerkzeuge jedes Zahnende nur mit einem in seiner Richtung zwar einstellbaren, aber dann in sich geraden Schnitt bearbeiten können. Die zu entgratende Profilkante ist aber eine räumlich stark gekrümmte Kurve, die sich aus dem Schnitt zweier Flächen ergibt, nämlich der ohnehin schon gekrümmten Ritzelflanke mit anschließender Fußausrundung sowie der Rückenfläche des Kegelritzelzahnes. Letztere ist in der Regel eine Kegelfläche, die zusätzlich noch einmal abgesetzt und/oder am Zahnkopf abgerundet sein kann. Das heißt, mit keiner der beiden bekannten Vorrichtungen läßt sich die Profilkante richtig entgraten. Es kann höchstens eine ausmittelnde Richtung eingestellt werden und dann muß die Vorrichtung eine erhebliche Werk-

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stoffmenge abhobeln, um die volle Zahnhöhe zu entgraten. Dabei kann sich leicht Sekundärgrat bilden, der genauso unerwünscht ist. Außerdem läßt es sich kaum vermeiden, daß durch den Stoßmeißel eine scharfe Kerbe in der Fußausrundung entsteht, die die Tragfähigkeit des Kegelritzels beeinträchtigt. Ein weiterer Nachteil ist der große Aufwand, mit dem die beiden bekannten Vorrichtungen manuell auf die jeweiligen Werkstückabmessungen eingestellt werden müssen, obwohl mit der erfindungsgemäßen Kugelfläche und der entsprechenden Klemmeinrichtung der DAS 1 185 039 dieser Nachteil schon erkannt und verbessert wurde.

Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Entgratvorrichtung für eine Kegelrad-Verzahnmaschine so auszugestalten, daß man mit einem einfachen Werkzeug sehr verschiedenartige Kegelräder, insbesondere Ritzel, anfasen und/oder entgraten kann, daß dabei Sekundärgrat vermieden wird und daß die Vorrichtung auf einfache Weise einstellbar ist.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß für die Führung des Werkzeugs zwei numerisch steuerbare Achsen vorgesehen sind, von denen die erste Achse parallel und die zweite Achse radial zur Längsachse der Werkstückspindel verläuft, die Werkstückspindel selbst eine dritte numerisch steuerbare Achse ist und daß eine programmierbare Steuerung zur gleichzeitigen, gekoppelten Bewegung der drei numerisch steuerbaren Achsen vorgesehen ist, mit deren Hilfe das Werkzeug einer beliebig gekrümmten Profilkante nachführbar ist.

Die wesentlichen Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß mit den drei NC-Achsen jeder beliebige Punkt einer Profilkante mit der Schneide des Stoßmeißels erreichbar ist. Somit kann trotz gekrümmter Profilkante eine gleichmäßig breite Fase erzeugt werden, wobei sich Sekundärgrat vermeiden läßt und keine großen Werkstoffmengen abgehobelt werden müssen, um die volle Zahnhöhe zu entgraten. Vielmehr ist es ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung, daß die gleichmäßige Fase um die Fußausrundung herum bis in den Zahngrund geführt werden und dort auslaufen kann, ohne eine schädliche Kerbe zu erzeugen. Trotz dieser Vorteile war bisher der Einsatz von NC-Achsen für das Entgraten als nicht wirtschaftlich im Vergleich zu rein mechanischen oder druckmittelbetriebenen Lösungen angesehen worden.

Mit der Erfindung ist es sogar möglich, ein Kegelritzel, das in einer geschlitzten Aufnahmehülse steckt, zu entgraten. Dazu wird der Stoßmeißel, ausgehend von einer entsprechend angepaßten Grundausrichtung, mit den drei NC-Achsen entlang der Profilkante geführt, und zwar bis in den Schlitz der Aufnahmehülse hinein. Vorteilhaft ist außerdem, daß das Anfasen und/oder Entgraten des Ritzels hauptsächlich in einer Zeit erfolgen kann, in der das Ritzel nach dem Verzahnen in

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eine Be- und Entladeposition gefahren wird. Dadurch entstehen für das Entgraten auf der Verzahnmaschine keine nennenswerten Zeitverluste.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es besonders vorteilhaft, die Steuerung der drei Achsen im Teach-in-Verfahren zu programmieren. Dazu wird die gewünschte Bahn des Stoßmeißels punktweise manuell aufgenommen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Sie ist aber nicht auf das dargestellte Anfasen und/oder Entgraten an der Ferse eines Kegelrades beschränkt, sondern es kann bei entsprechender Einstellung auch an der Zehe entgratet werden. Es zeigen

Fig. 1: Schematische Darstellung einer Kegelrad-Verzahnmaschine

mit einer erfindungsgemäßen Entgratvorrichtung
Fig. 2: Schematische Darstellung der Entgratvorrichtung
Fig. 3: Detailansicht eines Kegelritzels
Fig. 4: Bewegungsablauf beim Entgraten

In Fig. 1 ist schematisch eine moderne Kegelrad-Verzahnmaschine dargestellt mit einem schwenkbaren Reitstock 1, der die Werkstückspindel 2 trägt, welche ihrerseits um die Längsachse 3 drehbar und als NC-Achse B ausgebildet ist. An der Werkstückspindel 2 ist eine Aufnahmehülse 4 mit dem Kegelritzel 5 befestigt, das mit dem Messerkopf 6 verzahnt wurde. Nach dem Verzahnen schwenkt der Reitstock 1 um seine vertikale Achse, bis die Werkstückspindel 2 parallel zur Führung 7 verläuft, und fährt gleichzeitig auf dieser Führung 7 ganz nach vorne in eine Be- und Entladeposition. Während dieses Weges versieht die Entgratvorrichtung 8, die seitlich am Reitstock 1 befestigt ist, mit dem Stoßmeißel 9 alle Zahnenden mit einer Fase, wie später noch beschrieben wird.

Fig. 2 zeigt schematisch die wesentlichen Komponenten der Entgratvorrichtung 8. Am Reitstock

I ist seitlich eine Grundplatte 10 befestigt, auf der sich ein erster Schlitten 11 in Pfeilrichtung 12 parallel zur Längsachse 3 verfahren läßt. Sein Antrieb erfolgt über die spielfreie Spindel 14 vom Motor 13 aus, der an der Grundplatte 10 befestigt ist. Auf dem Schlitten 11 befindet sich ein zweiter Schlitten 15, der sich in Pfeilrichtung 16 radial zur Längsachse 3 verfahren läßt. Der Motor 18, der auf dem Schlitten 11 befestigt ist, treibt den Schlitten 15 über den Riementrieb 19 und die weitere spielfreie Spindel 17 an. Der Schlitten 15 trägt den Stoßmeißel 9, der mit einem Werkzeughalter 20 am vorderen Ende des Schlittens 15 befestigt ist. Durch die beiden Schlitten

II und 15, die mit ihren jeweiligen Antriebselementen als NC-Achsen U und V ausgebildet sind,

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kann der Stoßmeißel 9 in einer Radialebene zum Kegelritzel 5 beliebig geführt werden, und durch die entsprechend gesteuerte Drehung des Kegelritzels 5 um die Längsachse 3 kann der Stoßmeißel 9 am Ende des Ritzelzahnes jeden Punkt einer Profilkante 21 erreichen.

Die perspektivische Detailansicht in Fig. 3 zeigt den Kopf des Kegelritzels 5, das mit seinem Schaft in der Aufnahmehülse 4 der Werkstückspindel 2 steckt. Außerdem ist der auswechselbare Werkzeughalter 20 zu sehen, der für einen bestimmten Anwendungsfall den gesamten Stoßmeißel 9 in eine günstige räumliche Ausrichtung zur Profilkante 21 am Zahnende des Kegelritzels 5 bringt. Das ist besonders wichtig, wenn in einer geschlitzten Aufhahmehülse entgratet werden muß.

Bevor das Anfasen und/oder Entgraten mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beginnen kann, muß die nicht näher dargestellte Steuerung, die vorzugsweise im Schaltschrank der Verzahnmaschine untergebracht ist, programmiert werden. Als besonders vorteilhaft hat sich dafür das flexible Teach-in-Verfahren erwiesen. Dazu wird an dem ersten verzahnten Kegelritzel 5 eine Profilkante 21 von Hand mit der gewünschten gleichmäßigen Fase 22 versehen. Anschließend werden mit der Schneide des Stoßmeißels 9 eine Reihe von Punkten der Fase 22 manuell angefahren, indem die drei NC-Achsen einzeln betätigt werden. Die jeweiligen Endpositionen der Schlitten 11 und 15 sowie der Werkstückspindel 2 werden in die Steuerung übernommen und gespeichert. Die Steuerung interpoliert die Punkte zu einer Kurve, die dann beim automatischen Entgratprozeß mit dem Stoßmeißel 9 abgefahren wird.

Einzelne Schritte dieses Prozesses sind in Fig. 4 dargestellt, in der 4 Positionen a, b, c, d des Kegelritzels 5 wiedergegeben sind, und zwar von einem Schnitt durch den Schaft des Ritzels aus auf seine Zahnenden gesehen.

In Position a ist der Stoßmeißel 9 mit den Achsen U und V vom Referenzpunkt 23 zum Kopfeckpunkt 24 gefahren, wobei die Werkstückspindel 2 das Kegelritzel 5 so gedreht hat, daß der Kopfeckpunkt 24 in der UV-Ebene liegt, die in der dargestellten Projektion von der Linie 25 wiedergegeben wird.

In Position b hat der Stoßmeißel 9 einen Teil der Profilkante 21 mit der Fase 22 versehen, wobei es so aussieht, als ob der Stoßmeißel 9 nur in die Zahnlücke geschoben wurde. Tatsächlich jedoch hat die Werkstückspindel 2 die Profilkante 21 ein wenig nach unten gedreht, während sich der Stoßmeißel 9 gleichzeitig mit der U-Achse auf der Linie 25 nach links und mit der V-Achse aus der Zeichenebene herausbewegt hat. Denn das Zahnende des Kegelritzels 5 wird durch eine

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Rückenkegelfläche begrenzt, die zwar in der dargestellten Projektion nicht sichtbar, aber leicht vorstellbar ist.

In Position c hat der Stoßmeißel 9 die Fußausrundung 26 erreicht, wo er jedoch nicht wie bisher zurückgezogen wird und eine Kerbe hinterläßt, sondern wo die Fußausrundung 26 durch eine stärkere Drehung der Werkstückspindel 2 ebenfalls angefast wird.

In Position d ist dieser Prozeß beendet und der Stoßmeißel 9 wird zurückgezogen, während sich die Werkstückspindel 2 weiterdreht, um den Kopfeckpunkt des nächsten Zahnes zu erreichen.
Aus dem zusätzlich gezeigten Radialschnitt e des Ritzelkopfes ergibt sich die genaue Kontur des Zahnendes. Sie besteht in diesem Fall aus der Mantellinie 27 des Rückenkegels, dem Kopfabrundungsradius 28 und der Mantellinie 29 des Kopfkegels. Daraus wird deutlich, daß mit herkömmlichen Entgratvorrichtungen, die nur einen geradlinigen Schnitt ausführen können, höchstens in der Nähe des Rückenkegels entgratet werden kann, aber nicht noch die gesamte Kopfabnmdung. Hierzu ist ein zusätzlicher Bewegungsanteil des Stoßmeißels 9 in Richtung der Längsachse 3 erforderlich, der von der V-Achse der erfindungsgemäßen Vorrichtung übernommen wird.

Claims

1. Vorrichtung für eine Kegelrad-Verzahnmaschine zum Anfasen und/oder Entgraten von Profilkanten an den Zahnenden eines bogenverzahnten Kegelrades
mit einer um ihre Längsachse drehbaren Werkstückspindel, auf der das Kegelrad koaxial aufgenommen ist, und
mit einem Werkzeug, insbesondere einem Stoßmeißel, der durch eine Führung geradlinig oder kreisbogenförmig entlang der zu bearbeitenden Profilkante eines Zahnes bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

- für die Führung des Werkzeugs zwei numerisch steuerbare Achsen vorgesehen sind, von denen die erste Achse parallel und die zweite Achse radial zur Längsachse der Werkstückspindel verläuft,

- die Werkstückspindel eine dritte numerisch steuerbare Achse ist und

- eine programmierbare Steuerung zur gleichzeitigen, gekoppelten Bewegung der drei numerisch steuerbaren Achsen vorgesehen ist, mit deren Hilfe das Werkzeug einer beliebig gekrümmten Profilkante nachführbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Steuerung im Teach-in- Verfahren am aktuellen Kegelrad programmierbar ist.