DE4319326A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verzahnen und Abdachen von Zahnflanken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zum Verzahnen und Abdachen der stirnseitigen Zahn­ flanken von im wesentlichen rotationssymmetrischen Werk­ stücken gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1.

Eine gattungsgemäße Abdachvorrichtung ist aus der europä­ ischen Patentschrift 0 107 826 bekannt. Dort ist eine Werkzeugmaschine zum Bearbeiten der Stirnflächen von Zahnradzähnen offenbart. Unter einer axialen Relativbewe­ gung zwischen Werkstück und Fräser wird das kontinuier­ lich angetriebene Werkstück von zwei in einem konstanten Drehzahlverhältnis stehenden Stirnfräsern gleichzeitig bearbeitet. Dabei wird von einem Stirnfräser die eine Zahnflanke eines Zahnes und von dem anderen Stirnfräser die andere Zahnflanke eines Zahnes abgedacht. Beide Fräser stehen in Synchronlauf zueinander.

Nachteilig an dieser Vorrichtung und an dem mit dieser Vorrichtung praktizierten Verfahren ist, daß das Abda­ chen der Zähne nur an bereits verzahnten Werkstücken erfolgen kann.

Aus der DE-PS 26 50 955 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der mittels eines kontinuierlich umlaufenden Schlag­ messers in ein kontinuierlich umlaufendes Werkstück eine Verzahnung gefräst werden kann.

Ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsge­ mäßes Verfahren zum Herstellen von abgedachten Zahnkrän­ zen herstellungstechnisch günstiger weiterzubilden.

Gelöst wird diese Aufgabe durch das im Anspruch 1 angege­ bene Verfahren und durch die im Anspruch 5 angegebene Vorrichtung.

Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung dar.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren stehen nunmehr nicht nur zwei Stirnfräser im Synchronlauf zum kontinu­ ierlich angetriebenen Werkstück, sondern zusätzlich noch ein im Gleichlauf mit den Stirnfräsern stehendes Schlag­ messer. Während der Abdachung taucht erfindungsgemäß das Schlagmesser in die Dachkantenzwischenräume ein. Was bisher nur in aufeinanderfolgenden Arbeitsschritten auf verschiedenen Maschinen verwirklicht werden konnte, erfolgt hier während eines Bearbeitungsschrittes. Die Verzahnung geschieht im wesentlichen zeitgleich mit der Abdachung. Besonders vorteilhaft beginnt die Bearbeitung damit, daß die Abdachung zunächst ins volle Werkstück hineingefräst wird. Gleichzeitig damit beginnt das Schlagmesser in die Dachkantenzwischenräume hinein zu­ schlagen. Es ist dabei vorgesehen, daß das Schlagmesser erst dann seine volle Schnittiefe erreicht, wenn auch die Stirnfräser ihre maximale Eindringtiefe erreicht haben. Dies ist ein optimaler Lastwechsel. Sobald näm­ lich die Stirnfräser ihre maximale Eindringtiefe er­ reicht haben, also die Dächer zunächst ins Volle fertig­ geschnitten haben, können die Stirnflächenfräser bei­ spielsweise durch eine Querverlagerung außer Eingriff gebracht werden zum Werkstück. Erreicht in diesem Augen­ blick das Schlagmesser seine tiefste Eindringtiefe, so ist auch die Beanspruchung auf das Schlagmesser jetzt maximal. Aus dieser Verfahrensstellung heraus arbeitet dann das Schlagmesser die Nuten bis zum gewünschten Ende. Sowohl die Stirnfräser als auch die Schlagmesser­ fräser sollen bevorzugt in radialer Richtung zur Werk­ stückachse zustellbar sein. Die Vorrichtung ist bevor­ zugt so ausgebildet, daß sämtliche Achsen mit Einzelan­ trieben versehen sind. Die Servomotoren der Einzelantrie­ be sind untereinander über Signalaustauschleitungen verbunden, so daß eine exakte Synchronisation innerhalb der Achsen realisierbar sind. Die Mittel, die zur Ein­ stellung des Synchronlaufes verwendet werden, bestehen im wesentlichen aus einer elektronischen Datenverarbei­ tungsanlage, welche mit Detektoren ausgerüstet ist, um die aktuelle Drehgeschwindigkeit bzw. das aktuelle Mo­ ment an jedem Antrieb zu ermitteln. Weiter sind Mittel vorgesehen, die die exakte vorgegebene Drehzahl bzw. das exakte vorgegebene Moment an jedem Antrieb einstellen können. Es ist vorgesehen, daß das Werkstück mit einer bestimmten Drehzahl dreht, und die drei Werkzeugspindeln, nämlich die beiden Stirnfräserspindeln und die Schlagmesserspindel ihrerseits im Gleichlauf zueinander stehen, wobei das Drehzahlverhältnis bevorzugt so ist, daß sämtliche Werkzeugspindeln mit derselben Drehzahl drehen, welche um ein ganzzahliges Vielfaches, nämlich der Zähnezahl schneller ist als die Drehzahl der Werk­ stückspindel. Die mit gleicher Drehzahl drehenden Fräs­ spindeln und Schlagmesserspindeln stehen untereinander in einer definierten und festen Phasenlage. Dadurch ist gewährleistet, daß jeder Stirnfräser nur jeweils eine Dachfläche eines Zahnes fräst und das Schlagmesser immer in einem Dachkantenzwischenraum eintaucht. Die Einstel­ lung der Werkzeuge zueinander, also die Position der beiden Stirnfräser und des umlaufenden Schlagmessers ist so gewählt, daß sie im wesentlichen in einer Ebene senk­ recht zur Werkstückdrehachse liegen. Dies hat zur Folge, daß bei einem axialen Vorschub des Werkstückes hin auf die Werkzeuge sämtliche Werkzeuge gleichzeitig in Ein­ griff treten zum Werkstück. Zunächst treten dabei die Stirnfräser in spanabhebenden Eingriff in das Werkstück und fräsen, ohne daß Zähne ausgefräst werden, die Abda­ chungen ins Volle. In diesen durch die beiden Stirnfrä­ ser dann freigefrästen, sich in Richtung des Vorschubes vertiefenden Zwickel taucht dann das umlaufende Schlag­ messer ein. Während des Abdachvorganges wird von dem Schlagmesser nur spitzenseitig der Zwickel vertieft. Erst wenn der Abdachvorgang als solcher beendet ist, erreicht das Schlagmesser seine volle Eindringtiefe. Bevorzugt drehen sich die Stirnfräser jeweils so, daß sie zum Dachfirst hin fräsen. Es ist jedoch auch vorgese­ hen, daß die Fräser vom Dachfirst in die Nut hinein fräsen. Letzteres insbesondere dann, wenn das umlaufende Schlagmesser gegen die Vorschubrichtung des Werkstückes arbeitet, also von der abgedachten Stirnfläche des Zahn­ rades hin einwärts.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Figuren erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung,

Fig. 2 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vor­ richtung,

Fig. 3 ein Werkstück, bei welchem eine Verzahnung ins Volle durchgeführt worden ist,

Fig. 4 eine Verfahrensstellung, bei welchem die Abda­ chung gerade beendet ist und

Fig. 5 die stirnseitige Ansicht auf ein fertig bear­ beitetes Zahnrad.

Auf einem Maschinentisch 30 befindet sich eine Werkstück­ spindel 1, in welche ein Werkstück 8, bei dem es sich um ein unverzahntes Zahnrad handelt, eingespannt ist. Die Drehachse der Werkstückspindel 1 ist mit der Bezugszif­ fer 23 bezeichnet. Die Werkstückspindel 1 ist in Rich­ tung 12 ihrer Achse 23 verlagerbar. Die Zustellbewegung erfolgt in dieser Richtung. Auf dem Maschinentisch 30 befindet sich weiterhin ein sich in der Vertikalen er­ streckender Träger 31, an welchem zwei Frässpindeln 2 und 3 angeordnet sind.

Der Träger 31 ist in der Ebene des Maschinentisches 30 in den Richtungen 13 und 14, welche senkrecht aufeinan­ der stehen, verlagerbar. Jeder einzelne der beiden Stirn­ fräserspindeln 2, 3 ist zusätzlich noch um eine Achse, die parallel zur Tischebene verläuft, schwenkbar. Die Achslage selbst kann in vertikaler Richtung durch Verla­ gerung der Spindeln am Spindelträger 31 verändert wer­ den. Zusätzlich zu der Verlagerbarkeit in Richtung der Pfeile 13, 14 läßt sich der Träger 31 auch noch um die Drehachse 26 schwenken. Die Stirnfräser 5 bzw. 6 sind auf das Werkstück 8 ausgerichtet. Hinsichtlich der Funk­ tionsweise einer derartigen Fräsvorrichtung wird auf die europäische Patentschrift 0 107 826 verwiesen.

Parallel zur Vertikalerstreckung des Trägers 31 ist eine weitere Werkzeugspindel 4 vorgesehen, welche ein umlau­ fendes Schlagmesser 7 trägt. Die Achse der Schlagmesser­ spindel 4 steht windschief zur Achse 23 der Werkstück­ spindel 1 Der Trägei 10 der Spindel 4 ist in Richtung des Pfeiles 15 quer zur Spindelachse 23 verlagerbar. Hinsichtlich der genauen Ausgestaltung und der Funktions­ weise eines derartigen Schlagmesserfräsers wird auf die deutsche Offenlegungsschrift 26 15 955 verwiesen.

Wie insbesondere in Fig. 1 dargestellt ist, liegen die Werkzeuge 7, 5, 6 in einer Ebene E, welche die Achse 23 in einem rechten Winkel schneidet.

Die Funktionsweise der Maschine ist folgende: Das rotati­ onssymmetrische Werkstück 8, welches verzahnt werden soll, wird in Richtung des Pfeiles 12 auf die Werkzeuge 5, 6, 7 zugestellt. Die Stirnfräser 5, 6 und das umlaufende Schlagmesser 7 werden dabei jeweils von Spindeln ange­ trieben, welche die gleiche Drehzahl aufweisen. Die Werkzeuge 5, 6, 7 stehen dabei in einer festen Phasenlage zueinander. Die Drehzahl des Werkstückes 8 ist dabei so gewählt, daß sie um ein ganzzahliges Vielfaches, nämlich um die Anzahl der Zähne geringer ist als die Drehzahl der Werkzeugspindel. Die Phasenlage der Stirnfräser 5, 6 ist so eingestellt, daß die Abdachung der Zahnflanken 18, 19 zunächst ins Volle geschieht, wobei jeweils ein Fräser die eine Seite eines Zahnes und ein anderer die andere Seite eines Zahnes abdacht. Die Drehrichtung der Stirnfräser kann dabei sowohl zum First hin als auch vom First weg erfolgen. Die Phasenlage des Schlagmessers 7 ist so eingestellt, daß es jeweils in den Zwischenraum zwischen zwei Zahnfirsten, also in die Dachkantenzwi­ schenräume 22 eintaucht. Hierdurch entstehen Nuten 21, die Zähne 20 übrig lassen.

Sobald die Stirnfläche 8′ des Werkstückes 8 in den Be­ reich der Ebene E vorgeschoben ist, beginnen die Stirn­ fräser 5, 6 spanabhebend Dachkanten ins volle Werkstückma­ terial hineinzufräsen. Das Schlagmesser 7 hat zu diesem Zeitpunkt noch nicht die volle Eindringtiefe ins Materi­ al erreicht. Erst wenn die Dächer vollständig fertig gefräst sind, erreicht das Schlagmesser 7 die volle Eindringtiefe ins Material. Dann werden die Werkzeugspin­ deln 2 und 3 mittels der Verlagerung des Trägers 31 in Richtung des Pfeiles 13 quer zur Drehrichtung der Werk­ stückspindel 23 verlagert. Danach wird die Zustellung in axialer Richtung der Werkstückspindel 23 fortgesetzt, wobei dann vom Schlagmesser 7 die Verzahnung durchge­ führt wird.

In der Fig. 3 ist ein Schnittbild von zwei Stirnfräsern bei einer Abdachung ins Volle dargestellt. Zur Verzah­ nung des abgedachten Zahnrad-Rohlings werden dann die Zahnflankenzwischenräume 22 mittels des Schlagmesser 7 ausgefräst.

Es ist hervorzuheben, daß es besonders vorteilhaft ist, in einem einzigen Arbeitsschritt einen Rohling sowohl zu verzahnen als auch die Zähne abzudachen, wobei die Abdachung vor der Verzahnung stattfindet. Durch die besondere Anordnung aller Werkzeuge in einer Ebene E parallel zur Stirnfläche 8′ des Werkzeuges 8 ist gewähr­ leistet, daß das Schlagmesser 7 erst dann seine tiefste Eingriffsstellung in das Werkstück 8 erreicht, wenn die Verzahnung nahezu oder bereits schon abgeschlossen ist.

Die in der vorstehenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung von Bedeutung sein. Alle offenbarten Merkmale sind erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Priori­ tätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhalt­ lich mit einbezogen.

Claims (6)

1. Verfahren zum Verzahnen und Abdachen der stirnseiti­ gen Zahnflanken (18, 19) von im wesentlichen rotationssym­ metrischen Werkstücken (8), wobei ein kontinuierlich drehangetriebenes Werkstück (8) gegen zwei im Synchron­ lauf zueinander, insbesondere gegenläufig angetriebene Stirnfräser (5, 6) zugestellt wird oder zwei im Synchron­ lauf zueinander, insbesondere gegenläufig angetriebene Stirnfräser gegen ein kontinuierlich drehangetriebenes Werkstück (8) zugestellt werden, und wobei die Stirnfrä­ ser (5, 6) in einem ganzzahligen Übersetzungsverhältnis zum Werkstück (8) derart drehen, daß jeweils ein Stirn­ fräser (5, 6) nur die in Drehrichtung vorgeordneten und der andere Stirnfräser (5, 6) nur die in Drehrichtung nachgeordneten Stirnflächen (18, 19) fräst, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zum Ausfräsen von Zahnstrukturen (20, 21) zeitgleich mit der Spanabhebung durch die Stirn­ fräser (5, 6) ein um eine windschief zur Werkstückachse im Gleichlauf mit dem Stirnfräser (5, 6) umlaufendes Schlagmesser (7) in die Dachkantenzwischenräume (22) eintaucht.

2. Verfahren zum Verzahnen und Abdachen der stirnseiti­ gen Zahnflanken nach Anspruch 1 oder insbesondere da­ nach, dadurch gekennzeichnet, daß das Schlagmesser (7) dann seine volle Schnittiefe erreicht, wenn auch die Stirnfräser (5, 6) ihre Eindringtiefe erreicht haben.

3. Verfahren zum Verzahnen und Abdachen der stirnseiti­ gen Zahnflanken nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stirnfräser (5, 6) nach Erreichen ihrer maximalen Eindringtiefe in radialer Richtung (13) zum Werkstück (8) wegverlagert werden.

4. Verfahren zum Verzahnen und Abdachen der stirnseiti­ gen Zahnflanken nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Schlagmesser (7) in radialer Richtung (15) zum Werkstück zugestellt wird.

5. Vorrichtung zum Verzahnen und Abdachen von im wesent­ lichen rotationssymmetrischen Werkstücken (8), insbeson­ dere zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, mit einer kontinuierlich drehantreibbaren Werkzeugspindel (1) zur Aufnahme des durch Spindelverlagerung relativ zu Werkzeugen zustellba­ res Werkstückes (8), mit zwei in axialer Richtung (16, 17) auf das Werkstück (8) zustellbaren, kontinuier­ lich drehantreibbaren Frässpindeln (2, 3) zur Aufnahme von Stirnfräsern (5, 6), wobei die Frässpindeln (2, 3) um mindestens eine Achse (26), insbesondere eine parallele und/oder windschiefe zur Werkzeugspindelachse (23) ver­ laufenden Achse schwenkbar sind und zumindest in einer Richtung (13) quer zur Werkstückspindelachse (23) verla­ gerbar sind, mit einer kontinuierlich drehantreibbaren Schlagmesserspindel (4) zur Aufnahme eines umlaufenden Schlagmessers (7), dessen Achse (27) windschief zur Werk­ stückachse (23), insbesondere um eine Achse quer zur Werkstückachse (23) verschwenkbar angeordnet ist, und zumindest in Richtung (15) quer zur Werkstückachse (23) verlagerbar ist, und mit Mitteln zur Einstellung eines Synchronlaufs aller drehangetriebenen Spindeln (1, 2, 3, 4), derart, daß die Frässpindeln (2, 3) und die Schlagmesserspindel (4) unter Einhalten einer definier­ ten Phasenlage zueinander im Gleichlauf stehen und um ein ganzzahliges Vielfaches schneller drehen als die Werkstückspindel (1).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder insbesondere da­ nach, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitspunkte der Stirnfräser (5, 6) und des Schlagmessers (7) in einer Ebene (E) senkrecht zur Werkstückdrehachse (23) liegen.