WO1994029058A1 - Verfahren und vorrichtung zum verzahnen und abdachen von zahnflanken - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verzahnen und Abdachen der stirnseitigen Zahnflanken (18, 19) von im wesentlichen rotationssymmetrischen Werkstücken (8), wobei ein kontinuierlich drehangetriebenes Werkstück (8) gegen zwei im Synchronlauf zueinander, insbesondere gegenläufig angetriebene Stirnfräser (5, 6) zugestellt wird oder zwei im Synchronlauf zueinander, insbesondere gegenläufig angetriebene Stirnfräser gegen ein kontinuierlich drehangetriebenes Werkstück (8) zugestellt werden, und wobei die Stirnfräser (5, 6) in einem ganzzahligen Übersetzungsverhältnis zum Werkstück (8) derart drehen, daß jeweils ein Stirnfräser (5, 6) nur die in Drehrichtung vorgeordneten und der andere Stirnfräser nur die in Drehrichtung nachgeordneten Stirnflächen (18, 19) fräst. Um die Bearbeitungsgeschwindigkeit insgesamt zu steigern ist vorgesehen, daß zum Ausfräsen von Zahnstrukturen (20, 21) zeitgleich mit der Spanabhebung durch die Stirnfräser (5, 6) ein um eine windschief zur Werkstückachse angeordnete Achse im Gleichlauf mit dem Stirnfräser (5, 6) verlaufendes Schlagmesser (7) in die Dachkantenzwischenräume (22) eintaucht. Das Schlagmesser (7) soll dann seine volle Schnittiefe erreichen, wenn auch die Stirnfräser (5, 6) ihre maximale Eindringtiefe erreicht haben.

Description

00001 Verfahren und Vorrichtung zum Verzahnen und Abdachen

00002 von Zahnflanken

00003

00004 Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich-

00005 tung zum Verzahnen und Abdachen der stirnseitigen Zahn-

00006 flanken von im wesentlichen rotationssymmetrischen Werk-

00007 stücken gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1. 00008

00009 Eine gattungsgemäße Abdachvorrichtung ist aus der europä-

00010 ischen Patentschrift 0 107 826 bekannt. Dort ist eine

00011 Werkzeugmaschine zum Bearbeiten der Stirnflächen von

00012 Zahnradzähnen offenbart. Unter einer axialen Relativbewe-

00013 gung zwischen Werkstück und Fräser wird das kontinuier-

00014 lieh angetriebene Werkstück von zwei in einem konstanten

00015 Drehzahlverhältnis stehenden Stirnfräsern gleichzeitig

00016 bearbeitet. Dabei wird von einem Stirnfräser die eine

00017 Zahnflanke eines Zahnes und von dem anderen Stirnfräser

00018 die andere Zahnflanke eines Zahnes abgedacht. Beide

00019 Fräser stehen in Synchronlauf zueinander. 00020

00021 Nachteilig an dieser Vorrichtung und an dem mit dieser

00022 Vorrichtung praktizierten Verfahren ist, daß das Abda-

00023 chen der Zähne nur an bereits verzahnten Werkstücken

00024 erfolgen kann. 00025

00026 Aus der DE-PS 26 50 955 ist eine Vorrichtung bekannt,

00027 bei der mittels eines kontinuierlich umlaufenden Schlag-

00028 messers in ein kontinuierlich umlaufendes Werkstück eine

00029 Verzahnung gefräst werden kann. 00030

00031 Ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik

00032 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsge-

00033 mäßes Verfahren zum Herstellen von abgedachten Zahnkrän-

00034 zen herstellungstechnisch günstiger weiterzubilden. 00035 00036 Gelöst wird diese Aufgabe durch das im Anspruch 1 angege-

00037 bene Verfahren und durch die im Anspruch 5 angegebene

00038 Vorrichtung. 00039

00040 Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen

00041 der Erfindung dar. 00042

00043 Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren stehen nunmehr

00044 nicht nur zwei Stirnfräser im Synchronlauf zum kontinu-

00045 ierlich angetriebenen Werkstück, sondern zusätzlich noch

00046 ein im Gleichlauf mit den Stirnfräsern stehendes Schlag-

00047 messer. Während der Abdachung taucht erfindungsgemäß das 00048 Schlagmesser in die Dachkantenzwischenräume ein. Was

00049 bisher nur in aufeinanderfolgenden Arbeitsschritten auf

00050 verschiedenen Maschinen verwirklicht werden konnte,

00051 erfolgt hier während eines Bearbeitungsschrittes. Die

00052 Verzahnung geschieht im wesentlichen zeitgleich mit der

00053 Abdachung. Besonders vorteilhaft beginnt die Bearbeitung

00054 damit, daß die Abdachung zunächst ins volle Werkstück

00055 hineingefräst wird. Gleichzeitig damit beginnt das

00056 Schlagmesser in die Dachkantenzwischenräume hineinzu-

00057 schlagen. Es ist dabei vorgesehen, daß das Schlagmesser

00058 erst dann seine volle Schnittiefe erreicht, wenn auch

00059 die Stirnfräser ihre maximale Eindringtiefe erreicht

00060 haben. Dies ist ein optimaler Lastwechsel. Sobald näm-

00061 lieh die Stirnfräser ihre maximale Eindringtiefe er-

00062 reicht haben, also die Dächer zunächst ins Volle fertig-

00063 geschnitten haben, können die Stirnflächenfräser bei-

00064 spielsweise durch eine Querverlagerung außer Eingriff

00065 gebracht werden zum Werkstück. Erreicht in diesem Augen-

00066 blick das Schlagmesser seine tiefste Eindringtiefe, so

00067 ist auch die Beanspruchung auf das Schlagmesser jetzt

00068 maximal. Aus dieser Verfahrensstellung heraus arbeitet

00069 dann das Schlagmesser die Nuten bis zum gewünschten

00070 Ende. Sowohl die Stirnfräser als auch die Schlagmesser- 00071 fräser sollen bevorzugt in radialer Richtung zur Werk-

00072 stückachse zustellbar sein. Die Vorrichtung ist bevor-

00073 zugt so ausgebildet, daß sämtliche Achsen mit Einzelan-

00074 trieben versehen sind. Die Servomotoren der Einzelantrie-

00075 be sind untereinander über Signalaustauschleitungen

00076 verbunden, so daß eine exakte Synchronisation innerhalb

00077 der Achsen realisierbar sind. Die Mittel, die zur Ein-

00078 Stellung des Synchronlaufes verwendet werden, bestehen 00079 im wesentlichen aus einer elektronischen Datenverarbei-

00080 tungsanlage, welche mit Detektoren ausgerüstet ist, um

00081 die aktuelle Drehgeschwindigkeit bzw. das aktuelle Mo-

00082 ment an jedem Antrieb zu ermitteln. Weiter sind Mittel

00083 vorgesehen, die die exate vorgegebene Drehzahl bzw. das

00084 exakte vorgegebene Moment an jedem Antrieb einstellen

00085 können. Es ist vorgesehen, daß das Werkstück mit einer

00086 bestimmten Drehzahl dreht, und die drei Werkzeugspin-

00087 dein, nämlich die beiden Stirnfräserspindeln und die

00088 Schlagmesserspindel ihrerseits im Gleichlauf zueinander

00089 stehen, wobei das Drehzahlverhältnis bevorzugt so ist,

00090 daß sämtliche Werkzeugspindeln mit derselben Drehzahl

00091 drehen, welche um ein ganzzahliges Vielfaches, nämlich

00092 der Zähnezahl schneller ist als die Drehzahl der Werk-

00093 εtückspindel. Die mit gleicher Drehzahl drehenden Fräs-

00094 spindein und Schlagmesserspindeln stehen untereinander

00095 in einer definierten und festen Phasenlage. Dadurch ist

00096 gewährleistet, daß jeder Stirnfräser nur jeweils eine

00097 Dachfläche eines Zahnes fräst und das Schlagmesser immer

00098 in einem Dachkantenzwischenraum eintaucht. Die Einstel-

00099 lung der Werkzeuge zueinander, also die Position der

00100 beiden Stimfräser und des umlaufenden Schlagmessers ist

00101 so gewählt, daß sie im wesentlichen in einer Ebene senk-

00102 recht zur Werkstückdrehachse liegen. Dies hat zur Folge,

00103 daß bei einem axialen Vorschub des Werkstückes hin auf

00104 die Werkzeuge sämtliche Werkzeuge gleichzeitig in Ein-

00105 griff treten zum Werkstück. Zunächst treten dabei die 00106 Stirnfräser in spanabhebenden Eingriff in das Werkstück

00107 und fräsen, ohne daß Zähne ausgefräst werden, die Abda-

00108 chungen ins Volle. In diesen durch die beiden Stirnfrä-

00109 ser dann freigefrästen, sich in Richtung des Vorschubes

00110 vertiefenden Zwickel taucht dann das umlaufende Schlag-

00111 messer ein. Während des Abdachvorganges wird von dem

00112 Schlagmesser nur spitzenseitig der Zwickel vertieft.

00113 Erst wenn der Abdachvorgang als solcher beendet ist,

00114 erreicht das Schlagmesser seine volle Eindringtiefe.

00115 Bevorzugt drehen sich die Stirnfräser jeweils so, daß

00116 sie zum Dachfirst hin fräsen. Es ist jedoch auch vorgese-

00117 hen, daß die Fräser vom Dachfirst in die Nut hinein

00118 fräsen. Letzteres insbesondere dann, wenn das umlaufende

00119 Schlagmesser gegen die Vorschubrichtung des Werkstückes

00120 arbeitet, also von der abgedachten Stirnfläche des Zahn-

00121 rades hin einwärts. Das Verfahren und die Vorrichtung

00122 sind besonders dazu geeignet, um Zahnwellen oder Zahnrä- 00123 der zu fertigen, bei denen die Stirnkanten abgedacht

00124 sind. Gegenüber den bekannten Vorrichtungen ist mit der

00125 Neuerung eine gesteigerte Bearbeitungsgeschwindigkeit

00126 möglich, da gleichsam ein paralleles Bearbeiten des

00127 Werkstückes vorgesehen ist. 00128

00129 Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend

00130 anhand der beigefügten Figuren erläutert. Es zeigt: 00131

00132 Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße

00133 Vorrichtung, 00134

00135 Fig. 2 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vor-

00136 richtung, 00137

00138 Fig. 3 ein Werkstück, bei welchem eine Verzahnung ins

00139 Volle durchgeführt worden ist, 00141 Fig. 4 eine Verfahrensstellung, bei welchem die Abda-

00142 chung gerade beendet ist und 00143

00144 Fig. 5 die stirnseitige Ansicht auf ein fertig bear-

00145 beitetes Zahnrad. 00146

00147 Auf einem Maschinentisch 30 befindet sich eine Werkstück-

00148 spindel 1, in welche ein Werkstück 8, bei dem es sich um

00149 ein unverzahntes Zahnrad handelt, eingespannt ist. Die

00150 Drehachse der Werkstückspindel 1 ist mit der Bezugszif-

00151 fer 23 bezeichnet. Die Werkstückspindel 1 ist in Rich-

00152 tung 12 ihrer Achse 23 verlagerbar. Die Zustellbewegung

00153 erfolgt in dieser Richtung. Auf dem Maschinentisch 30

00154 befindet sich weiterhin ein sich in der Vertikalen er-

00155 streckender Träger 31, an welchem zwei Frässpindeln 2

00156 und 3 angeordnet sind. 00157

00158 Der Träger 31 ist in der Ebene des Maschinentisches 30

00159 in den Richtungen 13 und 14, welche senkrecht aufeinan-

00160 der stehen, verlagerbar. Jeder einzelne der beiden Stirn-

00161 fräserspindeln 2,3 ist zusätzlich noch um eine Achse,

00162 die parallel zur Tischebene verläuft, schwenkbar. Die

00163 Achslage selbst kann in vertikaler Richtung durch Verla-

00164 gerung der Spindeln am Spindelträger 31 verändert wer-

00165 den. Zusätzlich zu der Verlagerbarkeit in Richtung der

00166 Pfeile 13,14 läßt sich der Träger 31 auch noch um die

00167 Drehachse 26 schwenken. Die Stirnfräser 5 bzw. 6 sind

00168 auf das Werkstück 8 ausgerichtet. Hinsichtlich der Funk-

00169 tionsweise einer derartigen Fräsvorrichtung wird auf die

00170 europäische Patentschrift 0 107 826 verwiesen. 00171

00172 Parallel zur Vertikalerstreckung des Trägers 31 ist eine

00173 weitere Werkzeugspindel 4 vorgesehen, welche ein u lau-

00174 fendes Schlagmesser 7 trägt. Die Achse der Schlagmesser-

00175 spindel 4 steht windschief zur Achse 23 der Werkstück- 00176 spindel 1. Der Träger 10 der Spindel 4 ist in Richtung

00177 des Pfeiles 15 quer zur Spindelachse 23 verlagerbar.

00178 Hinsichtlich der genauen Ausgestaltung und der Funktions-

00179 weise eines derartigen Schlagmesserfräsers wird auf die

00180 deutsche Offenlegungsschri t 26 15 955 verwiesen. 00181

00182 Wie insbesondere in Figur 1 dargestellt ist, liegen die

00183 Werkzeuge 7,5,6 in einer Ebene E, welche die Achse 23 in

00184 einem rechten Winkel schneidet. 00185

00186 Die Funktionsweise der Maschine ist folgende: Das rotati-

00187 onssymmetrische Werkstück 8, welches verzahnt werden

00188 soll, wird in Richtung des Pfeiles 12 auf die Werkzeuge

00189 5,6,7 zugestellt. Die Stirnfräser 5,6 und das umlaufende

00190 Schlagmesser 7 werden dabei jeweils von Spindeln ange-

00191 trieben, welche die gleiche Drehzahl aufweisen. Die

00192 Werkzeuge 5,6,7 stehen dabei in einer festen Phasenlage

00193 zueinander. Die Drehzahl des Werkstückes 8 ist dabei so

00194 gewählt, daß sie um ein ganzzahliges Vielfaches, nämlich

00195 um die Anzahl der Zähne geringer ist als die Drehzahl

00196 der Werkzeugspindel. Die Phasenlage der Stirnfräser 5,6

00197 ist so eingestellt, daß die Abdachung der Zahnflanken

00198 18,19 zunächst ins Volle geschieht, wobei jeweils ein

00199 Fräser die eine Seite eines Zahnes und ein anderer die

00200 andere Seite eines Zahnes abdacht. Die Drehrichtung der

00201 Stirnfräser kann dabei sowohl zum First hin als auch vom

00202 First weg erfolgen. Die Phasenlage des Schlagmessers 7

00203 ist so eingestellt, daß es jeweils in den Zwischenraum

00204 zwischen zwei Zahnfirsten, also in die Dachkantenzwi-

00205 schenräume 22 eintaucht. Hierdurch entstehen Nuten 21,

00206 die Zähne 20 übrig lassen. 00207

00208 Sobald die Stirnfläche 8' des Werkstückes 8 in den Be-

00209 reich der Ebene E vorgeschoben ist, beginnen die Stirn-

00210 fräser 5,6 spanabhebend Dachkanten ins volle Werkstückma- 00211 terial hineinzufrasen. Das Schlagmesser 7 hat zu diesem

00212 Zeitpunkt noch nicht die volle Eindringtiefe ins Materi-

00213 al erreicht. Erst wenn die Dächer vollständig fertig

00214 gefräst sind, erreicht das Schlagmesser 7 die volle

00215 Eindringtiefe ins Material. Dann werden die Werkzeugspin-

00216 dein 2 und 3 mittels der Verlagerung des Trägers 31 in

00217 Richtung des Pfeiles 13 quer zur Drehrichtung der Werk-

00218 stückspindel 23 verlagert. Danach wird die Zustellung in

00219 axialer Richtung der Werkstückspindel 23 fortgesetzt,

00220 wobei dann vom Schlagmesser 7 die Verzahnung durchge-

00221 führt wird. 00222

00223 In der Figur 3 ist ein Schnittbild von zwei Stirnfräsern

00224 bei einer Abdachung ins Volle dargestellt. Zur Verzah-

00225 nung des abgedachten Zahnrad-Rohlings werden dann die

00226 Zahnflankenzwischenräume 22 mittels des Schlagmesser 7

00227 ausgefräst. 00228

00229 Es ist hervorzuheben, daß es besonders vorteilhaft ist,

00230 in einem einzigen Arbeitsschritt einen Rohling sowohl zu

00231 verzahnen als auch die Zähne abzudachen, wobei die

00232 Abdachung vor der Verzahnung stattfindet. Durch die

00233 besondere Anordnung aller Werkzeuge in einer Ebene E

00234 parallel zur Stirnfläche 8' des Werkzeuges 8 ist gewähr-

00235 leistet, daß das Schlagmesser 7 erst dann seine tiefste

00236 Eingriffsstellung in das Werkstück 8 erreicht, wenn die

00237 Verzahnung nahezu oder bereits schon abgeschlossen ist. 00238

00239 Die in der vorstehenden Beschreibung, der Zeichnung und

00240 den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können

00241 sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für

00242 die Verwirklichung der Erfindung von Bedeutung sein.

00243 Alle offenbarten Merkmale sind erfindungswesentlich. In

00244 die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der

00245 Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Priori- 00246 tätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhalt-

00247 lieh mit einbezogen. 00248

Claims

00249 A n s p r ü c h e 00250

00251 1. Verfahren zum Verzahnen und Abdachen der stirnseiti-

00252 gen Zahnflanken (18,19) von im wesentlichen rotationssy -

00253 metrischen Werkstücken (8), wobei ein kontinuierlich

00254 drehangetriebenes Werkstück (8) gegen zwei im Synchron-

00255 lauf zueinander, insbesondere gegenläufig angetriebene

00256 Stirnfräser (5,6) zugestellt wird oder zwei im Synchron-

00257 lauf zueinander, insbesondere gegenläufig angetriebene

00258 Stirnfräser gegen ein kontinuierlich drehangetriebenes

00259 Werkstück (8) zugestellt werden, und wobei die Stirnfrä-

00260 ser (5,6) in einem ganzzahligen Übersetzungsverhältnis

00261 zum Werkstück (8) derart drehen, daß jeweils ein Stirn-

00262 fräser (5,6) nur die in Drehrichtung vorgeordneten und

00263 der andere Stirnfräser (5,6) nur die in Drehrichtung

00264 nachgeordneten Stirnflächen (18,19) fräst, dadurch ge-

00265 kennzeichnet, daß zum Ausfräsen von Zahnstrukturen

00266 (20,21) zeitgleich mit der Spanabhebung durch die Stirn-

00267 fräser (5,6) ein um eine windschief zur Werkstückachse

00268 angeordnete Achse im Gleichlauf mit dem Stirnfräser

00269 (5,6) umlaufendes Schlagmesser (7) in die Dachkantenzwi-

00270 schenräume (22) eintaucht. 00271

00272 2. Verfahren zum Verzahnen und Abdachen der stirnseiti- 00273 gen Zahnflanken nach Anspruch 1 oder insbesondere da-

00274 nach, dadurch gekennzeichnet, daß das Schlagmeεser (7)

00275 dann seine volle Schnittiefe erreicht, wenn auch die

00276 Stirnfräser (5,6) ihre Eindringtiefe erreicht haben. 00277

00278 3. Verfahren zum Verzahnen und Abdachen der stirnseiti-

00279 gen Zahnflanken nach einem oder mehreren der vorhergehen-

00280 den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn-

00281 zeichnet, daß die Stirnfräser (5,6) nach Erreichen ihrer

00282 maximalen Eindringtiefe in radialer Richtung (13) zum^'

00283 Werkstück (8) wegverlagert werden. 00284 4. Verfahren zum Verzahnen und Abdachen der stirnseiti-

00285 gen Zahnflanken nach einem oder mehreren der vorhergehen-

00286 den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn-

00287 zeichnet, daß das Schlagmesser (7) in radialer Richtung

00288 (15) zum Werkstück zugestellt wird. 00289

00290 5. Vorrichtung zum Verzahnen und Abdachen von im wesent-

00291 liehen rotationssymmetrischen Werkstücken (8), insbeson-

00292 dere zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem oder

00293 mehreren der Ansprüche 1 bis 4, mit einer kontinuierlich

00294 drehantreibbaren Werkzeugspindel (1) zur Aufnahme des

00295 durch Spindelverlagerung relativ zu Werkzeugen zustellba-

00296 res Werkstückes (8), mit zwei in axialer Richtung

00297 (16,17) auf das Werkstück (8) zustellbaren, kontinuier-

00298 lieh drehantreibbaren Frässpindeln (2,3) zur Aufnahme

00299 von Stirnfräsern (5,6), wobei die Frässpindeln (2,3) um

00300 mindestens eine Achse (26), insbesondere eine parallele

00301 und/oder windschiefe zur Werkzeugspindelachse (23) ver-

00302 laufenden Achse schwenkbar sind und zumindest in einer

00303 Richtung (13) quer zur Werkstückspindelachse (23) verla-

00304 gerbar sind, mit einer kontinuierlich drehantreibbaren

00305 Schlagmesserspindel (4) zur Aufnahme eines umlaufenden

00306 Schlagmessers (7), dessen Achse (27) windschief zur Werk-

00307 stückachse (23), insbesondere um eine Achse quer zur

00308 Werkstückachse (23) verschwenkbar angeordnet ist, und

00309 zumindest in Richtung (15) quer zur Werkstückachse (23)

00310 verlagerbar ist, und mit Mitteln zur Einstellung eines

00311 Synchronlaufs aller drehangetriebenen Spindeln

00312 (1,2,3,4), derart, daß die Frässpindeln (2,3) und die

00313 Schlagmesserspindel (4) unter Einhalten einer definier-

00314 ten Phasenlage zueinander im Gleichlauf stehen und um

00315 ein ganzzahliges Vielfaches schneller drehen als die

00316 Werkstückspindel 1- 00317 00318 6. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder insbesondere da-

00319 nach, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitspunkte der

00320 Stirnfräser (5,6) und des Schlagmessers (7) in einer

00321 Ebene (E) senkrecht zur Werkstückdrehachse (23) liegen.