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Dokumentenidentifikation DE3712366A1 29.10.1987
Titel Verfahren zum Erzeugen von Zahnrädern mit exzentrischer Wälzkreislage
Anmelder VEB Werkzeugmaschinenkombinat "7. Oktober" Berlin, DDR 1120 Berlin, DD
Erfinder Brandner, Gerhard, Dr.sc.techn., DDR 9063 Karl-Marx-Stadt, DD;
Günther, Andreas, Dipl.-Ing., DDR 9043 Karl-Marx-Stadt, DD;
Rietzel, Dieter, Dipl.-Ing., DDR 1092 Berlin, DD;
Weigel, Frank, Dipl.-Ing., DDR 9023 Karl-Marx-Stadt, DD
DE-Anmeldedatum 11.04.1987
DE-Aktenzeichen 3712366
Offenlegungstag 29.10.1987
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.10.1987
IPC-Hauptklasse B23F 5/00

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Zahnrädern mit exzentrischer Wälzkreislage, mit Zahnstangenprofil- Erzeugungswerkzeugen, mit Teilbewegung von Zahnlücke zu Zahnlücke und einer Wälzbewegung zwischen Erzeugungswerkzeug und Zahnrad, auf Verzahnmaschinen.

Die Erzeugung von Zahnrädern mit exzentrischer Wälzkreislage, bei denen die Mitte des Wälzkreises zur Mitte des Zahnrades um den Betrag der Exzentrizität versetzt ist, erfolgte bisher ausschließlich durch eine exzentrische Aufspannung des Zahnrades auf dem Rundtisch der Verzahnmaschinen, so daß die Mitte des Zahnrades zur Rundtischmitte um den Betrag der Exzentrizität versetzt fixiert wurde und damit während der Bearbeitung auf einem Kreis um die Rundtischmitte umlief. Das Erzeugungsprinzip beruht damit auf einer Abstandsänderung der Zahnradmitte gegenüber dem Zahnstangenprofil des Erzeugungswerkzeuges.

Hierfür sind besondere Spannmittel erforderlich, die die Größe und Lage einer gewünschten Exzentrizität einzustellen gestatten. Namentlich bei Zahnrädern, die in der Bohrung aufzunehmen sind, tritt daher ein erhöhter Aufwand auf. Völlig unzumutbar wird der Aufwand, wenn ein Zahnrad zum Zwecke einer Fehlerkompensation für Links- und Rechtsflanken mit nach Lage und Größe unterschiedlichen Exzentrizitäten zu bearbeiten ist.

Um bei Bedarf Zahnräder mit unterschiedlichen Exzentrizitäten herstellen zu können, sind dann Spannmittel mit einstellbaren Exzentrizitäten erforderlich bzw. Spanndorne mit gestaffelten Exzentrizitäten. Spannmittel mit einstellbarer Exzentrizität beeinflussen die Qualität des einzustellenden Zahnrades stets negativ. Auch lassen sich Zahnräder mit unterschiedlicher Exzentrizität nach Lage und Größe für Links- und Rechtsflanken nur in zwei Aufspannungen bzw. getrennten Durchgängen für Links- und Rechtsflanken bearbeiten.

Als Ziel der Erfindung wird angestrebt, den Auswand für Spannmittel mit exzentrischer Achslage vollständig einzusparen und neben der Erzeugung von Zahnrädern mit einem exzentrisch verlagerten Wälzkreis auch solche mit mehreren, sich gegenseitig überschneidenden exzentrisch verlagerten Wälzkreisen zu entwickeln, so daß der zeitliche Aufwand für die Arbeitsvorbereitung, die Herstellung der Spannmittel und der Bearbeitungsvorgang selbst, den Aufwand eines zu bearbeitenden Zahnrades mit konzentrischer Wälzkreislage nicht übersteigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Anwendungsgebiet der Erfindung zu entwickeln, bei dem die Zahnradmitte des zu bearbeitenden Zahnrades während der Bearbeitung seinen Abstand zum Zahnstangenprofil des Erzeugungswerkzeuges unverändert beibehält.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß das Zahnrad auf dem Rundtisch der Verzahnmaschine konzentrisch so aufgespannt wird, daß seine Mitte mit der Rundtischmitte übereinstimmt, daß der Wälzbewegung bei der Bearbeitung der Zahnflanken von Zahnflanke zu Zahnflanke eine angepaßte Zusatzbewegung erteilt wird, daß bei jeder Teilbewegung des Zahnrades eine Korrekturbewegung zur Teilbewegung hinzugefügt wird, wobei die Zusatzbewegung zur Wälzbewegung und die Korrekturbewegung zur Teilbewegung in jeder Verdrehwinkelstellung des Zahnrades relativ zum Erzeugungswerkzeug Momentanpollagen des Wälzpunktes erzwingen, die einem um den Betrag der Exzentrizität verlagerten Wälzkreis zugeordnet sind.

Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung ist die Zusatzbewegung zur Wälzbewegung sowie die Korrekturbewegung zur Teilbewegung in der linearen, tangential zum Wälzkreis gerichteten Bewegung des Werkzeuges relativ zum Werkstück enthalten oder dieser hinzugefügt.

Die Zusatzbewegung zur Wälzbewegung und/oder die Korrekturbewegung zur Teilbewegung kann auch in der Drehbewegung des Werkstückes um seine Achse enthalten sein.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sowie die Berechnungsgrundlagen für die Bestimmung der Größen der Zusatz- und Korrekturbewegungen sind aus dem Ausführungsbeispiel ersichtlich.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine verzahngeometrische Betrachtung der Lage der Exzenter,

Fig. 2 eine schematische Ansicht des Wälzantriebes einer Zahnflankenschleifmaschine,

Fig. 3 eine weitere verzahngeometrische Betrachtung,

Fig. 4 die Lage der Bewegungskomponenten in einem Koordinatensystem.

Die Lösungsmerkmale der Erfindung sind im folgenden anhand von zwei Exzentern mit den Exzentrizitäten e&sub1;; e&sub2; dargestellt, die sich mit ihren zugehörigen Wälzkreisen innerhalb der Gesamtverzahnung überdecken. Die Ausgangspositionen dieser Exzenter sind durch die Drehwinkel φ&sub1;&sub0; und φ&sub2;&sub0; mit den Exzenterpunktlagen A0 und B0 der Exzenterpunkte A, B angenommen. Zu dieser Ausgangsposition gehört auch die Wälzpunktlage Co.

Während sich das Zahnrad 14 um den Teilwinkel ψi um die Rundtischmitte O dreht, drehen sich die Exzenter um die Drehwinkel φ&sub1;i und φ&sub2;i, so daß die Exzenterpunktlagen A0 nach Ai und B0 nach Bi wandern. Es gilt hierbei, daß sowohl die Drehwinkel φ&sub1;i als auch φ&sub2;i ein Vielfaches des Teilwinkels ψi ausmachen können.

Ordnet man jeder Zahnlücke eine Zahnlückenzahl i zu, dann ergibt sich:

φ&sub1;i = n&sub1;ψi und φ&sub2;i = n&sub2;ψi

mit i = 1; 2; 3 . . . z-1

Der Wälzpunkt C ist infolge dieser Bewegungen aus der Wälzpunktlage Co nach Ci gelangt. In der Ausgangslage hat die Schneidkante k des Schleifkörpers 1 die Schneidkantenlage ko und nimmt nach Ausführung dieser Bewegungen die Schneidkantenlage ki ein. Das heißt, ki geht durch die Wälzpunktlage Ci.

Die Verlagerung des Wälzpunktes C von Co nach Ci ist durch eine Zusatzbewegung szi des Bettschlittens 3 zu kompensieren. Aber auch wenn von Zahnlücke zu Zahnlücke das Zahnrad 14 um die Teilwinkel ci geteilt wird, tritt eine Änderung für die Teilung auf, die sich mit einer Korrekturbewegung sti des Bettschlittens 3 bewirken läßt.

Die Größe dieser Korrekturbewegung sti ergibt sich zu:

st = e&sub1; { sin(d&sub1;&sub0; + n&sub1;ψi) - sinφ&sub1;&sub0; - [cosφ&sub1;&sub0; - cos (φ&sub1;&sub0; + n&sub1;ψi)] tanαs}

+ e&sub2; { sin(φ&sub2;&sub0; + n&sub2;ψi) - sinφ&sub2;&sub0; - [cosφ&sub2;&sub0; - cos (φ&sub2;&sub0; + n&sub2;ci)] tanαs}



wobei s für den Stirneingriffswinkel steht.

Die Verlagerung des Wälzpunktes C während der Wälzbewegung hat ein verändertes Wälzverhältnis J zur Folge. Zur Herstellung des Flankenprofils wird nur ein kleiner Bogenabschnitt auf der Bahnkurve des Exzenterpunktes B verwendet, so daß in diesem Bereich die Tangentialgeschwindigkeit des Exzenterpunktes B, beispielsweise in der Exzenterpunktlage Bi für die Erzeugung des Flankenprofils verwendet werden kann. Für das Wälzverhältnis Ji in der Wälzpunktlage Ci gilt, wenn der maschinenbezogene Bezugskreis den Radius rB und der Wälzkreis den Radius r aufweist:



Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auf allen Verzahnmaschinen durchführen, die mit Zahnstangenprofil ausgestatteten Werkzeugen im Einzelteil-Wälzverfahren arbeiten. Da besonders hohe Genauigkeitsanforderungen insbesondere beim Zahnflankenschleifen auftreten, ist im folgenden der Verfahrensablauf für eine NC-gesteuerte Zahnflankenschleifmaschine dargelegt.

In Fig. 2 ist der Werkstückträger einer Zahnflankenschleifmaschine dargestellt. Der Schleifkörper 1 ist mit einem hier nicht gezeichneten Werkzeugträger verbunden. Die Wälzbewegung erfolgt durch die Drehung des Rundtisches 2 um die Rundtischmitte O und durch die lineare Bewegung s des Bettschlittens 3, in dem auch der Rundtisch 2 gelagert ist. Der Bettschlitten 3 wird mit Hilfe des Stellmotors 4 über die Gewindespindel 5 angetrieben und der Rundtisch 2 mit Hilfe des Stellmotors 6 über Schnecke 7 und Schneckenrad 8. Sowohl dem Stellmotor 4 als auch 6 ist je ein Tachogenerator und ein Winkelmeßsystem 9; 10 zugeordnet.

Die beiden Winkelmeßsysteme 9; 10 sind über eine Rechnersteuerung 11 mit Stellern 12; 13 verknüpft, die ihrerseits mit den Stellmotoren 4; 6 in Wirkverbindung stehen. Nachdem das Zahnrad 14 auf dem Rundtisch Z konzentrisch so aufgespannt ist, daß seine Mitte mit der Rundtischmitte O übereinstimmt, wird die Ausgangsposition der Exzenter mit den Exzenterpunkten A; B in den Exzenterpunktlagen Ao; Bo durch entsprechende Einstellung der Drehwinkel d&sub1;&sub0; und φ&sub2;&sub0; herbeigeführt. Diese Einstellung macht sich immer dann erforderlich, wenn die Exzenterpunkte A; B eine bestimmte Lage zur Befestigungsposition des zu fertigenden Zahnrades 14 aufweisen müssen, welche dieses später im Einbauzustand einnimmt. Dann erfolgt das Anschleifen der ersten Zahnflanke.

In Fig. 3 sind zwei Exzenter mit den Exzentrizitäten e&sub1;; e&sub2; dargestellt, die im folgenden als Exzenter e&sub1;; e&sub2; bezeichnet werden. Es wird im Beispiel davon ausgegangen, daß sich der Exzenter e&sub2; mit dem zu bearbeitenden Zahnrad 14 und der Exzenter e&sub1; doppelt so schnell dreht. In der Ausgangsposition nimmt der Exzenter e&sub2; die Exzenterpunktlage B0 ein. Die Verbindungsgerade von der Rundtischmitte O zu B0 ist gegenüber der Y-Achse des in der Rundtischmitte O errichteten X-Y-Koordinatensystems um den Drehwinkel d&sub2;&sub0; geneigt.

Dreht sich das Zahnrad 14 um eine Teilung weiter, so wandert der Exzenter e&sub2; in die Position B&sub1;. Nach einer weiteren Teilung nach B&sub2; usw. mit ψ&sub1;, ψ&sub2;. . . sind dann entsprechend die Winkel φ&sub2;&sub1;, φ&sub2;&sub2;. . . verbunden. Da sich der Exzenter e&sub2; mit dem Zahnrad 14 dreht, gilt hier sogar φ&sub2;&sub1;=ψ&sub1;, φ&sub2;&sub2;=ψ&sub2; usw. Dem Exzenterpunkt B ist nun der Exzenter e&sub1; zugeordnet, der in der Lage B0 des Exzenterpunktes B die Lage A0 einnimmt. Ist B von B0 nach B&sub1; gewandert, so hat der Exzenterpunkt A von e&sub1; die Lage A&sub1; erreicht. Die durch B0A0 und B&sub1;A&sub1; gezogenen Graden schließen in diesen Lagen den Drehwinkel φ&sub1;&sub1; ein. In Fig. 3 ist dieser Drehwinkel auf die Rundtischmitte O angegeben. Zu Punkt B&sub2; gehört A&sub2;, und die Geraden durch B0A0 und B&sub2;A&sub2; schließen den Drehwinkel φ&sub1;&sub2; ein usw. Während sich also der Exzenter e&sub2; mit seinem Exzenterpunkt B von B0 nach B&sub2; usw. bewegt, dreht sich der Exzenter e&sub2; mit seinem Exzenterpunkt A um B.

Ist die Exzenterpunktlage A&sub1;, ausgehend von A0, erreicht worden, so läßt sich die veränderte Lage durch eine Zusatzbewegung des Bettschlittens 3 oder auch des Rundtisches 2 ausgleichen. Im Anwendungsbeispiel wird die Zusatzbewegung für den Bettschlitten 3 erläutert.

Bezugen auf das Koordinatensystem in Fig. 3 setzt sich diese Zusatzbewegung aus zwei Komponenten zusammen.

Die erste Komponente ist OA&sub1;x vermindert um OA0x.

Die zweite Komponente ist OA0y vermindert um OA&sub1;y. Die zweite Komponente erhält einen um tanαs anderen Maßstab und ist von der ersten Komponente abzuziehen. So daß auf Fig. 1 bezogen für die Zusatzbewegung gilt CoD-ED.

Durch die Bewegung des Exzenters e&sub1; auf der Bahn A&sub0;, A&sub1;, A&sub2;. . . ändert sich die Wälzgeschwindigkeit zwischen Zahnrad 14 und Schleifkörper 1. Diese Änderung ist zu berücksichtigen und ist abhängig von der Geschwindigkeit, z. B. der Exzenterpunkte A in A&sub1;, A&sub2; usw. Die Geschwindigkeit in der Exzenterpunktlage A&sub1; ist v (Fig. 3) und wird durch die beiden Exzenter e&sub1;, e&sub2; und deren Bewegungen verursacht.

Die in x- und y-Richtung gültigen Komponenten können zu der Gesamtkomponente vx bzw. vy zusammengefaßt werden.

In Fig. 4 nimmt der Exzenter e&sub1; die Lage A&sub1; ein.

Die Tangentialgeschwindigkeit in A&sub1; hat den Betrag e&sub1;. Die Komponenten hierzu sind e&sub1;x und e&sub1;y. Die Geschwindigkeit s (Fig. 3) ist deshalb um den Betrag e&sub1;x zu vergrößern und um die Komponente e&sub1;y mit Berücksichtigung des Maßstabfaktors tanαs zu vermindern. Der sich hier ergebende Betrag ist bei doppelt so großer Drehgeschwindigkeit gegenüber der Werkstückdrehung dann auch doppelt so groß, bei dreifacher dreimal so groß usw. Die gleiche Zuordnung ergibt sich für den Exzenter e&sub2;, so daß sich eine Zusatzgeschwindigkeit infolge beider Exzenter ergibt von:

vx = n&sub1;e&sub1;x + n&sub2;e&sub2;x - (n&sub1;e&sub1;y + n&sub2;e&sub2;y) tanαs und mit n&sub1; = 2, n&sub2; = 1

vx = 2e&sub1;x + e&sub2;x - (2e&sub1;y + e&sub2;y) tanαs

Wird dieser Wert mit der Tangentialgeschwindigkeit des maschinenseitigen Bezugskreises mit Radius rB ins Verhältnis gesetzt, so bestimmt dieses Verhältnis die Änderung des Wälzverhältnisses zwischen Werkstück und Werkzeug infolge der Anwendung der Exzenter e&sub1; und e&sub2;.

Mit dem hier beschriebenen Verfahren können konzentrisch gespannte Zahnräder so hergestellt werden, daß sie einen exzentrischen Wälzkreis besitzen oder daß der Wälzkreis durch mehrere Exzenter beeinflußt wird.

Dabei können die zugehörigen Exzenter auch schneller oder langsamer als das Werkstück umlaufen. Ferner ist es möglich, für die Bearbeitung der linken und rechten Flanken nach Anzahl, Lage, Größe und Frequenz unterschiedliche Exzenterbewegungen anzuwenden. Im allgemeinen Fall ist die Wälzbahn dann kein Kreis mehr.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß bei Anwendung dieses Verfahrens die Zusatzbewegung mit Hilfe zweier Achsen realisiert werden kann. Der Aufwand für exzentrische Spannmittel entfällt vollständig.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1 Schleifkörper

2 Rundtisch

3 Bettschlitten

4 Stellmotor

5 Gewindespindel

6 Stellmotor

7 Schnecke

8 Schneckenrad

9 Winkelmeßsystem

10 Winkelmeßsystem

11 Rechnersteuerung

12 Steller

13 Steller

14 Zahnrad (Werkstück)

i Zahnlückenzahl

as Stirneingriffswinkel

O Rundtischmitte

e&sub1; Exzentrizität

e&sub2; Exzentrizität

C Wälzpunkt

Co Wälzpunktlage

Ci Wälzpunktlage

S Geschwindigkeit

V Geschwindigkeit

Vx Geschwindigkeitskomponente

Vy Geschwindigkeitskomponente

ψi Teilwinkel

ψ&sub1; Teilwinkel

ψ&sub2; Teilwinkel

φ &sub1;&sub0; Drehwinkel

φ &sub1;&sub1; Drehwinkel

φ &sub1;&sub2; Drehwinkel

φ &sub2;&sub0; Drehwinkel

φ &sub2;&sub1; Drehwinkel

φ &sub2;&sub2; Drehwinkel

φ&sub1;i Drehwinkel

φ&sub2;i Drehwinkel

A Exzenterpunkt

B Exzenterpunkt

A0 Exzenterpunktlage

Ai Exzenterpunktlage

A&sub1; Exzenterpunktlage

A&sub2; Exzenterpunktlage

B0 Exzenterpunktlage

Bi Exzenterpunktlage

B&sub1; Exzenterpunktlage

B&sub2; Exzenterpunktlage

k Schneidkante

ko Schneidkantenunterlage

ki Schneidkantenunterlage

s Bewegung

szi Zusatzbewegung

sti Korrekturbewegung

r Wälzkreisradius

B Bezugskreis

rB Radius


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Erzeugen von Zahnrädern mit exzentrischer Wälzkreislage, mit Zahnstangenprofil-Erzeugungswerkzeugen, mit Teilbewegungen von Zahnlücke zu Zahnlücke und einer Wälzbewegung zwischen Erzeugungswerkzeug und Zahnrad, auf Verzahnmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnrad auf dem Rundtisch der Verzahnmaschine konzentrisch so aufgespannt wird, daß seine Mitte mit der Rundtischmitte (O) übereinstimmt, daß der Wälzbewegung bei der Bearbeitung der Zahnflanken von Zahnflanke zu Zahnflanke eine angepaßte Zusatzbewegung erteilt wird, daß bei jeder Teilbewegung des Zahnrades eine Korrekturbewegung zur Teilbewegung hinzugefügt wird, wobei die Zusatzbewegung zur Wälzbewegung und die Korrekturbewegung zur Teilbewegung in jeder Verdrehwinkelstellung des Zahnrades relativ zum Erzeugungswerkzeug Momentanpollagen des Wälzpunktes erzwingen, die einem um den Betrag der Exzentrizität verlagerten Wälzkreis zugeordnet sind.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzbewegung (szi) zur Wälzbewegung sowie die Korrekturbewegung (sti) zur Teilbewegung in der linearen, tangential zum Wälzkreis gerichteten Bewegung des Werkzeuges (1) relativ zum Werkstück (14) enthalten ist.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzbewegung zur Wälzbewegung sowie die Korrekturbewegung zur Teilbewegung in der Drehbewegung des Werkstückes (14) um seine Achse enthalten ist.
  4. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 oder 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bearbeitung jeder Flanke in der Nachbarschaft zu ausgewählten Exzenterpunktlagen (A0; Ai; B0Bi) weitere Exzenterpunktlagen (A&sub1;; A&sub2;; B&sub1;B&sub2;) zur Bestimmung der Zusatzbewegung und der Korrekturbewegung berücksichtigt werden.






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