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Dokumentenidentifikation DE3805360A1 31.08.1989
Titel Verfahren zur Erzeugung der Wälzbewegung für die Herstellung von Zahnflanken an Kegelrädern
Anmelder VEB Werkzeugmaschinenkombinat "7. Oktober" Berlin, DDR 1120 Berlin, DD
Erfinder Hölzig, Michael, Dr.-Ing., DDR 9026 Karl-Marx-Stadt, DD;
Bleckmann, Rainer, Dipl.-Ing., DDR 9063 Karl-Marx-Stadt, DD;
Engemann, Karl-Heinz, Dipl.-Ing., DDR 9061 Karl-Marx-Stadt, DD
DE-Anmeldedatum 20.02.1988
DE-Aktenzeichen 3805360
Offenlegungstag 31.08.1989
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.08.1989
IPC-Hauptklasse B23F 5/24
Zusammenfassung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung der Wälzbewegung für die Herstellung von Zahnflanken an Kegelrädern, bei dem das Werkzeugsystem, das eine oder mehrere Flanken des imaginären Erzeugungskegelrades darstellt, um die imaginäre Erzeugungskegelradachse von der Wälzanfangsstellung in die Wälzendstellung bewegt wird und das Werkstück dabei eine von dieser Bewegung abhängige Drehbewegung ausführt. Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß die Wälzbewegung zwischen Werkzeugsystem und Werkstück um die imaginäre Erzeugungskegelradachse um den Wälzwinkel durch zwei voneinander abhängige, rechtwinklig zueinander verlaufende Translationsbewegungen, bei einer gleichzeitigen Rotationsbewegung des Werkzeugsystems um die eigene Bezugsachse um den Wälzwinkel und einer Rotationsbewegung des Werkstückes um die Werkstückachse in Abhängigkeit des Wälzwinkels und des Verhältnisses der Zähnezahl des imaginären Erzeugungskegelrades zur Zähnezahl des Werkstückes, erzeugt wird.

Beschreibung[de]
Anwendungsgebiet der Erfindung

Das Anwendungsgebiet erstreckt sich auf ein Verfahren zur Erzeugung der Wälzbewegung für die Herstellung von Zahnflanken an Kegelrädern, bei dem das Werkzeugsystem, das eine oder mehrere Flanken des Erzeugungskegelrades darstellt, um die imaginäre Erzeugungskegelradachse von der Wälzanfangsstellung in die Wälzendstellung bewegt wird und das Werkstück dabei eine von dieser Bewegung abhängige Drehbewegung ausführt.

Charakteristik der bekannten technischen Lösung

Es sind bereits Verfahren zur Erzeugung der Wälzbewegung für die Herstellung von Zahnflanken an Kegelrädern bekannt. Bei dem bekanntesten klassischen Verfahren zur Erzeugung der Wälzbewegung wird das Werkzeugsystem durch eine Rotationsbewegung um die imaginäre Erzeugungskegelradachse von der Wälzanfangsstellung MA in die Wälzendstellung ME um den Wälzwinkel φw gedreht und abhängig von dieser Bewegung die erforderliche Rotationsbewegung des Werkstückes ausgeführt. Die Rotationsbewegung der Bezugsachse des Werkzeugsystems um die imaginäre Erzeugungskegelradachse ist praktisch möglich geworden, indem die imaginäre Erzeugungskegelradachse mit der Wiegenachse zusammenfällt. Bei dieser Wiegenkonzeption müssen vorBeginn der Wälzbewegung die Bezugsachse des Werkzeugsystems und das Werkstück die richtige Lage zueinander und zur Wiegenachse, die mit der imaginären Erzeugungskegelradachse zusammenfällt, einnehmen. Hierfür wird der Radialschieber, der von der Wiegentrommel aufgenommen wird und auf dem sich das Werkzeugsystem befindet, bestehend aus einer Schwenktrommel, auf der eine Neigungstrommel angeordnet ist, die die verfahrensbedingte Art des Messerkopfes trägt, von seiner waagerechten Ausgangslage um die Exzentrizität e verschoben. Durch Schwenken der Wiegentrommel mit dem Radialschieber um den Einstellwinkel qwa wird die Bezugsachse des Werkzeugsystems, die mit der Schwenktrommelachse zusammenfällt, in die Wälzanfangsstellung gebracht. Nach Einstellen der Neigungsebene durch Verdrehen der Schwenktrommel im Radialschieber um den Winkel qs und des Neigungswinkels qN der Messerkopfachse zur Bezugsachse des Werkzeugsystems in der Neigungsebene befindet sich das Werkzeugsystem in der richtigen Ausgangslage. Für die richtige Lage des Werkstückes sind die Werkstückachse auf den Kegelwinkel δE, die erforderliche Distanz D des Werkstückes zur Wiegenachse, die mit der imaginären Erzeugungskegelradachse zusammenfällt sowie der entsprechende Achsversatz aw der Werkstückspindel einzustellen. Werkzeugsystem und Werkstück befinden sich dann in der richtigen relativen Lage und können zur Erzeugung der Zahnflanken am Kegelrad miteinander abgewälzt werden. Dabei beschreibt die Bezugsachse des Werkzeugsystems einen Kreisbogen, dessen Radius der eingestellten Exzentrizität e entspricht, um die imaginäre Erzeugungskegelradachse, die mit der Wiegenachse zusammenfällt, und gelangt von der Wälzanfangsstellung MA in die Wälzendstellung ME, während sich das Werkstück in Abhängigkeit von dieser Bewegung um seine Achse dreht.

Obwohl dieses bekannte klassische Verfahren zur Erzeugung der Wälzbewegung für die Herstellung von Zahnflanken an Kegelrädern jahrzehntelang erfolgreich angewendet wird, besitzt diese Wiegenkonzeption noch einige wesentliche Nachteile. Dadurch, daß bei dieser Wiegenkonzeption der Maschinenarbeitsbereich durch die maximal einstellbare Exzentrizität e bestimmt wird, entstehen erhebliche Einschränkungen im Arbeitsbereich der Maschine. Indem die imaginäre Erzeugungskegelradachse mit der Wiegenachse zusammenfällt, ist von der maximal zu realisierenden Exzentrizität e auch der Wiegentrommeldurchmesser abhängig. Der Wiegentrommeldurchmesser bestimmt somit die Baugröße der Maschine, d. h. den erforderlichen Platzbedarf. Dies bedeutet, daß eine bestimmte Art von Kegelrädern, die vom Durchmesser und vom Modul her einer bestimmten Baugröße der Kegelradverzahnmaschine zuzuordnen sind, durch die große Teilkegellänge oder durch den kleinen Schrägungswinkel auf einer solchen Maschine nicht mehr bearbeitet werden können und hierfür eine größere Maschine zum Einsatz kommen müßte. Diese Einschränkung des Arbeitsbereiches der Maschine, die durch das Zusammenlegen der imaginären Erzeugungskegelradachse mit der Wiegenachse bedingt ist, steht einer wirtschaftlichen Fertigung von Kegelrädern der vorgenannten Art entscheidend entgegen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, Kegelräder, insbesondere solche mit großer Teilkegellänge oder kleinem Schrägungswinkel, wirtschaftlicher herzustellen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung der Wälzbewegung für die Herstellung von Zahnflanken an Kegelrädern, bei dem das Werkzeugsystem, das eine oder mehrere Flanken des Erzeugungskegelrades darstellt, um die imaginäre Erzeugungskegelradachse von der Wälzanfangsstellung in die Wälzendstellung bewegt wird und das Werkstück dabei eine von dieser Bewegung abhängige Drehbewegung ausführt, zu schaffen, bei dem die Lage der imaginären Erzeugungskegelradachse nicht mit einer Wiegenachse zusammenfällt und auch nicht von ihr abhängig ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die relative Wälzbewegung zwischen Werkzeugsystem und Werkstück durch zwei voneinander abhängige, rechtwinklig zueinander verlaufende Translationsbewegungen des Werkzeugsystems, eine gleichzeitige Rotationsbewegung des Werkzeugsystems um die eigene Bezugsachse in der Größe des Wälzwinkels des imaginären Erzeugungskegelrades und eine Rotationsbewegung des Werkstückes um die Werkstückachse in Abhängigkeit vom Wälzwinkel des imaginären Erzeugungskegelrades, erzeugt wird. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Bewegung des Werkzeugsystems um die imaginäre Erzeugungskegelradachse vorzugsweise durch eine waagerechte Verschiebung des Werkstückes in Richtung der Z-Achse und eine senkrechte Verschiebung des Werkzeugsystems in Richtung de Y-Achse eines Koordinatensystems X; Y; Z vorgenommen.

Durch die erfindungsgemäße Erzeugung der Wälzbewegung zwischen dem Werkzeugsystem und dem Werkstück, die nicht mehr um die Wiegenachse erfolgt, ist es möglich geworden, daß die imaginäre Erzeugungskegelradachse beliebig im Raum liegen kann. Damit wird die Einschränkung im Arbeitsbereich bezüglich der Herstellung von Kegelrädern mit großer Teilkegellänge oder kleinem Schrägungswinkel aufgehoben. Darüber hinaus kann auf eine Wiegentrommel und einen Radialschieber für einen wesentlich einfacheren, platzsparenden Aufbau einer Maschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ganz verzichtet werden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

In den zugehörigen Zeichnungen zeigt

Fig. 1 die geometrischen Beziehungen für die bekannte, klassische Wiegenkonzeption bezogen auf das starre Maschinenkoordinatensystems mit Ursprung O,

Fig. 1a die Draufsicht auf den Aufbau des Werkzeugsystems gemäß Fig. 1,

Fig. 2 die geometrischen Beziehungen für die erfindungsgemäße Koordinatenkonzeption bezogen auf den Ursprung O1,

Fig. 3 die geometrischen Beziehungen gemäß Fig. 2 in der Ebene Y1; Z1,

Fig. 4 die geometrischen Beziehungen gemäß Fig. 2 in der Ebene X1; Z1.

Die geometrischen Beziehungen für die Ausgangslage zwischen Werkzeugsystem und Werkstück zur Durchführung des Verfahrens zur Erzeugung der Wälzbewegung für die Herstellung von Zahnflanken an Kegelrädern sind in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellt. Sie sind auf ein Koordinatensystem X1; Y1; Z1 mit dem Koordinatenursprung O1 aufgebaut. Die Schwenkachse 1 für das Werkstück W verkörpert in einem Werkstückständer 2 für die Rotationsbewegung A zur Einstellung des Werkstückes W auf den Kegelwinkel δE fällt dabei mit einer Koordinatenachse Y1 zusammen, während die Werkstückachse 3, um die eine Rotationsbewegung B zur Drehung der Werkstückspindel erfolgt, in der durch die Koordinatenachsen X1 und Y1 gebildeten Ebene liegt. Die imaginäre Erzeugungskegelradachse I verläuft parallel zur Koordinatenachse X1, verschoben um den Achsversatz des Werkstückes aw zum Koordinatenursprung O1. Der Abstand der Schwenkachse 1 des Werkstückes W im Werkstückständer 2 von der imaginären Erzeugungskegelradachse I auf der Werkstückachse 3 wird durch eine Distanz D1 und eine Maschinenkonstante Ao bestimmt. Der Berechnungspunkt M eines Werkzeugsystems S muß sich vor Beginn der Wälzbewegung in einer Wälzanfangsstellung MA befinden, siehe Fig. 3. Das Werkzeugsystem S wird durch eine Schwenktrommel 4, die eine Neigungstrommel 5 aufnimmt, auf der sich ein Messerkopf 6 befindet, gebildet. Der Messerkopf 6 kann je nach der zur Anwendung vorgesehenen Verfahrensart zur Herstellung eines Kegelrades verschieden ausgelegt sein. Das Werkzeugsystem S kann auch nur aus einem Messerkopf 6 bestehen, der direkt von einem Ständerschlitten 7 aufgenommen wird, wenn keine Neigung der Messerkopfachse 8vorgesehen ist. Die Wälzanfangsstellung MA wird bezogen auf den Koordinatenursprung O1 durch die Einstellwerte YMA in Richtung der Koordinatenachse Y, ZMA in Richtung der Koordinatenachse Z und XMA in Richtung der Koordinatenachse X bestimmt. Außerdem fällt die Wälzanfangsstellung MA mit einer Schwenkachse 9 der Schwenktrommel 4 zusammen, siehe Fig. 2, auf der der Berechnungspunkt M des Werkzeugsystems S liegt. Um die Schwenkachse 9 der Schwenktrommel 4 erfolgt eine Rotationsbewegung C. Zur Neigung der Neigungstrommel 5 um einen Neigungswinkel qN ist eine Rotationsbewegung D vorgesehen (siehe Fig. 1a). Darüber hinaus führt der Messerkopf 6 zur Durchführung des Zerspanvorganges um die Messerkopfachse 8 eine Rotationsbewegung E aus. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, besitzt der Berechnungspunkt M des Werkzeugsystems S in der Wälzanfangsstellung Ma zur Koordinatenachse Z1 eine Entfernung XMA, in der auch die Verschiebung K1 des Messerkopfberechnungspunktes M in Richtung der imaginären Erzeugungskegelradachse I mit einbezogen ist. Während das Werkzeugsystem S, ausgeführt durch den Ständerschlitten 7 in Richtung der Koordinatenachse Y1 eine Translationsbewegung F und, ausgeführt durch einen Werkzeugständer 10 in Richtung der Koordinatenachse X1 eine Translationsbewegung G ausführen kann, ist für das Werkstück W in Richtung der Koordinatenachse Z1 eine Translationsbewegung H vorgesehen.

Der Verfahrensablauf zur Erzeugung der Wälzbewegung für die Herstellung von Zahnflanken an Kegelrädern ist folgender:

Vor Beginn des Wälzprozesses zwischen Werkzeugsystem S und Werkstück W sind beide auf die für die Wälzanfangsstellung MA bezogenen Ausgangslagen einzustellen. Der Berechnungspunkt M des Werkzeugsystems S liegt auf der Schwenkachse 8 der Schwenktrommel 4 und befindet sich bei Ausgangslage in der Wälzanfangsstellung MA. Bezogen auf den Koordinatenursprung O1 wird durch die Translationsbewegung F das Werkzeugsystem S auf der Koordinatenachse Y1 um den Betrag YMA verschoben. In dieser Verschiebung ist der Achsversatz aw mit berücksichtigt. Durch die Translationsbewegung H wird der Abstand ZMA zur Y1-Achse, die gleichzeitig die Schwenkachse 1 des Werkstückes W ist, eingestellt. Nachdem das Werkstück W durch die Rotationsbewegung A um die Schwenkachse 1 des Werkstückes W auf den Kegelwinkel δE eingeschwenkt wurde, nimmt auch das Werkstück W die auf die Wälzanfangsstellung MA bezogene Lage ein. In dem Abstand ZMA sind die für die Lage des Werkstückes W spezifischen Daten, die Distanz D1, die Maschinenkonstante Ao und die Distanzkorrektur ΔD mit eingerechnet. Die Lage des Werkzeugsystems S in Richtung der Koordinatenachse X1 wird durch die Translationsbewegung G zur Einstellung des Abstandes XMA bestimmt. In dem Abstand XMA ist auch die Verschiebung K1 des Messerkopfberechnungspunktes mit berücksichtigt. Nach Neigen der Messerkopfachse 8 durch die Rotationsbewegung D der Neigungstrommel 5 um den Neigungswinkel qN und Schwenken der Schwenktrommel 4 um die Schwenkachse 9 durch die Rotationsbewegung C um den Verdrehwinkel Qs der Schwenktrommel 4 sind die für die Wälzung erforderlichen Einstellbewegungen zwischen Werkzeugsystem S und Werkstück W vorgenommen und der eigentliche Wälzprozeß kann beginnen.

Die erfindungsgemäße Erzeugung der Wälzbewegung wird im wesentlichen durch die Translationsbewegung F, auf Fig. 3 bezogen, vertikal bei gleichzeitiger Translationsbewegung H horizontal, bewirkt. Die beiden Translationsbewegungen F und H sind von einander abhängig und laufen miteinander so ab, daß sich der Berechnungspunkt M des Werkzeugsystems S von der Wälzanfangsstellung MA auf einem Kreisbogen um die imaginäre Erzeugungskegelradachse I, dessen Radius der Exzentrizität e entspricht, in die Wälzendstellung ME um den Wälzwinkel φw bewegt. Gleichzeitig und abhängig von den beiden Translationsbewegungen F und H erfolgt bei geneigter Messerkopfachse 8 eine Rotationsbewegung C um die Schwenkachse 9 der Schwenktrommel 4, durch die die Schwenktrommel 4 um genau den gleichen Wälzwinkel φw gedreht wird. Abhängig von den beiden Translationsbewegungen F und H und den durchlaufenden Wälzwinkel φw wird das Werkstück W um die Werkstückachse 3 durch die Rotationsbewegung B im Verhältnis der Zähnezahl des imaginären Erzeugungskegelrades Zp zur herzustellenden Zähnezahl Z am Werkstück W gedreht. Die erfindungsgemäße Erzeugung der Wälzbewegung für die Herstellung von Zahnflanken an Kegelrädern wird damit durch zwei von einander abhängige Translationsbewegungen und zwei Rotationsbewegungen vorgenommen, die in der vorgenannten Abhängigkeit von einander ablaufen, dies sind die Translationsbewegung F, die Translationsbewegung H, die Rotationsbewegung C und die Rotationsbewegung B. Die Translationsbewegungen F und H können durch das Werkzeug und/oder durch das Werkstück W ausgeführt werden. Im Ausführungsbeispiel ist die Translationsbewegung F dem Werkzeugsystem S und die Translationsbewegung H dem Werkstück W zugeordnet.

Verwendete Bezugszeichen

A Rotationsbewegung um die Schwenkachse des Werkstückes

B Rotationsbewegung um die Werkstückachse

C Rotationsbewegung um die Achse der Schwenktrommel

D Rotationsbewegung zum Neigen der Messerkopfachse

E Rotationsbewegung um die Werkzeugachse

F Translationsbewegung in Richtung der Koordinatenachse Y1

G Translationsbewegung in Richtung der Koordinatenachse X1

H Translationsbewegung in Richtung der Koordinatenachse Z1

Ao Maschinenkonstante

D1 Distanz

I imaginäre Erzeugungskegelradachse

K1 Verschiebung des Messerkopfberechnungspunktes M in Richtung der imaginären Erzeugungskegelradachse

M Berechnungspunkt des Messerkopfes auf der Bezugsachse des Werkzeugsystems

MA Wälzanfangsstellung

ME Wälzendstellung

S Werkzeugsystem

W Werkstück

aw Achsversatz des Werkstückes

δE Kegelwinkel

e Exzentrizität

Qs Verdrehwinkel der Schwenktrommel

qN Neigungswinkel der Frässpindel

φw Wälzwinkel

O1 Koordinatenursprung

X1 Koordinatenachse

Y1 Koordinatenachse

Z1 Koordinatenachse

Zp Zähnezahl des imaginären Erzeugungskegelrades

Z Zähnezahl des Werkstückes

qwa Einstellwinkel der Wälzausgangsstellung

1 Schwenkachse des Werkstückes

2 Werkstückständer

3 Werkstückachse

4 Schwenktrommel

5 Neigungstrommel

6 Messerkopf

7 Ständerschlitten

8 Messerkopfachse

9 Schwenkachse der Schwenktrommel bzw. Bezugsachse des Werkzeugsystems

10 Werkzeugständer


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Erzeugung der Wälzbewegung für die Herstellung von Zahnflanken an Kegelrädern, bei dem das Werkzeugsystem, das eine oder mehrere Flanken des Erzeugungskegelrades darstellt, um die imaginäre Erzeugungskegelradachse von der Wälzanfangsstellung in die Wälzendstellung um den Wälzwinkel bewegt wird und das Werkstück dabei eine von dieser Bewegung abhängige Rotationsbewegung ausführt, gekennzeichnet dadurch, daß die relative Wälzbewegung zwischen Werkzeugsystem (S) und Werkstück (W) durch zwei voneinander abhängige, rechtwinklig zueinander verlaufende Translationsbewegungen (F; H) des Werkzeugsystems (S), eine gleichzeitige Rotationsbewegung (C) des Werkzeugsystems (S) um die eigene Bezugsachse (8) in der Größe des Wälzwinkels (φw) des imaginären Erzeugungskegelrades und eine Rotationsbewegung (B) des Werkstückes (W) um die Werkstückachse (3) in Abhängigkeit vom Wälzwinkel (φw) des Erzeugungskegelrades und des Verhältnisses der Zähnezahl (Zp) des imaginären Erzeugungskegelrades zur Zähnezahl (Z) des Werkstückes (W), erzeugt wird.
  2. 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Bewegung des Werkzeugsystems (S) durch eine waagerechte Verschiebung (H) des Werkstückes (W) in Richtung der Z-Achse und eine senkrechte Verschiebung (F) des Werkzeugsystems (S) in Richtung der Y-Achse eines Koordinatensystems X; Y; Z vorgenommen wird.






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