专利摘要:

公开号:WO1987000782A1
申请号:PCT/CH1986/000113
申请日:1986-08-08
公开日:1987-02-12
发明作者:Laszlo Rabian
申请人:Laszlo Rabian;
IPC主号:B23H9-00
专利说明:
[0001] Verfahren zur funkenerosiven bezw. elektrochemischen Bear¬ beitung von Kegelrädern mit Bogenverzahnung oder ähnlichen Teilen
[0002] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur funkenerosiven und/oder elektrochemischen Bearbeitung insbesondere von Kegelrädern mit Bogenverzahnung aus einem Werkstück, wo¬ bei das zu bearbeitende Werkstück in eine seine Negativ¬ form aufweisende Elektrode einer auf funkenerosivem oder elektrochemischem Weg arbeitenden Maschine mittels einer relativ zur Elektrode schraubenförmigen Bewegung einge¬ senkt wird.
[0003] Kegelräder mit BogenVerzahnung werden hauptsächlich in Fahrzeug- und Helikopter-Getrieben verwendet. Hergestellt werden sie aus hochlegierten Stählen in weichem Zustand auf speziellen Verzahnungsmaschinen in Wälz- oder in Teil- Verfahren mit profilierten Schneidwerkzeugen. Anschliessend werden sie gehärtet.
[0004] Wegen den unvermeidlichen Härtungsverzügen verlie en sie ihre ursprüngliche Genauigkeit. Um sie für die Fahrzeug¬ getriebe wieder brauchbar zu machen, werden sie paarweise auf speziellen Läppmaschinen zusammengeläppt. Für jedes Radpaar wird beim Läppen auch die günstigste Einbaulage bestimmt. In der Getriebemontage muss der Einbau der Rad¬ paare auf diese vorbestimmte Einbaulage mit massgeschlif¬ fenen UnterlagsScheiben und/oder besonderen Lagerbüchsen eingespielt werden. Man hätte gerne diese aufwendige Handhabung vermieden und auch höhere Genauigkeiten sowie Oberflächen in "geschlif¬ fenerer Qualität" gewünscht. Leider haben die Kegelräder mit BogenVerzahnung eine sehr komplexe Zahngeometrie. Die Flankenlinien in der Wälzebene können Spiralen, Zykloiden, Hypoiden, Kreisbogen oder Evolenten sein. Die engen Krüm¬ mungen der Zähne und die engen Zahnlücken lassen nur Schleif erkzeuge, welche in der Grössenordnung einer Bleistiftspitze liegen, oder nur in Ausnahmefällen dünn¬ wandige TopfScheiben, zu. Diese Schleifwerkzeuge schlies- sen schon die Möglichkeit, auch bei mit "Schleifzugäbe" vorgeschnittenen oder vorgeschmiedeten Kegelrädern wirt¬ schaftlich zu schleifen, aus.
[0005] Es ist aus dem Werkzeugbau her bekannt, komplexe dreidi¬ mensionale Werkstücke funkenerosiv und/oder elektroche¬ misch zu bearbeiten. Bekanntlich entfällt bei dieser Be¬ arbeitungsart das nachträgliche Härten und somit die un¬ gewollten Härtungsverzüge. Der neuste Stand der Technik der Funkenerosion ist in Prospekt EDM 3374, Robofil/Robo- form, von Char illes Technologies SA, 109, rue de Lyon, CH-1211 Genf 13, vom 05.84 D, beschrieben. Auf Seite 12 und 13 sind die möglichen Bearbeitungsformen der Senk- erosionsmaschine dargestellt und kurz beschrieben.
[0006] Zur funkenerosiven Bearbeitung von Kegelrädern mit Bogen- verzahnung liegt die "spiralförmige Bearbeitung von Gewin¬ den und spiralförmigen Einstichen" am nächsten. Bei dieser Bearbeitungsart wird das Werkstück, mit einer relativen Schraubbewegung zwischen Werkstück und Elektrode, in die Elektrode, welche die negative Form des Werkstücks besitzt, eingesenkt. Mit dieser Bearbeitungsart sind nur diejenigen Werkstücke bearbeitbar, bei welchen die folgenden Bedin¬ gungen erfüllt sind: - dass während des Einschraubens kein For schluss auf¬ tritt, und
[0007] - dass während des Einschraubens die technologisch be¬ dingte Arbeitsspaltbreite am ganzen Spiralbogen ent¬ lang nirgends unterschritten wird.
[0008] Mit dieser Bearbeitungsart ist z.B. ein zylindrisches oder konisches Gewinde nur bei einer konstanten Gewindesteigung herstellbar. Wenn sich die Gewindesteigung an der gesamten Spirale mehr ändert als die technologisch bedingte Breite des Arbeitsspaltes, welcher zwischen der Elektrode und dem Werkstück ist, wird während des Einschraubens des Werkstük- kes in die Elektrode ein Formschluss auftreten. Wenn sich die Gewindesteigung an der gesamten Gewindespirale entlang so wenig ändert wie die technologisch bedingte Breite des Arbeitsspaltes, wird das Gewinde während des Einschraubens des Werkstückes in die Elektrode partiell beschädigt. Es ist hier noch zu beachten, dass in allen drei Fällen das Werkstück und die Elektrode in der Endlage aequidistant sind.
[0009] Die Kegelräder mit Bogenverzahnung sind komplexe dreidimen¬ sionale Körper. Die Steigung der Zähne, die Zahnbreite und die Flankennormalen ändern sich nach höheren Ordnungen an der Zahnbreite entlang. Sie werden daher in praktischer Weise mit dem Teilkegelwinkel o , mit der Kegeldistanz R, mit der Zahnbreite b, mit dem Zahnbogenwinkel in Funktion der Zahnbreite ß = f (b) , mit dem Modul m und mit dem Nor¬ maleingriffswinkel ot , kurz beschrieben.
[0010] Die weiteren Daten und Eigenschaften der Kegelräder werden durch die erzeugenden Maschinen bestimmt. Die geforderten Schwingungs- und Geräusch-Toleranzen verlangen, dass die geometrischen Genauigkeiten in Grössenordnung von einigen pm gehalten werden müssen. Die Bearbeitung von Kegelrändern mit Bogenverzahnung durch die Einschraubung in die Elektrode, welche die negative Form des Kegelrades besitzt, ist nicht möglich, obwohl die Elektrode in der Endlage aequidistant zum Kegelrad wäre. Je nach Variation des obenerwähnten Parameters des Kegel¬ rades mit Bogenverzahnung, werden die Zahnflanken während der Einführung des Werkstücks in die Elektrode partiell an der Zahnbreite entlang mehr oder weniger stark beschädigt, und in den ungünstigeren Fällen tritt sogar Formschluss auf.
[0011] Es ist auch nicht möglich und könnte auch nicht wirtschaft¬ lich sein, erstens wegen der engen Aenderung der Flächen¬ normalen, zweitens wegen der auf sehr kleiner Fläche kon¬ zentrierten Erosionsfront, eine Elektrode mit regelmässig erweitertem Arbeitsspalt und Planetärbewegungen bekannter. Art anzuwenden. Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen.
[0012] Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, ein Verfahren zur funkenerosiven und/oder elektrochemischen Bearbeitung von Kegelrädern mit Bogenverzahnung oder ähnlichen Teilen zu schaffen, bei dem die Elektrode so gestaltet ist, dass die negativen Zahn¬ flanken gegen die Mitte der negativen Zahnlücken mit einem so grossen Winkel eingedreht sind, dass während das Werk¬ stück mit einer ersten spiralförmigen Schraubbewegung, nach der Steigungskurve des Zahnbogens in die Elektrode eingesenkt wird, zwischen der Elektrode und den Zahnflan¬ ken, am ganzen Zahnbogen entlang, mindestens ein so gros- ser Abstand entsteht, dass an den Zahnflanken nirgends Materialabtragung stattfindet; so werden die Zähne nur vorbearbeitet, Formschluss und/oder Flankenbeschädigung können nicht mehr stattfinden, und anschliessend werden die Zahnflanken mit einer zweiten Drehbewegung im Gegen¬ uhrzeigersinn und mit einer dritten Drehbewegung im Uhr- zeigersinn, getrennt je nach Drehsinn, fertigbearbeitet, dass während der Bewegungen die Parameter des Bearbeitungs- generators in Abhängigkeit des noch zurückzulegenden Ab¬ Stands laufend angepasst werden, um die gewünschte Ober¬ fläche ohne Gefügeänderungen zu erhalten.
[0013] Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesent¬ lichen darin zu sehen, dass die Elektrode mit den einge¬ drehten negativen Zahnflanken im Zusammenwirken mit den drei Relativbewegungen zwischen Werkstück und Elektrode und mit der laufenden Anpassung der Parameter des Bear- beitungsgenerators in Abhängigkeit des zurückzulegenden Abstands eine wirtschaftlichere alternative Feinbearbei¬ tung von Kegelrädern mit Bogenverzahnung gegenüber des Schleifens ermöglicht.
[0014] Vorallem die Bearbeitung von mit "Schleifzugäbe" geschnit¬ tenen oder geschmiedeten, anschliessend gehärteten Kegel¬ rädern, kann mit dem erfindungsgemässen Verfahren wirt¬ schaftlicher als mit Schleifen in der gewünschten Genauig¬ keit ausgeführt werden.
[0015] Das erfindungsgemässe Verfahren erlaubt aber auch die Her¬ stellung von Kegelrädern mit Bogenverzahnung aus Hartmetal¬ len und anderen schwerbearbeitbaren Materialien. Ebenfalls erlaubt das erfindungsgemässe Verfahren die Herstellung von negativen Formen von Kegelrädern mit Bogenverzahnung, welche als sehr genaue Schmiedewerkzeuge, Druckgusswerk- zeuge und als Elektroden verwendet werden.
[0016] Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnungen näher er¬ läutert. Es zeigen: Figur 1 in perspektivischer Darstellung ein typisches Werkstück, nämlich ein bogenverzahnter Ritzel, an welchem für die bessere Uebersicht, nur ein Zahn und die beiden benachbarten Zahn¬ flanken bearbeitet sind;
[0017] Figur 2 in gleichem Masstab eine Elektrode, welche die genaue negative Form des Werkstücks be¬ sitzt und an welcher erfindungsgemäss die Eindrehung der negativen Zahnflanken gegen die Mitte der negativen Zahnlücke mit Strich-Punkt-Linien angedeutet ist;
[0018] Figur 3 in gleichem Masstab die erfindungsgemässe
[0019] Elektrode mit eingedrehten Zahnflanken: und
[0020] Figur 4 eine funkenerosive Maschine zur Bearbeitung des in der Figur 1 gezeigten Werkstücke mit¬ tels der Elektrode der Figuren 2 und 3.
[0021] In den Figuren 1, 2 und 3 ist eine Elektrode 1 dargestellt, welche geeignet ist, ein Werkstück 2 mit Hilfe von relati¬ ven Bewegungen zwischen Elektrode und Werkstück zu bear¬ beiten. Die Elektrode und das Werkstück sind z.B. auf einer Funkenerosions- oder Elektrochemischen-Maschine angeordnet.
[0022] Erfindungsgemäss ist die Elektrode 1 so gestaltet, dass die negativen Zahnflanken 3 gegen die Mitte 4 der negati¬ ven Zahnlücken 5 mit einem grossen Winkel y eingedreht sind. Der Winkel / ist so gewählt, dass während das Werk¬ stück 2 mit einer ersten spiralförmigen Schraubenbewegung, welche gemäss der Steigungskurve des Zahnbogens erfolgt, in die Elektrode 1 eingesenkt wird, ein Abstand zwischen den eingedrehten negativen Zahnflanken 7 und den Zahnflan¬ ken 8 am gesamten Zahnbogen entsteht. Dieser Abstand ist so gross, dass an den Zahnflanken 8 kein Materialabtrag mehr stattfinden kann. So werden die Zähne 9 nur vorbear¬ beitet. Formschluss oder Flankenbeschädigung können nicht mehr stattfinden. Anschliessend werden die Zahnflanken 8 mit einer zweiten Drehbewegung im Uhrzeigersinn und mit einer dritten Drehbewegung im Gegenuhrzeigersinn, zeitlich getrennt je nach Drehsinn, fertigbearbeitet.
[0023] Während der Bewegungen werden die Parameter des Bearbei¬ tungsgenerators, wie Zündspannung, Impulsform, Impuls¬ strom, Impulsdauer, Pause, Strommittelwert, Arbeitsspan¬ nung, Spüldruck, Spülmenge in Abhängigkeit des noch zu¬ rückzulegenden Weges laufend angepasst, um die gewünschte Oberfläche ohne Gefügeänderungen zu erhalten.
[0024] Erfindungsgemäss kann die Elektrode 1 auch die folgende alternative Bearbeitung durchführen. Mit der ersten spi¬ ralförmigen Schraubbewegung wird das Werkstück 2 in die Elektrode 1 nur bis zu einer solchen Tiefe bewegt, bei welcher der Spalt am Zahnkopf 9 und am Zahnfuss 10 soweit vermindert wird, dass unter Schruppbedingungen auch an die¬ sen Stellen Materialabtrag beginnen könnte.
[0025] Diese Tiefe wird als neutrale Position bezeichnet, weil in dieser Position weder die Zahnflanken 8 noch der Zahnfuss 10, noch der Zahnkopf 9 unter Schruppbedingungen beschä¬ digt werden können.
[0026] Anschliessend werden aus dieser neutralen Position die Zahnflanken 8, getrennt je nach Drehsinn, mit einem zwei¬ ten Bewegungsablauf, welcher beliebig aus Schraub- und aus Dreh-Bewegungen zusammengesetzt sein kann, im Uhrzeiger¬ sinn bearbeitet. Mit einem dritten Bewegungsablauf wird das Werkstück 2 in die neutrale Position zurückgeführt. und mit einem vierten Bewegungsablauf im Gegenuhrzeiger¬ sinn, fertigbearbeitet.
[0027] Die Reihenfolge der Bearbeitung im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn kann auch vertauscht werden. Hier müs¬ sen die Parameter des Bearbeitungsgenerators in Abhängig¬ keit des zurücklegenden Abstands laufend angepasst werden, um die gewünschte Oberfläche ohne Gefügeänderungen zu er¬ halten.
[0028] Um kürzere Bearbeitungszeiten gemäss der Erfindung zu er¬ halten, wird die Elektrode 1 zweckmässigerweise aus einer Vielzahl von Teilen zusammengesetzt, die zueinander elek¬ trisch isoliert sind. Jeder Elektrodenteil ist durch ein eigenes Kabel elektrisch mit dem Funkenerosions- bzw. elektrochemischen Generator verbunden. Hierdurch wird eine Vielkanal-Bearbeitung mit wesentlich kürzeren Be¬ arbeitungszeiten ermöglicht.
[0029] Bei Bearbeitung von Kegelrädern mit Bogenverzahnung aus dem vollen Stück oder mit zuviel Materialzugabe ist es zweckmässig, mehrere Elektroden 1 gemäss Erfindung zu ver¬ wenden, um ein Werkstück mit hoher Genauigkeit zu bearbei¬ ten. Diese Elektroden können die gleichen oder unterschied¬ liche räumliche Abmessungen haben.
[0030] Die Figur 4 zeigt eine funkenerosive Maschine 11, mit der das Werkstück 2 der Figur 1 hergestellt wird. Das Werk¬ stück kann auch durch eine elektrochemische Werkzeugma¬ schine hergestellt werden. Gemäss Figur 4 ist auf dem Maschinentisch 12 der Dielektrikumbehälter 13 befestigt, in welchem das Werkstück 2 angebracht ist. Der Behälter 13 ist zur besseren Darstellung aufgeschnitten gezeichnet. Das Werkstück 2 ist in Dielektrikum, das eine Flüssigkeit ist, untergetaucht. Zur Verbesserung der Spülverhält- nisse während der funkenerosiven Bearbeitung ist das Werk¬ stück auf einem Absaugtopf 14 angeordnet, der das Dielektri¬ kum durch den Arbeitsspalt, der während der Bearbeitung die Elektrode 1 und das Werkstück 2 voneinander trennt und zur Funkenbearbeitung unumgänglich ist, saugt. Das Dielektrikum wird über die Absaugöffnungen 15 und über nicht gezeichnete Leitungen zu einer nicht dargestellten Pumpe befördert, und nach seiner Reinigung wieder in den Behälter 13 gepumpt. Während der Bearbeitung entweicht aus dem Dielektrikum ein Gas, das durch das symbolisch gezeichnete Gasabsaugsystem 16 entfernt wird. Der Maschinenkopf 23, an dem die Elektrode 1 als Werkzeug zur Bearbeitung des Werkstücks befestigt ist, ist an der funkenerosiven Maschine 11 gleitbar angebracht. Seine Verschiebungen erfolgen über den elektrischen Antriebs¬ motor 27, der die Steuerbefehle aus der NC- oder CNC-Steuer- anlage 29 erhält. Der Tachogenerator 28 übermittelt die aus¬ geführten Drehungen des Antriebsmotors 27 an die Steueran¬ lage 29. Die Steueranlage erhält die Information der ausge¬ führten Bewegungen des Maschinenkopfes 23 über den Linear¬ masstab 17 und Messsensor 18 für die Z-Achse 21. In dieser Z-Achse erfolgen die Zustell- und Abheb-Bewegungen der Elektrode 1. Die Elektrode 1 kann sich auch in der C-Achse bewegen, deren kreisförmige Bewegungsrichtungen durch die Pfeile 20 dargestellt sind. Diese Bewegungen werden durch die Steueranlage 29 mittels des elektrischen Antriebsmo¬ tors 25 vollzogen. Der Tachogenerator 26 gibt die Informa¬ tion der ausgeführten Drehungen des Antriebsmotors an die Steueranlage 29. Das Messsystem 23 übermittelt die ausge¬ führten Bewegungen der Elektrode 1 in der C-Achse an die Steueranlage 29. Der Funkenerosionsgenerator 30 erzeugt die für die augenblickliche Bearbeitung erforderliche Zündspannung, Arbeitsspannung, Impulsform, Impulsdauer, Pause zwischen den Impulsen, Impulsstrom, Strommittelwert und gibt die elektrischen Bearbeitungsparameter über die Schleifringe 22 an die Elektrode 1 und über den Maschinen¬ tisch 12 an das Werkstück 2. Die Werte dieser elektrischen Bearbeitungsparameter ändern sich laufend während der Bear¬ beitung des Werkstücks 2 durch die Elektrode 1. Ferner ändern sich die Werte des Druckes und der Menge des flüs¬ sigen Dielektrikums. Die Steueranlage 29 steuert den Fun¬ kenerosionsgenerator 30 immer so an, dass diese elektri¬ schen Parameter während des gesamten Bearbeitungsvorganges optimal an den noch zurückzulegenden Weg angepasst sind. Die Steueranlage steuert ebenfalls das nicht gezeichnete Spülsystem an, sodass die dielektrische Flüssigkeit wäh¬ rend des Bearbeitungsvorganges optimal an die Bedingungen, die im Arbeitsspalt herrschen, angepasst sind, wobei der noch zurückzulegende Weg berücksichtigt wird.
[0031] Die Elektrode 1 wird in Richtung Werkstück 2 zugestellt und arbeitet aus dem vollen Material die Zahnflanken 8 der Zähne heraus. In der Figur 4 ist das fertig bearbeitete Werkstück 2 wegen der besseren Uebersicht gezeichnet worden. Hierbei werden die Bewegungen in den Z- und C-Achsen in der Weise gesteuert, wie im Zusammenhang mit den Figuren 1, 2 und 3 beschrieben wurde.
权利要求:
ClaimsP A T E N T A N S P R U E C H E
1. Verfahren zur funkenerosiven und/oder elektrochemischen Bearbeitung insbesondere von Kegelrädern mit Bogenver¬ zahnung aus einem Werkstück, wobei das zu bearbeitende Werkstück in eine seine Negativform aufweisende Elek¬ trode einer auf funkenerosivem oder elektrochemischem Weg arbeitenden Maschine mittels einer relativ zur Elektrode schraubenförmigen Bewegung eingesenkt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als Elektrode (1) eine solche verwendet wird, bei der ihre Zahnflanken (3) gegen die Mitten (4) ihrer Zahnlücken (5) mit einem Winkel v eingedreht sind, der einen die Materialabtragung an den auszubildenden Zahnflanken (8) des Werkstückes (2) vermeidenden Abstand aufweist, dass anschliessend daran die Zahnflanken (8) des Werk¬ stücks (2) durch mindestens zwei zueinander gegenläufige Drehbewegungen fertigbearbeitet werden, und dass wäh¬ rend aller Bewegungen an der Maschine der Funkengene¬ rator (30) die Zündspannung, Impulsform, Impulsdauer, die Pause zwischen zwei Impulsen, Impulsstrom, Strom¬ mittelwert, Arbeitsspannung sowie ferner der Druck und die Menge der bei der Bearbeitung verwendeten Spülflüs¬ sigkeit in Abhängigkeit des noch zurückzulegenden Weges laufend angepasst werden, wobei die Anpassung mittels einer Steueranlage (29) der Werkzeugmaschine (11) durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1 d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass die Elektrode (1) und das Werkstück (2) mit einer ersten spiralförmigen Dreh¬ bewegung entsprechend der Steigungskurve des Zahnbogens zueinander bewegt werden, und anschliessend eine zweite Drehbewegung im Uhrzeigersinn und danach eine dritte Drehbewegung im Gegenuhrzeigersinn relativ zueinander ausführen.
3. Verfahren nach Patentanspruch 2 d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass der dritten Drehbewegung ein vierter Bewegungsablauf im Gegenuhrzeigersinn zwi¬ schen Elektrode (1) und Werkstück (2) folgt.
4. Verfahren nach Patentanspruch 1 d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass mit der ersten spiral¬ förmigen Drehbewegung in das Werkstück (2) die Elek¬ trode (1) nur bis zu einer vorbestimmten Tiefe bewegt wird, bei welcher der Spalt am Zahnkopf (9) und am Zahn¬ fuss (10) des Werkstückes (2) soweit vermindert wird, dass unter Schruppbedingungen auch an diesen Stellen Materialabtragungen beginnen könnten, und dass, an¬ schliessend die Zahnflanken (8) , zeitlich getrennt je nach Drehsinn, mit einem zweiten Bewegungsablauf im Uhrzeigersinn nach einer beliebigen Kurve mit einem dritten Bewegungsablauf nach einer beliebigen Kurve die Elektrode (1) in die vorbestimmte Tiefe zurückge¬ führt wird, wobei das Werkstück (2) mittels einem vier¬ ten Bewegungsablauf nach beliebiger Kurve im Gegenuhr¬ zeigersinn fertigbearbeitet wird.
5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Patentansprüche d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die zeitlich auf¬ einander folgenden Bewegungen zwischen der an der Funkenerosions-Maschine (11) befestigten Elektrode (1) und dem Werkstück (2) durch die Steueranlage (29) ge¬ steuert werden und der Funkenerosionsgenerator (30) die Zündspannung, Impulsform, Impulsdauer, die Pause zwi¬ schen zwei Impulsen, Impulsstrom, Strommittelwert, Ar¬ beitsspannung dem augenblicklichen Zustand im Arbeits¬ spalt zwischen der Elektrode (1) und dem Werkstück (2) anpasst.
6. Einrichtung nach Patentanspruch 5 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Elektrode (1) aus einer Vielzahl von Teilen besteht, welche gegenein¬ ander elektrisch isoliert sind, wobei jedes Elektroden¬ teil mit einem eigenen Kabel elektrisch am Funkenero¬ sionsgenerator (30) angeschlossen ist.
7. Einrichtung nach Patentanspruch 5 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass mehrere Elektroden zur Durchführung von zeitlich aufeinanderfolgenden Bearbeitungsschritten am Werkstück (2) herangezogen werden, wobei jede der Elektrode gleiche oder unter¬ schiedliche räumliche Abmessungen besitzt.
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