CZ284619B6 - Způsob jemného obrábění ozubení a obráběcí stroj pro jeho provádění - Google Patents

Abstract

Na obráběcím stroji se obráběné ozubené kolo (1) otáčí kolem své osy (2) otáčení a zabírá s brousicím nástrojem (3), který se otáčí kolem své osy (4) otáčení, čímž dochází k úběru třísek a přičemž otočný pohyb osy (2) otáčení ozubeného kola (1) a otočný pohyb osy (4) otáčení brousicího nástroje (3) jsou elektronicky propojeny. Před vlastním opracováním se uskuteční nejprve měření chyb ozubeného kola (1) ve stroji, přičemž se jedna osa otáčení pohání a druhá se unáší bez zatížení. Takto zjištěné chyby se berou v úvahu při navazujícím výrobním procesu tím, že se elektronická otočná vazba hřídele obrobku a hřídele nástroje uskutečňuje na podkladě hodnot zjištěných chyb proti sobě. Tím se eliminují zejména součtové úchylky rozteče ozubení. ŕ

Description

Způsob jemného obrábění boků zubů ozubených kol

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu jemného obrábění boků zubů ozubených kol na obráběcím stroji, přičemž obráběné ozubené kolo rotuje kolem své osy otáčení a je v záběru s otočným brousicím strojem ve tvaru ozubeného kola pro ůběr třísek na opracovávaných bocích zubů ozubeného kola, přičemž otočný pohyb ozubeného kola a otočný pohyb brousicího nástroje jsou prostřednictvím elektronického ovládání v souladu s poměrem jejich počtu zubů nucené pohybově regulovány a k regulovanému otočnému pohybu ozubeného kola nebo brousicího nástroje je superponován předem stanovený přídavný otočný pohyb.

Dosavadní stav techniky

Pro tvrdé opracovávání ozubených kol se používají různé způsoby výroby. Velmi často jsou válcově frézovaná a vytvrzená ozubená kola získávána procesem broušení s přesným obrysem profilu, například evolventou. Často je tomuto brousicímu procesu přiřazen proces honování ozubených kol, aby se ještě minimalizovaly chyby v ozubení, které zůstávají i po broušení. Výhoda honování spočívá v tom, že se jedná o proces, který není náročný na čas a proto je zvláště výhodný pro velkosériovou výrobu.

U honování ozubeného kola se otáčí opracovávané ozubené kolo kolem své osy otáčení. Přitom zabírá s honovacím nástrojem, který je v případě opracovávaného vnějšího ozubení vytvořen v podobě uvnitř ozubeného kroužku. Honovací nástroj se také otáčí kolem svojí osy otáčení, která je relativně vzhledem k ose otáčení válcovaného kusu vychýlena v předem stanoveném úhlu, aby se na podkladě tím vznikajícího relativního pohybu vytvářel úběr třísek. Vnitřní ozubení honovacího nástroje přitom při respektování otočného pohybu mezi nástrojem a mezi obrobkem přesně odpovídá protilehlému obrysu opracovávaného profilu. Aby se uskutečnil ůběr materiálu také u vytvrzovaných ozubených kol, je opatřen honovací nástroj brousicími částicemi. Opracovávání se uskutečňuje tak, že se například obrobek pohání a nástroj se s ním pohybuje prostřednictvím vlečného momentu. Změnou směru otáčení se potom opracovávají oba boky zubů, to je ve smyku a v tahu.

Účelem honovacího procesuje mimo jiné snížit na minimum chyby v ozubení, které zůstávaly po broušení. K tomu patří chyby kruhového obvodu a profilu, to je evolventy včetně požadovaných korekcí, jakož i boky zubů. Dále jsou pro tichý chod ozubeného kola zvláště významné chyby v jednotlivých a v součtových roztečích.

Vysoké požadavky na kvalitu opracovávaných ozubených kol vedly ktomu, že se používají vysoce výkonné tvrdé opracovávací procesy. Z hlediska honování ozubených kol se stále více využívají ta řešení, u kterých obě osy otáčení nástroje a obrobku již nepracují na sobě navzájem nezávisle a jsou spojeny jen prostřednictvím vlečného momentu nepoháněné části, přičemž jsou stále více obě osy otáčení navzájem spojeny definovaným spřažením. To se s výhodou uskutečňuje za pomoci výpočetní techniky elektronicky v tak zvané elektronické vlně.

Účelem tohoto opatření je nejen minimalizovat chyby v ozubení prostřednictvím honovacího procesu v rámci odvalování honovacího nástroje, který připouští jen malé chyby, ale také definovat nucené spřažení os otáčení.

Mnohé zkoušky ukázaly, že prostřednictvím známých honovacích procesů lze skutečně podstatně snížit chyby v ozubení, zejména úchylky vystředěného běhu, chyby ve tvaru boků a chyby v jednotlivých roztečích ozubení.

- 1 CZ 284619 B6

Ukázalo se však, že zejména součtové úchylky rozteče ozubení také při nasazení elektronické vlny jsou po honovacím procesu ještě příliš velké a že jsou zpravidla mimo přípustné tolerance.

Zřejmě nejsou použitelná ovládání, to je elektronické vlny, vzhledem ke značně vysoké rychlosti otáčení obrobku a honovacího kola v takovém stavu, aby mohly rozeznat odchylky od ideálního otáčení, které se pohybují v oblastech mikrometrů, a to zejména včas a tak mohly zajistit potřebný protisměrný pohyb, který by vytvořil odpovídající korekci brousicího procesu.

Způsob broušení ozubených kol prostřednictvím šnekovitého brousicího nástroje, který odpovídá v úvodu popsanému popisu, je známý zDE31 50961 C2. Také u tohoto způsobu se provádí předem stanovený superponovaný přídavný otočný pohyb, který je superponován k regulovanému otočnému pohybu ozubeného kola nebo brousicího nástroje a který je také označován jako kruhový posuv. Nevýhoda tohoto způsobu spočívá v tom, že vzhledem k opracovávání vždy jednoho boku a vzhledem k přídavným otočným pohybům, které jsou s tím spojeny, dochází k vysoké době opracování.

Podstata vynálezu

Vynález si klade za úkol vytvořit způsob pro jemné opracovávání boků zubů ozubených kol v úvodu uvedeného typu tak, aby byl schopný eliminovat také kritickou součtovou úchylku rozteče a tak zajistit vytvoření vysoce kvalitního ozubení, přičemž tvrdé opracovávání má následovat v co nejkratší době.

Vytčený úkol se řeší způsobem podle vynálezu, která má dvě pracovní operace, z nichž v první pracovní operaci se otočí ozubené kolo o nejméně celou otáčku, přičemž zabírá s brousicím nástrojem, a brousicí nástroj se otáčí bez zatížení, ale v dotyku s boky zubů ozubeného kola, přičemž v průběhu celé otáčky ozubeného kola vznikající odchylky otáčení od ideálního otáčení mezi ozubeným kolem a mezi brousicím nástrojem, vyplývající z chybného ozubení, se měří a ukládají do paměti.

Ve druhé pracovní operaci se opracovává ozubené kolo brousicím nástrojem, přičemž otočný pohyb ozubeného kola a otočný pohyb brousicího nástroje jsou elektronicky nucené pohybově regulovány a elektronické řízení při nucené pohybové regulaci obou otočných pohybů přihlíží na v první pracovní operaci naměřené a do paměti uložené odchylky otáčení tak, že se sčítají v souladu se zadáním jmenovité hodnoty pro úhlovou polohu regulovaného otočného pohybu ozubeného kola nebo brousicího nástroje s opačným znaménkem, přičemž k chybám ozubení, které jsou v brousicím nástroji a které se s výhodou zjistí odděleně na měřicím stroji, se přihlíží jak při samotné elektronické nucené pohybové regulaci, tak i při zjištění zadání korekčních požadovaných hodnot.

V první pracovní operaci zjištěné odchylky otáčení obrobku od ideálního otáčení, které je možné pro dané chyby označit jako „Teach-in“, se ve druhé pracovní operaci využijí tak, že se naměřené chyby využijí s opačným znaménkem v opačném směru a tak se uskuteční úběr materiálu zejména v těch místech, kde je potřeba nejvíce materiálu ubrat. Technický řídicí prostředek volby zde tvoří tak zvaný elektronický křivkový kotouč, který se již využívá jako elektronický systém pro spojování os v tiskárenství, papírenství a textilnictví.

Znaky podle vynálezu lze dosáhnout toho, že i u těch ovládacích systémů, které jsou k dispozici, se dosáhne eliminování chyb v ozubení, zejména v součtových úchylkách rozteče, protože řízení nyní včas ví, že došlo k chybné odchylce, proti které je nutné zasáhnout. Výsledkem honovacího procesu je tedy potom dokonalé ozubené kolo, které má všechna chybná kritéria v rámci přípustných tolerancí.

-2CZ 284619 B6

Způsobem podle vynálezu se v brousicím nástroji při korekci, prováděné podle vynálezu, samočinně odstraní případné chyby v ozubení. Takové chyby nástroje mohou být zjištěny odděleně předem na měřicím stroji. To však není nutně potřebné.

Jakmile jsou odebrány kritická chybná místa, tedy jejich většina, která je na obvodu ozubeného kola, může být účelné pokračovat v honovacím procesu s nekorigovanou úhlovou polohou, tedy s přesným, nemodifikovaným otočným spojením. Jinak by mohlo dojít i k nebezpečí, že korekce by mohly způsobit díry v těchto místech, která byla předtím s výhodou odebírána. Podle dalšího výhodného znaku vynálezu se tedy v návaznosti na opracování podle hlavního nároku uskuteční další proměření obrobku. Pokud se ukáže, že největší chyby jsou již odebrány, pokračuje se v honovacím procesu s nezměněnou úhlovou polohou. Jinak lze dále pracovat s korekčními hodnotami, přičemž se však nyní s výhodou vezmou za základ nově zjištěné hodnoty.

Sled opracovávání, měření a opracovávání lze s výhodou provádět tak dlouho s korigovanou úhlovou polohou, až se naměřené odchylky v otáčení dostanou pod předem stanovenou hodnotu. Potom je dále možné pracovat s nekorigovanou úhlovou polohou, tedy ideální otočnou vazbou.

Není bezpodmínečně nutné brát zřetel na zjištěné odchylky podle první pracovní operace podle nároku 1 po celém obvodu ozubení, pokud se například požaduje zvláště vysoký úběr jen na jednom nebo na několika málo místech po obvodu, jak je to typické u součtových úchylek rozteče ozubení. Proto se podle dalšího výhodného vytvoření vynálezu předpokládá, že korekce úhlové polohy regulované osy otáčení se omezí na ty úhlové oblasti, ve kterých naměřená odchylka od ideálního otáčení překračuje předem stanovenou hodnotu.

Může být také výhodné, když se při zjištění chyby podle první pracovní operace podle nároku 1 otočí místo ozubeného kola brousicí nástroj a ozubené kolo se otáčí bez zatížení, ale v dotyku s boky zubů brousicího nástroje. Také to je výhodné vytvoření podle vynálezu.

Přehled obrázků na výkresu

Způsob podle vynálezu je v dalším podrobněji vysvětlen ve spojení s příkladem provedení, který je znázorněn na výkresu.

Na obr. 1 je znázorněn obrobek a nástroj v záběru v průběhu opracovávání.

Na obr. 2 je znázorněn průběh součtové úchylky rozteče F_p na úhlu otáčení ozubeného kola.

Příklad provedení vynálezu

Na obr. 1 je znázorněno opracovávané ozubené kolo J. To má osu 2 otáčení, kolem které se v průběhu honovacího procesu otáčí ve směru A otáčení. Ozubené kolo 1 je v záběru s brousicím nástrojem 3, který se může otáčet kolem svojí osy 4 otáčení ve směru B otáčení. Znázorněn je nejjednodušší případ opracovávání čelního ozubeného kola 1 s přímým ozubením, takže jeho zuby jsou rovnoběžné s osou 2 otáčení. Provedení podle vynálezu však platí stejně při šikmé ozubení a pro opracovávaná vnitřní ozubení. Potom má samozřejmě nástroj tvar vně ozubeného čelního kola, to znamená, že podle obr. 1 by měl nástroj vztahový znak 1 a obrobek vztahový znak 3. Na obr. 1 je jednoduchost znázorněné osy 2, 4 otáčení jsou rovnoběžné, i když jsou zpravidla upraveny v ostrém úhlu, v tak zvaném úhlu křížících se os, aby se zajistil požadovaný odběr třísek.

Brousicí nástroj 3, to jest honovací kolo, má protilehlý obrys vzhledem k ozubenému kolu 1. Při odvalování brousicího nástroje 3 a ozubeného kola 1 vytváří brousicí nástroj 3 na ozubeném

-3 CZ 284619 B6 kolu 1 přesně požadovaný tvar profilu. Odběr materiálu, to je odbrušování, se uskutečňuje tím, že dotyková plocha mezi ozubeným kolem 1 a brousicím nástrojem 3 je na straně nástroje opatřena brousicím materiálem. Použít lze jak brousicí nástroj 3, který je celý vyroben z brusného materiálu, tak i například diamanty obložené kolo, které zajišťuje požadovaný tvar profilu. Brousicí nástroj 3 může mít také kovové základní těleso, které lze vyrobit v podstatně menším tvaru, a které má jednu vrstvu ze supertvrdého materiálu, která potom zajišťuje přesný požadovaný tvar nástroje.

Otočný pohyb os 2, 4 otáčení ve směru A, B otáčení je elektronicky pojen tak zvanou elektronickou vlnou, to znamená, že ke každé úhlové poloze hřídele ozubeného kola 1 přísluší příslušná úhlová poloha hřídele brousicího nástroje 3, a tyto polohy jsou regulačně technicky přesně přiřazeny a polohovány.

Podle vynálezu se před vlastním opracováním opracované ozubené kolo 1 pootočí o celou otáčku, což automaticky zajistí neznázoměné strojní ovládání. Brousicí nástroj 3 je přitom podle obr. 1 v záběru s ozubeným kolem Otáčí se tedy také, avšak bez zatížení, přičemž je prostřednictvím nepatrného brzdicího momentu zajištěno, že se vytvoří kontakt mezi boky zubů 5 obrobku a boky zubů 6 nástroje. V konkrétním případě může být samozřejmě jednodušší, když je poháněn brousicí nástroj 3 a unášeno ozubené kolo L Samozřejmě, že i tento případ tvoří součást předloženého vynálezu.

V průběhu otáčení ozubeného kola 1 se na spolu se pohybujícím brousicím nástroji 3 měří pohyb a zejména se zjišťují a ukládají do paměti odchylky otáčení od ideálního otáčení, která vznikají v důsledku chyb na ozubení ozubeného kola 1. Na obr. 2 je to schematicky znázorněno. Po úplné otáčce o úhel 2 π se stanoví vždy naměřená součtová úchylka F_p rozteče. Nyní je možné pro každou úhlovou pozici vzít za základ korekční hodnotu Δ F_p otočného propojení, čímž se uskuteční zvýšený úběr materiálu na těch místech, kde je ho třeba nejvíce odebrat.

V návaznosti začíná proces honování. Otáčení ozubeného kola 1 a brousicího nástroje 3 je nyní elektronicky propojeno tak zvanou elektronickou vlnou. Naměřené odchylky otáčení jsou však nyní elektronickým ovládáním při spojování obou os 2, 4 otáčení drženy proti sobě, což znamená, že ovládání stroje stanoví pro každou konkrétní úhlovou polohu jako jmenovitou hodnotu korigovanou hodnotu o předtím naměřenou a do paměti uloženou chybu a prohlásí ji za požadovanou cílovou hodnotu.

Claims (4)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob jemného obrábění boků zubů ozubených kol (1) na obráběcím stroji, při němž obráběné ozubené kolo (1) rotuje kolem své osy (2) otáčení a je v záběru s otočným brousicím nástrojem (3) ve tvaru ozubeného kola pro úběr třísek na opracovávaných bocích zubů ozubeného kola (1), přičemž otočný pohyb ozubeného kola (1) a otočný pohyb brousicího nástroje (3) jsou prostřednictvím elektronického ovládání v souladu s poměrem jejich počtu zubů nuceně pohybově regulovány a k regulovanému otočnému pohybu ozubeného kola (1) nebo brousicího nástroje (3) je superponován předem stanovený přídavný otočný pohyb, vyznačující se tím, že v první pracovní operaci se otočí ozubené kolo (1), zabírající s brousicím nástrojem (3), nejméně o celou otáčku, při níž se brousicí nástroj (3) otáčí bez zatížení, nebo se otočí brousicí nástroj (3) o nejméně celou otáčku, při níž se zabírající ozubené kolo (1) otáčí bez zatížení, přičemž v průběhu celé otáčky vznikají odchylky otáčení od ideálního otáčení mezi ozubeným kolem (1) a mezi brousicím nástrojem (3), vyplývající z chybného

   -4CZ 284619 B6 ozubení, se měří a ukládají do paměti, načež ve druhé pracovní operaci se opracovává ozubené kolo (1) brousicím nástrojem (3), přičemž otočný pohyb ozubeného kola (1) a otočný pohyb brousicího nástroje (3) jsou elektronicky nuceně pohybově regulovány a elektronické řízení při nucené pohybové regulaci obou otočných pohybů přihlíží na v první pracovní operaci naměřené a do paměti uložené odchylky otáčeni tak, že se sčítají v souladu se zadáním jmenovité hodnoty pro úhlovou polohu regulovaného otočného pohybu ozubeného kola (1) nebo brousicího nástroje (3) s opačným znaménkem, přičemž k chybám ozubení, které má brousicí nástroj (3) a které se s výhodou zjistí odděleně na měřicím stroji, se přihlíží jak při samotné elektronické nucené pohybové regulaci, tak i při zjištění korekčních požadovaných hodnot.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že v návaznosti na druhou pracovní operaci se provede nové měření podle první pracovní operace, po němž pokračuje opracovávání podle druhé pracovní operace bez korekce úhlové polohy, pokud jsou naměřené odchylky otáčení od ideálního otáčení pod předem stanovenou maximální hodnotou, přičemž v opačném případě pokračuje opracovávání podle druhé pracovní operace, pro kterou se vezmou za základ nově naměřené odchylky otáčení.
3. 3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že pokud naměřené odchylky otáčení nejsou stále pod předem stanovenou maximální hodnotou, opakuje se sled operací podle způsobu nároku 2 tak dlouho, pokud k tomu nedojde.
4. 4. Způsob podle nároku 1, 2 nebo 3, vyznačující se tím, že korekce úhlové polohy regulované osy otáčení se omezí na úhlové oblasti, ve kterých naměřená odchylka od ideálního otáčení překračuje předem stanovenou hodnotu.