-
GEBIET
-
Die
vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zum Fertigbearbeiten
einer Zahnradoberfläche
und insbesondere auf ein Verfahren zum Fertigbearbeiten einer Zahnradoberfläche durch
Bestimmen eines tatsächlichen
Materialabtrags und einer tatsächlichen
Materialteilung.
-
HINTERGRUND
-
Die
Aussagen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen
in Bezug auf die vorliegende Offenbarung bereit und bilden nicht
unbedingt Stand der Technik.
-
In
vielen Anwendungen, einschließlich
Kraftfahrzeug-Getriebezahnradsätzen,
müssen
individuelle Zahnräder
Zahnradzähne
aufweisen, die präzise fertigbearbeitet
sind. Typischerweise wird der Materialabtrag für ein gegebenes Zahnrad vor
dem Fertigbearbeiten der Zahnradzahnoberflächen abgeschätzt. Derzeit
gibt es keine direkte Möglichkeit
zum Überprüfen, ob
die Materialabtrags- und Materialteilungsannahmen und -berechnungen
an fertigbearbeiteten Teilen von harten Zahnrädern korrekt sind. Die Materialteilung
wird von einer hinterschnittenen Größe abgeleitet und der Materialabtrag
wird durch Berechnungen auf der Basis von Messungen, die über Kugeln
durchgeführt
werden, abgeleitet, welcher an einer einzelnen Stelle in mittlerer
Zahnhöhe aufgenommen
wird. Bestenfalls ergeben Messungen über Kugeln und anschließende Berechnungen
nur einen mittleren Materialabtrag an dem Punkt, an dem die Kugel
die Flanken der Zahnradzähne
berührt
hat. Folglich sind keine Informationen über den Materialabtrag an irgendeinem
anderen Punkt der Zahnradflanke bekannt. Außerdem ermöglichen existierende Messungen
keine Überprüfung, ob
der Materialabtrag zwischen Zahnradfertigbearbeitungsmaschinen und
Produktionseinrichtungen am gleichen Teil gemeinsam ist. Ferner
ermöglichen
existierende Messungen keine Überprüfung, ob
der harte Fertigbearbeitungsvorgang die Materialteilung der linken
zur rechten Flanke korrekt durchführt.
-
Falsche
Materialabtrags- und Materialteilungsberechnungen erhöhen die
Kosten und verringern die Haltbarkeit von fertigbearbeiteten Teilen. Hinsichtlich
der Haltbarkeit hat die Fähigkeit,
den Materialabtrag und die Materialteilung zu quantifizieren/zu
steuern, eine Auswirkung auf die Gleichmäßigkeit der Einsatzhärtungstiefe
und Druckeigenspannung, die sich direkt auf die Lochfraßlebensdauer
an aufgekohlten Zahnrädern
bezieht. Hinsichtlich der Kosten verringert die Optimierung des
Materialabtrags und der Materialteilung die Werkzeugkosten, was
dadurch den Stückpreis
senkt. Folglich besteht auf dem Fachgebiet ein Bedarf an einem verbesserten
Verfahren zum Bestimmen des Materialabtrags und der Materialteilung
eines Zahnrades.
-
ZUSAMMENFASSUNG
-
Die
vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung eines
Zahnrades mit mehreren Zahnradzähnen.
Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Bestimmen einer gewünschten
Eigenschaft eines fertigbearbeiteten Zahnrades, Bestimmen eines
Referenzmerkmals an dem Zahnrad, um einen Ursprung am Zahnrad festzulegen,
Bestimmen einer unfertigen Abmessung einer Oberfläche von mindestens
einem der mehreren Zahnradzähne
relativ zum Ursprung, Abschätzen
eines gewünschten Materialabtrags,
der die gewünschte
Eigenschaft des fertigbearbeiteten Zahnrades erreicht, Fertigbearbeiten
des Zahnrades unter Verwendung eines Fertigbearbeitungswerkzeugs,
Bestimmen einer fertigbearbeiteten Abmessung der Oberfläche des
mindestens einen der mehreren Zahnradzähne relativ zum Ursprung, Bestimmen
des tatsächlichen
Materialabtrags durch Vergleichen der unfertigen Abmessung mit der
fertigbearbeiteten Abmessung und Vergleichen des tatsächlichen
Materialabtrags mit dem gewünschten
Materialabtrag.
-
In
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das Bestimmen
des Referenzmerkmals ferner das Markieren des Werkstücks.
-
In
einem nochmals weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst
das Bestimmen des Referenzmerkmals ferner das Identifizieren eines
vorher existierenden Merkmals am Zahnrad.
-
In
einem nochmals weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst
das Verfahren ferner das Einstellen des Fertigbearbeitungsvorgangs,
um den gewünschten
Materialabtrag während
des Fertigbearbeitungsvorgangs zu erreichen.
-
In
einem nochmals weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst
das Einstellen des Fertigbearbeitungsvorgangs ferner das Ändern der
im Fertigbearbeitungsvorgang erzeugten Zielgröße.
-
In
einem nochmals weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst
das Verfahren ferner das Bestimmen der tatsächlichen Materialteilung durch
Vergleichen des tatsächlichen
Materialabtrags eines Paars von benachbarten Oberflächen der
mehreren Zahnradzähne.
-
In
einem nochmals weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst
das Verfahren ferner das Einstellen des Fertigbearbeitungsvorgangs,
um die gewünschte
Materialteilung im Fertigbearbeitungsvorgang zu erreichen.
-
In
einem nochmals weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst
das Einstellen des Fertigbearbeitungsvorgangs das Kompensieren einer Synchronisationsvariation
und Ablenkung des Fertigbearbeitungswerkzeugs unter Verwendung von
Maschinensteuerung.
-
In
einem nochmals weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die
unfertige Abmessung ein unfertiges Profil und die fertigbearbeitete
Abmessung ist ein fertigbearbeitetes Profil, das Bestimmen des unfertigen
und des fertigbearbeiteten Profils umfasst ferner das Abtasten der
Oberfläche
von einem Fuß zu
einer Spitze von mindestens einem der mehreren Zahnradzähne.
-
In
einem nochmals weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst
das Verfahren ferner das Bestimmen von mindestens drei unfertigen Oberflächenprofilen
und mindestens drei fertigbearbeiteten Oberflächenprofilen der Oberfläche des
mindestens einen der mehreren Zahnradzähne.
-
In
einem nochmals weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst
das Verfahren ferner das Abtasten der Oberfläche entlang einer Länge von mindestens
einem der mehreren Zahnradzähne.
-
In
einem nochmals weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst
das Verfahren ferner das Bestimmen im Wesentlichen einer ganzen
Oberflächentopographie
von mindestens einem der mehreren Zahnradzähne.
-
In
einem nochmals weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst
das Verfahren ferner das Einstellen einer Rohbearbeitungswerkzeugausrüstung auf
der Basis des tatsächlichen
Materialabtrags.
-
In
einem nochmals weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst
das Verfahren ferner das Einstellen von Prozessparametern auf der
Basis des tatsächlichen
Materialabtrags.
-
In
einem nochmals weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst
das Verfahren ferner das Einstellen einer Wärmebehandlung eines unfertigen
Zahnrades auf der Basis des tatsächlichen
Materialabtrags.
-
In
einem nochmals weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung liegen
das unfertige Oberflächenprofil
und das fertigbearbeitete Oberflächenprofil
in einer gleichen Ebene.
-
In
einem nochmals weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst
der Fertigbearbeitungsschritt ferner einen Zahnradhonungsprozess.
-
In
einem nochmals weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst
das Fertigbearbeiten des Zahnrades ferner einen Zahnradschleifprozess.
-
In
einem nochmals weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst
das Fertigbearbeiten des Zahnrades ferner einen Zahnradnachschneideprozess.
-
In
einem nochmals weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein
Verfahren zum Fertigbearbeiten eines Zahnrades nach einem Rohbearbei tungsprozess
geschaffen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Bestimmen
einer gewünschten
Eigenschaft eines fertigbearbeiteten Zahnrades, Bestimmen eines
Referenzmerkmals an dem Zahnrad, um einen Ursprung festzulegen,
Bestimmen einer Abmessung einer unfertigen Oberfläche von
mindestens einem der mehreren Zahnradzähne relativ zum Ursprung, Abschätzen eines
gewünschten
Materialabtrags vom Zahnrad, der die gewünschte Eigenschaft des fertigbearbeiteten
Zahnrades erreicht, Fertigbearbeiten des Zahnrades unter Verwendung eines
Fertigbearbeitungswerkzeugs, Bestimmen einer Abmessung der fertigbearbeiteten
Oberfläche von
mindestens einem der mehreren Zahnradzähne relativ zum Ursprung, Bestimmen
des tatsächlichen Materialabtrags
im Fertigbearbeitungsprozess durch Vergleichen der unfertigen Abmessung
mit der fertigbearbeiteten Abmessung, Vergleichen des tatsächlichen
Materialabtrags mit dem gewünschten
Materialabtrag und Einstellen von mindestens einem des Rohbearbeitungsprozesses
und der Fertigbearbeitung des Zahnrades, um den gewünschten
Materialabtrag durch Fertigbearbeiten des Zahnrades zu erreichen.
-
In
einem nochmals weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die
Abmessung der unfertigen Oberfläche
ein unfertiges Oberflächenprofil
und die Abmessung der fertigbearbeiteten Oberfläche ist ein fertigbearbeitetes
Oberflächenprofil.
-
In
einem nochmals weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung liegen
das unfertige Oberflächenprofil
und das fertigbearbeitete Oberflächenprofil
in einer gleichen Ebene.
-
In
einem nochmals weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst
das Verfahren ferner das Bestimmen der tatsächlichen Materialteilung durch
Vergleichen des tatsächlichen
Materialabtrags eines Paars von benachbarten Oberflächen der
mehreren Zahnradzähne.
-
In
einem nochmals weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst
das Verfahren ferner das Einstellen des Fertigbearbeitungsvorgangs,
um die gewünschte
Materialteilung im Fertigbearbeitungsvorgang zu erreichen.
-
Weitere
Anwendungsgebiete werden aus der hierin gegebenen Beschreibung ersichtlich. Selbstverständlich sind
die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur für Erläuterungszwecke bestimmt
und sollen den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung nicht
begrenzen.
-
ZEICHNUNGEN
-
Die
hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur Erläuterungszwecken und sollen
den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung keineswegs begrenzen.
-
1 ist
eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Zahnrades, das
gemäß den Prinzipien der
vorliegenden Erfindung hergestellt ist;
-
2 ist
eine Querschnittsansicht eines Zahnradzahns von 1;
und
-
3 ist
ein Ablaufplan eines Verfahrens zum Fertigbearbeiten des in 1 und 2 dargestellten
Zahnrades gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
-
Die
folgende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft
und soll die vorliegende Offenbarung, die Anwendung oder die Verwendungen
nicht begrenzen.
-
In 1 ist
ein beispielhaftes Werkstück
zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet.
In dem bereitgestellten Beispiel ist das Werkstück 10 ein zylindrisches Zahnrad,
obwohl das Werkstück 10 andere
Typen von Zahnrädern
sein kann, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Das Werkstück 10 umfasst
eine erste Seite 12, die entgegengesetzt zu einer zweiten
Seite 14 angeordnet ist. Das Werkstück 10 umfasst ferner
eine innere Oberfläche 16 und
eine äußere Oberfläche 18.
Mehrere Zahnradzähne 20 sind
an der äußeren Oberfläche 18 angeordnet.
Jeder Zahnradzahn 20 erstreckt sich von der ersten Seite 12 zur
zweiten Seite 14. In dem bereitgestellten Beispiel sind
die Zahnradzähne 20 in
einem Winkel in Bezug auf die erste Seite 12 und die zweite
Seite 14 angeordnet (d. h. die Zahnradzähne 20 sind schraubenlinienförmige Zahnradzähne). Es sollte
jedoch erkannt werden, dass die Zahnradzähne 20 in anderen
Konfigurationen und Winkeln an der äußeren Oberfläche 18 oder
an der inneren Oberfläche 16 angeordnet
sein können,
ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die Zahnradzähne 20 wirken
typischerweise mit anderen Zahnradzähnen an anderen Zahnrädern (nicht
dargestellt) zusammen, um Zahnradsätze zu bilden, die funktionsfähig sind,
um ein Drehmoment dazwischen zu übertragen.
Eine Referenzmarkierung oder ein Referenzmerkmal 22 wird
unter Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung an der
ersten Seite 12 bestimmt, wie in 1A gezeigt
und wie nachstehend genauer beschrieben wird. In dem bereitgestellten
Beispiel ist das Referenzmerkmal 22 ein geschnittener Abschnitt
oder eine Kerbe, der/die an der ersten Seite 12 des Werkstücks 10 angeordnet
ist. Das Referenzmerkmal 22 erstreckt sich vorzugsweise
von der inneren Oberfläche 16 zur äußeren Oberfläche 18 und
ist auf einen der mehreren Zahnradzähne 20 ausgerichtet.
Das Referenzmerkmal 22 kann jedoch eine beliebige Form
aufweisen, sich an einem beliebigen Ort am Werkstück 10 befinden
und kann ein vorher existierendes Merkmal am Werkstück 10 sein,
solange das Referenzmerkmal 22 die Orientierung des Werkstücks 10 vor
und nach einem Fertigbearbeitungsprozess identifiziert.
-
In 2 ist
nun einer der mehreren Zahnradzähne 20 in
einer Querschnittsansicht in der Linie A-A gezeigt. Der Zahnradzahn 20 weist
eine erste Flanke 24, die entgegengesetzt zu einer zweiten Flanke 26 angeordnet
ist, auf. Die erste Flanke 24 ist zwischen einer Zahnradspitze 28 und
einem Fußabschnitt 30 angeordnet.
Vor dem Zahnradfertigbearbeitungsprozess weist die erste Flanke 24 ein
erstes unfertiges Oberflächenprofil 32 auf.
Das unfertige Oberflächenprofil 32 stellt
die raue, unfertige Oberfläche
der ersten Flanke 24 nach dem Ausbilden oder Wälzfräsen des
Werkstücks 10 dar.
Es sollte erkannt werden, dass das erste unfertige Oberflächenprofil 32,
das in 2 dargestellt ist, beispielhaft ist und die erste
Flanke 24 irgendein unfertiges Profil aufweisen kann, ohne
vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Nach dem
Zahnradfertigbearbeitungsprozess der vorliegenden Erfindung weist die
erste Flanke 24 ein erstes fertigbearbeitetes Oberflächenprofil 34 auf.
Das erste fertigbearbeitete Oberflächenprofil 34 stellt
die glatte, fertigbearbeitete Oberfläche der ersten Flanke 24 nach
der Entfernung von Material von der ersten Flanke 24 des
Werkstücks 10 dar.
-
Die
zweite Flanke 26 ist auch zwischen der Zahnradspitze 28 und
dem Fußabschnitt 30 angeordnet.
Vor dem Zahnradfertigbearbeitungsprozess weist die zweite Flanke 26 ein
zweites unfertiges Oberflächenprofil 36 auf.
-
Das
unfertige Oberflächenprofil 36 stellt
die raue, unfertige Oberfläche
der zweiten Flanke 26 nach dem Ausbilden oder Wälzfräsen des
Werkstücks 10 dar.
Es sollte erkannt werden, dass das in 2 dargestellte
zweite unfertige Oberflächenprofil 36 beispielhaft
ist und die zweite Flanke 26 irgendein unfertiges Profil
aufweisen kann, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung
abzuweichen. Nach dem Zahnradfertigbearbeitungsprozess der vorliegenden
Erfindung weist die zweite Flanke 26 ein zweites fertigbearbeitetes
Oberflächenprofil 38 auf.
Das zweite fertigbearbeitete Oberflächenprofil 38 stellt
die glatte, fertigbearbeitete Oberfläche der zweiten Flanke 26 nach
der Entfernung von Material von der zweiten Flanke 26 des
Werkstücks 10 dar.
-
Die
erste Flanke 24 weist ein erstes mittleres unfertiges Oberflächenprofil
auf, das durch das Bezugszeichen 40 gekennzeichnet ist,
und die zweite Flanke 26 weist ein zweites mittleres unfertiges
Oberflächenprofil
auf, das durch das Bezugszeichen 42 gekennzeichnet ist.
Im bereitgestellten Beispiel sind das erste mittlere unfertige Oberflächenprofil 40 und das
zweite mittlere unfertige Oberflächenprofil 42 Regressionslinien
zweiter Ordnung ihrer jeweiligen unfertigen Profile. Es sollte jedoch
erkannt werden, dass andere Mittelungsverfahren verwendet werden können, ohne
vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
-
Der
Materialabtrag von der ersten Flanke 24 ist als Bereich
zwischen dem ersten unfertigen Oberflächenprofil 32 und
dem ersten fertigbearbeiteten Oberflächenprofil 34 definiert.
Mit anderen Worten, der Materialabtrag ist die Menge an Material
vom Zahnradzahn 20, das von der ersten Flanke 24 während des
Oberflächenfertigbearbeitungsprozesses entfernt
wird. Der Materialabtrag von der zweiten Flanke 26 ist
als Bereich zwischen dem zweiten unfertigen Oberflächenprofil 36 und
dem zweiten fertigbearbeiteten Oberflächenprofil 38 definiert.
Der mittlere Materialabtrag von der ersten Flanke 24 ist
als Bereich zwischen dem ersten mittleren unfertigen Oberflächenprofil 40 und
dem ersten fertigbearbeiteten Oberflächenprofil 34 definiert.
Der mittlere Materialabtrag von der zweiten Flanke 26 ist
als Bereich zwischen dem zweiten mittleren unfertigen Oberflächenprofil 42 und
dem zweiten fertigbearbeiteten Oberflächenprofil 38 definiert.
Es sollte erkannt werden, dass der Materialabtrag für andere
Abmessungen als ein ganzes Profil berechnet werden kann, ohne vom
Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
-
Die
tatsächliche
Materialteilung 44 ist die Mittellinie zwischen dem ersten
unfertigen Oberflächenprofil 32 und
dem zweiten unfertigen Oberflächen-Profil 36 und
wird aus dem mittleren Materialabtrag der Flanken 24 und 26 berechnet,
wie nachstehend genauer beschrieben wird. Im Vergleich zu den fertigbearbeiteten
Oberflächenprofilen 34 und 38 gibt die
tatsächliche
Materialteilung 44 an, wie gleichmäßig das Fertigbearbeitungswerkzeug
Material von den Flanken 24 und 26 von irgendeinem
der mehreren Zahnradzähne 20 entfernt.
Die Materialabtrags- und Materialteilungsberechnungen werden während des
Fertigbearbeitungsprozesses verwendet, wie nachstehend genauer beschrieben
wird.
-
Wenn
man sich nun 3 zuwendet, und mit fortgesetztem
Bezug auf 1 und 2 ist ein
Verfahren zum Fertigbearbeiten der äußeren Oberfläche 18 des
Werkstücks 10 im
Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 100 gekennzeichnet. Das
Verfahren 100 beginnt in Schritt 102, in dem gewünschte Eigenschaften
des Werkstücks
bestimmt werden. Die gewünschten
Eigenschaften stellen die endgültigen
Eigenschaften des Werkstücks
nach dem Fertigbearbeitungsvorgang dar. Die Eigenschaften umfassen die
Zahnradform, den Zahnabstand und die Zahnoberflächenhärte sind jedoch nicht darauf
begrenzt.
-
Als
nächstes
wird in Schritt 104 ein unfertiges Werkstück 10 bereitgestellt.
Das Werkstück 10 weist
Zahnradzähne 20 jeweils
mit den unfertigen Oberflächenprofilen 32 und 36 auf.
Ein unfertiges Werkstück 10 ist
im Allgemeinen ein Zahnrad nach einem Rohschnitt mit einem Rohbearbeitungswerkzeug.
Wie vorstehend festgestellt, sind die in 2 dargestellten
unfertigen Oberflächenprofile 32 und 36 beispielhaft
und können
zwischen individuellen Zahnradzähnen
und zwischen individuellen Werkstücken 10 variieren.
-
In
Schritt 106 wird das Referenzmerkmal 22 am Werkstück 10 bestimmt.
Das Referenzmerkmal 22 kann in das Werkstück 10 geschnitten
werden oder kann an anderen Stellen und durch andere Verfahren ausgebildet
oder aufgebracht werden, solange das Referenzmerkmal 22 einen
speziellen Ort am Werkstück
oder eine spezielle Orientierung des Werkstücks 10 vor und nach
dem Fertigbearbeitungsprozess identifiziert. Außerdem kann das Referenzmerkmal 22 im
Werkstück 10 vorher
existieren. Folglich dient das Referenzmerkmal 22 als Ursprungsmerkmal
am Werkstück 10,
um ein Messsystem oder Koordinatenachsen festzulegen.
-
Als
nächstes
wird in Schritt 108 die Abmessung der unfertigen Oberfläche des
Zahnradzahns 20 relativ zum Referenzmerkmal 22 bestimmt.
Die Bestimmung wird vorzugsweise durch zweckgebundene Zahnradmessmaschinen
wie z. B. jene, die von Gleason-M&M,
Klingelnberg, Process Equipment Co., Wentzel und Zeiss hergestellt
werden, durchgeführt.
Zahnradmessmaschinen von vielen anderen Herstellern können jedoch
verwendet werden. Die Zahnradmessmaschine umfasst im Allgemeinen
ein Messwerkzeug und einen Controller, der verwendet wird, um die
Abmessung von mindestens einem der mehreren Zahnradzähne 20,
einschließlich
beider Flanken 24 und 26, zu bestimmen. Das Messwerkzeug
kann eine Vorrichtung sein, um die Oberfläche des Zahnrades physika lisch
abzutasten, oder es kann eine kontaktlose Messvorrichtung sein.
Es sollte jedoch erkannt werden, dass Maschinen mit anderen Messvorrichtungen
verwendet werden können, ohne
vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Der Controller
ist vorzugsweise eine elektronische Vorrichtung mit einem vorprogrammierten
digitalen Computer oder Prozessor, einer Steuerlogik, einem Speicher,
der zum Speichern von Daten verwendet wird, und mindestens einem
E/A-Peripheriegerät.
Andere Typen von Controllern können
jedoch verwendet werden, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden
Erfindung abzuweichen. Im bereitgestellten Beispiel bestimmt die
Zahnradmessmaschine mehrere Abmessungen durch Abtasten oder Messen
der Oberflächenprofile 32 und 36 des
Werkstücks 10 vom
Fuß 30 zur
Spitze 28 von mindestens einem der mehreren Zahnradzähne 20.
In einem anderen Beispiel wird der Zahnradzahn 20 auch
von der ersten Seite 12 zur zweiten Seite 14 (d.
h. entlang der Länge
des Zahnradzahns 20) abgetastet. Die Zahnradmessmaschine
tastet das Oberflächenprofil 32 dreimal
in diskreten Ebenen entlang der Länge des Zahnradzahns 20 ab.
Das Kombinieren der Spuren des Oberflächenprofils 32 mit
der Spur der Zahnradoberfläche
entlang der Länge
des Zahnradzahns ermöglicht
eine Interpolation der ganzen Oberflächentopographie. Die vorliegende
Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung von Profilen oder
Topographien begrenzt und das Verfahren kann die Abmessung unter
Verwendung von nicht mehr als einem einzelnen Punkt an der Flanke
bestimmen, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Folglich sollte erkannt werden, dass andere Verfahren zum Bestimmen
der Oberflächenabmessung
des Zahnradzahns, wie z. B. Durchführen von Lasermessungen, Aufgreifen
von diskreten Punkten auf der Oberfläche und Ableiten des Oberflächenprofils
zwischen diesen diskreten Punkten, oder Aufnehmen von weniger oder
mehr Datenpunkten, verwendet werden können, ohne vom Schutzbereich
der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
-
In
Schritt 110 wird die in Schritt 108 bestimmte
Abmessung der unfertigen Oberfläche
in einem Computer oder einem anderen Controller gespeichert, der
mit der Zahnradmessmaschine in Kommunikation steht. Die Abmessungen
werden als Orte relativ zum Referenzmerkmal 22 gespeichert.
Es sollte jedoch erkannt werden, dass andere Koordinatensysteme
verwendet werden können,
wenn sie auf der Basis des Orts des Referenzmerkmals 22 identifizierbar
sind. Wenn die minimale und die maximale Abmessung erwünscht sind,
können
sie auf der Basis der gespeicherten Daten berechnet werden.
-
Abschätzungen
eines gewünschten
Materialabtrags und einer gewünschten
Materialteilung werden in Schritt 111 bestimmt. Der gewünschte Materialabtrag
ist die abgeschätzte
gewünschte
Menge an Material, das von den Flanken 24 und 26 während des
Fertigbearbeitungsprozesses entfernt werden soll, um zu versuchen,
die gewünschten
Zahnradeigenschaften zu erzeugen. Die gewünschte Materialteilung ist
die gewünschte
Anordnung des Fertigbearbeitungswerkzeugs zwischen den mehreren
Zahnradzähnen 20,
um die gewünschten
Zahnradeigenschaften zu erzeugen. In dem bereitgestellten Beispiel
basieren die Abschätzungen
auf Industrieformeln zum Bestimmen von erwarteten mittleren unfertigen
Profilen 40 und 42 auf der Basis von Rohbearbeitungs-
und anderen Prozessen, die durchgeführt werden, um das unfertige
Werkstück 10 zu
erhalten. Die Abschätzungen
können
jedoch auf den tatsächlichen
unfertigen Oberflächenprofilen 32 und 36 basieren,
die aus Schritt 108 bestimmt werden. Der abgeschätzte Materialabtrag
und die abgeschätzte
Materialteilung werden so ausgewählt,
dass ein fertigbearbeitetes Oberflächenprofil an den mehreren
Zahnradzähnen 20 erzeugt
wird, das mit den Konstruktionsanforderungen des Werkstücks 10 konsistent
ist.
-
Die
Werkzeugausrüstung
und die Maschinen, die verwendet werden, um das Werkstück 10 fertig
zu bearbeiten, werden in Schritt 112 eingerichtet, um den
abgeschätzten
Materialabtrag zu entfernen und die gewünschte Materialteilung zu erreichen.
Die Einrichtung umfasst im Allgemeinen Vorgänge wie z. B. Bestimmen der
im Vorgang erzeugten Zielgröße und Kalibrieren
der Fertigbearbeitungsmaschinenanlage, um das Material korrekt zu
teilen. Sobald die Einrichtung vollständig ist, wird das Werkstück 10 vorzugsweise
in der Zahnradfertigbearbeitungs-Maschinenanlage angeordnet.
-
Eine
ideale Menge an Material soll während des
Fertigbearbeitungsprozesses entfernt werden. Die ideale Menge würde genügend Material
entfernen, um die Oberfläche
fertig zu bearbeiten, sie würde
jedoch nicht zu viel Material abnehmen, was das Fertigbearbeitungswerkzeug
schneller abnützt
und die in vorherigen Wärmebehandlungsprozessen
erzeugte Oberflächenhärte verringert.
Der gewünschte Materialabtrag
und die Werkzeugeinrichtung bestimmen, wie nahe am Ideal der Materialabtrag
und die Materialteilung in einem Fertigbearbeitungsprozess liegen.
-
In
Schritt 114 wird das Werkstück 10 in einem Zahnradfertigbearbeitungsvorgang
fertigbearbeitet. Der Zahnradfertigbearbeitungsvorgang kann Zahnradhonen,
Zahnradschleifen, Zahnradnachschneiden oder andere bekannte oder
unbekannte Zahnradfertigbearbeitungsvorgänge umfassen, die Material
von der äußeren Oberfläche 18 des
Werkstücks 10 entfernen.
Sobald der Fertigbearbeitungsvorgang vollendet ist, weisen die Zahnradzähne 20 des
Werkstücks 10 die
fertigbearbeiteten Oberflächenprofile 34 und 38 auf.
Vorzugsweise wird der Fertigbearbeitungsvorgang des harten Zahnrades wie
bei der normalen Produktion ohne irgendeine spezielle Einrichtung
oder spezielle Zyklen auf der Basis der aus Schritt 108 erhaltenen
Messungen ausgeführt.
-
Als
nächstes
wird in Schritt 116 die Abmessung der fertigbearbeiteten
Oberfläche
des Werkstücks 10 relativ
zum Referenzmerkmal 22 bestimmt. Die Abmessung der fertigbearbeiteten
Oberfläche wird
durch Abtasten entlang der Oberfläche des Zahnradzahns bestimmt,
wie es in Schritt 108 an der unfertigen Oberfläche durchgeführt wurde.
Die Abmessung der fertigbearbeiteten Oberfläche wird an denselben Flanken 24 und 26 desselben
Zahnradzahns oder an mehreren Zahnradzähnen 20, die in Schritt 108 gemessen
wurden, bestimmt. Die Messung der Abmessung der fertigbearbeiteten
Oberfläche
wird vorzugsweise durch dieselbe Zahnradmessmaschine wie in Schritt 108 durchgeführt. Es
sollte jedoch erkannt werden, dass eine andere Zahnradmessmaschine
verwendet werden kann. In Schritt 118 werden die Bestimmungen
aus Schritt 116 in einem Computer oder einem anderen Controller
in Kommunikation mit der Zahnradmessmaschine gespeichert. Die Bestimmungen
werden als Orte relativ zum Referenzmerkmal 22 gespeichert.
Es sollte jedoch erkannt werden, dass andere Koordinatensysteme
verwendet werden können,
wenn sie auf der Basis des Orts des Referenzmerkmals 22 identifizierbar
sind.
-
Als
nächstes
wird in Schritt 120 die Abmessung der unfertigen Oberfläche, die
in Schritt 110 gespeichert wurde, mit der in Schritt 118 gespeicherten Abmessung
der fertigbearbeiteten Oberfläche
verglichen, um in Schritt 122 den tatsächlichen Materialabtrag und
in Schritt 124 die tatsächliche
Materialteilung zu berechnen. Um das tatsächliche abgetragene Material
zu berechnen, berechnet der Controller insbesondere das Volumen
zwischen der Abmessung der unfertigen Oberfläche und der Abmessung der fertigbearbeiteten
Oberfläche
derselben Zahnradflanke. Im bereitgestellten Beispiel wird der mittlere
Materialabtrag eines Profils durch Berechnen eines mittleren unfertigen
Oberflächenprofils 40 und
Auffinden des Bereichs zwischen diesem mittleren unfertigen Oberflächenprofil 40 und
dem fertigbearbeiteten Oberflächenprofil 34 berechnet.
Der mittlere Materialabtrag kann jedoch auf weniger individuellen
Datenpunkten basieren und kann die Schraubenlinienabmessung beinhalten,
ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die
tatsächliche
Materialteilung für
ein gegebenes Profil wird berechnet, indem zuerst die Mittellinie 43 des fertigbearbeiteten
Zahns zwischen den fertigbearbeiteten Oberflächenprofilen 34 und 38 aufgefunden wird.
Die Mittellinie 43 des fertigbearbeiteten Zahns wird dann
durch die Differenz zwischen dem mittleren Materialabtrag der linken
Flanke und dem mittleren Materialabtrag der rechten Flanke eingestellt.
Die eingestellte Linie stellt die tatsächliche Materialteilung 44 für den Zahnradzahn 20 dar.
Die tatsächliche Materialteilung 44 stellt
dar, wie gleichmäßig der
Fertigbearbeitungsprozess Material von den Flanken 24 und 26 von
jedem der Zahnradzähne 20 entfernt.
Es sollte erkannt werden, dass andere Verfahren zum Auffinden der
tatsächlichen
Materialteilung unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Messungen verwendet
werden können,
ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die
Schritte 120 bis 124 können an so vielen Abmessungen von
so vielen Zahnradzähnen 20 wie
erwünscht
wiederholt werden oder können
weniger als vollständige Profile
oder die ganzen Oberflächentopographien
in den Berechnungen verwenden, um das Gesamtvolumen des vom Zahnradzahn 20 entfernten
Materials zu bestimmen. Das Wiederholen der Berechnungen über die
ganze topographische Messung der Zahnflanke würde beispielsweise den Materialabtrag
für die
ganze Oberfläche
der Zahnradflanke ergeben. Selbstverständlich kann einer der Schritte 122 und 124 durchgeführt werden,
ohne den anderen durchzuführen,
wenn nur eines der Ergebnisse erwünscht ist.
-
In
Schritt 126 werden der in Schritt 122 bestimmte
tatsächliche
Materialabtrag und die in Schritt 124 bestimmte tatsächliche
Materialteilung mit dem abgeschätzten
Materialabtrag und der gewünschten Materialteilung
aus Schritt 102 verglichen. Wenn der abgeschätzte Materialabtrag
und die gewünschte Materialteilung
im Wesentlichen dieselben wie der tatsächliche Materialabtrag und
die tatsächliche
Materialteilung sind, dann werden der abgeschätzte Materialabtrag und die
abgeschätzte
Materialteilung und daher die Maschineneinrichtung als genau bestätigt und
das Verfahren 100 endet. Wenn der abgeschätzte Materialabtrag
und die gewünschte
Materialteilung vom tatsächlichen
Materialabtrag und von der tatsächlichen
Materialteilung verschieden sind, dann geht das Verfahren 100 zu
Schritt 128 weiter, in dem die Werkzeugausrüstung eingestellt
wird. Folglich werden die zum Fertigbearbeiten des Werkstücks 10 verwendeten
Werkzeugmaschinen auf der Basis der Differenz zwischen dem gewünschten
Materialabtrag und dem tatsächlichen
Materialabtrag sowie der Differenz zwischen der gewünschten
Materialteilung und der tatsächlichen
Materialteilung eingestellt. Die Einstellungen an der Werkzeugausrüstung, um
den modifizierten Materialabtrag zu berücksichtigen, umfassen das Ändern der
im Vorgang erzeugten Zielgröße, das Ändern der
Wärmebehandlung
des Zahnrades nach dem Rohschneiden und/oder Änderungen an der Rohbearbeitungswerkzeugausrüstung, was
die rohe Zahnoberfläche
modifizieren würde.
Die Einstellungen an der Werkzeugausrüstung zur Berücksichtigung
der modifizierten Materialteilung umfassen das Einstellen der Maschinensteuerung,
um das Werkstück
und die Werkzeugspindeln besser zu synchronisieren. Es sollte erkannt
werden, dass andere Annahmen und Berechnungen auf der Basis der Daten
des tatsächlichen
Materialabtrags und der tatsächlichen
Materialteilung eingestellt werden können, ohne vom Schutzbereich
der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Das Verfahren 100 kann
iterativ an mehreren Werkstücken 10 verwendet
werden, um die Annahmen des abgeschätzten Materialabtrags und der
abgeschätzten
Materialteilung für
den Fertigbearbeitungs prozess zu verbessern, und/oder einmal an
jeder Fertigbearbeitungsmaschine verwendet werden, um individuelle
Maschinen zu kalibrieren.
-
Die
Beschreibung der Erfindung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft
und Veränderungen, die
nicht von der allgemeinen Idee der Erfindung abweichen, sollen innerhalb
des Schutzbereichs der Erfindung liegen. Solche Veränderungen
sollen nicht als Abweichung vom Gedanken und Schutzbereich der Erfindung
betrachtet werden.