DE102012015846A1

DE102012015846A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Hartfeinbearbeiten von modifizierten Verzahnungen

Info

Publication number: DE102012015846A1
Application number: DE102012015846A
Authority: DE
Inventors: Hansjörg Geiser; Robert Würfel
Original assignee: Liebherr Verzahntechnik GmbH
Current assignee: Liebherr Verzahntechnik GmbH
Priority date: 2012-04-17
Filing date: 2012-08-08
Publication date: 2013-10-17
Also published as: KR20140106486A; CN103372688B; US10173278B2; CN103372688A; KR102038860B1; CN107186288A; CH715895B1; JP2013220530A; CH706396B1; US20130280990A1; CN107186288B; JP6466523B2; KR20130117680A; JP2017205871A; US20190111505A1; JP6181408B2; CH706396A2; US11253937B2; KR101743990B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Herstellung eines Werkstückes mit korrigierter Verzahnungsgeometrie und/oder modifizierter Oberflächenstruktur, insbesondere durch einen Hartfeinbearbeitungsprozess, insbesondere durch Wälzschleifen oder Honen. Dabei ist vorgesehen, dass mittels gezielter Erzeugung einer Taumelbewegung und/oder einer Exzentrizität des Werkzeuges erreicht wird, dass eine Modifikation, insbesondere eine Profilmodifikation oder -welligkeit und/oder eine definierte periodische Flankenwelligkeit, auf der aktiven Oberfläche des damit bearbeiteten Werkstückes erzeugt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Herstellung eines Werkstückes mit korrigierter Verzahnungsgeometrie und modifizierter Oberflächenstruktur.
Bei geräuschkritischen Anwendungen in hochbelasteten Getrieben finden zunehmen topologisch korrigierte und in ihrer Oberflächenstruktur modifizierte Verzahnungen Anwendung. Das Geräuschverhalten bekannter Getriebe wird maßgeblich von der Anregung aus der vorgesehenen Verzahnung beeinflusst. Dieser Einfluss der Verzahnungsgeometrie auf das Anregungsverhalten erklärt sich durch gewisse Hauptgeometriekenngrößen, wie Profil und Sprungüberdeckung, sowie durch die Form der Zahnflankentopologie. Zudem kann sich jede auch nur geringfügige Herstellabweichung von der festgesetzten Zahnflankentopologie nachteilig auf das Anregungsverhalten auswirken.
Derzeit ist man bestrebt, mit gezielten Flankenkorrekturen das Anregungsverhalten zu optimieren um somit das Geräuschverhalten gewisser Getriebearten zu verbessern.
Bei geräuschkritischen Verzahnungen kann dabei gezielt eine Welligkeit auf der Zahnflanke gewünscht sein, um das Geräuschanregungsverhalten der Zahnradpaarung zu reduzieren oder zu verhindern.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, dem Fachmann ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks mit modifizierter Oberflächenstruktur und korrigierter Verzahnungsgeometrie an die Hand zu geben, welches eine eine Modifikation, insbesondere eine Profilmodifikation oder -welligkeit und/oder eine definierte periodische Flankenwelligkeit, auf der aktiven Oberfläche des damit bearbeiteten Werkstückes erzeugt bzw. eine ungewollte Flankenwelligkeit modifiziert oder verhindert.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen eines Werkstücks gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens sind Gegenstand der sich anschließenden abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung umfasst dabei ein Verfahren für die Herstellung eines Werkstückes insbesondere durch Wälzschleifen oder Verzahnungshonen, bei welchem mittels gezielter Erzeugung einer Taumelbewegung und/oder einer Exzentrizität des Schleif- oder Honwerkzeuges erreicht wird, dass eine Modifikation, insbesondere eine Profilmodifikation oder -welligkeit und/oder eine definierte periodische Flankenwelligkeit, auf der aktiven Oberfläche des damit geschliffenen oder gehonten Werkstückes erzeugt wird.
Insbesondere kann die erfindungsgemäße Profilmodifikation dazu genutzt werden, eine gewünschte Flankenwelligkeit auf der aktiven Oberfläche des Werkstückes zu erzeugen.
Die Profilmodifikation gemäß der vorliegenden Erfindung macht es aber ebenfalls möglich, eine periodische Flankenwelligkeiten an einem fertig bearbeiteten Werkstück zu vermessen und durch eine gegensinnige Korrektur gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren auszugleichen, zu modifizieren und/oder bei der Bearbeitung weiterer Werkstücke diese Korrekturen vorzusehen.
Erfindungsgemäß wird dabei in einer ersten Ausführungsform zur Herstellung eines Werkstücks mit korrigierter Verzahnungsgeometrie und modifizierter Oberflächenstruktur ein Verfahren zum Auswuchten des entsprechenden Schleifwerkzeuges vorgeschlagen, bei dem durch gezieltes einstellen einer Werkzeugwucht oder -unwucht eine periodische Flankenwelligkeit auf der aktiven Oberfläche des geschliffenen Werkstückes erzeugt wird. Dadurch wird die Oberflächengeometrie des bearbeiteten Werkstückes an die resultierende Anforderungen angepasst.
Alternativ kann der Abrichter für das Werkzeug so gesteuert werden, dass die Werkzeugoberfläche des Schleif- oder Honwerkzeuges eine entsprechende Struktur erhält, die in einem anschließenden Bearbeitungsprozess eine vergleichbare Oberflächengeometrie am bearbeiteten Werkstück erzeugt.
Insbesondere kann das Abrichtwerkzeug beim Abrichten und Profilieren des Hartfeinbearbeitungswerkzeuges so gesteuert werden, dass eine vorzugsweise periodische Flankenwelligkeit auf der Oberfläche des Werkzeuges erzeugt wird, die wiederum auf der aktiven Oberfläche der damit geschliffenen/gehonten Werkstücke eine vergleichbare periodische Flankenwelligkeit erzeugt.
Das in seiner Wucht/Unwucht und/oder Oberflächenstruktur modifizierte Werkzeug eignet sich insbesondere zum Schleifen oder Honen von zylindrischen Stirn- und/oder Schrägverzahnungen mit korrigierter Verzahnungsgeometrie und modifizierter Oberflächenstruktur. Diese Korrekturen lassen sich den Korrekturbewegungen wie sie zum Hartfeinbearbeitungen von Verzahnungen dem Stand der Technik entsprechen, überlagern. Dies gilt z. B. auch für ballige oder konische Verzahnungen wie z. B. Beveloidverzahnungen.
Grundsätzlich ist das Werkzeug eine Schleifschnecke oder ein Honring oder ein aussenverzahntes Honwerkzeug, dessen Oberflächenstruktur mit einem Verfahren nach dem Stand der Technik abgerichtet und profiliert wird.
Eine Unwucht vor allem am Schleifwerkzeug kann mehrere Ursachen haben. Damit ergeben sich auch mehrere Möglichkeiten gezielt die Wucht/Unwucht einzustellen oder zu erzeugen. Mögliche Ursachen für eine Unwucht sind z. B. die Werkzeugaufspannung, das Werkzeugdesign bzw. dessen Auslegung und/oder Dichteunterschiede im Werkzeugrohling. Außerdem kann die Unwucht ihre Ursache bei den Werkzeugen oder im Einsatz an dem unterschiedlich auf dem Umfang verteilten Aufnahmevermögen für Kühlschmiermittel haben.
Üblicherweise werden die Werkzeuge im Neuzustand auf externen Auswuchtmaschinen statisch und dynamisch ausgewuchtet. Hierzu werden meist Wuchtgewichte, die seitlich neben den Werkzeugen angebracht sind, so lange verschoben, bis die gewünschte Wuchtgüte erreicht wird. Diese Wuchtung kann je nach den Werkzeugabmessungen in einer oder zwei Ebenen erfolgen.
Zusätzlich werden die Werkzeuge später im Betrieb periodisch abgerichtet nachdem eine definierte Anzahl an Werkstücken mit dem Werkzeug bearbeitet wurde und das Werkzeug deshalb neu abgerichtet werden muss. Hierzu sind häufig in den Verzahnmaschinen oder in den Werkzeugaufnahmen Wuchtköpfe eingebaut die NC-gesteuert verstellt werden können, um so die Feinwuchtung innerhalb der Maschine auszuführen.
Aus diesen zwei Wuchtmethoden/-verfahren ergeben sich verschiedene Zeitpunkte zu denen Einfluss auf die Wuchtgüte genommen werden kann bzw. zu denen es sinnvoll ist das Werkzeug erfindungsgemäß in seiner Wuchtgüte einzustellen.
Bei Neuwerkzeugen kann die Ursache für die Werkzeugunwucht auch in einer außermittigen Werkzeugaufspannung liegen, da die Bohrung des Werkzeuges gegenüber dem aufnehmenden Dorn gewöhnlich ein, wenn auch geringes, Spiel aufweist. Diese Exzentrizität der Aufspannung wirkt sich hauptsächlich als statische Unwucht aus. Der sich aus dem Ausrichtzustand ergebende Werkzeugrundlauffehler wird beim anschließenden Erstabrichten in der Maschine eliminiert. Da dies wiederum Auswirkungen auf die Auswuchtgüte hat, wird diese Unwucht vorzugweise auf der externen Auswuchtmaschine korrigiert und nur in Ausnahmefällen zur erfindungsgemäßen Wuchteinstellung genutzt.
Anders sieht es mit der Unwucht aus der Schleifwerkzeugauslegung aus. Hier bestehen bessere Möglichkeiten die Wucht/Unwucht gezielt einzustellen.
Die Zähne am Schleifwerkzeug verlaufen in einer Wendelform um die Werkzeugachse herum. Je nach Werkzeugbreite und Werkzeugmodul enden die Werkzeuggänge im Winkel versetzt am Aussendurchmesser der Schleifschnecke. Wenn die Gänge um null Grad versetzt enden ergibt sich eine dynamische Unwucht, bei einem Versatz von 180 Grad ist eine statische Unwucht die Folge. Enden die Schneckengänge an zwischenliegenden Winkelpositionen ergibt sich eine Mischung aus statischer und dynamischer Unwucht. Dieser Einfluss gilt nur bei eingängigen Schleifschnecken.
Bisher wird die nutzbare Schneckenbreite des zylindrischen Schleifschneckenrohlings üblicherweise so gewählt, dass die durch Ganggeometrie bedingte dynamische Unwucht minimal wird.
Im Sinne der Erfindung kann nun aber die Breite bei der Herstellung des Neuwerkzeuges auch gezielt so gewählt werden, dass die Gangenden der Schleifschnecke an unterschiedlichen Winkelpositionen am Werkzeugaussendurchmesser angeordnet sind und so das Schleifwerkzeug eine definierte systemimmanente dynamische Grund-Wucht/Unwucht besitzt.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Werkzeug auf der Schleifmaschine ausgewuchtet wird, um die gewünschte definierte Unwucht zur Verfügung zu stellen. Vorteilhafterweise ist hierfür in der Schleifmaschine oder in der Werkzeugaufnahme ein Wuchtkopf eingebaut, der NC-gesteuert verstellt werden kann, um so die Feinwuchtung innerhalb der Maschine auszuführen.
Vorteilhafterweise erfolgt das Einstellen der Unwucht auf der Maschine dabei periodisch während des Schleifbetriebes. Dies ist insofern sinnvoll, da im Schleifprozess immer ein Nachwuchten erforderlich wird, da sich das Werkzeug durch die periodischen Abrichtprozesse ständig verändert und auch im Schleifprozess durch die Aufnahme von Kühlschmiermittel die Auswuchtung noch beeinflusst wird.
Insbesondere kann beim Nachwuchten auf der Schleifmaschine durch zusätzliches dynamisches „verändern/verstimmen” der Grund-Wucht/Unwucht der Einfluss aus der Werkzeugauslegung gezielt verstärkt oder vermindert werden.
Eine weitere Möglichkeit periodische Flankenwelligkeiten bei den bearbeiteten Werkstücke zu erzeugen, besteht darin, während des Abricht- und Profiliervorganges die Oberfläche des Werkzeuges gezielt so zu modifizieren, dass bei den damit bearbeiteten Werkstücken die gewünschte Oberflächengeometrie erzeugt wird oder eine vorhandene ungewünschte Oberflächengeometrie verhindert wird.
Diese Modifikation kann anstatt oder zusätzlich zur Taumelbewegung des Werkzeuges ausgeführt werden.
Bei den folgenden Formeln gilt der
Index 1 = Werkzeug
Index 2 = Werkstück
Insbesondere kann die gewünschte Modifikation der Oberflächengeometrie des Werkstückes auf der Zahnradflanke im Wälzbild zumindest loakl in einer ersten Richtung (G_C2) des Werkstückes einen konstanten Wert aufweisen, und in einer zweiten Richtung des Werkstückes, welche senkrecht zur ersten Richtung (G_C2) verläuft, durch eine Funktion f(x) gegeben sein.
Insbesondere kann dabei die erste Richtung (G_C2) sowie die Funktion f(x) vorgegeben werden, beispielsweise zur Definition einer gewünschten Modifikation oder zum Ausgleich einer gemessenen, unerwünschten Modifikation.
In diesem Fall kann erfindunsgemäß zur Herstellung dieser Modifikation der Oberflächengeometrie des Werkstückes eine Modifikation der Oberflächengeometrie des Werkzeuges verwendet werden, welche im Wälzbild in einer ersten Richtung (G_C1) des Werkzeuges ebenfalls zumindest lokal einen konstanten Wert aufweist.
Bevorzugt wird eine Modifikation der Oberflächengeometrie des Werkzeuges verwendet, welche in einer zweiten Richtung des Werkzeuges, welche senkrecht zur ersten Richtung (G_C1) verläuft, zumindest lokal durch die gleiche, gegebenenfalls linear um einen Faktor c gestauchte, Funktion f(cx) gegeben ist.
Dabei kann die Geometrie von Werkstück und Werkzeug in einer ersten Ausführung im Wälzbild nicht nur lokal und/oder einem Teilbereich des Wälzbildes, sondern auch global durch die oben angegebenen Formeln beschrieben werden. In diesem Fall bilden die Linien, entlang welcher die Modifikation einen konstanten Wert hat, jeweils eine Gerade über das gesamte Wälzbild oder können, bei geringen Abweichungen, durch eine solche angenähert werden.
Alternativ kann jedoch vorgesehen sein, dass die Linie, entlang welcher die Modifikation einen konstanten Wert hat, beim Werkstück und/oder beim Werkzeug keine Gerade bildet, sondern gekrümmt ist und/oder mehere Teilbereiche aufweist, welche sich nicht geradlinig zueinander erstrecken. In diesem Fall kann das Wälzbild jedoch erfindungsgemäß zumindest an einer Stelle lokal durch die oben beschriebenen Formeln angenähert werden, und vorzugsweise eintlang der Linie bzw. in Teilbereichen jeweils lokal durch die oben beschriebenen Formeln angenähert werden. GGf. kann dabei die Funktion f() jeweils für unterschiedliche Bereiche entlang einer solchen Linie eine unterschiedliche Form aufweisen.
GGf. muss das Wälzbild dann aus mehreren, durch erfindungsgemäße Formeln beschriebenen Teilbereichen zusammengesetzt werden.
Definiert wird die Modifikation der Oberflächengeometrie bevorzugt mit der Formel: f(2·pi/lambda₂·cos(psi₂)·L₂ – 2·pi/lambda₂·sin(psi₂)·b₂)
Diese Formel gilt auch, wenn im Hartfeinbearbeitungsprozess ungewollten Flankenwelligkeiten einstehen, die aber durch Anwendung diesen Verfahren kompensiert werden können.
Hierbei ist f eine reelwertige Funktion die nicht periodisch sein muss. Um beispielsweise Welligkeiten zu erzeugen, kann f = sin gewählt werden. Der Winkel psi₂ definiert die Richtung einer Geraden (G_C2) auf der Zahnradflanke, auf denen die Modifikation einen konstanten Wert hat. Entlang der Geraden in jeder anderen Richtung hat die Modifikation eine Form von f().
Abhängig von der Richtung ist sie entlang der Geraden unterschiedlich stark gestaucht. Auf der Geraden senkrecht zu G_C2 ist die Stauchung maximal (bei Welligkeiten ist die Wellenlänge minimal).
Der Faktor:

2·pi/lambda₂
bestimmt die Stauchung der Modifikation entlang der Geraden senkrecht zu G_C2.

Für Welligkeiten entspricht lambda₂ der Wellenlänge entlang der Geraden senkrecht zu G_C2. Für die Geraden entlang konstanter Zahnradbreite beträgt die Stauchung: 2·pi/lambda₂·cos(psi₂) (bei Welligkeiten ist die Wellenlänge lambda₂/cos(psi₂)),
für Geraden entlang konstanter Wälzlänge beträgt die Stauchung: 2·pi/lambda₂·sin(psi₂) (bei Welligkeiten ist die Wellenlänge lambda₂/sin(psi₂)).
Auch diese Formeln gelten, wie bereits oben erläutert, zumindest lokal und/oder in einem Teilbereich des Wälzbildes, in einem besonders einfachen Fall jedoch global.
Durch Abrichten des Werkzeugs (Schnecke, Honrad/-ring) mit einer Formrolle lässt sich eine, insbesondere der oben beschriebenen Modifikation des Werkstückes entsprechende Modifikation auf der Werkzeugoberfläche erzeugen. Dies kann durch eine oder mehrere der folgenden Korrekturen der Achsbewegungen zur herkömmlichen Abrichtkinematik erreicht werden.

a) Variation des Achsabstandes des Abrichters zum Werkzeug in Abhängigkeit des Werkzeugdrehwinkels oder der Werkzeugbreite (Zustellung)
b) Variation des Axialvorschubs des Werkzeugs bzw. des Abrichters in Abhängigkeit des Werkzeugdrehwinkels oder der Werkzeugbreite (Shiften)
c) Variation des Achskreuzwinkels des Werkzeuges und des Abrichters in Abhängigkeit des Werkzeugdrehwinkels oder der Werkzeugbreite (Schwenken)
d) Variation der Werkzeugdrehzahl in Abhängigkeit des Werkzeugdrehwinkels oder der Werkzeugbreite

Insbesondere kann die Formrolle dabei beim Abrichten vom Fußbereich bis zum Kopfbereich mit dem Zahn des Werkzeuges in Kontakt stehen, so dass die exzentrische Modifikation über die gesamte Zahnhöhe in einem Hub erfolgt.
Alternativ kann die Formrolle beim Abrichten nur in Teilbereichen zwischen Fuß und Kopf mit dem Zahn des Werkzeuges in Kontakt stehen, so dass die exzentrische Modifikation über die gesamte Zahnhöhe in mehreren Hüben (Bewegung der Abrichtrolle in Werkzeugachsrichtung) und jeweils unterschiedlicher relativen Positionierung des Abrichters erfolgt.
Eine Modifikation der Form

f(2·pi/lambda₁·cos(psi₁)·L₁ – 2·pi/lambda₁·sin(psi₁)·b₁)
lässt sich auf dem Werkzeug durch Abrichten mit einer Formrolle erzeugen, da die Berührlinie des Abrichters und des Werkzeugs, dargestellt in einem Wälzweg-Breite-Diagramm, annähernd eine Gerade ist. Diese Gerade definiert die Gerade G_C1 (und somit den Winkel psi₁), da die Korrekturen der Abrichtkinematik sich näherungsweise gleich auf alle Punkte auswirken, die entlang G_C1 liegen und somit gleichzeitig abgerichtet werden. Während des Abrichtens wandert die Berührlinie entlang der Zahnflanke in Breitenrichtung.

Weicht die Berührlinie des Abrichters und des Werkzeugs dagegen deutlich von einer Gerade ab, so gilt die oben angegebene Formel nur noch lokal bzw. in Teilbereichen der Berührlinie. GGf. muss das Wälzbild dann aus mehreren, durch erfindungsgemäße Formeln beschriebenen Teilbereichen zusammengesetzt werden.
Wird die Abrichtkinematik so variiert, dass sie eine Modifikation der Form f(–2·pi/lambda₁·sin(psi₁)·b₁) entlang der Berührlinie auf dem Werkzeug zur Folge hat, entsteht die gewünschte Modifikation über die Flanke des Werkzeugs.
Solch eine Modifikation lässt sich beim abrichten des Werkzeuges mit anderen Modifikationen (z. B. Balligkeiten) ungestört überlagern.
Kämmen zwei Evolventen-Stirnräder unter gekreuzten Achswinkeln, berühren sich die Flanken nur an einem Punkte.
Im Wälzweg-Breite-Diagramm bewegen sich die Berührpunkte jeweils auf einer Geraden (G₁ bzw. G₂). Hat das Werkzeug eine Modifikation der f(2·pi/lambda₁·cos(psi₁)·L₁ – 2·pi/lambda₁·sin(psi₁)·b₁) so sieht ein Punkt auf G₁, wie oben diskutiert, eine Modifikation der Form f(). Die Stauchung der Modifikation hängt ab von lambda₁ und psi₁ und der Richtung G₁.
Jeder Punkt auf G₁ bildet seine Modifikation auf den entsprechende Punkt auf G₂ ab. Somit entsteht auf dem Werkstück ebenfalls eine Modifikation der Form f() entlang G₂. Ihre Stauchung hängt von lambda₁, psi₁, und den Richtungen von G₁ und G₂ ab.
Die Richtungen lassen sich sowohl über die Makrogeometrie des Werkzeugs (Gangzahl/Zähnezahl, Grundmodul, Grundschrägungswinkel) also auch über die jeweiligen Axialvorschübe (Schiftbewegung) beeinflussen. Durch richtige Wahl dieser Parameter kann die Stauchung von f() entlang G₂ so eingestellt werden, dass sie der gewünschten Modifikation auf dem Werkstück entspricht.
Insbesondere wird daher erfindungsgemäß die Makrogeometrie des Werkzeuges und/oder die Eingrifflinie des Abrichtwerkzeuges und/oder der Axialvorschub des Werkstückes und/oder die Shift-Bewegung des Werkzeuges und/oder der Stauchungsfaktor c so gewählt werden, dass die Modifikation des Werkzeuges entlang einer Linie G₁, auf welcher sich der Berührpunkt bei der Bearbeitung des Werkstückes auf dem Werkzeug bewegt, der gewünschten Modifikation des Werkstückes entlang einer Linie G₂, auf welcher sich der Berührpunkt auf dem Werkstück bewegt, entspricht.
Dies entspricht der Forderung, dass die Parameter des Verfahrens so gewählt werden, dass die Argumente der Funktion f() auf den Linien G₁ und G₂ in den Punkten, welche sich bei der Bearbeitung berühren, die gleiche Phasenlage aufweisen.
Insbesondere kann dabei erfindungsgemäß bei vorgegebener Makrogeometrie des Werkzeuges und Eingrifflinie des Abrichtwerkzeuges der Axialvorschub des Werkstückes und/oder die Shift-Bewegung des Werkzeuges und/oder der Stauchungsfaktor c entsprechend gewählt werden.
Besonders bevorzugt wird dabei mit einem, üblicherweise durch das Bearbeitungsverfahren anderweitig vorgegebenen Axialvorschub des Werkstückes gearbeitet, während die Shift-Bewegung des Werkzeuges und/oder der Stauchungsfaktor c erfindungsgemäß zur Erfüllung der oben genannten Bedingung gewählt werden.
Dabei kann ein im Bezug auf die Werkstückdrehung konstanter Wert des Axialvorschubs und/oder eine im bezug auf die Werkzeugdrehung konstanter Wert der Shiftbewegung gewählt werden.
Während des Prozesses kommt jeder Zahn des Werkstücks immer wieder mit demselben Gang/Zahn des Werkzeuges in Eingriff. Auf Grund des Axialvorschubs berühren sich dabei immer andere Punkte. Es ist sicherzustellen, dass bei jedem Eingriff, die Modifikation auf der Schnecke, der gewünschten Modifikation auf dem Zahnrad entspricht. Dazu genügt es dies für den ersten folgenden Eingriff und dann auch nur für einen Berührpunkt sicherzustellen. Hierzu können wieder die Makrogeometrie des Werkzeugs und die Axialvorschübe angepasst werden.
Insbesondere kann daher erfindungsgemäß die Makrogeometrie des Werkzeuges und/oder die Eingrifflinie des Abrichtwerkzeuges und/oder der Axialvorschub des Werkstückes und/oder die Shift-Bewegung des Werkzeuges und/oder der Stauchungsfaktor c so gewählt werden, dass die Modifikationen des Werkzeuges und des Werkstückes sich auch entlang von Linien G_1' und G_2' entsprechen, auf welchen sich die Berührpunkte bei der Bearbeitung des gleichen Zahnes des Werkstückes mit dem gleichem Gang des Werkzeuges zu einem späteren Zeitpunkt des Bearbeitungsverfahrens bewegen, wobei diese Linien durch den Axialvorschub des Werkstückes und ggf. durch das Vershiften des Werkzeuges gegenüber den Linien G₁ und G₂ verschoben sind.
Bevorzugt wird dabei wiederum bei vorgegebener Makrogeometrie des Werkzeuges und Eingrifflinie des Abrichtwerkzeuges der Axialvorschub des Werkstückes und/oder die Shift-Bewegung des Werkzeuges und/oder der Stauchungsfaktor c entsprechend gewählt.
Besonders bevorzugt wird zudem bei vorgegebenen Axialvorschub des Werkstückes die Shift-Bewegung des Werkzeuges und/oder der Stauchungsfaktor c entsprechend gewählt.
Da beim Wälzschleifen bzw. beim Honen ein linearer Zusammenhang zwischen den Wälzbildern des Werkzeuges und des Werkstückes besteht, welcher mathematisch beschreibbar ist, können über diesen Zusammenhang die oben näher beschriebenen Prozeßparameter für die Bearbeitung mathematisch bestimmt werden.
Die vorliegende Erfindung umfasst dabei weiterhin ein Computerprogramm mit einer Eingabefunktion zur Eingabe von Daten zu einer gewünschten Modifikation des Werkstückes und mit einer Funktion zur Bestimmung der Makrogeometrie des Werkzeuges und/oder der Eingriffslinie des Abrichtwerkzeuges und/oder der Axialvorschub des Werkstückes und/oder die Shift-Bewegung des Werkzeuges und/oder des Stauchungsfaktors c in der Art, dass die Modifikation des Werkzeuges entlang einer Linie G₁, auf welcher sich der Berührpunkt bei der Bearbeitung des Werkstückes auf dem Werkzeug bewegt, der gewünschten Modifikation des Werkstückes entlang einer Linie G₂, auf welcher sich der Berührpunkt auf dem Werkstück bewegt, entspricht.
Insbesondere kann das Computerprogramm dabei zur Installation auf einer Verzahnmaschine geeigent sein oder auf einer solchen installiert sein. Inbesondere können die von dem Computerprogramm bestimmten Parameter dann direkt zur Ansteuerung der Verzahmaschine beim Abrichten und/oder Bearbeiten eines Werkstücks herangezogen werden.
Das Computerprogramm kann jedoch auch auf einem externen Rechner installiert werden. Vorteilhafterweise weist es dann eine Ausgabefunktion für Daten auf, welche zur Ansteuerung einer Verzahnmaschine eingesetzt werden können.
Insbesondere ist das Computerprogramm dabei so aufgebaut, dass es die oben beschriebenen Funktionen des erfindungsgemäßen Verfahrens implementiert.
Insbesondere kann die Eingabefunktion dabei die Eingabe von Daten zu der ersten Richtung (G_C2) des Werkstückes, in welcher die Modifikation einen konstanten Wert aufweisen, und/oder zur Funktion f(x), welche den Verlauf der Modifikation in einer zweiten Richtung des Werkstückes, welche senkrecht zur ersten Richtung (G_C2) verläuft, definiert, ermöglichen.
Weiterhin vorteilhafterweise kann die Eingabefunktion weiterhin die Eingabe von Daten zur Makrogeometrie des Werkzeuges und/oder Eingrifflinie des Abrichtwerkzeuges und/oder zum Axialvorschub des Werkstückes und/oder zur Shift-Bewegung des Werkzeuges ermöglichen, besonders bevorzugt Daten zur Makrogeometrie des Werkzeuges und zur Eingrifflinie des Abrichtwerkzeuges und ggf. zum Axialvorschub des Werkstückes.
Bevorzugt berechnet das Computerprogramm dabei die Shift-Bewegung des Werkzeuges und/oder den Stauchungsfaktor c auf Grundlage der eingegebenen Daten.
Mit dem derart eingestellten oder modifizierten Werkzeug können dann die Werkstücke bearbeitet werden und so kann die gewünschten Profilwelligkeiten am geschliffenen Werkstück erzeugt werden bzw. kann eine am Werkstück vorhandene ungewollte Welligkeit gemessen und durch Umkehrung des Verfahrens ggf. auch korrigiert werden. Bearbeitet werden können die Werkstücke dann beim Schleifen im Axial- oder Diagonalverfahren. Beim Honen kommen die Bearbeitungsverfahren nach dem Stand der Technik zum Einsatz.
Als Werkzeuge, welche erfindungsgemäß modifiziert werden, kommen dabei sowohl ein-gängige als auch mehr-gängige Werkzeuge in Frage. Insbesondere handelt es sich dabei bei den Werkzeugen um eine Schleifschnecke oder ein Honwerkzeug.
Einige Zusammenhänge und Vorgehensweisen, welche, wo nicht anders angegeben, sowohl beim ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, d. h. dem gezielten Einsatz einer Unwucht, als auch beim zweiten Aspekt, d. h. der gezielten exzentrischen Modifikation des Werkzeugs zum Einsatz kommen, werden nun im folgenden noch einmal allgemein dargestellt:
Beim Axialschleifverfahren erfolgt die Werkzeugbewegung parallel oder annähernd zur Werkstückachse des Werkstücks. Die Struktur der Flankenoberfläche die mit einem erfindungsgemäßen Werkzeug bearbeitet wurde, bekommt eine Profilwelligkeit die dabei in Breitenrichtung nahezu gleich bleibt. Diese Welligkeit im Profil verläuft parallel zum Zahnfuß und Zahnkopf.
Wird das Werkzeug zusätzlich noch in Richtung der Werkzeugachse vershiftet, wird bei diesem Diagonalschleifverfahren die Flankenmodifikation oder Flankenwelligkeit abhängig von den Eingriffsbedingungen auch noch schräg auf der Flanke über der Werkstückbreite versetzt. Über die Shiftrichtung (mit der Drehbewegung des Werkstückes oder entgegengesetzt) kann der Verlauf der Schräge bestimmt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann daher weiterhin die Schritte umfassen: Vorgabe einer gewünschten Ausrichtung der periodischen Flankenmodifikation; und Verfahren des Schleifwerkzeuges kontinuierlich in Achsrichtung des Werkstückes und/oder Vershiften des Schleifwerkzeuges tangential zum Werkstück, um die gewünschte Ausrichtung der Flankenmodifikation zu erhalten.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann auch das Werkzeug exzentrisch abgerichtet werden um damit vorzugsweise im Diagonalschleifverfahren (Shiftbewegung des Werkzeuges in Achsrichtung des Werkzeuges) eine Profilmodifikation oder -welligkeit auf der Flanke der Verzahnung zu erzeugen. Diese Werkzeuge können dann durch das Auswuchten auf der Maschine so eingestellt werden, das keine Vibrationen aus der Werkzeugdrehung entstehen bzw. kann die Auswuchtung noch zusätzlich genutzt werden um auch hier wieder Mikrobewegungen des Werkzeuges zusätzlich zu den Exzentrizitätsbewegungen der Werkzeugoberfläche zu induzieren.
Das exzentrische Abrichten des Werkzeuges erfolgt dabei, in dem der Abrichter abhängig von der Winkelposition des Werkzeuges mehr oder weniger zugestellt wird bzw. in dem das Werkzeug abhängig von seiner Winkelposition mehr oder weniger, auf den Abrichter hin, zugestellt wird oder umgekehrt. Da die Drehzahl des Werkzeuges beim Abrichten derzeit üblicherweise niedriger ist als beim eigentlichen Bearbeitungsprozesses sind die dynamischen Anforderungen an die Zustelllachse für das Werkzeug nicht so hoch, wie wenn die Zustellbewegung während des Bearbeitungsprozesses durch eine radiale Zustellung des Werkzeug auf das Werkstück hin, selbst erfolgen würde. Diese radiale Zustellbewegung müssten dann dabei abhängig von der Winkelposition des Werkzeuges gesteuert werden.
Beim Einflankenabrichten ist es weiterhin denkbar, die Zustellbewegung über eine zusätzliche axiale Bewegung in Achsrichtung des Werkzeuges, die abhängig von der Werkzeugwinkelposition erfolgt, zu erzeugen.
Prinzipiell ist bei hochdynamischen Schleifmaschinen aber auch denkbar, mit einen rund abgerichtet Schleifwerkzeug durch radiale Bewegungen des Schleifwerkzeuges auf das Werkstück hin Bewegungen zu erzeugen, die einer Bewegungen der Werkzeugoberfläche eines exzentrisch abgerichteten Schleifwerkzeuges entsprechen. Ggf. könnte auch eine zusätzliche zweite, hochdynamische Zustellachse die auf der ersten radialen Zustellachse sitzt, zur Erzeugung dieser Radialbewegungen, zum Einsatz kommen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiterhin die Schritte umfassen: Vorgabe einer gewünschten Amplitude der periodischen Flankenmodifikation; und gezieltes Einstellen einer Unwucht und/oder einer Exzentrizität des Werkzeuges zur Herstellung eines Werkstückes mit der gewünschten Flankenmodifikation.
Die Größe der Zustellbewegung bzw. der Exzentrizität liegt dabei im Mikrometerbereich, da die Amplitude der Strukturen oder Welligkeiten auf der Zahnflanke ebenfalls nur im Mikrometerbereiche liegen.
Vorteilhafterweise beträgt die gewünschte Amplitude der periodischen Flankenmodifikation dabei bis zu 7 Mikrometern, insbesondere zwischen 1 und 5 Mikrometern.
Weiterhin vorteilhafterweise liegt die beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Amplitude der abrichtbedingten bzw. unwuchtbedingten Exzentrizität des Werkzeugs dabei zwischen 2 Mikrometer und 20 Mikrometern, insbesondere zwischen 3 und 15 Mikrometern.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiterhin die Schritte umfassen: Vorgabe einer gewünschten Frequenz der periodischen Flankenmodifikation; und Modifikation des Eingriffswinkels α_n0 am Schleifwerkzeug zur Herstellung eines Werkstückes mit der gewünschten Flankenmodifikation.
Die Erfindung umfasst weiterhin ein Schleifwerkzeug zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei das Werkzeug zumindest in einem Teilbereich unrund abgerichtet ist. Dabei kann das Werkzeug wenigstens zwei verschiedene Schleifbereiche aufweisen, insbesondere wenigstens einen Schruppbereich und wenigstens einen unrund abgerichteten Schlichtbereich.
Die Erfindung umfasst weiterhin eine Schleifschnecke zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, dass die Gangenden der Schneckengänge an den beiden Enden der Schleifschnecke an unterschiedlichen Winkelpositionen am Außenumfang angeordnet sind.
Die Erfindung umfasst weiterhin eine Verzahnmaschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Auswuchten und/oder zum exzentrischen Abrichten eines Werkzeuges, insbesondere zum Abrichten eines Werkzeuges gemäß der oben angegebenen Formeln. Weiterhin kann die Verzahnmaschine geeignet sein, ein Werkstück gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zu fertigen. Besonders bevorzugt ist es, wenn alle Verfahren in gegenseitiger Abstimmung auf der Verzahnmaschine ausführbar sind.
Die Verzahnmaschine kann dabei eine Eingabefunktion umfassen, über welche eine gewünschte Amplitude der periodischen Flankenmodifikation vorgebbar ist und eine Ansteuerungsfunktion, welche die zur Bereitstellung der Flankenmodifikation benötigte Unwucht und/oder Exzentrizität bestimmt und zum hartfeinbearbeiten eines Werkstückes mit der gewünschten Flankenmodifikation einstellt.
Die Verzahnmaschine kann alternativ oder zusätzlich eine Eingabefunktion umfassen, über welche eine gewünschte Unwucht und/oder Exzentrizität vorgebbar ist und eine Ansteuerungsfunktion, welche die gewünschte Unwucht zum Bearbeiten eines Werkstückes mit der gewünschten Flankenmodifikation einstellt.
Die Verzahnmaschine kann dabei insbesondere eine Wuchtfunktion aufweisen, über welche die benötigte Unwucht einstellbar ist.
Die Verzahnmaschine kann alternativ oder zusätzlich eine Funktion zur Erzeugung einer gewünschten Modifikation des Werkstückes mittels eines exzentrisch abgerichteten Werkzeugs aufweisen.
Die Erfindung umfasst weiterhin eine Verzahnmaschine mit einer Bearbeitungsfunktion, welche die Eingriffstiefe des Werkzeuges in das Werkstück in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Werkzeuges einstellt.
Die Erfindung umfasst weiterhin eine Verzahnmaschine zum Abrichten eines Hartfeinbearbeitungs-Werkzeuges, insbesondere einer Schleifschnecke oder eines Honwerkzeugs, mit einem Abrichtwerkzeug, wobei die Verzahnmaschine eine Funktion zum unrunden Abrichten des Werkzeuges aufweist, welche vorteilhafterweise die Eingriffstiefe des Abrichtwerkzeugs in das Werkzeug in Abhängigkeit vom Werkzeug-Drehwinkel einstellt.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung werden im Folgenden anhand mehrerer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1: Verzahnmaschine nach dem Stand der Technik
2a: Schleifschnecke in einer Ausführungsform die eine vorwiegend statische Unwucht aufweist
2b: Schleifschnecke in einer Ausführungsform die eine vorwiegend dynamische Unwucht aufweist
3: Werkstückprofil eines Werkstückes bearbeitet ohne Unwuchteinfluss
4a Werkstückprofil eines Werkstückes axial geschliffen mit Unwuchteinfluss
4b Werkstückprofil eines Werkstückes diagonal geschliffen mit Unwuchteinfluss
5 Wälzweg-/breiten Diagramm der Flankenoberfläche eines Zahnes mit periodischen Welligkeiten, die nach einem Abrichtverfahren gemäß der Erfindung erzeugt wurden.
6 Welligkeit bzw. Wellenlänge auf der Zahnflanke unter zwei definierten Winkeln zur Geraden G_c
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Verzahnmaschine, insbesondere einer Wälz- und Profilschleifmaschine zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Profilmodifikation oder -welligkeit, insbesondere einer periodischen Flankenwelligkeit auf einem zu verzahnenden Werkstück. Die Verzahnmaschine weist dabei die für die Bearbeitung notwendigen Freiheitsgrade auf und kann insbesondere die eingezeichneten Bewegungen A1, B1, B3, C2, C3, C5, V1, X1, Z1, sowie Z4 ausführen. Im Einzelnen beschreibt X1 die Radialbewegung des Ständerschlittens, V1 die Tangentialbewegung bzw. Shiftbewegung des Werkzeugs, Z1 die Axialbewegung des Werkzeugs, B1 die Drehbewegung des Werkzeugs, C2 die Drehbewegung des Werkstücks, A1 die Schwenkbewegung des Werkzeugs, Z4 die Vertikalbewegung des Gegenhalters, C3 die Drehbewegung des Ringladers, B3 die Drehbewegung des Abrichtwerkzeugs sowie C5 den Schwenkwinkel des Abrichtwerkzeugs zur Änderung des Eingriffswinkels α am Schleifwerkzeug.
Die Wuchteinrichtung zur Ausführung des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung ist dabei entweder am Bearbeitungskopf (8) angebaut oder in den Aufnahmedorn (5) für das Schleifwerkzeug eingebaut. Schwingungsaufnehmer die am Bearbeitungskopf (8) angebaut sind messen während des Wuchtvorganges die Unwucht bedingten Schwingungen. In einer, vorzugsweise, maschinenintegrierten Steuerung werden daraus die Einstellwert für den anschließenden Auswuchtprozess berechnet und als Steuersignale an die Wuchteinrichtung weitergegeben. Für die erfindungsgemäße Anwendung des Verfahrens müssen die Werte für die Steuersignale noch entsprechende der gewünschten dynamischen Unwucht modifiziert bzw. korrigiert werden.
Die 2 zeigen eine schematische Darstellung eines Schleifwerkzeuges. Die Darstellung gemäß 2a offenbart eine Seitenansicht auf die Oberfläche einer Schleifschnecke. Die eingekreisten Bereiche stellen jeweils das Gangende eines Schneckenganges des Schleifwerkzeuges dar. In diesem Fall ist ein eingängiges Schleifwerkzeug dargestellt. In dieser Darstellung enden diese 180° versetzt am Umfang der Schleifschnecke. Dies führt beim Schleifen zu einem vorrangig statischen Unwucht Fehler.
2b zeigt nun das baugleiche Schleifwerkzeug, bei dem der Arbeitsbereich auf der Schleifschnecke so gewählt wird, dass er ein ganzzahliges, ungeradzahliges Vielfaches der halben Ganghöhe beträgt. So ausgelegte Schleifwerkzeuge besitzen eine vorwiegend dynamische Unwucht. Auch hier ist wieder ein eingängiges Schleifwerkzeug dargestellt.
Bei Schleifwerkzeugen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Gangenden der Schneckengänge zwischen den beiden in 2a und 2b dargestellten, maximalen, Ausprägungen liegen, um so gezielt eine Wucht/Unwucht am Werkzeug zu erzeugen.
Die 3 zeigt eine perspektivische Seitenansicht auf die Oberseite eines einzelnen Zahns (1). Die Flankengeometrie wird mittels Profil-(P) und Flankenlinien (F) beschrieben, wobei die Profillinien auf jeder Flankenseite vom Zahnkopf (20) bis hin zum Zahnfussbereich (10) verlaufen. Die Flankenlinien (F) erstrecken sich über die gesamte Zahnbreite (b), d. h. quer zur Ausrichtung der Profillinien (P). Dargestellt ist ein nicht korrigierter, nicht modifizierter Zahn eines Werkstückes.
Die 4a zeigt nun eine dreidimensionale Darstellung einer möglichen Zahnflankenstruktur eines einzelnen Zahns (1) eines Zahnrads. Die periodische Struktur parallel zur Flankenrichtung entsteht bei einem Schleifprozess, bei dem sich das Werkzeug, mit einer Wuchtkorrektur oder einer exzentrischen Modifikation des Werkzeugs gemäß der Erfindung, parallel zur Achsrichtung des Werkstücks bewegt.
In der Darstellung ist der Amplitudenverlauf der Oberflächenwelligkeit der Zahnflanke gegenüber einer ideal geschliffenen Verzahnung ohne Welligkeiten (gestrichelte Linie) eingetragen. Zur Verdeutlichung sind ebenfalls die in 3 definierten Flanken (F)- und Profillinien (P) gekennzeichnet. Weiterhin ist der Figur zu entnehmen, dass die Flankenstruktur in Querrichtung, d. h. über die gesamte Zahnbreite (b) konstant ist, also in dieser Orientierung keine Welligkeit aufweist. Die Wellenausbreitung verläuft ausschließlich vom Zahnkopf (20) bis zum Zahnfuß (10).
Beim ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung gilt dabei:
Je größer die Wucht/Unwucht und der dadurch bedingte Mikrotaumel des Werkzeuges um seine Mittelachse ist, desto so größer wird die Amplitude der Welligkeit. Die Mikrotaumelbewegung des Werkzeuges ist dabei an den Werkzeugrändern größer als in der Werkzeugmitte.
Dies bedeutet aber gleichzeitig auch, dass die Shiftposition des Werkzeugs zur Steuerung der Amplitude mit herangezogen werden kann oder dass abhängig von der im Eingriff befindlichen Shiftposition die Werkzeugwuchtung angepasst wird um die Welligkeitsamplitude konstant zu halten.
Beim zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Modifikation des Werkzeuges dagegen vorzugsweise über die gesamte Länge des Werkzeuges identisch ausgeführt. Die Shift-Bewegung hat jedoch einen Einfluss auf die Ausrichtung der Welligkeit auf der Zahnflanke.
Bei beiden Aspekten hat die Makrogeometrie des Werkzeuges, insbesondere die Anzahl und Steigung der Gänge sowie der Eingriffswinkel zum Werkstück, Auswirkungen auf die Modifikationen:
Die Anzahl der Schleifschneckengänge zeigt sich in den Parametern Phasenlage und der Phasenfrequenz als Modifikation der Makrogeometrie der Verzahnung nieder.
Ebenso geht die Profilüberdeckung ε_α in die Welligkeit ein. Je größer ε_α ist umso mehr Wellen werden auf dem Profil abgebildet. Durch Modifikation des Eingriffswinkels α_n0 an der Schleifschnecke, kann die Profilüberdeckung ε_α vergrößert oder verkleinert werden. Der Eingriffswinkel am Schleifwerkzeug wird verändert in dem das Abrichtwerkzeug um seine C5-Achse geschwenkt wird bevor das Schleifwerkzeug damit abgerichtet wird. Auch eine geringfügige Veränderung des Eingriffswinkels α_n0 am Schleifwerkzeug über der Werkzeugbreite kann teilweise angewendet werden, wenn das Schleifwerkzeug im Diagonalschleifverfahren angewendet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch als Diagonalschleifprozess ausgeführt werden, indem zusätzlich während eines Schleifhubes eine Tangentialbewegung (V1) des Schleifwerkzeugs zum Werkstück realisiert wird. In der 4b dargestellt, zeigt sich als Ergebnis dann der Wellenverlauf an der Flanke schräg in Richtung der Flankenbreite. Es erfolgt quasi eine Wellenausbreitung sowohl in Flankenlängsrichtung als auch in Flankenquerrichtung. Der Winkel der Wellenausbreitung gegenüber der Flankenlängsachse bestimmt sich über die Tangentialbewegung in (V1) Richtung.
Wird das Schleifwerkzeug bei der Bearbeitung der Zahnflanke eine Werkzeugteilung verschiftet so ist die die Phasenlage der Welligkeit am Ende gleich wie am Anfang. Wird um eine halbe Teilung verschiftet, kommt es zu einer Phasenverschiebung der Welligkeit über der Zahnbreite und die Phasenlage am Ende ist um die halb Wellenlänge gegenüber der Phasenlage am Anfang der Verzahnung verschoben.
Wie bereits erläutert besteht neben der Möglichkeit die Welligkeit über Mikrotaumelbewegungen bedingt durch eine Werkzeugwucht/-unwucht zu erzeugen, weiterhin die Variante das Werkzeug gezielt exzentrisch an seinem Umfang abzurichten. Dies führt, da sich die Wirkungsweise am Werkzeug identisch darstellt, ebenfalls beim Schleifen zu der gewünschten Welligkeit auf der/Zahnflanke/n. Das Werkzeug kann dabei durch die Auswuchteinheit auf der Schleifmaschine so ausgewuchtet werden, dass keine Taumel erzeugenden Vibrationen von Werkzeug induziert werden. Je größer die Exzentrizität Werkzeuges um seine Mittelachse ist, desto so größer wird die Amplitude der Welligkeit.
Das bietet die Möglichkeit nur Teilbreiten der Schleifschnecke exzentrisch abzurichten und die/den restlichen Bereich/e unkorrigiert zu belassen. So kann dann z. B. nur der Schlichtbereich, der die abschließende Werkstückqualität bestimmt, korrigiert werden. Der Schruppbereich der Schleifschnecke verbleibt in der unkorrigierten Ausführung.
Als Schleifwerkzeug im Sinne der Erfindung sind vorzugsweise abrichtbare Schleifschnecken aus z. B. keramisch gebundenem Korund, SG oder auch abrichtbaren CBN Werkzeuge vorgesehen. Ein Einsatz galvanisch gebundener CBN Werkzeuge wäre aber durchaus auch denkbar, wenn diese Einrichtungen zur Beeinflussung der Auswuchtung bzw. zur Einstellung eine Exzentrizität aufweisen. Diese Werkzeuge hätten dann größere Standzeiten, wären aber nicht mehr so flexibel zu verändern.
5 zeigt ein Wälzweg-Breiten-Diagramm einer Zahnflanke, die mit einem Hartfeinbearbeitungswerkzeug bearbeitet wurde, welches während des Abricht-/Profiliervorganges in seiner Oberfläche modifiziert wurde mit dem Ziel periodische Oberflächenmodifikationen auf der Zahnflanke gemäß der Erfindung zu erzeugen
6 zeigt dabei den Oberflächenverlauf auf der Zahnflanke unter zwei definierten Winkeln zur Geraden G.
Die vorliegende Erfindung wird weiterhin durch folgende Aspekte beschrieben, welche auch unabhängig von den zuvor beschriebenen Ausführungsformen und jeweils einzeln für sich sowie in Kombination Gegenstand der vorliegenden Anmeldung sind:

1. Einstellung der Auswuchtung einer Schleifschnecke mit dem Ziel, gezielte Taumelbewegungen des Werkzeuges durch eine Werkzeugwucht/-unwucht zu erzeugen die wiederum eine definierte Flankenwelligkeit bei der Bearbeitung der Verzahnung hervorrufen.
2. Modifikation einer Schleifschnecke bei deren Herstellung in dem die Schleifschneckenbreite so bestimmt wird, dass die Gangenden der Schneckengänge an unterschiedlichen Winkelpostionen am Außenumfang angeordnet sind und so gezielt eine definierte Wucht oder Unwucht hervorrufen.
3. Kombination aus 1 und 2
4. Modifikation der Flankenoberfläche einer Verzahnung durch gezieltes exzentrisches Abrichten einer Schleifschnecke mit dem Ziel mit einem ausgewuchteten Schleifwerkzeug durch Unrund Bewegungen der aktiven Schleifwerkzeugoberfläche gezielt eine Flankenwelligkeit auf der Verzahnung zu erzeugen.
5. Modifikation der Flankenoberfläche einer Verzahnung durch gezieltes exzentrisches Abrichten einer Schleifschnecke mit dem Ziel mit einem ausgewuchteten Schleifwerkzeug durch Unrund Bewegungen der aktiven Schleifwerkzeugoberfläche gezielt eine Flankenwelligkeit auf der Verzahnung zu erzeugen und zusätzlich einer Überlagerung einer Wucht/Unwucht
6. Abrichtverfahren zu Abrichten eines Hartfeinbearbeitungswerkzeuges bei dem während des Abricht- und Profiliervorganges auf dem Werkzeug Oberflächenstrukturen erzeugt werden, die eine periodische Flankenwelligkeit auf einer damit bearbeiteten Flanke erzeugen. Die Form der periodischen Modifikationen wird durch eine reelwertigen Funktion definiert.
7. Axialschleifen mit gezielt „unwuchtig”/exzentrisch abgestimmter Schnecke
8. Diagonalschleifen mit gezielt „unwuchtig”/exzentrisch abgestimmter Schnecke
9. Einstellung der Wucht/Unwucht einer Schleifschnecke mit dem Ziel die Größe der Amplitude der Flankenwelligkeit auf der Flankenoberfläche einzustellen
10. Einflankige Welligkeit auf der Zahnradoberfläche
11. Modifikation des Eingriffswinkels beim Schleifwerkzeug um die Anzahl der Wellen auf der Flankenoberfläche einzustellen
12. Aufteilung des erfindungsgemäßen Schleifwerkzeuges in einen unkorrigierten Schrupp- und einen korrigierten Schlichtbereich.
13. Abrichtbares Schleifwerkzeug und galvanisch CBN Werkzeug
14. Galvanisch Gebundenes Schleifwerkzeug mit zusätzlichen Mitteln zur Erzeugung einer Wucht/Unwucht und/oder einer Exzentrizität.
15. Verzahnmaschine zur Anwendung der Verfahren

Die vorliegende Erfindung wird weiterhin auch noch durch folgende weitere Aspekte beschrieben, welche auch unabhängig von den zuvor beschriebenen Ausführungsformen und jeweils einzeln für sich sowie in Kombination untereinander sowie in Kombination mit den zuvor beschriebenen Aspekten Gegenstand der vorliegenden Anmeldung sind:
Aspekte zur Verwendung einer Unwucht:

1. Verfahren für die Herstellung eines Werkstückes mit korrigierter Verzahnungsgeometrie und/oder modifizierter Oberflächenstruktur, insbesondere durch einen Hartfeinbearbeitungprozess, insbesondere Wälzschleifen oder Honen, dadurch gekennzeichnet, dass mittels gezielter Erzeugung einer Taumelbewegung erreicht wird, dass eine Modifikation, insbesondere eine Profilmodifikation oder -welligkeit und/oder eine definierte periodische Flankenwelligkeit auf der aktiven Oberfläche des damit bearbeiteten Werkstückes erzeugt wird.
2. Verfahren nach Aspekt 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung der Schleifschnecke die Schleifschneckenbreite so bestimmt wird, dass die Gangenden der Schneckengänge an den beiden Enden der Schleifschnecke an unterschiedlichen Winkelpositionen am Außenumfang angeordnet sind und so gezielt eine definierte Unwucht hervorrufen.
3. Verfahren nach Aspekt 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Auswuchten des Schleifwerkzeuges gezielt eine gewisse Unwucht eingestellt wird, insbesondere beim Auswuchten auf der Schleifmaschine, so dass mittels dieses Auswuchtverfahrens eine gezielte Taumel- und/oder Exzentrizitätsbewegung des Schleifwerkzeuges erzeugt wird, durch die eine definierte periodische Flankenwelligkeit auf der aktiven Oberfläche des damit geschliffenen Werkstückes erzielt wird.
4. Verfahren für die Herstellung eines Werkstückes mit korrigierte Verzahnungsgeometrie und/oder modifizierter Oberflächenstruktur, insbesondere durch eine Hartfeinbearbeitung, insbesondere durch Wälzschleifen, wobei bei der Bearbeitung des Werkstückes die Eingriffstiefe der Schleifschnecke in das Werkstück in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Werkzeuges, insbesondere der Schleifschnecke, verändert wird, insbesondere periodisch verändert wird.
5. Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifwerkzeug unrund abgerichtet wird und/oder dass die Schleifschneckenbreite so bestimmt wird, dass die Gangenden der Schneckengänge an den beiden Enden der Schleifschnecke an unterschiedlichen Winkelpositionen am Außenumfang angeordnet sind, und/oder zusätzlich in der Maschine noch die Auswuchtung modifiziert wird.
6. Verfahren zum Schleifen eines Werkstückes mit einer korrigierten Verzahnungsgeometrie und/oder modifizierter Oberflächenstruktur nach einem der vorhergehenden Aspekte, bei dem nur auf einer Zahnflanke des Werkstückes eine periodische Flankenmodifikation erzeugt wird.
7. Verfahren zum Hartfeinbearbeiten eines Werkstückes mit einer korrigierten Verzahnungsgeometrie und/oder modifizierter Oberflächenstruktur nach einem der vorhergehenden Aspekte, mit den Schritten: Vorgabe einer gewünschten Amplitude der periodischen Flankenmodifikation; und gezieltes Einstellen einer Unwucht und/oder einer Exzentrizität und/oder Werkzeugmodifikation beim Abrichten des Werkzeuges zur Herstellung eines Werkstückes mit der gewünschten Flankenmodifikation.
8. Verfahren zum Hartfeinbearbeiten eines Werkstückes mit einer korrigierten Verzahnungsgeometrie und/oder modifizierter Oberflächenstruktur nach einem der vorhergehenden Aspekte, mit den Schritten: Vorgabe einer gewünschten Frequenz der periodischen Flankenmodifikation; und Modifikation des Eingriffswinkels α_n0 am Werkzeug zur Herstellung eines Werkstückes mit der gewünschten Flankenmodifikation.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Aspekte, mit den Schritten: Vorgabe einer gewünschten Ausrichtung der periodischen Flankenmodifikation; und Verfahren des Werkzeugs kontinuierlich in Achsrichtung des Werkstückes und/oder Vershiften des Werkzeuges tangential zum Werkstück, um die gewünschte Ausrichtung der Flankenmodifikation zu erhalten.
10. Schleifschnecke zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Aspekte, dadurch gekennzeichnet, dass die Gangenden der Schneckengänge an den beiden Enden der Schleifschnecke an unterschiedlichen Winkelpositionen am Außenumfang angeordnet sind.
11. Verzahnmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Aspekte 1 bis 9, wobei die Verzahnmaschine vorteilhafterweise eine Eingabefunktion, über welche eine gewünschte Amplitude der periodischen Flankenmodifikation vorgebbar ist und eine Ansteuerungsfunktion, welche die zur Bereitstellung der Flankenmodifikation benötigte Unwucht und/oder Exzentrizität bestimmt und zum Schleifen eines Werkstückes mit der gewünschten Flankenmodifikation einstellt, umfasst, und/oder eine Eingabefunktion, über welche eine gewünschte Unwucht und/oder Exzentrizität vorgebbar ist und eine Ansteuerungsfunktion, welche die gewünschte Unwucht zum Schleifen eines Werkstückes mit der gewünschten Flankenmodifikation einstellt und/oder eine Eingabefunktion, über welche ein Einriffswinkel α_n0 und/oder eine Modifikation des Eingriffswinkels α_n0 vorgebbar ist und eine Ansteuerfunktion welche den gewünschten Eingriffswinkel α_n0 am Werkzeug zum Schleifen eines Werkstückes mit der gewünschten Flankenmodifikation einstellt
12. Verzahnmaschine nach Aspekt 11 zum Verzahnen eines Werkstückes mit einer Schleifschnecke, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnmaschine eine Wuchtfunktion aufweist, über welche die benötigte Unwucht einstellbar ist, und/oder eine Bearbeitungsfunktion aufweist, welche die Eingriffstiefe der Schleifschnecke in das Werkstück in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Schleifschnecke einstellt.
13. Computerprogramm, insbesondere zur Installation auf einer Verzahnmaschine und/oder mit einer Ausgabefunktion für Daten zur Verwendung auf einer Verzahnmaschine, mit einer Eingabefunktion zur Eingabe von Daten zu einer gewünschten Modifikation des Werkstückes und mit einer Funktion zur Bestimmung der zur Bereitstellung der Flankenmodifikation benötigten Unwucht, wobei die Funktionen bevorzugt ein Verfahrens nach einem der vorangegangenen Aspekte implementieren.

Aspekte zum exzentrischen Abrichten des Werkzeugs

1. Verfahren zur Herstellung eines Werkstückes mit korrigierter Verzahnungsgeometrie und/oder modifizierter Oberflächenstruktur, insbesondere durch einen Hartfeinbearbeitungprozess, insbesondere durch Wälzschleifen oder Honen, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer gezielten Exzentrizität des Werkzeuges eine Modifikation, insbesondere eine Profilmodifikation oder -welligkeit auf der Flanke der Verzahnung des damit bearbeiteten Werkstückes erzeugt wird.
2. Verfahren nach Aspekt 1, wobei das Werkzeug zum Erzeugen der gezielten Exzentrizität beim Abrichten und/oder Profilieren unrund abgerichtet wird, und/oder wobei mittels der gezielten Exzentrizität des Werkzeuges erreicht wird, dass insbesondere im Diagonalschleifverfahren eine definierte, vorzugsweise periodische Flankenwelligkeit auf der aktiven Oberfläche des damit bearbeiteten Werkstückes erzeugt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei das Werkzeug mittels einer Formrolle unrund abgerichtet wird.
4. Verfahren nach Aspekt 3, wobei die Formrolle beim Abrichten vom Fußbereich bis zum Kopfbereich mit dem Zahn des Werkzeuges in Kontakt steht, so dass die exzentrische Modifikation über die gesamte Zahnhöhe in einem Hub erfolgt oder alternativ die Formrolle beim Abrichten nur in Teilbereichen zwischen Fuß und Kopf mit dem Zahn des Werkzeuges in Kontakt steht, so dass die exzentrische Modifikation über die gesamte Zahnhöhe in mehreren Hüben und jeweils unterschiedlicher relativen Positionierung des Abrichters erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Aspekte, wobei das exzentrische Abrichten des Werkzeuges erfolgt, indem eine oder mehrere der folgenden Korrekturen der Achsbewegungen zur herkömmlichen Abrichtkinematik vorgenommen werden: e) Variation des Achsabstandes des Abrichters zum Werkzeug in Abhängigkeit des Werkzeugdrehwinkels oder der Werkzeugbreite (Zustellung) f) Variation des Axialvorschubs des Werkzeugs bzw. des Abrichters in Abhängigkeit des Werkzeugdrehwinkels oder der Werkzeugbreite (Shiften) g) Variation des Achskreuzwinkels des Werkzeuges und des Abrichters in Abhängigkeit des Werkzeugdrehwinkels oder der Werkzeugbreite (Schwenken) h) Variation der Werkzeugdrehzahl in Abhängigkeit des Werkzeugdrehwinkels oder der Werkzeugbreite und/oder wobei das exzentrische Abrichten des Werkzeuges erfolgt, indem der Abrichter abhängig von der Winkelposition des Werkzeugs mehr oder weniger zugestellt wird bzw. indem das Werkzeug abhängig von seiner Winkelposition mehr oder weniger auf den Abrichter hin, zugestellt wird oder umgekehrt.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Aspekte, wobei die gewünschte Modifikation der Oberflächengeometrie des Werkstückes auf der Zahnradflanke im Wälzbild zumindest lokal in einer ersten Richtung (G_C2) des Werkstückes einen konstanten Wert aufweist und in einer zweiten Richtung des Werkstückes, welche senkrecht zur ersten Richtung (G_C2) verläuft, durch eine Funktion f(x) gegeben ist, und wobei bevorzugt die zur Herstellung dieser Modifikation der Oberflächengeometrie des Werkstückes verwendete Modifikation der Oberflächengeometrie des Werkzeuges im Wälzbild zumindest lokal in einer ersten Richtung (G_C1) des Werkzeuges einen konstanten Wert aufweist und weiterhin bevorzugt in einer zweiten Richtung des Werkzeuges, welche senkrecht zur ersten Richtung (G_C1) verläuft, durch die gleiche, gegebenenfalls linear um einen Faktor c gestauchte, Funktion f(cx) gegeben ist, wobei bevorzugt die gewünschte Modifikation der Oberflächengeometrie des Werkstückes auf der Zahnradflanke im Wälzbild an der Wälzlängenposition L₂ und der Zahnbreitenposition b₂ zumindest lokal durch die Formel: f(2·pi/lambda₂·cos(psi₂)·L₂ – 2·pi/lambda₂·sin(psi₂)·b₂) definiert ist, wobei der Winkel psi₂ die Richtung (G_C2) auf der Zahnradflanke angibt, auf der die Modifikation einen konstanten Wert hat, während die Modifikation in jeder anderen Richtung die Form von f() aufweist, wobei lambda₂ bei einer Periodizität von f() über 2·pi die Wellenlänge der Modifikation in einer Richtung senkrecht zu der ersten Richtung (G_C2) definiert und wobei bevorzugt die hierzu eingesetzte Modifikation der Oberflächengeometrie des Werkzeuges im Wälzbild an der Wälzlängenposition L₁ und der Zahnbreitenposition b₁ zumindest lokal durch die Formel: f(2·pi/lambda₁·cos(psi₁)·L₁ – 2·pi/lambda₁·sin(psi₁)·b₁) definiert ist, wobei der Winkel psi₁ die Richtung (G_C1) auf der Werkzeugflanke angibt, auf der die Modifikation einen konstanten Wert hat, während die Modifikation entlang jeder anderen Richtung die Form von f() aufweist, wobei lambda₁ bei einer Periodizität von f() über 2·pi die Wellenlänge der Modifikation in einer Richtung senkrecht zu der ersten Richtung (G_C1) definiert, und/oder wobei bevorzugt die erste Richtung (G_C1) des Werkzeuges, in welcher die Modifikation einen konstanten Wert aufweist, der Eingrifflinie des Abrichtwerkzeuges, insbesondere einer Formrolle, mit dem Werkzeug beim Abrichten entspricht, wobei diese Richtung vorzugsweise zumindest lokal durch eine Gerade G₁ angenähert wird, wobei bevorzugt die erste Richtung (G_C2) des Werkzeuges, in welcher die Modifikation einen konstanten Wert aufweist, der Eingrifflinie des Abrichtwerkzeuges, insbesondere einer Formrolle, mit dem Werkzeug beim Abrichten entspricht.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Aspekte, wobei die durch das Verfahren erzeugten Modifikationen dazu verwendet werden, um ungewollte Abweichungen und/oder Welligkeiten der Oberfläche des Werkstückes zu kompensieren, insbesondere um Abweichungen und/oder Welligkeiten der Oberfläche des Werkstückes zu eliminieren, die durch Ungenauigkeiten der Maschinenmechanik und/oder durch die Maschinendynamik und/oder durch unzureichende Wuchtgüte bedingt sind.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Aspekte, mit den Schritten: Vorgabe einer gewünschten Amplitude der periodischen Flankenmodifikation; und gezieltes Einstellen einer Exzentrizität und/oder Werkzeugmodifikation beim Abrichten des Werkzeuges zur Herstellung eines Werkstückes mit der gewünschten Flankenmodifikation und/oder mit den Schritten: Vorgabe einer gewünschten Ausrichtung der periodischen Flankenmodifikation; und Verfahren des Werkzeugs kontinuierlich in Achsrichtung des Werkstückes und/oder Vershiften des Werkzeuges tangential zum Werkstück, um die gewünschte Ausrichtung der Flankenmodifikation zu erhalten.
9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Aspekte, wobei die Makrogeometrie des Werkzeuges und/oder die Eingrifflinie des Abrichtwerkzeuges und/oder der Axialvorschub des Werkstückes und/oder die Shift-Bewegung des Werkzeuges und/oder der Stauchungsfaktor c so gewählt werden, dass die Modifikation des Werkzeuges entlang einer Linie G₁, auf welcher sich der Berührpunkt bei der Bearbeitung des Werkstückes auf dem Werkzeug bewegt, der gewünschten Modifikation des Werkstückes entlang einer Linie G₂, auf welcher sich der Berührpunkt auf dem Werkstück bewegt, entspricht, wobei bevorzugt bei vorgegebener Makrogeometrie des Werkzeuges und Eingrifflinie des Abrichtwerkzeuges der Axialvorschub des Werkstückes und/oder die Shift-Bewegung des Werkzeuges und/oder der Stauchungsfaktor c entsprechend gewählt werden, wobei weiterhin bevorzugt bei vorgegebenen Axialvorschub des Werkstückes die Shift-Bewegung des Werkzeuges und/oder der Stauchungsfaktor c entsprechend gewählt werden.
10. Verfahren nach Aspekt 9, wobei die Makrogeometrie des Werkzeuges und/oder die Eingrifflinie des Abrichtwerkzeuges und/oder der Axialvorschub des Werkstückes und/oder die Shift-Bewegung des Werkzeuges und/oder der Stauchungsfaktor c so gewählt werden, dass die Modifikationen des Werkzeuges und des Werkstückes sich auch entlang von Linien G_1' und G_2' entsprechen, auf welchen sich die Berührpunkte bei der Bearbeitung des gleichen Zahnes des Werkstückes mit dem gleichem Gang des Werkzeuges zu einem späteren Zeitpunkt des Bearbeitungsverfahrens bewegen, wobei diese Linien durch den Axialvorschub des Werkstückes und ggf. durch das Vershiften des Werkzeuges gegenüber den Linien G₁ und G₂ verschoben sind, wobei bevorzugt bei vorgegebener Makrogeometrie des Werkzeuges und Eingrifflinie des Abrichtwerkzeuges der Axialvorschub des Werkstückes und/oder die Shift-Bewegung des Werkzeuges und/oder der Stauchungsfaktor c entsprechend gewählt werden, wobei weiterhin bevorzugt bei vorgegebenen Axialvorschub des Werkstückes die Shift-Bewegung des Werkzeuges und/oder der Stauchungsfaktor c entsprechend gewählt werden.
11. Verfahren zum Abrichten und/oder Profilieren eines Werkzeuges, wobei das Werkzeug unrund abgerichtet wird, damit eine gezielte Exzentrizitätsbewegung des Werkzeuges erzeugbar wird, durch die eine definierte periodische Flankenwelligkeit auf der aktiven Oberfläche des damit bearbeiteten Werkstückes erzielt wird, insbesondere zur Bereitstellung eines Werkzeuges für ein Verfahren nach einem der vorangegangenen Aspekte.
12. Werkzeug insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Aspekte, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug zumindest in einem Teilbereich unrund abgerichtet ist, wobei das Werkzeug vorteilhafterweise wenigstens zwei verschiedene Bearbeitungsbereiche aufweist, insbesondere wenigstens einen Schruppbereich und wenigstens einen unrund abgerichteten Schlichtbereich.
13. Verzahnmaschine zum Abrichten einer Schleifschnecke mit einem Abrichtwerkzeug, insbesondere Verzahnmaschine zur Durchführung eines Verfahrens nach den vorangegangenen Aspekten, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnmaschine eine Funktion zum unrunden Abrichten eines Werkzeuges, insbesondere einer Schleifschnecke aufweist, welche vorteilhafterweise die Eingriffstiefe des Abrichtwerkzeugs in das Werkzeug in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Schleifschnecke einstellt.
14. Verzahnmaschine, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangegangenen Aspekte, insbesondere Verzahnmaschine nach Aspekt 13, mit einer Funktion zur Erzeugung einer gewünschten Modifikation des Werkstückes mittels eines exzentrisch abgerichteten Werkzeugs, wobei die Verzahnmaschine vorteilhafterweise eine Eingabefunktion, über welche eine gewünschte Amplitude der periodischen Flankenmodifikation vorgebbar ist und eine Ansteuerungsfunktion, welche die zur Bereitstellung der Flankenmodifikation benötigte Exzentrizität bestimmt und zum Schleifen eines Werkstückes mit der gewünschten Flankenmodifikation einstellt, umfasst.
15. Computerprogramm, insbesondere zur Installation auf einer Verzahnmaschine und/oder mit einer Ausgabefunktion für Daten zur Verwendung auf einer Verzahnmaschine, mit einer Eingabefunktion zur Eingabe von Daten zu einer gewünschten Modifikation des Werkstückes und mit einer Funktion zur Bestimmung der Makrogeometrie des Werkzeuges und/oder der Eingriffslinie des Abrichtwerkzeuges und/oder der Axialvorschub des Werkstückes und/oder die Shift-Bewegung des Werkzeuges und/oder des Stauchungsfaktors c in der Art, dass die Modifikation des Werkzeuges entlang einer Linie G₁, auf welcher sich der Berührpunkt bei der Bearbeitung des Werkstückes auf dem Werkzeug bewegt, der gewünschten Modifikation des Werkstückes entlang einer Linie G₂, auf welcher sich der Berührpunkt auf dem Werkstück bewegt, entspricht, wobei die Funktionen bevorzugt ein Verfahrens nach einem der vorangegangenen Aspekte implementieren.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich dabei auf beliebige Hartfeinbearbeitungsverfahren und insbesondere auf das Wälzschleifen sowei das Verzahnungshonen. Die zwei Verfahren unterscheiden sich im Wesentlichen nur durch den Achskreuzwinkel zwischen Werkzeug und Werkstück.
Dieser liegt beim Wälzfräsen üblicherweise in der Größenordnung von rund 90° ± 5°, beim Honen üblicherweise zwischen 5 und 25° und niedrigeren Schnittgeschwindigkeiten.

Claims

Verfahren für die Herstellung eines Werkstückes mit korrigierter Verzahnungsgeometrie und/oder modifizierter Oberflächenstruktur, insbesondere durch einen Hartfeinbearbeitungsprozess, insbesondere durch Wälzschleifen oder Honen, dadurch gekennzeichnet, dass mittels gezielter Erzeugung einer Taumelbewegung und/oder einer Exzentrizität des Werkzeuges erreicht wird, dass eine Modifikation, insbesondere eine Profilmodifikation oder -welligkeit und/oder eine definierte periodische Flankenwelligkeit, auf der aktiven Oberfläche des damit bearbeiteten Werkstückes erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung der Schleifschnecke die Schleifschneckenbreite so bestimmt wird, dass die Gangenden der Schneckengänge an den beiden Enden der Schleifschnecke an unterschiedlichen Winkelpositionen am Außenumfang angeordnet sind und so gezielt eine definierte Unwucht hervorrufen und/oder dass beim Auswuchten des Schleifwerkzeuges gezielt eine gewisse Unwucht eingestellt wird, insbesondere beim Auswuchten auf der Schleifmaschine, so dass mittels dieses Auswuchtverfahrens eine gezielte Taumel- und/oder Exzentrizitätsbewegung des Schleifwerkzeuges erzeugt wird, durch die eine definierte periodische Flankenwelligkeit auf der aktiven Oberfläche des damit geschliffenen Werkstückes erzielt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Werkzeug zum Erzeugen der gezielten Exzentrizität beim Abrichten und/oder Profilieren unrund abgerichtet wird, und/oder wobei mittels der gezielten Exzentrizität des Werkzeuges erreicht wird, dass eine definierte, vorzugsweise periodische Flankenwelligkeit vorzugsweise im Diagonalschleifverfahren auf der aktiven Oberfläche des damit bearbeiteten Werkstückes erzeugt wird, wobei bevorzugt das Werkzeug mittels einer Formrolle unrund abgerichtet wird, wobei weiterhin bevorzugt die Formrolle beim Abrichten vom Fußbereich bis zum Kopfbereich mit dem Zahn des Werkzeuges in Kontakt steht, so dass die exzentrische Modifikation über die gesamte Zahnhöhe in einem Hub erfolgt oder alternativ die Formrolle beim Abrichten nur in Teilbereichen zwischen Fuß und Kopf mit dem Zahn des Werkzeuges in Kontakt steht, so dass die exzentrische Modifikation über die gesamte Zahnhöhe in mehreren Hüben und jeweils unterschiedlicher relativen Positionierung des Abrichters erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das exzentrische Abrichten des Werkzeuges erfolgt, indem eine oder mehrere der folgenden Korrekturen der Achsbewegungen zur herkömmlichen Abrichtkinematik vorgenommen werden: a) Variation des Achsabstandes des Abrichters zum Werkzeug in Abhängigkeit des Werkzeugdrehwinkels oder der Werkzeugbreite (Zustellung) b) Variation des Axialvorschubs des Werkzeugs bzw. des Abrichters in Abhängigkeit des Werkzeugdrehwinkels oder der Werkzeugbreite (Shiften) c) Variation des Achskreuzwinkels des Werkzeuges und des Abrichters in Abhängigkeit des Werkzeugdrehwinkels oder der Werkzeugbreite (Schwenken) d) Variation der Werkzeugdrehzahl in Abhängigkeit des Werkzeugdrehwinkels oder der Werkzeugbreite und/oder wobei das exzentrische Abrichten des Werkzeuges erfolgt, indem der Abrichter abhängig von der Winkelposition des Werkzeugs mehr oder weniger zugestellt wird bzw. indem das Werkzeug abhängig von seiner Winkelposition mehr oder weniger auf den Abrichter hin, zugestellt wird oder umgekehrt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die gewünschte Modifikation der Oberflächengeometrie des Werkstückes auf der Zahnradflanke im Wälzbild zumindest lokal in einer ersten Richtung (G_C2) des Werkstückes einen konstanten Wert aufweist und in einer zweiten Richtung des Werkstückes, welche senkrecht zur ersten Richtung (G_C2) verläuft, durch eine Funktion f(x) gegeben ist, und wobei bevorzugt die zur Herstellung dieser Modifikation der Oberflächengeometrie des Werkstückes verwendete Modifikation der Oberflächengeometrie des Werkzeuges im Wälzbild zumindest lokal in einer ersten Richtung (G_C1) des Werkzeuges einen konstanten Wert aufweist und weiterhin bevorzugt in einer zweiten Richtung des Werkzeuges, welche senkrecht zur ersten Richtung (G_C1) verläuft, durch die gleiche, gegebenenfalls linear um einen Faktor c gestauchte, Funktion f(cx) gegeben ist, wobei bevorzugt die gewünschte Modifikation der Oberflächengeometrie des Werkstückes auf der Zahnradflanke im Wälzbild an der Wälzlängenposition L₂ und der Zahnbreitenposition b₂ zumindest lokal durch die Formel: f(2·pi/lambda₂·cos(psi₂)·L₂ – 2·pi/lambda₂·sin(psi₂)·b₂) definiert ist, wobei der Winkel psi₂ die Richtung (G_C2) auf der Zahnradflanke angibt, auf der die Modifikation einen konstanten Wert hat, während die Modifikation in jeder anderen Richtung die Form von f() aufweist, wobei lambda₂ bei einer Periodizität von f() über 2·pi die Wellenlänge der Modifikation in einer Richtung senkrecht zu der ersten Richtung (G_C2) definiert und wobei bevorzugt die hierzu eingesetzte Modifikation der Oberflächengeometrie des Werkzeuges im Wälzbild an der Wälzlängenposition L₁ und der Zahnbreitenposition b₁ zumindest lokal durch die Formel: f(2·pi/lambda₁·cos(psi₁)·L₁ – 2·pi/lambda₁·sin(psi₁)·b₁) definiert ist, wobei der Winkel psi₁ die Richtung (G_C1) auf der Werkzeugflanke angibt, auf der die Modifikation einen konstanten Wert hat, während die Modifikation entlang jeder anderen Richtung die Form von f() aufweist, wobei lambda₁ bei einer Periodizität von f() über 2·pi die Wellenlänge der Modifikation in einer Richtung senkrecht zu der ersten Richtung (G_C1) definiert, und/oder wobei bevorzugt die erste Richtung (G_C1) des Werkzeuges, in welcher die Modifikation einen konstanten Wert aufweist, der Eingrifflinie des Abrichtwerkzeuges, insbesondere einer Formrolle, mit dem Werkzeug beim Abrichten entspricht, wobei diese Richtung vorzugsweise zumindest lokal durch eine Gerade G₁ angenähert wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Makrogeometrie des Werkzeuges und/oder die Eingrifflinie des Abrichtwerkzeuges und/oder der Axialvorschub des Werkstückes und/oder die Shift-Bewegung des Werkzeuges und/oder der Stauchungsfaktor c so gewählt werden, dass die Modifikation des Werkzeuges entlang einer Linie G₁, auf welcher sich der Berührpunkt bei der Bearbeitung des Werkstückes auf dem Werkzeug bewegt, der gewünschten Modifikation des Werkstückes entlang einer Linie G₂, auf welcher sich der Berührpunkt auf dem Werkstück bewegt, entspricht, wobei bevorzugt bei vorgegebener Makrogeometrie des Werkzeuges und Eingrifflinie des Abrichtwerkzeuges der Axialvorschub des Werkstückes und/oder die Shift-Bewegung des Werkzeuges und/oder der Stauchungsfaktor c entsprechend gewählt werden, wobei weiterhin bevorzugt bei vorgegebenen Axialvorschub des Werkstückes die Shift-Bewegung des Werkzeuges und/oder der Stauchungsfaktor c entsprechend gewählt werden, wobei bevorzugt die Makrogeometrie des Werkzeuges und/oder die Eingrifflinie des Abrichtwerkzeuges und/oder der Axialvorschub des Werkstückes und/oder die Shift-Bewegung des Werkzeuges und/oder der Stauchungsfaktor c so gewählt werden, dass die Modifikationen des Werkzeuges und des Werkstückes sich auch entlang von Linien G_1' und G_2' entsprechen, auf welchen sich die Berührpunkte bei der Bearbeitung des gleichen Zahnes des Werkstückes mit dem gleichem Gang des Werkzeuges zu einem späteren Zeitpunkt des Bearbeitungsverfahrens bewegen, wobei diese Linien durch den Axialvorschub des Werkstückes und ggf. durch das Vershiften des Werkzeuges gegenüber den Linien G₁ und G₂ verschoben sind, wobei weiterhin bevorzugt bei vorgegebener Makrogeometrie des Werkzeuges und Eingrifflinie des Abrichtwerkzeuges der Axialvorschub des Werkstückes und/oder die Shift-Bewegung des Werkzeuges und/oder der Stauchungsfaktor c entsprechend gewählt werden, wobei weiterhin bevorzugt bei vorgegebenen Axialvorschub des Werkstückes die Shift-Bewegung des Werkzeuges und/oder der Stauchungsfaktor c entsprechend gewählt werden.
Verfahren zum Abrichten und/oder Profilieren des Werkzeuges wobei das Werkzeug unrund abgerichtet wird, damit eine gezielte Taumel- und/oder Exzentrizitätsbewegung des Werkzeuges erzeugbar wird, durch die eine definierte periodische Flankenwelligkeit auf der aktiven Oberfläche des damit bearbeiteten Werkstückes insbesondere im Diagonalschleifverfahren erzielt wird, insbesondere zur Bereitstellung eines Werkzeuges für ein Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche.
Verfahren für die Herstellung eines Werkstückes mit korrigierte Verzahnungsgeometrie und/oder modifizierter Oberflächenstruktur, insbesondere durch eine Hartfeinbearbeitung, insbesondere durch Wälzschleifen, wobei bei der Bearbeitung des Werkstückes die Eingriffstiefe der Schleifschnecke in das Werkstück in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Werkzeuges, insbesondere der Schleifschnecke, verändert wird, insbesondere periodisch verändert wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch das Verfahren erzeugten Modifikationen dazu verwendet werden, um ungewollte Abweichungen und/oder Welligkeiten der Oberfläche des Werkstückes zu kompensieren, insbesondere um Abweichungen und/oder Welligkeiten der Oberfläche des Werkstückes zu eliminieren, die durch Ungenauigkeiten der Maschinenmechanik und/oder durch die Maschinendynamik und/oder durch unzureichende Wuchtgüte bedingt sind, und/oder dass das Schleifwerkzeug unrund abgerichtet wird und/oder dass die Schleifschneckenbreite so bestimmt wird, dass die Gangenden der Schneckengänge an den beiden Enden der Schleifschnecke an unterschiedlichen Winkelpositionen am Außenumfang angeordnet sind, und/oder zusätzlich in der Maschine noch die Auswuchtung modifiziert wird.
Verfahren zum Hartfeinbearbeiten eines Werkstückes mit einer korrigierten Verzahnungsgeometrie und/oder modifizierter Oberflächenstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten: Vorgabe einer gewünschten Amplitude der periodischen Flankenmodifikation; und gezieltes Einstellen einer Unwucht und/oder einer Exzentrizität und/oder Werkzeugmodifikation beim Abrichten des Werkzeuges zur Herstellung eines Werkstückes mit der gewünschten Flankenmodifikation und/oder mit den Schritten: Vorgabe einer gewünschten Frequenz der periodischen Flankenmodifikation; und Modifikation des Eingriffswinkels α_n0 am Werkzeug zur Herstellung eines Werkstückes mit der gewünschten Flankenmodifikation. und/oder mit den Schritten: Vorgabe einer gewünschten Ausrichtung der periodischen Flankenmodifikation; und Verfahren des Werkzeugs kontinuierlich in Achsrichtung des Werkstückes und/oder Vershiften des Werkzeuges tangential zum Werkstück, um die gewünschte Ausrichtung der Flankenmodifikation zu erhalten.
Werkzeug zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug zumindest in einem Teilbereich unrund abgerichtet ist, wobei das Werkzeug vorteilhafterweise wenigstens zwei verschiedene Bearbeitungsbereiche aufweist, insbesondere wenigstens einen Schruppbereich und wenigstens einen unrund abgerichteten Schlichtbereich.
Schleifschnecke zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gangenden der Schneckengänge an den beiden Enden der Schleifschnecke an unterschiedlichen Winkelpositionen am Außenumfang angeordnet sind.
Verzahnmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Verzahnmaschine vorteilhafterweise eine Eingabefunktion, über welche eine gewünschte Amplitude der periodischen Flankenmodifikation vorgebbar ist und eine Ansteuerungsfunktion, welche die zur Bereitstellung der Flankenmodifikation benötigte Unwucht und/oder Exzentrizität bestimmt und zum Schleifen eines Werkstückes mit der gewünschten Flankenmodifikation einstellt, umfasst, und/oder eine Eingabefunktion, über welche eine gewünschte Unwucht und/oder Exzentrizität vorgebbar ist und eine Ansteuerungsfunktion, welche die gewünschte Unwucht zum Schleifen eines Werkstückes mit der gewünschten Flankenmodifikation einstellt und/oder eine Eingabefunktion, über welche ein Einriffswinkel α_n0 und/oder eine Modifikation des Eingriffswinkels a_n0 vorgebbar ist und eine Ansteuerfunktion welche den gewünschten Eingriffswinkel α_n0 am Werkzeug zum Schleifen eines Werkstückes mit der gewünschten Flankenmodifikation einstellt, und/oder mit einer Funktion zur Erzeugung einer gewünschten Modifikation des Werkstückes mittels eines exzentrisch abgerichteten Werkzeugs, wobei bevorzugt die Verzahnmaschine eine Wuchtfunktion aufweist, über welche die benötigte Unwucht einstellbar ist, und/oder eine Bearbeitungsfunktion aufweist, welche die Eingriffstiefe der Schleifschnecke in das Werkstück in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Schleifschnecke einstellt.
Verzahnmaschine zum Abrichten einer Schleifschnecke mit einem Abrichtwerkzeug, insbesondere Verzahnmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnmaschine eine Funktion zum unrunden Abrichten der Schleifschnecke aufweist, welche vorteilhafterweise die Eingriffstiefe des Abrichtwerkzeugs in die Schleifschnecke in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Schleifschnecke einstellt.
Computerprogramm, insbesondere zur Installation auf einer Verzahnmaschine und/oder mit einer Ausgabefunktion für Daten zur Verwendung auf einer Verzahnmaschine, mit einer Eingabefunktion zur Eingabe von Daten zu einer gewünschten Modifikation des Werkstückes und mit einer Funktion zur Bestimmung der zur Bereitstellung der Flankenmodifikation benötigten Unwucht und/oder mit einer Funktion zur Bestimmung der Makrogeometrie des Werkzeuges und/oder der Eingriffslinie des Abrichtwerkzeuges und/oder der Axialvorschub des Werkstückes und/oder die Shift-Bewegung des Werkzeuges und/oder des Stauchungsfaktors c in der Art, dass die Modifikation des Werkzeuges entlang einer Linie G₁, auf welcher sich der Berührpunkt bei der Bearbeitung des Werkstückes auf dem Werkzeug bewegt, der gewünschten Modifikation des Werkstückes entlang einer Linie G₂, auf welcher sich der Berührpunkt auf dem Werkstück bewegt, entspricht, wobei die Funktionen bevorzugt ein Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche implementieren.