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Gebiet der Erfindung
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Abrichten einer Schleifschnecke und eine Vorrichtung zum Abrichten einer Schleifschnecke.
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Hintergrund der Erfindung, Stand der Technik
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In 1 sind die Elemente einer beispielhaften Schleifmaschine 100 gezeigt, wobei in dieser Darstellung lediglich die wesentlichen Elemente beschriftet sind, und zwar sind dies die Werkzeugspindel 1 samt eines Schleifwerkzeugs 2 und eine Werkstückspindel 3 mit einem Zahnrad-Werkstück 10. Außerdem sind in dieser Darstellung einige der Achsen gezeigt, die zum Wälzschleifen des Werkstücks 10 zum Einsatz kommen können. Es handelt sich hier um drei Linearachsen X, Y und Z. Außerdem gibt es eine Rotationsachse B (Werkzeugrotationsachse genannt), um das Schleifwerkzeug 2 drehantreiben zu können. Die Werkzeugspindel 1 samt des Schleifwerkzeugs 2 kann um eine Schwenkachse A geschwenkt werden, um die Steigung der Schleifschnecke 2 mit dem Schrägungswinkel des Werkstücks 10 in Einklang zu bekommen. Weiterhin gibt es eine Rotationsachse C (auch Werkstückachse genannt), um das Werkstück 10 drehantreiben zu können. Anhand der 1 ist zu erkennen, dass eine ganze Reihe von koordinierten Linear-, Dreh- und Schwenkbewegungen erforderlich sind, um ein Werkstück 10 mit einem Schleifwerkzeug 2 wälzschleifen zu können.
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Einer der Faktoren, der einen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit einer solchen Schleifmaschine 100 hat, ist die Standzeit des Schleifwerkzeugs 2, das hier in Form einer Schleifschnecke gezeigt ist. Umso schneller das Werkzeug 2 abnutzt, um so weniger Werkstücke 10 können mit diesem Werkzeug 2 bearbeitet werden.
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Es kommen daher häufig Schleifschnecken 2 zum Einsatz, die abgerichtet werden können. Nur mit einer Schleifschnecke 2, deren Maß- und Formgenauigkeit innerhalb enger Toleranzen liegt, kann eine hochgenaue Werkstückbearbeitung durchgeführt werden. Es muss daher stets gewährleistet werden, dass der Zustand der Schleifschnecke 2 prozessfähig ist.
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Es gibt verschiedene Ansätze zum Abrichten. In 1 ist beispielhaft eine Abrichtrolle bzw. Abrichtrolle 4 gezeigt, die oberhalb der Schleifschnecke 2 positioniert ist. Im Folgenden wird der allgemeine Begriff Abrichtrolle 4 verwendet, wobei das Wort „rolle“ nicht einschränkend zu verstehen ist. Diese Abrichtrolle 4 ist um eine Achse D1 motorisch drehantreibbar. Zum Abrichten wird die drehangetriebene Schleifschnecke 2 linear parallel zur Werkzeugrotationsachse B bewegt, während die Abrichtrolle 4 um die Achse D1 drehangetrieben wird. Diese Linearbewegung (die hier durch die Z-Achse ausgeführt wird) ist mit dem Drehwinkel der Schleifschnecke 2 gekoppelt.
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In 2A ist eine schematische Schnittansicht einer eingängigen Schleifschnecke 2 und einer als Zeilenabrichter ausgelegten Abrichtrolle 4 gezeigt, die sich im Eingriff mit der Schleifschnecke 2 befindet. Um zum Beispiel die rechte Flanke RF des Schneckengangs entlang der gesamten Zahnhöhe abrichten zu können, wird der Linearbewegung, die durch die Z-Achse ausgeführt wird, eine lineare Radialbewegung Sr1 überlagert. Dieses Verfahren ist zwar flexibel aber nicht produktiv. Das Abrichten mit einem Zeilenabrichter kann z.B. eingesetzt werden, um eine topographisch modifizierte Schleifschnecke abzurichten.
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In der 2B sind weitere Details des zeilenweisen Abrichtens in schematischer Form gezeigt. Die 2B zeigt eine stark schematisierte Abwicklung der rechten Zahnflanke RF einer Schleifschnecke 2 in vergrößerter Darstellung. Die rechte Zahnflanke RF ist hier durch ein Rechteck mit den Seiten längen h0 (Zahnhöhe) und 10 (Schraubenlinienlänge) symbolisiert. Es sind hier lediglich vier Kontaktlinien KI1, KI2, KI3, KI4 in schematischer Form angedeutet, die beim zeilenweisen Abrichten entstehen, wenn nach jedem Abrichtdurchgang jeweils eine kleine relative Eintauchbewegung in radialer Richtung (durch Sr1 in 2A angedeutet) vorgenommen wird. Es ergibt sich bei jedem Abrichtdurchgang eine neue Kontaktlinie KI1, KI2, KI3, KI4 parallel zur Flankenlängslinie. Der gegenseitige Abstand zwischen den Kontaktlinie KI1, KI2, KI3, KI4 ist durch die Schrittweite der Eintauchbewegung in radialer Richtung definiert.
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3 zeigt eine schematische Schnittansicht einer eingängigen Schleifschnecke 2 und einer einseitig wirkenden Abrichtrolle 4, die sich im Eingriff mit der Schleifschnecke 2 befindet. Im gezeigten Moment bearbeitet die Abrichtrolle 4 die rechte Flanke RF des Schneckengangs. Eine radiale Bewegung braucht es nur zum Zustellen der Abrichtrolle 4 in eine Zahnlücke der Schleifschnecke 2. Dieser Ansatz ist produktiver als das in 2A gezeigte Zeilenabrichten, wobei die rechte Flanke RF und die linke Flanke LF in separaten Durchläufen abgerichtet werden. Typischerweise kommt es zwischen der einseitig wirkenden Abrichtrolle 4 und der Flanke RF oder LF der Schleifschnecke 2 zu einem Linienkontakt, der parallel zur Flankenlängslinie entlang der Flanke RF oder LF wandert.
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4 zeigt eine schematische Schnittansicht einer eingängigen Schleifschnecke 2 und einer doppelseitig wirkenden Abrichtrolle 4, die sich im Eingriff mit der Schleifschnecke 2 befindet. Auch hier braucht es eine radiale Bewegung nur zum Zustellen der Abrichtrolle 4 in eine Zahnlücke der Schleifschnecke 2. Dieser Ansatz ist noch produktiver, da die rechte Flanke RF und die linke Flanke LF gleichzeitig abgerichtet werden. Typischerweise kommt es zwischen der doppelseitig wirkenden Abrichtrolle 4 und den Flanke RF und LF der Schleifschnecke 2 je zu einem Linienkontakt, der parallel zu den Flankenlängslinien entlang der Flanken RF und LF wandert.
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Den bisher beschriebenen Abrichtverfahren ist gemeinsam, dass sich die dreidimensionale Topografie der Flanken der Schleifschnecke 2 aus den NC-gesteuerten Relativbewegungen und dem Zusammenwirken von Abrichtrolle 2 und Schleifschnecke 2 ergibt.
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Zusätzlich gibt es ein Abrichtverfahren, das deutlich produktiver ist als die im Zusammenhang mit den
2A,
2B,
3 und
4 beschriebenen Ansätzen. Hierbei kommt jedoch ein zahnradartiger Abrichter als Spezialwerkzeug zum Einsatz, der zusammen mit der abzurichtenden Schleifschnecke abwälzt. Kinematisch gesehen handelt es sich um die Nachbildung eines Schraubgetriebes. Ein entsprechendes Beispiel ist aus dem Dokument
CH709478A1 der Firma Reishauer
AG bekannt. Bei einem solchen zahnradartigen Abrichter handelt es sich um ein zahnradartiges Spezialwerkzeug, das relativ teuer ist. Außerdem muss bei diesem Abrichtverfahren auf eine exakte Kopplung der Drehbewegung des Spezialwerkzeugs und der Drehbewegung der abzurichtenden Schleifschnecke geachtet werden. Die Kopplung ist aufgrund des Übersetzungsverhältnisses fest vorgegeben. Das Abrichten ergibt sich aus einer Wälzbewegung zwischen dem Spezialwerkzeug und der Schleifschnecke. Die Zahnflanken des Spezialwerkzeug haben einen bogenförmigen (z.B. einen evolventischen) Verlauf.
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Die Abtragsleistung wird beim Abrichten unter anderem durch die relative Drehgeschwindigkeit von Abrichter und Schleifschnecke bestimmt. Man unterscheidet das Abrichten im Gleichlauf und im Gegenlauf. 5A zeigt eine schematische Seitenansicht einer Schleifschnecke 2 und einer Abrichtrolle 4, die gleichlaufend angetrieben sind. 5B zeigt eine schematische Seitenansicht einer Schleifschnecke 2 und einer Abrichtrolle 4, die gegenlaufend angetrieben sind. Die Drehrichtung hat auch einen Einfluss auf die Oberflächeneigenschaft der Schleifschnecke 2.
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Wie im Zusammenhang mit 1 erwähnt, kommt eine Schleifschnecke 2 zum Einsatz, um ein Zahnrad-Werkstück 10 wälzzuschleifen.
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Es hat sich gezeigt, dass es bei wälzgeschliffenen Zahnrad-Werkstücken 10 zu hörbaren Geräuschanregungen kommen kann, wenn diese z.B. in einem Getriebe abrollen. Dies ist zum Teil auf die präzise Fertigung und Wälzschleifnachbearbeitung der Zahnflanken solcher Zahnrad-Werkstücke zurück zu führen. Die Zahnflanken wälzgeschliffener Zahnrad-Werkstücke 10 können beispielsweise eine Oberfläche aufweisen, die sich periodisch wiederholende Segmente oder Mikrostrukturen aufweisen. Die entsprechende Periodizität - deren Ursprung kleine Fehler der Abrichtrolle 4 sind - kann die Ursache für Geräuschanregungen in einem Getriebe sein.
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Es ist aus der Patentschrift
DE19905136B4 der Firma Reishauer
AG bekannt, dass man die Periodizität der Zahnrad-Werkstücke stören muß, um die Geräuschanregung zu reduzieren. Reishauer setzt in diesem Fall auf einen mit variabler Drehzahl angetriebenen Abrichter, wobei der Drehwinkel des Abrichters durch einen Drehwinkelgeber, der der Drehachse des Abrichters zugeordnet ist, kontrolliert wird und wobei eine Steuerung und ein Antrieb mit steuerbarer Drehzahl zum Einsatz kommen.
DE19905136B4 beschreibt ein sich stochastisch änderndes Verhältnis zwischen der Drehbewegung des Abrichters und der Drehbewegung der Schleifschnecke. Diese stochastische Änderung überträgt sich im Prinzip beim Wälzschleifen eines Zahnrad-Werkstücks von der Schleifschnecke auf die Zahnflanken des Zahnrad-Werkstücks.
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Es besteht der Bedarf das Wälzschleifen eines Zahnrad-Werkstücks mit einer Schleifschnecke weiter zu optimieren, wobei ein Hauptaugenmerk auch hier auf das Geräuschverhalten des Zahnrad-Werkstücks gerichtet ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereit zu stellen, das effizient ist und das sich besonders für den Einsatz in einer Serienproduktion von Zahnrad-Werkstücken eignet.
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Ein entsprechendes Verfahren der Erfindung zeichnet sich durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 aus. Die Erfindung setzt, wie auch der in
DE19905136B4 beschriebene Ansatz, am Abrichten einer Schleifschnecke an.
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Das Verfahren der Erfindung betrifft somit das Abrichten einer Schleifschnecke, die speziell zum Wälzschleifen eines Zahnrad-Werkstücks ausgelegt ist. Das Verfahren umfasst mindestens die folgenden Schritte (wobei die Reihenfolge der Schritte keine Reihenfolge implizieren soll):
- - Bereitstellen der Schleifschnecke mit mindestens einem Schneckengang und Bereitstellen einer Abrichtrolle in einer Maschine, wobei die Schleifschnecke um eine Werkzeugrotationsachse drehantreibbar und die Abrichtrolle um eine Abrichtachse drehantreibbar ist,
- - Durchführen einer Abrichtbearbeitung durch das Ausführen von Relativbewegungen zwischen der Schleifschnecke und der Abrichtrolle, die umfassen
- • eine relative Zustellbewegung, um die Abrichtrolle mit der Schleifschnecke in Eingriff zu bringen,
- • ein Drehantreiben der Schleifschnecke um die Werkzeugrotationsachse mit einer nicht-konstanten ersten Winkelgeschwindigkeit,
- • ein Drehantreiben der Abrichtrolle mit einer konstanten zweiten Winkelgeschwindigkeit um die Abrichtachse,
- • einen relativen, linearen Axialvorschub, der parallel oder schräg zur Werkzeugrotationsachse erfolgt, um die Abrichtrolle so entlang mindestens einer Zahnflanke des Schneckengangs der Schleifschnecke zu führen, dass sich aufgrund einer lokalen Schnittgeschwindigkeit, die von der ersten Winkelgeschwindigkeit und zweiten Winkelgeschwindigkeit abhängt, eine Abrichtarbeit an der Zahnflanke ergibt, und
- • eine relative Zusatzbewegung, die parallel oder schräg zur Werkzeugrotationsachse erfolgt.
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Die Verfahrensschritte können bei allen Ausführungsformen auch in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden. Die Verfahrensschritte können bei allen Ausführungsformen mindestens teilweise auch zeitgleich ausgeführt werden.
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Anders als bei bisherigen Abrichtverfahren, kommt gemäß Erfindung eine relative Zusatzbewegung zum Einsatz, die dem relativen, linearen Axialvorschub überlagert wird. Der Begriff des Überlagerns ist hier mathematisch zu verstehen. Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen werden in der Praxis der relative, lineare Axialvorschub und die relative Zusatzbewegung gemeinsam ausgeführt, z.B. durch das entsprechende Ansteuern eines Antriebs der entsprechenden Achse (z.B. die Z-Achse).
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Um den topografischen Einfluss dieser Zusatzbewegung auf die Abrichtbearbeitung der Zahnflanke der Schleifschnecke auszugleichen, wird gleichzeitig das Drehantreiben der Schleifschnecke im Einklang mit der Zusatzbewegung angepasst. D.h. die Schleifschnecke wird gemäß Erfindung mit einer nicht-konstanten ersten Winkelgeschwindigkeit um die Werkzeugrotationsachse angetrieben.
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Gemäß Erfindung bedarf es am Abrichter keines Winkelgebers und keines gesteuerten Drehantriebs, da der Abrichter mit einer konstanten Drehgeschwindigkeit drehangetrieben wird. Daher wird der Gesamtaufbau und der Steuerungsaufwand, der von der NC-Steuerung der entsprechenden Maschine geleistet werden muß, deutlich geringer, als dies bei einer Maschine mit gesteuerter Abrichterdrehachse, wie sie z.B. nach
DE19905136B4 , erforderlich ist.
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Außerdem liefert die Erfindung genau reproduzierbare Ergebnisse. D.h. es ergeben sich beim Abrichten gezielte, mikroskopisch kleine Variationen der Oberfläche der Flanke(n) der Schleifschnecke. Diese Variationen sind beim erneuten Abrichten wiederholbar, oder sie können auch auf das Abrichten einer anderen Schleifschnecke angewendet werden. D.h. die Erfindung ermöglicht es gezielte Variationen der Oberfläche der Flanke(n) der Schleifschnecke vorzunehmen, ohne die Topografie der Schleifschnecke zu beeinträchtigen.
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Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass das Verfahren sowohl auf topologisch modifizierte, wie auch auf topologisch nicht modifizierte Schleifschnecken angewendet werden kann.
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Durch die Kombination von relativen Zusatzbewegungen und gegensteuernden Anpassungen der ersten Winkelgeschwindigkeit, bleibt die Topografie der Schleifschnecke unverändert, während gleichzeitig kleine Variationen der Oberfläche der Flanke(n) der Schleifschnecke erzeugt werden.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
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Figurenliste
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben.
- 1 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer Schleifmaschine des Standes der Technik, die dazu ausgelegt ist mit einem Schleifwerkzeug ein Werkstück schleifend zu bearbeiten;
- 2A zeigt eine schematische Schnittansicht einer eingängigen Schleifschnecke und einer als Zeilenabrichter ausgelegten Abrichtrolle, die sich im Eingriff mit der Schleifschnecke befindet;
- 2B zeigt eine stark schematisierte Abwicklung einer Zahnflanke eines Schneckengangs einer Schleifschnecke in vergrößerter Darstellung, wobei die Kontaktlinien in schematischer Form angedeutet sind, die beim Abrichten mit einem Zeilenabrichter entstehen;
- 3 zeigt eine schematische Schnittansicht einer eingängigen Schleifschnecke und einer einseitig wirkenden Abrichtrolle, die sich im Eingriff mit der Schleifschnecke befindet;
- 4 zeigt eine schematische Schnittansicht einer eingängigen Schleifschnecke und einer doppelseitig wirkenden Abrichtrolle, die sich im Eingriff mit der Schleifschnecke befindet;
- 5A zeigt eine schematische Seitenansicht einer Schleifschnecke und einer Abrichtrolle, die gleichlaufend angetrieben sind;
- 5B zeigt eine schematische Seitenansicht einer Schleifschnecke und einer Abrichtrolle, die gegenlaufend angetrieben sind;
- 6 zeigt eine stark schematisierte Ansicht einer Vorrichtung, die gemäß Erfindung ausgelegt ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Im Zusammenhang mit der vorliegenden Beschreibung werden Begriffe verwendet, die auch in einschlägigen Publikationen und Patenten Verwendung finden. Es sei jedoch angemerkt, dass die Verwendung dieser Begriffe lediglich dem besseren Verständnis dienen soll. Der erfinderische Gedanke und der Schutzumfang der Patentansprüche soll durch die spezifische Wahl der Begriffe nicht in der Auslegung eingeschränkt werden. Die Erfindung lässt sich ohne weiteres auf andere Begriffssysteme und/oder Fachgebiete übertragen. In anderen Fachgebieten sind die Begriffe sinngemäß anzuwenden.
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In 6 ist eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung 100 gezeigt, die zum Abrichten einer Schleifschnecke 20 eingerichtet ist. Bei der Schleifschnecke 20 handelt es sich um eine Schleifschnecke, die zum Wälzschleifen eines Zahnrad-Werkstücks 30 ausgelegt ist. Das Wälzschleifen von Zahnrad-Werkstücken 30 ist hinlänglich bekannt und wird hier nicht weiter beschrieben. In 6 ist daher das Zahnrad-Werkstück 30 nur andeutungsweise oberhalb der Schleifschnecke 20 gezeigt.
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Die Vorrichtung 100 umfasst mindestens eine Werkzeugspindel zum Einspannen der Schleifschnecke 20. Eine beispielhafte Werkzeugspindel 1 ist in 1 gezeigt. Die Vorrichtung 100 umfasst weiterhin einen Drehantrieb M1, der zum NC-gesteuerten Drehantreiben der Schleifschnecke 20 um die Werkzeugrotationsachse B ausgelegt ist. Gemäß Erfindung erfolgt das Drehantreiben der Schleifschnecke 20 mit einer nichtkonstanten ersten Winkelgeschwindigkeit ω1(k). Die Winkelgeschwindigkeit wird hier mit ω1(k) bezeichnet, um anzudeuten, dass die Winkelgeschwindigkeit zeitlich variabel sein kann. K steht hierfür eine veränderliche Größe bzw. einen veränderlichen Wert, wie zum Beispiel die Zeit oder die Position. K kann jedoch bei allen Ausführungsformen auch für die relative Zusatzbewegung Sa2 stehen.
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Die Winkelgeschwindigkeit kann bei allen Ausführungsformen somit zeitlich und/oder räumlich variabel sein (z.B. eine Abhängigkeit von der Position der Schleifschnecke 20 aufweisen), und/oder sie kann eine Abhängigkeit von der relative Zusatzbewegung Sa2 und/oder von der Bewegung Sa1 aufweisen, wie noch beschrieben wird. Die Verwendung von ω1(k) ist daher nicht einschränkend zu verstehen.
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Die Vorrichtung 100 umfasst auch eine Abrichtspindel zum Befestigen einer Abrichtrolle 40. Eine beispielhafte Abrichtspindel ist in 1 mit dem Bezugszeichen 5 versehen. Die Abrichtspindel 5 kann bei allen Ausführungsformen leicht schräg zur Schleifschnecke 20 stehen, wie in 1 gezeigt.
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Die Vorrichtung 100 umfasst auch einen Drehantrieb M2, der zum Drehantreiben der Abrichtrolle 40 um die Abrichtachse D1 dient, wobei der Drehantrieb M2 zum Drehantreiben der Abrichtrolle 40 mit einer konstanten zweiten Winkelgeschwindigkeit ω2 ausgelegt ist. Es braucht keinen Winkelgeber oder dergleichen an der Abrichtspindel, da die zweite Winkelgeschwindigkeit ω2 nicht geregelt werden muß.
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Die Vorrichtung 100 umfasst bei allen Ausführungsformen mehrere NC-gesteuerte Antriebe, die dazu eingerichtet sind,
- a. einen relativen, linearen Axialvorschub Sa1 auszuführen, der parallel oder schräg zur Werkzeugrotationsachse B erfolgt. In 6 ist dieser Axialvorschub Sa1 durch einen Pfeil dargestellt, der die Bewegung der Schleifschnecke 20 relativ zur Abrichtrolle 40 bezeichnet. Der lineare Axialvorschub Sa1 dient dazu die Abrichtrolle 40 so entlang mindestens einer Zahnflanke RF, LF eines Schneckengangs der Schleifschnecke 20 zu führen, dass sich aufgrund einer lokalen Schnittgeschwindigkeit, die von der ersten Winkelgeschwindigkeit ω1(k) und der konstanten zweiten Winkelgeschwindigkeit ω2 abhängt, eine Abrichtarbeit an der Zahnflanke RF, LF ergibt. Ein solcher relativer, linearer Axialvorschub Sa1 wird auch bisher bereits beim Abrichten von Schleifschnecken 20 ausgeführt.
- b. eine relative Zusatzbewegung Sa2 auszuführen, die parallel oder schräg zur Werkzeugrotationsachse B erfolgt. In 6 ist diese relative Zusatzbewegung Sa2 durch einen Doppelpfeil dargestellt. Der Doppelpfeil Sa2 ist deutlich kürzer als der Pfeil Sa1, da auch die Zusatzbewegung Sa2 deutlich kleiner ist als der relative, lineare Axialvorschub Sa1. Im Vergleich zu der Gesamtstrecke, die von der Schleifschnecke 20 relativ zur Abrichtrolle 40 zurückgelegt wird, kann die Geschwindigkeit der relativen Zusatzbewegung Sa2 im Bereich zwischen 0,1% und 500% der Vorschubgeschwindigkeit des linearen Axialvorschubs Sa1 betragen . Die erwähnte Gesamtstrecke wird im Wesentlichen durch die Schneckenbreite b0 definiert und die Zusatzbewegung Sa2 wird ausgeführt, um Variationen in der Oberflächenbeschaffenheit der Zahnflanken RF und/oder LF zu erzeugen, die sich typischerweise im Mikrometerbereich oder darunter bewegen.
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In 6 ist angedeutet, dass bei allen Ausführungsformen eine NC-Steuerung NC zum Einsatz kommt, die einerseits das Drehantreiben der Schleifschnecke 20 regelt und andererseits das Drehantreiben der Abrichtrolle 40 an und abschaltet. Das Regeln der Drehzahl der Schleifschnecke 20 ist durch einen Doppelpfeil 21 und durch einen schräg am Antrieb M1 angeordneten Pfeil symbolisiert. Der Pfeil 22 symbolisiert hingegen das direkte Ansteuern des Antriebs M2. Über die Steuerleitung 22 kann der Antrieb M2 an und ausgeschaltet werden und es kann eventuell die Drehzahl so konstant eingestellt werden, dass sich die gewünschte Winkelgeschwindigkeit ω2 einstellt.
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Ein weiterer Doppelpfeil 23 symbolisiert, dass die relative Zusatzbewegung Sa2 von der Steuerung NC geregelt wird. Eine Querverbindung 24 symbolisiert in 6, dass vorzugsweise bei allen Ausführungsformen die ersten Winkelgeschwindigkeit ω1(k) und die Zusatzbewegung Sa2 miteinander verknüpft sind. D.h., die erste Winkelgeschwindigkeit ω1(k) wird in Abhängigkeit von der Zusatzbewegung Sa2 angepasst. Die erste Winkelgeschwindigkeit ω1(k) kann bei allen Ausführungsformen aber z.B. auch in Abhängigkeit von dem linearen Axialvorschub Sa1 und der Zusatzbewegung Sa2 verändert werden.
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Die Abhängigkeit der ersten Winkelgeschwindigkeit ω1(k) von der Zusatzbewegung Sa2 wird im Folgenden anhand eines Beispiels verdeutlicht. Wenn die Abrichtrolle 40 z.B. eine einseitig wirkende Scheibe ist (wie in 3 gezeigt), die momentan die rechte Flanke RF der Schleifschnecke 20 abrichtet und wenn die Zusatzbewegung Sa2 ein geringes Vorauseilen der Schleifschnecke 20 relativ zur Abrichtrolle 40 bewirken würde, so müsste sofort die erste Winkelgeschwindigkeit ω1(k) erhöht werden, damit die Abrichtrolle 40 weiterhin mit der rechte Flanke RF im Kontakt bleibt, ohne die zuvor definierte Topografie der Schleifschnecke 20 zu verändern. Wenn hingegen die Zusatzbewegung Sa2 ein geringes Nachseilen der Schleifschnecke 20 relativ zur Abrichtrolle 40 bewirken würde, dann müsste umgehend die erste Winkelgeschwindigkeit ω1(k) reduziert (gebremst) werden.
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Bei allen Ausführungsformen kann die Abrichtachse D1 entweder parallel zur Werkzeugrotationsachse B stehen (wie in 6 gezeigt), oder die Abrichtachse D1 und die Werkzeugrotationsachse B können bei allen Ausführungsformen einen spitzen Winkel im Bereich kleiner gleich 10 Grad bilden (wie in 1 gezeigt).
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Die Vorrichtung 100 kann bei allen Ausführungsformen eine Software oder ein Software-Modul SM umfassen (siehe 6), das dazu dient die Steuerung NC entsprechend der Erfindung zu steuern.
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Vorzugsweise ist die Vorrichtung 100 bei allen Ausführungsformen so ausgelegt, dass sie das folgende Verfahren zum Abrichten der Schleifschnecke 20 durchführen kann.
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Bevor das eigentliche Verfahren durchgeführt wird, werden einige vorbereitende Schritte durchgeführt. Dazu gehören beispielsweise das Bereitstellen einer Schleifschnecke 20 mit mindestens einem Schneckengang und das Bereitstellen einer Abrichtrolle 40 in der Vorrichtung 100 (z.B. eine Abrichtmaschine oder eine Wälzschleifmaschine mit Abrichtfunktion). Die Schleifschnecke 20 wird so an einer Werkzeugspindel (z.B. die Spindel 1 in 1) eingespannt, dass sie um die Werkzeugrotationsachse B drehantreibbar ist. Die Abrichtrolle 40 wird so an einer Abrichtspindel 5 befestigt, dass sie um die Abrichtachse D1 drehantreibbar ist.
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Das eigentliche Verfahren umfasst bei allen Ausführungsformen mindestens die folgenden Schritte, die zu Durchführen der Abrichtbearbeitung dienen. Es werden die folgenden Relativbewegungen zwischen der Schleifschnecke 20 und der Abrichtrolle 40 ausgeführt:
- - eine relative Zustellbewegung Sz (in 6 durch einen Pfeil symbolisiert, der das Zustellen der Abrichtrolle 40 in eine Lücke der Schleifschnecke 20 darstellt), um die Abrichtrolle 40 mit der Schleifschnecke 20 in Eingriff zu bringen,
- - ein Drehantreiben der Schleifschnecke 20 um die Werkzeugrotationsachse B mit einer nicht-konstanten ersten Winkelgeschwindigkeit ω1(k),
- - ein Drehantreiben der Abrichtrolle 40 mit einer konstanten zweiten Winkelgeschwindigkeit ω2 um die Abrichtachse D1,
- - einen relativen, linearen Axialvorschub Sa1, der parallel oder schräg zur Werkzeugrotationsachse B erfolgt, um die Abrichtrolle 40 so entlang mindestens einer Zahnflanke RF, LF des Schneckengangs der Schleifschnecke 20 zu führen, dass sich aufgrund einer lokalen Schnittgeschwindigkeit, die von der ersten Winkelgeschwindigkeit ω1(k) und zweiten Winkelgeschwindigkeit ω2 abhängt, eine Abrichtarbeit an der Zahnflanke RF, LF ergibt,
- - eine relative Zusatzbewegung Sa2, die parallel oder schräg zur Werkzeugrotationsachse B erfolgt.
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Mit anderen Worten, wird dem relativen, linearen Axialvorschub Sa1 eine Zusatzbewegung Sa2 überlagert. D.h. es ergibt sich ein Axialvorschub, der als eine Überlagerung von Sa1 und Sa2 betrachtet werden kann. Damit ergibt sich ein Axialvorschub, der nicht gleichmässig sondern ungleichmässig erfolgt. Der Axialvorschub umfasst also Beschleunigungs- und Abbremsvorgänge.
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Da ein ungleichmässig verlaufender Axialvorschub zu Änderungen der Topografie der Schleifschnecke 20 führen würde, wird die Winkelgeschwindigkeit ω1(k) entsprechend angepasst, wie bereits beschrieben wurde.
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Vorzugsweise wird die nicht-konstante erste Winkelgeschwindigkeit ω1(k) bei allen Ausführungsformen durch ein moduliertes Ansteuern des Drehantriebs M1 der Schleifschnecke 20 erzeugt, wobei die entsprechende Modulation von der Zusatzbewegung Sa2 abhängt.
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D.h., die nicht-konstante erste Winkelgeschwindigkeit ω1(k) und die relative Zusatzbewegung Sa2 sind voneinander abhängig.
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Die relative Zusatzbewegung Sa2 kann bei allen Ausführungsformen sinus-förmig oder alternierend sein. Sie kann bei allen Ausführungsformen auch durch eine Funktion definiert oder stochastisch sein.
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Wie bereits beschrieben, würde die relative Zusatzbewegung Sa2 theoretisch zu einer topografischen Änderung der Schleifschnecke 20 führen, wenn die Schleifschnecke 20 konstant drehangetrieben wäre. Gemäß Erfindung wird das Drehantreiben der Schleifschnecke 20 um die Werkzeugrotationsachse B jedoch gezielt mit einer nicht-konstanten ersten Winkelgeschwindigkeit ω1(k) so ausgeführt, dass es nicht zu einer solchen topografischen Änderung der Schleifschnecke 20 kommt.
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Trotzdem ändert sich momentan die Wechselwirkung zwischen der Abrichtrolle 40 und der Schleifschnecke 20. Das Drehantreiben der Schleifschnecke 20 mit der nicht-konstanten ersten Winkelgeschwindigkeit ω1(k) zusammen mit der relativen Zusatzbewegung Sa2 führt zu lokalen Veränderungen der Oberfläche der mindestens einen Zahnflanke RF, LF der Schleifschnecke 20.
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Als Veränderungen der Oberfläche wird hier die Veränderung der (Mikro-)Struktur und/oder Rauigkeit der Oberfläche verstanden.
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Diese gezielt vorgenommenen lokalen Veränderungen der Schleifschnecke 20 führen beim Wälzschleifen eines Zahnrad-Werkstücks 30 zur Reduktion oder zu Beseitigung der eingangs erwähnten Periodizität.
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Es handelt sich bei den lokalen Veränderungen um reproduzierbare Modifikationen der Oberfläche der mindestens einen Zahnflanke RF und/oder FL, die sich entlang der Flankenlängsrichtung des Schneckengangs der Schleifschnecke 20 erstreckt.
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Vorzugsweise ergibt sich das Drehantreiben der Schleifschnecke (20) mit der nicht-konstanten ersten Winkelgeschwindigkeit ω1(k) bei allen Ausführungsformen aus einer Überlagerung einer konstanten Winkelgeschwindigkeit ω1 mit einem Abbremsen und/oder Beschleunigen dieser Winkelgeschwindigkeit Δω1.
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Das Verfahren der Erfindung lässt sich auf Schleifschnecken 20 und Abrichtrollen 40 anwenden, die während der Abrichtbearbeitung gleichläufig oder gegenläufig drehangetrieben werden (siehe auch 5A und 5B).
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Das Verfahren der Erfindung lässt sich auf den Einsatz eines Zeilenabrichter als Abrichtrolle 40 anwenden, wie in den 2A, 2B gezeigt. Der Zeilenabrichter richtet dabei zeilenweise entweder eine linke Zahnflanke LF des Schneckengangs der Schleifschnecke 20 oder eine rechte Zahnflanke RF des Schneckengangs der Schleifschnecke 20 ab, wobei durch die gezielte Überlagerung von Relativbewegungen lokale Veränderungen der Oberfläche erzeugt werden.
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Das Verfahren der Erfindung lässt sich auf den Einsatz einer einseitig wirkenden Abrichtrolle anwenden (wie in 3 gezeigt), wobei entweder ein erster Teilbereich der Abrichtrolle 40 eine linke Zahnflanke LF des Schneckengangs der Schleifschnecke 20 oder ein zweiter Teilbereich der Abrichtrolle 40 eine rechte Zahnflanke RF des Schneckengangs der Schleifschnecke 20 abrichtet, um durch die gezielte Überlagerung von Relativbewegungen lokale Veränderungen der Oberfläche zu erzeugen.
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Das Verfahren der Erfindung lässt sich auf den Einsatz einer Doppel-Abrichtrolle als Abrichtrolle 40 anwenden, wobei gleichzeitig ein erster Teilbereich der Doppel-Abrichtrolle eine linke Zahnflanke LF des Schneckengangs der Schleifschnecke 20 und ein zweiter Teilbereich der Doppel-Abrichtrolle eine rechte Zahnflanke RF des Schneckengangs der Schleifschnecke 20 abrichtet. Auch hier ergeben sich durch die gezielte Überlagerung von Relativbewegungen lokale Veränderungen der Oberfläche.
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Das Verfahren der Erfindung lässt sich sowohl auf topologisch modifizierte als auch aus topologisch nicht modifizierte Schleifschnecken 20 anwenden.
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Bezugszeichenliste
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| Werkzeugspindel |
1 |
| Schleifwerkzeug / (zylindrische) (Wälz-) Schleifschnecke |
2 |
| Werkstückspindel |
3 |
| (Form-)Abrichter/Abrichtrolle/ Abrichtrolle |
4 |
| Abrichtspindel |
5 |
| (vorverzahntes) Zahnrad-Werkstück / (schrägverzahntes) Stirnrad |
10 |
| Rechte Flanke |
11 |
| Linke Flanke |
12 |
| Schleifwerkzeug / (zylindrische) (Wälz-) Schleifschnecke |
20 |
| Regelkreis |
21 |
| Steuerleitung |
22 |
| Regelkreis |
23 |
| Querverbindung |
24 |
| (vorverzahntes) Zahnrad-Werkstück / (schrägverzahntes) Stirnrad |
30 |
| (Form-)Abrichter/Abrichtrolle/ Abrichtrolle |
40 |
| Vorrichtung/Maschine (z.B. Wälzschleifmaschine oder Abrichtmaschine) |
100 |
| Schwenkachse |
A |
| Werkzeug (rotatio ns)achse |
B |
| Werkstückachse |
C |
| Schneckenbreite |
b0 |
| Abrichtachse |
D1 |
| Zahnhöhe |
h0 |
| linke Flanke |
LF |
| Bezugsschrauben(linien)länge |
I0 |
| veränderliche Größe/veränderlicher Wert |
k |
| Drehantriebe |
M1, M2 |
| NC-Steuerung |
NC |
| rechte Flanke |
RF |
| Software / Software-Modul |
SM |
| Kontaktlinien |
KI1, KI2, KI3, KI4 |
| Vertikalachse |
X |
| horizontale Linearachse |
Y |
| horizontale Linearachse / Hubachse |
Z |
| Axialvorschub / axiale Vorschubbewegung |
Sa1 |
| relative Zusatzbewegung |
Sa2 |
| Zustellbewegung |
Sz |
| erste Winkelgeschwindigkeit |
ω1(k) |
| Abbremsen / Beschleunigen |
Δω1 |
| zweite Winkelgeschwindigkeit |
ω2 |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- CH 709478 A1 [0011]
- DE 19905136 B4 [0015, 0018, 0023]
