DE10243114A1

DE10243114A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Schleifen von schrägen Profilen

Info

Publication number: DE10243114A1
Application number: DE2002143114
Authority: DE
Inventors: Felix Bucksch
Original assignee: HOEFLER MASCHINENBAU GmbH; Hofler Maschinenbau GmbH; Hoefler Maschinenbau GmbH
Current assignee: HOEFLER MASCHINENBAU GmbH; Hofler Maschinenbau GmbH; Hoefler Maschinenbau GmbH
Priority date: 2002-09-17
Filing date: 2002-09-17
Publication date: 2004-03-25

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schleifen von schrägen Profilen, insbesondere von großen Stirnrädern, und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Dabei wird während konstanter Rotation des Werkstücks eine Schleifeinheit in Richtung der Rotationsachse am Werkstück entlang bewegt, so dass eine schräge Ausnehmung in die Werkstückoberfläche eingebracht wird. Erfindungsgemäß wird die Schleifeinheit dann in ihre Ausgangslage zurückgestellt, ohne dass das Werkstück dabei angehalten wird. Durch Wiederholung der Schleifbearbeitung können so nacheinander alle Ausnehmungen, die beispielsweise zur Gestaltung eines Zahnrades erforderlich sind, durchgeführt werden, ohne nennenswerte Antriebs- oder Abbremskräfte für das Werkstück aufbringen zu müssen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schleifen oder Fräsen von schrägen Profilen, insbesondere von Zahnrädern, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Aus der Praxis der Zahnradherstellung ist das Schleifen bzw. Fräsen von Zahnprofilen an sich bekannt. Bekannt ist insbesondere auch das Einzelteilverfahren, bei dem nacheinander jeder Zahn bzw. jede Zahnlücke eines Zahnrades von einer geeigneten Schleifeinheit ausgeschliffen wird. Die Schleifeinheit wird dabei mit dem zu bearbeitenden Werkstück, welches meist zylinderförmige Gestalt hat, an dessen Mantelseite in Kontakt gebracht und entlang der Mantelseite parallel zur Zylinderachse bewegt. Dadurch wird das gewünschte Profil in einer ersten Rille, die dann eine Zahnlücke darstellt, in das Werkstück eingebracht.

Anschließend werden Werkstück und Schleifeinheit relativ zueinander so versetzt, dass die Schleifeinheit eine weitere Rille in das Werkstück einschleifen kann, die üblicherweise benachbart zur ersten Rille angeordnet ist. Dieser Vorgang wird umlaufend um das ganze Werkstück durchgeführt, so dass schließlich alle Zähne und Zahnlücken des Zahnrades ausgebildet sind.

Insbesondere für die Herstellung von schrägverzahnten Zahnrädern ist weiterhin ein Verfahren bekannt, bei dem das zylinderförmige Werkstück während der Bearbeitung durch die Schleifeinheit um seine Zylinderachse gedreht wird. Die Schleifeinheit bewegt sich währenddessen wieder parallel zur Zylinderachse, so dass in das Werkstück auf Grund der Werkstückrotation eine insgesamt schräg verlaufende Rille eingebracht wird. Diese Rille stellt dann die Zahnlücke eines schrägverzahnten Zahnrades dar. Nach diesem ersten Bearbeitungsvorgang werden Werkstück und Schleifeinheit wieder neu zueinander justiert, so dass die Schleifeinheit eine weitere Rille in das Werkstück einbringen kann. Dabei wird analog zum ersten Schritt die Schleifeinheit wieder parallel zur Zylinderachse des Werkstücks bewegt, während sich das Werkstück dabei wieder langsam um sich selbst dreht.

Durch Kopplung der Werkstückrotation und der Vorschubbewegung der Schleifeinheit entlang der Mantelfläche des Werkstücks entsteht eine Zahnlücke mit konstanter Steigung. Durch Wiederholung dieser Schritte umlaufend um das ganze Werkstück kann dabei wieder ein vollständiges Zahnrad, diesmal schrägverzahnt, ausgebildet werden.

Nachteilig bei diesem Verfahren ist jedoch, dass nach jedem einzelnen Bearbeitungsschritt eine Neuausrichtung von Schleifeinheit und Werkstück zueinander vorgenommen werden muss. Insbesondere bei großen Zahnrädern wird das Zahnrad nach Einbringen einer ersten Rille angehalten, um die Schleifeinheit dann erneut so zu positionieren, dass eine zur ersten Nut benachbarte zweite Nut eingebracht werden kann. Sodann wird das Zahnrad wieder in Rotation versetzt, um mit dem gekoppelten Vorschub der Schleifeinheit die beschriebene Rille einzuschleifen. Dieser Vorgang ist zeitaufwendig und verursacht damit Kosten. Darüber hinaus kann dieses Verfahren nur mit unbefriedigender Genauigkeit ausgeführt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zu schaffen, mit dem die Herstellung von schrägverzahnten Stirnrädern im Einzelteilverfahren hinsichtlich Bearbeitungszeit, Genauigkeit und Kosten optimiert werden kann. Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens vorzustellen.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 11.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass eine Zeit sparende Herstellung eines schräg verzahnten Zahnrades im Einzelteilverfahren dann möglich ist, wenn die Rotati on des Werkstücks während der Neujustierung der Schleifeinheit zum Einbringen einer weiteren Nut nicht angehalten wird. Auf diese Weise kann das Verfahren vorteilhaft so weiterentwickelt werden, dass das Werkstück nur zu Beginn und am Ende des gesamten Herstellungsverfahrens zur Rotation angetrieben bzw. abgebremst werden muss, und dazwischen unverändert weitergedreht werden kann. Dies spart, insbesondere bei großen bzw. schweren Zahnrädern, Arbeit zum Beschleunigen und Abbremsen des Zahnrades zwischen dem Schleifen der einzelnen Nuten ein. Weiterhin kann das Zahnrad mit deutlich besserer Genauigkeit gefertigt werden.

Das Verfahren weist insbesondere folgende Verfahrensschritte auf:

a) Rotation des Werkstücks um die Zylinderachse Das Werkstück hat dabei im Wesentlichen zylinderförmige Gestalt, wobei aus dem Werkstück ein Zahnrad gefertigt wird, indem mantelseitig um das Werkstück herum ein entsprechendes Zahnprofil eingeschliffen werden soll. Die Rotation des Werkstücks um seine Zylinderachse erfolgt dabei vorzugsweise mit einer geringen Drehzahl.
b) Kopplung von Werkstück- und Werkzeugbewegung Die Rotation des Werkstücks wird mit der Vorschubgeschwindigkeit eines ein Schleifmittel oder Fräsmittel bewegenden Vorschubs so gekoppelt, dass der Vorschub das Schleif- oder Fräsmittel parallel zur Zylinderachse von einem ersten Ende des Werkstücks bis zu einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende am Werkstück entlang bewegt und das Schleif- oder Fräsmittel dabei eine Ausnehmung in das Werkstück einschleift. Hier wird also ein Zusammenhang zwischen der Rotationsgeschwindigkeit des Werkstücks und der Vorschubbewegung der Schleifeinheit hergestellt. Dies dient dazu, eine definierte Relativbewegung der beiden Komponenten zueinander zu erzielen, so dass beispielsweise eine Zahnlücke mit konstanter Steigung um das Werkstück herum eingeschliffen bzw. eingefräst wird. Die Kopplung kann beispielsweise durch ein mechanisches Ge triebe realisiert sein, jedoch ist auch eine computergestützte Steuerung denkbar, die die Kopplung zweier Antriebe, die drehzahlgeregelt sein können, herstellt. Die sodann mit dem Vorschub bewegte Schleifeinheit wird parallel zur Werkstückachse so an der Manteloberfläche des zylinderförmigen Werkstücks entlang bewegt, dass die Schleifeinheit dabei eine schräg verlaufende Zahnlücke in das Werkstück einschleift. Die Vorschubbewegung erfolgt vorzugsweise von einem ersten bis zu einem zweiten Ende des Werkstücks, wobei das erste und das zweite Ende die axiale Ausdehnung (Breite) des Werkstücks beschreiben. Wenn vorstehend und nachfolgen von "Schleifen" bzw. einer "Schleifeinheit" oder einem "Schleifmittel" gesprochen wird, dann ist stets alternativ auch der sinngemäße Einsatz eines Fräsers bzw. Fräsmittels gemeint, der von einer Fräseinheit geführt wird, um das Werkstück zu bearbeiten. Auch andere Werkzeuge, die zur Herstellung von Ausnehmungen für die Zahnradherstellung Verwendung finden, können in gleicher Weise vorgesehen sein.
c) Entkopplung des Schleifmittelvorschubs von der Rotation und Rückstellung des Schleifmittels ohne Schleifbearbeitung an das erste Ende des Werkstücks, während die Werkstückrotation beibehalten wird. Nachdem die Schleifeinheit die gewünschte Zahnlücke vollständig in das Werkstück eingebracht hat, wird die Vorschubbewegung also von der Rotation des Werkstücks entkoppelt. Das Werkstück verbleibt dabei weiterhin in Rotationsbewegung. Die Schleifeinheit wird dann wieder an das erste Ende des Werkstücks zurück bewegt, wobei durch einen geeigneten Schwenkmechanismus oder eine sonstige Versetz-Vorrichtung sichergestellt wird, dass die Schleifeinheit während dieser Rückstellbewegung nicht mit dem Werkstück in Berührung kommt. Auch während dieser Rückstellbewegung bewegt sich das Werkstück weiter.

Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass zumindest bis zum Abschluss der Rückstellbewegung der Schleifeinheit das (schwere) Werkstück nicht abgebremst werden muss, so dass hierfür auch keine Energie aufgebracht werden muss.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird die Kopplung zwischen Werkstückrotation und Vorschubbewegung in einem konstanten Verhältnis gewählt, so dass die eingeschliffene Zahnlücke über den gesamten Verlauf eine konstante Steigung aufweist. Eine solche Kopplung lässt sich insbesondere auch mechanisch und damit kostengünstig realisieren. Grundsätzlich ist bei einem nicht-konstanten Kopplungsverhältnis aber auch die Herstellung von geschwungenen Zahnlücken bzw. Zähnen möglich, wenn der Fachmann dies wünscht.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft so anwendbar, dass die Schritte b) und c) zu wenigstens einem vorgebbaren Zeitpunkt wiederholt werden. Durch Wiederholung der Schritte des Einkoppelns und der entkoppelten Rückstellung lassen sich so nacheinander mehrere Zahnlücken bzw. Zähne in ein Werkstück einschleifen, um schließlich ein vollständiges Zahnrad herzustellen.

Dabei ist insbesondere bei kontinuierlich rotierendem Werkstück eine Einkopplung dergestalt denkbar, dass die Schleifeinheit in eine bereits vorhandene, zuvor ausgeschliffene Zahnlücke erneut eingreift, um beispielsweise eine weitere Vertiefung der Zahnlücke oder eine Nachbearbeitung anderer Art vorzunehmen. In diesem Fall würde die Wiederholung zu dem Zeitpunkt gewählt, an dem die Zahnlücke nach einer oder mehreren vollständigen Umdrehungen des Werkstückes wieder genau mit der Schleifeinheit zusammentrifft. Hierbei muss das Werkstück zwischen den beiden Bearbeitungsvorgängen nicht angehalten werden.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens werden die einzelnen Überarbeitungsvorgänge so wiederholt, dass mit jedem Bearbeitungsvorgang eine neue Ausnehmung bzw. Zahnlücke in das Werkstück geschliffen wird. Insbesondere wird die Kopplung dabei natürlich so gewählt, dass jede Zahnlücke an einer dafür vorgesehenen Stelle in das Werkstück eingebracht werden. Bei einer Zähnezahl von beispielsweise zehn gäbe es nach dem Einbringen einer ersten Zahnlücke demnach noch neun weitere Positionen, an denen eine solche Zahnlücke eingeschliffen werden kann. Welche dieser Lücken als nächste geschliffen werden soll, bleibt dabei zunächst offen. Wie zu erkennen ist, bietet dieses Verfahren erhebliche Freiheiten in der zeitlichen bzw. örtlichen Durchführung der einzelnen Bearbeitungsvorgänge, während gleichzeitig das Werkstück durchgehend weiter rotiert.

Eine verfeinerte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt der Wiederholung frühestmöglich nach der Rückstellung der Schleifeinheit gewählt wird. Das bedeutet, dass die Schleifeinheit nach dem Schleifen einer Zahnlücke und dem anschließenden Rückstellen wieder für einen weiteren Schleifvorgang mit der Rotation des Werkstücks gekoppelt wird, sobald eine der noch zu bearbeitenden Positionen des Werkstücks die Schleifeinheit erreicht hat. Beispielsweise könnte der Vorgang wie folgt aussehen:

1. Schleifen einer ersten von insgesamt zehn vorgesehenen Zahnlücken in ein Zahnrad 2. Entkopplung der Schleifeinheit von der Werkstückbewegung und Rückstellen der Schleifeinheit. Währenddessen dreht sich das Werkstück so weiter, dass beispielsweise die Zahnlücken Nummer 2 und 3 während der Rückstellbewegung oder auch durch die natürliche Schräge der einzelnen, direkt benachbarten Zahnlücken nicht unmittelbar anschließend hergestellt werden können, da sich die Eingriffsbereiche der Schleifeinheit für diese Zahnlücken bereits zu weit mit dem Werkstück weitergedreht haben.
3. Ist die Schleifeinheit jedoch wieder in ihrer Ausgangsposition, bevor die Lage der bspw. vierten Zahnlücke die Eingriffsposition der Schleifeinheit erreicht, so kann die Schleifeinheit dann genau so eingekoppelt werden, dass sie sich in die Lage der vierten Zahnlücke einschleift und diese vollständig herstellt.
4. Entsprechend würden nach Herstellung der vierten Zahnlücke wieder die Positionen für die fünfte und sechste Zahnlücke überfahren werden, so dass als nächstes die Zahnlücke Nummer 7 geschliffen würde.

Dabei wird das Werkstück vorzugsweise während des gesamten Bearbeitungsvorgangs für alle Zahnlücken nicht angehalten, es rotiert also durchgehend um seine Achse.

Hier zeigt sich besonders deutlich der Vorteil des kontinuierlich weiterbewegbaren Werkstücks bzw. der dadurch erzielbaren Zeitersparnis, da so nach und nach alle Zahnlücken des Zahnrades schnellstmöglich gefertigt werden können, ohne unter Energieaufwand das Werkstück jedes Mal anzuhalten bzw. erneut in Bewegung zu setzen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens wählt dabei die Zeitpunkte der Wiederholungen so, dass einerseits alle erforderlichen Ausnehmungen bzw. Zahnlücken in das Werkstück eingebracht werden, andererseits jedoch die Anzahl der Werkstückumdrehungen insgesamt minimiert wird. Damit wird die Herstellungszeit bestmöglich verkürzt.

Besonders einfach und anschaulich ist das Verfahren dann durchgeführt, wenn die mit jeder Bearbeitungswiederholung hergestellten Ausnehmungen vorzugsweise im Abstand einer konstanten umfangsseitigen Sprungweite um das Werkstück eingebracht werden. Das bedeutet, dass die aufeinanderfolgend gefertigten Ausnehmungen stets in möglichst dem gleichen umfangsseitigen Abstand zueinander eingebracht werden. Dadurch ergibt sich ein weitgehend regelmäßiger zyklischer Bewegungsablauf der Schleifeinheit, die dann auch einfacher durch eine Steuerung oder manuell auszulösen ist. Diese Sprungweite beträgt beispielsweise nach dem obengenannten Beispiel drei Ausnehmungen, da zunächst die erste, dann die vierte, dann die siebte und zehnte Aus nehmung gefertigt würde. Bei kontinuierlicher Rotation des Werkstücks käme dann die zweite Zahnlücke mit der Schleifeinheit in Kontakt, anschließend die fünfte, die achte usw..

Selbstverständlich kann der Zeitpunkt einer bestimmten Wiederholung dann verzögert werden, wenn die Schleifeinheit andernfalls in den Bereich einer bereits hergestellten Ausnehmung eingreifen würde. Betrüge die Sprungweite in diesem Beispiel nur 2, so würden nacheinander die Zahnlücken 1, 3, 5, 7 und 9 gefertigt werden und anschließend würde die Schleifeinheit bei konstant beibehaltener Sprungweite wieder in die erste Zahnlücke eingreifen. Der nächste sinnvolle Schleifpunkt wäre jedoch die Position der zweiten Zahnlücke, so dass hier der Zeitpunkt der Wiederholung entsprechend verzögert werden muss, so dass die Schleifeinheit tatsächlich nicht im Bereich der ersten, sondern erst im Bereich der zweiten Zahnlücke wieder in das Werkstück einschleift. Entsprechend würde die Kopplung dann verzögert werden. Im weiteren Ablauf würde also dann die zweite, vierte, sechste, achte und schließlich die zehnte bzw. letzte Zahnlücke geschliffen werden.

Zur Durchführung des Verfahrens ist eine Vorrichtung vorgesehen, die eine Werkstückaufnahme zur Halterung eines im Wesentlichen zylinderförmigen Werkstücks umfasst, wobei das Werkstück um eine Zylinderachse rotierbar gelagert ist. Die Rotation des Werkstücks kann dabei über einen geeigneten Antrieb realisiert sein. Weiterhin weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Vorschubeinheit auf, die ein Schleifmittel parallel zur Zylinderachse des Werkstücks in einer Vorschubbewegung bewegen kann.

Darüber hinaus ist eine Koppelbarkeit der Rotation des Werkstücks mit dem Vorschub der Schleifeinheit so vorgesehen, dass die eine Bewegung von der anderen abhängt. Diese Kopplung kann mechanisch bzw. steuerungstechnisch realisiert sein.

Erfindungsgemäß ist das Schleifmittel durch den Vorschub so am Werkstück entlang bewegbar, dass es auf der Mantelseite des Werkstücks eine Ausnehmung einschleift, die vorzugsweise das Profil einer Zahnlücke eines Zahnrades hat. Wie im Verfahren beschrieben, ist die Vorrichtung insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass der Vorschub des Schleifmittels von der Rotationsbewegung des Werkstücks abkoppelbar ist, nachdem eine Ausnehmung in das Werkstück eingebracht wurde. Gleichzeitig ist die Vorrichtung zur weiteren Rotation des Werkstücks ausgebildet. Dies gilt auch für die Rückstellung der Schleifeinheit in ihre Ausgangsposition, von der aus eine erneute Bearbeitung des Werkstücks erfolgen würde. Grundsätzlich ist also eine permanente Rotation des Werkstücks zumindest bis zu dem Zeitpunkt erfindungsgemäß vorgesehen, an dem die Schleifeinheit ihre Ausgangsposition wieder erreicht hat.

Die Kopplung der Werkstückrotation mit der Vorschubbewegung der Schleifeinheit ist dabei besonders vorteilhaft in einem konstanten Verhältnis einstellbar, so dass die in das Werkstück eingebrachten Ausnehmungen relativ zur Werkzeugachse eine konstante Steigung aufweisen.

Zur mehrfachen Bearbeitung des Werkstücks, insbesondere also zur vollständigen Herstellung eines gesamten Zahnrades, ist die Vorrichtung erfindungsgemäß auch für die wiederholte Durchführung der einzelnen Bearbeitungsvorgänge bei fortlaufender Rotation des Werkstücks ausgebildet. Nach Rückstellung der Schleifeinheit kann also durch Einkopplung des Vorschubs in die Rotationsbewegung des Werkstücks zu einem geeigneten Zeitpunkt eine oder mehrere weitere Ausnehmungen in das Werkstück eingebracht werden. Bei für alle Bearbeitungsvorgänge konstantem und gleichem Verhältnis von Rotationsbewegung zu Vorschubbewegung ergeben sich damit auf der Mantelseite des Werkstücks parallel verlaufende Ausnehmungen, die insbesondere die Schrägverzahnung eines Stirnrades ausbilden können.

Erfindungsgemäß ist dabei die Schleifeinheit so in das Werkstück einkoppelbar, dass entweder eine bereits hergestellte Ausnehmung erneut bearbeitet wird, oder eine neue Ausnehmung hergestellt wird. Vorteilhaft wird, wie bereits für das Verfahren erwähnt, der Zeitpunkt für eine neu herzustellende Ausnehmung kürzestmöglich gewählt, so dass die Bearbeitungszeit für das Zahnrad minimiert wird. Besonders vorteilhaft ist die Vorrichtung dann ausgeführt, wenn eine Steuereinheit zur Ansteuerung der Bewegungen des Werkstücks und/oder der Schleifeinheit vorgesehen ist. Dazu können weiterhin auch geeignete Antriebe vorgesehen sein, die den Vorschub bewegen bzw. das Werkstück rotieren. Diese Antriebe können durch die Steuereinheit angesteuert werden.

In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens sind mehrere Werkstücke axial nebeneinander angeordnet, und insbesondere zu einem Paket zusammengefigt. Das Paket kann dabei in vorbeschriebener Weise wie ein einzelnes Werkstück bearbeitet werden, wobei es nach erfolgter Bearbeitung wieder in einzelne fertige Zahnräder auseinandergenommen werden kann. Auf diese Weise lassen sich vorteilhaft mehrere Zahnräder in einem solchen Verfahren gleichzeitig herstellen.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachfolgend anhand eines Figurenbeispiels erläutert. Von den Figuren zeigt
l eine perspektivische Darstellung eines herzustellenden schrägverzahnten Zahnrades;
2 eine Prinzipskizze zum Verlauf der Bewegungen der Schleifeinheit;
3 eine Prinzipskizze zu den Relativbewegungen von Schleifeinheit und Werkstück; und
4 einen vereinfachten Fertigungsablauf nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Wie in 1 zu sehen ist, ist ein schrägverzahntes Zahnrad Z vorgesehen, welches im Wesentlichen zylinderförmige Gestalt hinsichtlich seiner Werkstückachse W hat. Das Zahnrad Z (im Folgenden auch als Werkstück Z bezeichnet) weist an seiner Mantelseite insgesamt 16 Zähne T auf, die gleichmäßig über den Umfang des Zahnrades Z verteilt sind und eine konstante Steigung aufweisen. Erfindungsgemäß soll ein solches Zahnrad hergestellt werden.
In 2 ist der Bewegungsablauf einer nicht dargestellten Schleifeinheit skizziert, mit der ein schrägverzahntes Zahnrad Z gemäß 1 hergestellt werden soll. Dabei ist das Profil P des Zahnrades Z in die Zeichenebene abgewickelt. Sinngemäß bewegt sich dieses Profil bei der Herstellung in Richtung R von rechts nach links, wodurch eine durch die Rotation des Werkstücks Z um seine Achse W erzeugte Relativbewegung zwischen dem Werkstück und der nicht dargestellten Schleifeinheit angedeutet werden soll. Entlang des Profils P sind mehrere Zahnlücken 1, 2, 3, 4, 5 der insgesamt herzustellenden 16 Zahnlücken bzw. Zähne dargestellt. Zwischen den Lücken ist jeweils ein Zahn ausgebildet. Ein Ausschnitt des erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs lässt sich wie folgt darstellen:

1. Das Werkstück, aus dem ein Zahnrad Z gefertigt werden soll, rotiert um die Achse W.
2. In einer Vorschubbewegung a wird eine Schleifeinheit mit einem Schleifmittel parallel zur Werkstückachse W so bewegt, dass die Schleifeinheit die erste Zahnlücke 1 von unten nach oben in das Werkstück einschleift. Die Bewegung der Schleifeinheit erfolgt dabei über die ganze Breite des Werkstücks Z, wobei damit die Ausdehnung in Richtung der Achse W gemeint ist. Entsprechend verläuft die dadurch hergestellte erste Zahnlücke 1 ebenfalls über die ganze Breite des Werkstücks von unten nach oben.
3. Die Vorschubbewegung der Schleifeinheit wird von der Rotationsbewegung des Werkstücks entkoppelt, so dass ein Weiterbewegen der Schleifeinheit parallel zur Achse W nicht mehr erfolgt.
4. In einer Schwenkbewegung b wird die Schleifeinheit aus dem Bereich des Werkstücks Z so abgehoben, so dass bei einer nachfolgenden Rücksetzbewegung c der Schleifeinheit in ihre Ausgangsposition kein Schleifkontakt mit dem Werkstück hergestellt wird.
5. Nach Rückstellung der Schleifeinheit von oben nach unten in der Bewegung c wird die Schleifeinheit in einer umgekehrten Schwenkbewegung d wieder in den Bereich des Werkstücks Z eingeschwenkt, um eine neue Bearbeitung vorbereiten zu können.
6. Während der gesamten Bearbeitung, insbesondere auch während der Bewegungen b, c und d, dreht sich das Werkstück Z unverändert weiter. Die Bereiche der Zahnlücken 2, 3 und 4 drehen sich aufgrund der unveränderten Drehbewegung des Werkstücks währenddessen "unter der Schleifeinheit hindurch", ohne zunächst bearbeitet zu werden.
7. In einer wiederholten Vorschubbewegung der Schleifeinheit über die gesamte Breite des Werkstücks wird dann die Zahnlücke 5 geschliffen, die wie zuvor die Zahnlücke 1 durch Wiederholung der schon bekannten Vorschubbewegung hergestellt wird. Die Sprungweite bei dieser Verfahrensausführung liegt somit bei vier Zahnlücken, da zwischen jedem Bearbeitungsvorgang drei Zahnlücken übersprungen werden.

In 3 ist der Bewegungsablauf der Schleifeinheit für mehrere Zahnlücken des Werkstücks Z dargestellt. Das Profil P ist dabei über eine größere Länge dargestellt. Auch die Vorschubbewegungen a und die Rückstellbewegungen c sind angegeben. Die Strecke U bezeichnet eine vollständige Umdrehung des Werkstücks Z. die erste Zahnlücke 1 liegt benachbart zur letzten Zahnlücke 16.
Der Abstand zweier unmittelbar nacheinander gefertigter Zahnlücken ist durch die Sprungweite S angedeutet. Die Sprungweite S ist weitgehend konstant gehalten, so dass die Schleifeinheit in immer konstanten Abständen nacheinander in das Werkstück ein greift. Eine Ausnahme hierzu bildet die geänderte Sprungweite S^`, deren Zustandekommen gemäß 4 erläutert wird.
In 4 sind die einzelnen Herstellschritte der Zahnlücken anhand einer zahlenstrahlartigen Darstellung verdeutlicht. Dabei ist der Ablauf von vier aufeinanderfolgenden Werkstückumdrehungen U,-U₄ dargestellt, wobei aus zeichentechnischen Gründen die einzelnen Umdrehungen untereinander angedeutet sind.
Für jede Umdrehung U ist der Umfang des Werkstücks Z schematisch anhand einer waagerechten Linie dargestellt, welche an den Stellen der vorzunehmenden Schleiftiearbeitung (Zahnlücken) jeweils einen kurzen senkrechten Strich aufweisen. Jeder der senkrechten Striche stellt also eine potenzielle Bearbeitungsstelle dar, an der die Schleifeinheit eingreifen muss, um das Zahnrad herzustellen. Dabei ist vorzustellen, dass sich die Schleifeinheit relativ zum Werkstück in dessen Umfangsrichtung, also in 4 von links nach rechts, an diesem vorbeibewegt. Erfindungsgemäß erfolgt dann eine Schleifbearbeitung nur an bestimmten, durch die Sprungweite S zueinander beabstandeten Positionen. Eine erste Zahnlücke wird demnach bei der ersten Umdrehung U₁ des Werkstücks bereits an der Position 1 eingebracht. Während sich das Werkstück weiterdreht und die Schleifeinheit zurückgestellt wird, werden die Positionen 2, 3 und 4 überfahren, so dass die Schleifeinheit erst wieder an Position 5 in das Werkstück eingreifen kann. Im Abstand der gleichen Sprungweite S wird bei Weiterdrehung des Werkstücks dann die Zahnlücke 9 eingebracht, und schließlich die Zahnlücke 13.
Bei Weiterdrehung des Werkstücks und Beibehaltung der konstanten Sprungweite S würde die Schleifeinheit als nächstes wieder im Bereich der Zahnlücke 1 eingreifen. Da diese Zahnlücke bereits hergestellt ist, wird die Sprungweite S vorübergehend zur Sprungweite S' verändert, welche sich von der Sprungweite S dadurch unterscheidet, dass eine zusätzliche Zahnlücke bzw. Bearbeitungsstelle übersprungen wird. Auf diese Weise greift die Schleifeinheit als nächstes im Bereich der Zahnlücke 2 ein, die dann ausgeschliffen wird. Unter Fortsetzung der Bearbeitung mit der ursprünglichen Sprungweite S werden dann die Zahnlücken 6, 10 und 14 hergestellt.
Um zu verhindern, dass die Schleifeinheit nach der Zahnlücke 14 in die bereits hergestellte Zahnlücke 2 eingreift, wird erneut und analog die Sprungweite S' gewählt. Damit greift die Schleifeinheit als nächstes in die Position der Zahnlücke 3 ein, um dann mit der ursprünglichen Sprungweite S die Zahnlücken 7, 11 und 15 herzustellen. Ein weiterer Sprung um die Sprungweite S' führt die Schleifeinheit bei der vierten Werkstückumdrehung U₄ schließlich zur Zahnlücke 4, und von dort mit der ursprünglichen Sprungweite zu den Zahnlücken 8, 12 und zur letzten Zahnlücke 16.
Auf diese Weise konnte mit vier Werkstückumdrehungen ein dabei konstant rotierendes Zahnrad hergestellt werden.

Claims

Verfahren zum Schleifen oder Fräsen von schrägen Profilen, insbesondere von großen Stirnrädern, bei dem in ein im Wesentlichen zylindrisches Werkstück mit einer Zylinderachse (W) ein Profil in Form von einer oder mehreren über die Werkstückmantelfläche verteilten Ausnehmungen eingebracht wird, mit folgenden Verfahrensschritten: a.) Rotation des Werkstücks um die Zylinderachse (W); b.) Kopplung der Rotation des Werkstücks mit der Vorschubgeschwindigkeit eines ein Bearbeitungsmittel bewegenden Vorschubs, so dass der Vorschub das Bearbeitungsmittel parallel zur Zylinderachse (W) von einem ersten Ende des Werkstücks bis zu einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende am Werkstück entlangbewegt und das Bearbeitungsmittel dabei eine Ausnehmung in das Werkstück einbringt; c.) Entkopplung des Bearbeitungsmittelvorschubs von der Werkstückrotation und Rückstellung des Bearbeitungsmittels ohne Werkstückbearbeitung an das erste Ende des Werkstücks, während die Werkstückrotation beibehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungsmittel ein Schleif- oder ein Fräsmittel ist und die Bearbeitung durch Schleifen oder Fräsen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplung der Werkstückrotation und der Vorschubgeschwindigkeit zueinander in einem konstanten Verhältnis vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte b.) und c.) zu wenigstens einem vorgebbaren Zeitpunkten wiederholt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotation des Werkstücks zwischen den Wiederholungen durchgehend beibehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt der Wiederholung jeweils so gewählt wird, dass das Bearbeitungsmittel eine zusätzliche Ausnehmung in das Werkstück einbringt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt der Wiederholung jeweils so gewählt wird, dass das Bearbeitungsmittel die zusätzliche Ausnehmung zum frühestmöglichen Zeitpunkt nach der Rückstellung in das Werkstück einbringt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitpunkte der Wiederholung so gewählt werden, dass nacheinander alle Ausnehmungen des Profils in das Werkstück eingebracht werden, wobei das Werkstück vorzugsweise nur die mindestens erforderliche Anzahl von Umdrehungen um die Achse (W) ausführt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitpunkte der Wiederholung so gewählt werden, dass die Ausnehmungen vorzugsweise im Abstand einer konstanten umfangsseitigen Sprungweite um das Werkstück eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprungweite durch Verzögerung des Einkopplungszeitpunktes dann verändert wird, wenn das Bearbeitungsmittel andernfalls auf eine bereits vorhandene Ausnehmung träfe.
Bearbeitungsvorrichtung zum Schleifen oder Fräsen von schrägen Profilen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit a) einer Werkstückaufnahme zur Halterung eines im Wesentlichen zylinderförmigen Werkstücks, wobei das Werkstück um einer Zylinderachse rotierbar gelagert ist, und b) mit einem von einer Vorschubeinheit geführten Bearbeitungsmittel, wobei die Vorschubeinheit insbesondere parallel zur Zylinderachse (W) in einer Vorschubbewegung bewegbar ist, und c.) wobei die Vorrichtung zur Kopplung der Rotation des Werkstücks mit der Vorschubgeschwindigkeit ausgebildet ist, und d.) wobei das Bearbeitungsmittel durch den Vorschub von einem ersten Ende des Werkstücks wenigstens bis an ein dem ersten Ende gegenüberliegendes zweites Ende so am Werkstück entlang bewegbar ist, dass das Bearbeitungsmittel dabei eine Ausnehmung in das Werkstück einbringt, und e.) wobei bei fortlaufender Werkstückrotation das Bearbeitungsmittel – mit seinem Vorschub von der Werkstückrotation entkoppellbar ist, und – ohne Bearbeitung an das erste Ende rückstellbar ist.
Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungsmittel ein Schleif- oder ein Fräsmittel ist.
Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückrotation und die Vorschubbewegung in einem konstanten Verhältnis zueinander koppelbar sind.
Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Wiederholung der Kopplung, Entkopplung und Rückstellung nach Merkmal c) bis e) zu wenigstens einem vorgebbaren Zeitpunkt ausgebildet ist.
Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Beibehaltung der Rotation des Werkstücks zwischen den Wiederholungen ausgebildet ist.
Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt der Wiederholung jeweils so wählbar ist, dass das Bearbeitungsmittel eine zusätzliche Ausnehmung in das Werkstück einbringt.
Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt der Wiederholung jeweils so wählbar ist, dass das Bearbeitungsmittel die zusätzliche Ausnehmung zum frühestmöglichen Zeitpunkt nach der Rückstellung in das Werkstück einbringt.
Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitpunkte der Wiederholung so wählbar ist, dass nacheinander alle Ausnehmungen des Profils in das Werkstück eingebracht werden, wobei das Werkstück vorzugsweise nur die mindestens erforderliche Anzahl von Umdrehungen um die Achse (W) ausführt.
Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitpunkte der Wiederholung so wählbar ist, dass die Ausnehmungen vorzugsweise im Abstand einer konstanten umfangsseitigen Sprungweite um das Werkstück eingebracht werden.
Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprungweite durch Verzögerung des Einkopplungszeitpunktes dann veränderbar ist, wenn das Bearbeitungsmittel andernfalls auf eine bereits vorhandene Ausnehmung träfe.
Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit und Antriebe zur Ansteuerung und Durchführung der Bewegungen des Werkstücks und/oder des Bearbeitungsmittels vorgesehen sind.