DE10342495A1

DE10342495A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Einzentrieren von vorverzahnten Werkstücken auf Verzahnungsfeinbearbeitungsmaschinen

Info

Publication number: DE10342495A1
Application number: DE10342495A
Authority: DE
Inventors: Jürg Graf; René Ohm
Original assignee: Reishauer AG
Current assignee: Reishauer AG
Priority date: 2003-09-12
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2005-04-07
Anticipated expiration: 2023-09-13
Also published as: JP2005088191A; CZ2004958A3; CZ302001B6; CN1603043A; DE10342495B4; US7020972B2; JP4733947B2; US20050055836A1; ITMI20041705A1; CN100542725C

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einzentrieren der Zahnlücken vorverzahnter Werkstücke (1), die zur Feinbearbeitung auf der Werkstückspindel (2) einer Vorverzahnungsfeinbearbeitungsmaschine gespannt sind. Zur Vermeidung von mit fortschreitender Serienproduktion trendartig entstehender toleranzüberschreitender Einzentrierfehler werden nach vorbestimmten oder von der Maschinensteuerung berechneten Zeit- oder Bearbeitungszyklusintervallen unter Verwendung des im vorausgehenden Bearbeitungszyklus bearbeiteten Werkstücks automatisch aufgerufene Lernzyklen durchgeführt. Hierdurch werden allfällig vorhandene Trendfehler wieder auf Null zurückgesetzt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einzentrieren der Zahnlücken vorverzahnter Werkstücke, die zur Feinbearbeitung auf der Werkstückspindel einer Verzahnungsfeinbearbeitungsmaschine gespannt sind.
Stand der Technik
Gestiegene Ansprüche an die Laufqualität von Zahnradgetrieberädern erfordern in zunehmendem Masse die Präzisionsfeinbearbeitung der Verzahnungen. In den meisten Fällen werden die vorbearbeiteten Werkstücke einsatzgehärtet und danach an allen ihren Funktionsflächen auf das Fertigmass feinbearbeitet. Dabei ist insbesondere das Feinbearbeiten der Zahnflanken eine sehr komplizierte, aufwendige und daher auch teure Operation. Es wird deshalb im Interesse einer wirtschaftlichen Fertigung, aber auch, um die Einhärtetiefe nicht unnötig gross auslegen zu müssen sowie den verschleiss auf den Links- und Rechtsflanken des Feinbearbeitungswerkzeugs zu vergleichmässigen und zu minimieren, danach getrachtet, das Aufmass für die Fertigbearbeitung möglichst klein zu halten. Für die Feinbearbeitung der Verzahnung bedeutet dies in der Praxis, dass pro Flanke eine Spantiefe von nur wenigen Hundertstel- bis höchstens zwei Zehntelmillimeter abzutragen ist. Werden, wie allgemein üblich, die Links- und die Rechtsflanke in derselben Operation bearbeitet, so erfordert dies ein sehr genaues Ausrichten der vorgearbeiteten Verzahnung gegenüber dem Feinbearbeitungswerkzeug, das so genannte Einzentrieren, damit das Werkzeug zur Erreichung eines gleichmässigen Spanabtrags auf den Links- und Rechtsflanken des Werkstücks exakt in die Mitte der zu bearbeitenden Zahnlücken eingebracht werden kann.
Bei dem auf Verzahnungsfeinbearbeitungsmaschinen in der Praxis am häufigsten anzutreffenden Einzentrierverfahren wird im Arbeitsraum der Maschine an einem räumlich hierfür geeigneten Ort eine berührungslos arbeitende Messsonde, die Einzentriersonde, angeordnet. Sie wird vorzugsweise nahe dem Aussendurchmesser der Vorverzahnung des auf die Werkstückspindel aufgespannten Werkstücks positioniert. Diese Einzentriersonde beruht üblicherweise auf induktivem, optischem oder magnetischem Prinzip. Beim Einzentrieren wird die Werkstückspindel gedreht, und die Winkellage aller Zahnflanken des zu bearbeitenden Rohteils wird mittels der Einzentriersonde gemessen. Anschliessend wird der Mittelwert aller Zahnlückenmitten berechnet. Dieser Mittelwert wird mit einem in der Maschinensteuerung gespeicherten Sollwert verglichen. Das Werkstück lässt sich nun einzentrieren, indem die Werkstückspindel um einen Winkel, welcher dem Differenzwert zwischen gemessenem Mittelwert und vordefiniertem Sollwert entspricht, gedreht wird das heisst, Mittelwert und Sollwert werden in der Maschinensteuerung in Übereinstimmung gebracht.
Der Sollwert der Winkellage der Zahnlückenmitte gegenüber dem Bearbeitungswerkzeug wird in einem so genannten Lernzyklus während des Einrichtens der Maschine ermittelt. Hierfür wird an einem Werkstück, welches kurz zuvor bearbeitet wurde und welches sich noch auf der Werkstückspindel befindet, eine Einzentriermessung durchgeführt. Sofern beide Flanken dieses Werkstücks an der Messstelle sauber bearbeitet sind, d.h. beide Flanken überall bearbeitet, insbesondere geschliffen sind, repräsentieren diese Flanken eine exakte Solllage der Zahnlückenmitte gegenüber dem Bearbeitungswerkzeug. Der Sollwert ist dann derjenige Winkelpositionswert, der bei dieser Einzentriermessung gemessen wird.
Eine der Voraussetzungen für die Erreichung einer hohen Einzentriergenauigkeit bei der beschriebenen Vorgehensweise ist, dass sich die Messbedingungen des Einzentriervorgangs während der Serienproduktion gegenüber denen beim Einrichten der Maschine bzw. während der Ermittlung des Einzentriersollwertes im Lernzyklus nicht verändern. Die Praxis zeigt jedoch, dass mit fortschreitender Serienfertigung infolge thermischer oder anderer physikalischer Einflüsse einem zeitlichen Trend folgende Einzentrierfehler entstehen. Die Folge sind ungleicher Spanabtrag auf den Links- und Rechtsflanken oder Ausschuss, sobald infolge des geringen Bearbeitungsaufmasses einzelne Zahnflanken nach der Feinbearbeitung nicht mehr auf der gesamten Flankenoberfläche bearbeitet sind.
Bedingt durch den komplexen Maschinenaufbau und Prozessablauf sowie die Vielzahl prozessbedingter physikalischer Einflussgrössen können die Ursachen von sich während der Serienproduktion trendartig ändernden Einzentrierfehlern zumeist nur mit grossem Aufwand ermittelt und unter Kontrolle gebracht werden. In manchen Fällen bleibt als einziges Mittel die Unterbrechung des Produktionsprozesses und die Wiederholung des Lernprozesses durch den Einrichter oder Bediener, wodurch die Produktion erheblich gestört und verteuert wird. Die Motwendigkeit hierzu wird oft erst erkannt, wenn schon seit längerem Ausschuss produziert worden ist.

Darstellung der Erfindung

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, mittels deren beim Einzentrieren eines vorverzahnten Zahnrades auf einer Verzahnungsfeinbearbeitungsmaschine die Einzentriergenauigkeit während der Se rienproduktion eines Werkstücke mit geringem Aufwand in engen Toleranzgrenzen gehalten werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 beziehungsweise 9 ge-löst.

Erfindungsgemäss wird der Lernzyklus während der Serienproduktion nach Massgabe von mindestens einem Kriterium, welches auf einem Fehlertrendverhalten der Maschine basiert, automatisch mit einem soeben gefertigten Werkstück wiederholt.

Als derartige Kriterien lassen sich vorzugsweise Messgrössen verwenden, welche auf derartigen Maschinen zur Verfügung stehen.

Beispielsweise kann als Kriterium dienen, dass eine bestimmte Zeitspanne seit dem letzten Lernzyklus verstrichen ist. Hierfür geeignete Zeitspannen lassen sich beispielsweise aufgrund von empirischen Beobachtungen der Maschinen festlegen. Als Kriterium kann auch das Erreichen einer vordefinierten Anzahl Werkstücke beziehungsweise Arbeitszyklen dienen, Die Stückzahl und die Zeitspanne können auch gemeinsam berücksichtigt werden. Des weiteren können Stillstandzeiten der Maschine mitberücksichtigt werden.

Zudem kann die benötigte Schnittkraft als Kriterium verwendet werden, beispielsweise indem eine Veränderung des Drehmoments bzw. eine einseitige Schnittbelastung des Werkstücks festgestellt wird.

Auch thermische Veränderungen der Maschine, welche sich beispielsweise mittels Temperaturfühler verfolgen lassen, können als Kriterium dienen.

Die oben genannten und weitere Kriterien können einzeln oder gemeinsam mit gleicher oder unterschiedlicher Gewichtung von der Maschinensteuerung berücksichtigt werden.

Das mindestens eine Kriterium sollte dabei so gewählt sein, dass das Werkstück, welches als Basis für einen erneuten Lernzyklus dient, auf beiden Flanken sauber bearbeitet ist. Wann dies der Fall ist, wird vorzugsweise empirisch für diese Maschine oder für diesen Maschinentyp festgelegt.

Dank dem erfindungsgemässen verfahren werden allfällige trendartige Einzentrierfehler wieder auf Null zurückgesetzt, bevor die Toleranzgrenze überschritten wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, welches in der beiliegenden Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. Die Zeichnung beinhaltet

1 die schematisch dargestellte Anordnung von Werkstück, Einzentriersonde und Bearbeitungswerkzeug auf einer Verzahnungsmaschine zur Feinbearbeitung vorverzahnter Werkstücke.

Wege zur Ausführung der Erfindung
In 1 ist schematisch die Anordnung von Werkstück 1, Einzentriersonde 3 und Bearbeitungswerkzeug 4 auf einer Verzahnungsmaschine zur Feinbearbeitung vorverzahnter Werkstücke in der Draufsicht dargestellt. Typische Bearbeitungswerkzeuge 4 sind beispielsweise Schleifschnecken, Schleifscheiben, Fräser, Honwerkzeuge und andere.
Der Beginn eines automatischen Bearbeitungszyklus entspricht dem Vorgehen gemäss dem eingangs beschriebenen Stand der Technik. Zuerst wird mittels einer nicht dargestellten Beschickungseinrichtung in bekannter Weise ein unbearbeitetes Werkstück 1 auf eine Werkstückspindel 2 gebracht und gespannt. Nach dem Spannen wird die Spindel 2 in Drehung versetzt und in bekannter weise mittels einer Einzentriersonde 3 die Winkellage der Werkstückzahnflanken relativ zur fest stehenden Sinzentriersonde 3 gemessen. Aus den gemessenen Daten berechnet die Maschinensteuerung einen Mittelwert der Winkellagen aller Zahnlücken. Danach wird das Werkstück 1 um das Winkelmass der Abweichung dieses Mittelwertes von einem Sollwert verdreht und anschliessend mit dem Bearbeitungswerkzeug 4 in Eingriff gebracht. Dieser Sollwert wurde vorgängig beim Einrichten der Maschine auf bekannte Art und Weise erhalten, indem in einem Lernzyklus an einem bereits bearbeiteten oder einem vorpositionierten Einricht-Werkstück die den Sollwert repräsentierende Winkellage der Zahnlücken gemessen und der erhaltene Messwert als Sollwert zwecks Verwendung durch die Maschinensteuerung gespeichert wird. Nach der Bearbeitung wird das Werkstück 1 ausser Eingriff gebracht, entspannt und mittels der Beschickungseinrichtung von der Spindel entfernt, worauf ein neuer Zyklus beginnen kann.
Bei der aus der Praxis bekannten Vorgehensweise gemäss dem Stand der Technik wird dieser Vorgang von Werkstück zu Werkstück so lange wiederholt, bis alle Teile der Serie bearbeitet sind. Hingegen sieht das erfindungsgemässe Verfahren vor, dass die Maschinensteuerung nach Massgabe mindestens eines vorgegebenen Kriteriums automatisch vor dem Entspannen des gerade bearbeiteten Werkstücke 1 einen erneuten Lernzyklus aufruft. In diesem Lernzyklus wird die Winkellage der Zahnlückenmitte des soeben gefertigten Werkstücks 1 gemessen. Diese Messung ergibt einen neuen Sollwert, welcher erfindungsgemäss automatisch an die Stelle des zuvor gültigen Sollwerts gesetzt wird. Erst dann wird das gemessene Werkstück 1 entspannt und von der Werkstückspindel 2 entfernt. Der Bearbeitungsprozess wird anschliessend in bekannter weise fortgeführt, bis die Maschinensteuerung erneut einen automatischen Lernzyklus an einem soeben bearbeiteten Werkstück aufruft.
Das mindestens eine vordefinierte Kriterium ist beispielsweise ein Erreichen einer vordefinierten Anzahl durchgeführter Bearbeitungszyklen. Die Anzahl kann beispielsweise von der Bearbeitungszeit abhängen. Diese Anzahl Bearbeitungszyklen bis zum Aufruf des nächstfolgenden Lernzyklus richtet sich vorzugsweise nach dem empirisch bestimmten Trendverhalten der Maschine. Die Festlegung bzw. Berechnung der Intervalle zwischen zwei aufeinander folgenden Lernzyklen kann auf der zeit, auf einer auf der Maschine gemessenen Temperatur oder anderen Entscheidungskriterien basieren. Im Falle der Feinbearbeitung mit einem abricht- oder auf der Maschine nachschärfbarem Bearbeitungswerkzeug empfiehlt sich z.B. ein automatischer Lernzyklus nach jedem neuen Abricht- bzw. Nachschleifzyklus. Es ist auch möglich, mehrere derartiger Entscheidungskriterien zu berücksichtigen. Des weiteren ist es möglich, die Intervalle zwischen den einzelnen Lernzyklen gleichbleibend oder sich ändernd zu wählen.
Natürlich kann bei Bedarf jederzeit auch vom Einrichter oder Bediener ein Lernzyklus manuell aufgerufen werden, wobei der Lernzyklus selber anschliessend automatisch abläuft.

1: Werkstück
2: Werkstückspindel
3: Einzentriersonde
4: Bearbeitungswerkzeug

Claims

Verfahren zum Einzentrieren von Zahnlücken von vorverzahnten Werkstücken (1), welche in Serienproduktion nacheinander zur Feinbearbeitung auf einer Werkstückspindel (2) einer Verzahnungsfeinbearbeitungsmaschine gespannt werden, wobei beim Einrichten der Maschine ein Lernzyklus mit einem zentrisch vorpositionierten oder bereits geschliffenen Einricht-Werkstück durchgeführt wird zur Bestimmung eines Sollwerts einer Zahnlückenmitte des Einricht-Werkstücks, wobei vor einem Bearbeitungszyklus des zu bearbeitenden, in der Maschine eingespannten Werkstücks die Winkellage seiner Zahnflanken gemessen und das zu bearbeitende Werkstück nach Massgabe des Sollwerts einzentriert wird, dadurch gekennzeichnet, dass nach Massgabe von mindestens einem auf einem Fehlertrendverhalten der Maschine basierenden Kriterium automatisch ein erneuter Lernzyklus durchgeführt wird, wobei als neues Einricht-Werkstück ein soeben gefertigtes, nach seinem Bearbeitungszyklus noch unverändert eingespanntes Werkstück verwendet wird, wobei diese erneuten Lernzyklen in Intervallen wiederholt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kriterium aus folgender Gruppe verwendet wird: das Erreichen einer vordefinierten Anzahl Bearbeitungszyklen, das Erreichen einer vordefinierten Zeitspanne, eine Änderung in einer Schnittkraft, eine Änderung der Temperatur der Maschine.
verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere dieser Kriterien gewichtet oder ungewichtet berücksichtigt werden.
verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Intervalle konstant oder variabel sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Grösse der Intervalle von einer Steuerung der Maschine gemäss von der Maschine automatisch durchgeführten Messungen selbsttätig ermittelt wird.
verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Grösse der Intervalle von einem bis zum nächsten automatischen Lernzyklus auf dem Temperaturgang der Maschine basiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach jedem Abrichten oder Nachschärfen eines Bearbeitungswerkzeugs automatisch ein erneuter Lernzyklus aufgerufen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein erneuter Lernzyklus von einem Bediener manuell aufrufbar ist, wobei der erneute Lernzyklus nach seinem Aufruf automatisch abläuft.
Vorrichtung zum Einzentrieren von Zahnlücken von vorverzahnten, nacheinander in Serienproduktion einer Feinbearbeitung zu unterziehenden Werkstücken, wobei die Vorrichtung eine Werkstückspindel zur Einspannung eines dieser Werkstücke, eine Messsonde zur Bestimmung einer Zahnlückenmitte des eingespannten Werkstücks, eine Auswerte- und Steuereinheit aufweist, um den ermittelten Wert der Zahnlückenmitte mit einem gespeicherten Sollwert zu vergleichen und das zu bearbeitende Werkstück nach Massgabe dieses Sollwerts zu zentrieren, wobei der Sollwert mittels eines ersten Lernzyklus erhalten wurde, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit Mittel aufweist, um nach Massgabe von mindestens einem auf einem Fehlertrendverhalten der Ma ten der Maschine basierenden Kriterium und nach erfolgter Bearbeitung einen erneuten Lernzyklus bei noch unverändert eingespanntem Werkstück durchzuführen und einen aus diesem erneuten Lernzyklus erhaltenen erneuten Sollwert zwecks Verwendung bei der Einzentrierung anschliessend eingespannter Werkstücke derselben Serie zu speichern.