DE19624842A1 - Verfahren zum flexiblen Profilieren von Schleifschnecken - Google Patents
Verfahren zum flexiblen Profilieren von SchleifschneckenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Profilieren ein- oder
mehrgängiger Schleifschnecken für das Schleifen von Zahnflanken
nach dem Prinzip des kontinuierlichen Wälzschleifens.
Bei den bekannten Verfahren zum Profilieren von Schleifschnecken
wird in vielen Fällen ein scheibenförmiges Profilierwerkzeug
verwendet. Dieses Profilierwerkzeug wird mittels einer Hubbewe
gung parallel zur Achse 21 einer Schleifspindel mit einer aufge
spannten rotierenden Schleifschnecke 20 bewegt, wobei das auf
einer Profilierspindel mit der Achse 22 aufgespannte Profilier
werkzeug 1 den Kopf, die Flanke und/oder den Fuß einer oder
beider Flanken des Schleifschneckenganges berührt. Die Hubbewe
gung des Profilierwerkzeuges 1 und die Rotationsbewegung der
Schleifschnecke 20 sind dabei genau aufeinander abgestimmt, so
daß nach einer Schneckenumdrehung das Profilierwerkzeug den Weg
Pi × Modul × Gangzahl zurückgelegt hat. Aus der Vielzahl der
diesbezüglich bekannten Verfahrensspezifikationen sind zwei all
gemeine Prinzipien bekannt.
Bei Prinzip I besitzt der aktive Bereich des scheibenförmigen
Profilierwerkzeuges ein ein- oder doppelkegeliges Profil (Fig.
1a). Während des Profiliervorganges führt diese Profilform zu
einem Linienkontakt zwischen dem Profilierwerkzeug 1 und einem
Achsschnitt des Schleifschneckenganges 2. Diese Kontaktverhält
nisse haben den Vorteil, daß mit einer Hubbewegung 3 über der
Breite der Schleifschnecke bs die gesamte Höhe des Schneckengan
ges h einschließlich der Fuß- und Kopfbereiche profilierte wer
den kann. Die Folge sind sehr kurze Profilierzeiten. Nachteilig
wirkt sich dieses Verfahren jedoch bezüglich der Erzeugung von
Modifikationen in Richtung der Schneckenganghöhe h aus. Diese
können nur einmalig in das ein- bzw. doppelkegelige Profil des
Profilierwerkzeuges gelegt werden. Nachträgliche Änderungen die
ser Modifikationen sind sehr zeit- und kostenaufwendig. Da bei
diesem Verfahrensprinzip immer ganze Bereiche eines Schnecken
gang-Achsschnittes im Eingriff sind, wird es im weiteren als
Profilabrichten bezeichnet.
Prinzip II nutzt ein scheibenförmiges Profilierwerkzeug, das im
aktiven Bereich ein Radiusprofil besitzt (Fig. 1b). Der Kontakt
zwischen Profilierwerkzeug 1 und Schneckengang 2 ist bei diesem
Werkzeug punktförmig. Während einer Hubbewegung 3 über der
Schleifschneckenbreite bs wird somit immer nur ein eng begrenzter
Bereich der Schneckenganghöhe h profiliert. Zur Profilierung des
gesamten Schneckenganges sind eine Vielzahl von Abrichthüben
notwendig, wobei das Profilierwerkzeug nach jedem Hub um einen
definierten Betrag ΔU entlang eines Schneckengang-Achsschnittes
bewegt wird. Besonders bei Schleifschnecken mit großem Modul
führt dieses Profilierprinzip zu langen Profilierzeiten. Bekannt
ist aber auch, daß dieses Verfahren infolge des Punktkontaktes
im Eingriffsbereich für das Erzeugen von Modifikationen über der
Schneckenganghöhe sehr vorteilhaft ist. Im weiteren soll dieses
Verfahrensprinzip als zeilenweises Abrichten bezeichnet werden.
Mit dem vorgeschlagenen Profilierverfahren sollen die Vorteile
der beiden bekannten Profilierprinzipien verbunden und die Nach
teile vermieden werden. Der Erfindung gemäß soll das Verfahren
ein einfaches Erzeugen und schnelles Ändern von Modifikationen
über der Schneckenganghöhe bei gleichzeitig kurzer Profilier
zeit ermöglichen. Durch Verwendung einer nach diesem Verfahren
profilierten Schleifschnecke für das kontinuierliche Wälz
schleifen kann so auf veränderte einfache Profilmodifikationen
(Kopfrücknahmen, Fußrücknahmen, Fußausrundungen, Profilwinkel)
schnell reagiert werden.
Die Erfindung soll nachstehend erläutert werden. In den dazuge
hörigen Zeichnungen zeigen:
Fig. 1a das Prinzip des Profilabrichtens zum Profilieren von
Schleifschnecken
Fig. 1b das Prinzip des zeilenweisen Profilierens von Schleif
schnecken
Fig. 2a die Formelemente eines Achsschnittes des Schleifschnec
kenganges
Fig. 2b ein schwenkbares Profilierwerkzeug, das sich in seinem
aktiven Bereich aus mehreren Elementen zusammensetzt
Fig. 2c eine Zuordnungsmatrix für die Zuordnung der Elemente
des Profilierwerkzeuges zu den Formelementen eines Achsschnittes
des Schleifschneckenganges
Fig. 3a bis Fig. 3d ein erstes Beispiel für einen Ablauf beim
flexiblen Profilieren von Schleifschnecken
Fig. 4a bis Fig. 4d ein zweites Beispiel für einen Ablauf beim
flexiblen Profilieren von Schleifschnecken
Fig. 5a und 5b das Schwenken der Schleifschnecke als eine weite
re Methode für das flexible Profilieren von Schleifschnecken
Der Achsschnitt eines Schleifschneckenganges bei einer definier
ten Schleifschneckenbreitenposition läßt sich über der Ganghöhe
h in verschiedene Formelemente unterteilen (Fig. 2a). Für eine
Flankenseite des Schneckengang-Achsschnittes ergeben sich bei
spielsweise folgende Formelemente:
- - Kopf 4
- - Kopfabrundung 5 mit dem Radius r
- - erster Flankenbereich 6 mit dem Höhenballigkeitsradius HBR und dem Eingriffswinkel α₁
- - zweiter Flankenbereich 7 mit dem Eingriffswinkel α₂
- - Fuß 8.
Jedes Formelement stellt ein eigenes, abgegrenztes zweidimensio
nales Geometrieelement (Gerade, Kreis, usw.) dar. Eine Flan
kenseite des Schleifschneckengang-Achsschnittes kann grundsätz
lich aus allen Formelementen bestehen,- muß es aber nicht
zwangsläufig. Ein einfacher Fall eines Achsschnittes des
Schleifschneckenganges ergibt- sich aus der Aneinanderreihung der
Formelemente Kopf, Flanke und Fuß (jeweils für die linke und
rechte Flankenseite). Das in Fig. 2b dargestellte Profilierwerk
zeug setzt sich in seinem aktiven Bereich ebenfalls aus einzel
nen Elementen zusammen. Es kann pro Flanke mehrere linienförmi
ge, radiusförmige oder sonstige Bereiche besitzen. Im konkreten
Fall der Fig. 2b besteht der aktive Bereich aus zwei linienför
migen Flankenbereichen 9 und 10 sowie einem radiusförmigen Kopf
bereich 11. Eine besondere Bedeutung hat bei diesem Profilier
werkzeug der um den Winkel αKRWZ unterschiedliche Anstieg der bei
den linienförmigen Flankenbereiche.
Das vorgeschlagene Profilierprinzip beruht nun darauf, daß mit
tels einer Zuordnungsmatrix (Fig. 2c) bezüglich des Profilierens
den Formelementen des Schleifscheckengang-Achsschnittes, die
flexibel änderbar sein müssen (z. B. Kopfabrundungsradius, Kopf-
oder Fußrücknahmen der Flankenbereiche) und/oder nur kurze li
nienförmige Bereiche eines Schneckengang-Achsschnittes darstel
len, als Werkzeugelement der Kopfradius zugeordnet wird. Diese
Formelemente werden dann in mehreren Profilierhüben
(zeilenweise) abgerichtet. Längeren Bereichen des Schnecken
gang-Achsschnittes (beispielsweise die Flankenbereiche) werden Werk
zeugelemente zugeordnet, die einen Linienkontakt ermöglichen.
Die Profilierzeit kann so im Gegensatz zum zeilenweisen Profi
lieren des gesamten Schneckenganges wesentlich verkürzt werden.
Für einige Formelemente des Schneckengang-Achsschnittes (z. B.
der Kopf und Fuß) steht infolge ihrer geometrischen Anordnung
innerhalb des Schneckengang-Achsschnittes meist nur ein Werkzeu
gelement zur Wahl. In diesem Fall sind also einschränkende Be
dingungen zu beachten.
Die universelle Nutzung der beiden linienförmigen Flankenberei
che des Profilierwerkzeuges macht ein Kippen bzw. Schwenken des
Profilierwerkzeuges um die eingezeichnete Drehachse F (Fig. 2b)
notwendig. Mit Hilfe dieser Schwenkung wird die Möglichkeit er
öffnet, mit einem Profilierwerkzeug die Flankenbereiche des
Schneckengang-Achsschnittes mit unterschiedlichen Eingriffswin
keln zu profilieren (z. B. für die Erzeugung von Kopf- oder Fußrücknahmen).
Es ist weiterhin sogar möglich, die Differenz zwi
schen den beiden Eingriffswinkeln innerhalb des Intervalls 0
Δα (α₁-α₂) zu variieren. Es muß lediglich berücksichtigt wer
den, daß die Differenz zwischen den beiden Eingriffswinkeln der
Flankenbereiche des Schneckengang-Achsschnittes (α₁-α₂) stets kleiner
oder gleich dem Winkel αKRWZ des Profilierwerkzeuges ist. Wie
dieses Schwenken genau erfolgt, wird anhand eines Ablaufs zum
Profilieren einer Flankenseite des Schneckenganges (z. B. die
linke Flanke) im folgenden dargelegt (Fig. 3a bis Fig. 3d).
Der Achsschnitt 2 des zu profilierenden Schneckenganges besteht
je Flankenseite aus den fünf Formelementen Kopf 4, Kopfabrundung
5, Flankenbereich mit α₁ 6, Flankenbereich mit α₂ 7 und dem Fuß
8. Jedem dieser Formelemente wird mittels der Zuordnungsmatrix
ein Werkzeugelement zugeordnet, wobei zwischen den Kriterien
Profilierzeit, Erzeugung von Modifikationen in Schneckenganghöhe
und den einschränkenden Bedingungen abzuwägen ist, welches Werk
zeugelement verwendet wird. Die Zuordnungsmatrix für das Bei
spiel ist Fig. 2c zu entnehmen. Nach dieser Zuordnung kann der
Profiliervorgang prinzipiell mit jedem Formelement starten, wo
bei es zweckmäßig ist, am Kopf oder Fuß zu beginnen. In dem
Beispiel (Fig. 3a) wurde mit dem Kopf begonnen. Entsprechend der
Zuordnungsmatrix wird dieses Formelement mit dem Werkzeugelement
Kopfradius 11 profiliert. Das Werkzeug wird dazu einmalig um ei
nen Zustellbetrag zugestellt und dann in mehreren Hüben (Zeilen)
von der Mitte des Kopfes eines Schneckengang-Achsschnittes be
ginnend entlang des Schneckengangkopfes verfahren. Ist das Ende
des Formelementes erreicht, wird geprüft, welches Formelement
als nächstes mit welchem Werkzeugelement profiliert wird. Im
Beispielfall ist dies die Kopfabrundung 5, die wiederum (hier
aus Gründen der Flexibilität) mit dem Kopfbereich des Werkzeuges
11 zeilenweise profiliert werden soll (Fig. 3b). Für die Erzie
lung eines tangentialen Überganges zum nächsten Formelement ist
ein Schwenken des Profilierwerkzeuges mittels der F-Achse um den
Winkel AKRWZ notwendig. Ist auch dieses Formelement profiliert,
erfolgt nachfolgend das Profilieren des ersten Flankenbereiches
6 des Schneckengang-Achsschnittes. Dieser erstreckt sich über
einen größeren Linienbereich, so daß in diesem Fall ein zei
lenweises Profilieren uneffektiv ist. Über die Linearachsen u
und v wird somit der erste linienförmige Werkzeugbereich 9 mit
dem ersten Flankenbereich 6 des Schneckengang-Achsschnittes zum
Eingriff gebracht (Fig. 3 c). Beim Profilieren des zweiten Flan
kenbereiches 7 des Schneckengang-Achsschnittes wird eine ver
gleichbare Vorgehensweise durchgeführt. Das Profilieren mittels
des Profilabrichtens im Linienkontakt ist auch hier effizienter.
Da jedoch der Anstieg (Eingriffswinkel) des zweiten Flankenbe
reiches 7 des Schneckengang-Achsschnittes vom ersten abweicht,
muß das Profilierwerkzeug mittels der Drehachse F so geschwenkt
und mit Hilfe der Linearachsen U und V so verfahren werden, daß
der zweite linienförmige Bereich des Werkzeuges 10 zum Eingriff
kommt (Fig. 3d). Das Profilieren des Fußbereiches 8 des Schnec
kengang-Achsschnittes erfolgt schließlich wieder mit dem Kopf
bereich des Profilierwerkzeuges 11. Dazu muß das Werkzeug wie
der in seine Ausgangslage geschwenkt und mit den Linearachsen u
und V entsprechend positioniert werden.
Die zweite Flankenseite des Schneckenganges (im Beispiel die
rechte Flanke) kann entweder in Anschluß an die erste oder mit
einem zweiten Profilierwerkzeug, das mit den entsprechenden Ach
sen verfahren werden kann, gleichzeitig zur ersten Flankenseite
profiliert werden.
In Fig. 4a bis Fig. 4d ist ein vergleichbarer Ablauf darge
stellt. Nur stand in diesem Fall für den Flankenbereich 7 des
Schneckengang-Achsschnittes ein zweiter linienförmiger Werkzeug
bereich nicht zur Verfügung. Aus diesem Grund war für das Profi
lieren der Kopfabrundung des Schneckengang-Achsschnittes ein
Schwenken des Profilierwerkzeuges nicht notwendig und es mußte
für das Profilieren des Formelementes 7 das Werkzeugelement Kopf
radius 11 gewählt werden. Die Auswahl des Werkzeugkopfradius für
das Profilieren des Flankenbereiches 7 kann insbesondere auch
dann günstig sein, wenn dieses Formelement längenmäßig kurz ist
und zwischen den Flankenbereichen 6 und 7 eine Differenz der
Eingriffswinkel liegt, die größer αKRWZ ist.
Angemerkt sei noch, daß die Erzeugung von unterschiedlichen
Eingriffswinkeln eines Flankenbereiches des Schnecken
gang-Achsschnittes nicht nur durch die Nutzung der F-Achse des Profi
lierwerkzeuges möglich ist, sondern auch durch ein Schwenken der
Schleifenschnecke um die Drehachse C und/oder die Drehachse A
realisiert werden kann (Fig. 5b). Selbstverständlich sind auch
bei diesen Schwenkbewegungen für ein richtiges Positionieren des
Schleifschneckenganges relativ zum Profilierwerkzeug simultan
Korrekturbewegungen in X- und Y-Richtung notwendig. Fig. 5a
zeigt hierzu das Profilieren des ersten Flankenbereiches 6 mit
dem Eingriffswinkel α₁ ohne Schwenken der Schleifschnecke und
Fig. 5b das Einschwenken der Schleifschnecke mittels der C-Achse
für das Profilieren des Flankenbereiches 7 mit dem Eingriffswin
kel α₂. Auch beim Schwenken mit diesen Drehachsen ist die Bedin
gung:
α₁ - α₂ αKRWZ
einzuhalten.
Claims (6)
1. Verfahren zum Profilieren ein- oder mehrgängiger
Schleifschnecken, bei dem ein scheibenförmiges Profilierwerkzeug
eine wiederholte Hubbewegung entlang einer rotierenden Schleif
schnecke ausführt und welches zur Erzeugung von Schnecken
gang-Höhenmodifikationen angepaßt positioniert wird, dadurch gekenn
zeichnet, daß in Bereichen eines Schleifschnecken
gang-Achsschnittes, in denen keine oder nur höhenballige Formmodifi
kation des Profils vorliegt, im Profilabrichtverfahren (mit Li
nienkontakt) und in Flankenbereichen, die Formmodifikationen
aufweisen, sowie in den Bereichen Fuß, Kopf und Kopfabrundung
eines Schneckengang-Achsschnittes im zeilenweisen Abrichtverfäh
ren (mit Punktkontakt) profiliert wird, wobei jede der beiden
Flankenseiten eines Schleifscheckengang-Achsschnittes dazu in
einzelne Formelemente unterteilt wird.
2. Verfahren zum Profilieren ein- oder mehrgängiger
Schleifschnecken, bei dem ein scheibenförmiges Profilierwerkzeug
eine wiederholte Hubbewegung entlang einer rotierenden Schleif
schnecke ausführt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung
von zwei Formelementen mit unterschiedlichen Eingriffswinkel ei
nes Schneckengang-Achsschnittes ein spezielles Profilierwerkzeug
zwischen zwei Profilierhüben eine Zusatzbewegung in Form einer
Schwenkbewegung um eine Drehachse (F) ausführt, wobei die Größe
des Schwenkwinkels von der Differenz der gewünschten Eingriffs
winkel (α₁ - α₂) = ΔαKR und von der Geometrie des Profilierwerk
zeuges abhängt, wobei das Schwenken des Profilierwerkzeuges
durch ein Schwenkbewegung der Schleifschnecke um eine zweite
Drehachse (C und/oder A) ersetzt oder ergänzt werden kann.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß den Formelementen eines Schleifschnecken
gang-Achsschnittes auf der Grundlage einer Zuordnungsmatrix einzelne
Profilierwerkzeugsegmente eines speziellen scheibenförmigen Pro
filierwerkzeuges zugeordnet werden.
4. Scheibenförmiges Profilierwerkzeug zur Durchführung des
Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit zwei mit Hart
stoffkörnern beschichteten Flanken, die im Axialschnitt je ein
geradliniges oder bogenförmiges Segment (9) zum Abrichten im
Profilabrichtverfahren aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß
das Werkzeug zusätzlich einen Kopfrundungsradius (11) zum zei
lenweisen Abrichten aufweist.
5. Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es an
beiden Flanken im Axialschnitt zwei geradlinige oder bogenförmi
ge Segmente (9, 10) aufweist, wobei sich die Eingriffswinkel der
beiden Segmente (9, 10) in einem Winkel (αKRWZ) schneiden.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem
der Ansprüche 1 bis 3, umfassend eine Schleifspindel mit einer
Schleifspindelachse (21) sowie eine Profilierspindel mit einer
Profilierspindelachse (22), wobei die Profilierspindel relativ
zur Schleifspindel parallel zur Schleifspindelachse (21) ver
schiebbar und radial zustellbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Profilierspindel relativ zur Schleifspindel um eine zur
Schleifspindelachse (21) senkrechte Achse (F) und/oder die
Schleifspindel relativ zur Profilierspindel um eine zur Profi
lierspindelachse (22) senkrechte Achse (C) schwenkbar ist.
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