DE19624842C2

DE19624842C2 - Verfahren zum flexiblen Profilieren von Schleifschnecken, ein Profilierwerkzeug und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE19624842C2
Application number: DE19624842A
Authority: DE
Inventors: Ralf Jankowski
Original assignee: Reishauer AG
Current assignee: Reishauer AG
Priority date: 1996-06-21
Filing date: 1996-06-21
Publication date: 2000-08-10
Anticipated expiration: 2016-06-22
Also published as: JP3962124B2; IT1293136B1; DE19624842A1; JPH1058231A; ITTO970475A0; JP2007210097A; JP4741544B2; US6012972A; ITTO970475A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Profilieren ein- oder mehrgängiger Schleifschnecken für das Schleifen von Zahnflanken nach dem Prinzip des kontinuierlichen Wälzschleifens, ein Profi lierwerkzeug und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfah rens.

Stand der Technik

Bei den bekannten Verfahren zum Profilieren von Schleifschnecken wird in vielen Fällen ein scheibenförmiges Profilierwerkzeug verwendet, vgl. hierzu die Fig. 1a, 1b. 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 b_S die gesamte Höhe des Schneckengan ges h einschliesslich der Fuss- und Kopfbereiche profiliert 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 b_S 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 Δ U 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.

Aus der DE 32 35 790 A1 ist eine Schleifvorrichtung zum Erzeugen eines Zahnstangenprofils bekannt. Eine breite Schleifscheibe be sitzt eine Vielzahl regelmässig beabstandeter, gleicher Umfangs nuten. Zum Abrichten dieser Schleifscheibe wird eine Abrichtrol le mit einem wendelförmigen Zahn verwendet, dessen Profil dem Nutprofil der Schleifscheibe entspricht. Während des Abrichtens wird die Abrichtrolle synchron mit deren Drehwinkel in Richtung der Schleifscheibenachse verschoben. Die Achse der Abrichtrolle ist entsprechend der Steigung des. Zahns zur Achse der Schleif scheibe geneigt. Diese Neigung kann einstellbar sein.

Aus der DE 44 36 741 A1 ist ein Crushing-Verfahren zum Abrichten von profilierten, rotationssymmetrischen Schleifscheiben be kannt, bei welchen die Abrichtrolle ausschliesslich an ihrem Kopfradius mit Hartstoffkörnern beschichtet ist. Die Berührung von Abrichtrolle und Schleifscheibe ist punktförmig. Die Um fangsgeschwindigkeit von Abrichtrolle und Schleifscheibe am Be rührungspunkt ist gleich, so dass an der Berührungsstelle keine tangentiale Relativgeschwindigkeit auftritt.

Ziel der Lösung

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 Profilierzeit ermöglichen. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach An spruch 1 oder 2, das Profilierwerkzeug nach Anspruch 3 und die Vorrichtung nach Ansprüch 5 gelöst. Durch Verwendung einer nach diesem Verfahren profilierten Schleifschnecke für das kontinu ierliche Wälzschleifen kann so auf veränderte einfache Profilmo difikationen (Kopfrücknahmen, Fussrücknahmen, Fussausrundungen, Profilwinkel) schnell reagiert werden.

Die Erfindung soll nachstehend beispielhaft erläutert werden. In den dazuge hörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1a das Prinzip des Profilabrichtens zum Pro filieren von Schleifschnecken,

Fig. 1b das Prinzip des zeilenweisen Profilierens von Schleifschnecken,

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.

Lösungsvorschlag

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 HB_r und dem Eingriffswinkel α₁
- zweiter Flankenbereich 7 mit dem Eingriffswinkel α₂
- Fuss 8

Jedes Formelement stellt ein eigenes, abgegrenztes zweidimensio nales Geometrieelement (Gerade, Kreis, u. s. w.) 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 α_KRWZ 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 Schneckengang- 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 Fuss rücknahmen). 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 α_KRWZ 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 α_KRWZ 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. 3c). 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 Profiliern 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 α_KRWZ ist.

Angemerkt sei noch, dass die Erzeugung von unterschiedlichen Eingriffswinkeln eines Flankenbereiches des Schneckengang- 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≦α_KRWZ
einzuhalten.

Claims

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 Schneckengang- Höhenmodifikationen angepasst positioniert wird, dadurch gekenn zeichnet, dass in Bereichen eines Schleifschneckengang- 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 Abrichtverfah 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) = Δ α_KR und von der Geometrie des Profilierwerk zeuges abhängt, wobei das Schwenken des Profilierwerkzeuges durch eine Schwenkbewegung der Schleifschnecke um eine zweite Drehachse (C und/oder A) ersetzt oder ergänzt werden kann.

3. Scheibenförmiges Profilierwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit zwei mit Hartstoffkörnern beschichteten Flanken, die im Axialschnitt je ein geradliniges oder bogenförmiges Segment (9) zum Abrichten im Profilabricht verfahren aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug zusätzlich einen mit Hartstoffkörnern beschichteten Kopfrun dungsradius (11) zum zeilenweisen Abrichten aufweist.

4. Werkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es an beiden Flanken im Axialschnitt zwei geradlinige oder bogen förmige Segmente (9, 10) aufweist, wobei sich die Eingriffswin kel der beiden Segmente (9, 10) in einem Winkel (α_KRWZ) schneiden.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An spruch 1 oder 2, 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 und/oder die Schleifspindel relativ zur Profilierspindel um eine zur ge meinsamen Ebene der Schleifspindelachse (21) und der Profilier spindelachse (22) senkrechte Achse (F bzw. C) schwenkbar ist.