DE19706867B4

DE19706867B4 - Profiliermethoden zur Erzeugung modifizierter Schleifschnecken

Info

Publication number: DE19706867B4
Application number: DE19706867A
Authority: DE
Inventors: Ralf Dr. Jankowski
Original assignee: Reishauer AG
Current assignee: Reishauer AG
Priority date: 1997-02-21
Filing date: 1997-02-21
Publication date: 2007-12-06
Anticipated expiration: 2017-02-22
Also published as: DE19706867A1; JP4099258B2; JPH10230460A; ITTO980120A1; US6077150A; DE19706867C5

Abstract

Verfahren zum Profilieren einer Schleifschnecke zum Diagonalwälzschleifen, bei dem ein rotierendes, scheibenförmiges Profilierwerkzeug eine wiederholte Hubbewegung entlang eines Schneckenganges einer rotierenden Schleifschnecke ausführt oder umgekehrt, eine rotierende Schleifschnecke eine wiederholte Hubbewegung entlang eines rotierenden Profilierwerkzeuges ausführt, wobei das scheibenförmige Profilierwerkzeug mit dem Schleifschneckengang während eines Hubes über der gesamten Höhe des Schneckenganges im Eingriff ist und innerhalb eines Bereiches der Hubbewegung eine Zusatzbewegung in Form einer stetigen Schwenkbewegung um eine zur Drehachse (E) des Profilierwerkzeuges senkrechten erste Achse (F) ausführt, wobei die Grösse der während der Hubbewegung ausgeführten Schwenkbewegung von der relativen Hublage des Profilierwerkzeuges gegenüber dem Schneckengang der Schleifschnecke abhängt und die Flanken des Schleifschneckenganges infolge dieser Zusatzbewegung einen vom nominalen Eingriffswinkel abweichenden, sich zumindest in Bereichen der Schleifschneckenbreite stetig ändernden Eingriffswinkel erhalten, der die gewünschten Modifikationen der Schneckengangflanken näherungsweise verkörpert.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Profilieren einer Schleifschnecke zum Diagonalwälzschleifen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieser Verfahren.
Stand der Technik
Die Mehrzahl der heutzutage in der Getriebetechnik zur Anwendung kommenden Stirnräder besitzen evolventische Zahnflanken. Kraftbedingt führt der Eingriff zweier evolventischer Zahnräder in vielen Fällen jedoch zu keinem optimalen Betriebsverhalten, so dass die Zahnflanken abweichend von der Evolvente mittels konstruktiver Berechnungen sowohl in Zahnhöhen- als auch in Zahnbreitenrichtung Modifikationen erhalten. Da die Beträge solcher Modifikationen überwiegend im Mikrometer-Bereich liegen, besitzen die Schleifverfahren eine vorrangige Rolle bei der Fertigung von modifizierten Zahnflanken.
Zu den einfacheren Modifikationen der Zahnflanken gehören vor allem Höhen- oder Breitenballigkeiten, Kopf- oder Fussrücknahmen bezüglich der Zahnhöhe sowie Endrücknahmen bezüglich der Zahnbreite. Betrachtet man diese Modifikationen hinsichtlich ihres Änderungsverhaltens in den zwei Richtungen einer Zahnflanke (Zahnhöhe und Zahnbreite), handelt es sich um Zahnflankenmodifikationen, die sich immer nur jeweils in einer Zahnflankenrichtung ändern und in der zweiten Zahnflankenrichtung konstant bleiben. Sie lassen sich beim kontinuierlichen Wälzschleifen entweder durch Profilierung des Schleifwerkzeuges mit speziellen Profilierwerkzeugen (meist Modifikationen in Zahnhöhenrichtung) oder durch geeignete Bewegungen der Maschinenachsen (meist Modifikationen in Zahnbreitenrichtung) erzeugen, wobei diese zusätzlichen Achsbewegungen beim kontinuierlichen Wälzschleifen vielfach zu einer ungewollten Verzerrung des Zahnflankenprofils führen.
Kompliziertere Zahnflankenmodifikationen besitzen dagegen in mehreren Stirnschnitten und/oder mehreren Zylindern unterschiedliche Vorschriften für ihre Erzeugung. Im Extremfall kann jeder Punkt der Zahnflanke einen gesonderten Modifikationsbetrag (Abweichung der Profilform von der Evolvente) erhalten. Die Fertigung einer solchen Verzahnung mit Hilfe des kontinuierlichen Wälzschleifens bedarf besonderer technologischer Vorgehensweisen.
Für die Lösungsfindung ist weiterhin der technische Stand bei der Profilierung von Schleifschnecken wichtig. Bei den diesbezüglich bekannten Verfahren (1) wird in vielen Fällen ein scheibenförmiges Profilierwerkzeug 1 verwendet. Dieses Profilierwerkzeug wird mittels einer Hubbewegung 3 relativ zu einer rotierenden Schleifschnecke 2 bewegt, wobei das Profilierwerkzeug den Kopf, die Flanke und/oder den Fuss einer oder beider Flanken des Schleifschneckenganges 4 berührt. Die Hubbewegung 3 des Profilierwerkzeuges 1 und die Rotationsbewegung 5 der Schleifschnecke 2 sind dabei genau aufeinander abgestimmt, so dass nach einer Schneckenumdrehung das Profilierwerkzeug den Weg PI * Modul * Gangzahl zurückgelegt hat. Aus der Vielzahl der diesbezüglich angewendeten Verfahrensspezifikationen sind zwei allgemeine Prinzipien bekannt.
Beim Profilieren mit Profilrolle (1a) besitzt der aktive Bereich 6 des scheibenförmigen Profilierwerkzeuges 1 ein ein- oder doppelkegeliges Profil. Während des Profiliervorganges führt diese Profilform zu einem Linienkontakt zwischen dem Profilierwerkzeug 1 und einem Normalschnitt des Schleifschnekkenganges 4. Diese Kontaktverhältnisse haben den Vorteil, dass mit einer Hubbewegung 3 des Profilierwerkzeuges 1 oder der Schleifschnecke 2 über der Breite der Schleifschnecke b_S die gesamte Höhe des Schneckenganges h einschliesslich der Fuss- und Kopfbereiche profiliert werden kann. Die Folge sind kurze Profilierzeiten. Da bei diesem Verfahrensprinzip immer ein grösserer Flankenhöhenbereich eines Schneckengang-Achsschnittes im Eingriff ist (meist sogar das gesamte Profil), wird es im weiteren als Profilabrichten bezeichnet.
Das Profilieren mit Formrolle (1b) nutzt ein scheibenförmiges Profilierwerkzeug, das im aktiven Bereich 6 beispielsweise ein Radiusprofil besitzt. Der Kontakt zwischen Profilierwerkzeug 1 und Schneckengang 4 ist bei diesem Werkzeug nahezu 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 Profilierhüben notwendig, wobei das Profilierwerkzeug nach jedem Hub um einen definierten Betrag ΔU entlang der Schneckenganghöhe zugestellt 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 nahezu beliebigen Modifikationen über der Schneckenganghöhe sehr vorteilhaft ist. Im weiteren soll dieses Verfahrensprinzip als zeilenweises Profilieren bezeichnet werden.
In Bezug auf das Wälzschleifen ist zur Erzeugung komplizierter Zahnflankenmodifikationen ein Verfahren bekannt, bei dem während des Arbeitshubes ein tangentiales Verschieben (Shiften oder Diagonalwälzen) des Schleifwerkzeuges gegenüber dem Zahnrad erfolgt ( DE 3704607 ). Besonderes Kennzeichen dieses Wälzschleifverfahrens ist, dass infolge des tangentialen Verschiebens während des Arbeitshubes jedem Zahnradnormalschnitt immer eine neue Eingriffslinie Zahnrad – Schleifschnecke zugeordnet werden kann. Durch Verwendung einer Schleifschnecke, die über ihre gesamte aktive Breite einen Schleifschneckengang mit sich kontinuierlich ändernden Flankeneingriffswinkeln besitzt, werden mittels des erwähnten Verfahrens verfahrensbedingte Verwindungen der Zahnflanke kompensiert. Diese entstehen beim kontinuier lichen Wälzschleifen von schrägverzahnten Stirnrädern, wenn während des Arbeitshubes eine Achsabstandsänderung zwischen Werkstück und Werkzeug erfolgt (beispielsweise bei der Erzeugung von Breitenballigkeiten). Nachteilig ist bei diesem Verfahren, dass die Schleifschnecke über ihre gesamte aktive Breite geänderte Eingriffswinkel (Modifikationen) erhält und somit bei Verwendung von Schleifschnecken mit konventionellen Schleifmitteln ein erhöhter Verschleiss in den Schneckenbereichen auftritt, in denen mit erhöhten Zeitspanungsvolumina geschliffen wird. Bei Verwendung von nicht profilierbaren Schleifschnecken mit superharten Schleifmitteln ist dagegen ein flexibles Profilieren der Schleifschnecke mit neuen Eingriffswinkeländerungen (Modifikationen) nicht möglich.
Bezüglich des zeilenweisen Profilierens ist ein Profilierverfahren bekannt (WO 95/24989), bei dem eine Schleifschnecke ausgehend von den zu erzeugenden Zahnflankenmodifikationen in verschiedenen Breitenbereichen unterschiedliche Modifikationen erhält. Diese einzelnen Breitenbereiche erhalten unter Anwendung des zeilenweisen Profilierens der Schleifschnecke über der Höhe des Schneckenganges Modifikationen, die von Bereich zu Bereich unterschiedlich, aber innerhalb eines Bereiches immer konstant sind. Zwischen den einzelnen Breitenbereichen der Schleifschnecke ergeben sich Übergangsbereiche, in denen der Übergang von einer Schneckengang-Höhenmodifikation eines Breitenbereiches zur Schneckengang-Höhenmodifikation des folgenden Bereiches erfolgt. Die Erzeugung von kontinuierlichen Flanken-Modifikationen in Schneckenbreitenrichtung und somit auch in Zahnflankenbreitenrichtung ist mit diesem Verfahren nicht möglich.
DE 196'24'842 offenbart ein Verfahren zum flexiblen Profilieren von Schleifschnecken, bei welchem zum Erzeugen von zwei Formelementen mit unterschiedlichen Eingriffswinkeln eines Schneckengangs-Achsschnittes ein spezielles Profilierwerkzeug zwischen zwei Profilierhüben eine Zusatzbewegung um eine Drehachse ausführt.
Ziel der Lösung
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ergibt sich die Aufgabe, eine Schleifschnecke mit einer solchen Geometrie und Flankentopologie bereitzustellen, die beim Schleifprozess einerseits in kurzer Zeit hohe Spanungsvolumina ermöglicht und andererseits auch die Erzeugung von Zahnflankenmodifikationen im Mikrometerbereich zulässt. Aus dieser Aufgabe er gibt sich weitergehend die Notwendigkeit, Methoden oder eine Kombination dieser Methoden zu entwickeln, die ein flexibles Profilieren von Schleifschnecken mit modifizierten Schleifschneckengangflanken ermöglichen. Dabei muss auch die Frage geklärt werden, welche Modifikationen der Flanken eines Schneckenganges mit welcher Profiliermethode bzw. mit welcher Kombination von Profiliermethoden unter Beachtung der Qualitätsrestriktionen der zu schleifenden Verzahnung und mit dem Ziel der Profilierzeitminimierung erzeugt werden können. Abschliessend ist eine Vorrichtung zu entwickeln, mit der die Profilierverfahren bzw. Kombination von Profilierverfahren durchführbar sind.
Grundlage für die Lösungsfindung bilden die beiden bekannten grundsätzlichen Verfahrensprinzipien für das Profilieren von Schieifschnecken, das Profilabrichten und das zeilenweise Abrichten, sowie das Diagonalwälzschleifen von Verzahnungen nach den Merkmalen der Patentansprüche.
Die Erfindung wird nachfolgend beschrieben, wobei die entsprechenden Zeichnungen folgendes darstellen:
1a Prinzip des Profilabrichtens von Schleifschnecken
1b Prinzip des zeilenweisen Profilierens von Schleifschnecken
2a Eingriffsverhältnisse beim kontinuierlichen Wälzschleifen
2b Shiftweg beim kontinuierlichen Diagonalwälzschleifen
3 Modifikationen der Schneckengangflanke über der Schneckenganghöhe für einen Normalschnitt eines Schleifschneckenganges
4a ... 4c Profilierverfahren zum Erzeugen von Schneckengang-Flankenmodifikationen mittels des Profilabrichtens
5 Vorrichtung für die Realisierung des vorgeschlagenen Profilierverfahrens
6 Profilierverfahren zum Erzeugen von Schneckengang-Flankenmodifikationen mittels des zeilenweisen Profilierens
7 Spezielles Profilierwerkzeug mit zwei Werkzeugradien pro Flanke
8 Aufteilung der Schleifschnecke in unterschiedlich profilierte Bereiche
Lösungsvorschlag
Zur Erzeugung von evolventischen Zahnflanken ohne Modifikationen wird gemäss 2 als Werkzeugprofil (Bezugsprofil) grundsätzlich eine Zahnstange 4 mit geraden Zahnflanken 7, die gegenüber der Profillinie um den Eingriffswinkel α der Verzahnung geneigt sind, genutzt. Unter Berücksichtigung der beim Eingriff zwischen einem zu erzeugenden Evolventenprofil 8 und dem Bezugsprofil (Zahnstange) 4 sich ausbildenden Eingriffslinien für die Rechtsflanken 9 und Linksflanken 10 (2a) sowie der beim Diagonalwälzen zusätzlich auftretenden Shiftbewegung 11 (2b) lässt sich mit ausreichender Näherung über eine Transformationsrechnung jedem beliebigen Punkt auf der Zahnflanke ein Berührpunkt 12 auf einem entsprechenden Normalschnitt des Schleifschneckenganges 4 (Bezugsprofil) zuweisen. In Abhängigkeit vom Shiftvorschub und der Verzahnungsbreite ergibt sich in Achsrichtung der Schleifschnecke ein Shiftbereich b_SSh, den die Verzahnung während des Arbeitshubes überfährt. Wird diese Transformationsrechnung für ein Netz von Zahnflankenpunkten durchgeführt, können Modifikationsbeträge (vorzeichenbehaftete Abweichungen des Zahnflankenprofils von der Evolvente) für definierte Zahnflankenpunkte bestimmten Berührpunkten der Schneckengangflanke zugeordnet werden. Für einen Normalschnitt eines Schleifschneckenganges an einer definierten Schleifschneckenbreitenposition V_j können sich dann beispielsweise über der Ganghöhe h die in 3 dargestellten Modifikationsbeträge M_i,j für das Bezugsprofils (vorzeichenbehaftete Abweichungen des Schneckengangflankenprofils vom Evolventenbezugsprofil) ergeben.
In einem 1. Schritt werden somit die gewünschten Modifikationen einer Zahnflanke auf die Flanke eines Schleifschneckenganges transformiert. Zu beachten ist dabei, dass sich infolge des Abbildprinzips die Vorzeichen der Modifi kationen bei der Transformationsrechnung umkehren. Flankenpunkte des Schleifschneckenganges, die nicht mit der Zahnflanke in Berührung kommen, erhalten den Modifikationsbetrag Null. Als Resultat der Transformationsrechnung ergibt sich das Sollprofil der Flanken eines modifizierten Schleifschneckenganges für beliebige Schneckenbreitenpositionen.
Die zeiteffektive Erzeugung (Profilierung) des Sollprofils der modifizierten Schneckengangflanken erfolgt mit Hilfe des Profilabrichtens und beruht zunächst darauf, dass mittels einer Ausgleichsrechnung für jeweils beide Flanken 7 eines Normalschnittes des Schleifschneckenganges 4 bei einer bestimmten Schneckenbreitenposition V_j die Abhängigkeit der Modifikationsbeträge M_i,j von der Schneckenganghöhenposition h_i gebildet wird (3). Als Ausgleichsfunktion können dabei beliebige stetige Funktionsansätze gewählt werden, wobei zu beachten ist, dass der einmal gewählte Ansatz auch für die Berechnungen bei weiteren Normalschnitten des Schneckenganges verwendet werden muss. Wird als Ausgleichsfunktion beispielsweise die Geradenfunktion gewählt, stellt der ermittelte Anstieg der Ausgleichsgeraden 13 einen Winkel ΔF dar, um den der Eingriffswinkel des modifizierten Bezugsprofils bei der entsprechenden Schleifschneckenbreitenposition V_j vom Eingriffswinkel der Flanke 7 des unmodifizierten Bezugsprofils abweicht. Wird diese Ausgleichsrechnung mit dem einmal gewählten Funktionsansatz für eine Vielzahl von Normalschnitten des Schneckenganges über der Schneckenbreite b_S durchgeführt, ergibt sich insgesamt eine Abhängigkeit der Anstiegswerte bzw. des Winkels ΔF von der Schleifschneckenbreitenposition V_j.
Dient weiterhin unter Beachtung des Profilabrichtens (1a) als Verkörperung der gewählten Ausgleichsfunktion das Flankenprofil 6 (z.B. gerade) eines Profilierwerkzeuges 1, bilden die Anstiegswerte der Ausgleichsfunktionen in ihrer Gesamtheit eine Führungsgrösse für ein stetiges Schwenken eines Profilierwerkzeuges um eine Drehachse F über der Schleifschneckenbreite b_S bzw. über den Profilierhub. Steht für das Schwenken des Profilierwerkzeuges keine Drehachse F zur Verfügung, kann der gleiche Effekt durch ein Schwenken der Schleifschnecke um eine Drehachse C erzielt werden.
Bezogen auf das Schwenken des Profilierwerkzeuges wird somit in einem zweiten Schritt die Abhängigkeit ΔF = f (V). bzw. bei Bezug auf das Schwenken einer Schleifschnecke die Abhängigkeit ΔC = f(X)ermittelt.
In 4a und 4b ist ersichtlich, dass infolge der Schwenkbewegung um einen Drehpunkt P_r (Drehachse F) die Flanke des Profilierwerkzeuges 1 bezüglich ihrer Zustell-(U-Achse) und Hublage (V-Achse) gegenüber der Flanke 7 des Schleifschneckenganges 4 aus der gewünschten Position gebracht wird. Aus diesem Grund müssen die aus der Schwenkbewegung des Profilierwerkzeuges 1 resultierenden Positionsabweichungen durch simultane Korrekturbewegungen ΔU und ΔV (4b und 4c) in U- bzw. V-Richtung bezüglich des Profilierwerkzeuges und/oder ΔX und ΔY in X- und Y-Richtung bezüglich der Schleifschnecke ausgeglichen werden. Die Grösse dieser Korrekturbewegungen ist im wesentlichen von der Grösse des Schwenkwinkels ΔF sowie der relativen Lage des realen Drehpunktes P_r der F-Achse zum ideellen Drehpunkt P_i auf der Flanke des Profilierwerkzeuges beim Profilieren abhängig. Sie lassen sich über die Abhängigkeiten ΔV = f (ΔF, Urel, Vrel) ΔU = f (ΔF, Urel, Vrel)berechnen.
Vergleichbare Verhältnisse treten beim Schwenken der Schleifschnecke um eine Drehachse C (5) auf. Die Korrekturbewegungen ergeben sich dann aus ΔY = f (ΔC, Xrel, Yrel) ΔX = f (ΔC, Xrel, Yrel)
Das vorgeschlagene Profilierverfahren kann mit der in 5 dargestellten Vorrichtung durchgeführt werden. Gezeigt ist dabei die Variante, bei der das Profilierwerkzeug die Hub- und Zustellbewegung sowie auch die Schwenkbewegung ausführt. Vergleichbare Varianten sind möglich, wenn die Schleifschnecke die Hub- und Zustellbewegung sowie die Schwenkbewegung ausführt sowie bei entsprechenden Kombinationen der Bewegungen. Die dargestellte Vorrichtung besitzt werkstückseitig eine auf der Grundplatte 14 waagerecht liegende, motorgetriebene Spindeleinheit 15, auf der, die um eine Achse B drehbare, zu profilierende Schleifschnecke 16 aufgespannt ist und die um eine Drehachse C schwenkbar sein kann. Das um eine Achse E drehbare, scheibenförmige Profilierwerkzeug 1 ist auf einer zur Schleifschneckenspindel parallel liegenden, motorgetriebenen Spindeleinheit 17 befestigt und wird mittels eines servogetriebenen Hubschlittens 18 in V-Richtung entlang der rotierenden Schleifschnecke 16 bewegt. An den Hubendlagen wird mit Hilfe eines Zustellschlittens 19 die Zustellbewegung in U-Richtung realisiert. Der Zustellschlitten 19 selbst ist dazu auf der Grundplatte 14 senkrecht zur Werkstückachse verstellbar. Auf dem Zustellschlitten 19 befindet sich der Hubschlitten 18. Die Hubbewegung des Profilierwerkzeuges 1 und die Rotationsbewegung der Schleifschnecke 16 sind über die Steuersignale 20 und 21 mittels einer Steuereinheit 22 so aufeinander abgestimmt, dass nach einer Schneckenumdrehung das Profilierwerkzeug den Weg PI * Modul * Gangzahl zurückgelegt hat. Zur Realisierung des vorgeschlagenen Profilierverfahrens ist die Spindeleinheit mit dem aufgespannten Profilierwerkzeug unter Nutzung eines auf den Hubschlitten 18 aufgesetzten Drehtisches 23 um die Achse F senkrecht zur Profilierspindel und senkrecht zur Zustellbewegung schwenkbar. Die Schwenkbewegung sowie auch die Korrekturbewegungen werden mittels der Steuereinheit 22 und den Steuersignalen 20, 24 und 25 in Abhängigkeit von der relativen Hublage des Profilierwerkzeuges 1 zur Schleifschnecke 16 ausgeführt. Die Korrekturbewegungen in Zustellrichtung werden dazu der Zustellbewegung mittels des Schlittens 19 und die in Hubrichtung der Hubbewegung mittels des Schlittens 18 überlagert.
Nach der Profilierung eines Schleifschneckenganges mittels des oben beschriebenen Verfahrens und unter Nutzung der aufgeführten Vorrichtung ergibt sich ein Schleifschneckengang, dessen Flankeneingriffswinkel sich über einen Bereich der Schieifschneckenbreite kontinuierlich ändert und somit die Ist-Modifikation der Schneckengangflanken bildet.
Wie bereits beschrieben, ergibt sich die Drehwinkellage der F-Achse bezogen auf die Profilierspindeleinheit bzw. der C-Achse bezogen auf die Schleifschneckenspindeleinheit aus Ausgleichsrechnungen, die für eine Vielzahl von Schleifschneckenbreitenpositionen V_j durchgeführt werden. Mit Hilfe der Koeffizienten der Ausgleichsfunktionen können die beim Profilieren sich tatsächlich ausbildenden Ist-Modifikationsbeträge berechnet werden. Diese weichen von den vorgegebenen Soll-Modifikationsbeträgen aufgrund der Ausgleichsrechnung mehr oder weniger stark ab. Es ist deshalb sinnvoll, für die vorgegebenen Soll-Modifikationsbeträge mittels der Ausgleichsfunktionen die Ist-Modifikationsbeträge zu berechnen, um so eine Abweichungsmatrix (Restfehler über Schneckenbreite und Schneckenganghöhe) zu erhalten. Für einen vorteilhaften Einsatz des beschriebenen Profilierverfahrens müssen alle Werte der ermittelten Abweichungsmatrix kleiner als ein zuvor definierter Grenzwert sein. Ist dies nicht der Fall, kann das vorgeschlagene produktive Profilabrichten (1a) zur Erzeugung der Modifikationen der Schneckengangflanke nicht angewandt werden. Die relativen Unterschiede zwischen den Modifikationsbeträgen benachbarter Flankenpunkte eines Schneckengang-Achsschnittes sind in diesem Fall so gross, das eine Linienberührung zwischen Schneckengangflanke und Profilierwerkzeug über die gesamte Schneckenganghöhe nicht die geforderte Qualität der Modifikationen ergibt.
Die Abweichungsmatrix ist weitergehend dahin zu untersuchen, ob die Beträge der Restfehler über die gesamte Höhe des Schleifschneckenganges oder nur über Teilbereiche unzulässig gross sind. Bei zu grossen Restfehlern über die gesamte Schneckenganghöhe muss das im folgenden vorgeschlagene zweite Profilierverfahren zur Anwendung kommen. Dieses beruht auf dem ausschliesslichen zeilenweisen Profilieren des Schneckenganges und ist somit hinsichtlich der Erzeugung von Modifikationen der Schleifschneckengangflanken sehr flexibel. Sind die Restfehler dagegen beispielweise nur in den Kopf- und/oder Fussbereichen des Schleifschneckenganges zu gross, ist eine Kombination der Verfahren Profilabrichten und zeilenweises Profilieren möglich.
Ausgangspunkt für die Anwendung des zeilenweisen Profilierens bildet wiederum die genaue Zuordnung der Zahnflankenkoordinaten zu den Berührpunkten auf den Flanken des Schleifschneckenganges einschliesslich der bereits beschriebenen Transformationsrechnung. Unter Berücksichtigung des zeilenweisen Profilierens eines Schneckenganges lässt sich nach der Transformationsrechnung für jede Profilierzeile i bzw. für jede Schneckenganghöhenkoordinate U_i eine Abhängigkeit der Modifikationsbeträge M_i der Schneckengangflanke von der Schneckenbreitenposition V_j bilden (6). Insgesamt ergibt sich eine Abhängigkeit Mi,j = f (Ui, Vj)
Positioniert man nun eine Profilrolle 1 auf eine definierte Höhe h₁ bzw. U₁ des Schneckenganges 4 und steuert die Profilierhubbewegung über der Schneckenbreite b_S sowohl in Abhängigkeit von der Basissteigung p_S des Schneckenganges 4 als auch in Abhängigkeit von den Modifikationsbeträgen M_1,j dieser Schneckenganghöhe h₁, wird für die Profilierzeile bei der Höhe h₁ die gewünschte Modifikation erzeugt. Die Hubbewegung des Profilierwerkzeuges 1 und die Rotationsbewegung 5 der Schleifschnecke sind beim zeilenweisen Profilieren von Modifikationen somit nicht nur in Abhängigkeit von der Basissteigung der Schleifschnecke p_S gekoppelt, sondern zusätzlich auch in Abhängigkeit von den Modifikationsbeträgen M_i,j, die sich für jeweils eine Profilierzeile über der Schneckenbreite aus der Transformationsrechnung ergaben.
Wendet man diese Verfahrensweise auf alle Profilierzeilen i, die für die vollständige Profilierung über der Höhe h des Schleifschneckenganges 4 notwendig sind, an, ist ein nahezu punktgenaues Übertragen der Modifikationen der Zahnflanken auf die entsprechenden Berührpunkte der Schneckengangflanken möglich. In dem so modifizierten Schleifschneckenbereich ergibt sich insgesamt eine Steigung des Schneckenganges 4, die sich sowohl von Profilierzeile zu Profilierzeile als auch entlang einer Profilierzeile (über der Schneckenbreite) kontinuierlich ändert. Das Erzeugen der Zahnflankenmodifikationen erfolgt wie bei dem ersten vorgeschlagenen Profilierverfahren durch Diagonalwälzschleifen über den modifizierten Schleifschneckenbereich.
Wie bereits erwähnt, haben Versuche gezeigt, dass über der Höhe des Schleifschneckenganges betrachtet, zur Einhaltung der geforderten Genauigkeit der Modifikationen ein zeilenweises Profilieren über der gesamten Schneckenganghöhe h oftmals nicht notwendig ist. So ist vor allem die Änderung der Modifikationsbeträge des mittleren Flankenbereiches (über die Schneckenganghöhe betrachtet) vielfach so gering, dass auch ein Profilabrichten möglich ist. Die Modifikationsbeträge des Kopf- und Fussbereiches des Schneckenganges machen dagegen meist ein zeilenweises Profilieren erforderlich. Als eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung des vorgegebenen Sollprofils des Schleifschneckenganges ergibt sich somit die Kombination der beiden zuvor vorgestellten Profilierverfahren. Die meist durch eine grosse Änderung der Modifikationbeträge gekennzeichneten Fuss- und Kopfbereiche des Schleifschneckenganges werden mittels des zeilenweisen Profilierens einschliesslich der kontinuierlichen Steigungsänderung zur Erzeugung der Modifikationen profiliert. Der mittlere Bereich dagegen wird bei Einhaltung der gefoderten Genauigkeit der Modifikationen mit Hilfe des produktiveren Profilabrichtens unter Nutzung der bereits aufgeführten Schwenkbewegung zur Erzeugung der Schneckengang-Flankenmodifikationen profiliert. Auf diese Weise ergibt sich ein Kompromiss zwischen den Zielgrössen Qualität der Modifikationen und Quantität beim Profilieren.
Eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung der grossen Profilierzeiten bei der Erzeugung von Schneckengang-Flankenmodifikationen mit Hilfe des zeilenweisen Profilierens und der kontinuierlichen Steigungsänderung des Schneckenganges ergibt sich bei Anwendung des in 7 dargestellten Profilierwerkzeuges 1. Es besitzt in seinem aktiven Bereich einen Kopfradius 26 sowie an beiden Flankenseiten an den Kopfradius anschliessend einen Flankenradius 27. Besonderes Kennzeichen dieses Profilierwerkzeuges ist, dass der Flankenradius 27 sehr viel grösser ist als der Kopfradius 26, vorzugsweise um mindestens einen Faktor 10. Anwendung findet dieses Profilierwerkzeug insbesondere dann, wenn für die Erzeugung der geforderten Soll-Modifikationen der Schneckengangflanken ein zeilenweises Profilieren mit relativ grossem Radius 27 des Profilierwerkzeuges 1 zulässig ist und gleichzeitig aber auch Schneckengangbereiche mit starken Krümmungen wie beispielsweise Kopfrundungsradien 28 und Flankenrücknahmen 29 profiliert werden müssen. In den Schneckengangbereichen mit starken Krümmungen erfolgt das Profilieren mit dem kleinen Kopfradius 26 des in 7 dargestellten Profilierwerkzeuges. Für eine günstige Positionierung des Profilierwerkzeuges kann dabei unter Umständen ein Schwenken des Profilierwerkzeuges oder der Schleifschnecke mittels der bereits erwähnten Drehachsen F bzw. C erforderlich sein. Die Flankenbereiche des Schneckenganges mit den relativ kleinen Krümmungen (infolge der Modifikationen) werden dagegen mit dem Flankenradius 27 des Profilierwerkzeuges profiliert. Der grosse Flankenradius hat den Vorteil, dass der Vorschub von Profilierzeile zu Profilierzeile grösser gewählt werden kann und die Profilierzeit somit verringert wird, ohne dass dies zu einer Verschlechterung der Formabweichung der Profillinie beim Wälzschleifen der Verzahnung führt.
Für alle vorgestellten Profilierverfahren gilt, dass sich die zu erzeugenden Modifikationen der Flanken des Schleifschneckenganges über die gesamte Schleifschneckenbreite b_S oder nur über einen definierten Breitenbereich erstrecken können. Für eine optimale Ausnutzung der gesamten Schleifschneckenbreite ist aber folgende Vorgehensweise vorteilhaft.
Auf die Grösse des zu modifizierenden Schleifschneckenbereiches haben vor allem die Länge der Berührlinien 9 und 10 zwischen Verzahnung und Schleifschnecke sowie der Shiftvorschub 11 beim Diagonalwälzen einen Einfluss (2a und 2b). Die Grösse des Shiftbereiches wiederum beeinflusst massgeblich die Grösse der Änderung der Modifikationsbeträge in Achsrichtung der Schleifschnecke. Mit grösserem Shiftvorschub werden die Modifikationen in Schneckenachsrichtung gestreckt und mit kleinerem gestaucht. Auf diese Weise ist eine Verteilung der Modifikationsbeträge entlang der Schneckengangflanke und somit auch eine gezielte Beeinflussung der Restfehler beim Profilabrichten mit schwenkbarem Profilierwerkzeug bzw. schwenkbarer Schleifschnecke möglich. Desweiteren führt eine Vergrösserung des modifizierten Schneckenbereiches zu einer Erhöhung der Anzahl an Werkstücken, die über diesen Bereich ohne Qualitätsverlust bis zum Schneckengangverschleiss im Diagonalverfahren wälzgeschliffen werden können.
Dem gegenüber ist aber zu beachten, dass bei einer Vergrösserung des modifizierten Schneckenbreitenbereiches der unmodifizierte Schleifschneckenbereich verkleinert wird. Dieser wird aber benötigt, da der modifizierte Schleifschneckenbereich bei Anwendung hoher Zeitspanungsvolumina schnell verschleissen würde. Es ist deshalb sinnvoll, die Schleifschnecke wie folgt in zwei Bereiche oder Segmente zu unterteilen.
Bereich I bzw. Segment I bleibt unmodifiziert und wird für die beim kontinuierlichen Wälzschleifen bislang üblichen Shiftstrategien genutzt. Der Bereich II bzw. das Segment II erhält dagegen die für die Erzeugung der Zahnflankenmodifikationen erforderlichen Flankenmodifikationen des Schneckenganges.
Zwischen den modifizierten und unmodifizierten Segmenten der Schleifschnecke ergeben sich Übergangsbereiche b_SUe, in denen sich die einzelnen zur Erzeugung der Modifikationen notwendigen Maschinenachsen entweder von der Nullage auf die erste notwendige Position des modifizierten Segmentes bewegen oder sich umgekehrt von der letzten Position des modifizierten Segmentes auf die Nullage bewegen. Beide Bereiche sind unter Beachtung der Qualitätskriterien so breit zu wählen, dass sie nach etwa der gleichen Standzeit verschlissen bzw. aufgebraucht sind. Auf diese Weise ergibt sich eine optimale Aufteilung der Schleifschneckenbreite in modifizierten und unmodifizierten Bereich. 8 zeigt beispielhaft eine Schleifschnecke 16, die über ihrer Breite in ein unmodifiziertes Segment b_sI, ein modifiziertes Segment b_SII und den dazwischen liegenden Übergangsbereichen b_SUe unterteilt ist.
Ein weiteres wesentliches Merkmal stellt in diesem Zusammenhang die Tatsache dar, dass beim zeilenweisen Profilieren infolge des eng begrenzten Kontaktbereiches zwischen Profilierwerkzeug und Schleifschneckengang über der Höhe des Schleifschenckenganges betrachtet, die Bereiche bzw. Segmente ineinander verschachtelt werden können. Der Übergang zwischen unmodifizierten und modifizierten Bereichen kann hier in Abhängigkeit von der Lage der Berührlinien 9 und 10 (2a) für jede Profilierzeile gesondert bestimmt werden. Auf diese Weise wird eine noch günstigere Ausnutzung des Schleifwerkzeuges erzielt.

Claims

Verfahren zum Profilieren einer Schleifschnecke zum Diagonalwälzschleifen, bei dem ein rotierendes, scheibenförmiges Profilierwerkzeug eine wiederholte Hubbewegung entlang eines Schneckenganges einer rotierenden Schleifschnecke ausführt oder umgekehrt, eine rotierende Schleifschnecke eine wiederholte Hubbewegung entlang eines rotierenden Profilierwerkzeuges ausführt, wobei das scheibenförmige Profilierwerkzeug mit dem Schleifschneckengang während eines Hubes über der gesamten Höhe des Schneckenganges im Eingriff ist und innerhalb eines Bereiches der Hubbewegung eine Zusatzbewegung in Form einer stetigen Schwenkbewegung um eine zur Drehachse (E) des Profilierwerkzeuges senkrechten erste Achse (F) ausführt, wobei die Grösse der während der Hubbewegung ausgeführten Schwenkbewegung von der relativen Hublage des Profilierwerkzeuges gegenüber dem Schneckengang der Schleifschnecke abhängt und die Flanken des Schleifschneckenganges infolge dieser Zusatzbewegung einen vom nominalen Eingriffswinkel abweichenden, sich zumindest in Bereichen der Schleifschneckenbreite stetig ändernden Eingriffswinkel erhalten, der die gewünschten Modifikationen der Schneckengangflanken näherungsweise verkörpert.
Verfahren zum Profilieren einer Schleifschnecke zum Diagonalwälzschleifen, bei dem ein rotierendes, scheibenförmiges Profilierwerkzeug eine wiederholte Hubbewegung entlang eines Schneckenganges einer rotierenden Schleifschnecke ausführt oder umgekehrt, eine rotierende Schleifschnecke eine wiederholte Hubbewegung entlang eines rotierenden Profilierwerkzeuges ausführt, wobei der Schneckengang der zu profilierenden Schleifschnecke mit dem Profilierwerkzeug während eines Hubes über der gesamten Höhe im Eingriff ist und die Schleifschnecke während der Hubbewegung eine Zusatzbewegung in Form einer stetigen Schwenkbewegung um eine zu ihrer Drehachse (B) senkrechten zweite Achse (C) ausführt, wobei die Grösse der während der Hubbewegung ausgeführten Schwenkbewegung von der relativen Hublage des Profilierwerkzeuges gegenüber dem Schneckengang der Schleifschnecke abhängt und die Flanken des Schleifschneckenganges infolge dieser Zusatzbewegung einen vom nominalen Eingriffswinkel abweichenden, sich zumindest in Bereichen der Schleifschneckenbreite stetig ändernden Eingriffswinkel erhalten, der die gewünschten Modifikationen der Schneckengangflanken näherungsweise verkörpert.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der für eine definierte Breitenposition der Schleifschnecke geforderte, vom nominalen Eingriffswinkel, abweichende, Eingriffswinkel einer Flanke des Schneckenganges durch Ausgleichsrechnung der Soll-Modifikationsbeträge über der Höhe des Schleifschneckenganges an eben dieser Breitenposition der Schleifschnecke berechnet wird, wobei für die Ausgleichsrechnung als Ansatz eine stetige Funktion gewählt wird und als Verkörperung dieser Funktion das Achsschnittprofil eines Profilierwerkzeuges dient.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass resultierend aus der Schwenkbewegung des Profilierwerkzeuges um die erste Achse (F) oder resultierend aus der Schwenkbewegung der Schleifschnecke um die zweite Achse (C) und infolge der konstruktiven Lage dieser Achse (F oder C) die ursprüngliche relative Positionierung der Flanken eines Profilierwerkzeuges gegenüber der Flanke eines Schleifschneckenganges bezogen auf die Hub- und Zustellage durch alleiniges Schwenken um diese Achse (F oder C) nicht mehr gewährleistet ist, Korrekturbewegungen in Hub- und Zustellrichtung ausgeführt werden und diese Korrekturbewegungen simultan zur Schwenkbewegung der Hub- und Zustellbewegung überlagert werden.
Verfahren zum Profilieren einer Schleifschnecke zum Diagonalwälzschleifen, bei dem ein rotierendes, scheibenförmiges Profilierwerkzeug eine wiederholte Hubbewegung entlang eines Schneckenganges einer rotierenden Schleifschnecke ausführt oder umgekehrt, eine rotierende Schleifschnecke eine wiederholte Hubbewegung entlang eines rotierenden Profilierwerkzeuges ausführt und das scheibenförmige Profilierwerkzeug mit dem Schleifschneckengang während eines Hubes nur über einen eng begrenzten Höhenbereich des Schneckenganges im Eingriff ist, wobei der von der nominalen Steigung des Schleifschneckenganges abhängigen Hubbewegung innerhalb eines zu modifizierenden Bereiches der Schleifschnecke eine Zusatzbewegung in Form einer kontinuierlichen Steigungsänderung überlagert wird, die Grösse dieser Zusatzbewegung von der relativen Hublage zwischen Profilierwerkzeug und Schleifschnecke sowie von den vorgegebenen Soll-Modifikationen der Schneckengangflanken abhängt und weiterhin der Übergang zwischen dem modifizierten und unmodifizierten Bereich einer Schleifschnecke über der Höhe des Schleifschneckenganges betrachtet an unterschiedlichen Hubpositionen erfolgen kann, so dass ein Verschachteln der beiden Bereiche möglich ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der unmodifizierte Bereich der Schleifschnecke mittels des Profilabrichtens ohne zusätzlicher Schwenkbewegung des Profilierwerkzeuges oder der Schleifschnecke profiliert wird und innerhalb des modifizierten Schneckenbreitenbereiches, über die Schneckenganghöhe betrachtet, Flankenbereiche mit starker Änderung der Modifikationsbeträge mit Hilfe des zeilenweisen Profilieren mit kontinuierlicher Steigungsänderung und Flankenbereiche mit kleiner Änderung der Modifikationsbeträge mit Hilfe des Profilabrichtens und zusätzlicher Schwenkbewegung des Profilierwerkzeuges bzw. der Schleifschnecke profiliert werden.
Scheibenförmiges Profilierwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich im Axialschnitt in seinem aktiven Bereich aus einem Kopfradius und einem zweiten Radiusbereich zusammensetzt, wobei sich der zweite Radiusbereich dem Kopfradius unmittelbar tangential anschliesst und der Radius des zweiten Bereiches um mindestens den Faktor 10 grösser ist als der des Kopfradius.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend eine werkstückseitig um eine erste Achse (B) drehbar gelagerte Spindel zum Einspannen einer zu profilierenden Schleifschnecke, mit einem ersten Antrieb, sowie eine um eine zweite Achse (E) drehbare, mittels einer dritten Achse (U) radial zur ersten Achse (B) zustellbare Profilier spindel zum Einspannen eines Profilierwerkzeuges, mit einem zweiten Antrieb, der mit dem ersten Antrieb mit Hilfe einer Steuereinheit synchronisiert ist, wobei im Betrieb das Profilierwerkzeug in einen Schneckengang einer zu profilierenden Schleifschnecke eingreift, dabei ein oder zwei Flanken eines Schleifschneckenganges berührt und mittels einer vierten Achse (V) eine wiederholte Hubbewegung entlang einer zu profilierenden Schleifschnecke sowie an den Hubendlagen eine Zustellbewegung mit der dritten Achse (U) ausführt, die Profilierspindel weiterhin um eine zur zweiten Achse (E) und dritten Achse (U) senkrechte fünfte Achse (F) schwenkbar ist, und während der Hubbewegung mittels der fünften Achse (F) eine stetige Schwenkbewegung und simultan zu dieser Bewegung mit der dritten und vierten Achse (U und V) Korrekturbewegungen ausführen kann, wobei diese Bewegungen mit Hilfe einer Steuereinheit in Abhängigkeit von der Position der vierten Achse (V) durchgeführt werden.