DE19958675A1 - Profile tool - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Profilwerkzeug zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken in Form von Spi ral- und Hypoidkegelrädern, insbesondere für Kraftfahrzeug getriebe, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a profile tool for machining workpieces in the form of spi ral and hypoid bevel gears, in particular for motor vehicles gear, according to the preamble of claim 1.
Eine Optimierung moderner Getriebe für Kraftfahrzeuge hinsichtlich der Leistungsdichte, der Übertragungsgenauig keit und der Geräuscharmut bedingt auch eine funktionsge rechte Auslegung der überwiegend gehärteten und geschliffe nen Zahnräder. So sind die weitverbreitenden Evolventen- Verzahnungen zunehmend mit Zahnprofilmodifikationen verse hen, um durch gewollte Kopf- bzw. Fußrücknahme innerhalb der aktiven Flanke stoßfreie Eingriffsverhältnisse zu er möglichen. Für den Zahnfußbereich wird als Voraussetzung für eine hohe Zahnfußfestigkeit eine Fußrundung als Über gang von der aktiven Flanke zum Zahnlückengrund gefordert. Beim Schleifen von Schneidrädern ist das Erzeugen einer Fase am Zahnfuß erforderlich, wenn beim Zahnradwälzstoßen das Schneidrad auch die Herstellung eines Kopfkantenbruchs übernimmt. Vielfach ist auch eine Rundung oder Fase als Übergang von der aktiven Flanke zum oft grob tolerierten Außendurchmesser vorgesehen. Für spezielle Anwendungsfälle werden Sonderverzahnungen eingesetzt, wie z. B. die soge nannten Symmarc-Verzahnungen für Schwerlastgetriebe.An optimization of modern transmissions for motor vehicles in terms of power density, transmission accuracy and low noise also require a functional Right interpretation of the predominantly hardened and ground gears. So the widespread involute Gears increasingly with tooth profile modifications hen to by intentional head or foot retraction within the active flank to bumpless engagement conditions possible. For the tooth root area is a requirement for a high tooth root strength a rounding of the foot as an over required from the active flank to the tooth space base. When grinding cutting wheels, creating one Chamfer on the tooth base is required if the gear hobbing occurs the cutting wheel also producing a head edge break takes over. In many cases there is also a round or chamfer Transition from the active flank to the often roughly tolerated one Outside diameter provided. For special applications special gears are used, such as B. the so-called named Symmarc gears for heavy-duty gearboxes.
Die Vielfalt der Profilelemente und die funktionsge rechte Auslegung der Verzahnungen bewirkt eine Tendenz zur weiteren Automatisierung. Die dazu erforderliche Flexibili tät, beispielsweise des Abrichtens dieser Vielfalt von Pro filelementen mittels eines CNC-Abrichters für das Teilwälz schleifen wurde in einem Artikel mit dem Titel "Komplexe Profile doppelkegelförmiger Schleifkörper für Zahnflanken numerisch gesteuert abrichten" beschrieben, der in der Zeitschrift Werkstatt und Betrieb, 124, 1991, Nr. 8, Sei ten 661 bis 663 veröffentlicht worden ist.The variety of profile elements and the function right interpretation of the gears causes a tendency to further automation. The flexibility required for this activity, such as dressing this variety of pro Filelements by means of a CNC dresser for the partial rolling was grinded in an article entitled "Complexes Profiles of double-conical grinding wheels for tooth flanks numerically controlled dressing "described in the Zeitschrift Werkstatt und Betrieb, 124, 1991, No. 8, Sei ten 661 to 663 has been published.
Der CNC-Abrichter kann dabei ein rotierendes Abricht werkzeug in Form einer Diamantformrolle aufweisen. Die senkrechte Lage der Drehachse der Diamantformrolle wird durch den Arbeitsbereich bestimmt. Die Abrichtspindel ist auf einem in zwei CNC-Achsen fahrbaren Kreuzschlitten ange ordnet. Die Diamantformrolle wird an der Schleifscheiben kontur entlang geführt, wobei ihre geometrischen Bestim mungsgrößen, d. h. der Profilradius und der Durchmesser berücksichtigt werden. Diamantformrollen weisen gegenüber den stehenden Abrichtwerkzeugen eine wesentlich höhere Standfestigkeit des Profilradius auf, sodass auch Schleif scheibenkonturen mit großen Profilwinkelbereich genau abge richtet werden können. Damit eignen sie sich sowohl für das Teilwälzschleifen als auch für das Profilschleifen.The CNC dresser can do a rotating dressing have tool in the form of a diamond roller. The vertical position of the axis of rotation of the diamond roller determined by the work area. The dressing spindle is on a cross slide that can be moved in two CNC axes arranges. The diamond form roller is on the grinding wheels contour along, with their geometric determin sizes, d. H. the profile radius and the diameter be taken into account. Diamond form rollers face the standing dressing tools a much higher one Stability of the profile radius, so that grinding disc contours with a large profile angle range exactly can be judged. This makes them suitable for both Partial gear grinding as well as for profile grinding.
Die Schleifscheiben-Profilkoordinaten, d. h. die Soll- Kontur wird dabei mit einer speziellen Software ausgehend von den Werkstückdaten unter Berücksichtigung der spezifi schen Bedingungen des Teilwälzschleifens oder des Profil schleifens berechnet.The grinding wheel profile coordinates, i.e. H. the target Contour is started with special software from the workpiece data taking into account the specifi conditions of gear grinding or profile grinding calculated.
Die berechneten Schleifscheibenprofile sind mathema tisch beschreibbare Grundformen und zwar Geraden für das Teilwälzschleifen und Evolventen für das Profilschleifen. Die meisten bekannten CNC-Steuerungen können direkt nur Geraden, Kreisbögen oder Splines verarbeiten. Sollen den Grundformen aus den oben beschriebenen Gründen Modifikatio nen überlagert werden, so müssen diese aufgrund der komple xen Berechnung im allgemeinen durch Tabellen von Stützstel len beschrieben werden.The calculated grinding wheel profiles are mathema basic forms that can be written on and that are straight lines for the Partial hobbing and involutes for profile grinding. Most known CNC controls can only directly Process straight lines, arcs or splines. Should that Basic forms for the reasons described above, modification superimposed, these must be due to the comple xen Calculation in general by tables from support len are described.
Für die spanende Bearbeitung von Spiral- und Hypoidke gelrädern, wie sie in Kegelradsätzen von Kraftfahrzeugge trieben verwendet werden, wurden bisher Profilwerkzeuge verwendet, deren Profil ausschließlich durch die Verwendung von Geraden und Kreisen und deren Kombinationen definiert wurden. Insbesondere bei der Bearbeitung von Tellerrädern im Einzelteil-Einstechverfahren weicht die in herkömmlicher Weise erzeugbare Profilform beträchtlich von der Idealform ab. Die erforderlichen Korrekturen am Gegenrad, d. h. dem Ritzel sind nur mit Einschränkungen durchführbar. Dadurch ist dieses eigentlich wirtschaftliche Verfahren nur bei größeren Übersetzungen anwendbar.For machining spiral and hypoid keys gelradn, such as in bevel gear sets of motor vehicles drives have been used so far profile tools used whose profile is solely through use defined by straight lines and circles and their combinations were. Especially when machining ring gears in the single-part piercing process, the conventional one Profile shape that can be generated in this way is considerably different from the ideal shape from. The necessary corrections to the counter gear, i. H. the Sprockets can only be carried out with restrictions. Thereby this is actually an economical process only larger translations applicable.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Be rücksichtigung der wachsenden Anforderungen an die Funktio nalität von Kegelradsätzen, insbesondere der Laufruhe, der Tragfähigkeit und der Verlagerungsfähigkeit, sowie im Hin blick auf eine einfache Montierbarkeit und wirtschaftliche Herstellung ein Profilwerkzeug vorzuschlagen, mit dem die Gestaltungsmöglichkeiten bei der Entwicklung von Kegeltrie ben verbessert und spezielle Profilformen ermöglicht wer den.The object of the present invention is under Be taking into account the growing demands on the function Nality of bevel gear sets, in particular the smooth running, the Load capacity and the ability to relocate, as well as in the outward direction easy to assemble and economical Manufacture to propose a profile tool that the Design options in the development of cone drives ben improved and special profile shapes possible the.
Ausgehend von einem Profilwerkzeug der eingangs näher genannten Art erfolgt die Lösung dieser Aufgabe mit dem im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Starting from a profile tool closer to the beginning mentioned type the solution to this problem is carried out with the characterizing part of claim 1 specified features; advantageous embodiments are in the subclaims described.
Die Erfindung sieht also vor, dass das durch die aus schließliche Verwendung von Geraden und Kreisen und deren Kombinationen definierte Profil eines Profilwerkzeugs zur spanenden Bearbeitung von Spiral- und Hypoidkegelrädern durch Überlagerung eines Polynoms n-ter Ordnung in radialer Richtung verändert wird. Die Profile dieser Abschnitte re sultieren dann aus der radialen Überlagerung der herkömmli chen Profilelemente, d. h. Gerade und/oder Kreis mit dem neuen Profilelement, d. h. dem Polynom n-ter Ordnung.The invention therefore provides that that from eventual use of straight lines and circles and their Combinations defined profile of a profile tool for machining of spiral and hypoid bevel gears by superimposing an nth order polynomial in radial Direction is changed. The profiles of these sections right then result from the radial overlay of the conventional Chen profile elements, d. H. Straight and / or circle with the new profile element, d. H. the nth order polynomial.
Der Koordinatenursprung ist für jedes verwendete Poly nom frei wählbar und liegt im einfachsten Fall am Übergang von einem Abschnitt zum anderen.The coordinate origin is for each poly used nom freely selectable and in the simplest case lies at the transition from one section to another.
Durch die erfindungsgemäße radiale Überlagerung von Polynomen n-ter Ordnung zur Definition der Werkzeugprofil form wird der Vorteil erzielt, dass für die Erzeugung der Werkstückgeometrie über die Koeffizienten Ki weitere Frei heitsgrade hinzugefügt werden können. Dies erweitert die Gestaltungsmöglichkeit bei der Entwicklung von Kegeltrieben und ermöglicht spezielle Profilformen. Die Profilabweichun gen, beispielsweise an einem Tellerrad können dadurch er heblich reduziert werden.Due to the radial superposition of Nth order polynomials to define the tool profile the advantage is achieved that for the generation of the Workpiece geometry over the coefficients Ki further free degrees can be added. This extends the Design options in the development of bevel gears and enables special profile shapes. The profile deviation gene, for example on a ring gear, he can be significantly reduced.
Die Erzeugung der Werkzeug-Profilform über die Maschi nenkinematik ist, wie eingangs erwähnt, Stand der Technik. Dies kann auf der Produktionsmaschine sowie auch auf einer speziellen Maschine für die Werkzeugherstellung bzw. Werk zeugwiederaufbereitung erfolgen. Durch entsprechende Ent wicklung bzw. Anpassung der Software sind die erfindungsge mäßen Profilformen am Werkzeug herstellbar.The generation of the tool profile shape via the machine As mentioned at the beginning, nominal kinematics is state of the art. This can be done on the production machine as well as on a special machine for tool manufacture or factory tool reprocessing take place. By appropriate Ent development or adaptation of the software are the fiction can be produced on the tool.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbei spiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Profilwerkzeugs dargestellt ist.In the following the invention with reference to the drawing explained in more detail in the an advantageous embodiment game of a profile tool designed according to the invention is shown.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 einen Radialschnitt durch ein derartiges Werkzeug und Fig. 1 shows a radial section through such a tool and
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Teils des Werkzeugs. Fig. 2 is an enlarged view of part of the tool.
In Fig. 1 ist ein Radialschnitt durch ein erfindungs gemäß ausgestaltetes Profilwerkzeug dargestellt, das zur spanenden Bearbeitung von Spiral- und Hypoidkegelrädern, beispielsweise für den Kegeltrieb eines Kraftfahrzeugge triebes geeignet ist. In herkömmlicher Weise weist dieses Werkzeug ein Profil auf mit einem ersten Profilabschnitt 1 in Form einer Geraden an der Werkzeug-Stirnseite, dessen Länge < = 0 ist, mit einem zweiten Profilabschnitt 2 in Form eines Eckenradius zur Erzeugung der Werkstückfußaus rundung, dessen Länge < 0 ist, mit einem Profilabschnitt 3 in Form einer Geraden oder eines Kreisausschnitts zur Er zeugung einer Fußrücknahme am Werkstück, dessen Länge < = 0 ist, mit einem Abschnitt 4 in Form einer Geraden oder eines Kreisausschnitts zur Erzeugung der primären Werkstückflan ke, dessen Länge < 0 ist und mit einem Abschnitt 5 in Form eines Kreisausschnitts zur Erzeugung einer Kopfrücknahme am Werkstück, dessen Länge < = 0 ist.In Fig. 1, a radial section is shown by a profile tool designed according to the Invention, which is suitable for the machining of spiral and hypoid bevel gears, for example for the bevel gear of a motor vehicle gear. In a conventional manner, this tool has a profile with a first profile section 1 in the form of a straight line on the end face of the tool, the length of which is <= 0, with a second profile section 2 in the form of a corner radius for generating the rounding of the foot of the workpiece, the length of which is <0 is, with a profile section 3 in the form of a straight line or a circular section for generating a foot relief on the workpiece, the length of which is <= 0, with a section 4 in the form of a straight line or a circular section for generating the primary workpiece flange, the length of which is <0 and with a section 5 in the form of a circular section for generating a head relief on the workpiece, the length of which is <= 0.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass diesen be kannten Profilabschnitten in Form von Geraden und Kreisen ein weiteres Profilelement hinzugefügt wird, welches durch ein Polynom n-ter Ordnung beschrieben wird. Dieses Profil element kann in den Profilabschnitten 3 bis 5 wahlweise zur Anwendung kommen, wobei die Profilform innerhalb dieser einzelnen Abschnitte aus der radialen Überlagerung der bei den Profilelemente resultiert, d. h. einer Geraden und/oder eines Kreises mit dem Polynom n-ter Ordnung.According to the invention, it is now provided that a further profile element is added to these known profile sections in the form of straight lines and circles, which is described by an n-th order polynomial. This profile element can optionally be used in the profile sections 3 to 5 , the profile shape within these individual sections resulting from the radial superposition of the profile elements, ie a straight line and / or a circle with the nth order polynomial.
Der Koordinatenursprung für jedes verwendete Polynom ist frei wählbar und liegt im einfachsten Fall am Übergang von einem Abschnitt zum benachbarten Abschnitt.The coordinate origin for each polynomial used is freely selectable and in the simplest case lies at the transition from one section to the adjacent section.
Das einzelne Polynom kann dabei, wie in Fig. 2 darge
stellt, wie folgt definiert werden:
The individual polynomial can, as shown in FIG. 2, be defined as follows:
Δ_rp = K2.Δ_xp2+K3.Δ_xp3+. . .Ki.Δ_xpi+. . .+Kn.Δ_xpn Δ_rp = K 2 .Δ_xp 2 + K 3 .Δ_xp 3 +. , .K i .Δ_xp i +. , . + K n .Δ_xp n
In Erweiterung zu diesem Polynom, bei dem die Exponen
ten ganzzahlig sind, gilt auch die Verwendung nicht ganz
zahliger Exponenten xi in der folgenden Form:
In addition to this polynomial, in which the exponents are integers, the use of non-integer exponents xi also applies in the following form:
Δ_rp = Σ(K1.Δ_xpxi)
Δ_rp = Σ (K 1 .Δ_xp xi )
als Teil der erfindungsgemäßen Profilverbesserung.as part of the profile improvement according to the invention.
Die Koeffizienten Ki sind reelle Zahlen, die bedarfs weise für jeden Abschnitt frei wählbar sind und im Sonder fall auch den Wert 0 annehmen können.The coefficients Ki are real numbers that are required are freely selectable for each section and in particular in this case can also assume the value 0.
Es ist erfindungsgemäß auch möglich, Profilformen vor zusehen, die durch Punktfolgen bzw. Splines definiert wer den, wenn sie als Kombination der oben beschriebenen Pro filelemente (Gerade, Kreis und Polynom) im wirksamen Be reich, d. h. der Spanbildung am Werkstück mit einer maxima len radialen Abweichung von 0,003 mm approximierbar sind und wenn die günstigste Näherung durch Gerade und Kreis ungenauer ist. According to the invention, it is also possible to preform profile shapes watch who are defined by point sequences or splines if, as a combination of the Pro filelements (straight line, circle and polynomial) in the effective Be rich, d. H. chip formation on the workpiece with a maxima radial deviation of 0.003 mm can be approximated and if the cheapest approximation is by straight line and circle is less precise.
11
Profilabschnitt
Profile section
22nd
Profilabschnitt
Profile section
33rd
Profilabschnitt
Profile section
44th
Profilabschnitt
Profile section
55
Profilabschnitt
Profile section
Claims (5)
Δ_rp = K2.Δ_xp2+K3.Δ_xp3+. . .Ki.Δ_xpi+. . .+ Kn.Δ_xpn,
wobei die Koeffizienten Ki reelle Zahlen sind und die Expo nenten ganzzahlig sind.4. Profile tool according to one of the preceding claims, characterized in that the n-th order polynomial has the following form:
Δ_rp = K 2 .Δ_xp 2 + K 3 .Δ_xp 3 +. , .K i .Δ_xp i +. , . + K n .Δ_xp n ,
where the coefficients Ki are real numbers and the exponents are integers.
Δ_rp = Σ(K1.Δ_xpxi),
wobei die Koeffizienten Ki reelle Zahlen sind und die Expo nenten xi nicht ganzzahlig sind.5. Profile tool according to one of the preceding claims, characterized in that the n-th order polynomial has the following form:
Δ_rp = Σ (K 1 .Δ_xp xi ),
where the coefficients Ki are real numbers and the exponents xi are not integers.
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