DE2641554A1

DE2641554A1 - Waelzverfahren und vorrichtung zum schleifen zylindrischer zahnraeder

Info

Publication number: DE2641554A1
Application number: DE19762641554
Authority: DE
Inventors: Daniel Albert Fivian
Original assignee: Maag Zahnrader und Maschinen AG
Current assignee: Maag Zahnrader und Maschinen AG
Priority date: 1976-09-15
Filing date: 1976-09-15
Publication date: 1978-03-23
Also published as: DE2641554B2; DE2641554C3; JPS6312722B2; JPS5337997A; GB1563449A; FR2364726A1; FR2364726B1; US4142333A; IT1084871B; CH621722A5

Description

Maag-Zahnräder & -Maschinen
Aktiengesellschaft
Zürich / Schweiz

Wälzverfahren und Vorrichtung zum Schleifen zylindrischer Zahnräder

Die Erfindung betrifft ein Wälzverfahren zum Schleifen zylindrischer Zahnräder mit im wesentlichen evolventenförmigem Zahnprofil mittels zweier tellerförmiger Schleifscheiben, die mit an ihrem seitlichen Rand gelegenen, nahezu punktförmigen Kontaktzonen eine rechte und eine linke Zahnflanke bearbeiten, wobei zwischen dem Zahnrad und beiden Schleifscheiben eine auf den Grundzylinder des Zahnrades bezogene hin- und hergehende Wälzbewegung stattfindet.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Gattung (MAAG Taschenbuch, Zürich 1963, Seiten 259-268) liegen die beiden Kontaktzonen stets in einer Tangentialebene an den Grundzylinder des Werkstücks. Durch die Wälzbewegung erzeugen die beiden Schleifscheiben mit ihren Kontaktzonen ein evolventenförmiges Profil. Dabei ist ein gewisser überlauf der Wälzbewegung in der Regel unvermeidlich, damit die Kontaktzonen mit Sicherheit das gesamte Profil überstreichen. Dieser überlauf besteht darin, daß sich eine der beiden Schleifscheiben nach dem Schleifen der Kopfpartie einer Zahnflanke durch weiteres Wälzen vom Zahn entfernt, also "Luft" schleift, währ rend die andere Schleifscheibe noch die Zahnfußpartie einer anderen Zahnflanke bearbeitet. Ein solcher überlauf muß in praktisch allen

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Fällen in Kauf genommen werden, da es äußerst selten und nur durch Zufall in der Auslegung der Verzahnung vorkommen kann, daß gleichzeitig ein Zahnkopf und ein Zahnfuß von je einer Schleifscheibe gleichzeitig bearbeitet wird. Dadurch war es bis jetzt notwendig, mit einem Wälzhub zu arbeiten, der größer ist als derjenige, welcher der tatsächlichen Länge des Zahnprofils entspricht.

Erfindungsaufgabe ist nun, den überlauf der Wälzbewegung so gering wie möglich zu halten oder ganz zu vermeiden.

Dies wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Verbindungslinie der Kontaktzonen der/Schleifscheiben in einem solchen Abstand vom Grundzylinder gehalten wird, daß in jeder Endlage der Wälzbewegung eine Schleifscheibe an einem Zahnkopf und gleichzeitig die andere Schleifscheibe an einem Zahnfuß arbeitet.

Damit wird nicht nur ein minimaler Wälzhub erreicht, sondern es kann auch die Wälzhubzahl pro Zeiteinheit und gleichzeitig der Vorschub in Zahnlängsrichtung vergrößert werden. Es ist sogar möglich, einen Überlauf vollständig zu vermeiden, wodurch die Schleifkräfte auf das Werkstück durch dessen ständigen Kontakt mit den Schleifscheiben gegenseitig nahezu ausgeglichen sind, so daß Profilfehler vermieden werden.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch die Anordnung der Kontaktzonen außerhalb der Grundzylinder-Tangentialebene der Schleifeingriffswinkel zwischen Zahnradprofil und Schleifscheiben sich während dem.Wälzvorgang kontinuierlich ändert und damit der theoretische Schleifpunkt auf dem Schleifscheibenprofil wandert. Dies bedeutet, daß die Schnittigkeit der Schleifscheiben gesteigert wird und eine höhere Schleifleistung erzielt werden kann.

Am Zahnprofil bewirkt die Anordnung der Kontaktzonen außerhalb der Grundzylinder-Tangentialebene eine leichte Abweichung von der Evolvente. Diese Abweichung kompensiert durch überlagerung andere Abweichungen, die sich aus den entlang dem Zahnprofil unterschiedlichen Geschwindigkeiten der beim Abwälzvorgang stattfindenden

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Relativbewegung zwischen Zahnrad und Schleifscheiben ergeben; dadurch wird die Profilgenauigkeit erhöht.

Die bisher üblichen Profilkorrekturen, z.B. die Zurücklegung der Zahnkopf- und/oder Zahnfußpartien, können in gleicher Weise und mit den gleichen Mitteln wie beim bekannten gattungsgemäßen Verfahren erzeugt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Beispielszeichnungen erläutert. Es zeigt:

Fig.1 drei Wälzstellungen bei einem bekannten Wälzschleifverfahren;

Fig.2 drei Wälzstellungen bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig.3 die Änderung des Eingriffswinkels zwischen Profil und Schleifscheibe beim Kopf- und beim Fußeingriff bei dem Verfahren gemäß Fig.2;

Fig.4 ein Schleifscheibenprofil für das Schrupp-Schleifen; Fig.5 ein Schleifscheibenprofil für das Fertigschleifen; und

Fig.6 die Tast- und Abrichteinrichtungen für die eine Schleifscheibe.

Zur Erklärung des Erfindungsgedankens genügt es, sich ein Zahnrad mit sehr geringer Zahnbreite vorzustellen, bei dem während des Schleifens keine Bewegung in Längsrichtung der Zähne notwendig ist.

Beim bekannten Verfahren arbeiten zwei Schleifscheiben 1 und 2, die schräg oder gemäß Fig.1 parallel zueinander angeordnet sein können, mit sehr kleinen Kontaktzonen 3 und 4, die auf einer Tangentialebene T an den Grundzylinder B mit dem Radius r, liegen. Im obersten Teil der Fig.1 beginnt die Schleifscheibe 1 am Zahnfuß einer linken Zahnflanke eines Zahnrades 5 zu schleifen, das sich in der linken Endlage χ eines Wälzhubes H-, befindet; die Schleifscheibe 2 steht relativ weit außerhalb des Eingriffs mit dem Zahnrad 5. In einer Mittellage II des Wälzhubes H (mittlerer Teil der Fig.1) sind beide Schleifscheiben 1 und 2 im mittleren Teil der linken bzw. rechten Zahnflanke im Eingriff. In der rechten Endlage III des Wälzhubes H (unterster Teil der Fig.1) steht die Schleifscheibe 2 mit dem Zahnfuß der rechten Zahnflanke im Eingriff ; die Schleif-

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scheibe 1 ist relativ weit außer Eingriff. Der Wälzhub H ist also bedeutend größer als der zum Schleifen eines einzelnen Zahnprofils notwendige Wälzhub.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren haben die annähernd punktförmigen Kontaktzonen 6 und 7 gemäß Fig.2 und 3 einen Abstand ΔΗ₃ von der Tangentialebene T an den Grundkreiszylinder B. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung liegt die Verbindungslinie der beiden Kontaktzonen 6 und 7 stets im Abstand ^Hg radial innerhalb der Tangentialebene T und die Schleifscheiben 1 und 2 sind unter einem Winkel 2^ gegeneinander schräggestellt. In Sonderfällen kann der Winkel^Null oder negativ sein und die Kontaktzonen können außerhalb der Tangentialebene T liegen.

Der bevorzugte Bereich von &* liegt zwischen plus 15° und minus 5°. In der linken Endlage I des Zahnrades 5, also am linken Ende des Wälzhubes H . steht die Kontaktzone 6 der Schleifscheibe 1 (oberster Teil der Fig.2) mit dem Zahnfuß einer linken Zahnflanke in Eingriff/ während die Kontaktzone 7 der Schleifscheibe 2 mit dem Zahnkopf einer rechten Zahnflanke im Eingriff steht. In der mittleren Partie der Fig.2 ist das Zahnrad 5 in der mittleren Lage II

des Wälzhubes H . , hier stehen beide Schleifscheiben 1 und 2 min

mit dem mittleren Teil der rechten bzw. linken Zahnflanke in Eingriff. Im unteren Teil der Fig.2 steht das Zahnrad 5 in der

die rechten Endlage III des Wälzhubes H . , in der/Schleifscheibe 1 mit dem Zahnkopf der linken Zahnflanke in Eingriff steht, während die Schleifscheibe 2 mit der Kontaktzone 7 mit dem Zahnfuß der rechten Flanke in Eingriff steht.

In Fig.3 sind die Eingriffsverhältnisse zwischen den Schleifscheiben 1 und 2 und einem größeren Zahnrad 8 mit kleinerer Zähnezahl verdeutlicht. Der für das Schleifen maßgebliche Fußkreisradius ist mit r_fq bezeichnet, der Kopfkreis des Zahnrades 8 mit r . Der Schnittpunkt der Tangentialebene T an den Grundzylinder mit dem Kopfkreis auf der linken Seite des Zahnrades 8 ist mit A bezeichnet, der entsprechende Schnittpunkt auf der rechten Seite mit dem Schleiffußkreis ist mit F bezeichnet. Der Eingriffwinkel am Zahnkopf entspricht dem Zentriwinkel ff zwischen der annähernd

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punktförmigen Kontaktzone 9 und dem Punkt A, der Eingriffswinkel am Zahnfuß entspricht dem Zentriwinkel 2f% zwischen der annähernd punktförmigen Kontaktzone 10 und dem Punkt F. Der Wälzhub H .

min

ist gleich der Strecke 9-10'.

Die Differenz der Winkel 3^_f - g¹" stellt die Änderung des Schleifeingriffswinkels während dem Wälzvorgang vom Zahnfuß zum Zahnkopf dar. Die an der Schleifmaschine eingestellte Schrägstellung der Schleifscheibenachsen im Winkel gp-% kann etwas größer oder kleiner gewählt werden als der Eingriffswinkel im Schleiffußkreis:

wobei &%,_Ά ate Differenz aus demSchrägstellwinkel <fi der Schleifscheibenachsen und dem Schleifscheiben-Eingriffswinkel a" im Zahn-

3.

kopf darstellt und ^_p die Differenz aus dem Schrägstellwinkel^ der Schleifscheibenachsen und dem Schleifscheiben-Eingriffswinkel

TT y.

Dabei ist gf = arc cos S - arc cos b und

^a r r

a a

TT „

^{= arc cos} S - arc cos b

^rfs ^rfS

Die effektive Zahnwsite ist mit W_c bezeichnet; diese entspricht mit großer Annäherung dem Abstand der beiden Kontaktzonen 9 und 10„

Beim Schruppschleifen erhalten die Schleifscheiben durch die Abnützung, die in Fig.4 übertrieben dargestellt ist, ein mit einer gerundeten Kante versehenes Profil, das von der Form abweicht, die durch das Abrichten an der Stirnfläche und am Außenmantel entsteht. Ein Taster 11 tangiert dieses Profil im mittleren Bereich, er ist im Winkel^T zur Stirnfläche der Schleifscheibe geneigt; dieser Winkel $f_NA bestimmt sich aus der Formel

r^r = — (^ -j- ^ )
NA 2 <» EA ν EF *

/6

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Der Punkt 12 auf dem Schleifscheibenprofil bearbeitet die Zahnkopfpartie und der Punkt 13 die Zahnfußpartie; die dazwischen liegenden Punkte bearbeiten die Profilpartie zwischen Zahnkopf und Zahnfuß infolge der kontinuierlichen Veränderung des Schleifeingriffwinkels während der Wälzbewegung in den Grenzen von ^bls *λ ^bzW· r_EA ^bis *EF·

Dadurch sind wesentlich mehr Schleifkörner an der Zerspanung beteiligt, als wenn nur eine Kante jeder Schleifscheibe arbeiten würde, was sich günstig auf die Standzeiten der Schleifscheiben und auf die Bearbeitungszeit auswirkt.

Beim Fertigschleifen muß das Schleifscheibenprofil angenähert scharf sein, d.h. eine nur sehr schwach gerundete Kante aufweisen, die sich aus demAbrichten der Stirnfläche und des Außenmantels ergibt (Fig.5). Die Veränderung des Schleifscheibeneingriffwinkels bewirkt jedoch auch beim Fertigschleifen eine leichte Verlagerung der schneidenden Schleifkörner, so daß sich auch beim Fertigschleifen die Veränderung des Schleifscheibeneingriffwinkels während dem WälzVorgang vorteilhaft auswirkt.

Die Schleifscheibe 2 gemäß Fig.6 sitzt auf einer Schleifspindel 14, die in einem Schleifsupport 15 gelagert ist und über eine Riemenscheibe 16, einen Riemen 17 und eine Riemenscheibe 18 von einem Motor 19 angetrieben wird. Der Schleifsupport 15 ist um einen Schwenkpunkt 15* in der Nähe der Schleifpunkte 7 und 10 verschwenkbar, um die Schleifscheibenachse im Winkel tf* einstellen zu können. Auf einem in Pfeilrichtung 20 verschiebbaren Abrichtsupport 21 sitzen eine winkelstarr angeordnete Abrichtvorrichtung 22 für das Abrichten der Stirnfläche der Schleifscheibe 2, eine winkelstarr angeordnete Abrichtvorrichtung 23 für das Abrichten der Mantelfläche der Schleifscheibe und eine um einen in der · Nähe der oberen Schleifkante gelegenen Punkt 24 schwenkbare Tasteinrichtung 25, zu welcher der als Tastdiament ausgebildete Taster 11 gehört. Der Taster 11 ist auf einem schwenkbaren Tasthebel 26 befestigt, der über einen Kontakt 27 seine Position in bekannter Art meldet. Die Schleifspindel wird bei Abnützung der Stirnfläche axial nachgeschoben. 809812/0103

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Für die Schleifscheibe 1 ist eine, zu Fig.6 spiegelbildliche Anordnung vorgesehen.

Die Einstellverhältnisse werden dadurch bestimmt, daß man die der ideellen Zahnweite W₀ . nächstliegende größere oder kleinere Zahnweite W₀ wählt. Die ideelle Zahnweite W₀ entspricht gemäß Fig.3 einer Strecke auf der Tangente auf den Grundkreis, die begrenzt wird vom Schnittpunkt F mit dem Schleiffußkreisradius ^rf_s auf der einen Seite und dem Schnittpunkt A mit dem Kopfkreisradius r auf der anderen Seite. Dieser ideellen Zahnweite ent-

el

spricht eine fiktive gebrochene, zwischen den genannten beiden Begrenzungspunkten liegende Zähnezahl k. Der effektiven Zahnweite W₀ entspricht eine zwischen zwei parallelen Tangentialebenen an die gegengerichteten Zahnflanken liegende ganzzahlige Zähnezahl k, in den Fig.1 bis 3 drei Zähne. Diese ganzzahlige Zähnezahl k kann größer oder kleiner sein als die fiktive, gebrochene Zähnezahl.

^WS
Es wird nun eine Kenngröße k„ = -— errechnet. Ist diese Kenn-

Sv

größe k„ größer als 1, dann müssen die Schleifzonen unterhalb, d.h. radial innerhalb der Grundzylinder-Tangentialebene gelegt werden; ist diese Kenngröße k„ kleiner als 1, dann müssen die Schleifzonen oberhalb, d.h. radial außerhalb der Grundzylinder-Tangentialebene gelegt werden.

Der Abstand ^H₀ der Schleifzonen von der Grundzylinder-Tangential ebene T ergibt sich aus den Formeln für

r 2 _ r_fs2

a) den Wälzhub H_min =

_min

der auch der Strecke auf der Parallelen zur Tangente an den Grundkreis im Abstand 4H entspricht, die gebildet ist durch den Schnittpunkt mit dem Kopfkreis und dem Schnittpunkt mit dem Schleiffußkreis;

b) die Höhe H_c der Schleifscheibenzone über der Zahnradachse

W₊H ) ²
S min '

809812/0103 /₈

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Der Abstand ΔΗ_σ der Schleifzonen von der Grundzylinder-Tangentialebene ist dann

2 τ- 2

1(W₊ ^ra - ^fs )

4 ^lwS W„ ^;

wobei r, = Modul . Zähnezahl . cos

— Eingriffswinkel des Zahnrades.

Die Schrägstellung der Schleifscheibenachsen geschieht nach

[T γ·

der Formel g*- = arc cos -S _{arc cos} _£_, _wobei

^rfS ^rfS

die tatsächliche Einstellung um den Winkel 3%_F etwas größer oder kleiner gewählt werden kann. Daraus entsteht der Einstellwinkel ft-g- Diese Formeln beziehen sich auf die Stirnebene des Werkstückrades.

Durch die Einstellung des Tasters 11 im Winkel 2Ti,_A berührt dieser den mittleren Bereich des Schleifscheibenprofils, wodurch die Abweichungen vom theoretischen Evolventen-Zahnprofil optimal ausgeglichen werden.

Die Veränderung des Schleifeingriffswinkels hängt von der Zahl k der zwischen den beiden Schleifscheiben liegenden Zähne bzw. der effektiven Zahnweite W und der Versetzung^H_c ab.

809812/0103 Ansprüche

t CQPY

Claims

Patentansprüche

Wälzverfahren zum Schleifen zylindrischer Zahnräder mittels zweier tellerförmiger Schleifscheiben, die mit an ihrem seitlichen Rand gelegenen, nahezu punktförmigen Kontaktzonen eine rechte und eine linke Zahnflanke bearbeiten, wobei zwischen dem Zahnrad und beiden Schleifscheiben eine auf den Grundzylinder des Zahnrades bezogene hin- und hergehende Wälzbewegung stattfindet, dadurch gekennzeichnet , daß die Verbindungslinie der Köntaktzonen (6,7;9,10) der Schleifscheiben (1,2) in einem solchen Abstand (ΔΗ.) vom Grundzylinder (B) gehalten wird, daß in jeder Endlage der Wälzbewegung eine Schleifscheibe an einem Zahnkopf und gleichzeitig die andere Schleifscheibe an einem Zahnfuß arbeitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungslinie der Kontaktzonen (6,7;9,10) der beiden Schleifscheiben im Abstand

- ^rfs²

vom Grundzylinder .(B) gehalten wird, wobei

r = Kopfkreisradius a

r, = Grundkreisradius

r_f = für das Schleifen maßgeblicher Fußkreisradius

W = effektive Zahnweite zwischen den Schleifscheiben.
3. Verfahren nach Anspruch 1 zum Schleifen mit einer Vorrichtung, die zum Abtasten der Randzone mindestens einer Schleifscheibe einen Taster aufweist, der einen Abrichtvorgang steuert, dadurch ge-

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kennzeichnet , daß der Taster unter einem Winkel
eingestellt wird, der sich aus der Formel

ergibt, wobei2Γ _pA die Differenz aus dem Schrägstellwinkel gft der Schleifscheibenachsen und dem Schleifscheiben-Eingriffswinkel gf" im Zahnkopf darstellt und 3f*l,-, die Differenz aus dem Schrägstellwinkel 3""1 der Schleifscheibenachsen und dem Schleifscheiben-Eingriffswinkel
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, bei der jede Schleifscheibe auf einem Schleifsupport angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet , daß jeder
Schleifsupport (15) in der Nähe der zugehörigen Schleifpunkte

(6,7;9,10) schwenkbar angeordnet ist.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch

1 oder 2, bei der jede Schleifscheibe auf einem Schleifsupport angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet , daß jeder
Schleifsupport (15) mit einer winkelstarr angeordneten Abrichtvorrichtung (22) für das Abrichten der Stirnfläche, einer winkelstarr angeordneten Abrichtvorrichtung (23) für das Abrichten der Mantelfläche und einer um einen in der Nähe der oberen Schleifkante gelegenen Punkt schwenkbaren Tasteinrichtung (25) für das
Abtasten der Schleifscheibe (1 bzw.2) vorgesehen ist.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennz eichnet , daß jede Schleifscheibe (1,2) eine gerundete Arbeitskante aufweist.

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