DE2641554C3

DE2641554C3 - Vorrichtung zum Wälzschleifen zylindrischer Zahnräder

Info

Publication number: DE2641554C3
Application number: DE2641554A
Authority: DE
Inventors: Daniel Albert Horgen 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: 1981-06-25
Also published as: DE2641554B2; DE2641554A1; JPS6312722B2; JPS5337997A; GB1563449A; FR2364726A1; FR2364726B1; US4142333A; IT1084871B; CH621722A5

Description

15

von der dazu parallelen Tangentialebene (T) an den GrundzyÜTsder (B) verläuft, wobei

r_a = Kopfkreisradius,

n> = Grundkreisradius,

ns = für das Schleifen maßgeblicher Fußkreisradius,

Ws = effektive Zahnweite zwischen den Schleif- ^2l scheiben,

und wobei die Verbindungslinie radial innerhalb der genannten Tangentialebene liegt, wenn die Ebenen der Schleifscheiben dort konvergieren, die Verbin- jo dungslinie aber radial außerhalb der Tangentialebene liegt, wenn die Ebenen der Schleifscheiben nach außen konvergieren oder parallel sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der jede Schleifscheibe auf einem Schlt support angeordnet ist, dsr um eine zur Achse des zu schleifenden Zahnrades (5) parallele Schwenkachse schwenkeinstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse (15') jedes Schleifsupports (15) in der Nähe der zugehörigen Schleifpunkte (6. 7; 9, 10) /0 angeordnet ist

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Wälzschleifen zylindrischer Zahnräder mittels zweier teller- κ> förmiger Schleifscheiben, die mit an ihrem seitlichen Rand gelegenen, nahezu punktförmigen Kontaktzonen eine rechte bzw. eine linke Zahnflanke bearbeiten, wobei zwischen dem Zahnrad und beiden Schleifscheiben eine auf den Grundzylinder des Zahnrades α bezogene hin- und hergehende Wälzbewegung stattfindet.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Gattung (MAAG Taschenbuch, Zürich 1963, Seiten 259-268) liegen die beiden Kontaktzonen stets in einer bo Tangentialebene an den Gfühdz.ylindef des Werkstücks. Durch die Wälzbewegung erzeugen die beiden Schleifscheiben mit ihren Kontaktzonen ein evolyentcnförmiges Profil. Dabei ist ein gewisser Überlauf der Wälzbewegung in der Regel unvermeidlich, damit die h> 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, während die andere Schleifscheibe noch die Zahnfußpartie einer anderen Zahnflanke bearbeitet Ein solcher Überlauf muß in praktisch allen 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 ZahnfuD 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 es, den Überlauf der Wälzbewegung so gering wie möglich zu halten oder ganz zu vermeiden.

Dies wird bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 erreicht

Damit wird nicht nur der Wälzhub möglichst klein gehalten, sondern es kann auch die Wälzhubzahl pro Zeiteinheit und gleichzeitig der Vorschub in Zahnlängs-.richtung 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 des Arbeitens mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß der Schleifeingriffswinkel zwischen Zahnradprofil und Schleifscheiben sich während des Wälzvorganges kontinuierlich ändert und damit der theoretische Schleifpunkt auf dem Schleifscheibenprofil wandert. Dies bedeutet, daß die Schnittigkeit der Schleifscheiben gesteigert und aus diesem Grund eine höhere Schleifleistung erzielt wird.

Am Zahnprofil bewirkt die erfindungsgemäße Anordnung der Kontaktzonen eine leichte Abweichung von der Evolvente. Diese Abweichung kompensiert durch Überlagerung andere Abweicnury»en, die sich aus den entlang dem Zahnprofil unterschiedlichen Geschwindigkeiten der beim Abwälzvorgang stattfindenden 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 bei bekannten gattungsgemäßen Vorrichtungen erzeugt werden.

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

Fig. I drei Wälzstellungen bei einer bekannten Vorrichtung zum Wälzschleifen;

F i g. 2 drei Wälzstellungen bei einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig.3 die Änderung des Eingriffswinkels zwischen Profil und Schleifscheibe beim Kopf- und beim Fußeingriff bei der Vorrichtung gemäß F i g. 2;

F i g. 4 ein Schleifscheibenprofil für das Schrupp-Schleifen;

Fig.5 ein Schleifscheibenprofil für das Fertigschleifen; und

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

Zur Erklärung des F.rfindungsgedankens genügt es, s^:ch ein Zahnrad mit sehr geringer Zahnbreite vorzustellen, bei dem während des Schlcifens keine Bewegung in Längsrichtung der Zähne notwendig ist.

Bei bekannten Vorrichtungen arbeiten zwei Schleif-

scheiben 1 und 2, die schräg oder gemäß F i g, 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 F i g. 1 beginnt die Schleifscheibe t am Zahnfuß einer linken Zahnflanke eines Zahnrades 5 zu schleifen, das sich in der linken Endlage I eines Wälzhubes Hg befindet; die Schleifscheibe 2 steht relativ weit außerhalb des Eingriffs mit dem Zahnrad 5. In einer Mittellage II des Wälzhubes Hg (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 Hg (unterster Teil der F i g. 1) steht die Schleifscheibe 2 mit dem Zahnfuß der rechten Zahnflanke im Eingriff; die Schleifscheibe 1 ist relativ weit außer Eingriff. Der Wälzhub Hg ist also bedeutend größer als der zum Schleifen eines einzelnen Zahnprofils notwendige Wälzhub.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung haben die annähernd punktförmigen Kontaktzcmen 6 und 7 gemäß F i g. 2 und 3 einen Abstand Δ Hs von der Tangentialebene Tan den Grundkreiszylinder B. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung liegt die Verbindungslinie der beiden Kontaktzonen 6 und 7 stets im Abstand Δ Hs radial innerhalb der Tangentialebene T und die Schleifscheiben 1 und 2 sind unter einem Winkel 2ys gegeneinander schräggestellt In Sonderfällen kann der Winkel y_s Null oder negativ sein und die Kontaktzonen können außerhalb der Tangentialebene Γ liegen. Der bevorzugte Bereich von y_s liegt zwischen plus 15° und minus 5°. In der linken Endlage I des Zahnrades 5, also am linken Ende des Wälzhubes H_m<n 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_mn hier stehen beide Schleifscheiben 1 und 2 mit dem mittleren Teil der rechten bzw. linken Zahnflanke in Eingriff. Im unteren Teil der F i g. 2 steht das Zahnrad 5 in der rechten Endlage HI des Wälzhubes Hm«, in der die Schleifscheibe 1 mit dem Zahnkopf der linken Zahnflanke in Eingriff steht, während die Schleifscheibe 2 mit der Konta&tzone 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 Zähnenhl verdeutlicht. Der für das Schleifen maßgebliche Fußkreisradius ist mit r« bezeichnet, der Kopfkreis des Zahnrades 8 mit r_a. Der Schnittpunkt der Tangentialebene Tan den Grundzylinder mit dem Kopfkreis ist auf der linken Seite des Zahnrades 8 mrl A bezeichnet, der entsprechende Schnittpunkt mit dem Schleiffußkreis ist auf der rechten Seite mit /-"bezeichnet. Der Eingriffwinkel am Zahnkopf entspricht dem Zentriwinkel γ, zwischen der annähernd punktförmigen Kontaktzone 9 und dem Punkt A, der Eingriffswinkel am Zahnfuß entspricht dem Zentriwin* kel y« zwischen der annähernd punktfömigen Kontakt= zone 10 und dem Punkt F. Der Wälzhub H„„„ ist gleich der Strecke 9-10'.

Die Differenz der Winkel γκ-γ> stellt die Änderung des Schleifeingriffswinkels während dem Wälzvorgang vom Zahnfuß ziim Zahnkopf dar. Die an del Schleifmaschine eingestellte Schrägstellung der Schleifscheibenachsen im Winkel ys kann etwas größer oder kleiner gewählt werden als der Eingriffswinkel im Schleiffußkreis:

VS — YfS + 't'EF — Va + VEA

, oder

YEA ⁼ VfS ~ Va + VEF «

wobei yea die Differenz aus dem Schrägstellwinkel ys der Schleifscheibenachsen und dem Schleifscheiben-Eingriffswinkel y_a im Zahnkopf darstellt und }<ef die Differenz aus dem Schrägstellwinkel ysder Schleifscheibenachsen und dem Schleifscheiben-Eingriffswinkel yis am Zahnfuß.
Dabei ist

γ_α = arccos

— arccos

und

Tj _t

Yfs = arccos —- — arccos —-.
^rfs ^rf

Die effektive Zahnweite ist mit Ws bezeichnet; diese entspricht mit großer Annäherung dem Abstand der beidei. Kontaktzonen 9 und 10.

Beim Schruppschleifen erhalten die Schleifscheiben durch die Abnützung, die in Fig.4 übertrieben dargestell 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 γ na zur Stirnfläche der Schleifscheibe geneigt; dieser Winkel γ na bestimmt sich aus der Formel

Der Punkt 12 auf dem Schleifscheibenprofil bearbeitet die Zahnkopfpartie und der Punkt 13 die Zahnfußpartie; die dazwischenliegenden Punkte bearbeiten die Profilpartie zwischen Zahnkopf und Zahnfuß infolge der kontinuierlichen Veränderung des Schleifeingriffwinkels während der Wälzbewegung in den Grenzen von γ/sbis γ, bzw. y^A bis γερ

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 seh;, d.h. eine nur sehr schwach gervndete Kante aufweisen, die sich aus dem Abrichten der Stirnfläche und des Außenmantels ergibt (Fig.5). Die Veränderung des Schleifscheibeneintfriffwinkels 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 sit7t *uf einer Schleifspindel 14, die in einem Schleifsupport 15 gelagert ist und über eine Riemenscheibe 16, einen Riemen 17 und einp 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 >s 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.

Für die Schleifscheibe 1 ist eine zu F i g. b spiegelbildliche Anordnung vorgesehen.

Die Einstellverhältnisse werden dadurch bestimmt, daß man die der ideellen Zahnweite Ws, nächstliegendc größere oder kleinere Zahnweite Ws wähit. Die kieciic Zahnweite Ws, entspricht gemäß Fig. 3 einer Strecke auf der Tangente auf den Grundkreis, die begrenzt wird vom Schnittpunkt Fmit dem Schleiffußkreisradius /7, auf der einen Seite und dem Schnittpunkt A mit dem Kopfkreisradius r_a auf der anderen Seite. Dieser ideellen Zahnweite entspricht eine fiktive gebrochene, zwischen den genannten beiden Begrenzungspunkten liegende Zähnezahl k. Der effektiven Zahnweite W_s 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.

Es wird nun eine Kenngröße

k - ^Ws

errechnet. Ist diese Kenngröße k» größer als 1. dann müssen die Schleifzonen unterhalb, d. h. radial innerhalb der Grundzvliiider-Taneentialebene eeleet werden: ist diese Kenngröße k» kleiner als 1, dann müssen die Schleifzonen oberhalb, d. h. radial außerhalb der Grundzylinder-Tangentialebene gelegt werden.

Der Abstand Δ Hsrder Schleifzonen von der Grundzv linder-Tangentialebene Γ ergibt sich aus den Formeln für

a) den Wälzhub

H =

W_x

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

b) die Höhe fts der Schlcifschcibcnzonc über der Zahnradachse

Der Abstand AHsder .Schleifzonen von der Grund/\- linder-Tangentialebene ist dann

I W_x = r„ - H_s = r, - | r\ - \ ( W_s

wobei

Modul · Zahnezahl

\ = /ingriffswinkel des Zahnrades.

Die Schrägstellung der Schleifschcibenachsen geschieht nach der Formel

= arccos

H_x

- arccos — .
^rfs

wobei die tatsächliche Einstellung um den Winkel γη etwas größer oder kleiner gewählt werden kann. Daraus entsteht der Einstellwinkel j-'.v Diese Formeln beziehen sich auf die Stirnebene des Werkstückrades.

Durch die Einstellung des Tasters 11 im Winkel -/V₁ berührt dieser den mittleren Bereich des SchleifscheibenDrofils. wodurch die Abweichungen vom theoretischen Evolventen-Zahnprofil optimal ausgeglichen werden.

Die Veränderung des Schleifeingriffswinkels hängt von der Zahl k der zwischen den beiden Schleifscheiber, liegenden Zähne bzw. der effektiven Zahnweite Ws und der Versetzung Δ Hs ab.

Hicr/u 5 Blatt Zcichnunccn

Claims

Patentansprüche;

I, Vorrichtung zum Wälzschleifen zylindrischer Zahnräder mittels zweier tellerförmiger Schleifscheiben, die mit an ihrem seitlichen Rand gelegenen, nahezu punktförmigen Kontaktzonen eine rechte bzw. 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 Kontaktzonen (6_r 7; 9,10) der beiden Schleifscheiben im Abstand

in