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Einrichtung zum Teilwälzschleifen von Evolventenverzah-
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nungen auf Zahnflankenschleifmaschinen Die Erfindung betrifft eine
Einrichtung zum Teilwälzschleifen von Evolventenverzahnungen auf Zahnflankenschleifmaschinen
im Einflankenschliff, wobei ein Schleifwerkzeug eine Rotations- und Hubbewegung
ausführt und das Zahnradwerkstück am Schleifkörper abwälzt und nach einer hin- und
hergehenden Wälzbewegung zum Schleifen einer Lücke eine Teilbewegung durchführt
und die thermisch und durch Werkzeugverschleiß bedingten Abweichungen zwischen der
zuerst und nach nachfolgend geschliffenen Zahrlücken durch ein Meßelement gemessen
und anschließend kompensiert erden.
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Es ist bereits ein Verfahren zur automatischen Kompensation von instabilen
"Teilkreis- Teilungsfehlern" während des letzten Schlichtvorganges auf Zahnradschleifmaschinen,
die nach dem Abwälzverfahren mit Einzelteilung arbeiten, bekannt (SU-PS 442 024).
Ilierbei wird über ein berührungsloses Meßsystem, bestehend aus fotoelektrischen
Umformern, die ähnlich einem Doppelmikroskop zwei optische Systeme haben, deren
Achsen sich schneiden, die teilung am Zahnrad gemessen. Weiterhin werden über die
Meßwerterfassung der Drehbewegung an Zahnrad die Signale zur Schaffung von Korrektursignalen
verarbeitet. Durch Vergleich zwischen der Soll-Drehbewegung und der gemessenen Teilung
am Zahnrad wird eine Korrekturzustellung über die Schleifscheibe realisiert. Mit
Hilfe dieser zur Durchführung des bekannten Verfahrens notwendigen Einrichtung kann
die störende Wirkung des Werkzeugverschleißes und der thermisch bedingten Deformationen
und Verlagerungen nicht völlig beseitigt werden, da lediglich nur eine Zahnflanke
zur Meßwerterfassung herangezogen wird, aber die Störgrößen die
Lage
beider Zahnflanken einer Zahnlücke unterschiedlich beeinflussen.
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Weiterhin ist eine Einrichtung bekannt (GB-PS 1 088 229), die die
thermische Ausdehnung von Teilen der Maschine, die Einfluß auf die Maßgenauigkeit
des Zahnrades haben, an Hand der während der Bearbeitung ermittelten Abweichungen
des Zahnrades von seinen Sollabmessungen reguliert.
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Zur Meßwerterfassung sind die Zahnweitenmessung bzw. die diametrale
Zweikugelmessung vorgesehen. Bei auftretenden ABweichungen von der Sollzahndicke
wird eine Korrekturschaltung ausgelöst, die bewirkt, daß die Vorderseite und Hinterseite
beispielsweise des Maschinenständers gekühlt bzw. aufgeheizt wird, so daß hierdurch
eine Korrekturbewegung des Maschinenständers erfolgt. Nachteilig ist bei dieser
Einrichtung, daß der Werkzeugverschleiß nicht erfaßt wird. Außerdem ist beim Teilwälzschleifen
die Anzahl der Maschinenteile, die Einfluß auf die Maßgenauigkeit des Zahnrades
haben, sehr groß und damit der Aufwand sehr hoch.
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Darüberhinaus ist eine Meßsteuerung bekannt (DE-AS 2009432), bei der
ein radial zum Zahnrad wirkender Vorschub einer Schlitten mit Schleifkopf und Topfscheibe
in Richtung der Zahnlückentiefe zum Schlichten der aufeinanderfolgenden Zahnflanken
selbsttätig zustellt. Die Meßwerterfassung erfolgt mit einem Taster an der ersten
geschliffenen Zahnflanke. Die Zahnlückentiefe der ersten geschliffenen Zahnflanke
dient als Muster, mit dem alle weiteren Zähne verglichen werden. Bei Abweichungen
von der Zahnlückentiefe wird eine Korrektur der radialen Verschiebung des Schlittens
vorgenommen, die in der nachfolgenden Zahnlücke wirksam wird. Die Meßwerterfassung
an nur einer Zahnflanke einer Zahnlücke ergibt einen zu geringen Informationsgehalb
über das komplexe Wirken der genannten Störgrößen und ist deshalb für das Teilwälzschleifen
zu ungenau.
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Schließlich sind Lösungen zur Verringerung der Übergangsabweichung
zwischen
zuerst und zuletzt geschliffenen Zahnlücken für ZaElrlilantenschleifnaschinen, die
nach dem Binzelteilverfahren arbeiten, bekannt (DD-PS 76 151). Bei einer Lösung
ist im Maschinengestell eine Meßeinrichtung für das Messen der Lage der Zahnflanken
vorgesehen, deren Taster in die Zahnlücken des Zahnradwerkstückes in einer bestimmten
Wälzlage eingebracht werden können. Diese "bestimmte Wälzlage" ist auf Fremd des
vorhandenen Spieles im Wälzgetriebezug nicht ohne weiteres reproduzierbar und als
Grundlage reproduzierbarer Meßwerte nicht geeignet.
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Bei einer anderen Ausführung wird eine Meßeinrichtung auf dem Werkstückschlitten
angeordnet, die in Meßstellung die Schleifscheibe berührt. Mit dieser Meßeinrichtung
würden lediglich die werkzeugseitigen Verlagerungen erfaßt werden. Die Meßstellung
des Werkstückschlittens zur Schleifscheibe ist ebenfalls nicht ohne weiteres reproduzierbar.
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Verlagerungen des Werkstückschlittens würden als Fehler in die Meßwerte
der Verlagerungen der Schleifscheibe eingehen.
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Bei einer weiteren Ausführung soll gleichzeitig die Erfassung der
im Verlauf des Schleifprozesses auftretenden Verlagerungen der Schleifscheibe und
des Werkstückschlittens ermöglicht werden. Hierzu ist die Meßeinrichtung im Maschinengestell
angeordnet, und über einen Meßfühler wird die Lage des Werkstü-ckschlittens festgestellt.
Gleichzeitig wird über zwei weitere Meßfubler die Lage der Schleifscheibe erfaßt.
Auch diese Ausführung hat den Nachteil, daß die "bestimmte Wälzlage" des Werkstückschlittens
nicht reproduzierbar ist.
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Alle beschriebenen technischen Lösungen erfordern einen erheblichen
Aufwand. Sie ermöglichen lediglich eine teilweise Kompensation der Relati werlagerungen
zwischen Werkzeug und Werkstück und weisen deshalb nur eine unzureichende Genauigkeit
auf.
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Zweck der Erfindung ist es, eine Einrichtung zum Deilwälzschleifen
von
Evolventenverzahnur.ge-n auf Zahnflankenschleifmaschinen zu schaffen, die bei verringertem
Aufwand und erhöhter Genauigkeit eine Kompensation der beim Teilwälzschleifen zwischen
der zuerst und zuletzt geschliffenen Zahnlücke entstehenden Übergangsabweichung
gestattet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Einrichtung zum Teilwälzschleifen
von Evolventenverzahnungen auf Zahnflankenschleifmaschinen zu entwickeln, bei der
gegenüber dem Stand der Technik die Meßwerterfassung und Korrektur der Abweichung
der nachfolgenden von der zuerst geschliffenen Zahnlücke mit einfacheren Mitteln
erreicht werden soll. Bei der Meßwerterfassung sind die thermisch und durch Werkzeugverschleiß
bedingten Abweichungen beider Zahnflanken unabhängig von einer bestimmten Wälziage
zu berücksichtigen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Meßelement
während der Wälzbewegung im Meßbereich an beiden Zahnflanken der jeweils zuvor geschliffenen
Zahnlücke unter Meßkraft anliegt. Das Meßelement ist an den Berührungsstellen kugelförmig
ausgebildet, in tangentialer und radialer Richtung auslenkbar und jeweils mit den
für das Erfassen der radialen und tangentialen Auslenkung angeordneten Neßwertaufnehmern
verbunden. Dabei ist für die radiale Ausgangs- bzw. Endlage des Meßelementes ein
Festanschlag vorgesehen. Die Meßwertaufnehmer stehen über eine Auswerte- und Logikeinheit
mit der Stelleinrichtung des Zustellgetriebes der Zahnradwälzschleifmaschine in
Verbindung.
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btachstehend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher
erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:
Fig. 1: das
Prinzip der an einer Zahnradwälzschleifitia schine angeordneten erfindungsgemäßen
Einrichtung Fig. 2: einen Ausschnitt aus Fig. 1, bei dem das Meßelement zur Meßwerterfassung
in der ersten geschliffenen Zahnlücke zur Nullsetzung im Eingriff ist Fig. 3: einen
Ausschnitt aus Fig. 1, bei dem das Neßelement in der i-ten geschliffenen Zahnlücke
bei Über- bzw. Unterschreitung der festgelegten Regelgrenzen für die radiale und
tangentiale Komponente der Lückenweite im Eingriff ist Fig. 4: die Darstellung möglicher
Verschiebungen des f.Ießelementes bei Verlagerung der Liickenweite in radialer und
tangentialer Richtung im Zusammenhang mit den festgelegten Regelgrenzen.
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Wie Fig. 1 zeigt, ist auf einem Bett 1 einer Zahnradwälzschleifmaschine
zum Teilwälzschleifen zylindrischer Verzahnungen in Führungen 2 ein Bettschlitten
3 verschiebbar gelagert. Der Bettschlitten 3 trägt einen drehbar gelagerten Rundtisch
4, auf dem das Zahnradwerkstück 5 aufg;enommen ist. Für die geradlinigen Schlittenbewegungen
S1; S2 des Bettschlittens 3 dient eine Gewindespindel 6, die in das Gewinde einer
in dem Bettschlitten 3 fest angeordneten Spindelmutter 7 eingreift. Zur Einstellung
des Spiels sind Bunde 8; 9 in Verbindung mit Gewindebuchsen 10; 11 in einem Zustellgetriebe
12 vorgesehen. Zum Antrieb der Gewindespindel 6 dient ein Wechselradgetriebe 13,
das außerdem mit einem Differentialgetriebe 14 verbunden ist. Das Differentialgetriebe
14 treibt ein Schneckengetriebe 15, welches die Drehbewegungen S3; S4 des Rundtisches
4 auslöst.
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In die zu bearbeitende Zahnlücke 16 des Zahnrades 4 greift
eine
Profilschleif scheibe 17 ein, deren Profil dem Profil eines Zahnes einer angedeuteten
Zabustange 18 entspricht Die Profilschleifscheibe 17 ist auf einer Schleifspindel
19 angeordnet, die in eine nicht gezeigten Schleifspindelgehäuse gelagert ist. In
der zuvor bearbeiteten Zahnlücke 2G befindet sLch während des Schleifvorganges ein
Meßelement 21, das an seinem vorderen Ende kugelförmig ausgebildet ist. Das fleßelement
21 ist an Blattfedern 22 befestigt, die ihrerseits an einem in einem Wälzlager 23
tangential zum Zahnrad 5 verschiebbaren Meßkopfsegment 24 des Meßkopfes 25 angeordnet
sind. Durch die beschriebene Art der Lagerung des Meßelementes 21 ist die Zerlegung
der Bewegung des Meßelementes 21 in eine radiale und tangentiale Komponente bezüglich
des Zahnrades 5 möglich. Die radiale Bewegung des Meßelementes 21 in Richtung zum
Zahnrad 5 ist durch einen Festanschlag 26 begrenzt. Zur Verstärkung der Meßkraft
des Meßelementes 21 in radialer und tangentialer Richtung sind Druckfedern 27; 28
im Meßkopf 25 vorgesehen. Die radiale Komponente der Bewegung des Meßelementes 21
wird über einen Wegaufnehmer 29 in ein elektrisches Signal 30 und die tangentiale
Komponente über einen Wegaufnehmer 31 in ein elektrisches Signal 32 umgewandelt.
Die elektrischen Signale 30; 32 werden über einen Meßverstärker 33 einer elektronischen
Auswerteeinheit 34 zugeführt, die in Abhängigkeit von der Technologie des Teilwälzschleifens
von einem Steuerschrank 3.5 der Zahnflankenschleifmaschine gesteuert wird Zur Umwandlung
der digitalen Ausgangssignale der elektronischen Auswerteeinheit 34 in Korrekturimpulse
ist die elektronische Auswerteeinheit 34 über eine Logikeinheit 36 mit einer Stelleinrichtung
37 verbunden. Die Stelleinrichtung 37 dient in Verbindung mit dem in Fig. 1 dargestellten
Schrittmotor sowie entsprechenden Impuls scheiben zur Steuerung der Verschiebung
der Gewindebuchsen 10; 11. Am Ausgang der elektronischen Auswerteeinheit 34 ist
außerdem eine optische
Anzeige der digitalen Ausgangssignale vorgesehen.
Nach der Auswertung dieser Signale entsprechend der Korrekturvorschrift ist auch
eine manuelle Verschiebung der Gewindebuchsen 10; 11 über im Zustellgetriebe 12
nicht dargestellte Handräder möglich.
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Nachfolgend soll die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung
beschrieben werden: Die Wälzbewegung des auf dem Rundtisch 4 aufgenommenen Zahnradwerkstückes
5 wird durch Überlagerung der geradlinigen Bewegungen S1; S2 des Bettschlittens
3 und der Drehbewegungen S3; S4 des Rundtisches 4 erzeugt.
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Das auf. dem Rundtisch 4 aufgespannte Zahnradwerkstück 5 wälzt an
der Profilschleifscheibe 17 ab, die über die Schleifspindel 19 eine Rotationsbewegung
und über einen nicht dargestellten Stößel eine Hubbewegung erhält. Beim Schleifen
der linken Zahnflanke legt sich der Spindelbund 9 gegen die Gewindebuchse 11, bei
Schleifen der rechten Zahnflanke der Spindelbund 8 gegen die Gewindebuchse 10.
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Das Maß des Spiels zwischen Spindelbund 8 und Gewindebuchse 10 beim
Schleifen der linken Zahnflanke, sowie das Ujaß des Spiels zwischen Spindelbund
9 und Gewindebuchse 11 beim Schleifen der rechten Zahnflanke entspricht genau der
jeweils notwendigen Längsverschiebung zwischen der Profilschleifscheibe 17 und dem
Zahnradwerkstück 5, um den Unterschiedsb etrag zwischen Zahnlückenweite und Schleifkörperdicke
auszugleichen.
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Nach dem Schleifen der Zahnflanken der 1. Lücke 16 im Schlichtvorschub
gem. Fig. 1 wird das Zahnradwerkstück 5 um eine Teilung nach rechts geteilt, so
daß gem. Fig. 2 die 1. geschliffene Zahnlücke 16 am kugelförmigen Meßelement 21
abwälzt und somit der Einrichtvorgang der Meßsteuerung eingeleitet wird. Während
der Meßwerterfassung wird ein Luftstrom eingeschaltet, der die Berührungsstelle
zwischen dem Meßelement 21 und den Zahnlückenflanken der
Zahnlücke
16 sauberbläst und somit Schleifreste und Kühlschmiermittelrückstände beseitigt.
Die Zahnlückenweite der ersten geschliffenen Zahnlücke 16 wird beim Vorbeiwälzen
am kugelförmigen Meßelement 21 in eine radiale Komponente X und eine tangentiale
Komponente Y über die Verschiebung des Meßelementes 21 zerlegt. Der sich einstellende
Umkehrpunkt der radialen Komponente X der Verschiebung des Neßelementes 21 beim
Vorbeiwälzen des Zahnradwerkstückes 5 mit der 1. geschliffenen Zahnlücke 16 wird
als elektrisches Signal 29 im Meßverstärker 32 gem. Fig. 4 als Meßwert X1 in der
1. Teilung "Null" gesetzt. Ebenfalls wird der Umkehrpunkt der tangentialen Komponente
Y der Verschiebung des Meßelementes 21 beim Vorbeiwälzen des Zahnradwerkstückes
5 mit der 1. geschliffenen Zahnlücke 16 als elektrisches Signal 31 gem. Fig. 4 als
Meßwert Y1 in der 1. Teilung "Bull" gesetzt. Die Nullstellung der radialen und tangentialen
Komponente der Lückenweite der 1. geschliffenen Zahnlücke 16 im letzten Schlichtumlauf
dient als Ausgangspunkt und stellt die tIusterlücke dar, deren Abmessungen für die
anschließend zu schleifenden Zahnlücken maßgebend sind. Die Lage der 1. geschliffenen
Zahnlücke 16 ist gem. Fig. 4 mit einer vollen Linie mit dem kugelförmigen Meßelement
21 dargestellt, nach der der radiale Meßwert X1 und der tangentiale Meßwert Y1 als
als Sollwert "Null" dienen. Dabei werden für die radiale Komponente X der Lückenweite
jeweils eine untere Regelgrenze 38 und eine obere Regelgrenze 39 symmetrisch zur
Nullinie 40 gem. Fig. 4 als Schwellwertschalter in der elektronischen Auswerteeinheit
34 angeordnet, deren Größe in Abhängigkeit von der Toleranz der Genauigkeitsklasse
qualitätsbeeinflussender Bestimmungsgrößen der Verzahnung über einen Wahlschalter
der elektronischen Auswerteeinheit 34 eingestellt werden kann.
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Ebenfalls werden für die tangentiale Komponente Y jeweils eine un-tere
Regelgrenze 41 und eine obere Regelgrenze 42
symmetrisch zur Nullinie
43 gem. Fig. 4 als Schwellwertschalter in der elektronischen Auswerteeinheit 34
angeordnet, deren Größe in Abhängigkeit von der Toleranz der Genauigkeitsklasse
qualitätsbeeinflussender Bestimmungsgrö-Ben der Verzahnung über einen Wahlschalter
der elektronischen Auswerteeinheit 34 eingestellt werden kann.
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Durch einen weiteren nicht dargestellten Wahlschalter wird in der
elektronischen Auswerteeinheit 34 der Zeitpunkt für die weitere automatisch ablaufende
Meßwerterfassung festgelegt, so daß durch Ansteuerung über den Steuerschrank 35
der Zahnflankenschleifmaschine die Meßwerterfassung zum Schleifen der linken Zahnflanke
oder zürn Schleifen der rechten Zahnflanke stattfindet. Im Ausführungsbeispiel wurde
die Meßwerterfassung während der Wälzbewegung zum Schleifen der linke-n Zahnflanke
gewählt. Nach dem Einrichtvorgang der t-.eßsteuerung durch Nullsetzen des radialen
Heßwertes X1 und des tangentialen Meßwertes Y1 der Lückenweite der ersten fertig
bearbeiteten Zahnlücke 20 als Regelgrößen und der Wahl der Größe der Reg-elgrenzen
38; 39; 41 und 42 sowie des Zeitpunktes der Meßwerterfassung durch entsprechende
nicht dargestellte Wahlschalter der elektronischen Auswerteeinheit 34 kann der Schleifprozeß
mit gleichzeitiger Meßwerterfassung von Lücke zu Lücke diskontinuierlich fortgesetzt
werden. Im Verlauf des weiteren Schleifprozesses treten dabei in der Regel thermisch
bedingte und durch den Werkzeugverschleiß verursachte Relativverlagerungen zwischen
der Profilschleifscheibe -17 und dem Zahnradwerkstück 5 auf, die durch die Meßwerterfassung
der radialen und tangentialen Komponente der Lückenweitenänderung X; im Vergleich
zur zuvor bearbeiteten Lücke 20 festgestellt werden.
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Im Ausführungsbeispiel erreicht die Relativverlagerung zwischen der
Profilschleifscheibe 17 und dem Zahr£adwerkstück 5 während des Schleifprozesses
eine Größenordnung, so daß gem. Fig. 3 in der Zahnlücke 44 die Komponenten der
Lückenweite
gegenüber der zuerst bearbeiteten Zahnlücke 20 außerhalb der festgelegten Regelbereiche
liegen. Die radiale Komponente 45 unterschreitet gem. Fig. 4 die untere Regelgrenze
38, während die tangentiale Komponente 46 der Lückenweite der Zahnlücke 44 die obere
Regelgrenze 42 überschreitet. Im der elektronischen Auswerteeinheit 34 wird das
Unterschreiten der Regelgrenzen 38 und 39 durch das Nichtaufleuchten der für die
radiale Komponente vorhandenen Lampenanzeige sichtbar gemacht bzw. die Weitergabe
zweier 0-Signale in die Logikeinheit 36 erreicht. Desgleichen wird das Überschreiten
der Regelgrenzen 41 und 42 durch das Aufleuchten der für die tangentiale Komponente
vorhandenen Lampenanzeige sichtbar gemacht bzw. die Weitergabe zweier I-Signale
an die Logikeinheit 36 erreicht. Im erfindungsgemäßen Gedanken besteht die Möglichkeit,
aus der Kombination des Aufleuchtens bzw. Nichtaufleuchtens der für jede Regelgrenze
38; 39 und 41; 42 eingeführten Lampenanz eigen laut Korrekturvorschrift einen Korrekturzustellbetrag
getrennt für die rechte und linke Zahnflanke über die Handräder des Zustellgetriebes
12 durch Eingriff des Maschinenbedieners auszuführen. Die Größe des Korrekturzustellbetrages
s setzt sich aus einer radialen und einer tangentialen Komponente zusammen und sollte
auf die jeweilige Nullinie 40 und 43 gern. Fig. 4 orientieren. Aus den acht sinnvollen
Kombinationen des Über- bzw. Unterschreitens der Regelgrenzen 38; 39 der radialen
Komponente und der Regelgrenzen 41; 42 der tangentialen Komponente der Lückenweitenänderung
ergeben sich acht Kombinationen von Korrekturzustellbeträgen getrennt ftr die rechte
und linke Zahnflanke. Der Korrekturvorgang kann auch wie folgt automatisch in den
Schleif- und Meß- -steuerprozeß integriert werden: Die aus der elektronischen Auswerteeinheit
34 bei tzer- bzw. Unterschreitung resultierenden acht verschiedenen Korrektur auslösenden
0-, L-Signalkombinationen werden einer Logikeinheit 36 zugeführt.
In
der Logikeinheit 36 können durch logische Verknüpfungen in Abhängigkeit der O-,
L-Signalkombinationen acht verschiedene Korrekturzustellimpulse getrennt fil.
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die rechte und linke Anschlagverstellung ari Ausgang bereitgestellt
werden, die dann in der Stelleinrichtung 37 bestimmte Relaiskombinationen ansprechen.
Diese betätigen einen Schrittnotor in Verbindung rit Impulsscheiben getrennt für
die rechte und linke Flanke, und die Gewindebuchsen 10 und 11 in Zustellgetriebe
12 werden verschoben.
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Im Ausführungsbeispiel wird entsprechend durch Verschieben der Gewindebuchse
11 während des Teilvorganges der ermittelte Korrekturzustellbetrag automatisch wirksam,
so daß beim Schleifen der nachfolgenden Zahnlücke 47 bei korrigierter Relativlage
zwischen Profilschleifscheibe 17 und Zahnradwerkstück 5 gem. Fig. 4 die radiale
Komponente 48 und die tangentiale Komponente 49 der Lückenweite annähernd auf die
Nullinie 40 und 43 gebracht werden kann.
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Die zwischen der korrekturauslösenden Zahnlücke 44 und der korrigierten
Zahnlücke 47 liegende Zahnlücke 50 gem.
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Fig. 3 wird für die Meßwerterfassung gesperrt. Die Meßwerterfassung
mit Korrekturauslösung kann erst wieder mit der Zahnlücke 47 weitergeführt werden.
Der Schleifprozeß mit diskontinuierlicher Meßwerterfassung der radialen und tangentialen
Komponente der Lückenweitenänderung von Lücke zn Lücke mit Korrekturzustellung bei
Über- bzw. Unterschreitung der Regelgrenzen 38; 39 und 41; 42 wird bis zur Beendigung
des Schleifumlaufes wie bereits beschrieben fortgesetzt.