DE3640014C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Abrichten einer rotierenden Profilschleifscheibe mit einem kreisförmigen und/oder auf einer Kreisbahn bewegten Abrichtwerkzeug, dem zusätzlich eine geradlinige Bewegung über­ lagert ist.

Bei einer bekannten Abrichtvorrichtung dieser Art (DE-AS 23 06 695) ist die geradlinige Bewegung parallel zur Mantelfläche der Schleifscheibe, also parallel zur Schleifscheibenachse ausgerichtet. Die geradlinige Bewegung und die kreisförmige Bewegung werden beide durch insgesamt drei einstellbare Exzenter gesteuert. Durch die Einstellung dieser Exzenter lassen sich beliebige, von einer Geraden abweichende Abrichtbewegungen des Abricht­ diamanten über der Mantelfläche der Schleifscheibe erzeugen. Diese Einrichtung ist aus einer Vielzahl von beweglichen Teilen aufgebaut. Die Einstellung der gewünschten Abrichtkurve über die drei Exzenter ist kompliziert und kann nur im Näherungsverfahren erfolgen, da zwischen der Exzentereinstellung und der Abrichtkurve keine klaren, überschaubaren mathe­ matischen Beziehungen bestehen. Durch die Vielzahl der beim Abrichten gegen­ einander bewegten Teile und die Vielzahl der Einstellmöglichkeiten wird die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Abrichtkurve beeinträchtigt.

Demgegenüber ist es die Aufgabe der Erfindung, die bekannte Abrichtvor­ richtung speziell zum Abrichten der Schleifscheibe auf angenäherte Evolventenprofile einzurichten und dabei gleichzeitig ihren konstruktiven Aufbau und die Kinematik der Abrichtbewegung wesentlich zu vereinfachen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die geradlinige Bewegung parallel zur Rotationsebene der Schleifscheibe verläuft und daß die Achse des Ab­ richtwerkzeugs sowohl zur Rotationsebene der Schleifscheibe als auch zu der Achsschnittebene, die senkrecht zur Bewegungsrichtung steht, unter einem Winkel angestellt ist.

Diese Lösung bedient sich der bekannten Tatsache, daß ein Evolventenprofil mit beliebiger Genauigkeit durch einen Ellipsenbogen aus dem Bereich zwischen Hauptscheitel und Nebenscheitel angenähert werden kann (König und Meÿboom in VDI-Zeitschrift 121 (1979) S. 1087ff, 1089 linke Sp.). Eine hin­ reichend genaue Annäherung an die für die praktische Anwendung bei der Zahnrad-Herstellung gebräuchlichen Kreisevolventenbögen erhält man, indem die Hauptachsen und die Auswahl des Bogenstückes zwischen den beiden Scheiteln der Ellipse variiert werden.

Indem bei der Abrichtvorrichtung der Erfindung das auf einer Kreisbahn bewegte Abrichtwerkzeug geradlinig parallel zur Rotationsebene der Schleif­ scheibe über den abzurichtenden Bereich bewegt wird, erhält die Schleif­ scheibe das Profil, welches sich aus der Projektion der Kreisbewegung auf diejenige Achsschnittebene ergibt, die senkrecht zur geradlinigen Bewegungs­ richtung steht. Diese Projektion der Kreisbewegung ist ein Ellipsenbogen aus dem Bereich zwischen Hauptscheitel und Nebenscheitel, weil die Achse des Abrichtwerkzeuges sowohl zur Rotationsebene der Schleifscheibe als auch zu der Achsschnittebene, die senkrecht zur geradlinigen Bewegungsrichtung steht unter einem Winkel ϕ bzw. ϕ _b angestellt ist. Durch die abgewinkelte Anstellung der Kreisbahn gegen die zur geradlinigen Bewegung senkrechte Achsschnittebene wird die Projektion des Kreisbogens bzw. der Kreisbahn auf diese Achsschnittebene zu einer Ellipse, deren große Halbachse a mit dem Radius der Kreisbahn übereinstimmt und deren kleine Halbachse sich nach der Beziehung b = a cos ϕ _b aus dem Radius und dem Winkel ϕ _b zwischen dieser Achsschnittebene und der Achse des Abrichtwerkzeuges ergibt. Das Ver­ hältnis der kleinen Halbachse zur großen Halbachse kann durch Veränderung des Winkels ϕ _b beliebig eingestellt werden. Der Bereich des Ellipsen­ bogens, der beim Abrichten der Schleifscheibe wirksam wird, wird durch den Winkel ϕ zwischen der Rotationsebene der Schleifscheibe und der Achse des Abrichtwerkzeuges sowie durch den Abstand des Kreis- bzw. Ellipsenmittel­ punktes von der Rotationsebene der Schleifscheibe eingestellt.

Für diese Vorrichtung kann man ein spitzes Abrichtwerkzeug verwenden, z. B. einen Einzeldiamanten, der auf einer Kreisbahn umläuft. Damit wird die Schleifscheibe nur punktuell abgerichtet. Kürzere Abrichtzeiten und längere Standzeiten des Abrichtwerkzeuges erzielt man mit einer diamantbesetzten rotierenden Abrichtrolle. Statt dessen kann man auch eine kreisförmige diamantbesetzte Abrichtkante verwenden; diese braucht nur als Kreissegment ausgebildet zu sein, das gerade den abzurichtenden Bereich der Schleifscheibe abdeckt.

Ein auf einer vollen Kreisbahn umlaufendes Abrichtwerkzeug kann nicht zum Abrichten der Schleifscheibe auf konvexe Evolventenprofile verwendet werden, da die Kreisbahn die Schleifscheibe schneiden würde. Solche Profile richtet man deshalb entweder mit der Innenkante einer kreisförmigen Abrichtkante ab oder mit einem Abrichtwerkzeug, welches auf einem Kreisbogenabschnitt über die Schleifscheibe hin und her bewegt wird.

Zum Einstellen der Winkel d und ϕ _b ab dem die geradlinige Bewegung aus­ führenden Schlitten sowie des seitlichen Abstandes des Abrichtwerkzeuges von der Schleifscheibe ist an dem die geradlinige Bewegung ausführenden Schlitten ein Kreuzschlitten geführt und das Abrichtwerkzeug am Kreuz­ schlitten über zwei hintereinander angeordnete Gelenkarme befestigt, deren Gelenkachsen sich im Mittelpunkt (M) des Abrichtwerkzeuges schneiden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Die Fig. 1 erläutert die Annäherung einer Evolvente durch einen Ellipsenbogen. Die

Fig. 2 und 3 zeigen eine Ausführungsform mit einem Einzeldiamanten, der auf einer Kreisbahn umläuft. Die

Fig. 4, 5 und 6 stellen Abrichtrollen dar. Die

Fig. 7 und 8 zeigen eine kreisbogenförmige Abrichtkante, mit deren Außenkante abgerichtet wird. Die

Fig. 9 und 10 zeigen eine kreisbogenförmige Abrichtkante, deren Innenkante zum Abrichten bestimmt ist.

Fig. 11 demonstriert, wie ein konvexes Evolventenprofil mit der Innenkante einer kreisbogenförmigen Abrichtkante abgerichtet wird.

Fig. 12 zeigt, wie ein konvexes Evolventenprofil mit einem Einzeldiamanten abgerichtet wird, der auf einem Kreisbogenabschnitt hin- und herbewegt wird. Die

Fig. 13 und 14 zeigen weitere Ausführungsformen der Erfindung mit einer kreisbogenförmigen Abrichtkante und einer abgewandelten Einstelleinrichtung.

Die Annäherung einer Evolvente durch einen Ellipsenbogen wird in Fig. 1 erläutert. Der Kurvenzug 1 stellt einen Ausschnitt aus einem Zahnradquerschnitt dar mit der konvexen Evolventenflanke C und dem zugehörigen Grundkreis E. Die Evolvente C wird in dem technisch interessierenden Bereich der Zahnflanken zwischen den Punkten A und B von einem Bogenstück der Ellipse D aus dem Bereich zwischen Hauptscheitel und Nebenscheitel überdeckt. Die Ellipse D hat die große Halbachse a und die kleine Halbachse b. Ihr Mittelpunkt M ist um die Koordinaten u und v gegen den Mittelpunkt des Grundkreises E versetzt. Die große Halbachse a der Ellipse ist um den Winkel ϕ schräge angestellt. Man erkennt, daß der Krümmungsradius des Ellipsenbogens vom Hauptscheitel zum Nebenscheitel ebenso wie bei einem Evolventenbogen stetig zunimmt und daß die Evolute F dieses Ellipsenbogens sich in weiten Bereichen stark an einen Kreisbogen annähert.

Die Halbachsen a und b der Ellipse D, der Anstellungswinkel ϕ und die Koordinaten u und v des Ellipsenmittelpunktes M lassen sich für jede in der Praxis der Zahnradherstellung gebräuchliche Evolventenflanke AB mit zumutbarem Rechenaufwand durch numerische Iterationsrechnungen bestimmen. Diese Rechnungen sind auf verschiedene Weise möglich. Nach einem Verfahren wird die große Halbachse a vorgegeben und werden zwei beliebige Punkte der Evolventenflanke C ausgewählt. Damit wird für einen willkürlich angenommenen Winkel ϕ die Ellipse D durch die beiden Punkte berechnet, welche in einem Punkt dieselbe Steigung wie die Evolvente hat. Durch Variation des Winkels ϕ wird dann die Ellipse bestimmt, die auch in dem anderen Punkt dieselbe Steigung wie die Evolvente hat. Schließlich werden die beiden ausgewählten Punkte der Evolventenflanke C solange verschoben, bis der Abstand zwischen Evolvente und Ellipse D bei A, B und in der Mitte zwischen den ausgewählten Punkten gleich groß ist. Dann hat man die optimale Annäherung des Ellipsenbogens an den Evolventenbogen AB erreicht.

Bei dem Abrichtwerkzeug der Erfindung ist die große Halbachse a durch den Kreisradius festgelegt. Für die Annäherung der Ellipse D an die Evolventen­ flanke C kann man in diesem Falle die kleine Halbachse b und den Anstellungs­ winkel ϕ sowie die Koordinaten u und v des Ellipsenmittelpunktes M variieren, mit denen der Ausschnitt aus dem Ellipsenbogen festgelegt wird.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung mit einem umlaufenden Einzeldiamanten 3 als Abrichtwerkzeug mit Blick auf die Achsschnittebene 18 der Schleif­ scheibe 2. Fig. 3 zeigt dieselbe Ausführungsform senkrecht dazu mit Blick auf die Rotationsebene 10.

Die Schleifscheibe 2 wird auf die konkaven Evolventenflanken 30 und 31 abgerichtet, mit denen die Zahnflanken eines Außenzahnrades 11 geschliffen werden. Zur Vereinfachung der Darstellung ist nur die Abrichteinrichtung für die Flanke 30 gekennzeichnet. Der Abrichtdiamant 3 wird mit seinem Halter 20 um die Drehachse 21 auf einer Kreisbahn bewegt. Die Drehachse 21 ist gegen die Achsschnittebene 18 um den Winkel ϕ _b schräg angestellt (vgl. Fig. 3). Damit ist die Projektion der Kreisbahn auf die Achsschnittebene 18 die in Fig. 2 dargestellte Ellipse D. Die große Halbachse a der Ellipse D ist der Radius der Kreisbahn; ihre kleine Halbachse b ergibt sich aus dem Radius der Kreisbahn und dem Anstellungswinkel ϕ _b . Außerdem ist die Drehachse 21 gegen die Rotationsebene 10 der Schleifscheibe 2 in der Projektion auf die Achsschnittebene 18 um den Winkel ϕ schräg angestellt (vgl. Fig. 2). Mit dem Winkel ϕ und der Position des Kreismittelpunktes M wird der Bereich des Ellipsenbogens eingestellt, der beim Abrichten der Schleifscheibe 2 wirksam wird.

Zum Einstellen der Drehachse 21 auf die Winkel ϕ und ϕ _b dient eine Einstelleinrichtung, bestehend aus den Gelenkarmen 22 und 24. Der Gelenkarm 24 ist in einen Kreuzschlitten 26 um die Gelenkachse 25 drehbar gelagert. Der Gelenkarm 22 wiederum ist am Ende des Gelenkarmes 24 drehbar um die Gelenkachse 23 gelagert. Am Ende des Gelenkarmes 22 befindet sich das Lager für die Achse 21 des Abrichtwerkzeuges 3. Die Achsen 21, 23 und 25 stehen unter einem Winkel von z. B 45° zueinander und schneiden sich im Mittelpunkt M des Abrichtwerkzeuges 3. Damit kann die Winkellage der Dreh­ achse 21 durch eine Schwenkung der Gelenkarme 22 und 24 eingestellt werden, ohne die Position des Mittelpunktes M zu verändern. Der seitliche Abstand 34 des Mittelpunktes M zur Schleifscheibe 2 wird mit dem in Richtung 27 verschiebbaren Kreuzschlitten 26 eingestellt. Die Gelenkarme 22 und 24 und der Kreuzschlitten 26 dienen nur zum Einstellen von Position und Winkellage des Abrichtwerkzeuges 3. Sie werden vor dem Abrichten in der eingestellten Position durch nicht dargestellte Klemmvorrichtungen festgesetzt.

Die ganze Einrichtung kann mit einem Schlitten 28 von einem nicht darge­ stellten Vorschubantrieb in Richtung 35 parallel zur Rotationsebene 10 ( = senkrecht zur Achsschnittebene 18) über die abzurichtenden Flächen der Schleifscheibe 2 geführt werden.

Zum Abrichten wird die ganze Abrichteinrichtung in Richtung 32 um den Ab­ richtbetrag zur Schleifscheibe 2 zugestellt und der Abrichtdiamant 3 um die Achse 21 in Kreisbewegung versetzt. Dann wird die Abrichteinrichtung mit dem Schlitten 28 in Richtung 35 über die Schleifscheibe 2 geführt. Der Hub 36 muß die Kreisbahn des Abrichtdiamanten 3 voll über die Achsschnittebene 18 der Schleifscheibe 2 hinwegbringen (vgl. Fig. 3).

Anstelle des kreisenden Einzeldiamanten 3 kann eine um die Achse 21 rotierende Diamant-Abrichtrolle verwendet werden. Fig. 4 zeigt eine solche Abricht­ rolle in der Winkellage der Achse 21 in Fig. 2. Die Standzeit der Rolle ist wesentlich größer als die eines Einzeldiamanten. Da die Rolle dauernd in die abzurichtende Fläche 30 eingreift, kann die Vorschubgeschwindigkeit des Schlittens 28 vergrößert und die Abrichtzeit wesentlich verkürzt werden.

Fig. 5 zeigt die Diamant-Abrichtrolle der Fig. 4 im Querschnitt. Die Mantelfläche 37 ist mit Diamantkörnern besetzt, deren Spitzen eine Mantel­ fläche mit dem Durchmesser 39 berühren. Die Planfläche 38 wird solange ge­ schliffen, bis eine scharfe Kante 40 entsteht, die beim Abrichten in die Schleifscheibe 3 eingreift. Bei stumpf gewordener Kante 40 wird die Plan­ fläche 38 nachgeschliffen. Der Durchmesser 39 ist der für die Ellipsengröße bestimmende Kreisbahndurchmesser.

Bei einer anderen Diamantrollen-Gestaltung nach Fig. 6 liegen die Diamant­ kornspitzen auf einer kreisförmigen Rotationsfläche 41, die beim Abrichten mit der Schleifscheibe 2 in Eingriff kommt. Zur Bestimmung der Position und Winkellage der Diamant-Abrichtrolle ist außer dem Durchmesser 42 noch der Radius 43 der Rotationsfläche 41 maßgebend. Die Schleifscheibe 2 wird mit Äquidistanten im Abstand des Radius 43 zur Ellipse mit dem Hauptachsendurch­ messer 42 profiliert.

Anstelle eines rotierenden Abrichtwerkzeuges kann auch eine aus einem Stück hergestellte kreisbogenförmige Abrichtkante verwendet werden, bei der die Senkrechte durch den Krümmungsmittelpunkt genauso wie die Drehachse 22 schräg gegen die Achsschnittebene 18 und die Rotationsebene 10 der Schleifscheibe 2 angestellt ist. Diese Kanten brauchen nur Kreissegmente zu sein. Zum Abrichten der Schleifscheibe 2 ist als einzige Bewegung die geradlinige Vorschubbewegung mit dem Schlitten 28 auszuführen, mit welcher die Abricht­ kante über die Achsschnittebene 18 der Schleifscheibe 2 geführt wird.

In den Fig. 7 bis 10 ist die Ausbildung von Abrichtkanten dargestellt. In einem Träger ist ein bogenförmiges Diamantstück 44 bzw. 49 eingesetzt, welches auf synthetischer, polykristalliner Basis hergestellt werden kann. Bei der Ausführung nach den Fig. 7 und 8 kommt die konvexe Außenkante 47 mit der Schleifscheibe 2 in Eingriff und richtet diese auf ein konkaves Profil ab. Die Kante 47 wird durch die Außenzylindermantelfläche 45 und die Planfläche 46 bestimmt; der für die Kurvenform maßgebliche Durchmesser ergibt sich aus dem Außenradius 48.

Die Ausführungsform nach den Fig. 9 und 10 richtet mit der bogenförmigen Innenkante 52 die Schleifscheibe 2 auf konvexe Profile ab. Das wird in Fig. 11 dargestellt. Die Kante 52 wird durch den Innenmantel 50 und die Planfläche 51 bestimmt; maßgeblich für die Kurvenform ist der Innen­ radius 53.

Stumpf gewordene Kanten 47, 52 können durch Planschleifen der Flächen 46 bzw. 51 auf einfache Weise nachgeschärft werden.

Fig. 12 zeigt, wie eine Schleifscheibe mit konvexem Profil durch einen Einzeldiamanten abgerichtet wird, der auf einem Kreisbogenabschnitt 54 hin- und herbewegt wird.

Die Fig. 13 und 14 zeigen eine Abrichtvorrichtung mit geänderter Aufhängung des Abrichtwerkzeuges 55. Es wird das Abrichtwerkzeug 55 nach Fig. 7 und 8 mit kreisbogenförmigem Diamantstück verwendet. Die Achse 56 des Abrichtwerk­ zeuges 55 wird mit den Gelenkarmen 57 und 59 auf die Winkel d und ϕ _b eingestellt. Das Abrichtwerkzeug 55 ist im Gelenkarm 57 befestigt und kann um die Achse 56 in die richtige Einstellung gedreht werden. Gelenkarm 57 ist um die Achse 58 drehbar im Gelenkarm 59 gelagert. Gelenkarm 59 wiederum ist um die Achse 60 drehbar im Kreuzschlitten 61 gelagert. Alle Achsen 56, 58, 60 gehen durch den Mittelpunkt M des Abrichtwerkzeuges 55 und der die Schleifscheiben­ flankenform bestimmenden Ellipse D. Zwischen den Achsen 56 und 58 sowie 58 und 60 bestehen Winkel von 90°. Die Achse 60 ist parallel zur Schleif­ scheibenachse 33. Beim Abrichtvorgang bewegt sich nur der Schlitten 28, mit dem die Abrichtkante über die rotierende Schleifscheibe 2 geführt wird.

Claims (5)

1. Einrichtung zum Abrichten einer rotierenden Profilschleifscheibe mit einem kreisförmigen und/oder auf einer Kreisbahn bewegten Abrichtwerkzeug, dem zusätzlich eine geradlinige Bewegung überlagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die geradlinige Bewegung (35) parallel zur Rotationsebene (10) der Schleifscheibe (2) verläuft und daß die Achse (21) des Abrichtwerkzeugs (3; 55) sowohl zur Rotationsebene (10) der Schleifscheibe (2) als auch zu der Achsschnittebene (18), die senkrecht zur Bewegungsrichtung (35) steht, unter einem Winkel (ϕ; ϕ _b ) angestellt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abrichtwerkzeug (55) ein Kreissegment ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kreisbahn des Abrichtwerkzeugs (3) ein Kreisbogenabschnitt (54) ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zum Einstellen der Winkel (ϕ; ϕ _b ) an dem die geradlinige Bewegung (35) ausführenden Schlitten (28) ein Kreuzschlitten (26) geführt ist und das Abrichtwerkzeug (3; 55) am Kreuzschlitten (26) über zwei hintereinander angeordnete Gelenkarme (22; 24) befestigt ist, deren Gelenkachsen (23; 25) sich im Mittelpunkt (M) des Abrichtwerkzeugs (20; 55) schneiden.

5. Verwendung der Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Abrichten von Schleifscheiben auf angenäherte Evolventenprofile und auf evolventen­ ähnliche Profile.