DE3816270A1 - Verfahren zum diskontinuierlichen profilschleifen bzw. profilfraesen von zahnraedern - Google Patents
Verfahren zum diskontinuierlichen profilschleifen bzw. profilfraesen von zahnraedernInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum
diskontinuierlichen Profilschleifen bzw. Profilfräsen von
Zahnrädern nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Es ist allgemein bekannt, daß das Verfahren Profilschleifen
von Zylinderrädern mit scheibenförmigem Werkzeug streng
werkstückgebundene Werkzeuge benötigt (T. Bausch,
Zahnradfertigung, Seite 434, 1986, expert verlag). Um die
Flanken von Zylinderrädern mit unterschiedlicher
Verzahnungsgeometrie bearbeiten zu können, sind demnach
Werkzeuge mit unterschiedlicher Geometrie erforderlich. Das
Abrichten entsprechender Schleifscheiben (Jahrbuch
Schleifen, Honen, Läppen und Polieren, 51. Ausgabe: Prof.
Dr.-Ing. J. Loomann, Profilschleifen von Schrägstirnrädern:
Geometrische Grundlagen - Kontaktverhältnisse -
Abrichtgerät, Seiten 180 bis 193, 1982, Vulkan-Verlag
Essen) hat sich bisher nicht allgemein durchsetzen können;
man benötigt demnach je nach Teilespektrum eine mehr oder
weniger große Anzahl unterschiedlich ausgelegter Scheiben.
Die Beschaffung neuer Scheiben, aber auch die Aufbereitung
nicht mehr einsatzfähiger Scheiben (Wiederbelegen)
erfordert Zeit. Aus dem hier erläuterten Sachverhalt
resultieren mehrere Nachteile des Profilschleifens mit
nicht oder nur schwer oder nicht hinreichend genau
abrichtbaren Scheiben; diese betreffen die Kosten und die
termingerechte Bereitstellung der Werkzeuge. Insbesondere
ergeben sich Probleme, wenn das Werkzeug nicht zur
Werkstückverzahnung paßt, weil z. B. die Werkstückdaten
nicht korrekt vorgegeben oder das Werkzeug nicht korrekt
gefertigt wurde. Große Probleme können auftreten, wenn ein
Werkzeug beschädigt wird, aber kein Ersatz zur Verfügung
steht. Die hier angeschnittenen Punkte haben besondere
Bedeutung im Bereich der Einzel- und Kleinserienfertigung.
Aus dieser Situation ergibt sich die Aufgabe, die
Flexibilität des Profilschleifens bzw. Profilfräsens von
Zahnrädern zu erhöhen, ohne die Scheibe mit einem
geänderten Profil zu versehen.
Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Verfahren
erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Anspruches 1 gelöst. Die Lösung der Aufgabe geht aus von
der Erkenntnis, daß das vorgeschriebene Werkstückprofil
unter idealen Voraussetzungen nur dann abweichungsfrei
erzeugt werden kann, wenn das Werkzeug beim Schleifen die
Position relativ zum Werkstück einnimmt, die der Auslegung
des Scheibenprofiles zugrunde liegt und daß Abweichungen
aus dieser Position zu Profilabweichungen und
Zahnweitenabmaßen am Werkstück führen.
Es wird vorgeschlagen, beide Werkstückflanken in separaten
Arbeitsgängen zu schleifen bzw. zu fräsen und dabei über
eine gezielte Änderung der Einstellparameter (Achsabstand
a, Außermittigkeit e des Werkzeuges, Schwenkwinkel ϕ und
Ausgangsdrehwinkel Ψ des Werkstückes) die am Werkstück zu
erwartenden Profilabweichungen zu minimieren. Die Bedeutung
der Einstellparameter ergibt sich aus Fig. 1. Der
Achsabstand a ist der Abstand zwischen den Achsen des
Werkzeuges 0 und des Werkstückes 2. Unter der
Außermittigkeit e versteht man den Versatz des Werkzeuges 0
in Richtung seiner Achse gegenüber dem bei der Auslegung
zugrunde gelegten Abstand vom Achskreuzpunkt P. Bei
bekannten Verfahren beträgt die Außermittigkeit e Null oder
allenfalls einige hundertstel Millimeter. Beim
erfindungsgemäßen Verfahren ist die Außermittigkeit e um
Zehnerpotenzen größer gezielt einzustellen, liegt also im
Millimeterbereich. Der Schwenkwinkel ϕ ergibt sich zu 90°
- Achskreuzwinkel Σ. Der Ausgangsdrehwinkel Ψ ist der
Winkel zwischen der Mitte der Werkstückzahnlücke und der
kürzesten Verbindung der Achsen von Werkzeug 0 und
Werkstück 2.
Falls die zu erwartenden Profilabweichungen einen zu großen
Teil der zulässigen Profilabweichung ausschöpfen, ist das
Werkstückprofil in zwei oder mehr Bereiche zu unterteilen,
und dann in separaten Schleifdurchgängen mit
unterschiedlichen Einstellparametern zu bearbeiten.
Voraussetzung für einen erfolgreichen Einsatz des
Verfahrens ist demzufolge die Kenntnis des quantitativen
Einflusses der Einstellparameter auf das Profil des
Werkstückes und eine Strategie zur Beseitigung dieser
Abweichungen.
Es ist denkbar, den Einfluß der Einstellparameter auf das
Profil angenähert über Versuche zu ermitteln; diese
Vorgehensweise ist jedoch sehr zeit- und kostenintensiv. Zu
empfehlen ist die Berechnung der einzelnen Einflüsse.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den
weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es
zeigen
Fig. 1 in schematischer Darstellung die
verschiedenen Einstellparameter
Achsabstand a, Außermittigkeit e,
Schwenkwinkel ϕ, Ausgangsdrehwinkel ψ
und Achskreuzwinkel Σ zwischen dem
Werkzeug und dem Werkstück,
Fig. 2 die Zerlegung der
Profil-Gesamtabweichung F α in die
Anteile Zahnweitenabmaß Δ W k,
Profilwinkelabweichung f H α ,
Höhenballigkeit c α und
Profilformabweichung f f α ,
Fig. 3 den Einfluß des Achsabstandes a, der
Außermittigkeit e, des Schwenkwinkels ϕ
und des Ausgangsdrehwinkels ψ auf das
Zahnweitenabmaß Δ W k, die
Profil-Winkelabweichung f H α , die
Höhenballigkeit c α und die
Profilformabweichung f f α .
Bei der Berechnung der einzelnen Einflüsse wird der
Fertigungsprozeß simuliert. Simuliert wird zunächst das
Schleifen der Werkstückverzahnung mit einer Scheibe 0, die
für ein Werkstück 2 mit ähnlicher Geometrie ausgelegt ist.
Man wählt dazu den Achsabstand a und den Schwenkwinkel ϕ
z.B. so, als würden Schleifscheibe 0 und Werkstück 2 genau
zueinander passen. Nun berechnet man das zu erwartende
Werkstückprofil und vergleicht dieses mit dem geforderten
Profil. Für diesen Vergleich zerlegt man die
Profil-Gesamtabweichung F α in vier Anteile, nämlich in
ein Zahnweitenabmaß Δ W k und die aus der
Zahnrad-Meßtechnik bekannten Anteile
Profil-Winkelabweichung f H α , Höhenballigkeit c α und
Profilformabweichung f f α . Die Höhenballigkeit wird dabei
im Profildiagramm durch eine quadratische Parabel
beschrieben.
Anschließend ändert man die Einstellparameter a, e, ϕ, Ψ
und wiederholt das vorstehend beschriebene Verfahren. Dabei
erhält man andere Ergebnisse als im ersten Durchlauf. Aus
dem Vergleich dieser Ergebnisse leitet man ab, in welchem
Sinne die Einstellparameter für die nächste Berechnung
geändert werden sollen. Der Vorgang wird so oft wiederholt,
bis geeignete Einstellparameter gefunden sind.
Normalerweise ist das der Fall, wenn die
Profil-Winkelabweichung f H α gleich 0 und die
Höhenballigkeit c α und die Profilformabweichung f f α
innerhalb vorgegebener Toleranzen liegen.
Lassen sich die vorgeschriebenen Toleranzen nicht einhalten
und steht keine möglicherweise besser geeignete Scheibe 0
zur Verfügung, so muß die Bearbeitung einer Flanke des
Zahns in zwei oder mehreren Durchgängen erfolgen. Man
zerlegt dazu das geforderte Werkstückprofil in zwei (oder
entsprechend mehr) Bereiche und wendet das hier
beschriebene Verfahren auf jeden dieser Bereiche separat
an.
Sind die Einstellparameter am Rechner gefunden, so kann die
Bearbeitung an der Maschine erfolgen. Werkzeug 0 und
Werkstück 2 sind dazu natürlich auf diese Parameter
einzustellen.
Das vorgeschlagene Verfahren bietet auch die Möglichheit,
Kopf- und/oder Fußrücknahme mit einer unmodifizierten
Scheibe 0 zu erzeugen. Dazu sind die einzelnen Bereiche je
Flanke in separaten Durchgängen mit unterschiedlichen
Einstellparametern zu bearbeiten.
Das Verfahren bietet ferner die Möglichkeit, Flanken von
Zähnen mit Höhenballigkeit zu erzeugen.
Besonders vorteilhaft ist die Tatsache, daß die Beträge der
Fuß- und Kopfrücknahme und in bestimmten Grenzen der Betrag
der Höhenballigkeit über Maschineneinstellungen, also nicht
über entsprechend profilierte Werkzeuge, gewählt werden
kann. Das Verfahren bietet die Voraussetzung, für einen
bestimmten Anwendungsbereich standardmäßig Scheiben 0 auf
Lager zu halten, so daß der Bezug bzw. das Wiederbelegen
unabhängig von der aktuellen Bearbeitungsaufgabe erfolgen
kann.
Werkzeuge zum Profilfräsen besitzen als Hüllkörper die
gleiche Geometrie wie die entsprechenden Werkzeuge zum
Profilschleifen. Auch die Fertigungskinematik beider
Verfahren ist gleich. Das vorgeschlagene Verfahren läßt
sich deshalb auch beim Profilfräsen mit scheibenförmigen
Werkzeugen anwenden.
Bei Abrichtsystemen, mit denen man nicht das theoretisch
erforderliche Scheibenprofil erzeugen kann, läßt sich über
das vorgeschlagene Verfahren eine deutliche Verbesserung
der Arbeitsergebnisse erzielen. Derartige Fälle liegen vor,
wenn man die Scheibe 0 nicht bahngesteuert abrichtet,
sondern z.B. über Rollen, die zum Abrichten entsprechend
zur Scheibe 0 eingestellt werden, oder wenn man die Scheibe
0 unter Verwendung von Schablonen abrichtet. Derartige
Verfahren haben gegenüber dem Abrichten über numerisch
gesteuerte Einrichtungen zur Zeit noch Vorteile; dies gilt
insbesondere für Anwendungen, in denen besonders hohe
Anforderungen an die Oberflächenrauheit der
Werkstückflanken gestellt werden.
Das Verfahren wird im folgenden anhand der Fig. 2 und 3
erläutert. Die Teilfigur 1 in Fig. 2 zeigt die
Profil-Gesamtabweichung F α über dem Wälzweg W. Diese
Profil-Gesamtabweichung F α wird, wie die Teilfiguren 2
bis 5 in Fig. 2 zeigen, in die vier Anteile Zahnweitenabmaß
Δ W k, Profilwinkelabweichung f H α , Höhenballigkeit c α
und Profilformabweichung f f α zerlegt. Diese in den
Teilfiguren 2 bis 5 der Fig. 2 angegebenen Größen können
durch die beschriebenen Einstellparameter Achsabstand a,
Außermittigkeit e, Schwenkwinkel ϕ und Ausgangsdrehwinkel ψ
beeinflußt werden, wie Fig. 3 zeigt.
Fig. 3 enthält auf der Abszisse nicht die Einstellparameter
selbst, sondern deren Änderung gegenüber dem
Auslegungszustand. Fig. 3 zeigt die Auswirkungen der
Einstellparameter Δ a, Δ e, Δϕ und Δψ auf die
Größen Δ W k, f H α , c α und f f α . Das
Zahnweitenabmaß Δ W k läßt sich am einfachsten über den
Einstellparameter Δψ, also über eine Verdrehung des
Werkstückes 2 einstellen, weil Δψ auf die anderen Größen
f H α , c α und f f α keinen Einfluß hat. Fig. 3 zeigt
weiter, daß die Größen f H α und c α durch die
Einstellparameter Δ a, Δ e und Δϕ optimiert
werden können. Grundsätzlich läßt sich die Größe f H α zu
0 machen. Die verbleibenden Größen c a und f f α
begrenzen den Anwendungsbereich des Verfahrens.
Das grundlegende Verfahren ist nicht auf scheibenförmige
Werkzeuge beschränkt; es läßt sich auch beispielsweise mit
fingerförmigen Werkzeugen durchführen.
Claims (4)
1. Verfahren zum diskontinuierlichen Profilschleifen bzw.
Profilfräsen von Zahnrädern, bei dem die Flanken eines
Werkstückes mit einem Werkzeug oder mit je einem
Werkzeug für die Rechts- bzw. Linksflanken bearbeitet
werden, dadurch gekennzeichnet,
daß die Geometrie des Werkzeuges (0) im herkömmlichen
Sinne nicht der Geometrie des Werkstückes (2)
entspricht und die bei einem derartigen Einsatz
normalerweise auftretenden großen Profilabweichungen am
Werkstück (2) durch eine gezielte Einstellung des
Werkzeuges (0) zum Werkstück (2) vermieden werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Werkzeug (0), das
für ein Werkstück (2) ohne Profilmodifikation ausgelegt
wurde, mit geänderten Einstellparametern in je einem
zusätzlichen Arbeitsgang eine Kopf- und/oder
Fußrücknahme erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Werkzeug (0), das
für ein Werkstück (2) ohne Höhenballigkeit oder für ein
Werkstück (2) mit anderer Höhenballigkeit ausgelegt
wurde, durch gezielte Einstellung des Werkzeuges (0)
zum Werkstück (2) die gewünschte Höhenballigkeit
erzeugt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß bestimmte geometrische
Abweichungen des Werkzeuges (0) und Abweichungen von der
korrekten Einstellung, deren Auswirkung z.B. aufgrund
der Vermessung eines ersten Werkstückes, einer ersten
Lücke oder eines ersten Zahnes bekannt sind, durch
gezielte Änderung der Einstellparameter für die weitere
Bearbeitung kompensiert werden.
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