DE3819320A1

DE3819320A1 - Schleifmaschine zum kontinuierlichen waelzschleifen von zahnraedern

Info

Publication number: DE3819320A1
Application number: DE19883819320
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Riha
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1987-06-13
Filing date: 1988-06-07
Publication date: 1988-12-29

Description

Die Erfindung betrifft eine Schleifmaschine zum kontinuierlichen Wälzschleifen von Zahnrädern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine hohe Verzahnungsqualität ist die Voraussetzung für eine hohe Leistungsfähigkeit von Zahnrädern sowie für eine hohe Übertragungsgenauigkeit, große Leistungsdichte, hohe Tragfähigkeit und geringe Geräuschentwicklung. Das Härten von Zahnrädern führt einerseits zu hoher Tragfähigkeit der Zahnflanken, bringt aber andererseits Verzug mit sich. Deswegen wird seit einiger Zeit für das Fertigbearbeiten von Zahnrädern, auch von großen Zahnrädern, das kontinuierliche Wälzschleifen immer mehr eingesetzt, weil damit die gewünschte Verzahnungsqualität nach dem Härten erreicht werden kann. Ferner können Zahnflankenkorrekturen geschliffen werden.

Die Normalausrüstung der zur Zeit in der Produktion eingesetzten Wälzschleifmaschinen und die angewendeten Bearbeitungsbedingungen machen den Schleifprozeß sehr zeit- und kostenintensiv.

Bekannt ist ein Verfahren zum kontinuierlichen Wälzschleifen von der Firma Reisshauer AG (Forschungsvereinigung Antriebstechnik, 1979, Leistungssteigerung der Zahnflankenschleifverfahren, Seite 7 ff.).

Bei diesem Verfahren ist das Werkzeug eine Schleifschnecke mit genauem Zahnstangenprofil.

Die Schleifschnecke und das Zahnrad werden je von einem separaten Synchronreaktionsmotor angetrieben. Die Evolventenform der Zahnflanke wird durch das Abwälzen von Schleifschnecke und Zahnrad erzeugt. Während der Auf- und Abwärtsbewegung des Werkstückschlittens wird das Werkstück geschliffen. Die Schleifschnecke wird am oberen und am unteren Umkehrpunkt schrittweise zugestellt. Der Vorschub der Schleifschnecke kann innerhalb fester Grenzen stufenlos eingestellt werden. Der Schleifprozeß verläuft kontinuierlich. Er wird durch keine Teilvorgänge unterbrochen.

Um ständig frische Schleifzonen zum Eingriff mit dem Zahnrad zu bringen, wird die Schleifschnecke entlang ihrer Drehachse am Zahnrad vorbei geführt. Die Schleifschnecke kann mittels zweier rotierender Scheiben mit Diamantbelag oder mit zwei Einzeldiamanten abgerichtet werden, wenn die ganze Schleifschneckenbreite durchgeshiftet worden ist, d. h., wenn die Schleifschnecke entlang ihrer Drehachse am Zahnrad vorbei geführt ist. Das Abrichten der Schleifschnecke geht über die Nebenzeiten stark in die Bearbeitungskosten ein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bearbeitungszeit und Kosten für das kontinuierliche Wälzschleifen eines Zahnrads zu senken und die Voraussetzung für ein automatisches Beschicken einer Wälzschleifmaschine zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Getriebezug den spiralverzahnten Hypoidantrieb für das Werkstück und den Drehantrieb für die Schleifschnecke spielfrei verbindet und daß die Schleifschnecke kontinuierlich während des Schleifens abgerichtet wird.

Mit diesen Maßnahmen wird insgesamt eine einfache und eindeutige Zuordnung der Position von Schleifschnecke und Zahnrad erreicht und damit eine wesentliche Voraussetzung, um eine Wälzschleifmaschine automatisch beschicken zu können, geschaffen. Da das Zahnrad mit der Schleifschnecke durch einen spielfreien mechanischen Getriebezug verbunden ist, ist eine eindeutige Zuordnung zwischen Aufspannvorrichtung des Zahnrad und der Schleifschnecke gegeben. Durch kontinuierliches Abrichten der Schleifschnecke während des kontinuierlichen Wälzschleifens greift die Schleifschnecke ständig mit frischen Schleifzonen in das zu schleifende Zahnrad ein, und die Schleifschnecke braucht anstelle dessen nicht mehr durchgeschiftet zu werden, wodurch die Zuordnung der Position der Schleifschnecke zur Position des Zahnrads wesentlich vereinfacht ist.

Es ist ein Zahnradbearbeitungsverfahren bekannt (CH-A-6 50 183) mit einem gemeinsamen Antrieb für das Werkzeug und das Werkstück. Erfindungsgemäß wird ein Getriebezug zwischen dem spiralverzahnten Hypoidantrieb des Werkstücks und dem Werkzeugantrieb vorgeschlagen, um die beim kontinuierlichen Wälzschleifen auftretenden hohen Drehzahlen von 1900 U/min übertragen zu können.

Da über dies durch den Wegfall des Durchshiftens der Schleifschnecke aufgrund des kontinuierlichen Abrichtens die Erstreckung der Schleifschnecke entlang ihrer Drehachse wesentlich geringer sein kann, reduziert sich die Masse der Schleifschnecke, wodurch Vorteile für den Rundlauf der Schleifschnecke und somit für die Bearbeitungsgenauigkeit beim kontinuierlichen Wälzschleifen erzielt werden.

Der Betrieb einer kleinen Schleifschnecke, die während des automatischen Bearbeitungsvorganges ohne Unterbrechung ihre Drehzahl beibehält, ist wesentlich wirtschaftlicher als der Betrieb einer Schleifschnecke mit großer Masse, die jedesmal, wenn von einer Bedienungsperson ein neues Zahnrad eingelegt wird, angehalten und wieder beschleunigt werden muß, da die Unfallverhütungsvorschriften verlangen, daß die Schleifschnecke still steht, wenn ein Eingriff in die Wälzschleifmaschine durch das Bedienungspersonal erfolgt.

Vorzugsweise wird die Winkellage der Zahnradlücken eines automatisch zugeführten Zahnrads bezüglich der Schleifschneckenwindungen mit einer Positionierungsvorrichtung in Form eines Positionierungsfingers, der z. B. elektrisch betätigt wird, ausgerichtet. Derartige Positioniereinrichtungen sind an sich bekannt. Das Verfahren zum kontinuierlichen Wälzschleifen eines Zahnrads kommt dann ohne jeglichen Eingriff einer Bedienungsperson aus.

Eine vorteilhafte Ausführung der vorliegenden Erfindung ist in der mechanischen Verbindung des Antriebs des ebenfalls schneckenförmigen diamantbestückten Abrichtwerkzeugs mit dem Antrieb der Schleifschnecke zu sehen. Die Übersetzung zwischen dem Antrieb der Schleifschnecke und dem Antrieb des Abrichtwerkzeugs kann so ausgelegt sein, daß das Abrichtwerkzeug im Gegensinn zur Schleifschnecke dreht. Vorzugsweise ist das Abrichtwerkzeug senkrecht über der Drehachse der Schleifschnecke angeordnet, so daß das Abrichtwerkzeug über eine starre Verbindung mit der Schleifschnecke Zustellbewegungen der Schleifschnecke zum Werkstück mitmacht und der einzige Freiheitsgrad, den das Abrichtwerkzeug hat, radial zur Schleifschnecke ist, um kontinuierlich während des Schleifvorgangs die Schleifschnecke abzurichten.

Insgesamt ist ein Verfahren zum kontinuierlichen Wälzschleifen von Zahnrädern gemäß der vorliegenden Erfindung schneller und präziser, schafft die Voraussetzung für die Vollautomatisierung des Bearbeitungsvorgangs und beschränkt damit den Einsatz von Bedienungspersonal auf reine Überwachungsfunktion.

Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombinationen der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und einzelnen Anspruchsmerkmalen aus der Aufgabenstellung.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Die Vorrichtung zum kontinuierlichen Wälzschleifen besteht aus vier Bauteilgruppen:

A. Maschinenbett 1 mit dem aufgespannten Werkstück 6 und dem spiralverzahnten Hypoidantrieb 7;

B. Maschinenständer 2 mit dem Antriebsmotor 5 und Übertragungsgliedern;

C. Schleifschlitten 3 mit Kegelradgruppe;

D. Schleifkopf 4 mit der Schleifschnecke 8, dem Abrichtwerkzeug 9 und Übertragungsgliedern.

Konstruktions-Beschreibung

Ein Motor 5 treibt über eine Welle 10 und drei Stirnräder 11, 12, 13 ein Spiralrichtungsdifferential 14 an. Eine NC-Steuerung 15 kontrolliert das Spiralrichtungsdifferential 14 und verändert die Drehung am Ausgang 16 des Spiralrichtungsdifferentials 14. Vier Zähnezahlwechselräder 16, 17, 18, 19 übersetzen die Drehzahl am Ausgang des Spiralrichtungsdifferentials 14 zur Drehzahl der Teleskopwelle 20. Das Übersetzungsverhältnis der Zähnezahlwechselräder 16, 17, 18, 19 hängt von der Drehzahl der Schleifschnecke 8 und der Anzahl der Zähne des Werkstückes 6 ab. Ein spiralverzahnter Hypoidantrieb 7 sorgt für eine nahezu spielfreie mechanische Verbindung des Maschinenbett 1 und des darauf aufgespannten Werkstücks 6 mit der Teleskopwelle 20. Ein (nicht dargestellt) Positionierungsfinger 21, der elektrisch, mechanisch oder druckmittelbetätigt sein kann und fest mit dem Maschinenbett 1 verbunden ist, ist so angeordnet, daß er zwischen zwei Zähne des zu bearbeitenden Werkstückes 6 einrücken kann und eine Zahnradlücke auf Position mit den Schleifschneckenwindungen bringt, bevor das Werkstück 6 auf dem Maschinenbett 1 festgespannt wird.

Der Motor 5 treibt über Kegelräder 22, 23 und eine vertikale Welle 24 eine Kegelradgruppe an. Die Kegelradgruppe besteht aus zwei mit zueinander senkrechten Wirkungslinien ineinander greifenden Kegelrädern 25, 26 und ist über eine Welle 27 mit zwei weiteren ebenfalls mit zueinander senkrechten Wirkungslinien ineinander greifenden Kegelrädern 28, 29 verbunden. Vom Kegelrad 29 wird die Drehbewegung über eine Welle 30 an Stirnräder 31, 32, 33 weitergeleitet. Die Drehgeschwindigkeiten der Stirnräder 31, 32, 33 hängen von dem durch deren Zähnezahl bestimmten Übersetzungsverhältnis ab. Das Stirnrad 33 ist über eine starre Welle 34 mit der Schleifschnecke 8 verbunden. Das Stirnrad 32 ist über eine schwenkbare Teleskopwelle 35, die vorzugsweise NC-gesteuert verschwenkt wird, mit dem Abrichtwerkzeug 9 verbunden.

Funktionsbeschreibung

Alle Bewegungen, die zum kontinuierlichen Wälzschleifen des Werkstückes 6 nötig sind, werden von der Schleifschnecke 8 ausgeführt. Diese Bewegungen sind vorzugsweise NC-gesteuert. Das Maschinenbett 1 bleibt ortsfest. Die Bewegungen, die die Schleifschnecke 8 für die Bearbeitung eines Werkstückes 6 ausführt, teilen sich in drei Komponenten auf:

X. Translation radial zum Werkstück;

Y. Translation parallel zur Werkstückachse;

Z. Rotation zum Schleifen von Schrägverzahnungen.

Die Translation der Schleifschnecke radial zum Werkstück wird vom Maschinenständer 2, Schleifkopf 4 und Schleifschlitten 3 gemeinsam ausgeführt. Der spiralverzahnte Hypoidantrieb 7 ist hierzu verschieblich auf der Welle 20. Die Vertikalbewegung, parallel zur Werkstückachse, von Schleifkopf 4 und Schleifschlitten 3 relativ zu Maschinenständer 2 und Maschinenbett 1 führt die Schleifschnecke 8 entlang der Zahnradflanke. Das Kegelrad 25 ist hierzu verschieblich auf der vertikalen Welle 29 angebracht. Die Rotation der Schleifschnecke 8 wird vom Schleifkopf 4 ausgeführt, relativ zu Schleifschlitten 3, Maschinenständer 2 und Maschinenbett 1.

Die Schleifschnecke 10 wird vom Antriebsmotor 5 mit ca. 1900 U/min angetrieben.

Das Werkstück 6 wird, nachdem es vorzugsweise automatisch im Maschinenbett 1 eingelegt ist, zunächst positioniert bevor es im Maschinenbett 1 festgespannt wird. Ein Positionierfinger 21, der in einer definierten Lage auf dem Maschinenbett 1 angebracht ist und der sich mit dem Werkstück 6 dreht, korrigiert die Lage des Werkstückes 6 nach dem Einlegen im Maschinenständer 1 so, daß die Zahnradlücken mit den Schleifschneckenwindungen in Eingriff kommen können. Der spiralverzahnte Hypoidantrieb 7 des Maschinenbetts 1 ist über eine Teleskopwelle 20 verschieblich mit dem Maschinenständer 2 verbunden, um die Schleifschneckenwindungen in die Zahnradlücken einzuführen, ohne die Position des Hypoidantriebs 7 relativ zum Maschinenbett 1 zu verändern. Das Spiralrichtungsdifferential 14 überlagert mit einer NC-Steuerung 15 der Drehbewegung des Maschinenbetts 1 einen Vor- oder Nachlauf in Abhängigkeit von Parametern, die sich aus der Geometrie der zu schleifenden Zahnradflanken ergeben.

Das Spiralrichtungsdifferential 14 erlaubt es, das Maschinenbett 1 so anzutreiben, daß Schrägverzahnungen geschliffen werden können.

Während des kontinuierlichen Wälzschleifvorganges wird die Schleifschnecke 8 kontinuierlich abgerichtet. Die NC-gesteuerte gelenkige Teleskopwelle 35 führt das Abrichtwerkzeug 9 kontinuierlich während des Schleifens dem abnehmenden Durchmesser der Schleifschnecke 8 nach. Mit abnehmendem Durchmesser der Schleifschnecke 8 ändert sich die Steigung der Windungen auf der Schleifschnecke 8. In regelmäßigen Abständen korrigiert eine NC-Steuerung den Winkel des Abrichtwerkzeugs 9 zur Schleifschnecke 8, so daß die Schleifschnecke 8 auch mit abnehmendem Durchmesser auf ihn abgerichtet wird.

Bezugszeichen: 1 Maschinenbett
2 Maschinenständer
3 Schleifschlitten
4 Schleifkopf
5 Antriebsmotor
6 Werkstück/Zahnrad
7 Hypoidantrieb
8 Schleifschnecke
9 Abrichtwerkzeug
10 Welle
11 Stirnrad
12 Stirnrad
13 Stirnrad
14 Spiralrichtungsdifferential
15 Steuerung
16 Stirnrad
17 Stirnrad
18 Stirnrad
19 Stirnrad
20 Teleskopwelle
21 Positionierung
22 Kegelrad
23 Kegelrad
24 Welle
25 Kegelrad
26 Kegelrad
27 Schwenkachse
28 Kegelrad
29 Kegelrad
30 Welle
31 Stirnrad
32 Stirnrad
33 Stirnrad
34 Welle
35 gelenkige Teleskopwelle

Claims

1. Schleifmaschine zum kontinuierlichen Wälzschleifen von einem Werkstück (6), insbesondere von einem Zahnrad, das auf einem Maschinenbett (1) aufgespannt und um seine Achse drehbar angetrieben ist, wobei eine Schleifschnecke (8) um ihre Achse drehbar angetrieben ist und radial auf das Werkstück (6) zu und entlang einer vertikalen Achse parallel zur Werkstückachse verschoben sowie um die Schleifschneckenebene gekippt werden kann und mit einer Abrichtvorrichtung (9) für die Schleifschnecke (8), dadurch gekennzeichnet, daß ein spiralverzahnter Hypoidantrieb (7) das Werkstück (6) antreibt und daß dieser Hypoidantrieb (7) mit dem Drehantrieb der Schleifschnecke (8) mechanisch verbunden ist und daß die Schleifschnecke (8) kontinuierlich während des Schleifens abgerichtet wird.

2. Schleifmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem schneckenförmigen diamantbestückten Abrichtwerkzeug (9) abgerichtet wird, das senkrecht zur Verbindungslinie zwischen Schleifschneckenmitte und Werkstückmitte über der Drehachse der Schleifschnecke (8) angeordnet ist.

3. Schleifmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehbewegung des Abrichtwerkzeugs (9) mechanisch mit der Drehbewegung der Schleifschnecke (8) gekoppelt ist.

4. Schleifmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehsinn des Abrichtwerkzeugs (9) entgegengesetzt zum Drehsinn der Schleifschnecke (8) ist.

5. Schleifmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifschnecke (8) die Zahnflankengeometrie des Werkstückes (6) durch Translationsbewegungen korrigiert.

6. Schleifmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schleifen einer Schrägverzahnung dem Drehantrieb des Werkstücks (6) durch eine vorzugsweise NC-gesteuertes Spiralrichtungsdifferentials (14) ein Vor- oder Nachlauf überlagert wird.

7. Schleifmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (6) vor Beginn des Schleifens automatisch positioniert wird, so daß die Schleifschneckenwindungen in die Zahnradlücken eingreifen können.