DE4401199A1 - Verfahren zum Erzeugen von Kreiskeilprofilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Keilpro­ filen an Außen- und/oder Innenumfangsflächen von zusammen­ fügbaren und durch Verdrehen um die Werkstückachse miteinander verklemmbaren Werkstücken.

Die Herstellung von Kreiskeilprofilen dieser Art für Verbin­ dungselemente, Welle-Nabe-Verbindungen, Rohrverbindungen und für viele andere Anwendungen, wie sie z. B. in der DE 42 09 153 C2 beschrieben sind, stellt hohe Anforderungen an die Genauig­ keit der Konturerzeugung, die Qualität der zusammenwirkenden Oberflächen und die Eigenschaften der in den Fügeflächen zu­ sammenwirkenden Materialien.

Diese Anforderungen zu erfüllen und Kreiskeilprofile optimaler Konturtreue, Oberflächenquali­ tät und Materialeigenschaften bei rationellen Fertigungsbedin­ gungen zu erzeugen, ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch, daß das Werkstück bearbeitungsgerecht eingespannt wird, ein Werkzeug in einer Kontaktzone mit der zu bearbeitenden Umfangsfläche des Werk­ stücks in materialabtragenden Kontakt gebracht wird und das Werkzeug und das Werkstück entsprechend der gewünschten Keil­ kontur rotativ um die Werkstückachse und linear quer zur Werk­ stückachse relativ zueinander bewegt werden. Für das Zusammen­ fügen und Verbinden zweier Werkstücke besonders geeignete Flächenkonturen werden gemäß der Erfindung dadurch erzeugt, daß die rotative und die lineare Relativbewegung von Werkzeug und Werkstück derart gesteuert werden, daß die Drehbewegung beim Bewegen der Kontaktzone durch einen Keilbereich mit im wesentlichen konstanter Winkelgeschwindigkeit ausgeführt wird und daß ihre im wesentlichen radial zur Werkstückachse verlau­ fende Linearbewegung gleichzeitig stetig beschleunigt wird. Diese Beschleunigung der Linearbewegung kann gemäß der Erfin­ dung konstant sein oder, bezogen auf eine konstante relative Rotationsbewegung, zunehmen. Gemäß einer Varianten des Verfah­ rens nach der Erfindung wird die relative Linearbewegung von Werkzeug und Werkstück, bezogen auf eine konstante relative Rotationsbewegung des Werkstücks um die Werkstückachse, expo­ nential beschleunigt.

Für das Zusammenfügen und Verbinden zweier Werkstücke besonders geeignete Flächenkonturen ergeben sich, wenn die Keilprofile, wie gemäß der Erfindung weiter vorgesehen, mit einem umlaufen­ den Schleifwerkzeug, wie beispielsweise einer Schleifscheibe oder einem Schleifband, geschliffen werden. Eine weitere Ver­ besserung der Flächenkonturen entsteht durch Feinbearbeitung der Flächen mit Hon- und/oder Läppwerkzeugen. Das Schleifen der Flächen und ihre Feinbearbeitung führen zu erhöhten Halte­ kräften in der Verbindung zweier Werkstücke.

In weiterer Fortführung der Erfindung ist vorgesehen, daß in der Werkstückumfangsfläche in Umfangsrichtung hintereinander mehrere Keilbereiche erzeugt werden und daß der relativen Rotationsbewegung von Werkzeug und Werkstück um die Werkstück­ achse herum zur Erzeugung eines jeden Keilbereichs ausgehend jeweils von derselben radialen Position von Werkzeug und Werk­ stück zueinander und einer vorgegebenen Winkelposition und beginnend mit derselben Geschwindigkeit eine stetig beschleu­ nigte Linearbewegung etwa radial zur Werkstückachse überlagert wird. Auf diese Weise werden aufeinander abgestimmte Keilflä­ chen am Außenumfang und am Innenumfang miteinander zu verbin­ dender Werkstücke erzeugt, die nach dem axialen Ineinanderfü­ gen und anschließendem Verdrehen um ihre gemeinsame Achse flächig aneinanderliegen und eine stabile Verbindung der Werk­ stücke miteinander bewirken. Dadurch, daß gemäß der Erfindung mehrere Keilbereiche, insbesondere drei, vorgesehen sind, werden die miteinander zu verbindenden Werkstücke beim Ver­ binden gleichzeitig exakt zueinander zentriert.

Zwischen dem Ende eines vorangehenden Keilbereichs an der Umfangsfläche eines Werkstückes und dem Anfang eines folgenden Keilbereichs liegt ein Übergangsbereich, der dadurch erzeugt wird, daß das Werkzeug und das Werkstück am Ende des vorange­ henden Keilbereichs in zur Richtung der Linearbewegung beim Bewegen der Kontaktzone durch den vorangehenden Keilbereich entgegengesetzter Richtung relativ zueinander in die radiale Ausgangsposition am Anfang des nächsten Keilbereichs bewegt werden. Diese radiale Relativbewegung von Werkzeug und Werk­ stück im Übergangsbereich zwischen zwei Keilbereichen folgt vorzugsweise einer vorgegebenen Übergangsfunktion. Um einen möglichst kurzen und trotzdem stetigen Übergang vom Ende des vorangehenden Keilbereichs zum Anfang des folgenden Keilbe­ reichs zu erzeugen, sind die in den Ansprüchen 9 bis 13 ent­ haltenen Merkmale vorgesehen. Diese Maßnahmen stellen sicher, daß die Übergangsbereiche möglichst kurz werden, um möglichst lange Winkelbereiche für die die Stabilität der Verbindung bestimmenden Keilflächen zu reservieren. Andererseits ergeben sich stetige Übergänge, die für die Oberflächenqualität, den Produktionsablauf und die Produktionsgeschwindigkeit vorteil­ haft sind. Der Konturverlauf im Übergangsbereich schließt ruckartige Bewegungen der Schleifscheibe und des Werkstücks und Stöße beim Durchfahren der Bahn aus. Dadurch ist der Übergangsbereich sehr schnell überschleifbar.

Gemäß Anspruch 14 wird ein Geschwindigkeitsprofil der Rotati­ onsbewegung des Werkstückes vorgesehen, das im Bereich der Keilflächen eine hohe Winkelgeschwindigkeit und im Bereich der Übergänge zwischen den Keilflächen eine wesentlich niedrigere Winkelgeschwindigkeit des Werkstücks vorsieht, die auch auf Null zurückgehen kann. Auf diese Weise kann die Produktions­ zeit für die Werkstücke optimiert werden, ohne daß die Quali­ tät der Flächen und der Werkstücke beeinträchtigt wird. Die kürzesten Übergangsbereiche zwischen aufeinanderfolgenden Keilbereichen der Werkstücke erzeugt man mit den im Anspruch 15 enthaltenen Maßnahmen, die eine größtmögliche Länge der Keilbereiche gewährleisten. Wenn große Haltekräfte zwischen den Werkstücken gefordert werden, sind die Maßnahmen nach diesem Anspruch 15 angebracht.

Die Ansprüche 16 und 17 enthalten Merkmale einer Variante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens, bei der nicht die relative Lineargeschwindigkeit von Werkzeug und Werkstück zueinander beschleunigt wird, sondern ihre relative Rotations­ geschwindigkeit. Diese Umkehrung des Bewegungsgesetzes führt zu demselben Ergebnis. Anspruch 18 enthält Verfahrensangaben, welche zeigen, in welchem Ausmaß die Rotationsbewegung und die Linearbewegung aufeinander abgestimmt werden.

Mit dem Verfahren nach der Erfindung werden Kreiskeilprofile der angegebenen Art mit höchster Präzision hergestellt. Dabei ist gewährleistet, daß sowohl die Innen- wie die Außenkonturen zusammengehöriger Kreiskeilprofile formgenau gebildet werden. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren führt dabei zu komplizierten logarithmischen Kurvenverläufen der Keilflächen mit geringer Steigung, so daß sowohl das Fügen als auch das Verbinden der zusammengehörigen Teile in der vorgesehenen Weise optimal gewährleistet sind. Das gemäß dem Verfahren nach der Erfindung vorgeschlagene Schleifen der Kreiskeilprofile hat den Vorteil, daß damit die Eigenschaften der bearbeiteten Oberflächen auf relativ einfache Weise gezielt vorgegeben werden können. Dadurch kann auf die mit der Verbindung über­ tragbaren Momente und Kräfte in weitem Rahmen Einfluß genommen werden, insbesondere wenn sich an das Schleifen bzw. an son­ stige Materialabtragsmethoden eine Feinbearbeitung der Flächen anschließt. Die Steuerung der Rotationsbewegung und der Line­ arbewegung von Werkstück und Werkzeug relativ zueinander gemäß der Erfindung ermöglicht es, die hinsichtlich der Werkstück- und Werkzeugabmessungen möglichen optimalen Abmessungsverhält­ nisse von Keilflächen und Übergangsflächen zu erreichen, was ebenfalls der Größe der mit der Verbindung übertragbaren Mo­ mente und Kräfte zugute kommt. Das Geschwindigkeitsprofil der Rotationsbewegung des Werkstücks in Abhängigkeit von seiner Winkellage entsprechend der Lage der Keilflächen und der Über­ gangsbereiche erlaubt eine sehr produktive Herstellung der Verbindungselemente. Besonders vorteilhaft gestaltet sich das Schleifen der Flächenkonturen in den Übergangsbereichen, die schnell und rationell überschleifbar sind, weil sie keine Rucke und Stöße bei der Bewegung von Schleifscheibe und Werk­ stück verursachen. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens besteht darin, daß es für die Er­ zeugung und Bearbeitung von Keilflächen und Übergangsflächen an der Innen- und Außenumfangsfläche von Werkstücken gleicher­ maßen eingesetzt werden kann.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher beschrieben.

Es zeigen, alles in schematischer Darstellung:

Fig. 1 zwei ineinandergefügte Werkstücke mit nach dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren hergestellten Keilprofilen am Innen- bzw. Außenumfang in einer ersten relativen Winkelposition,

Fig. 2 die in Fig. 1 dargestellten Werkstücke in einer zweiten relativen Winkelposition,

Fig. 3 eine Anordnung zum Schleifen einer Innenumfangsflä­ che mit mehreren Keilprofilen,

Fig. 4 eine Anordnung zum Schleifen einer Außenumfangsflä­ che mit mehreren Keilprofilen,

Fig. 5 ein Drehzahlprofil der Werkstückumdrehung für das Schleifen von Keilprofilen,

Fig. 6 eine Variante des Verfahrens zum Schleifen eines Übergangsbereichs zwischen zwei aufeinanderfolgenden Keilbereichen und

Fig. 7 eine Draufsicht auf eine Maschinenanordnung zum Schleifen einer Außenumfangsfläche mit Keilprofilen.

Fig. 1 zeigt schematisch zwei zum Verbinden zusammengefügte Werkstücke 1 und 2 in einem Querschnitt. Das erste Werkstück 1 kann beispielsweise eine Nabe sein, von der in der Zeichnung nur ein Teil dargestellt ist, und das zweite Werkstück 2 eine Welle, die mit der Nabe zu verbinden ist. In der in Fig. 1 dargestellten Situation liegt zwischen den beiden ineinander­ gefügten Werkstücken ein freier Zwischenraum 11, der das Fügen und Trennen der Werkstücke erleichtert.

Es besteht die Forderung, die beiden Werkstücke 1 und 2 so miteinander zu verbinden, daß in beiden Drehrichtungen vorge­ gebene Drehmomente übertragen werden, daß die Werkstücke zu­ einander zentriert sind und daß auch Kraftübertragungen in axialer Richtung möglich sind. Dazu weisen sowohl das erste als auch das zweite Werkstück an ihren einander zugekehrten Umfangsflächen ein Mehrkeilprofil mit jeweils drei am Umfang aufeinanderfolgenden Keilbereichen K₁ bis K₃ auf. Es können je nach Anforderung an die Werkstückverbindung mehr oder weniger Keilbereiche vorgesehen sein. Im Extremfall kann auch ein einziger Keilbereich ausreichen.

Die einander gegenüberliegenden Keilflächen 4 und 6 der Werk­ stücke 1 und 2 sind wenigstens in einem Winkelabschnitt vor­ zugsweise identisch ausgebildet. Jede Keilfläche 4 bzw. 6 ver­ läuft in Umfangsrichtung entlang einer logarithmischen Spirale, wie das in der eingangs erwähnten DE 42 09 153 C2 beschrieben ist. Die innere Keilfläche 4 des ersten Werkstücks 1 verläuft parallel zur äußeren Keilfläche 6 des zweiten Werkstücks 2.

Zum Herstellen der Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück 1 bzw. 2 werden die Werkstücke durch Drehen um ihre Achse 3 zunächst miteinander in Berührung gebracht und dabei zueinander zentriert und dann durch weiteres Verdrehen miteinander verklemmt. Das dabei aufgewandte Drehmoment wird so gewählt, daß die entstehende form- und kraftschlüssige Verbindung die vorgegebenen Momente und Kräfte übertragen kann. Infolge des logarithmischen Verlaufs der Keilflächen 4 und 6 ergibt sich beim Verdrehen eine flächige Anlage, so daß Verformungen der Werkstücke unter dem Einfluß der Spannkraft nicht auftreten oder vernachlässigbar klein bleiben. Fig. 2 zeigt die Werkstücke 1 und 2 nach dem Verdrehen und Verspan­ nen. Die Keilflächen 4 und 6 liegen in weiten Winkelabschnit­ ten flächig aneinander an und sorgen für eine stabile und hochbelastbare Verbindung der Werkstücke.

Zwischen aufeinanderfolgenden Keilbereichen liegt jeweils ein Übergangsbereich U₁ bis U₃, in dem die Kontur vom Ende des vorhergehenden Keilbereichs in Umfangsrichtung zum Beginn des folgenden Keilbereichs übergeleitet wird. Die Fig. 1 und 2 zeigen, daß der einen Übergangsbereich enthaltende Winkelab­ schnitt im Vergleich mit den Keilbereichen klein ist, so daß der weitaus größte Teil der Umfangsfläche für die Verbindung der Werkstücke nutzbar ist.

Die Fig. 3 und 4 zeigen die prinzipielle Anordnung von Werkstück und Schleifscheibe zum Herstellen geeigneter Keilkon­ turen am Innen- bzw. Außenumfang der miteinander zu verbinden­ den Werkstücke 1 und 2.

In Fig. 3 ist das Erzeugen von Keilflächen 4 am Innenumfang einer nur teilweise dargestellten Nabe 1 gezeigt. Das Werk­ stück 1 ist in eine in der Zeichnung nicht dargestellte Werk­ stückaufnahme eingespannt und wird um seine Achse 3, die mit der C-Achse der Maschine zusammenfällt, in Richtung des Pfei­ les C gedreht. In einer Kontaktzone 8 wird mit der Innenum­ fangsfläche des Werkstücks eine Schleifscheibe 7 in spanabhe­ benden Kontakt gebracht, die an einem nicht gezeigten Schleif­ kopf angebracht ist, um ihre Achse angetrieben wird und mit dem Schleifkopf in X-Richtung (siehe Doppelpfeil) etwa radial zur Werkstückachse 3 verfahrbar ist. Die Linearbewegung der Schleifscheibe 7 in X-Richtung wird in Abhängigkeit von der Winkellage ϕ des Werkstücks von einer ebenfalls nicht darge­ stellten Maschinensteuerung gesteuert. Dabei wird der Drehbe­ wegung des Werkstücks um seine Achse 3 eine Linearbewegung des Werkzeugs 7 in X-Richtung überlagert.

Entsprechend ist in Fig. 4 das Erzeugen der Außenkontur eines Werkstücks mit Keilflächen 6 am Außenumfang, veranschaulicht. Das Werkstück, beispielsweise eine Welle 2, ist wie üblich in eine Werkstückaufnahme eingespannt und wird um seine Achse 3a, die mit der C-Achse der Maschine zusammenfällt, in Pfeil­ richtung C gedreht (vgl. Fig. 7). Eine Schleifscheibe 9 wird in einer Kontaktzone 12 mit der Umfangsfläche des Werkstücks in spanabhebenden Kontakt gebracht. Die Schleifscheibe 9 ist an einem üblichen, nicht dargestellten Schleifkopf angebracht und wird um ihre Achse angetrieben. Mit dem Schleifkopf ist die Schleifscheibe in X-Richtung etwa radial zur Werkstück­ achse 3a verfahrbar. Auch in diesem Fall wird die Linearbewe­ gung der Schleifscheibe 9 in X-Richtung in Abhängigkeit von der Winkellage ϕ des Werkstücks von einer nicht gezeigten Maschinensteuerung gesteuert. Auf diese Weise wird hier eben­ falls der Drehbewegung des Werkstücks eine Linearbewegung des Werkzeugs überlagert.

Das folgende Vorgehen bezieht sich sowohl auf das Schleifen der Innenkontur gemäß Fig. 3 als auch auf das Schleifen der Außenkontur gemäß Fig. 4. Bewegt sich die Kontaktzone 8 bzw. 12, in welcher sich das Werkstück und das Werkzeug in materi­ alabtragendem Kontakt miteinander befinden, in einem einen Keilbereich K enthaltenden Winkelabschnitt ϕ_A, so wird die Schleifscheibe 7 bzw. 9 in X-Richtung linear radial von der Werkstückachse 3 bzw. 3a weg bewegt, während das Werkstück rotiert. Bezogen auf eine Rotation des Werkstücks 1 bzw. 2 mit konstanter Winkelgeschwindigkeit wird die Linearbewegung des Werkzeuge 7 bzw. 9 stetig beschleunigt, solange sich die Kontaktzone im Keilbereich K befindet. Dadurch nimmt der Radi­ us r der Keilfläche 4 bzw. 6 stetig zu. Die Beschleunigung der linearen Bewegung in der X-Achse kann konstant sein, kann jedoch zu größerem Keilradius hin auch zunehmen. Besonders bevorzugt ist eine exponentiale Beschleunigung der linearen Bewegung in der X-Achse, bezogen auf eine konstante Rotations­ bewegung, weil damit für die flächige Verbindung der beiden Werkstücke optimale Flächenverläufe und Krümmungen an den Keilflächen erzeugt werden. Auf diese Weise entstehen als Keilflächen K Abschnitte von Spiralflächen, deren Verlauf einer logarithmischen Spirale folgt.

In der Winkelposition ϕ_A beim Punkt A endet der bearbeitete Keilbereich K übereinstimmend in den Darstellungen der Fig. 3 und 4 und geht in einen Übergangsbereich U über, der sich bis zum Punkt B in der Drehwinkelposition ϕ_B erstreckt. Der Flächenverlauf im Übergangsbereich verbindet das Ende des vorangehenden Keilbereichs K_n mit dem Anfang des folgenden Keilbereichs K_n+1 (n ist eine ganze Zahl größer als Null).

Beim Schleifen der Keilbereiche wandert die Kontaktzone 8 bzw. 12 in den Verfahrensbeispielen der Fig. 3 und 4 ausgehend von einem Anfangsradius r₁ am Anfang eines Keilbereichs K stetig mit zunehmender Beschleunigung radial nach außen bis sie am Ende des Keilbereichs K in der Winkelposition ϕ_A ihren größten Abstand r₂ zur Achse 3 bzw. 3a erreicht.

Im relativ kurzen Übergangsbereich wird das Werkzeug 7 bzw. 9 relativ schnell in entgegengesetzter Richtung bewegt, so daß die Kontaktzone 8 bzw. 12 von ihrem größeren Abstand r₂, den sie in der Winkelposition ϕ_A hat, zum kleineren Abstand r₁ in der Winkelposition ϕ_B zurückbewegt wird, in der der nächste Keilbereich K beginnt. Um einen stetigen Übergang vom Ende des vorangehenden Keilbereichs im Punkt A zum Beginn des nächsten Keilbereichs im Punkt B zu gewährleisten und dennoch einen möglichst kurzen Übergangsbereich zu erzeugen, wird die Bewe­ gung des Werkzeugs 7 bzw. 9 beim Schleifen der Flächenkontur im Übergangsbereich radial auf die Achse 3 bzw. 3a zu in Ab­ hängigkeit von einer vorgegebenen Übergangsfunktion gesteuert. Diese Übergangsfunktion bewirkt, daß das Werkzeug am Ende eines Keilbereichs unter Beibehaltung seiner radialen Position r₂ relativ zur Werkstückachse 3 bzw. 3a an den Anfang des folgenden Übergangsbereichs U geführt wird und daß es am Ende des Übergangsbereichs U in eine radiale Position r₁ bewegt wird, die gleich der am Anfang des folgenden Keilbereichs ist. Damit ergibt sich eine Bewegung der Kontaktzone 8 bzw. 12 im Übergangsbereich ohne radiale Sprünge in den Winkelpositio­ nen ϕ_A und ϕ_B in denen der Flächenverlauf des Übergangsbe­ reichs U in den der angrenzenden Keilbereiche übergeht. Die Geschwindigkeit der Linearbewegung des Werkzeugs 7 bzw. 9 radial zur Werkstückachse in X-Richtung am Anfang des Über­ gangsbereichs stimmt mit der Geschwindigkeit überein, die das Werkzeug am Ende des vorangehenden Keilbereichs in X-Richtung hat. Am Ende des Übergangsbereichs wird die Geschwindigkeit des Werkzeugs in X-Richtung durch die Übergangsfunktion so eingestellt, daß sie mit der Anfangsgeschwindigkeit in X-Rich­ tung am Beginn des nächsten Keilbereichs übereinstimmt. So ergeben sich am Anfang und am Ende des Übergangsbereichs keine Geschwindigkeitssprünge. Im Übergangsbereich selbst wird die radiale Geschwindigkeit des Werkzeugs nach außen dann auf Null reduziert, in umgekehrter Richtung, also zur Werkstückachse 3 bzw. 3a hin, bis zu einem vorgegebenen Grenzwert erhöht, dann wieder auf Null reduziert und in ihrer Richtung umgekehrt, so daß das Werkzeug von der Werkstückachse 3 bzw. 3a wieder radi­ al wegbewegt wird, und schließlich auf die Anfangsgeschwindig­ keit am Beginn des nächsten Keilbereichs erhöht. Auf diese Weise ergibt sich ein stetiger Bewegungsablauf ohne scharfe Richtungs- und Geschwindigkeitssprünge. Die Beschleunigung der die Linearbewegung des Werkzeugs 7 bzw. 9 am Ende eines Keil­ bereichs unterliegt, wird zunächst für ein kurzes Stück in den folgenden Übergangsbereich U fortgesetzt, bevor sie im Über­ gangsbereich selbst stark negativ und daran anschließend in umgekehrter Richtung erhöht wird, um das Werkzeug möglichst schnell in seine radiale Ausgangsposition für das Bearbeiten des nächsten Keilbereichs zurückzuführen. Dabei wird auch dafür gesorgt, daß die Beschleunigung der Linearbewegung radi­ al zur Werkstückachse am Ende des Übergangsbereichs gleich der am Ausgangspunkt B des folgenden Keilbereichs ist. Die Be­ schleunigung des Werkzeugs 7 bzw. 9 relativ zum Werkstück im Bereich U des Übergangs wird begrenzt, so daß sie einen vorge­ gebenen Höchstwert nicht überschreitet. Ebenso wird die Ände­ rung der Beschleunigung in X-Richtung im Übergangsbereich begrenzt. Die Übergangsfunktion, die den Verlauf der Werk­ stückoberfläche im Übergangsbereich U vom Endpunkt A eines vorangehenden Keilbereichs K zum Anfangspunkt B eines folgen­ den Keilbereichs repräsentiert, ist damit beispielsweise tref­ fend durch ein Polynom siebten Grades beschrieben. Dieser Flä­ chenverlauf im Übergangsbereich U hat zur Folge, daß die Bewe­ gungen des Werkzeugs 7 bzw. 9 in X-Richtung radial zur Werk­ stückachse 3 bzw. 3a in einem möglichst kleinen Winkelabschnitt völlig ruckfrei erfolgt, so daß möglichst große Umfangsab­ schnitte der Werkstücke in den Keilbereichen K für die Verbin­ dung zur Verfügung stehen. Dabei ist sichergestellt, daß die Oberflächenqualitäten der Werkstücke sowohl in den Keilberei­ chen als auch in den Übergangsbereichen höchsten Anforderungen genügen.

Um den Fertigungsprozeß für die Herstellung der Kreiskeilpro­ file auf den Innen- und Außenflächen der Werkstücke zu optimie­ ren, kann die Rotationsgeschwindigkeit der Werkstücke beim Umlauf um ihre Achse 3 bzw. 3a in Richtung C entsprechend einem vorgegebenen Geschwindigkeitsprofil 13 variiert werden. Dieses Geschwindigkeitsprofil 13 weist hohe Drehzahlen n_K in den Keilbereichen K und relativ kleine Winkelgeschwindigkeiten n_U in den Übergangsbereichen U auf. Fig. 5 zeigt ein solches Drehzahlprofil 13 in schematischer Darstellung. Die Keilberei­ che K und Übergangsbereiche U, denen die unterschiedlichen Geschwindigkeiten n_K bzw. n_U des Geschwindigkeitsprofils zuge­ ordnet sind, sind in einer horizontalen Abwicklung ebenfalls schematisch dargestellt. Die Erhöhung der Drehgeschwindigkeit der Werkstücke beim Durchgang der jeweiligen Kontaktzone 8 bzw. 12 durch einen Keilbereich K auf den Wert n_K verkürzt die Bearbeitungszeit der Werkstücke erheblich. Die Herabsetzung der Drehzahl auf n_U in die Übergangsbereiche U der Werkstücke hat einerseits zur Folge, daß die Übergangsbereiche in Umfangs­ richtung relativ kurz werden und andererseits, daß die Materi­ aleigenschaften in den Übergangsbereichen trotz der Einstechbe­ wegung des Werkzeugs nicht beeinträchtigt werden.

Ein sehr kurzer Übergangsbereich ergibt sich bei dem Vorgehen gemäß Fig. 6. Dort ist ein Profilabschnitt 2 eines Werkstücks in horizontaler Abwicklung dargestellt. Beim Schleifen eines Keilbereichs K mit einer Außenschleifscheibe 9 bewegt sich deren Achse 14 entlang einer strichpunktiert dargestellten Bewegungsbahn 16, die parallel zur Kontur der Keilfläche 6 verläuft. In Fig. 6 ist der Anstieg der Keilfläche 6 linear dargestellt, tatsächlich weist sie als Kreiskeil den Verlauf einer logarithmischen Spirale auf. Um einen möglichst kurzen Übergangsbereich U zu erzeugen, wird die Schleifscheibe 9 gemäß Fig. 6 entlang der Bewegungsbahn 16 zunächst in den Übergangsbereich U hineinbewegt und dann um den Betrag dr radial zugestellt. Wird das Werkstück 2 bei diesem Vorgang angehalten, so erhält der Übergangsbereich U eine Länge, die nur vom Radius, und einen Verlauf, der vom das Werkstück kon­ taktierenden Umfangsabschnitt der Schleifscheibe 9 abhängig ist. Die Zustellung der Schleifscheibe 9 um den Betrag dr führt die Achse in radialer Richtung zum Werkstück genau an den Anfang der Bewegungsbahn 17, in der sie geführt wird, um den folgenden Keilbereich zu schleifen. Ist es nicht erforder­ lich, den Übergangsbereich U so kurz wie möglich zu machen, so kann das Werkstück während der Einstechbewegung dr auch lang­ sam weitergedreht werden, wie das in Fig. 5 bei n_U dargestellt ist. Die Länge des Übergangsbereichs U hängt dann vom Radius der Schleifscheibe und von der Geschwindigkeit der Drehbewe­ gung des Werkstücks ab.

Soll beim Innenschleifen einer Keilkontur gemäß Fig. 3 eben­ falls ein möglichst kurzer Übergangsbereich erzeugt werden, so dreht sich der Bewegungsablauf, der in Fig. 6 beschrieben ist, um. Die Schleifscheibe 8 wird, wie oben bereits beschrie­ ben, radial auswärts bewegt, bis sie die tiefste Stelle A des Keilprofils erreicht hat. In diesem Moment wird die Drehbewe­ gung des Werkstücks 1 angehalten. Bei stillstehendem Werkstück wird die Schleifscheibe 8 dann radial in X-Richtung zur Werk­ stückachse 3 hin bewegt bis die Kontaktzone 8 auf dem Anfangs­ radius r₁ der folgenden Keilfläche liegt. In diesem Moment wird das Werkstück wieder in Drehung versetzt und das Werkzeug 8 entsprechend der zu erzeugenden Keilfläche radial in X-Rich­ tung nach außen bewegt. So wird auch im Innenprofil der Über­ gangsbereich U so hergestellt, daß er die kürzeste Länge hat, die mit Rücksicht auf die Abmessungen des Werkzeugs möglich ist.

Fig. 7 zeigt in einer schematischen Draufsicht eine Anordnung zum Ausführen des Verfahrens zum Schleifen von Keilprofilen an einer Welle 2 Die Welle ist einerseits in einem Spannfutter 18 eines Werkstückspindelstocks 19 eingespannt und anderer­ seits an der Spitze 21 eines Reitstocks zentriert. Reitstock und Werkstückspindelstock sind auf einem nicht dargestellten Maschinentisch angeordnet und mit diesem in Z-Richtung linear verfahrbar. Zum Bearbeiten der Keilflächen 6 des Werkstücks 2 ist eine kegelförmige Schleifscheibe 22 vorgesehen, die um eine zur Werkstückachse 3a schräg verlaufende Achse 23 rotiert. Die Schleifscheibe 22 ist an einem Schleifspindelstock 24 gelagert und mit diesem in X-Richtung radial zur Werkstückach­ se verfahrbar. Die Drehbewegung des Werkstücks 2 in Pfeilrich­ tung C und die radiale Linearbewegung in X-Richtung des Schleifspindelstocks werden entsprechend dem oben geschilder­ ten Verfahren gesteuert, um die gewünschten Kreiskeilprofile an dem Werkstück 2 zu erzeugen.

Um die vorgesehenen Konturen der Keilbereiche K der Profile zu schleifen, ist nach obigem vorgesehen, die Linearbewegung des Werkzeugs relativ zum Werkstück in X-Richtung radial zur Werk­ stückachse stetig zu beschleunigen. Diese Beschleunigung be­ zieht sich dabei auf konstante Rotationsgeschwindigkeit des Werkstücks. Derselbe Effekt kann dadurch erzielt werden, daß die Linearbewegung von Werkstück und Werkzeug relativ zueinan­ der mit konstanter Geschwindigkeit ausgeführt wird, während die relative Rotationsgeschwindigkeit von Werkzeug und Werk­ stück kontinuierlich entsprechend der gewünschten Kontur der Keilflächen verändert wird. In diesem Sinne kann die Rotations­ bewegung des Werkstücks beim Bewegen der Kontaktzone durch einen Keilbereich zunehmend beschleunigt werden, um den ge­ wünschten Flächenverlauf in den Keilbereichen zu erzeugen.

Da die Keilflächen dazu dienen, die Werkstücke durch Verdrehen sicher und stabil miteinander zu verbinden, können sie nur eine sehr flache Steigung haben. Dementsprechend werden die Linearbewegung und die relative Rotationsbewegung von Werkstück und Werkzeug so gesteuert, daß die von der Kontaktzone im Keilbereich radial zur Werkstückachse zurückgelegte Strecke im Verhältnis von etwa 1 : 50 bis 1 : 200 zu der in Umfangsrichtung zurückgelegten Strecke steht. Es ergibt sich also eine Stei­ gung der Keilflächen von 1 : 50 bis 1 : 200, die für eine Selbst­ hemmung nach dem Verklemmen der Werkstücke garantiert. Um die Verbindungswirkung der Flächen weiter zu erhöhen, ist es mög­ lich, die Keilflächen 4 bzw. 6 mit einem Hon- und/oder Läpp­ werkzeug zu bearbeiten, um ihre Oberflächenrauhigkeit in Rich­ tung auf höhere Haltekräfte zu verbessern.

Das Verfahren wurde hier an einem Beispiel erläutert, bei dem die Kreiskeile in Richtung zunehmender Radien geschliffen bzw. materialabtragend bearbeitet werden. Natürlich kann die Bear­ beitungsrichtung auch umgekehrt werden, so daß die Kreiskeile in der Richtung abnehmender Radien geschliffen werden, wozu der Drehbewegung des Werkstücks eine radiale Linearbewegung des Werkzeugs zur Achse hin überlagert wird. In den Übergangs­ bereichen U erfolgt in diesem Fall in Umkehrung des oben be­ schriebenen Vorgehens eine radiale Bewegung des Werkzeugs nach außen zum größeren Keilradius r₂ hin, wobei das Werkzeug im Falle der Innenkontur nach Fig. 3 eine Einstechbewegung macht und im Falle der Außenkontur nach Fig. 4 eine Rückzugsbewe­ gung ausführt.

Claims (20)

1. Verfahren zum Erzeugen von Keilprofilen an Außen- und/ oder Innenumfangsflächen von zusammenfügbaren und durch Ver­ drehen um die Werkstückachse miteinander verklemmbaren Werk­ stücken, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück bearbei­ tungsgerecht eingespannt wird, ein Werkzeug in einer Kontakt­ zone mit der zu bearbeitenden Umfangsfläche des Werkstücks in materialabtragenden Kontakt gebracht wird und das Werkzeug und das Werkstück entsprechend der gewünschten Keilkontur rotativ um die Werkstückachse und linear quer zur Werkstückachse rela­ tiv zueinander bewegt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rotative und die lineare Relativbewegung von Werkzeug und Werkstück derart gesteuert werden, daß die Drehbewegung beim Bewegen der Kontaktzone durch einen Keilbereich mit im wesent­ lichen konstanter Winkelgeschwindigkeit ausgeführt wird und daß ihre im wesentlichen radial zur Werkstückachse verlaufende Linearbewegung gleichzeitig stetig beschleunigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Linearbewegung von Werkzeug und Werkstück beim Bewegen der Kontaktzone durch einen Keilbereich der Werk­ stückumfangsfläche bezogen auf eine konstante relative Rota­ tionsbewegung um die Werkstückachse mit konstanter Beschleu­ nigung erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Linearbewegung von Werkzeug und Werkstück beim Bewegen der Kontaktzone durch einen Keilbereich der Werkstückumfangsfläche bezogen auf eine konstante relative Rotationsbewegung um die Werkstückachse mit zunehmender Be­ schleunigung erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Linearbewegung von Werkzeug und Werkstück beim Bewegen der Kontaktzone durch einen Keilbereich der Werkstückumfangsfläche bezogen auf eine konstante relative Rotationsbewegung um die Werkstückachse exponential beschleu­ nigt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Werkstückumfangsfläche in Umfangs­ richtung hintereinander mehrere Keilbereiche erzeugt werden und daß der relativen Rotationsbewegung von Werkzeug und Werkstück um die Werkstückachse herum zur Erzeugung eines jeden Keilbereichs ausgehend jeweils von derselben radialen Position von Werkzeug und Werkstück zueinander und einer vorgegebenen Winkelposition und beginnend mit derselben Ge­ schwindigkeit eine stetig beschleunigte Linearbewegung etwa radial zur Werkstückachse überlagert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug und das Werkstück am Ende eines Keilbereichs in einem Übergangsbereich in zur Richtung der Linearbewegung beim Bewegen der Kontaktzone durch den vorangehenden Keilbereich entgegengesetzter Richtung relativ zueinander in die radiale Ausgangsposition am Anfang des nächsten Keilbereichs bewegt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung von Werkzeug und Werkstück zueinander im Übergangsbereich zwischen dem Ende des vorange­ henden und dem Anfang des folgenden Keilbereichs in Abhängig­ keit von einer vorgegebenen Übergangsfunktion gesteuert wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug unter Beibehaltung seiner radialen Position relativ zur Werkstückachse vom Ende des vorangehenden Keilbereichs an den Anfang des folgenden Über­ gangsbereichs geführt wird und daß es zum Ende des Übergangs­ bereichs hin in eine radiale Position bewegt wird, die gleich der am Anfang des folgenden Keilbereichs ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Linearbewegung des Werkzeugs radial zur Werkstückachse am Anfang des Übergangsbe­ reichs zunächst mit der am Ende des vorangehenden Keilbereichs übereinstimmt, im Übergangsbereich auf Null reduziert und in umgekehrter Richtung erhöht wird und daß sie zum Ende des Übergangsbereichs hin erneut auf Null reduziert und dann vor Erreichen der radialen Ausgangsposition am Anfang des nächsten Keilbereichs in umgekehrter Richtung auf die Anfangsgeschwin­ digkeit erhöht wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Beschleunigung der Linearbewegung des Werkzeugs radial zur Werkstückachse am Anfang des Übergangs­ bereichs gleich der am Endpunkt des vorangehenden Keilbereichs ist und daß sie am Ende des Übergangsbereichs gleich der am Ausgangspunkt des folgenden Keilbereichs ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Beschleunigung der Linearbewegung des Werkzeugs radial zur Werkstückachse im Übergangsbereich zwi­ schen dem Endpunkt eines vorangehenden und dem Ausgangspunkt eines folgenden Keilbereichs einen vorgegebenen Höchstwert nicht überschreitet.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß für die Änderung der Beschleunigung des Werkzeugs radial zur Werkstückachse beim Durchlaufen des Übergangsbereichs ein bestimmter Wert vorgegeben und eingehal­ ten wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der relativen Rotationsbewegung von Werk­ stück und Werkzeug ein Geschwindigkeitsverlauf vorgegeben wird, bei dem die Rotationsbewegung mit hoher Winkelgeschwin­ digkeit gesteuert wird, solange die Kontaktzone von Werkzeug und Werkstück einen Keilbereich der Umfangsfläche durchläuft und mit niedrigerer Winkelgeschwindigkeit gesteuert wird, solange die Kontaktzone sich in einem Übergangsbereich zwi­ schen aufeinanderfolgenden Keilbereichen befindet.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die relative Bewegung von Werkstück und Werkzeug mit den am Ende des vorangehenden Keilbereichs gelten­ den Vorgaben für die Rotation und die Linearbewegung über das Ende des Keilbereichs hinaus in den Übergangsbereich hinein fortgesetzt wird, daß sie beendet wird, sobald das Werkzeug einen vom Werkzeugdurchmesser abhängigen Abstand vom Endpunkt des vorangehenden Keilbereichs erreicht hat, daß Werkzeug und Werkstück aus dieser im Übergangsbereich erreichten Position in einer der im Keilbereich ausgeführten Linearbewegung entge­ gengesetzten Richtung zueinander zurückbewegt werden, während die Geschwindigkeit der Rotationsbewegung wenigstens stark herabgesetzt ist, daß die Rückbewegung beendet wird, sobald Werkzeug und Werkstück relativ zueinander die radiale Ausgangs­ position für die Erzeugung der Keilfläche im folgenden Keilbe­ reich erreicht haben und daß die relative Bewegung von Werk­ stück und Werkzeug mit den für den folgenden Keilbereich geltenden Vorgaben aus dem Übergangsbereich in den Keilbereich hinein fortgesetzt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß während der Bewegung der Kontaktzone im Keilbereich die relative Rotationsgeschwindigkeit von Werkzeug und Werkstück kontinuierlich verändert wird und gleichzeitig die relative Lineargeschwindigkeit radial zur Werkstückachse konstant gehalten wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Beschleunigung der Rotationsbewegung beim Bewegen der Kontaktzone durch einen Keilbereich kontinu­ ierlich verändert wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Rotationsbewegung und die Linearbewegung von Werkzeug und Werkstück zueinander derart gesteuert werden, daß die von der Kontaktzone im Keilbereich radial zur Werk­ stückachse zurückgelegte Strecke im Verhältnis von etwa 1 : 50 bis 1 : 200 zu der in Umfangsrichtung zurückgelegten Strecke steht.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenkonturen der Keilprofile mit einem umlaufenden Schleifwerkzeug geschliffen werden.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenkonturen der Keilprofile mit einem Hon- und/oder Läppwerkzeug feinbearbeitet werden.