EP1276581A2 - Spanabhebendes profilwerkzeug zur herstellung von spiral- und hypoidkegelrädern - Google Patents

Spanabhebendes profilwerkzeug zur herstellung von spiral- und hypoidkegelrädern

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EP1276581A2
EP1276581A2 EP00989925A EP00989925A EP1276581A2 EP 1276581 A2 EP1276581 A2 EP 1276581A2 EP 00989925 A EP00989925 A EP 00989925A EP 00989925 A EP00989925 A EP 00989925A EP 1276581 A2 EP1276581 A2 EP 1276581A2
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EP
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EP00989925A
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Inventor
Josef Sicklinger
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ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23FMAKING GEARS OR TOOTHED RACKS
    • B23F21/00Tools specially adapted for use in machines for manufacturing gear teeth
    • B23F21/02Grinding discs; Grinding worms
    • B23F21/023Face-mill-type, i.e. cup-shaped, grinding wheels
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23FMAKING GEARS OR TOOTHED RACKS
    • B23F21/00Tools specially adapted for use in machines for manufacturing gear teeth
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    • B23F21/00Tools specially adapted for use in machines for manufacturing gear teeth
    • B23F21/12Milling tools
    • B23F21/14Profile cutters of disc type
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23FMAKING GEARS OR TOOTHED RACKS
    • B23F21/00Tools specially adapted for use in machines for manufacturing gear teeth
    • B23F21/12Milling tools
    • B23F21/22Face-mills for longitudinally-curved gear teeth

Definitions

  • the present invention relates to a profile tool for machining workpieces in the form of spiral and hypoid bevel gears, in particular for motor vehicle transmissions, according to the preamble of claim 1.
  • Chamfer on the tooth base is required if the cutting wheel also produces a head edge break during gear hobbing. In many cases, a rounding or chamfer is also provided as a transition from the active flank to the outer diameter, which is often roughly tolerated. Special gears are used for special applications, e.g. B. the so-called Symmarc gears for heavy-duty gearboxes.
  • the CNC dresser can have a rotating dressing tool in the form of a diamond roller.
  • the vertical position of the axis of rotation of the diamond roller is determined by the working area.
  • the dressing spindle is arranged on a cross slide that can be moved in two CNC axes.
  • the diamond form roller is guided along the contour of the grinding wheel, its geometric parameters, i. H. the profile radius and the diameter are taken into account.
  • Diamond form rollers have a considerably higher stability of the profile radius compared to the standing dressing tools, so that even grinding wheel contours with a large profile angle range can be precisely dressed. They are therefore suitable for both partial hob grinding and profile grinding.
  • the grinding wheel profile coordinates i.e. H.
  • the target contour is calculated using special software based on the workpiece data, taking into account the specific conditions of the gear hobbing or profile grinding.
  • the calculated grinding wheel profiles are basic forms that can be described mathematically, namely straight lines for partial hob grinding and involutes for profile grinding. Most known CNC controls can only process straight lines, arcs or splines. If the basic shapes are to be modified for the reasons described above, If they are superimposed, they must generally be described by tables of support points due to the complex calculation.
  • the object of the present invention is to propose a profile tool with which the design options in the design, taking into account the growing demands on the functionality of bevel gear sets, in particular the smoothness, the load-bearing capacity and the relocability, as well as with regard to simple assembly and economical production Development of bevel drives improved and special profile shapes made possible.
  • the invention therefore provides that the profile of a profile tool for the machining of spiral and hypoid bevel gears defined by the exclusive use of straight lines and circles and their combinations is changed in the radial direction by superimposing an n-th order polynomial.
  • the profiles of these sections then result from the radial overlay of the conventional profile elements, ie straight line and / or circle, with the new profile element, ie the nth order polynomial.
  • the coordinate origin can be freely selected for each polynomial used and in the simplest case lies at the transition from one section to the other.
  • n-th order polynomials for defining the tool profile shape is that additional degrees of freedom can be added via the coefficients Ki to generate the workpiece geometry. This extends the design options in the development of bevel gears and enables special profile shapes. The profile deviations, for example on a ring gear, can be significantly reduced.
  • the generation of the tool profile shape via the machine kinematics is state of the art. This can be done on the production machine as well as on a special machine for tool manufacture or tool reprocessing.
  • the profile shapes according to the invention can be produced on the tool by appropriate development or adaptation of the software. The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, in which an advantageous exemplary embodiment of a profile tool designed according to the invention is shown. Show it:
  • Fig. 1 shows a radial section through such a tool
  • Fig. 2 is an enlarged view of part of the
  • FIG. 1 shows a radial section through a profile tool designed according to the invention, which is suitable for machining spiral and hypoid bevel gears, for example for the bevel drive of a motor vehicle transmission.
  • profile element is added to these known profile sections in the form of straight lines and circles an nth order polynomial is described.
  • This profile element can optionally be used in profile sections 3 to 5, the profile shape within these individual sections resulting from the radial superimposition of the two profile elements, ie a straight line and / or a circle with the nth order polynomial.
  • the coordinate origin for each polynomial used can be freely selected and in the simplest case lies at the transition from one section to the adjacent section.
  • the individual polynomial can, as shown in FIG. 2, be defined as follows:
  • ⁇ _rp K 2 * ⁇ _xp 2 + K 3 * ⁇ _xp 3 + ... K i * ⁇ _xp i + ... + K n * ⁇ _xp n
  • ⁇ _rp ⁇ (K x * ⁇ _xp xl )
  • the coefficients Ki are real numbers that can be freely selected for each section as required and can also assume the value 0 in special cases.
  • profile shapes which are defined by point sequences or splines if they are used as a combination of the profile elements described above (straight line, circle and polynomial) in the effective range, ie chip formation on the workpiece with a maximum len radial deviation of 0.003 mm can be approximated and if the cheapest approximation by straight line and circle is less precise.

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Abstract

Das Profilwerkzeug zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken in Form von Spiral- und Hypoidkegelrädern insbesondere für Kraftfahrzeuge weist mehrere Profilabschnitte auf in Form von Kreisen oder Geraden. Einigen dieser Profilabschnitte wird wahlweise ein Profil radial überlagert, das ein Polynom n-ter Ordnung ist.

Description

Profilwerkzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Profilwerkzeug zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken in Form von Spiral- und Hypoidkegelrädern, insbesondere für Kraftfahrzeuggetriebe, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine Optimierung moderner Getriebe für Kraftfahrzeuge hinsichtlich der Leistungsdichte, der Übertragungsgenauigkeit und der Geräuscharmut bedingt auch eine funktionsgerechte Auslegung der überwiegend gehärteten und geschliffenen Zahnräder. So sind die weitverbreitenden Evolventen- Verzahnungen zunehmend mit Zahnprofilmodifikationen verse- hen, um durch gewollte Kopf- bzw. Fußrücknahme innerhalb der aktiven Flanke stoßfreie Eingriffsverhältnisse zu ermöglichen. Für den Zahnfußbereich wird als Voraussetzung für eine hohe Zahnfußfestigkeit eine Fußrundung als Übergang von der aktiven Flanke zum Zahnlückengrund gefordert. Beim Schleifen von Schneidrädern ist das Erzeugen einer
Fase am Zahnfuß erforderlich, wenn beim Zahnradwälzstoßen das Schneidrad auch die Herstellung eines Kopfkantenbruchs übernimmt. Vielfach ist auch eine Rundung oder Fase als Übergang von der aktiven Flanke zum oft grob tolerierten Außendurchmesser vorgesehen. Für spezielle Anwendungsfälle werden Sonderverzahnungen eingesetzt, wie z. B. die sogenannten Symmarc-Verzahnungen für Schwerlastgetriebe.
Die Vielfalt der Profilelemente und die funktionsge- rechte Auslegung der Verzahnungen bewirkt eine Tendenz zur weiteren Automatisierung. Die dazu erforderliche Flexibilität, beispielsweise des Abrichtens dieser Vielfalt von Profilelementen mittels eines CNC-Abrichters für das Teilwälz- schleifen wurde in einem Artikel mit dem Titel "Komplexe Profile doppelkegelförmiger Schleifkörper für Zahnflanken numerisch gesteuert abrichten" beschrieben, der in der Zeitschrift Werkstatt und Betrieb, 124, 1991, Nr. 8, Sei- ten 661 bis 663 veröffentlicht worden ist.
Der CNC-Abrichter kann dabei ein rotierendes Abrichtwerkzeug in Form einer Diamantformrolle aufweisen. Die senkrechte Lage der Drehachse der Diamantformrolle wird durch den Arbeitsbereich bestimmt. Die Abrichtspindel ist auf einem in zwei CNC-Achsen fahrbaren Kreuzschlitten angeordnet. Die Diamantformrolle wird an der Schleifscheiben- kontur entlang geführt, wobei ihre geometrischen Bestimmungsgrößen, d. h. der Profilradius und der Durchmesser berücksichtigt werden. Diamantformrollen weisen gegenüber den stehenden Abrichtwerkzeugen eine wesentlich höhere Standfestigkeit des Profilradius auf, sodass auch Schleifscheibenkonturen mit großen Profilwinkelbereich genau abgerichtet werden können. Damit eignen sie sich sowohl für das Teilwälzschleifen als auch für das Profilschleifen.
Die Schleifscheiben-Profilkoordinaten, d. h. die Soll- Kontur wird dabei mit einer speziellen Software ausgehend von den Werkstückdaten unter Berücksichtigung der spezifi- sehen Bedingungen des Teilwälzschleifens oder des Profilschleifens berechnet.
Die berechneten SchleifScheibenprofile sind mathematisch beschreibbare Grundformen und zwar Geraden für das Teilwälzschleifen und Evolventen für das Profilschleifen. Die meisten bekannten CNC-Steuerungen können direkt nur Geraden, Kreisbögen oder Splines verarbeiten. Sollen den Grundformen aus den oben beschriebenen Gründen Modifikatio- nen überlagert werden, so müssen diese aufgrund der komplexen Berechnung im allgemeinen durch Tabellen von Stützstellen beschrieben werden.
Für die spanende Bearbeitung von Spiral- und Hypoidkegelrädern, wie sie in Kegelradsätzen von Kraftfahrzeuggetrieben verwendet werden, wurden bisher Profilwerkzeuge verwendet, deren Profil ausschließlich durch die Verwendung von Geraden und Kreisen und deren Kombinationen definiert wurden. Insbesondere bei der Bearbeitung von Tellerrädern im Einzelteil-Einstechverfahren weicht die in herkömmlicher Weise erzeugbare Profilform beträchtlich von der Idealform ab. Die erforderlichen Korrekturen am Gegenrad, d. h. dem Ritzel sind nur mit Einschränkungen durchführbar. Dadurch ist dieses eigentlich wirtschaftliche Verfahren nur bei größeren Übersetzungen anwendbar.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Berücksichtigung der wachsenden Anforderungen an die Funktio- nalität von Kegelradsätzen, insbesondere der Laufruhe, der Tragfähigkeit und der Verlagerungsfähigkeit, sowie im Hinblick auf eine einfache Montierbarkeit und wirtschaftliche Herstellung ein Profilwerkzeug vorzuschlagen, mit dem die Gestaltungsmöglichkeiten bei der Entwicklung von Kegeltrie- ben verbessert und spezielle Profilformen ermöglicht werden.
Ausgehend von einem Profilwerkzeug der eingangs näher genannten Art erfolgt die Lösung dieser Aufgabe mit dem im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Die Erfindung sieht also vor, dass das durch die ausschließliche Verwendung von Geraden und Kreisen und deren Kombinationen definierte Profil eines Profilwerkzeugs zur spanenden Bearbeitung von Spiral- und Hypoidkegelrädern durch Überlagerung eines Polynoms n-ter Ordnung in radialer Richtung verändert wird. Die Profile dieser Abschnitte resultieren dann aus der radialen Überlagerung der herkömmlichen Profilelemente, d. h. Gerade und/oder Kreis mit dem neuen Profilelement, d. h. dem Polynom n-ter Ordnung.
Der Koordinatenursprung ist für jedes verwendete Polynom frei wählbar und liegt im einfachsten Fall am Übergang von einem Abschnitt zum anderen.
Durch die erfindungsgemäße radiale Überlagerung von
Polynomen n-ter Ordnung zur Definition der Werkzeugprofilform wird der Vorteil erzielt, dass für die Erzeugung der Werkstückgeometrie über die Koeffizienten Ki weitere Freiheitsgrade hinzugefügt werden können. Dies erweitert die Gestaltungsmöglichkeit bei der Entwicklung von Kegeltrieben und ermöglicht spezielle Profilformen. Die Profilabweichungen, beispielsweise an einem Tellerrad können dadurch erheblich reduziert werden.
Die Erzeugung der Werkzeug-Profilform über die Maschinenkinematik ist, wie eingangs erwähnt, Stand der Technik. Dies kann auf der Produktionsmaschine sowie auch auf einer speziellen Maschine für die Werkzeugherstellung bzw. Werkzeugwiederaufbereitung erfolgen. Durch entsprechende Ent- Wicklung bzw. Anpassung der Software sind die erfindungsgemäßen Profilformen am Werkzeug herstellbar. Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbei- spiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Profilwerkzeug dargestellt ist. Es zeigen:
Fig. 1 einen Radialschnitt durch ein derartiges Werkzeug und
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Teil des
Werkzeugs .
In Fig. 1 ist ein Radialschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Profilwerkzeug dargestellt, das zur spanenden Bearbeitung von Spiral- und Hypoidkegelrädern, beispielsweise für den Kegeltrieb eines Kraftfahrzeuggetriebes geeignet ist. In herkömmlicher Weise weist dieses Werkzeug ein Profil auf mit einem ersten Profilabschnitt 1 in Form einer Geraden an der Werkzeug-Stirnseite, dessen Länge > = 0 ist, mit einem zweiten Profilabschnitt 2 in
Form eines Eckenradius zur Erzeugung der Werkstückfußausrundung, dessen Länge > 0 ist, mit einem Profilabschnitt 3 in Form einer Geraden oder eines Kreisausschnitts zur Erzeugung einer Fußrücknahme am Werkstück, dessen Länge > = 0 ist, mit einem Abschnitt 4 in Form einer Geraden oder eines Kreisausschnitts zur Erzeugung der primären Werkstückflanke, dessen Länge > 0 ist und mit einem Abschnitt 5 in Form eines Kreisausschnitts zur Erzeugung einer Kopfrücknahme am Werkstück, dessen Länge > = 0 ist.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass diesen bekannten Profilabschnitten in Form von Geraden und Kreisen ein weiteres Profilelement hinzugefügt wird, welches durch ein Polynom n-ter Ordnung beschrieben wird. Dieses Profilelement kann in den Profilabschnitten 3 bis 5 wahlweise zur Anwendung kommen, wobei die Profilform innerhalb dieser einzelnen Abschnitte aus der radialen Überlagerung der bei- den Profilelemente resultiert, d. h. einer Geraden und/oder eines Kreises mit dem Polynom n-ter Ordnung.
Der Koordinatenursprung für jedes verwendete Polynom ist frei wählbar und liegt im einfachsten Fall am Übergang von einem Abschnitt zum benachbarten Abschnitt.
Das einzelne Polynom kann dabei, wie in Fig. 2 dargestellt, wie folgt definiert werden:
Δ_rp=K2*Δ_xp2+K3*Δ_xp3+ ... Ki*Δ_xpi+ ... + Kn*Δ_xpn
In Erweiterung zu diesem Polynom, bei dem die Exponenten ganzzahlig sind, gilt auch die Verwendung nicht ganzzahliger Exponenten xi in der folgenden Form:
Δ_rp=Σ(Kx*Δ_xpxl)
als Teil der erfindungsgemäßen Profilverbesserung.
Die Koeffizienten Ki sind reelle Zahlen, die bedarfsweise für jeden Abschnitt frei wählbar sind und im Sonderfall auch den Wert 0 annehmen können.
Es ist erfindungsgemäß auch möglich, Profilformen vor- zusehen, die durch Punktfolgen bzw. Splines definiert werden, wenn sie als Kombination der oben beschriebenen Profilelemente (Gerade, Kreis und Polynom) im wirksamen Bereich, d. h. der Spanbildung am Werkstück mit einer maxima- len radialen Abweichung von 0,003 mm approximierbar sind und wenn die günstigste Näherung durch Gerade und Kreis ungenauer ist.
Bezugszeichen
1 Profilabschnitt
2 Profilabschnitt
3 Profilabschnitt
4 Profilabschnitt
5 Profilabchnitt

Claims

P a t e n t a n s p r ü e h e
1. Profilwerkzeug zur spanenden Bearbeitung von Werk- stücken in Form von Spiral- und Hypoidkegelrädern insbesondere für Kraftfahrzeuggetriebe, wobei das mit dem Werkstück in Eingriff gelangende Profil des Werkzeugs einen ersten Profilabschnitt (1) aufweist in Form einer Geraden an der Werkzeug-Stirnseite, einen zweiten Profilabschnitt (2) auf- weist in Form eines Eckenradius zur Erzeugung einer Fußausrundung, einen dritten Profilabschnitt (3) aufweist in Form einer Geraden oder eines Kreisausschnitts zur Erzeugung einer Fußrücknahme, einen vierten Profilabschnitt (4) aufweist in Form einer Geraden oder eines Kreisausschnitts zur Erzeugung der primären Flanke und einen fünften Profilabschnitt (5) aufweist zur Erzeugung einer Kopfrücknahme, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass den Profilabschnitten (3, 4, 5) zur Erzeugung der Fußrücknahme, zur Erzeugung der primären Flanke und zur Erzeugung der Kopfrücknahme wahlweise ein Profil radial überlagert wird, das ein Polynom n-ter Ordnung ist.
2. Profilwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Koordinatenursprung des Polynmons n-ter Ordnung frei wählbar ist.
3. Profilwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der der Koordinatenursprung des Polynmons n-ter Ordnung an der Übergangsstelle zwischen zwei benachbarten Abschnitten liegt.
4. Profilwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das Polynom n-ter Ordnung die folgende Form aufweist:
Δ_rp**=K2*Δ_xp2+K3*Δ_xp3+ ... K1*Δ_xp1+ ... + Kn*Δ_xpn,
wobei die Koeffizienten Ki reelle Zahlen sind und die Exponenten ganzzahlig sind.
5. Profilwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das Polynmon n-ter Ordnung die folgende Form aufweist:
Δ_rp=Σ(Kx*Δ_xpxl) ,
wobei die Koeffizienten Ki reelle Zahlen sind und die Exponenten xi nicht ganzzahlig sind.
EP00989925A 1999-12-06 2000-11-30 Spanabhebendes profilwerkzeug zur herstellung von spiral- und hypoidkegelrädern Ceased EP1276581A2 (de)

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