LU88776A1 - Verfahren zum flexiblen Profilieren von Schleifschnecken - Google Patents

Description

Verfahren zum flexiblen Profilieren von Schleifschnecken

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Profilieren ein- oder mehrgängiger Schleifschnecken für das Schleifen von Zahnflanken nach dem Prinzip des kontinuierlichen Wälzschleifens.

Stand der Technik

Bei den bekannten Verfahren zum Profilieren von Schleifschnecken wird in vielen Fallen ein scheibenförmiges Profilierwerkzeug verwendet. Dieses Profilierwerkzeug wird mittels einer Hubbewe-gung parallel zur Achse 21 einer Schleifspindel mit einer aufge-spannten rotierenden Schleifschnecke 20 bewegt, wobei das auf einer Profilierspindel mit der Achse 22 aufgespannte Profilier-werkzeug 1 den Kopf, die Flanke und/oder den Fuss einer oder beider Flanken des Schleifschneckenganges berührt. Die Hubbewe-gung des Profilierwerkzeuges 1 und die Rotationsbewegung der Schleifschnecke 20 sind dabei genau aufeinander abgestimmt, so dass nach einer Schneckenumdrehung das Profilierwerkzeug den Weg Pi X Modul X Gangzahl zurückgelegt hat. Aus der Vielzahl der diesbezüglich bekannten Verfahrensspezifikationen sind zwei all-gemeine Prinzipien bekannt.

Bei Prinzip I besitzt der aktive Bereich des scheibenförmigen Profilierwerkzeuges ein ein- oder doppelkegeliges Profil (Fig. 1a). Wâhrend des Prof iliervorganges fiihrt diese Profilform zu einem Linienkontakt zwischen dem Profilierwerkzeug 1 und einem Achsschnitt des Schleifschneckenganges 2. Diese Kontaktverhält-nisse haben den Vorteil, dass mit einer Hubbewegung 3 über der Breite der Schleifschnecke bs die gesamte Höhe des Schneckenganges h einschliesslich der Fuss- und Kopfbereiche profiliert werden kann. Die Folge sind sehr kurze Profilierzeiten. Nachteilig wirkt sich dieses Verfahren jedoch bezüglich der Erzeugung von Modifikationen in Richtung der Schneckenganghöhe h aus. Diese können nur einmalig in das ein- bzw. doppelkegelige Profil des Profilierwerkzeuges gelegt werden. Nachträgliche Änderungen die-ser Modifikationen sind sehr zeit- und kostenaufwendig. Da bei diesem Verfahrensprinzip immer ganze Bereiche eines Schnecken-gang-Achsschnittes im Eingriff sind, wird es im weiteren als Profilabrichten bezeichnet.

Prinzip II nutzt ein scheibenförmiges Profilierwerkzeug, das im aktiven Bereich ein Radiusprofil besitzt (Fig 1 b). Der Kontakt zwischen Profilierwerkzeug 1 und Schneckengang 2 ist bei diesem Werkzeug punktförmig. Während einer Hubbewegung 3 über der Schleifschneckenbreite bs wird somit immer nur ein eng begrenzter Bereich der Schneckenganghöhe h profiliert. Zur Profilierung des gesamten Schneckenganges sind eine Vielzahl von Abrichthüben notwendig, wobei das Profilierwerkzeug nach jedem Hub urn einen definierten Betrag Δ U entlang eines Schneckengang-Achsschnittes bewegt wird. Besonders bei Schleifschnecken mit grossem Modul führt dieses Profilierprinzip zu langen Profilierzeiten. Bekannt ist aber auch, dass dieses Verfahren infolge des Punktkontaktes im Eingriffsbereich für das Erzeugen von Modifikationen über der Schneckenganghöhe sehr vorteilhaft ist. Im weiteren soli dieses Verfahrensprinzip als zeilenweises Abrichten bezeichnet werden.

Ziel der Lösuncr

Mit dem vorgeschlagenen Profilierverfahren sollen die Vorteile der beiden bekannten Profilierprinzipien verbunden und die Nach-teile vermieden werden. Der Erfindung gemäss soli das Verfahren ein einfaches Erzeugen und schnelles Ändern von Modifikationen über der Schneckenganghöhe bei gleichzeitig kurzer Profilier-zeit ermöglichen. Durch Verwendung einer nach diesem Verfahren profilierten Schleifschnecke für das kontinuierliche Wälz-schleifen kann so auf veränderte einfache Profilmodifikationen (Kopfrücknahmen, Fussrücknahmen, Fussausrundungen, Profilwinkel) schnell reagiert werden.

Die Erfindung soil nachstehend erläutert werden. In den dazuge-hörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1a das Prinzip des Profilabrichtens zum Profilieren von Schleifschnecken

Fig. 1b das Prinzip des zeilenweisen Profilierens von Schleifschnecken

Fig. 2a die Formelemente eines Achsschnittes des Schleifschnek-kenganges

Fig. 2b ein schwenkbares Profilierwerkzeug, das sich in seinem aktiven Bereich aus mehreren Elementen zusammensetzt

Fig. 2c eine Zuordnungsmatrix fiir die Zuordnung der Elemente des Profilierwerkzeuges zu den Formelementen eines Achsschnittes des Schleifschneckenganges

Fig. 3a bis Fig. 3d ein erstes Beispiel fiir einen Ablauf beim flexiblen Profilieren von Schleifschnecken

Fig. 4a bis Fig. 4d ein zweites Beispiel fiir einen Ablauf beim flexiblen Profilieren von Schleifschnecken

Fig. 5a und 5b das Schwenken der Schleifschnecke als eine weitere Methode fiir das flexible Profilieren von Schleif schnecken Lösungsvorschlag

Der Achsschnitt eines Schleifschneckenganges bei einer definier-ten Schleifschneckenbreitenposition lässt sich iiber der Ganghöhe h in verschiedene Formelemente unterteilen (Fig. 2a). Fiir eine Flankenseite des Schneckengang-Achsschnittes ergeben sich bei-spielsweise folgende Formelemente: - Kopf 4 - Kopfabrundung 5 mit dem Radius r - erster Flankenbereich 6 mit dem Höhenballigkeitsradius HBR und dem Eingriffswinkel ai - zweiter Flankenbereich 7 mit dem Eingriffswinkel ai Fuss 8

Jedes Formelement stellt ein eigenes, abgegrenztes zweidimensio-nales Geometrieelement (Gerade, Kreis, u.s.w.) dar. Eine Flan- kenseite des Schleifschneckengang-Achsschnittes kann grundsätz-lich aus allen Formelementen bestehen, muss es aber nicht zwangsläufig. Ein einfacher Fall eines Achsschnittes des Schleifschneckenganges ergibt sich aus der Aneinanderreihung der Formelemente Kopf, Flanke und Fuss (jeweils für die linke und rechte Flankenseite). Das in Fig. 2b dargestellte Profilierwerk-zeug setzt sich in seinem aktiven Bereich ebenfalls aus einzel-nen Elementen zusammen. Es kann pro Flanke mehrere linienförmi-ge, radiusförmige oder sonstige Bereiche besitzen. Im konkreten Fall der Fig. 2b besteht der aktive Bereich aus zwei linienför-migen Flankenbereichen 9 und 10 sowie einem radiusförmigen Kopf-bereich 11. Eine besondere Bedeutung hat bei diesem Profilier-werkzeug der urn den Winkel ajcRwz unterschiedliche Anstieg der beiden linienförmigen Flankenbereiche.

Das vorgeschlagene Profilierprinzip beruht nun darauf, dass mit-tels einer Zuordnungsmatrix (Fig.2c) bezüglich des Profilierens den Formelementen des Schleifscheckengang-Achsschnittes, die flexibel änderbar sein müssen (z.B. Kopfabrundungsradius, Kopf- oder Fussrücknahmen der Flankenbereiche) und/oder nur kurze li-nienförmige Bereiche eines Schneckengang-Achsschnittes darstellen, als Werkzeugelement der Kopfradius zugeordnet wird. Diese Formelemente werden dann in mehreren Profilierhüben (zeilenweise) abgerichtet. Längeren Bereichen des Schneckengang-Achsschnittes (beispielsweise die Flankenbereiche) werden Werk-zeugelemente zugeordnet, die einen Linienkontakt ermöglichen. Die Profilierzeit kann so im Gegensatz zum zeilenweisen Profi-lieren des gesamten Schneckenganges wesentlich verkürzt werden. Für einige Formelemente des Schneckengang-Achsschnittes (z.B. der Kopf und Fuss) steht infolge ihrer geometrischen Anordnung innerhalb des Schneckengang-Achsschnittes meist nur ein Werkzeugelement zur Wahl. In diesem Fall sind also einschränkende Be-dingungen zu beachten.

Die universelle Nutzung der beiden linienförmigen Flankenbereiche des Profilierwerkzeuges macht ein Kippen bzw. Schwenken des Profilierwerkzeuges urn die eingezeichnete Drehachse F (Fig. 2b) notwendig. Mit Hilfe dieser Schwenkung wird die Möglichkeit er-öffnet, mit einem Profilierwerkzeug die Flankenbereiche des Schneckengang-Achsschnittes mit unterschiedlichen Eingriffswin-keln zu profilieren (z.B. für die Erzeugung von Kopf- oder Fussrücknahmen). Es ist weiterhin sogar möglich, die Differenz zwi-schen den beiden Eingriffswinkeln innerhalb des Intervalls 0 (<Xi.(X2) zu variieren. Es muss lediglich berücksichtigt werden, dass die Differenz zwischen den beiden Eingriffswinkeln der Flankenbereiche des Schneckengang-Achsschnittes (ai.0.2) stets kleiner oder gleich dem Winkel a^Rwz des Prof ilierwerkzeuges ist. Wie dieses Schwenken genau erfolgt, wird anhand eines Ablaufs zum Profilieren einer Flankenseite des Schneckenganges (z.B. die linke Flanke) im folgenden dargelegt (Fig. 3a bis Fig 3d).

Der Achsschnitt 2 des zu profilierenden Schneckenganges besteht je Flankenseite aus den fiinf Formelementen Kopf 4, Kopfabrundung 5, Flankenbereich mit cti 6, Flankenbereich mit 0C2 7 und dem Fuss 8. Jedem dieser Formelemente wird mittels der Zuordnungsmatrix ein Werkzeugelement zugeordnet, wobei zwischen den Kriterien Profilierzeit, Erzeugung von Modifikationen in Schneckenganghöhe und den einschränkenden Bedingungen abzuwägen ist, welches Werkzeugelement verwendet wird. Die Zuordnungsmatrix fiir das Bei-spiel ist Fig. 2c zu entnehmen. Nach dieser Zuordnung kann der Profiliervorgang prinzipiell mit jedem Formelement starten, wobei es zweckmässig ist, am Kopf oder Fuss zu beginnen. In dem Beispiel (Fig. 3a) wurde mit dem Kopf begonnen. Entsprechend der Zuordnungsmatrix wird dieses Formelement mit dem Werkzeugelement Kopfradius 11 profiliert. Das Werkzeug wird dazu einmalig urn ei-nen Zustellbetrag zugestellt und dann in mehreren Hüben (Zeilen) von der Mitte des Kopfes eines Schneckengang-Achsschnittes beginnend entlang des Schneckengangkopfes verfahren. 1st das Ende des Formelementes erreicht, wird geprüft, welches Formelement als nâchstes mit welchem Werkzeugelement profiliert wird. Im Beispielfall ist dies die Kopfabrundung 5, die wiederum (hier aus Gründen der Flexibilität) mit dem Kopfbereich des Werkzeuges 11 zeilenweise profiliert werden soli (Fig. 3b). Für die Erzie-lung eines tangentialen Überganges zum nächsten Formelement ist ein Schwenken des Profilierwerkzeuges mittels der F-Achse urn den

Winkel cîkrwz notwendig. 1st auch dieses Formelement profiliert, erfolgt nachfolgend das Profilieren des ersten Flankenbereiches 6 des Schneckengang-Achsschnittes. Dieser erstreckt sich über einen grosseren Linienbereich, so dass in diesem Fall ein zei-lenweises Profilieren uneffektiv ist. Über die Linearachsen U und V wird somit der erste linienförmige Werkzeugbereich 9 mit dem ersten Flankenbereich 6 des Schneckengang-Achsschnittes zum Eingriff gebracht (Fig. 3 c). Beim Profilieren des zweiten Flankenbereiches 7 des Schneckengang-Achsschnittes wird eine ver-gleichbare Vorgehensweise durchgeführt. Das Profilieren mittels des Profilabrichtens im Linienkontakt ist auch hier effizienter. Da jedoch der Anstieg (Eingriffswinkel) des zweiten Flankenbereiches 7 des Schneckengang-Achsschnittes vom ersten abweicht, muss das Profilierwerkzeug mittels der Drehachse F so geschwenkt und mit Hilfe der Linearachsen U und V so verfahren werden, dass der zweite linienförmige Bereich des Werkzeuges 10 zum Eingriff kommt (Fig.3d). Das Profilieren des Fussbereiches 8 des Schnek-kengang-Achsschnittes erfolgt schliesslich wieder mit dem Kopf-bereich des Profilierwerkzeuges 11. Dazu muss das Werkzeug wieder in seine Ausgangslage geschwenkt und mit den Linearachsen U und V entsprechend positioniert werden.

Die zweite Flankenseite des Schneckenganges (im Beispiel die rechte Flanke) kann entweder in Anschluss an die erste oder mit einem zweiten Profilierwerkzeug, das mit den entsprechenden Ach-sen verfahren werden kann, gleichzeitig zur ersten Flankenseite profiliert werden.

In Fig. 4a bis Fig. 4d ist ein vergleichbarer Ablauf darge-stellt. Nur stand in diesem Fall fiir den Flankenbereich 7 des Schneckengang-Achsschnittes ein zweiter linienförmiger Werkzeug-bereich nicht zur Verfügung. Aus diesem Grund war fur das Profi-lieren der Kopfabrundung des Schneckengang-Achsschnittes ein Schwenken des Profilierwerkzeuges nicht notwendig und es musste für das Profiliern des Formelementes 7 das Werkzeugelement Kopf-radius 11 gewählt werden. Die Auswahl des Werkzeugkopfradius für das Profilieren des Flankenbereiches 7 kann insbesondere auch dann günstig sein, wenn dieses Formelement längenmässig kurz ist und zwischen den Flankenbereichen 6 und 7 eine Differenz der

Eingriffswinkel liegt, die grosser (Xkrwz ist.

Angemerkt sei noch, dass die Erzeugung von unterschiedlichen Eingriffswinkeln eines Flankenbereiches des Schneckengang-Achsschnittes nicht nur durch die Nutzung der F-Achse des Profi-lierwerkzeuges möglich ist, sondern auch durch ein Schwenken der Schleifenschnecke um die Drehachse C und/oder die Drehachse A realisiert werden kann (Fig. 5b). Selbstverständlich sind auch bei diesen Schwenkbewegungen für ein richtiges Positionieren des Schleifschneckenganges relativ zum Profilierwerkzeug simultan Korrekturbewegungen in X- und Y-Richtung notwendig. Fig. 5a zeigt hierzu das Profilieren des ersten Flankenbereiches 6 mit dem Eingrif f swinkel cti ohne Schwenken der Schleifschnecke und Fig. 5b das Einschwenken der Schleifschnecke mittels der C-Achse für das Profilieren des Flankenbereiches 7 mit dem Eingriffswin- kel a2. Auch beim Schwenken mit diesen Drehachsen ist die Bedin-gung :

einzuhalten.

Claims (6)

1. Verfahren zum Profilieren ein- oder mehrgängiger Schleifschnecken, bei dem ein scheibenförmiges Profilierwerkzeug eine wiederholte Hubbewegung entlang einer rotierenden Schleif-schnecke ausführt und welches zur Erzeugung von Schneckengang-Höhenmodifikationen angepasst positioniert wird, dadurch gekenn-zeichnet, dass in Bereichen eines Schleifschneckengang-Achsschnittes, in denen keine oder nur höhenballige Formmodifi-kation des Profils vorliegt, itn Profilabrichtverfahren (mit Li-nienkontakt) und in Flankenbereichen, die Formmodifikationen aufweisen, sowie in den Bereichen Fuss, Kopf und Kopfabrundung eines Schneckengang-Achsschnittes im zeilenweisen Abrichtverfah-ren (mit Punktkontakt) profiliert wird, wobei jede der beiden Flankenseiten eines Schleifscheckengang-Achsschnittes dazu in einzelne Formelemente unterteilt wird.

2. Verfahren zum Profilieren ein- oder mehrgängiger Schleifschnecken, bei dem ein scheibenförmiges Profilierwerkzeug eine wiederholte Hubbewegung entlang einer rotierenden Schleif-schnecke ausführt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung von zwei Formelementen mit unterschiedlichen Eingriffswinkel eines Schneckengang-Achsschnittes ein spezielles Profilierwerkzeug zwischen zwei Profilierhüben eine Zusatzbewegung in Form einer Schwenkbewegung urn eine Drehachse (F) ausführt, wobei die Grosse des Schwenkwinkels von der Differenz der gewünschten Eingriffs-winkel (ai - a2 ) = Δ a^R und von der Geometrie des Prof ilierwerk-zeuges abhângt, wobei das Schwenken des Profilierwerkzeuges durch ein Schwenkbewegung der Schleifschnecke um eine zweite Drehachse (C und/oder A) ersetzt oder erganzt werden kann.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich-net, dass den Formelementen eines Schleifschneckengang-Achsschnittes auf der Grundlage einer Zuordnungsmatrix einzelne Profilierwerkzeugsegmente eines speziellen scheibenfôrmigen Pro-filierwerkzeuges zugeordnet werden.

4. Scheibenförmiges Profilierwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit zwei mit Hart-stoffkörnern beschichteten Flanken , die im Axialschnitt je ein geradliniges oder bogenfôrmiges Segment (9) zum Abrichten im Profilabrichtverfahren aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug zusätzlich einen Kopfrundungsradius (11) zum zei-lenweisen Abrichten aufweist.

5. Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , dass es an beiden Flanken im Axialschnitt zwei geradlinige oder bogenfôrmi-ge Segmente (9, 10) aufweist, wobei sich die Eingriffswinkel der beiden Segmente (9, 10) in einem Winkel (aKRwz) schneiden.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend eine Schleifspindel mit einer Schleifspindelachse (21) sowie eine Profilierspindel mit einer Profilierspindelachse (22), wobei die Profilierspindel relativ zur Schleifspindel parallel zur Schleifspindelachse (21) ver-schiebbar und radial zustellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierspindel relativ zur Schleifspindel um eine zur Schleifspindelachse (21) senkrechte Achse (F) und/oder die Schleifspindel relativ zur Profilierspindel um eine zur Profi-lierspindelachse (22) senkrechte Achse (C) schwenkbar ist.