WO2018130260A1 - Verfahren zur hartfeinbearbeitung von verzahnungen, insbesondere innenverzahnungen und dazu geeignete werkzeugmaschine - Google Patents

Verfahren zur hartfeinbearbeitung von verzahnungen, insbesondere innenverzahnungen und dazu geeignete werkzeugmaschine Download PDF

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WO2018130260A1
WO2018130260A1 PCT/EP2017/001358 EP2017001358W WO2018130260A1 WO 2018130260 A1 WO2018130260 A1 WO 2018130260A1 EP 2017001358 W EP2017001358 W EP 2017001358W WO 2018130260 A1 WO2018130260 A1 WO 2018130260A1
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tooth
tool
machined
tooth thickness
axis
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PCT/EP2017/001358
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Karl Schäferling
Johannes BROGNI
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Gleason-Pfauter Maschinenfabrik Gmbh
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    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B19/00—Single-purpose machines or devices for particular grinding operations not covered by any other main group
    • B24B19/009—Single-purpose machines or devices for particular grinding operations not covered by any other main group for grinding profiled workpieces using a profiled grinding tool

Definitions

  • the invention relates to a method for hard fine machining of gears, in particular internal gears, and a toothing machine designed for this purpose.
  • gears are brought after hardening by hard finishing in their predetermined target final geometry.
  • any remaining allowance is removed by an abrasive machining operation, e.g. through a grinding process.
  • the profile grinding or the generating grinding are known as known methods.
  • EP 3 034 220 A1 et al. to DE 10 2010 021 749 A1 as a known method for grinding of internal teeth, as well as to WO 2014/192672 A1.
  • a removal is to be ground by continuous relative movement of the teeth of grinding tool in the interstices of the toothing of the workpiece, wherein the speed of the relative movement is greater than during skiving and / or greater than 300 m / min, in particular greater than 400 m / min, in particular greater than 500 m / min should be.
  • grinding tools can be designed as a spur gear, the tooth tip diameter and the Zahnfuß devisr can decrease over the tooth width to realize clearance angle, which could alternatively be achieved by adjusting the axes of rotation relative to each other.
  • the invention has for its object to further improve a hard fine machining process of the type mentioned, in particular with a view to a longer life of the hard finishing tool.
  • This object is achieved in procedural terms by a process for hard fine machining of gears, in particular internal gears, which is characterized essentially in that one toothed, rotating around its axis of rotation Hartfeinbearbeitungswerkmaschine in one pass or in several passes different radial feed depth under a feed motion with a to the axis of rotation of the machined toothing parallel direction component and brings under a non-zero axis cross angle in rolling machining engagement with the machined teeth and with a tooth flank portion of the tool toothing with the machined tooth facing end side in the flank line direction increasing tooth thickness material from the machined toothing ablates.
  • the tooth flank region of increasing tooth thickness at least at the beginning of a portion of increasing tooth height. This creates favorable geometric conditions for the machining operation.
  • the feed depth is changed between two passes to an extent in which a half tooth thickness difference of the removing tooth flank area is not exceeded by more than 10% and which in particular is not greater than half the tooth thickness difference and / or not less than 40 %, in particular not less than 30% of the tooth thickness difference.
  • the ratio of the tooth thickness difference of the length of the removing tooth flank region of increasing tooth thickness in the flank line direction is at least 1/200, preferably at least 1/150, more preferably at least 1/100 and in particular at most 1/20, preferably at most 1 / 30, in particular at most 1/40. This results in a favorable combination of tool life and the time required for hard finishing.
  • the length of the removing tooth flank area of increasing tooth thickness in flank line direction is at least 1x m, preferably at least 2x m, more preferably at least 4x m and in particular at least 6x m, where m is the module of the tool toothing.
  • a tooth flank area of constant or decreasing tooth thickness adjoins the tooth flank region in increasing tooth thickness in the tooth flank direction.
  • a region of decreasing tooth thickness is formed in the feed direction behind the region of increasing tooth thickness, in particular on the opposite end face.
  • a reduced feed depth change and / or feed rate is used in the last pass. This allows a smooth final pass without replacement of the grinding tool over a specially designed sizing tool.
  • the method proves to be particularly suitable for tool toothing modules measured in [mm] of at least 0.4, preferably at least 0.7, in particular at least 1 and / or 8, preferably at most 6, in particular at most 4.
  • an axis cross angle of at least 1 °, preferably at least 2 °, in particular at least 3 ° is particularly preferably provided, but this should preferably be at most 45 °, particularly preferably at most 22 °, in particular at most 18 °. In this way, suitable kinematic conditions for the machining operation are achieved.
  • the speed of the workpiece is at least 40, preferably at least 400, in particular at least 800 U / min, and / or at most 7,000, preferably at most 5,600, in particular 4,800 U / min. This represents a good compromise for an acceptable high removal rate with reduced risk of grinding burns.
  • the feed rate in mm per workpiece rotation in at least one, in particular multiple passes at most 0.2, preferably at most 0.15 and / or at least 0.01, preferably at least 0.02, more preferred at least 0.04 and in particular at least 0.06.
  • the design of the tool surface may be uniform, however, in a preferred embodiment, the abrasive surface at least in a portion of the abrasive tooth flank region near the machined tooth facing end face designed as a lying behind the tooth flank area increasing tooth thickness section, in particular in the form of a near the processed Gearing facing end face coarser grain of a Abrasivbelages.
  • the lining can be suitably adapted to the tool zones of different loads during the machining operation.
  • the type of the shape of the rise with respect to the increase in the tooth thickness and / or the tip circle diameter is preferably spherical, in particular with the curvature decreasing from the end face facing the machined toothing over the flank line direction. This can produce favorable work results in terms of a combination of tool life and quality of hard finishing.
  • the invention proposes a machine tool for hard fine machining of gears, with a rotatable clamping for a workpiece with a toothing provided for processing, in particular internal toothing, a rotationally driven clamping for a toothed Hartfeinbearbeitungstechnikzeug with moving axes for realizing a radial feed movement between the workpiece and tool for the feed movement with a direction of rotation of the machined toothing parallel direction component realizing relative movement between the workpiece and the tool, and a rotation axis for setting a non-zero axis cross angle between the tool and workpiece axis, and a control device which contains control instructions that the machine for Execution of a method according to one of the preceding method aspects controls.
  • control program containing such control instructions is also disclosed as being capable of protection on its own.
  • the invention proposes a hard fine machining tool provided with a toothing and rotatable about its axis of rotation, which has an abrasive tooth flank area with a tooth thickness increasing in the flank line area from an end face facing a toothing to be machined.
  • the hard-finishing tion tool can also have one or more of the above explained with reference to the method claims features.
  • FIG. 2 shows the tool and workpiece in a representation in which the plane of the paper is the normal plane of the common solder on the respective axes of rotation
  • Fig. 5 shows in a simplified axial sectional view of the removal mechanism of the tool
  • Fig. 6 shows schematically a gear machine construction.
  • FIG. 1 an externally toothed tool W is shown in a perspective view in engagement with an internally toothed workpiece 2.
  • the internal toothing 3 of the workpiece 2 is subjected by the toothing 4 of the tool W to a hard abrasive machining.
  • the tool W in the exemplary embodiment is a CBN-coated helical tool, but other variants are conceivable, such as e.g. Spur gears and / or diamond coated wheels.
  • the axes of rotation C of the workpiece 2 and B of the tool W are in a skewed position relative to one another and enclose an axis cross angle ⁇ , as can be seen better from FIG.
  • the processing takes place in one or preferably several stages, each with a deeper radial feed and under a feed motion, which in this embodiment is parallel to the axis of rotation C of the workpiece 2 and is represented in the illustration in Fig. 1 by the arrow with reference numeral v.
  • Fig. 3 in which the tool W is shown alone, the toothing 4 of the tool W is seen in the axial direction in three areas 4a, 4b, 4c different shape of its teeth divided.
  • the tooth thickness of the toothing 4 increases from the forward end 5 with respect to the feed direction toward the other end face so as to be constant in a central region 4 b and to fall off again in the rear region 4 c.
  • a similar course also takes the tip diameter, namely rising in the area 4a, 4b in the area constant and decreasing in the area 4c.
  • FIG. 4 shows a view in which the progression of the tooth thickness in the areas 4a, 4b, 4c can be seen even better, for the sake of simpler representation of a tool W 'of straight teeth. Shown is a section through a tooth 44, in which the cut surface lies on the pitch circle. Also drawn in each case on the left and right flank of the half tooth thickness difference ⁇ / 2 between the area of least tooth thickness on the end face 5 to the transition between the area 4a and the area 4b.
  • FIG. 4 a preferred type of increasing tooth thickness is shown in FIG. 4, namely in the form of a crown.
  • the species could also be of a conical type or with different crowning gradients.
  • the removal mechanism will now be explained with reference to the schematic drawing of FIG. 5.
  • the region L on the left of the workpiece 2 stands for the toothing 3 of the workpiece 2 with an allowance, for example, of the desired final shape of the toothing 3 (or before the n-th hard finishing stage, when the schematically illustrated engagement of the tool W of the n-th passage the hard finishing is).
  • the measurement situation is shown after the illustrated hard finishing pass (or the final state aimed at the hard finishing, if the illustrated pass is the last machining pass). It can be seen that the oversize-changing machining engagement is effected substantially by the area 4a of the workpiece W.
  • the central region 4b has a smoothing effect primarily, and the machining contact is released in the rear region 4c (clearance section).
  • the Abtrag Genevakeit of working as a coarse section section 4a increasing tooth width which can be regarded as a ramp, fully out, so corresponds to the half tooth thickness difference ⁇ / 2 in the selected Maschinenachsein ein (Achsnchwinkel ⁇ ) achievable Abrasion (ie measurement difference between before and after the respective hard finishing pass).
  • the removal performance does not have to be borne by the tooth edge on the end face 5, but rather it is distributed over the length (in the tooth width direction) of the ramp, that is to say of the region 4a of increasing tooth thickness.
  • FIG. 6 shows, on a schematic basis, a gear cutting machine 100 with the workpiece-side and tool-side machine axes on which the hard-machining method can be carried out.
  • the internally toothed workpiece 2 is held in a suitable workpiece spindle 40 and can be driven rotatably about its axis of rotation C via a drive, not shown.
  • the tool W is tool-tensioned on a workpiece spindle 50.
  • the tool spindle 50 is arranged on a tangential slide 60 whose linear movement axis runs parallel to the axis of rotation B of the tool and which is arranged on a rotary support 80.
  • the rotary carrier 80 is in turn mounted on a cross slide assembly 90.
  • the axis of the cross axis ⁇ can be adjusted by rotation about the infeed axis X.
  • the machine 100 includes a controller 99 which includes the machine axis motion control control commands necessary to control the method.
  • This is CNC-controlled, preferably using direct drives for the machine axes, whereby indirect drives are conceivable.
  • the reference numeral 22 is still a einschwenkbarer inmittsensor shown, with which the angular position of the internal teeth 3 of the clamped workpiece 2 can be determined in an Einmittoperation to synchronize the axes of rotation B, C for the in-phase rolling machining engagement between the tool W and workpiece 2.
  • a radial return movement begins, in particular in the case of the last and deepest passages, even if the workpiece toothing has not yet undergone any reduction in the overall toothing width.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Gear Processing (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Werkzeugmaschine zur Hartfeinbearbeitung von Verzahnungen, insbesondere Innenverzahnungen (3), bei dem man ein verzahntes, um seine Drehachse rotierendes Hartfeinbearbeitungswerkzeug (W) in einem Durchgang oder in mehreren Durchgängen unterschiedlicher radialer Zustelltiefe unter einer Vorschubbewegung mit einer zur Drehachse (C) der bearbeiteten Verzahnung parallelen Richtungskomponente und unter einem von Null verschiedenen Achskreuzwinkel in wälzenden Bearbeitungseingriff mit der bearbeiteten Verzahnung bringt und mit einem Zahnflankenbereich (4a) der Werkzeugverzahnung mit von der der bearbeiteten Verzahnung zugewandten Stirnseite (5) in Flankenlinienrichtung ansteigender Zahndicke Material von der bearbeiteten Verzahnung abträgt.

Description

VERFAHREN ZUR HARTFEINBEARBEITUNG VON VERZAHNUNGEN,
INSBESONDERE INNENVERZAHNUNGEN UND DAZU GEEIGNETE
WERKZEUGMASCHINE
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hartfeinbearbeitung von Verzahnungen, insbesondere Innenverzahnungen, und eine dazu ausgelegte Verzahnungsmaschine.
Bekannterweise werden Verzahnungen nach dem Härten durch eine Hartfeinbearbeitung in ihre vorgegebene Soll-Endgeometrie gebracht. Dabei wird ein noch vorhandenes Aufmaß durch einen abrasiven Bearbeitungseingriff abgetragen, z.B. durch einen Schleifprozess. Dazu sind das Profilschleifen oder auch das Wälzschleifen als bekannte Verfahren zu nennen.
Bei der Hartfeinbearbeitung von Innenverzahnungen stehen nicht sämtliche Bearbeitungsalternativen zur Verfügung, da durch die Innenverzahnung topologische Randbedingungen vorgegeben sind, die beispielsweise den Einsatz längerer Schleif- Schnecken unmöglich machen. In T. Bausch„Innovative Zahnradfertigung", 3. Auflage, ist auf Seite 579 in Bild 15.5-1 1 (B) das Schleifen einer Innenverzahnung mit einer Profilschleifmaschine dargestellt. Aus dieser Darstellung ist das oben erläuterte Platzproblem nochmals gut erkennbar.
Im einleitenden Beschreibungsteil der EP 3 034 220 A1 wird u.a. auf die DE 10 2010 021 749 A1 als ein bekanntes Verfahren zum Schleifen von auch Innenverzahnungen hingewiesen, sowie auf die WO 2014/192672 A1. Gemäß der Lehre der EP 3 034 220 A1 soll ein Abtrag durch fortlaufende Relativbewegung der Zähne von Schleifwerkzeug in den Zwischenräumen der Verzahnung des Werkstücks geschliffen werden, wobei die Geschwindigkeit der Relativbewegung größer als beim Wälzschälen und/oder größer als 300 m/min, insbesondere größer als 400 m/min, ganz insbesondere größer als 500 m/min sein soll. Es sollen dabei windschiefe Achsen zum Einsatz kommen, und Schleifwerkzeuge können als Stirnrad ausgebildet sein, wobei der Zahnkopfdurchmesser wie auch der Zahnfußdurchmesser über die Zahnbreite abnehmen können, um Freiwinkel zu realisieren, was alternativ aber auch durch Einstellung der Drehachsen relativ zueinander erreicht werden könnte.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hartfeinbearbeitungsverfahren der eingangs genannten Art weitergehend zu verbessern, insbesondere im Hinblick auf eine längere Standzeit des Hartfeinbearbeitungswerkzeugs.
Diese Aufgabe wird in verfahrenstechnischer Hinsicht durch ein Verfahren zur Hartfeinbearbeitung von Verzahnungen, insbesondere Innenverzahnungen gelöst, das im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, dass man ein verzahntes, um seine Drehachse rotierendes Hartfeinbearbeitungswerkzeug in einem Durchgang oder in mehreren Durchgängen unterschiedlicher radialer Zustelltiefe unter einer Vorschubbewegung mit einer zur Drehachse der bearbeiteten Verzahnung parallelen Richtungskomponente und unter einem von Null verschiedenen Achskreuzwinkel in wälzenden Bearbeitungseingriff mit der bearbeiteten Verzahnung bringt und mit einem Zahnflankenbereich der Werkzeugverzahnung mit von der der bearbeiteten Verzahnung zugewandten Stirnseite in Flankenlinienrichtung ansteigender Zahndicke Material von der bearbeiteten Verzahnung abträgt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird erreicht, dass ein in Axialrichtung des Werkzeugs gesehen größerer Bereich an der Abtragleistung der Hartfeinbearbeitung teil- hat, was zu einer gleichmäßigeren Abnutzung des Werkzeugs und somit zu dessen längerer Standzeit führt.
In einer besonders bevorzugten Gestaltung weist der Zahnflankenbereich ansteigender Zahndicke wenigstens zu Beginn einen Abschnitt ansteigender Zahnhöhe auf. Dies schafft günstige geometrische Bedingungen für den Bearbeitungseingriff.
In einer weiteren bevorzugten Verfahrensgestaltung wird zwischen zwei Durchgängen die Zustelltiefe in einem Maße geändert, in welchem ein halber Zahndickenunterschied des abtragenden Zahnflankenbereichs um nicht mehr als 10% überschritten wird und welches insbesondere nicht größer ist als der halbe Zahndickenunterschied und/oder nicht kleiner ist als 40%, insbesondere nicht kleiner als 30% des Zahndickenunterschieds. Dies schafft zum einen günstige Eingriffsbedingungen, zum anderen kann dadurch der Abtrag des insgesamt abzutragenden Gesamtaufmaßes mit einer nicht zu hohen Zahl von Durchgängen erreicht werden.
In einer weiter als vorteilhaft angesehenen Ausführungsform beträgt das Verhältnis aus dem Zahndickenunterschied der Länge des abtragenden Zahnflankenbereichs ansteigender Zahndicke in Flankenlinienrichtung wenigstens 1/200, bevorzugt wenigstens 1/150, weiter bevorzugt wenigstens 1/100 und insbesondere höchstens 1/20, bevorzugt höchstens 1/30, insbesondere höchstens 1/40. Daraus ergibt sich eine günstige Kombination aus der Werkzeugstandzeit und dem für die Hartfeinbearbeitung erforderlichen Zeitbedarf.
In einer weiteren bevorzugten Gestaltung des Verfahrens beträgt die Länge des abtragenden Zahnflankenbereichs ansteigender Zahndicke in Flankenlinienrichtung wenigstens 1x m, bevorzugt wenigstens 2x m, weiter bevorzugt wenigstens 4x m und insbesondere wenigstens 6x m, wobei m das Modul der Werkzeugverzahnung ist. Hier wird eine gute Kombination aus der angestrebten hohen Werkzeugstandzeit mit der dynamischen Steifigkeit des Werkzeugs im Bearbeitungseingriff erreicht.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform schließt an den Zahnflankenbereich ansteigender Zahndicke in Zahnflankenrichtung ein Zahnflankenbereich gleichbleibender oder absteigender Zahndicke an. Hierdurch wird die Stabilität des Werkzeugs erhöht und zudem ein glättender Eingriff bei dem Niveau des in dem entsprechenden Bear- beitungsdurchgang erreichten Aufmaßes erreicht, der im letzten Durchgang die Endgeometrie darstellen wird.
In einer nochmals weiter bevorzugten Gestaltung ist in Vorschubrichtung hinter dem Bereich ansteigender Zahndicke insbesondere an der abgewandten Stirnseite ein Bereich absteigender Zahndicke gebildet.
In einer besonders bevorzugten Verfahrensgestaltung arbeitet man im letzten Durchgang gegenüber dem vorletzten Durchgang mit verringerter Zustelltiefenänderung und/oder Vorschubgeschwindigkeit. Dies ermöglicht einen schlichtenden letzten Durchgang ohne Austausch des Schleifwerkzeugs gegenüber ein speziell ausgelegtes Schlichtwerkzeug.
Besonders geeignet erweist sich das Verfahren für in [mm] gemessene Module m der Werkzeugverzahnung von wenigstens 0,4, bevorzugt wenigstens 0,7, insbesondere wenigstens 1 und/oder 8, bevorzugt höchstens 6, insbesondere höchstens 4.
Hinsichtlich der Achsgeometrie ist besonders bevorzugt ein Achskreuzwinkel von wenigstens 1 °, bevorzugt wenigstens 2°, insbesondere wenigstens 3° vorgesehen, dieser sollte aber bevorzugt höchstens 45°, besonders bevorzugt höchstens 22°, insbesondere höchstens 18° betragen. Auf diese Weise werden geeignete kinematische Bedingungen für den Bearbeitungseingriff erreicht.
Dabei kann insbesondere vorgesehen werden, dass die Drehzahl des Werkstücks wenigstens 40, bevorzugt wenigstens 400, insbesondere wenigstens 800 U/min beträgt, und/oder höchstens 7.000, bevorzugt höchstens 5.600, insbesondere 4.800 U/min. Dies stellt einen guten Kompromiss für eine akzeptable hohe Abtragsleistung bei verminderter Schleifbrandgefahr dar.
In diesem Zusammenhang ist bevorzugt auch vorgesehen, dass die Vorschub-Geschwindigkeit in mm pro Werkstückdrehung in wenigstens einem, insbesondere mehreren Durchgängen höchstens 0,2, bevorzugt höchstens 0,15 und/oder wenigstens 0,01 , bevorzugt wenigstens 0,02, weiter bevorzugt wenigstens 0,04 und insbesondere wenigstens 0,06 beträgt. Die Gestaltung der Werkzeugoberfläche kann einheitlich sein, in einer bevorzugten Ausgestaltung ist jedoch die abrasive Oberfläche wenigstens in einem Abschnitt des abtragenden Zahnflankenbereichs nahe der bearbeiteten Verzahnung zugewandten Stirnseite unterschiedlich gestaltet als ein hinter dem Zahnflankenbereich ansteigender Zahndicke gelegener Abschnitt, insbesondere in Form einer nahe der der bearbeiteten Verzahnung zugewandten Stirnseite gröberen Körnung eines Abrasivbelages. Es kann somit der Belag an die Werkzeugzonen unterschiedlicher Belastung im Bearbeitungseingriff geeignet an- gepasst sein.
Die Art der Form des Anstiegs hinsichtlich des Anstiegs in der Zahndicke und/oder dem Kopfkreisdurchmesser ist bevorzugt ballig, insbesondere mit von der der bearbeiteten Verzahnung zugewandten Stirnseite über die Flankenlinienrichtung abnehmender Krümmung. Damit lassen sich günstige Arbeitsergebnisse hinsichtlich einer Kombination aus Werkzeugstandzeit und Qualität der Hartfeinbearbeitung erzeugen.
In vorrichtungstechnischer Hinsicht schlägt die Erfindung vor eine Werkzeugmaschine zur Hartfeinbearbeitung von Verzahnungen, mit einer drehbaren Aufspannung für ein Werkstück mit einer zur Bearbeitung vorgesehenen Verzahnung, insbesondere Innenverzahnung, einer drehangetriebenen Aufspannung für ein eine Verzahnung aufweisendes Hartfeinbearbeitungswerkzeug, mit Bewegungsachsen zur Realisierung einer radialen Zustellbewegung zwischen Werkstück und Werkzeug, zur die Vorschubbewegung mit einer zur Drehachse der bearbeiteten Verzahnung parallelen Richtungskomponente realisierenden Relativbewegung zwischen Werkstück und Werkzeug, und einer Drehachse zur Einstellung eines von Null verschiedenen Achskreuzwinkels zwischen Werkzeug- und Werkstückachse, sowie einer Steuereinrichtung, welche Steueranweisungen enthält, die die Maschine zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorangegangenen Verfahrensaspekte steuert.
Ein derartige Steueranweisungen enthaltendes Steuerprogramm wird zudem auch als eigenständig schutzfähig offenbart.
Zudem schlägt die Erfindung ein mit einer Verzahnung versehenes, um seine Drehachse rotierbares Hartfeinbearbeitungswerkzeug vor, das einen abrasiven Zahnflankenbereich mit von einer in Bearbeitung einer zu bearbeitenden Verzahnung zugewandten Stirnseite im Flankenlinienbereich ansteigenden Zahndicke aufweist. Das Hartfeinbearbei- tungswerkzeug kann zudem eines oder mehrere der oben anhand der Verfahrensansprüche erläuterten Merkmale aufweisen.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Figuren, von denen
Fig. 1 ein Werkzeug und Werkstück in einer perspektivischen Ansicht zeigt,
Fig. 2 das Werkzeug und Werkstück in einer Darstellung zeigt, bei der die Papierebene die Normalenebene des Gemeinlots auf die jeweiligen Drehachsen ist,
Fig. 3 das Werkzeug alleinstehend in einer perspektivischen Ansicht zeigt,
Fig. 4 einen Zahndickenverlauf für den Fall eines geradverzahnten Werkzeugs zeigt,
Fig. 5 in einer vereinfachten Axialschnittdarstellung den Abtragmechanismus des Werkzeugs zeigt, und
Fig. 6 in schematischer Weise einen Verzahnungsmaschinenaufbau zeigt.
In Fig. 1 ist ein außenverzahntes Werkzeug W in einer perspektivischen Darstellung in Eingriff mit einem innenverzahnten Werkstück 2 dargestellt. Die Innenverzahnung 3 des Werkstücks 2 wird durch die Verzahnung 4 des Werkzeugs W einer abrasiven Hartfeinbearbeitung unterzogen.
Bei dem Werkzeug W handelt es sich in dem Ausführungsbeispiel um ein CBN-be- schichtetes, schrägverzahntes Werkzeug, es sind jedoch andere Varianten denkbar, wie z.B. Geradverzahnungen und/oder diamantbeschichtete Räder.
Des Weiteren ist ersichtlich, dass die Drehachsen C des Werkstücks 2 und B des Werkzeugs W in einer windschiefen Lage zueinander stehen und miteinander einen Achskreuzwinkel Σ einschließen, wie besser aus Fig. 2 erkennbar ist. Die Bearbeitung erfolgt in einer oder bevorzugt mehreren Stufen mit jeweils tiefergehender radialer Zustellung und unter einer Vorschubbewegung, die in diesem Ausführungsbeispiel parallel zur Drehachse C des Werkstücks 2 verläuft und in der Darstellung in Fig. 1 durch den Pfeil mit Bezugszeichen v dargestellt ist. Wie besser aus Fig. 3 ersichtlich ist, in der das Werkzeug W alleinig dargestellt ist, ist die Verzahnung 4 des Werkzeugs W in Axialrichtung gesehen in drei Bereiche 4a, 4b, 4c unterschiedlicher Gestalt seiner Verzahnung unterteilt. In dem Bereich 4a steigt die Zahndicke der Verzahnung 4 von der bezüglich der Vorschubrichtung vorderen Stirnseite 5 in Richtung auf die andere Stirnseite an, um in einem mittleren Bereich 4b konstant zu sein und im hinteren Bereich 4c wieder abzufallen. Einen diesbezüglich ähnlichen Verlauf nimmt auch der Kopfkreisdurchmesser, nämlich im Bereich 4a ansteigend, im Bereich 4b gleichbleibend und im Bereich 4c abfallend.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Abweichungen der Zähne in den Bereichen 4a, 4b, 4c von einer gleichmäßigen Form sehr stark übertrieben dargestellt sind. In tatsächlichen Anwendungen mögen diese Unterschiede mit bloßem Auge kaum erkennbar sein.
In Fig. 4 ist eine Ansicht gezeigt, in der der Verlauf der Zahndicke in den Bereichen 4a, 4b, 4c nochmals besser erkennbar ist, aus Gründen der einfacheren Darstellung für ein gradverzahntes Werkzeug W'. Dargestellt ist ein Schnitt durch einen Zahn 44, bei dem die Schnittfläche auf dem Teilkreis liegt. Ebenfalls eingezeichnet ist jeweils an linker und rechter Flanke der halbe Zahndickenunterschied Δ/2 zwischen dem Bereich geringster Zahndicke an der Stirnseite 5 bis zum Übergang zwischen dem Bereich 4a und dem Bereich 4b.
Des Weiteren ist in Fig. 4 eine bevorzugte Art der ansteigenden Zahndicke dargestellt, nämlich in Form einer Balligkeit. Die Art könnte jedoch auch von konischer Art oder auch mit unterschiedlichen Balligkeitsverläufen sein.
Nachstehend wird der Abtragemechanismus anhand der Schemazeichnung von Fig. 5 erläutert. Der Bereich L links des Werkstücks 2 steht für die Verzahnung 3 des Werkstücks 2 mit nach einem Aufmaß z.B. von der angestrebten Endform der Verzahnung 3 (bzw. vor der n-ten Hartfeinbearbeitungsstufe, wenn der schematisch dargestellte Eingriff des Werkzeugs W der n-te Durchgang der Hartfeinbearbeitung ist). Auf der in Fig. 5 rechten Seite R ist am Werkstück 2 dagegen die Aufmaßsituation nach dem dargestellten Hartfeinbearbeitungsdurchgang dargestellt (bzw. der mit der Hartfeinbearbeitung angestrebte Endzustand, wenn es sich bei dem dargestellten Durchgang um den letzten Bearbeitungsdurchgang handelt). Man erkennt, dass der das Aufmaß verändernde Bearbeitungseingriff im Wesentlichen durch den Bereich 4a des Werkstücks W bewirkt wird. Der mittlere Bereich 4b hat dagegen primär eine glättende Wirkung, und im hinteren Bereich 4c wird der Bearbeitungskontakt gelöst (clearance section).
Nutzt man, wie in Fig. 5 dargestellt ist, die Abtragmöglichkeit des als Grobschnittabschnitt wirkenden Bereichs 4a ansteigender Zahnbreite, die man als Rampe ansehen kann, voll aus, so entspricht dem halben Zahndickenunterschied Δ/2 dem in der gewählten Maschinenachseinstellung (Achskreuzwinkel Σ) erreichbaren Abtrag (d.h. Aufmaßunterschied zwischen vor und nach dem jeweiligen Hartfeinbearbeitungsdurchgang). Die Abtragleistung muss nicht von der Zahnkante an der Stirnseite 5 getragen werden, vielmehr verteilt sie sich über die (in Zahnbreitenrichtung gesehen) Länge der Rampe, also des Bereichs 4a ansteigender Zahndicke.
In Fig. 6 ist auf schematischer Basis eine Verzahnungsmaschine 100 mit den werk- stückseitigen und werkzeugseitigen Maschinenachsen dargestellt, auf der sich das Hartbe- arbeitungsverfahren ausführen lässt.
Werkstückseitig ist das innenverzahnte Werkstück 2 in einer dafür geeigneten Werkstückspindel 40 gehalten und über einen nicht dargestellten Antrieb um seine Drehachse C drehbar antreibbar. Das Werkzeug W ist werkzeugseitig auf eine Werkstückspindel 50 gespannt. Die Werkzeugspindel 50 ist auf einem Tangentialschlitten 60 angeordnet, dessen Linearbewegungsachse parallel zur Drehachse B des Werkzeugs verläuft, und der an einem Drehträger 80 angeordnet ist. Der Drehträger 80 ist wiederum auf einer Kreuzschlittenanordnung 90 gelagert. Diese weist Bewegungsachsen Z, X auf, wobei die Bewegungsachse Z parallel zur Werkstückspindelachse C verläuft und als Vorschubachse einsetzbar ist, wohingegen die Bewegungsachse X senkrecht auf der durch die Drehachsen C, B aufgespannten Ebene steht und als radiale Zustellachse dient. Mit der Maschinendrehachse A des Drehträgers wird durch Drehung um die Zustellachse X der Achskreuzwinkel Σ einstellbar.
Es versteht sich, dass die Maschine 100 eine Steuerung 99 aufweist, die die zur Steuerung des Verfahrens erforderlichen Steuerbefehle zur Bewegungssteuerung der Maschinenachsen enthält. Diese erfolgt CNC-gesteuert, vorzugsweise unter Verwendung von Direktantrieben für die Maschinenachsen, wobei auch indirekte Antriebe denkbar sind. Mit dem Bezugszeichen 22 ist noch ein einschwenkbarer Einmittsensor dargestellt, mit dem die Winkellage der Innenverzahnung 3 des eingespannten Werkstücks 2 in einer Einmittoperation bestimmt werden kann, um die Drehachsen B, C für den phasenrichtigen wälzenden Bearbeitungseingriff zwischen Werkzeug W und Werkstück 2 zu synchronisieren.
Insbesondere bei Werkstücken, die eine Schulter aufweisen, wird es bevorzugt, dass insbesondere bei den letzten und tiefsten Durchgängen eine radiale Rückholbewegung einsetzt, auch wenn die Werkstückverzahnung noch keine Aufmaßverringerung in voller Verzahnungsbreite erfahren hat.
Als ein konkretes Ausführungsbeispiel könnte man beispielsweise für eine Innenverzahnung mit 70 Zähnen und einem Modul von 1 ,00 mm als Hartfeinbearbeitungsparameter mit einem Achskreuzwinkel von 9,5° und einer Vorschubgeschwindigkeit von 0,03 mm pro Werkstückdrehung arbeiten und das Gesamtaufmaß in insgesamt vier Durchgängen abtragen. Dies stellt jedoch lediglich ein Beispiel dar, und andere Parameter können im Einklang mit den oben erläuterten bevorzugten Bereichen herangezogen werden.
Demnach ist die Erfindung nicht auf die vorgenannten Ausführungsbeispiele eingeschränkt. Vielmehr können Merkmale der vorstehenden Beschreibung und der nachstehenden Ansprüche einzeln und in Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims

A n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Hartfeinbearbeitung von Verzahnungen, insbesondere Innenverzahnungen (3), bei dem man ein verzahntes, um seine Drehachse rotierendes Hartfeinbearbeitungswerkzeug (W) in einem Durchgang oder in mehreren Durchgängen unterschiedlicher radialer Zustelltiefe unter einer Vorschubbewegung mit einer zur Drehachse (C) der bearbeiteten Verzahnung parallelen Richtungskomponente und unter einem von Null verschiedenen Achskreuzwinkel (Σ) in wälzenden Bearbeitungseingriff mit der bearbeiteten Verzahnung bringt und mit einem Zahnflankenbereich (4a) der Werkzeugverzahnung (4) mit von der der bearbeiteten Verzahnung zugewandten Stirnseite (5) in Flan- kenlinienrichtung ansteigender Zahndicke Material von der bearbeiteten Verzahnung abträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem der Zahnflankenbereich (4a) ansteigender Zahndicke wenigstens zu Beginn einen Abschnitt ansteigender Zahnhöhe aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zwischen zwei Durchgängen die Zustelltiefe in einem Maße geändert wird, in welchem ein halber Zahndickenunterschied (Δ/2) des abtragenden Zahnflankenbereichs um nicht mehr als 10% überschritten wird und welches insbesondere nicht größer ist als der halbe Zahndickenunterschied und/oder nicht kleiner ist als 40%, insbesondere nicht kleiner ist als 30% des Zahndickenunterschieds.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Verhältnis aus dem Zahndickenunterschied und der Länge des abtragenden Zahnflankenbereichs ansteigender Zahndicke in Flankenlinienrichtung wenigstens 1/200 beträgt, bevorzugt wenigstens 1/150, weiter bevorzugt wenigstens 1/100 und insbesondere höchstens 1/20, bevorzugt höchstens 1/30, insbesondere höchstens 1/40.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Länge des abtragenden Zahnflankenbereichs ansteigender Zahndicke in Flankenlinienrichtung wenigstens 1xm beträgt, bevorzugt wenigstens 2xm, weiter bevorzugt wenigstens 4xm und insbesondere wenigstens 6xm beträgt, wobei m das Modul der Werkzeugverzahnung (4) ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem an dem Zahnflankenbereich ansteigender Zahndicke in Zahnflankenrichtung ein Zahnflankenbereich (4b) gleichbleibender oder absteigender Zahndicke anschließt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in Vorschubrichtung hinter dem Bereich ansteigender Zahndicke insbesondere an der abgewandten Stirnseite ein Bereich (4c) absteigender Zahndicke gebildet ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer im letzten Durchgang gegenüber dem vorletzten Durchgang verringerter Zustelltiefenänderung und/oder Vorschub-Geschwindigkeit.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem in [mm] gemessenen Modul m der Werkzeugverzahnung von wenigstens 0,4, bevorzugt wenigstens 0,7, insbesondere wenigstens 1 , und/oder höchstens 8, bevorzugt höchstens 6, insbesondere höchstens 4.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Achskreuzwinkel wenigstens 1 °, bevorzugt wenigstens 2°, insbesondere wenigstens 3° beträgt und/oder er höchstens 45°, bevorzugt höchstens 22°, insbesondere höchstens 18° beträgt.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Drehzahl des Werkstücks wenigstens 40, bevorzugt wenigstens 400, insbesondere wenigstens 800 U/min beträgt, und/oder höchstens 7000, bevorzugt höchstens 5600, insbesondere höchstens 4800 U/min.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Vorschub-Geschwindigkeit in mm pro Werkstückdrehung in wenigstens einem, insbesondere mehreren Durchgängen höchstens 0,2, bevorzugt höchstens 0,15 und/oder wenigstens 0,01 , bevorzugt wenigstens 0,02, weiter bevorzugt wenigstens 0,04, insbesondere wenigstens 0,06 beträgt.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die abrasive Oberfläche wenigstens in einem Abschnitt des abtragenden Zahnflankenbereichs nahe der der bearbeiteten Verzahnung zugewandten Stirnseite unterschiedlich gestaltet ist wie ein hinter dem Zahnflankenbereich ansteigender Zahndicke gelegener Abschnitt, insbesondere mit einer gröberen Körnung eines Abrasivbelages.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Art des Anstiegs ballig ist, insbesondere mit von der der bearbeiteten Verzahnung zugewandten Stirnseite über die Flankenlinienrichtung abnehmender Krümmung.
15. Werkzeugmaschine zur Hartfeinbearbeitung von Verzahnungen, mit einer drehbaren Aufspannung für ein Werkstück mit einer zur Bearbeitung vorgesehenen Verzahnung, insbesondere Innenverzahnung (3), einer drehangetriebenen Aufspannung für ein eine Verzahnung aufweisendes Hartfeinbearbeitungswerkzeug (W), mit Bewegungsachsen zur Realisierung einer radialen Zustellbewegung (X) zwischen Werkstück und Werkzeug, zur die Vorschubbewegung mit einer zur Drehachse der bearbeiteten Verzahnung parallelen Richtungskomponente realisierenden Relativbewegung (Z) zwischen Werkstück und Werkzeug, und einer Drehachse (A) zur Einstellung eines von Null verschiedenen Achskreuzwinkels zwischen Werkzeug- und Werkstückachse, sowie einer Steuereinrichtung, welche Steueranweisungen enthält, die die Maschine zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14 steuert.
16. Mit einer Verzahnung versehenes, um seine Drehachse (B) rotierbares Hartfeinbearbeitungswerkzeug (W), das einen abrasiven Zahnflankenbereich (4a) mit von einer in Bearbeitung einer zu bearbeitenden Verzahnung zugewandten Stirnseite in Flankenlinienrichtung ansteigenden Zahndicke aufweist, und das insbesondere die weiteren in den Kennzeichen der Ansprüche 2, 4 bis 7, 9, 13 und/oder 14 enthaltenen Merkmale aufweist.
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