CH621722A5

CH621722A5 -

Info

Publication number: CH621722A5
Application number: CH1013177A
Authority: CH
Inventors: Daniel Albert Fivian
Original assignee: Maag Zahnraeder & Maschinen Ag
Priority date: 1976-09-15
Filing date: 1977-08-18
Publication date: 1981-02-27
Also published as: DE2641554C3; US4142333A; DE2641554A1; DE2641554B2; FR2364726B1; FR2364726A1; IT1084871B; JPS6312722B2; GB1563449A; JPS5337997A

Description

Die Erfindung betrifft ein Wälzverfahren zum Schleifen zylindrischer Zahnräder mit im wesentlichen evolventenförmi-gem Zahnprofil mittels zweier tellerförmiger Schleifscheiben, die mit an ihrem seitlichen Rand gelegenen, nahezu punktförmigen Kontaktzonen eine rechte und eine linke Zahnflanke bearbeiten, wobei zwischen dem Zahnrad und beiden Schleifscheiben eine auf den Grundzylinder des Zahnrades bezogene hin und her gehende Wälzbewegung stattfindet.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Gattung (MAAG Taschenbuch, Zürich 1963, Seiten 259-268) liegen die beiden Kontaktzonen stets in einer Tangentialebene an den Grundzylinder des Werkstücks. Durch die Wälzbewegung erzeugen die beiden Schleifscheiben mit ihren Kontaktzonen ein evolven-tenförmiges Profil. Dabei ist ein gewisser Überlauf der Wälzbewegung in der Regel unvermeidlich, damit die Kontaktzonen mit Sicherheit das gesamte Profil überstreichen. Dieser Überlauf besteht darin, dass sich eine der beiden Schleifscheiben nach dem Schleifen der Kopfpartie einer Zahnflanke durch weiteres Wälzen vom Zahn entfernt, also «Luft»

schleift, während die andere Schleifscheibe noch die Zahnfusspartie einer anderen Zahnflanke bearbeitet. Ein solcher Überlauf muss in praktisch allen Fällen in Kauf genommen werden, da es äusserst selten und nur durch Zufall in der Auslegung der Verzahnung vorkommen kann, dass gleichzeitig ein Zahnkopf und ein Zahnfuss von je einer Schleifscheibe gleichzeitig bearbeitet wird. Dadurch war es bis jetzt notwendig, mit einem Wälzhub zu arbeiten, der grösser ist als derjenige, welcher der tatsächlichen Länge des Zahnprofils entspricht.

Erfindungsaufgabe ist nun, den Überlauf der Wälzbewegung so gering wie möglich zu halten oder ganz zu vermeiden.

Dies wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Verbindungslinie der Kontaktzonen der beiden Schleifscheiben in einem solchen Abstand vom Grundzylinder gehalten wird, dass in jeder Endlage der Wälzbewegung eine Schleifscheibe an einem Zahnkopf und gleichzeitig die andere Schleifscheibe an einem Zahnfuss arbeitet.

Damit wird nicht nur ein minimaler Wälzhub erreicht, sondern es kann auch die Wälzhubzahl pro Zeiteinheit und gleichzeitig der Vorschub in Zahnlängsrichtung vergrössert werden. Es ist sogar möglich, einen Überlauf vollständig zu vermeiden, wodurch die Schleifkräfte auf das Werkstück durch dessen ständigen Kontakt mit den Schleifscheiben gegenseitig nahezu ausgeglichen sind, so dass Profilfehler vermieden werden.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die Anordnung der Kontaktzonen ausserhalb der Grundzylinder-Tangentialebene der Schleifeingriffswinkel zwischen Zahnradprofil und Schleifscheiben sich während des Wälzvorgangs kontinuierlich ändert und damit der theoretische Schleifpunkt auf dem Schleifscheibenprofil wandert. Dies bedeutet, dass die Schnittigkeit der Schleifscheiben gesteigert wird und eine höhere Schleifleistung erzielt werden kann.

Am Zahnprofil bewirkt die Anordnung der Kontaktzonen ausserhalb der Grundzylinder-Tangentialebene eine leichte Abweichung von der Evolvente. Diese Abweichung kompensiert durch Überlagerung andere Abweichungen, die sich aus den entlang dem Zahnprofil unterschiedlichen Geschwindigkeiten der beim Abwälzvorgang stattfindenden Relativbewegung zwischen Zahnrad und Schleifscheiben ergeben; dadurch wird die Profilgenauigkeit erhöht.

Die bisher üblichen Profilkorrekturen, z.B. die Zurücklegung der Zahnkopf- und/oder Zahnfusspartien, können in gleicher Weise und mit den gleichen Mitteln wie beim bekannten gattungsgemässen Verfahren erzeugt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Beispielszeichnungen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 drei Wälzstellungen bei einem bekannten Wälzschleifverfahren,

Fig. 2 drei Wälzstellungen bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens,

Fig. 3 die Änderung des Eingriffswinkels zwischen Profil und Schleifscheibe beim Kopf- und beim Fusseingriff bei dem Verfahren gemäss Fig. 2,

Fig. 4 ein Schleifscheibenprofil für das Schrupp-Schleifen, Fig. 5 ein Schleifscheibenprofil für das Fertigschleifen und

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Fig. 6 die Tast- und Abrichteinrichtungen für die eine Schleifscheibe.

Zur Erklärung des Erfindungsgedankens genügt es, sich ein Zahnrad mit sehr geringer Zahnbreite vorzustellen, bei dem während des Schleifens keine Bewegung in Längsrichtung der Zähne notwendig ist.

Beim bekannten Verfahren arbeiten zwei Schleifscheiben 1 und 2, die schräg oder gemäss Fig. 1 parallel zueinander angeordnet sein können, mit sehr kleinen Kontaktzonen 3 und 4, die auf einer Tangentialebene T an den Grundzylinder B mit dem Radius rb liegen. Im obersten Teil der Fig. 1 beginnt die Schleifscheibe 1 am Zahnfuss einer linken Zahnflanke eines Zahnrades 5 zu schleifen, das sich in der linken Endlage I eines Wälzhubes H0 befindet; die Schleifscheibe 2 steht relativ weit ausserhalb des Eingriffs mit dem Zahnrad 5. In einer Mittellage II des Wälzhubes HG (mittlerer Teil der Fig. 1) sind beide Schleifscheiben 1 und 2 im mittleren Teil der linken bzw. rechten Zahnflanke im Eingriff. In der rechten Endlage III des Wälzhubes HG (unterster Teil der Fig. 1) steht die Schleifscheibe 2 mit dem Zahnfuss der rechten Zahnflanke im Eingriff; die Schleifscheibe 1 ist relativ weit ausser Eingriff. Der Wälzhub Hg ist also bedeutend grösser als der zum Schleifen eines einzelnen Zahnprofils notwendige Wälzhub.

Beim erfindungsgemässen Verfahren haben die annähernd punktförmigen Kontaktzonen 6 und 7 gemäss Fig. 2 und 3 einen Abstand A Hs von der Tangentialebene T an den Grundkreiszylinder B. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung liegt die Verbindungslinie der beiden Kontaktzonen 6 und 7 stets im Abstand zlHs radial innerhalb der Tangentialebene T, und die Schleifscheiben 1 und 2 sind unter einem Winkel 2ys gegeneinander schräggestellt. In Sonderfällen kann der Winkel ys Null oder negativ sein, und die Kontaktzonen können ausserhalb der Tangentialebene T liegen. Der bevorzugte Bereich von ys liegt zwischen plus 15° und minus 5°. In der linken Endlage I des Zahnrades 5, also am linken Ende des Wälzhubes Hmin, steht die Kontaktzone 6 der Schleifscheibe 1 (oberster Teil der Fig. 2) mit dem Zahnfuss einer linken Zahnflanke in Eingriff, während die Kontaktzone 7 der Schleifscheibe 2 mit dem Zahnkopf einer rechten Zahnflanke in Eingriff steht. In der mittleren Partie der Fig. 2 ist das Zahnrad 5 in der mittleren Lage II des Wälzhubes Hmin, hier stehen beide Schleifscheiben 1 und 2 mit dem mittleren Teil der rechten bzw. linken Zahnflanke in Eingriff. Im unteren Teil der Fig. 2 steht das Zahnrad 5 in der rechten Endlage III des Wälzhubes Hrain, in der die Schleifscheibe 1 mit dem Zahnkopf der linken Zahnflanke in Eingriff steht, während die Schleifscheibe 2 mit der Kontaktzone 7 mit dem Zahnfuss der rechten Flanke in Eingriff steht.

In Fig. 3 sind die Eingriffsverhältnisse zwischen den Schleifscheiben 1 und 2 und einem grösseren Zahnrad 8 mit kleinerer Zähnezahl verdeutlicht. Der für das Schleifen mass- ' gebliche Fusskreisradius ist mit rfs bezeichnet, der Kopfkreis des Zahnrades 8 mit ra. Der Schnittpunkt der Tangentialebene T an den Grundzylinder mit dem Kopfkreis auf der linken Seite des Zahnrades 8 ist mit A bezeichnet, der entsprechende Schnittpunkt auf der rechten Seite mit dem Schleiffusskreis ist mit F bezeichnet. Der Schleif-Eingriffswinkel am Zahnkopf entspricht dem Zentrierwinkel ya zwischen der annähernd punktförmigen Kontaktzone 9 und dem Punkt A, der Schleif-Eingriffswinkel am Zahnfuss entspricht dem Zentrierwinkel ;'fs zwischen der annähernd punktförmigen Kontaktzone 10 und dem Punkt F. Der Wälzhub Hmin ist gleich der Strecke 9-10'. Diese Schleif-Eingriffswinkel beziehen sich auf die Schleifscheibe und die Evolvententangente (also nicht auf die herkömmliche Bezeichnung: «Eingriffswinkel» bezüglich der Zahnradgeometrie).

Die Differenz der Winkel yfs — ya stellt die Änderung des Schleif-Eingriffswinkels während des Wälzvorgangs vom

Zahnfuss zum Zahnkopf dar. Die an der Schleifmaschine eingestellte Schrägstellung der Schleifscheibenachse im Winkel ;'s kann etwas grösser oder kleiner gewählt werden als der Eingriffswinkel im Schleiffusskreis:

y S = Vis + 7EF = 7a + 7EA

oder

7ea = 7fS ~ 7 a + 7EF

wobei 7EA die Differenz aus dem Schrägstellwinkel ys der Schleifscheibenachsen und dem Schleifscheiben-Eingriffswinkel 7a im Zahnkopf darstellt und ;'EF die Differenz aus dem Schrägstellwinkel ys der Schleifscheibenachsen und dem Schleifscheiben-Eingriffswinkel ;'fs.

Dabei ist

H r

= arc cos —- - arc cos —— und ra ra

Hs rb

7fS = arc cos arc cos

% rfs

Die effektive Zahn weite ist mit Ws bezeichnet; diese entspricht mit grosser Annäherung dem Abstand der beiden Kontaktzonen 9 und 10.

Beim Schruppschleifen erhalten die Schleifscheiben durch die Abnützung, die in Fig. 4 übertrieben dargestellt ist, ein mit einer gerundeten Kante versehenes Profil, das von der Form abweicht, die durch das Abrichten an der Stirnfläche und am Aussenmantel entsteht. Ein Taster 11 tangiert dieses Profil im mittleren Bereich, er ist im Winkel yNA zur Stirnfläche der Schleifscheibe geneigt; dieser Winkel yNA bestimmt sich aus der Formel

7na = ~j~ O'ea + 7ef)-

Der Punkt 12 auf dem Schleifscheibenprofil bearbeitet die Zahnkopfpartie und der Punkt 13 die Zahnfusspartie, die dazwischenliegenden Punkte bearbeiten die Profilpartie zwischen Zahnkopf und Zahnfuss infolge der kontinuierlichen Veränderung des Schleifeingriffswinkels während der Wälzbewegung in den Grenzen von -/{s bis ya bzw. yEA bis yEF.

Dadurch sind wesentlich mehr Schleifkörner an der Zerspanung beteiligt, als wenn nur eine Kante jeder Schleifscheibe arbeiten würde, was sich günstig auf die Standzeiten der Schleifscheiben und auf die Bearbeitungszeit auswirkt.

Beim Fertigschleifen muss das Schleifscheibenprofil angenähert scharf sein, d. h. eine nur sehr schwach gerundete Kante aufweisen, die sich aus dem Abrichten der Stirnfläche und des Aussenmantels ergibt (Fig. 5). Die Veränderung des Schleifscheibeneingriffswinkels bewirkt jedoch auch beim Fertigschleifen eine leichte Verlagerung der schneidenden Schleifkörner, so dass sich auch beim Fertigschleifen die Veränderung des Schleifscheibeneingriffswinkels während des Wälzvorgangs vorteilhaft auswirkt.

Die Schleifscheibe 2 gemäss Fig. 6 sitzt auf einer Schleifspindel 14, die in einem Schleifsupport 15 gelagert ist und über eine Riemenscheibe 16, einen Riemen 17 und eine Riemenscheibe 18 von einem Motor 19 angetrieben wird. Der Schleifsupport 15 ist um einen Schwenkpunkt 15' in der Nähe der Schleifpunkte 7 und 10 verschwenkbar, um die Schleifscheibenachse im Winkel ys einstellen zu können. Auf einem in Pfeilrichtung 20 verschiebbaren Abrichtsupport 21 sitzen eine winkelstarr angeordnete Abrichtungsvorrichtung 22 für das Abrichten der Stirnfläche der Schleifscheibe 2, eine winkelstarr angeordnete Abrichtvorrichtung 23 für das Abrichten der Mantelfläche der Schleifscheibe und eine um einen in der Nähe der oberen Schleifkante gelegenen Punkt 24 schwenkbare Tasteneinrichtung 25, zu welcher der als Tastdiamant ausgebildete Taster 11 gehört. Der Taster 11 ist auf einem

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schwenkbaren Tasthebel 26 befestigt, der über einen Kontakt 27 seine Position in bekannter Art meldet. Die Schleifspindel wird bei Abnützung der Stirnfläche axial nachgeschoben.

Für die Schleifscheibe 1 ist eine zu Fig. 6 spiegelbildliche Anordnung vorgesehen. 5

Die Einstellverhältnisse werden dadurch bestimmt, dass man die der ideellen Zahnweite WSv grössere oder nächstliegende kleinere Zahnweite Ws wählt. Die ideelle Zahnweite WSv entspricht gemäss Fig. 3 einer Strecke auf der Tangente auf den Grundkreis, die begrenzt wird vom Schnittpunkt F mit 10 dem Schleiffusskreisradius rfs auf der einen Seite und dem Schnittpunkt A mit dem Kopfkreisradius ra auf der anderen Seite. Dieser ideellen Zahnweite entspricht eine fiktive gebrochene, zwischen den genannten beiden Begrenzungspunkten liegende Zähnezahl k. Der effektiven Zahnweite Ws entspricht 15 eine zwischen zwei parallelen Tangentialebenen an die gegengerichteten Zahnflanken liegende ganzzahlige Zähnezahl k, in den Fig. 1 bis 3 drei Zähne. Diese ganzzahlige Zähnezahl k kann grösser oder kleiner sein als die fiktive, gebrochene Zähnezahl. ^ 20

Es wird nun eine Kenngrösse kw = „,s errechnet. Ist

WSv diese Kenngrösse kw grösser als 1, dann müssen die Schleifzonen unterhalb, d.h. radial innerhalb der Grundzylinder-Tan-gentialebene gelegt werden; ist diese Kenngrösse kw kleiner 25 als 1, dann müssen die Schleifzonen oberhalb, d.h. radial ausserhalb der Grundzylinder-Tangentialebene gelegt werden.

Der Abstand A Hs der Schleifzonen von der Grundzylin-der-Tangentialebene T ergibt sich aus den Formeln für

2 2 30

a) den Wälzhub Hmin = r» ~Jls ws der auch der Strecke auf der Parallelen zur Tangente an den Grundkreis im Abstand A Hs entspricht, die gebildet ist durch den Schnittpunkt mit dem Kopfkreis und dem Schnittpunkt mit dem Schleiffusskreis;

b) die Höhe Hs der Schleifscheibenzone über der Zahnradachse

Hs = Vra2-74(Ws + Hmin)2

Der Abstand zlHs der Schleifzonen von der Grundzylin-der-Tangentialebene ist dann

AHS = rb -Hs = rb -yra2 -4 (Ws +

4 Ws

, . Modul • Zähnezahl wobei rb cosa

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a = Eingriffswinkel des Zahnrades.

Die Schrägstellung der Schleifscheibenachsen geschieht

H r nach der Formel ;'fs = arc cos —- arc cos ——, wobei die rfs rfs tatsächliche Einstellung um den Winkel -/EF etwas grösser oder kleiner gewählt werden kann. Daraus entsteht der Einstellwinkel ys. Diese Formeln beziehen sich auf die Stirnebene des Werkstückrades.

Durch die Einstellung des Tasters 11 im Winkel yNA berührt dieser den mittleren Bereich des Schleifscheibenprofils, wodurch die Abweichungen vom theoretischen Evolventen-Zahnprofil optimal ausgeliehen werden.

Die Veränderung des Schleifeingriffswinkels hängt von der Zahl k der zwischen den beiden Schleifscheiben liegenden Zähne bzw. der effektiven Zahnweite Ws und der Versetzung A Hs ab und kann durch Wahl von k beeinflusst werden.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Wälzverfahren zum Schleifen zylindrischer Zahnräder mittels zweier tellerförmiger Schleifscheiben, die mit an ihrem seitlichen Rand gelegenen, nahezu punktförmigen Kontaktzonen eine rechte und eine linke Zahnflanke bearbeiten, wobei zwischen dem Zahnrad und beiden Schleifscheiben eine auf den Grundzylinder des Zahnrades bezogene hin und her gehende Wälzbewegung stattfindet, dadurch gekennzeichnet,

dass die Verbindungslinie der Kontaktzonen (6, 7; 9, 10) der Schleifscheiben (1, 2) in einem solchen Abstand (ZlHs) vom Grundzylinder (B) gehalten wird, dass in jeder Endlage der Wälzbewegung eine Schleifscheibe an einem Zahnkopf und gleichzeitig die andere Schleifscheibe an einem Zahnfuss arbeitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungslinie der Kontaktzonen (6, 7; 9, 10) der beiden Schleifscheiben im Abstand

AHs = rb-\/ra2~4(Ws+ ^ )2 4 Ws vom Grundzylinder (B) gehalten wird, wobei ra = Kopfkreisradius rb = Grundkreisradius rfs = für das Schleifen massgeblicher Fusskreisradius Ws = effektive Zahnweite zwischen den Schleifscheiben.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1, mit Verwendung einer Vorrichtung, die zum Abtasten der Randzone mindestens einer Schleifscheibe einen Taster aufweist, der einen Abrichtvorgang steuert, dadurch gekennzeichnet, dass der Taster unter einem Winkel yNA eingestellt wird, der sich aus der sich aus der Formel

J'na = V2 (Yea + 7ef)

ergibt, wobei yEa die Differenz aus dem Schrägstellwinkel y$ der Schleifscheibenachsen und dem Schleifscheiben-Eingriffs-winkel ya im Zahnkopf und yEF die Differenz aus dem Schrägstellwinkel }'s der Schleifscheibenachsen und dem Schleifscheiben-Eingriffswinkel 7fS darstellen.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, bei der jede Schleifscheibe auf einem Schleifsupport angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schleifsupport (15) in der Nähe der zugehörigen Schleifpunkte (6, 7; 9,10) schwenkbar angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schleifsupport (15) mit einer winkelstarr angeordneten Abrichtvorrichtung (22) für das Abrichten der Stirnfläche, einer winkelstarr angeordneten Abrichtvorrichtung (23) für das Abrichten der Mantelfläche und einer um einen in der Nähe der oberen Schleifkante gelegenen Punkt schwenkbaren Tasteinrichtung (25) für das Abtasten der Schleifscheibe (1 bzw. 2) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Schleifscheibe (1,2) eine gerundete Arbeitskante aufweist.