DE102018115401A1 - METHOD FOR FINISHING BEVEL WORKPIECES - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Nachbearbeiten der Zahnflanken eines bereits verzahnten, gehärteten Kegelrad-Werkstücks (20) mit einem achsversetz angeordneten Werkzeug (10), das abrasiv wirkende Zähne mit nicht-konjugierten, ballig geformten Zahnflanken aufweist, mit den Schritten (in beliebiger Reihenfolge):• Drehantreiben des Werkzeugs (10) um eine Werkzeugspindelachse (A1) und/oder Drehantreiben des Kegelrad-Werkstücks (20) um eine Werkstückspindelachse (B),• Ausführen einer synchronisierten, NC-gesteuerten Zustellbewegung des Werkzeugs (10) relativ zu dem Kegelrad-Werkstück (20), um die Zähne des Werkzeugs (10) mit Zahnlücken des Kegelrad-Werkstücks (20) in Eingriff zu bringen,• Ausführen◯ einer Wälzbewegung des Werkzeugs (10) relativ zu dem Kegelrad-Werkstück (20), und◯ einer dazu überlagerten, NC-gesteuerten Relativbewegung des Werkzeugs (10) relativ zu dem Kegelrad-Werkstück (20), wobei diese Relativbewegung so ausgeführt wird, dass ein Bereich der ballig geformten Zahnflanken entlang der Zahnflanken (21) des Kegelrad-Werkstücks (20) so kontrolliert verlagert wird, dass sich ein lokal begrenzter, sich entlang der Zahnflanken (21) verschiebender Bearbeitungsbereich (23) ergibt.Method for reworking the tooth flanks of an already toothed, hardened bevel gear workpiece (20) with an offset tool (10), which has abrasive teeth with non-conjugated, spherical tooth flanks, with the steps (in any order): • Rotary drive of the tool (10) around a tool spindle axis (A1) and / or driving the bevel gear workpiece (20) rotationally about a workpiece spindle axis (B), • executing a synchronized, NC-controlled feed movement of the tool (10) relative to the bevel gear workpiece ( 20) in order to engage the teeth of the tool (10) with tooth gaps of the bevel gear workpiece (20), • performing ◯ a rolling movement of the tool (10) relative to the bevel gear workpiece (20), and ◯ one superimposed on it , NC-controlled relative movement of the tool (10) relative to the bevel gear workpiece (20), this relative movement being carried out in such a way that an area of the crowned tooth flanks along the tooth flanks (21) of the bevel gear workpiece (20) are shifted in a controlled manner in such a way that a locally limited machining area (23) which moves along the tooth flanks (21) results.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nachbearbeiten von Kegelrad-Werkstücken.The present invention relates to a method for reworking bevel gear workpieces.
Stand der TechnikState of the art
Es ist bekannt, dass ein Kegelrad durch das wälzende Bearbeiten mit einem Verzahnungswerkzeug verzahnt werden kann. Der für das Bearbeiten erforderliche Wälzvorgang umfasst eine Überlagerung mehrerer Relativbewegungen. Details hierzu sind z.B. den Seiten
Die
In der
Es gibt auch Kegelradpaarungen, bei denen das Tellerrad nur getaucht wird (d.h. es findet keine Wälzung mit dem Erzeugerrad statt) und das Ritzel gewälzt wird. In diesem Fall ist das Erzeugerrad kein Planrad, sondern das Tellerrad (d.h. ein kegliges Erzeugerrad). Das Werkzeug stellt dann dieses keglige Erzeugerrad dar.There are also bevel gear pairs in which the ring gear is only immersed (i.e. there is no rolling with the generator wheel) and the pinion is rolled. In this case, the generator wheel is not a face wheel, but the ring gear (i.e. a conical generator wheel). The tool then represents this conical generator wheel.
Die Herstellkinematik, die anhand der
Zum Nachbearbeiten (auch Hartfeinbearbeiten genannt) eines bereits verzahnten Kegelrad-Werkstücks
Beim Verzahnungshonen kommt ein Honwerkzeug zum Einsatz, das die Form einen Zahnrades hat, das mit dem zu honenden Kegelrad-Werkstück
Generell kann gesagt werden, dass eine Fläche zu einer anderen Fläche konjugiert ist, wenn die Fläche Teil der Einhüllenden der anderen Fläche ist. Zwei Flächen sind zueinander konjugiert, wenn diese jeweils Teil der Hüllfläche der anderen Fläche sind. Wird die Einhüllende durch eine Bewegung mit einem freien Parameter (z.B. Werkzeugdrehung um eine Werkzeugspindelachse) erzeugt, so besteht bei konjugierten Flächen zu jedem Zeitpunkt der Bewegung Linienkontakt zwischen den beiden Flächen. Diese Aussage bezieht sich auf einen lastfreien Zustand. Beim Verzahnungshonen mit einem konjugierten Honwerkzeug ergibt sich unter Last eine Flächenpressung. Daher wird aus dem Linienkontakt ein flächiger Kontakt.In general it can be said that a surface is conjugated to another surface if the surface is part of the envelope of the other surface. Two surfaces are conjugate to each other if they are part of the envelope of the other surface. If the envelope is generated by a movement with a free parameter (e.g. tool rotation around a tool spindle axis), there is line contact between the two surfaces at any time during the movement of conjugated surfaces. This statement refers to a no-load condition. Gear honing with a conjugated honing tool results in surface pressure under load. Therefore, the line contact becomes a flat contact.
Durch das Zähnezahlverhältnis der Zähnezahl des Honwerkzeugs zur Zähnezahl des Kegelrad-Werkstücks
In
Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereit zu stellen, das eine hochgenaue und toleranzhaltige Nachbearbeitung von vorverzahnten und gehärteten Kegelrad-Werkstücken ermöglicht. Die Nachbearbeitung soll effizient und reproduzierbar sein.It is therefore the object of the invention to provide a method which enables high-precision and tolerance-based reworking of pre-toothed and hardened bevel gear workpieces. Post-processing should be efficient and reproducible.
Die Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Gegenstände der abhängigen Ansprüche.The objects are achieved according to the invention by a method according to
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Nachbearbeiten der Zahnflanken eines bereits verzahnten, gehärteten Kegelrad-Werkstücks mit einem achsversetz angeordneten Werkzeug, das abrasiv wirkende Zähne mit nicht-konjugierten, ballig geformten Zahnflanken aufweist, gelöst. Das Verfahren umfasst mindestens die folgenden Schritte, die nicht zwingend in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden müssen:
- • Drehantreiben des Werkzeugs um eine Werkzeugspindelachse und/oder Drehantreiben des Kegelrad-Werkstücks um eine Werkstückspindelachse,
- • Ausführen einer synchronisierten,
NC -gesteuerten Zustellbewegung des Werkzeugs relativ zu dem Kegelrad-Werkstück, um die Zähne des Werkzeugs mit Zahnlücken des Kegelrad-Werkstücks in Eingriff zu bringen, - • Ausführen
- ◯ einer Wälzbewegung des Werkzeugs relativ zu dem Kegelrad-Werkstück, und
- ◯ einer dazu überlagerten,
NC -gesteuerten Relativbewegung des Werkzeugs relativ zu dem Kegelrad-Werkstück, wobei diese Relativbewegung so ausgeführt wird, dass ein Bereich der ballig geformten Zahnflanken entlang der Zahnflanken des Kegelrad-Werkstücks so kontrolliert verlagert wird, dass sich ein lokal begrenzter, sich entlang der Zahnflanken verschiebender Bearbeitungsbereich ergibt.
- Driving the tool around a tool spindle axis and / or driving the bevel gear workpiece around a workpiece spindle axis,
- • Execute a synchronized,
NC controlled feed movement of the tool relative to the bevel gear workpiece in order to engage the teeth of the tool with tooth gaps of the bevel gear workpiece, - • To run
- ◯ a rolling movement of the tool relative to the bevel gear workpiece, and
- ◯ one superimposed,
NC -controlled relative movement of the tool relative to the bevel gear workpiece, this relative movement being carried out in such a way that a region of the spherical tooth flanks along the tooth flanks of the bevel gear workpiece is displaced in a controlled manner in such a way that a locally limited machining region that moves along the tooth flanks is shifted results.
Es geht um, ein Verfahren, das mit einem Werkzeug arbeitet, das geometrisch unbestimmte Schneiden aufweist. D.h., das Werkzeug, das hier zum Einsatz kommt, weist keine geometrisch bestimmten Schneiden auf. Es handelt sich somit um ein Verfahren, das im Prinzip mit dem Honen vergleichbar ist. Daher ist hier - der Einfachheit halber- auch von einem Honwerkzeug die Rede, obwohl sich das Werkzeug der Erfindung vom klassischen Honwerkzeug dadurch unterscheidet, dass es nicht-konjugierte Flanken aufweist. Außerdem unterscheidet sich das Verfahren der Erfindung vom klassischen Honen dadurch, dass zusätzlich zu dem Eingriff von Werkstück und Werkzeug eine überlagerte,
Eine nicht-konjugierte Flanke ist eine Flanke, die bezogen auf die Sollgeometrie der Zahnflanken des Kegelrad-Werkstücks nicht-konjugiert ist.A non-conjugated flank is a flank that is non-conjugated in relation to the nominal geometry of the tooth flanks of the bevel gear workpiece.
Die NC-gesteuerte Relativbewegung wird ausgeführt, da der Bearbeitungsbereich nur einen Teilbereich der nachzubearbeitenden Zahnflanke des Kegelrad-Werkstücks überdeckt. Durch das Ausführen der
Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen wird die
Es ist ein Vorteil des Verfahrens der Erfindung, dass es eine ungerichtete, aber sehr hochwertige Oberflächenstruktur an den Zahnflanken des Kegelrad-Werkstücks erzeugt und dass es keinen Schleifbrand erzeugt. It is an advantage of the method of the invention that it creates an undirected but very high quality surface structure on the tooth flanks of the bevel gear workpiece and that it does not produce a grinding burn.
Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen hat das Werkzeug einen konischen Grundkörper mit Zähnen, die nicht-konjugiert sind in Bezug auf die Zähne des nachzubearbeitenden Kegelrad-Werkstücks.In at least part of the embodiments, the tool has a conical base body with teeth that are non-conjugated with respect to the teeth of the bevel gear workpiece to be reworked.
Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen hat das Werkzeug Zahnflanken, die in Flankenlängsrichtung und/oder in Flankenhöhenrichtung ballig sind.In at least some of the embodiments, the tool has tooth flanks that are crowned in the longitudinal direction of the flank and / or in the direction of the flank height.
Vorzugsweise werden die Relativbewegung des Werkzeugs relativ zu dem Kegelrad-Werkstück so ausgeführt, dass es nicht zu einem Kantentragen mit den Kanten der nicht-konjugierten, ballig geformten Zahnflanken der abrasiv wirkenden Zähnen kommt. Die Feinbearbeitung erfolgt primär mit den abrasiv ausgeführten, nicht-konjugierten, ballig geformten Zahnflanken des Werkzeugs.The relative movement of the tool relative to the bevel gear workpiece is preferably carried out in such a way that there is no edge bearing with the edges of the non-conjugated, spherically shaped tooth flanks of the abrasive teeth. Finishing is done primarily with the abrasive, non-conjugated, spherical tooth flanks of the tool.
Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen wird die
Eine gleichförmige Relativbewegung ist insbesondere eine Bewegung, die
Mit dem Verfahren der Erfindung lassen sich besonders gute Oberflächeneigenschaften erzielen, wenn das Kegelrad-Werkstück nach dem Härten und vor dem erfindungsgemäßen Nachbearbeiten geschliffen wird.With the method of the invention, particularly good surface properties can be achieved if the bevel gear workpiece is ground after hardening and before the reworking according to the invention.
Das Verfahren der Erfindung eignet sich besonders zum Feinhartbearbeiten der Kegelräder von qualitativ hochwertigen Getrieben, die hohen geometrischen Anforderungen genügen, hohe Festigkeitseigenschaften aufweisen und eine geringe Geräuschemission haben.The method of the invention is particularly suitable for fine-machining the bevel gears of high-quality gearboxes that meet high geometric requirements, have high strength properties and have low noise emissions.
Figurenlistelist of figures
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.
-
1 zeigt eine schematische Illustration eines virtuellen Planrades einer Kegelrad-Verzahnmaschine zusammen mit einem Kegelrad-Werkstück und einem Verzahnungswerkzeug; -
2 zeigt eine schematische Illustration der Radialprojektion der Zahnflanke eines Kegelrad-Werkstücks (hier ein Tellerrad), das mit einem konjugierten Honwerkzeug des Standes der Technik nachbearbeitet wurde; -
3 zeigt eine schematische Perspektivdarstellung einer Konstellation aus Kegelrad-Werkstück und achsversetzt angeordnetem Werkzeug mit nicht-konjugierten Zähnen; -
4A zeigt eine schematische Radialprojektion der Zahnflanke eines Kegelrad-Werkstücks (hier ein Tellerrad), die in einer ersten Relativlage mit einem nicht-konjugierten Werkzeug nachbearbeitet wurde; -
4B zeigt eine schematische Radialprojektion der Zahnflanke der4A , die in einer zweiten Relativlage mit dem nicht-konjugierten Werkzeug nachbearbeitet wurde; -
4C zeigt eine schematische Radialprojektion der Zahnflanke der4A , die in einer dritten Relativlage mit dem nicht-konjugierten Werkzeug nachbearbeitet wurde; -
4D zeigt eine schematische Radialprojektion der Zahnflanke der4A , die in einer vierten Relativlage mit dem nicht-konjugierten Werkzeug nachbearbeitet wurde; -
4E zeigt eine schematische Radialprojektion der Zahnflanke der4A , die in einer fünften Relativlage mit dem nicht-konjugierten Werkzeug nachbearbeitet wurde.
-
1 shows a schematic illustration of a virtual face gear of a bevel gear cutting machine together with a bevel gear workpiece and a gear cutting tool; -
2 shows a schematic illustration of the radial projection of the tooth flank of a bevel gear workpiece (here a ring gear), which was post-processed with a conjugated honing tool of the prior art; -
3 shows a schematic perspective view of a constellation of bevel gear workpiece and offset tool with non-conjugated teeth; -
4A shows a schematic radial projection of the tooth flank of a bevel gear workpiece (here a ring gear), which was post-processed in a first relative position with a non-conjugated tool; -
4B shows a schematic radial projection of the tooth flank of the4A , which was reworked in a second relative position with the non-conjugated tool; -
4C shows a schematic radial projection of the tooth flank of the4A , which was reworked in a third relative position with the non-conjugated tool; -
4D shows a schematic radial projection of the tooth flank of the4A , which was reworked in a fourth relative position with the non-conjugated tool; -
4E shows a schematic radial projection of the tooth flank of the4A , which was reworked in a fifth relative position with the non-conjugated tool.
Detaillierte Beschreibung Detailed description
Anhand der
Aufgrund der Tatsache, dass ein Werkzeug
Wie eingangs erwähnt, haben die Zahnflanke eines Kegelrad-Werkstücks und die dazu konjugierte Zahnflanke eines konventionellen Honwerkzeugs entlang der gesamten Flanke die gleichen Tangentialebenen und die gleichen Normalen. Bei der Konstellation aus Kegelrad-Werkstück
Das Verfahren ist speziell zum Nachbearbeiten der Zahnflanken
Entweder wird das Werkzeug
Alternativ können auch das Werkzeug
Um das Werkzeug
Bei ruhendem, nicht drehangetriebenem Werkzeug
Bei sich drehendem Werkzeug
Die eigentliche Nachbearbeitung erfolgt nun wie im Folgenden beschrieben.The actual post-processing now takes place as described below.
Es wird eine Wälzbewegung des Werkzeugs
Diese Wälzbewegung ist eine gekoppelte Wälzbewegung, wenn das Drehantreiben von Werkzeug
Es wird zusätzlich zu der Wälzbewegung eine überlagerte,
In den
In
Mit einer reinen achsparallelen Zustellbewegung kann das Bearbeitungsbereich
Um in Bezug auf die relative Verlagerung des Bearbeitungsbereichs
Die Relativbewegung kann
- - ein Verändern des Achsversatzes des Werkzeugs
10 relativ zum Kegelrad-Werkstück 20 , und/oder - - ein axiales Verlagern des Werkzeugs
10 relativ zum Kegelrad-Werkstück 20 parallel zu der WerkzeugspindelachseA1 , und/oder - - ein axiales Verlagern des Kegelrad-
Werkstücks 20 relativ zum Werkzeug10 parallel zu der WerkstückspindelachseB , und/oder - - ein Verändern des Achswinkels zwischen
dem Werkzeug 10 und dem Kegelrad-Werkstück 20
- - changing the axis offset of the
tool 10 relative to thebevel gear workpiece 20 , and or - - an axial displacement of the
tool 10 relative to thebevel gear workpiece 20 parallel to the tool spindle axisA1 , and or - - an axial displacement of the
bevel gear workpiece 20 relative to thetool 10 parallel to the workpiece spindle axisB , and or - - changing the axis angle between the
tool 10 and thebevel gear workpiece 20
Durch ein gezieltes Verändern des achsparallelen Abstands, der parallel zur
Durch das gezielte Verändern der Position des Werkzeugs
Das Werkzeug
Die Zahnflanken des Werkzeugs
Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen werden die Zähne des Werkzeugs
Bei einem anderen Teil der Ausführungsformen werden die Zähne des Werkzeugs
Damit ein Werkzeug
Um die Bewegungsfreiheit zu gewährleisten, die erforderlich ist, damit das Werkzeug
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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