DE19500801C2

DE19500801C2 - Verfahren zum Abrichten eines innenverzahnten Hon- o. dgl. Werkzeugs und dafür geeignetes Abrichtrad

Info

Publication number: DE19500801C2
Application number: DE1995100801
Authority: DE
Inventors: Gerhard Reichert
Original assignee: Gleason Works
Current assignee: Gleason Works
Priority date: 1995-01-13
Filing date: 1995-01-13
Publication date: 1997-04-03
Anticipated expiration: 2015-01-14
Also published as: DE19500801A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abrichten eines in einer Maschine zum Feinbearbeiten der Zahnflanken von Werk rädern aufgenommenen innenverzahnten Hon- od. dgl. Werkzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein dafür geeignetes Abrichtrad.

Bei dem u. a. als Honen bekannten Feinbearbeiten der Zahnflanken von insbes. gehärteten zahnradförmigen Werkstücken mit einem Werkzeug, dessen Flanken eine abrasive, d. h. keine einheitlich gerichteten Schneidkanten aufweisende Oberfläche haben, muß das Werkzeug in gewissen Zeitabständen neu abgerichtet werden. Dazu läßt man ein an seinen Zahnflanken mit einer Beschichtung aus Diamantkörnern versehenes Abrichtrad mit dem Werkzeug abwälzen. Insbes. bei innenverzahnten Honwerkzeugen ist es dabei üblich, diese in der Feinbearbeitungsmaschine zu belassen und ihr an Stelle eines zu bearbeitenden Werkrades ein mit diesem abmes sungsgleiches Abrichtrad zuzuführen (DE 93 00 936 U1, JP 6-5824 U).

Selbst bei größtmöglicher Sorgfalt beim Abrichten ist aber das Ergebnis und damit die Qualität der anschließend mit dem abge richteten Werkzeug bearbeiteten Werkräder vielfach nicht be friedigend. Bei eingehenden Untersuchungen wurden eine ganze Reihe von möglichen Ursachen dafür festgestellt, die zu besei tigen die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist.

In jeder Maschine ist an der Werkradspindel ein gewisses Reib moment vorhanden, das abhängig ist von der Massenträgheit, der Lagervorspannung, der Spannung des Werkrades, usw. Das bedeu tet, daß das vom antreibenden Werkzeug beim Abrichten aufzu bringende Drehmoment mindestens so groß sein muß wie das besagte Reibmoment. Dabei darf aber eine bestimmte Kraft zwi schen den Zahnflanken des Abrichtrades und des Werkzeugs nicht überschritten werden, da es andernfalls zu einem unkontrollier ten und damit fehlerhaften Abrichten durch das gegenüber dem Werkzeug "schärfere" Abrichtrad kommt. Daraus folgt, daß zum Erreichen eines bestimmten Drehmoments nicht die Kraft erhöht werden darf, sondern nur der Hebelarm, also der Radius des Abrichtrades, vergrößert werden darf.

Die Verwendung eines Abrichtrades nur mit im Vergleich zum Werkrad größerem Durchmesser, also größerer Zähnezahl, wird indes noch nicht genügen. Um an der Maschine nicht zusätzliche Einführungshilfen für ein axiales In-Eingriff-Bringen vorsehen und dafür die Maschinensteuerung grundlegend ändern zu müssen, sollte das radiale Einführen der Werkrad-Verzahnung in die Werkzeug-Verzahnung sinngemäß auch für das Abrichtrad bei behalten werden. Daraus folgt, daß der Durchmesser bzw. die Zähnezahl des Abrichtrades höchstens so groß sein darf wie der Durchmesser bzw. die Zähnezahl des größten Zahnrades, das radial, d. h. im Sinne einer Achsabstandsveränderung, in die Verzahnung des Werkzeugs einführbar ist.

Beim Feinbearbeiten der Werkräder können sich an diesen vor handene Teilungs-, Rundlauf- und andere Fehler aus der Vorver zahnung oder auch Beschädigungen an den Zahnflanken, insbes. Aufstauchungen, auf das Werkzeug übertragen. Solche Unregel mäßigkeiten am Werkzeug, aber auch aus seiner Herstellung und/oder aus einer Einbauabweichung herrührende Fehler können mit einem Abrichtrad, dessen Zähnezahl der der Werkräder entspricht, kaum beseitigt werden, mitunter werden sie eher noch verstärkt. Daraus ergibt sich, daß die Zähnezahl des Abrichtrades kein ganzzahliges Vielfaches (einschließlich 1) der Werkrad-Zähnezahl sein darf.

Bei den wenigsten Werkrädern ist ein ganzzahliges Überdeckungs verhältnis vorhanden, und damit auch nicht bei den bisher ver wendeten Abrichträdern. Das Ergebnis des Abrichtens kann noch verbessert werden, wenn man die von der DE-PS 9 70 027 beim Zahn radschaben bekannten Vorteile ganzzahliger Überdeckungsverhält nisse auf das Abrichten innenverzahnter Honräder überträgt. Das bedeutet, das Abrichtrad soll so ausgelegt sein (Anspruch 3), daß es im Normalschnitt, ausgehend vom Überdeckungsgrad des Werk rades, den nächstgrößeren ganzzahligen Überdeckungsgrad auf weist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, das in 5 Figuren dargestellt ist. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Bearbeitungsmaschine, auf der das Verfahren ausführbar ist,

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch den Arbeitsraum der Maschine nach Fig. 1 in vereinfachter Darstellung,

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht eines innenverzahnten Werkzeugs mit einem Werkrad,

Fig. 4 eine schematische Seitenansicht eines innenverzahnten Werkzeugs mit einem Abrichtrad, und

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Grenzbedingungen für das radiale In-Eingriff-Bringen.

Ein Beispiel einer Maschine, auf der das erfindungsgemäße Ab richtrad zum Einsatz kommen kann bzw. auf der das erfindungs gemäße Verfahren ausgeführt werden, ist in den Fig. 1 und 2 gezeigt. Ein Maschinengestell 1 mit T-förmigem Grundriß ist an seiner Vorderseite als Maschinenbett 2 gestaltet, auf dem ein Spindelstock 3 und ein Reitstock 4 verschiebbar angeordnet sind. Im hinteren Bereich 5 des Maschinengestells 1 ist in einer Längsführung 6 ein Horizontalschlitten 7 in Pfeilrichtung X verschiebbar und dafür mit einem Motor 8 antreibbar angeordnet. An seiner dem Bett 2 zugewendeten Seite besitzt der Horizontal schlitten 7 eine Vertikalführung 9, in der ein Vertikalschlitten 10 in Pfeilrichtung Y höhenverstellbar und dafür mit einem Motor 11 antreibbar angeordnet ist. An der dem Horizontalschlitten 7 abgewendeten Seite weist der Vertikalschlitten 10 eine in Fig. 1 nur angedeutete Rundführung 12 auf, in der ein Werkzeugkopf 13 um eine in X-Richtung liegende Achse A winkeleinstellbar auf genommen ist. Dabei ragt der Werkzeugkopf 13 im wesentlichen im Bereich zwischen den Spindelstock 3 und den Reitstock 4 hinein. In einer zen tralen Öffnung 14 des Werkzeugkopfs 13 ist ein als Werkzeug T bezeichnetes innenverzahntes Honrad oder Hartschabrad od. dgl. drehantreibbar aufgenommen, das auf seinen Zahnflanken eine abrasive, d. h. keine geometrisch definierten Schneidkanten aufweisende Oberfläche aufweist zum Feinbearbeiten von insbes. gehärteten Werkrädern W. Der Antrieb dafür erfolgt mit einem Motor 15 über ein nur angedeutetes spielfreies Getriebe 16.

Der Spindelstock 3 und der Reitstock 4 sind mit Einrichtungen 17, 18 zum Spannen von jeweils einem Werkrad W versehen, das sich bei seiner Bearbeitung im Innern des Werkzeugs T mit diesem in kämmendem Zahneingriff befindet. Die Werkradachse C2, die erwähnte Achse A und - bei nicht geschwenktem Werkzeug T - die Werkzeugachse C1 liegen dabei in einer Ebene. Zum Wechseln des Werkrades W wird es außer Eingriff gebracht und aus dem Werkzeug T herausgefahren. Dazu ist der Reitstock 3 auf dem Bett 2 in einer Führung 19 mittels eines Antriebs 20 in Pfeilrichtung Z verschiebbar und der Reitstock 4 wird in einer Führung 21 eben falls in Pfeilrichtung Z nachgeführt, wofür eine nicht darge stellte Steuerung und ein hydraulischer Antrieb 22 vorgesehen sind.

Jede der Pfeilrichtungen X, Y und Z verläuft senkrecht zu den beiden anderen.

Beim Feinbearbeiten mit zahnradförmigen Werkzeugen wird in der Regel mit einem Achskreuzwinkel ° zwischen der Werkzeugachse C1 und der Werkradachse C2 gearbeitet. Dazu wird der Werkzeugkopf 13 mit dem Werkzeug T um die Achse A geschwenkt, so daß die Achse C1 schräg zur Achse C2 steht, die immer in Pfeilrichtung Z verläuft. Die Zustellbewegung des Werkzeugs T relativ zum Werkrad W im Sinne einer Veränderung des Achsabstands a erfolgt durch eine Bewegung des Horizontalschlittens 7 in Pfeilrichtung X.

Wenn eine vorgegebene Anzahl von Werkrädern W bearbeitet worden ist, muß das Werkzeug T abgerichtet werden, um seine Schneid fähigkeit zu erhalten oder wieder herzustellen. Dazu wird der Maschine manuell oder mit nicht gezeigten Einrichtungen statt des nächsten Werkrades W erst ein Abrichtrad AR zugeführt und wie ein Werkrad W gespannt. Zum Abrichten läßt man das Werkzeug T mit dem Abrichtrad AR in kämmendem Zahneingriff drehen.

Das Abrichtrad AR weist erfindungsgemäß eine größere Zähnezahl bzw. einen größeren Durchmesser auf als das mit dem Werkzeug T zu bearbeitende Werkrad W (Fig. 3, 4). Dabei entspricht der Radius r des Abrichtrads AR der Bedingung

Dabei steht M für das erforderliche Drehmoment für die an der Werkradspindel, d. h. im Spindelstock 3 und im Reitstock 4, zu überwindenden Widerstände, z. B. die Lagerreibung, und P für die beim Abrichten maximal zulässige Kraft pro Zahnflanke. Der im Vergleich mit den sonst mit dem Werkzeug T in Eingriff befind lichen Werkrädern W größere Durchmesser des Abrichtrades AR macht für das Abrichten einen anderen Achsabstand a und ggf. einen anderen Achskreuzwinkel γ erforderlich als beim Bearbeiten der Werkräder W, was jedoch mit einer entsprechend ausgelegten Maschinensteuerung keine Probleme bereitet. Die größere Zähne zahl des Abrichtrades AR führt auch zu einer verbesserten Schmiegung zwischen den Zahnflanken des Werkzeugs T und des Abrichtrades AR, was durchaus erwünscht ist.

An einer bekannten Maschinentype wurde das zum Überwinden der Lagerreibung und dgl. aufzubringende Drehmoment mit ca. 50 kp·mm ermittelt. Zum Abrichten der mit einer bestimmten Körnung beleg ten abrasiven Zahnflanken eines Werkzeugs T hat sich für schmale bis normal breite Werkräder W eine Kraft P = 0,5 bis 0,8 kp als geeignet erwiesen, bei sehr breiten Werkrädern auch bis 1 kp.

Mit M = 50 kp·mm und P = 0,8 kp ergibt sich für das Abrichtrad AR nach [1) Mindest-Radius r von 62,5 mm. Bei einem herkömm lichen Abrichtrad AR in der Größe eines mit dem Werkzeug T zu bear beitenden Werkrades W von z. B. 50 mm Durchmesser, was bei Pkw-Getrieben nichts Außergewöhnliches ist, müßte, um das Drehmoment von 50 kp·mm aufbringen zu können, mit einer Kraft von 2 kp gearbeitet werden. Das wäre ein Mehrfaches des oben genannten erforderlichen Wertes und würde zu einem unkontrollierten und damit fehlerhaften Abrichten führen: Das Abrichtrad AR weist zwar geschliffene Zahnflanken auf, aber nicht alle Flanken sind in gleichem Maße abrasiv, z. B. weil sie infolge unterschiedlicher Beschichtung mehr oder weniger "Schneiden" aufweisen und dement sprechend unterschiedlich auf die Flanken des abzurichtenden Werkzeugs T einwirken. Beim bevorzugt angewendeten Zweiflanken-Abrichten birgt eine zu hohe auf die Werkzeug-Zahnflanken ein wirkende Kraft zudem die Gefahr einer ungleichen Kräftevertei lung in sich mit der Folge, daß nur die einen Flanken abgerich tet würden und die anderen Flanken gar nicht. Die so beim Ab richten am Werkzeug T erzeugten Fehler würden dann wieder auf die danach zu bearbeitenden Werkräder W übertragen.

Die zu dem ermittelten Radius r = 62,5 mm und dem vorgegebenen Modul passende Zähnezahl des Abrichtrades AR darf kein ganz zahliges Vielfaches der Werkrad-Zähnezahl sein, andernfalls der Radius r und damit die Zähnezahl des Abrichtrades AR etwas variiert werden müssen.

Der Durchmesser 2·r des Abrichtrades AR darf auf keinen Fall größer sein als der Durchmesser des größten in radialer Rich tung, also unter Veränderung des Achsabstandes a, in die Ver zahnung des Werkzeugs T einbringbaren Zahnrades. Andernfalls würde eine Überschneidung der Zahnköpfe von Werkzeug T und Abrichtrad AR einen Zahneingriff verhindern. In Fig. 5 ist das größte Zahnrad bzw. Abrichtrad AR_max gezeigt, dessen Verzahnung in die Verzahnung eines vorgegebenen innenverzahnten Werkzeugs T radial eingeführt werden kann. Bei einem größeren Zahnrad bzw. Abrichtrad AR würde es bei 50, 51 zu einer Kollision mit der Ver zahnung des Werkzeugs T kommen.

Der wie vorstehend beschrieben ermittelte Durchmesser 2·r bzw. die entsprechende Zähnezahl des Abrichtrades AR kann, um das Abrichten noch weiter zu optimieren, noch dahingehend korrigiert werden, daß zwischen dem Werkzeug T und dem Abrichtrad AR ein ganzzahliges Überdeckungsverhältnis besteht. Die hierfür vor zusehenden Maßnahmen sind bekannt, so daß hier nicht weiter darauf eingegangen werden muß.

Claims

1. Verfahren zum Abrichten eines in einer Maschine zum Fein bearbeiten der Zahnflanken von Werkrädern aufgenommenen innen verzahnten Hon- od. dgl. Werkzeugs (T) mit einem Abrichtrad (AR), das an Stelle eines Werkrades (W) mit dem abzurichtenden Hon- od. dgl. Werkzeug (T) in Eingriff gebracht und in Rota tion versetzt wird, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Abrichtrades (AR) mit einer im Vergleich zum Werkrad (W) größeren Zähnezahl, wobei für das Abrichten von einer Maschinensteuerung ein von der Feinbearbeitung der Werkräder (W) abweichender Achsabstand (a) zwischen dem Werkrad (W) und dem Hon- od. dgl. Werkzeug (T) und bei Bedarf ein abweichender Achskreuzwinkel (γ) zwischen der Achse (C1) des Hon- od. dgl. Werkzeug (T) und der Achse (C2) des Werkrades (W) einge stellt wird bzw. werden.

2. Abrichtrad zum Abrichten eines in einer Maschine zum Feinbearbeiten der Zahnflanken von Werkrädern aufgenommenen innenverzahnten Hon- od. dgl. Werkzeugs (T), das an Stelle eines Werkrades (W) mit dem abzurichtenden Hon- od. dgl. Werk zeug (T) in Eingriff gebracht und in Rotation versetzt wird. Zur Verwendung bei dem Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

3.1 der Radius (r) des Abrichtrades (AR) entspricht der Bedingung wobei M das zum Überwinden der Lagerreibung an der Werk radspindel erforderliche Drehmoment und P die beim Ab richten maximal auf eine Zahnflanke einwirkende Kraft bezeichnet;
3.2 der Durchmesser (2·r) des Abrichtrades (AR) ist nicht größer als der Durchmesser des größten in radialer Rich tung mit dem Hon- od. dgl. Werkzeug (T) in Zahneingriff bringbaren Zahnrades;
3.3 die Zähnezahl des Abrichtrades (AR) ist kein ganzzahliges (einschließlich 1) Vielfaches der Zähnezahl des mit dem innenverzahnten Hon- od. dgl. Werkzeug (T) zu bearbeiten den Werkrades (W).

3. Abrichtrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es im Normalschnitt - ausgehend vom Überdeckungsgrad des Werk rades (W) - den nächstgrößeren ganzzahligen Überdeckungsgrad aufweist.