DE19706867A1

DE19706867A1 - Profiliermethoden zur Erzeugung modifizierter Schleifschnecken

Info

Publication number: DE19706867A1
Application number: DE19706867A
Authority: DE
Inventors: Ralf Dr Jankowski
Original assignee: Reishauer AG
Current assignee: Reishauer AG
Priority date: 1997-02-21
Filing date: 1997-02-21
Publication date: 1998-08-27
Anticipated expiration: 2017-02-22
Also published as: US6077150A; DE19706867C5; JPH10230460A; ITTO980120A1; DE19706867B4; JP4099258B2

Description

Die Erfindung betrifft im wesentlichen Methoden zur Erzeugung einer ein- oder mehrgängigen Schleifschnecke für das Schleifen von Zahnflanken nach dem Prinzip des kontinuierlichen Diagonalwälzschleifens sowie eine Vorrich tung zur Durchführung dieser Methoden, wobei die Flanken der Schleif schneckengänge über einen Bereich der Schneckenbreite Modifizierungen erhalten und das Verhältnis zwischen modifiziertem und unmodifiziertem Schleifschneckenbereich hinsichtlich einer günstigen Ausnutzung der gesam ten Schneckenbreite ein Optimum bildet.

Stand der Technik

Die Mehrzahl der heutzutage in der Getriebetechnik zur Anwendung kommen den Stirnräder besitzen evolventische Zahnflanken. Kraftbedingt führt der Ein griff zweier evolventischer Zahnräder in vielen Fällen jedoch zu keinem opti malen Betriebsverhalten, so daß die Zahnflanken abweichend von der Evol vente mittels konstruktiver Berechnungen sowohl in Zahnhöhen- als auch in Zahnbreitenrichtung Modifikationen erhalten. Da die Beträge solcher Modifi kationen überwiegend im Mikrometer-Bereich liegen, besitzen die Schleifver fahren eine vorrangige Rolle bei der Fertigung von modifizierten Zahnflanken.

Zu den einfacheren Modifikationen der Zahnflanken gehören vor allem Hö hen- oder Breitenballigkeiten, Kopf- oder Fußrücknahmen bezüglich der Zahnhöhe sowie Endrücknahmen bezüglich der Zahnbreite. Betrachtet man diese Modifikationen hinsichtlich ihres Änderungsverhaltens in den zwei Rich tungen einer Zahnflanke (Zahnhöhe und Zahnbreite) handelt es sich um Zahnflankenmodifikationen, die sich immer nur jeweils in einer Zahnflanken richtung ändern und in der zweiten Zahnflankenrichtung konstant bleiben. Sie lassen sich beim kontinuierlichen Wälzschleifen entweder durch Profilierung des Schleifwerkzeuges mit speziellen Profilierwerkzeugen (meist Modifikatio nen in Zahnhöhenrichtung) oder durch geeignete Bewegungen der Maschi nenachsen (meist Modifikationen in Zahnbreitenrichtung) erzeugen, wobei diese zusätzlichen Achsbewegungen beim kontinuierlichen Wälzschleifen vielfach zu einer ungewollten Verzerrung des Zahnflankenprofils führen.

Kompliziertere Zahnflankenmodifikationen besitzen dagegen in mehreren Stirnschnitten und/oder mehreren Zylindern unterschiedliche Vorschriften für ihre Erzeugung. Im Extremfall kann jeder Punkt der Zahnflanke einen geson derten Modifikationsbetrag (Abweichung der Profilform von der Evolvente) erhalten. Die Fertigung einer solchen Verzahnung mit Hilfe des kontinuierli chen Wälzschleifens bedarf besonderer technologischer Vorgehensweisen.

Für die Lösungsfindung ist weiterhin der technische Stand bei der Profilierung von Schleifschnecken wichtig. Bei den diesbezüglich bekannten Verfahren (Fig. 1) wird in vielen Fällen ein scheibenförmiges Profilierwerkzeug 1 ver wendet. Dieses Profilierwerkzeug wird mittels einer Hubbewegung 3 relativ zu einer rotierenden Schleifschnecke 2 bewegt, wobei das Profilierwerkzeug den Kopf, die Flanke und/oder den Fuß einer oder beider Flanken des Schleif schneckenganges 4 berührt. Die Hubbewegung 3 des Profilierwerkzeuges 1 und die Rotationsbewegung 5 der Schleifschnecke 2 sind dabei genau auf einander abgestimmt, so daß nach einer Schneckenumdrehung das Profi lierwerkzeug den Weg PI . Modul .Gangzahl zurückgelegt hat. Aus der Viel zahl der diesbezüglich angewendeten Verfahrensspezifikationen sind zwei all gemeine Prinzipien bekannt.

Beim Profilieren mit Profilrolle (Fig. 1a) besitzt der aktive Bereich 6 des schei benförmigen Profilierwerkzeuges 1 ein ein- oder doppelkegeliges Profil. Wäh rend des Profiliervorganges führt diese Profilform zu einem Linienkontakt zwi schen dem Profilierwerkzeug 1 und einem Normalschnitt des Schleifschneckenganges 4. Diese Kontaktverhältnisse haben den Vorteil, daß mit einer Hubbewegung 3 des Profilierwerkzeuges 1 oder der Schleifschnecke 2 über der Breite der Schleifschnecke b_S die gesamte Höhe des Schneckenganges h einschließlich der Fuß- und Kopfbereiche profiliert werden kann. Die Folge sind kurze Profilierzeiten. Da bei diesem Verfahrensprinzip immer ein größerer Flankenhöhenbereich eines Schneckengang-Achsschnittes im Eingriff ist (meist sogar das gesamte Profil), wird es im weiteren als Profilabrichten be zeichnet.

Das Profilieren mit Formrolle (Fig. 1b) nutzt ein scheibenförmiges Profilier werkzeug, das im aktiven Bereich 6 beispielsweise ein Radiusprofil besitzt. Der Kontakt zwischen Profilierwerkzeug 1 und Schneckengang 4 ist bei die sem Werkzeug nahezu punktförmig. Während einer Hubbewegung 3 über der Schleifschneckenbreite b_S wird somit immer nur ein eng begrenzter Bereich der Schneckenganghöhe h profiliert. Zur Profilierung des gesamten Schneckenganges sind eine Vielzahl von Profilierhüben notwendig, wobei das Profi lierwerkzeug nach jedem Hub um einen definierten Betrag ΔU entlang der Schneckenganghöhe zugestellt wird. Besonders bei Schleifschnecken mit großem Modul führt dieses Profilierprinzip zu langen Profilierzeiten. Bekannt ist aber auch, daß dieses Verfahren infolge des Punktkontaktes im Eingriffs bereich für das Erzeugen von nahezu beliebigen Modifikationen über der Schneckenganghöhe sehr vorteilhaft ist. Im weiteren soll dieses Verfahrens prinzip als zeilenweises Profilieren bezeichnet werden.

In Bezug auf das Wälzschleifen ist zur Erzeugung komplizierter Zahnflanken modifikationen ein Verfahren bekannt, bei dem während des Arbeitshubes ein tangentiales Verschieben (Shiften oder Diagonalwälzen) des Schleifwerkzeu ges gegenüber dem Zahnrad erfolgt (DE 37 04 607). Besonderes Kennzeichen dieses Wälzschleifverfahrens ist, daß infolge des tangentialen Verschiebens während des Arbeitshubes jedem Zahnradnormalschnitt immer eine neue Ein griffslinie Zahnrad - Schleifschnecke zugeordnet werden kann. Durch Verwen dung einer Schleifschnecke, die über ihre gesamte aktive Breite einen Schleifschneckengang mit sich kontinuierlich ändernden Flankeneingriffswin keln besitzt, werden mittels des erwähnten Verfahrens verfahrensbedingte Verwindungen der Zahnflanke kompensiert. Diese entstehen beim kontinuier lichen Wälzschleifen von schrägverzahnten Stirnrädern, wenn während des Arbeitshubes eine Achsabstandsänderung zwischen Werkstück und Werk zeug erfolgt (beispielsweise bei der Erzeugung von Breitenballigkeiten). Nachteilig ist bei diesem Verfahren, daß die Schleifschnecke über ihre ge samte aktive Breite geänderte Eingriffswinkel (Modifikationen) erhält und somit bei Verwendung von Schleifschnecken mit konventionellen Schleifmit teln ein erhöhter Verschleiß in den Schneckenbereichen auftritt, in denen mit erhöhten Zeitspanungsvolumina geschliffen wird. Bei Verwendung von nicht profilierbaren Schleifschnecken mit superharten Schleifmitteln ist dagegen ein flexibles Profilieren der Schleifschnecke mit neuen Eingriffswinkeländerungen (Modifikationen) nicht möglich.

Bezüglich des zeilenweisen Profilierens ist ein Profilierverfahren bekannt (WO 95124989), bei dem eine Schleifschnecke ausgehend von den zu erzeu genden Zahnflankenmodifikationen in verschiedenen Breitenbereichen unter schiedliche Modifikationen erhält. Diese einzelnen Breitenbereiche erhalten unter Anwendung des zeilenweisen Profilierens der Schleifschnecke über der Höhe des Schneckenganges Modifikationen, die von Bereich zu Bereich un terschiedlich, aber innerhalb eines Bereiches immer konstant sind. Zwischen den einzelnen Breitenbereichen der Schleifschnecke ergeben sich Über gangsbereiche, in denen der Übergang von einer Schneckengang-Höhen modifikation eines Breitenbereiches zur Schneckengang-Höhenmodifikation des folgenden Bereiches erfolgt. Die Erzeugung von kontinuierlichen Flan ken-Modifikationen in Schneckenbreitenrichtung und somit auch in Zahnflan kenbreitenrichtung ist mit diesem Verfahren nicht möglich.

Ziel der Lösung

Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ergibt sich die Aufgabe, eine Schleifschnecke mit einer solchen Geometrie und Flankentopologie be reitzustellen, die beim Schleifprozeß einerseits in kurzer Zeit hohe Spa nungsvolumina ermöglicht und andererseits auch die Erzeugung von Zahn flankenmodifikationen im Mikrometerbereich zuläßt. Aus dieser Aufgabe er gibt sich weitergehend die Notwendigkeit, Methoden oder eine Kombination dieser Methoden zu entwickeln, die ein flexibles Profilieren von Schleif schnecken mit modifizierten Schleifschneckengangflanken ermöglichen. Da bei muß auch die Frage geklärt werden, welche Modifikationen der Flanken eines Schneckenganges mit welcher Profiliermethode bzw. mit welcher Kombination von Profiliermethoden unter Beachtung der Qualitätsrestriktionen der zu schleifenden Verzahnung und mit dem Ziel der Profilierzeitminimierung erzeugt werden können. Abschließend ist eine Vorrichtung zu entwickeln, mit der die Profilierverfahren bzw. Kombination von Profilierverfahren durchführ bar sind.

Grundlage für die Lösungsfindung bilden die beiden bekannten grundsätzli chen Verfahrensprinzipien für das Profilieren von Schleifschnecken, das Pro filabrichten und das zeilenweise Abrichten, sowie das Diagonalwälzschleifen von Verzahnungen.

Die Erfindung wird nachfolgend beschrieben, wobei die entsprechenden Zeichnungen folgendes darstellen:

Fig. 1a Prinzip des Profilabrichtens von Schleifschnecken,

Fig. 1b Prinzip des zeilenweisen Profilierens von Schleifschnecken,

Fig. 2a Eingriffsverhältnisse beim kontinuierlichen Wälzschleifen,

Fig. 2b Shiftweg beim kontinuierlichen Diagonalwälzschleifen,

Fig. 3 Modifikationen der Schneckengangflanke über der Schnecken ganghöhe für einen Normalschnitt eines Schleifschneckengan ges,

Fig. 4a . . . 4c Profilierverfahren zum Erzeugen von Schneckengang-Flanken modifikationen mittels des Profilabrichtens,

Fig. 5 Vorrichtung für die Realisierung des vorgeschlagenen Profilier verfahrens,

Fig. 6 Profilierverfahren zum Erzeugen von Schneckengang-Flanken modifikationen mittels des zeilenweisen Profilierens,

Fig. 7 Spezielles Profilierwerkzeug mit zwei Werkzeugradien pro Flanke,

Fig. 8 Aufteilung der Schleifschnecke in unterschiedlich profilierte Be reiche.

Lösungsvorschlag

Zur Erzeugung von evolventischen Zahnflanken ohne Modifikationen wird gemäß Fig. 2 als Werkzeugprofil (Bezugsprofil) grundsätzlich eine Zahnstange 4 mit geraden Zahnflanken 7, die gegenüber der Profillinie um den Eingriffs winkel α der Verzahnung geneigt sind, genutzt. Unter Berücksichtigung der beim Eingriff zwischen einem zu erzeugenden Evolventenprofil 8 und dem Bezugsprofil (Zahnstange) 4 sich ausbildenden Eingriffslinien für die Rechts flanken 9 und Linksflanken 10 (Fig. 2a) sowie der beim Diagonalwälzen zu sätzlich auftretenden Shiftbewegung 11 (Fig. 2b) läßt sich mit ausreichender Näherung über eine Transformationsrechnung jedem beliebigen Punkt auf der Zahnflanke ein Berührpunkt 12 auf einem entsprechenden Normalschnitt des Schleifschneckenganges 4 (Bezugsprofil) zuweisen. In Abhängigkeit vom Shiftvorschub und der Verzahnungsbreite ergibt sich in Achsrichtung der Schleifschnecke ein Shiftbereich b_SSh, den die Verzahnung während des Ar beitshubes überfährt. Wird diese Transformationsrechnung für ein Netz von Zahnflankenpunkten durchgeführt, können Modifikationsbeträge (vorzeichen behaftete Abweichungen des Zahnflankenprofils von der Evolvente) für defi nierte Zahnflankenpunkte bestimmten Berührpunkten der Schneckengang flanke zugeordnet werden. Für einen Normalschnitt eines Schleifschnecken ganges an einer definierten Schleifschneckenbreitenposition V_j können sich dann beispielsweise über der Ganghöhe h die in Fig. 3 dargestellten Modifi kationsbeträge M_i,j für das Bezugsprofils (vorzeichenbehaftete Abweichungen des Schneckengangflankenprofils vom Evolventenbezugsprofil) ergeben.

In einem 1. Schritt werden somit die gewünschten Modifikationen einer Zahn flanke auf die Flanke eines Schleifschneckenganges transformiert. Zu beach ten ist dabei, daß sich infolge des Abbildprinzips die Vorzeichen der Modifi kationen bei der Transformationsrechnung umkehren. Flankenpunkte des Schleifschneckenganges, die nicht mit der Zahnflanke in Berührung kommen, erhalten den Modifikationsbetrag Null. Als Resultat der Transformationsrech nung ergibt sich das Sollprofil der Flanken eines modifizierten Schleifschneckenganges für beliebige Schneckenbreitenpositionen.

Die zeiteffektive Erzeugung (Profilierung) des Sollprofils der modifizierten Schneckengangflanken erfolgt mit Hilfe des Profilabrichtens und beruht zu nächst darauf, daß mittels einer Ausgleichsrechnung für jeweils beide Flan ken 7 eines Normalschnittes des Schleifschneckenganges 4 bei einer be stimmten Schneckenbreitenposition V_j die Abhängigkeit der Modifikationsbe träge M_i,j von der Schneckenganghöhenposition h_i gebildet wird (Fig. 3). Als Ausgleichsfunktion können dabei beliebige stetige Funktionsansätze gewählt werden, wobei zu beachten ist, daß der einmal gewählte Ansatz auch für die Berechnungen bei weiteren Normalschnitten des Schneckenganges verwen det werden muß. Wird als Ausgleichsfunktion beispielsweise die Geraden funktion gewählt, stellt der ermittelte Anstieg der Ausgleichsgeraden 13 einen Winkel ΔF dar, um den der Eingriffswinkel des modifizierten Bezugsprofils bei der entsprechenden Schleifschneckenbreitenposition V_j vom Eingriffswinkel der Flanke 7 des unmodifizierten Bezugsprofils abweicht. Wird diese Aus gleichsrechnung mit dem einmal gewählten Funktionsansatz für eine Vielzahl von Normalschnitten des Schneckenganges über der Schneckenbreite b_S durchgeführt, ergibt sich insgesamt eine Abhängigkeit der Anstiegswerte bzw. des Winkels ΔF von der Schleifschneckenbreitenposition V_j.

Dient weiterhin unter Beachtung des Profilabrichtens (Fig. 1a) als Verkörpe rung der gewählten Ausgleichsfunktion das Flankenprofil 6 (z. B. gerade) eines Profilierwerkzeuges 1, bilden die Anstiegswerte der Ausgleichsfunktio nen in ihrer Gesamtheit eine Führungsgröße für ein stetiges Schwenken eines Profilierwerkzeuges um eine Drehachse F über der Schleifschnecken breite b_S bzw. über den Profilierhub. Steht für das Schwenken des Profilier werkzeuges keine Drehachse F zur Verfügung, kann der gleiche Effekt durch ein Schwenken der Schleifschnecke um eine Drehachse C erzielt werden.

Bezogen auf das Schwenken des Profilierwerkzeuges wird somit in einem zweiten Schritt die Abhängigkeit

ΔF=f(V)

bzw. bei Bezug auf das Schwenken einer Schleifschnecke die Abhängigkeit

ΔC=f(X)

ermittelt.

In Fig. 4a und 4b ist ersichtlich, daß infolge der Schwenkbewegung um einen Drehpunkt P_r (Drehachse F) die Flanke des Profilierwerkzeuges 1 be züglich ihrer Zustell- (U-Achse) und Hublage (V-Achse) gegenüber der Flanke 7 des Schleifschneckenganges 4 aus der gewünschten Position gebracht wird. Aus diesem Grund müssen die aus der Schwenkbewegung des Profi lierwerkzeuges 1 resultierenden Positionsabweichungen durch simultane Kor rekturbewegungen ΔU und ΔV (Fig. 4b und4c) in U- bzw. V-Richtung bezüg lich des Profilierwerkzeuges und/oder ΔX und ΔY in X- und Y-Richtung be züglich der Schleifschnecke ausgeglichen werden. Die Größe dieser Korrek turbewegungen ist im wesentlichen von der Größe des Schwenkwinkels ΔF sowie der relativen Lage des realen Drehpunktes P_r der F-Achse zum ideellen Drehpunkt P_i auf der Flanke des Profilierwerkzeuges beim Profilieren abhän gig. Sie lassen sich über die Abhängigkeiten

ΔV = f (ΔF, U_rel, V_rel)

ΔU = f (ΔF, U_rel, V_rel)

berechnen.

Vergleichbare Verhältnisse treten beim Schwenken der Schleifschnecke um eine Drehachse C (Fig. 5) auf. Die Korrekturbewegungen ergeben sich dann aus

ΔY = f (ΔC, X_rel Y_rel)

ΔX = f (ΔC, X_rel, Y_rel).

Das vorgeschlagene Profilierverfahren kann mit der in Fig. 5 dargestellten Vorrichtung durchgeführt werden. Gezeigt ist dabei die Variante, bei der das Profilierwerkzeug die Hub- und Zustellbewegung sowie auch die Schwenkbe wegung ausführt. Vergleichbare Varianten sind möglich, wenn die Schleif schnecke die Hub- und Zustellbewegung sowie die Schwenkbewegung aus führt sowie bei entsprechenden Kombinationen der Bewegungen. Die dargestellte Vorrichtung besitzt werkstückseitig eine auf der Grundplatte 14 waagerecht liegende, motorgetriebene Spindeleinheit 15, auf der, die um eine Achse B drehbare, zu profilierende Schleifschnecke 16 aufgespannt ist und die um eine Drehachse C schwenkbar sein kann. Das um eine Achse E drehbare, scheibenförmige Profilierwerkzeug 1 ist auf einer zur Schleif schneckenspindel parallel liegenden, motorgetriebenen Spindeleinheit 17 befestigt und wird mittels eines servogetriebenen Hubschlittens 18 in V-Rich tung entlang der rotierenden Schleifschnecke 16 bewegt. An den Hubendla gen wird mit Hilfe eines Zustellschlittens 19 die Zustellbewegung in U-Rich tung realisiert. Der Zustellschlitten 19 selbst ist dazu auf der Grundplatte 14 senkrecht zur Werkstückachse verstellbar. Auf dem Zustellschlitten 19 befin det sich der Hubschlitten 18. Die Hubbewegung des Profilierwerkzeuges 1 und die Rotationsbewegung der Schleifschnecke 16 sind über die Steuersi gnale 20 und 21 mittels einer Steuereinheit 22 so aufeinander abgestimmt, daß nach einer Schneckenumdrehung das Profilierwerkzeug den Weg PI . Modul . Gangzahl zurückgelegt hat. Zur Realisierung des vorgeschlagenen Profilierverfahrens ist die Spindeleinheit mit dem aufgespannten Profilier werkzeug unter Nutzung eines auf den Hubschlitten 18 aufgesetzten Drehti sches 23 um die Achse F senkrecht zur Profilierspindel und senkrecht zur Zustellbewegung schwenkbar. Die Schwenkbewegung sowie auch die Kor rekturbewegungen werden mittels der Steuereinheit 22 und den Steuersigna len 20, 24 und 25 in Abhängigkeit von der relativen Hublage des Profilier werkzeuges 1 zur Schleifschnecke 16 ausgeführt. Die Korrekturbewegungen in Zustellrichtung werden dazu der Zustellbewegung mittels des Schlittens 19 und die in Hubrichtung der Hubbewegung mittels des Schlittens 18 überlagert.

Nach der Profilierung eines Schleifschneckenganges mittels des oben be schriebenen Verfahrens und unter Nutzung der aufgeführten Vorrichtung er gibt sich ein Schleifschneckengang, dessen Flankeneingriffswinkel sich über einen Bereich der Schleifschneckenbreite kontinuierlich ändert und somit die lst-Modifikation der Schneckengangflanken bildet.

Wie bereits beschrieben, ergibt sich die Drehwinkellage der F-Achse bezogen auf die Profilierspindeleinheit bzw. der C-Achse bezogen auf die Schleif schneckenspindeleinheit aus Ausgleichsrechnungen, die für eine Vielzahl von Schleifschneckenbreitenpositionen V_j durchgeführt werden. Mit Hilfe der Koef fizienten der Ausgleichsfunktionen können die beim Profilieren sich tatsäch lich ausbildenden Ist-Modifikationsbeträge berechnet werden. Diese weichen von den vorgegebenen Soll-Modifikationsbeträgen aufgrund der Ausgleichs rechnung mehr oder weniger stark ab. Es ist deshalb sinnvoll, für die vorge gebenen Soll-Modifikationsbeträge mittels der Ausgleichsfunktionen die Istmodifikationsbeträge zu berechnen, um so eine Abweichungsmatrix (Restfehler über Schneckenbreite und Schneckenganghöhe) zu erhalten. Für einen vorteilhaften Einsatz des beschriebenen Profilierverfahrens müssen alle Werte der ermittelten Abweichungsmatrix kleiner als ein zuvor definierter Grenzwert sein. Ist dies nicht der Fall, kann das vorgeschlagene produktive Profilabrichten (Fig. 1a) zur Erzeugung der Modifikationen der Schnecken gangflanke nicht angewandt werden. Die relativen Unterschiede zwischen den Modifikationsbeträgen benachbarter Flankenpunkte eines Schneckengang- Achsschnittes sind in diesem Fall so groß, das eine Linienberührung zwi schen Schneckengangflanke und Profilierwerkzeug über die gesamte Schneckenganghöhe nicht die geforderte Qualität der Modifikationen ergibt.

Die Abweichungsmatrix ist weitergehend dahin zu untersuchen, ob die Be träge der Restfehler über die gesamte Höhe des Schleifschneckenganges oder nur über Teilbereiche unzulässig groß sind. Bei zu großen Restfehlern über die gesamte Schneckenganghöhe muß das im folgenden vorgeschla gene zweite Profilierverfahren zur Anwendung kommen. Dieses beruht auf dem ausschließlichen zeilenweisen Profilieren des Schneckenganges und ist somit hinsichtlich der Erzeugung von Modifikationen der Schleifschnecken gangflanken sehr flexibel. Sind die Restfehler dagegen beispielweise nur in den Kopf- und/oder Fußbereichen des Schleifschneckenganges zu groß, ist eine Kombination der Verfahren Profilabrichten und zeilenweises Profilieren möglich.

Ausgangspunkt für die Anwendung des zeilenweisen Profilierens bildet wie derum die genaue Zuordnung der Zahnflankenkoordinaten zu den Berühr punkten auf den Flanken des Schleifschneckenganges einschließlich der bereits beschriebenen Transformationsrechnung. Unter Berücksichtigung des zeilenweisen Profilierens eines Schneckenganges läßt sich nach der Trans formationsrechnung für jede Profilierzeile i bzw. für jede Schneckenganghö henkoordinate U_i eine Abhängigkeit der Modifikationsbeträge M_i der Schneckengangflanke von der Schneckenbreitenposition V_j bilden (Fig. 6). Insgesamt ergibt sich eine Abhängigkeit

M_i,j = f(U_i, V_j).

Positioniert man nun eine Profilrolle 1 auf eine definierte Höhe h₁ bzw. U₁ des Schneckenganges 4 und steuert die Profilierhubbewegung über der Schneckenbreite b_S sowohl in Abhängigkeit von der Basissteigung p_S des Schneckenganges 4 als auch in Abhängigkeit von den Modifikationsbeträgen M_1,j dieser Schneckenganghöhe h₁, wird für die Profilierzeile bei der Höhe h₁ die gewünschte Modifikation erzeugt. Die Hubbewegung des Profilierwerkzeuges 1 und die Rotationsbewegung 5 der Schleifschnecke sind beim zeilenweisen Profilieren von Modifikationen somit nicht nur in Abhängigkeit von der Ba sissteigung der Schleifschnecke p_S gekoppelt, sondern zusätzlich auch in Ab hängigkeit von den Modifikationsbeträgen M_i,j, die sich für jeweils eine Profi lierzeile über der Schneckenbreite aus der Transformationsrechnung erga ben.

Wendet man diese Verfahrensweise auf alle Profilierzeilen i, die für die voll ständige Profilierung über der Höhe h des Schleifschneckenganges 4 notwen dig sind, an, ist ein nahezu punktgenaues Übertragen der Modifikationen der Zahnflanken auf die entsprechenden Berührpunkte der Schneckengangflan ken möglich. In dem so modifizierten Schleifschneckenbereich ergibt sich ins gesamt eine Steigung des Schneckenganges 4, die sich sowohl von Profilier zeile zu Profilierzeile als auch entlang einer Profilierzeile (über der Schneckenbreite) kontinuierlich ändert. Das Erzeugen der Zahnflankenmodifikationen erfolgt wie bei dem ersten vorgeschlagenen Profilierverfahren durch Diago nalwälzschleifen über den modifizierten Schleifschneckenbereich.

Wie bereits erwähnt, haben Versuche gezeigt, daß über der Höhe des Schleifschneckenganges betrachtet, zur Einhaltung der geforderten Genauig keit der Modifikationen ein zeilenweises Profilieren über der gesamten Schneckenganghöhe h oftmals nicht notwendig ist. So ist vor allem die Ände rung der Modifikationsbeträge des mittleren Flankenbereiches (über die Schneckenganghöhe betrachtet) vielfach so gering, daß auch ein Profilab richten möglich ist. Die Modifikationsbeträge des Kopf- und Fußbereiches des Schneckenganges machen dagegen meist ein zeilenweises Profilieren erforderlich. Als eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung des vorgegebenen Sollprofils des Schleifschneckenganges ergibt sich somit die Kombination der beiden zuvor vorgestellten Profilierverfahren. Die meist durch eine große Änderung der Modifikationsbeträge gekennzeichneten Fuß- und Kopfbereiche des Schleifschneckenganges wegen mittels des zeilenweisen Profilierens einschließlich der kontinuierlichen Steigungsänderung zur Erzeugung der Modifikationen profiliert. Der mittlere Bereich dagegen wird bei Einhaltung der geforderten Genauigkeit der Modifikationen mit Hilfe des produktiveren Pro filabrichtens unter Nutzung der bereits aufgeführten Schwenkbewegung zur Erzeugung der Schneckengang-Flankenmodifikationen profiliert. Auf diese Weise ergibt sich ein Kompromiß zwischen den Zielgrößen Qualität der Modifikationen und Quantität beim Profilieren.

Eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung der großen Profilierzeiten bei der Erzeugung von Schneckengang-Flankenmodifikationen mit Hilfe des zeilen weisen Profilierens und der kontinuierlichen Steigungsänderung des Schneckenganges ergibt sich bei Anwendung des in Fig. 7 dargestellten Profilier werkzeuges 1. Es besitzt in seinem aktiven Bereich einen Kopfradius 26 so wie an beiden Flankenseiten an den Kopfradius anschließend einen Flan kenradius 27. Besonderes Kennzeichen dieses Profilierwerkzeuges ist, daß der Flankenradius 27 sehr viel größer ist als der Kopfradius 26, vorzugs weise um mindestens einen Faktor 10. Anwendung findet dieses Profilier werkzeug insbesondere dann, wenn für die Erzeugung der geforderten Soll- Modifikationen der Schneckengangflanken ein zeilenweises Profilieren mit relativ großem Radius 27 des Profilierwerkzeuges 1 zulässig ist und gleich zeitig aber auch Schneckengangbereiche mit starken Krümmungen wie bei spielsweise Kopfrundungsradien 28 und Flankenrücknahmen 29 profiliert werden müssen. In den Schneckengangbereichen mit starken Krümmungen erfolgt das Profilieren mit dem kleinen Kopfradius 26 des in Fig. 7 dargestell ten Profilierwerkzeuges. Für eine günstige Positionierung des Profilierwerk zeuges kann dabei unter Umständen ein Schwenken des Profilierwerkzeuges oder der Schleifschnecke mittels der bereits erwähnten Drehachsen F bzw. C erforderlich sein. Die Flankenbereiche des Schneckenganges mit den relativ kleinen Krümmungen (infolge der Modifikationen) werden dagegen mit dem Flankenradius 27 des Profilierwerkzeuges profiliert. Der große Flankenradius hat den Vorteil, daß der Vorschub von Profilierzeile zu Profilierzeile größer gewählt werden kann und die Profilierzeit somit verringert wird, ohne daß dies zu einer Verschlechterung der Formabweichung der Profillinie beim Wälzschleifen der Verzahnung führt.

Für alle vorgestellten Profilierverfahren gilt, daß sich die zu erzeugenden Modifikationen der Flanken des Schleifschneckenganges über die gesamte Schleifschneckenbreite b_S oder nur über einen definierten Breitenbereich er strecken können. Für eine optimale Ausnutzung der gesamten Schleifschneckenbreite ist aber folgende Vorgehensweise vorteilhaft.

Auf die Größe des zu modifizierenden Schleifschneckenbereiches haben vor allem die Länge der Berührlinien 9 und 10 zwischen Verzahnung und Schleif schnecke sowie der Shiftvorschub 11 beim Diagonalwälzen einen Einfluß (Fig. 2a und Fig. 2b). Die Größe des Shiftbereiches wiederum beeinflußt maßgeblich die Größe der Änderung der Modifikationsbeträge in Achsrich tung der Schleifschnecke. Mit größerem Shiftvorschub werden die Modifika tionen in Schneckenachsrichtung gestreckt und mit kleinerem gestaucht. Auf diese Weise ist eine Verteilung der Modifikationsbeträge entlang der Schneckengangflanke und somit auch eine gezielte Beeinflussung der Restfehler beim Profilabrichten mit schwenkbarem Profilierwerkzeug bzw. schwenkbarer Schleifschnecke möglich. Desweiteren führt eine Vergrößerung des modifi zierten Schneckenbereiches zu einer Erhöhung der Anzahl an Werkstücken, die über diesen Bereich ohne Qualitätsverlust bis zum Schneckengangverschleiß im Diagonalverfahren wälzgeschliffen werden können. Dem gegenüber ist aber zu beachten, daß bei einer Vergrößerung des modifizierten Schneckenbreitenbereiches der unmodifizierte Schleifschneckenbereich verkleinert wird. Dieser wird aber benötigt, da der modifizierte Schleifschneckenbereich bei Anwendung hoher Zeitspanungsvolumina schnell verschleißen würde. Es ist deshalb sinnvoll, die Schleifschnecke wie folgt in zwei Bereiche oder Segmente zu unterteilen.

Bereich I bzw. Segment I bleibt unmodifiziert und wird für die beim kontinuier lichen Wälzschleifen bislang üblichen Shiftstrategien genutzt. Der Bereich II bzw. das Segment II erhält dagegen die für die Erzeugung der Zahnflanken modifikationen erforderlichen Flankenmodifikationen des Schneckenganges. Zwischen den modifizierten und unmodifizierten Segmenten der Schleif schnecke ergeben sich Übergangsbereiche b_SUe, in denen sich die einzelnen zur Erzeugung der Modifikationen notwendigen Maschinenachsen entweder von der Nullage auf die erste notwendige Position des modifizierten Segmen tes bewegen oder sich umgekehrt von der letzten Position des modifizierten Segmentes auf die Nullage bewegen. Beide Bereiche sind unter Beachtung der Qualitätskriterien so breit zu wählen, daß sie nach etwa der gleichen Standzeit verschlissen bzw. aufgebraucht sind. Auf diese Weise ergibt sich eine optimale Aufteilung der Schleifschneckenbreite in modifizierten und un modifizierten Bereich. Fig. 8 zeigt beispielhaft eine Schleifschnecke 16, die über ihrer Breite in ein unmodifiziertes Segment b_SI, ein modifiziertes Segment b_SII und den dazwischen liegenden Übergangsbereichen b_SUe unterteilt ist.

Ein weiteres wesentliches Merkmal stellt in diesem Zusammenhang die Tatsa che dar, daß beim zeilenweisen Profilieren infolge des eng begrenzten Kon taktbereiches zwischen Profilierwerkzeug und Schleifschneckengang über der Höhe des Schleifschneckenganges betrachtet, die Bereiche bzw. Segmente ineinander verschachtelt werden können. Der Übergang zwischen unmodifi zierten und modifizierten Bereichen kann hier in Abhängigkeit von der Lage der Berührlinien 9 und 10 (Fig. 2a) für jede Profilierzeile gesondert bestimmt werden. Auf diese Weise wird eine noch günstigere Ausnutzung des Schleif werkzeuges erzielt.

Claims

1. Methode zum Profilieren einer Schleifschnecke zum Diagonalwälzschleifen, bei dem ein rotierendes, scheibenförmiges Profilierwerkzeug eine wiederholte Hubbewegung entlang eines Schneckenganges einer rotierenden Schleif schnecke ausführt oder umgekehrt, eine rotierende Schleifschnecke eine wiederholte Hubbewegung entlang eines rotierenden Profilierwerkzeuges ausführt, wobei das scheibenförmige Profilierwerkzeug mit dem Schleif schneckengang während eines Hubes über der gesamten Höhe des Schneckenganges im Eingriff ist und innerhalb eines Bereiches der Hubbewegung eine Zusatzbewegung in Form einer stetigen Schwenkbewegung um eine zur Drehachse (E) des Profilierwerkzeuges senkrechte erste Achse (F) ausführt, wobei die Größe der während der Hubbewegung ausgeführten Schwenkbe wegung von der relativen Hublage des Profilierwerkzeuges gegenüber dem Schneckengang der Schleifschnecke abhängt und die Flanken des Schleif schneckenganges infolge dieser Zusatzbewegung einen vom nominalen Ein griffswinkel abweichenden, sich zumindest in Bereichen der Schleifschneckenbreite stetig ändernden Eingriffswinkel erhalten, der die gewünschten Modifikationen der Schneckengangflanken näherungsweise verkörpert.

2. Methode zum Profilieren einer Schleifschnecke zum Diagonalwälzschleifen, bei dem ein rotierendes, scheibenförmiges Profilierwerkzeug eine wiederholte Hubbewegung entlang eines Schneckenganges einer rotierenden Schleif schnecke ausführt oder umgekehrt, eine rotierende Schleifschnecke eine wiederholte Hubbewegung entlang eines rotierenden Profilierwerkzeuges ausführt, wobei der Schneckengang der zu profilierenden Schleifschnecke mit dem Profilierwerkzeug während eines Hubes über der gesamten Höhe im Eingriff ist und die Schleifschnecke während der Hubbewegung eine Zusatz bewegung in Form einer stetigen Schwenkbewegung um eine zu ihrer Dreh achse (B) senkrechten zweite Achse (C) ausführt, wobei die Größe der wäh rend der Hubbewegung ausgeführten Schwenkbewegung von der relativen Hublage des Profilierwerkzeuges gegenüber dem Schneckengang der Schleifschnecke abhängt und die Flanken des Schleifschneckenganges in folge dieser Zusatzbewegung einen vom nominalen Eingriffswinkel abwei chenden, sich zumindest in Bereichen der Schleifschneckenbreite stetig än dernden Eingriffswinkel erhalten, der die gewünschten Modifikationen der Schneckengangflanken näherungsweise verkörpert.

3. Methode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der für eine definierte Breitenposition der Schleifschnecke geforderte, vom nominalen Eingriffswinkel abweichende Eingriffswinkel einer Flanke des Schnecken ganges durch Ausgleichsrechnung der Soll-Modifikationsbeträge über der Höhe des Schleifschneckenganges an eben dieser Breitenposition der Schleifschnecke berechnet wird, wobei für die Ausgleichsrechnung als Ansatz eine stetige Funktion gewählt wird und als Verkörperung dieser Funktion das Achsschnittprofil eines Profilierwerkzeuges dient.

4. Methode nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß resultierend aus der Schwenkbewegung des Profilierwerkzeuges um die erste Achse (F) bzw. resultierend aus der Schwenkbewegung der Schleifschnecke um die zweite Achse (C) und infolge der konstruktiven Lage dieser Achse (F oder C) die ursprüngliche relative Positionierung der Flanken eines Profilier werkzeuges gegenüber der Flanke eines Schleifschneckenganges bezogen auf die Hub- und Zustellage durch alleiniges Schwenken um diese Achse (F oder C) nicht mehr gewährleistet ist, Korrekturbewegungen in Hub- und Zu stellrichtung ausgeführt werden und diese Korrekturbewegungen simultan zur Schwenkbewegung der Hub- und Zustellbewegung überlagert werden.

5. Methode zum Profilieren einer Schleifschnecke zum Diagonalwälzschleifen, bei dem ein rotierendes, scheibenförmiges Profilierwerkzeug eine wiederholte Hubbewegung entlang eines Schneckenganges einer rotierenden Schleif schnecke ausführt oder umgekehrt, eine rotierende Schleifschnecke eine wiederholte Hubbewegung entlang eines rotierenden Profilierwerkzeuges ausführt und das scheibenförmige Profilierwerkzeug mit dem Schleifschneckengang während eines Hubes nur über einen eng begrenzten Höhenbereich des Schneckenganges im Eingriff ist, wobei der von der nominalen Steigung des Schleifschneckenganges abhängigen Hubbewegung innerhalb eines zu modifizierenden Bereiches der Schleifschnecke eine Zusatzbewegung in Form einer kontinuierlichen Steigungsänderung überlagert wird, die Größe dieser Zusatzbewegung von der relativen Hublage zwischen Profilierwerk zeug und Schleifschnecke sowie von den vorgegebenen Soll-Modifikationen der Schneckengangflanken abhängt und weiterhin der Übergang zwischen dem modifizierten und unmodifizierten Bereich einer Schleifschnecke über der Höhe des Schleifschneckenganges betrachtet an unterschiedlichen Hubpositionen erfolgen kann, so daß ein Verschachteln der beiden Bereiche möglich ist.

6. Scheibenförmiges Profilierwerkzeug zur Durchführung der Methode nach An spruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich im Axialschnitt in seinem ak tiven Bereich aus einem Kopfradius und einem zweiten Radiusbereich zu sammensetzt, wobei sich der zweite Radiusbereich dem Kopfradius unmittel bar tangential anschließt und der Radius des zweiten Bereiches um minde stens den Faktor 10 größer ist als der des Kopfradius.

7. Kombination der Methoden nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß der unmodifizierte Bereich der Schleifschnecke mittels des Profilabrichtens ohne zusätzlicher Schwenkbewegung des Profilierwerk zeuges bzw. der Schleifschnecke profiliert wird und innerhalb des modifizier ten Schneckenbreitenbereiches, über die Schneckenganghöhe betrachtet, Flankenbereiche mit starker Änderung der Modifikationsbeträge mit Hilfe des zeilenweisen Profilierens mit kontinuierlicher Steigungsänderung und Flan kenbereiche mit kleiner Änderung der Modifikationsbeträge mit Hilfe des Pro filabrichtens und zusätzlicher Schwenkbewegung des Profilierwerkzeuges bzw. der Schleifschnecke profiliert werden.

8. Vorrichtung zur Durchführung der Methoden nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend eine werkstückseitig um eine erste Achse (B) drehbar gelagerte Spindel zum Einspannen einer zu profilierenden Schleifschnecke, mit einem ersten Antrieb, sowie eine um eine zweite Achse (E) drehbare, mittels einer dritten Achse (U) radial zur ersten Achse (B) zustellbare Profilierspindel zum Einspannen eines Profilierwerkzeuges, mit einem zweiten Antrieb, der mit dem ersten Antrieb mit Hilfe einer Steuereinheit synchronisiert ist, wobei im Betrieb das Profilierwerkzeug in einen Schneckengang einer zu profilierenden Schleifschnecke eingreift, dabei ein oder zwei Flanken eines Schleifschneckenganges berührt und mittels einer vierten Achse (V) eine wiederholte Hub bewegung entlang einer zu profilierenden Schleifschnecke sowie an den Hub endlagen eine Zustellbewegung mit der dritten Achse (U) ausführt, die Profi lierspindel weiterhin um eine zur zweiten Achse (E) und dritten Achse (U) senkrechte fünfte Achse (F) schwenkbar ist, und während der Hubbewegung mittels der fünften Achse (F) eine stetige Schwenkbewegung und simultan zu dieser Bewegung mit der dritten und vierten Achse (U und V) Korrekturbewe gungen ausführen kann, wobei diese Bewegungen mit Hilfe einer Steuerein heit in Abhängigkeit von der Position der vierten Achse (V) durchgeführt wer den.