DE3816270C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum
Profilschleifen bzw. Profilfräsen von Zahnrädern nach dem
Oberbegriff des Anspruches 1.
Es ist allgemein bekannt, daß das Verfahren Profilschleifen
von Zylinderrädern mit scheibenförmigem Werkzeug streng
werkstückgebundene Werkzeuge benötigt (T. Bausch,
Zahnradfertigung, Seite 434, 1986, expert verlag). Um
die Flanken von Zylinderrädern mit unterschiedlicher
Verzahnungsgeometrie bearbeiten zu können, sind demnach
Werkzeuge mit unterschiedlicher Geometrie erforderlich.
Das Abrichten entsprechender Schleifscheiben (Jahrbuch
Schleifen, Honen, Läppen und Polieren, 51. Ausgabe:
Prof. Dr. Ing. J. Loomann, Profilschleifen von Schrägstirnrädern:
Geometrische Grundlagen - Kontaktverhältnisse -
Abrichtgerät, Seiten 180 bis 193, 1982, Vulkan-Verlag, Essen)
hat sich bisher nicht allgemein durchsetzen können; man
benötigt demnach je nach Teilespektrum eine mehr oder
weniger große Anzahl unterschiedlich ausgelegter Scheiben.
Die Beschaffung neuer Scheiben, aber auch die Aufbereitung
nicht mehr einsatzfähiger Scheiben (Wiederbelegen) erfordert
Zeit. Aus dem hier erläuterten Sachverhalt resultieren mehrere
Nachteile des Profilschleifens mit nicht oder nur schwer oder
nicht hinreichend genau abrichtbaren Scheiben; diese
betreffen die Kosten - man benötigt z. Z. für jede Werkstückauslegung
ein speziell ausgelegtes Werkzeug - und die
termingerechte Bereitstellung der Werkzeuge. Insbesondere
ergeben sich Probleme, wenn das Werkzeug nicht zur
Werkstückverzahnung paßt, weil z. B. die Werkstückdaten
nicht korrekt vorgegeben oder das Werkzeug nicht korrekt
gefertigt wurde. Große Probleme können auftreten, wenn
ein Werkzeug beschädigt wird, aber kein Ersatz zur Verfügung
steht. Die hier angeschnittenen Punkte haben besondere
Bedeutung im Bereich der Einzel- und Kleinserienfertigung.
Die hier geschilderte Problematik liegt auch
vor bei der Bearbeitung von Zylinderrädern durch Profilschleifen
bzw. Profilfräsen mit fingerförmigen Werkzeugen.
Aus dieser Situation ergibt sich die Aufgabe, die Flexibilität
des Profilschleifens bzw. Profilfräsens von Zahnrädern zu
erhöhen, ohne das Werkzeug mit einem geänderten Profil zu
versehen.
Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß
mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Anspruches 1 gelöst. Die Lösung der Aufgabe geht aus von
der Erkenntnis, daß das vorgeschriebene Werkstückprofil
unter idealen Voraussetzungen nur dann abweichungsfrei
erzeugt werden kann, wenn das Werkzeug beim Schleifen
bzw. Fräsen die Position relativ zum Werkstück einnimmt,
die der Auslegung des Werkzeugprofiles zugrunde liegt
und daß Abweichungen aus dieser Position zu Profilabweichungen
und Zahnweitenabmaßen am Werkstück führen.
Untersucht man die Zusammenhänge näher, so erkennt man,
daß über eine Änderung der Werkzeug-Einstellparameter
insbesondere Profilwinkelabweichungen am Werkstück erzeugt
werden können. Profilwinkelabweichungen lassen
sich aber bekanntlich in Grundkreisabweichungen umrechnen;
siehe z. B. DIN 3960. Man erhält über eine
Änderung der Einstellparameter also einen geänderten
Grundkreis. Das erzeugte Profil läßt sich deshalb als
Profil einer Verzahnung auffassen, die nicht der Aus
legung des Werkzeuges zugrundelag.
Es wird vorgeschlagen, für den Einsatz des nicht für die
zu bearbeitende Verzahnung ausgelegten Werkzeuges über
eine gezielte Änderung der Einstellparameter Achsabstand
a, Außermittigkeit e des Werkzeuges
und Schwenkwinkel ζ die am Werkstück zu erwartenden Profilabweichungen
zu minimieren und die geforderte Zahnweite
W k über eine Anpassung des Ausgangsdrehwinkels ψ auf
den geforderten Wert zu bringen. Die Bedeutung der Einstellparameter
bei scheibenförmigen Werkzeugen ergibt
sich aus Fig. 1. Der Achsabstand a ist der Abstand zwischen
den Achsen des Werkzeuges 0 und des Werkstückes 2. Unter der
Außermittigkeit e versteht man den Versatz des Werkzeuges 0 in
Richtung seiner Achse gegenüber dem bei der Auslegung
zugrunde gelegten Abstand vom Achskreuzpunkt P. Bei
bekannten Verfahren beträgt die Außermittigkeit c Null oder
allenfalls einige hundertstel Millimeter. Beim
erfindungsgemäßen Verfahren ist die Außermittigkeit e ggf. um
Zehnerpotenzen größer gezielt einzustellen, liegt also im
Millimeterbereich. Der Schwenkwinkel ζ ergibt sich zu 90°
- Achskreuzwinkel Σ. Der Ausgangsdrehwinkel ψ ist der
Winkel zwischen der Mitte der Werkstückzahnlücke und der
kürzesten Verbindung der Achsen von Werkzeug 0 und
Werkstück 2.
Falls die zu erwartenden Profilabweichungen einen zu großen
Teil der zulässigen Profilabweichung ausschöpfen, ist das
Werkstückprofil in zwei oder mehr Bereiche zu unterteilen,
und dann in separaten Schleifdurchgängen mit
unterschiedlichen Einstellparametern zu bearbeiten.
Voraussetzung für einen erfolgreichen Einsatz des
Verfahrens ist demzufolge die Kenntnis des quantitativen
Einflusses der Einstellparameter auf das Profil des
Werkstückes und eine Strategie zur Beseitigung dieser
Abweichungen.
Es ist denkbar, den Einfluß der Einstellparameter auf das
Profil angenähert über Versuche zu ermitteln; diese
Vorgehensweise ist jedoch sehr zeit- und kostenintensiv. Zu
empfehlen ist die Berechnung der einzelnen Einflüsse.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es
zeigt
Fig. 1 in schematischer Darstellung die verschiedenen
Einstellparameter Achsabstand a, Außermittigkeit
e, Schwenkwinkel ζ, Ausgangsdrehwinkel ψ
und Achskreuzwinkel Σ zwischen einem scheibenförmigen
Werkzeug und dem Werkstück,
Fig. 2 die Zerlegung der Profil-Gesamtabweichung F α
in die Anteile Zahnweitenabmaß Δ W k,
Profilwinkelabweichung f H α, Höhenballigkeit c α
und Profilformabweichung f f α ,
Fig. 3 den Einfluß des Achsabstandes a, der Außermittigkeit
e, des Schwenkwinkels ζ und des Ausgangsdrehwinkels
ψ auf das Zahnweitabmaß Δ W k , die
Profil-Winkelabweichung f H α , die Höhenballigkeit
c α und die Profilformabweichung f f α
für je ein gerad- bzw. schrägverzahntes Werkstück.
Bei der Berechnung der einzelnen Einflüsse wird der
Fertigungsprozeß simuliert. Simuliert wird zunächst das
Schleifen bzw. Fräsen der Werkstückverzahnung mit einem
Werkzeug 0, das für ein Werkstück 2 mit ähnlilcher Geometrie
ausgelegt ist. Man wählt dazu den Achsabstand a
und den Schwenkwinkel ζ z. B. so, als würden
Werkzeug 0 und Werkstück 2 genau zueinander passen. Nun
berechnet man das zu erwartende Werkstückprofil und vergleicht
dieses mit dem geforderten Profil. Für diesen
Vergleich zerlegt man die Profil-Gesamtabweichung F α
in vier Anteile, nämlich in ein Zahnweitenabmaß Δ W K und
die aus der Zahnrad-Meßtechnik bekannten Anteile Profil-
Winkelabweichung f H α , Höhenballigkeit c a und
Profilformabweichung f f α . Die Höhenballigkeit wird dabei
im Profildiagramm durch eine quadratische Parabel
beschrieben.
Anschließend ändert man die Einstellparameter a, e, ζ, ψ
und wiederholt das vorstehend beschriebene Verfahren. Dabei
erhält man andere Ergebnisse als im ersten Durchlauf. Aus
dem Vergleich dieser Ergebnisse leitet man ab, in welchem
Sinne die Einstellparameter für die nächste Berechnung
geändert werden sollen. Der Vorgang wird so oft wiederholt,
bis geeignete Einstellparameter gefunden sind.
Normalerweise ist das der Fall, wenn die
Profil-Winkelabweichung f H α gleich 0 ist und die
Höhenballigkeit c α und die Profilformabweichung f f α
innerhalb vorgegebener Toleranzen liegen.
Lassen sich die vorgeschriebenen Toleranzen nicht einhalten
und steht kein möglicherweise besser geeignetes Werkzeug 0
zur Verfügung, so muß die Bearbeitung einer Flanke des
Zahns in zwei oder mehreren Durchgängen erfolgen. Man
zerlegt dazu das geforderte Werkstückprofil in zwei (oder
entsprechend mehr) Bereiche und wendet das hier
beschriebene Verfahren auf jeden dieser Bereiche separat
an.
Sind die Einstellparameter am Rechner gefunden, so kann die
Bearbeitung an der Maschine erfolgen. Werkzeug 0 und
Werkstück 2 sind dazu natürlich auf diese Parameter
einzustellen.
Das vorgeschlagene Verfahren bietet auch die Möglichkeit,
Kopf- und/oder Fußrücknahme mit einer unmodifizierten
Scheibe 0 zu erzeugen. Dazu sind die einzelnen Bereiche je
Flanke in separaten Durchgängen mit unterschiedlichen
Einstellparametern zu bearbeiten.
Das Verfahren bietet ferner die Möglichkeit, Flanken von
Zähnen mit Höhenballigkeit zu erzeugen.
Besonders vorteilhaft ist die Tatsache, daß die Beträge der
Fuß- und Kopfrücknahme und in bestimmten Grenzen der Betrag
der Höhenballigkeit über Maschineneinstellungen, also nicht
über entsprechend profilierte Werkzeuge, gewählt werden
kann. Das Verfahren bietet die Voraussetzung, für einen
bestimmten Anwendungsbereich standardmäßig Scheiben 0 auf
Lager zu halten, so daß der Bezug bzw. das Wiederbelegen
unabhängig von der aktuellen Bearbeitungsaufgabe erfolgen
kann.
Werkzeuge zum Profilfräsen besitzen als Hüllkörper die
gleiche Geometrie wie die entsprechenden Werkzeuge zum
Profilschleifen. Auch die Fertigungskinematik beider
Verfahren ist gleich. Das vorgeschlagene Verfahren läßt
sich deshalb auch beim Profilfräsen mit scheibenförmigen Fräswerkzeugen
anwenden.
Bei Abrichtsystemen, mit denen man nicht das theoretisch
erforderliche Scheibenprofil erzeugen kann, läßt sich über
das vorgeschlagene Verfahren eine deutliche Verbesserung
der Arbeitsergebnisse erzielen. Derartige Fälle liegen vor,
wenn man die Scheibe 0 nicht bahngesteuert abrichtet,
sondern z. B. über Rollen, die zum Abrichten entsprechend
zur Scheibe 0 eingestellt werden, oder wenn man die Scheibe
0 unter Verwendung von Schablonen abrichtet. Derartige
Verfahren haben gegenüber dem Abrichten über numerisch
gesteuerte Einrichtungen zur Zeit noch Vorteile; dies gilt
insbesondere für Anwendungen, in denen besonders hohe
Anforderungen an die Oberflächenrauheit der
Werkstückflanken gestellt werden.
Das Verfahren wird im folgenden anhand der Fig. 2 und 3
erläutert. Die Teilfigur 1 in Fig. 2 zeigt die
Profil-Gesamtabweichung F α über dem Wälzweg w. Diese
Profil-Gesamtabweichung F α wird, wie die Teilfiguren 2
bis 5 in Fig. zeigen, in die vier Anteile Zahnweitenabmaß
Δ W k , Profilwinkelabweichung f H α , Höhenballigkeit c α
und Profilformabweichung f f α zerlegt. Diese in den
Teilfiguren 2 bis 5 der Fig. 2 angegebenen Größen können
durch die beschriebenen Einstellparameter Achsabstand α,
Außermittigkeit e, Schwenkwinkel ζ und Ausgangsdrehwinkel ψ
beeinflußt werden, wie Fig. 3 zeigt.
Fig. 3 gibt die Verhältnisse für schrägverzahnte (ausgezogene
Linien) bzw. geradverzahnte (gestrichelte Linien)
Werkstücke wieder. Sie enthält auf der Abszisse nicht die
Einstellparameter selbst, sondern deren Änderung gegenüber
dem Auslegungszustand. Fig. 3 zeigt die Auswirkungen der
Einstellparameter δ a, Δ e, Δ ζ und Δ ψ auf die
Größen Δ W k , f H α , c a und f f α. Das Zahnweitenabmaß
Δ W k läßt sich am einfachsten über den Einstellparameter
Δ ψ, also über eine Verdrehung des Werkstückes
2 einstellen, weil Δ ψ auf die anderen Größen f H α ,
c α und f f α keinen Einfluß hat. Fig. 3 zeigt weiter,
daß die Größen f H α und c α durch die Einstellparameter
Δ a, Δ e und Δ ζ optimiert werden können. Grundsätzlich
läßt sich die Größe f H α zu 0 machen. Die verbleibenden
Größen c α und f f α begrenzen den Anwendungsbereich des
Verfahrens.
Claims (3)
1. Verfahren zum Profilschleifen bzw.
Profilfräsen von Zahnrädern mit scheibenförmigen
Werkzeugen, bei dem die Flanken eines Werkstückes
mit einem Werkzeug oder mit je einem Werkzeug
für die Rechts- bzw. Linksflanken in separaten
Arbeitsgängen mit Einstellparametern Achsabstand α,
Außermittigkeit des Werkzeuges e, Schwenkwinkel
und Ausgangsdrehwinkel ψ des Werkstückes bearbeitet
werden,
dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Werkzeuges
(0), dessen Profil nur angenähert der Profilgeometrie
des zu bearbeitenden Werkstückes (2) entspricht,
die bei einem derartigen Einsatz normalerweise
auftretenden großen Profilabweichungen am Werkstück
(2) durch eine gezielte Einstellung des Werkzeuges
(0) zum Werkstück (2) vermieden werden, wobei die Einstellparameter
a, e, ζ, ψ iterativ durch Simulation
des Bearbeitungsvorganges auf einem Rechner oder durch
Versuch ermittelt werden, indem man als Einstellparameter
Werte annimmt, etwa wie man sie der Auslegung
eines genau auf die Werkstückverzahnung abgestimmten
Werkzeuges zugrundelegen würde, das damit zu erwartende
Arbeitsergebnis auf einem Rechner oder durch Vermessen
eines Probewerkstückes bestimmt, mit den Sollwerten
vergleicht, den Vorgang mit geänderten Einstellparametern
wiederholt und aus dem dabei ermittelten Zusammenhang
zwischen den Einstellparametern und dem Werkstückprofil
geänderte Einstellparameter ableitet und das Verfahren
in der geschilderten Art solange wiederholt, bis das
gewünschte Arbeitsergebnis erzielt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Werkzeug (0), das
für ein Werkstück (2) ohne Profilmodifikation ausgelegt
wurde, mit geänderten Einstellparametern in je einem
zusätzlichen Arbeitsgang eine Kopf- und/oder
Fußrücknahme erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Werkzeug (0), das
für ein Werkstück (2) ohne Höhenballigkeit oder für ein
Werkstück (2) mit anderer Höhenballigkeit ausgelegt
wurde, durch gezielte Einstellung des Werkzeuges (0)
zum Werkstück (2) die gewünschte Höhenballigkeit
erzeugt wird.
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