DE4345169C1

DE4345169C1 - Verfahren zum Feinbearbeiten von Zahnrädern mit einem innenverzahnten Werkzeug, dafür geeignetes innenverzahntes Werkzeug sowie Verfahren zum Abrichten dieses Werkzeugs

Info

Publication number: DE4345169C1
Application number: DE19934345169
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr Ing Schriefer
Original assignee: HURTH MASCHINEN WERKZEUGE
Current assignee: Gleason Works
Priority date: 1993-09-01
Filing date: 1993-09-01
Publication date: 1994-12-22
Anticipated expiration: 2013-09-02

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Feinbearbeiten von Zahnrädern mit einem innenverzahnten Werkzeug nach dem Ober begriff des Hauptanspruchs, ferner ein dafür geeignetes Werkzeug sowie ein Verfahren zum Abrichten dieses Werkzeugs.

Ein solches Verfahren ist Gegenstand des prioritätsgleichen DE-Patents 43 29 358. Eine simultane Interpolation der drei Ortho gonalachsen zusammen mit einer Interpolation der Achskreuz winkeländerung stellt die Minimalkinematik dieses Verfahrens dar. Dabei haben nicht nur die Zahnflanken von Werkzeug und Werkrad ständig tangentialen Kontakt miteinander, sondern auch die sich in einem seine Lage ständig ändernden Kontaktpunkt berührenden Teilkörper des Werkzeugs und des Werkrades haben ständigen Kontakt miteinander, wobei eine diese beiden Teil körper im jeweiligen Kontaktpunkt orthogonal durchdringende Gerade durch den Mittelpunkt einer ideellen Hüllkugel geht, die sich im Kontaktpunkt an den Teilkörper des Werkrades anschmiegt. Wenn ein korrigiertes Werkzeug verwendet wird, dann soll diese Gerade außerdem durch den Mittelpunkt einer ideellen Hüllkugel gehen, die sich im Kontaktpunkt an den Teilkörper des Werkzeugs anschmiegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses Verfahren sowie ein innenverzahntes Werkzeug für das genannte Verfahren so weiterzubilden, daß es speziell zum Vor- und Fertighonen abwendbar bzw. einsetzbar ist. Außerdem soll das Abrichten dieses Werkzeugs sinnvoll ablaufen können.

Die Aufgabe wird gelöst mit dem im Anspruch 1 angegebenen Ver fahren bzw. mit dem im Anspruch 6 angegebenen Werkzeug. Zweck mäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 5 angegeben. Vorteilhafte Ausführungs formen und Ausgestaltungen des innenverzahnten Werkzeugs werden in den Ansprüchen 7 bis 10 aufgezeigt.

Im Anspruch 1 ist eine Möglichkeit angegeben, mit einem oder mit mehreren axial nebeneinander angeordneten Werkzeugen in einer Aufspannung zu arbeiten, die unterschiedliche Breitenkorrekturen haben. So kann es beispielsweise erwünscht sein, ein Vorhonen mit einem schnittfreudigen Werkzeug mit kleiner Kontaktzone durchzuführen, um die Prozeßkräfte zu senken, und ein Fertig honen, bei dem nur die Flanken geglättet werden, mit einem sanf ter wirkenden Werkzeug mit großer Kontaktzone.

Die Ansprüche 2 und 3 zeigen Möglichkeiten auf, das Vor- und das Fertighonen mit Zweiflankenkontakt auszuführen oder aber das Vorhonen mit Einflankenkontakt ablaufen zu lassen, wobei der Einflankenkontakt gemäß Anspruch 5 mit einer elektronischen Zwangsführung sichergestellt wird. Mit dem zwangsgeführten Ein flankenkontakt ergibt sich so eine weitgehend unabhängige und freie Gestaltbarkeit der rechten und der linken Werkradflanken- Breitenkorrekturen. Der anschließende freilaufende Zweiflanken kontakt wird durch eine Relativverschiebung der Teilkörper her beigeführt und dient nur der Flankenglättung.

Die in den Ansprüchen 6 bis 10 angegebenen Werkzeuge können ein zeln eingesetzt werden, es ist aber auch möglich, mit mehreren axial nebeneinander angeordneten Werkzeugen in einer Aufspannung zu arbeiten, wobei mehrere gleichartige oder unterschiedliche Werkzeugverzahnungen zur Anwendung kommen können. Im Idealfall ist es möglich, die einzelnen Verzahnungen mit den X- und Z- Achsen der Maschine jeweils in die Achskreuzung zu verschieben und den Werkzeug-Innendurchmesser durch Profilverschiebung bis zum jeweiligen Standzeit-Ende zu vergrößern. Voraussetzung dabei ist, daß weder das Werkrad selbst noch die Spannvorrichtung Kol lision mit den in Richtung der Werkzeugachse liegenden weiteren Verzahnungen haben, da diese Verzahnungen aus Kollisionsgründen nicht auf einem zylindrischen, sondern auf einem hyperbolischen Teilkörper angeordnet sein müßten.

Das Abrichten des innenverzahnten Werkzeugs mit einem entspre chenden Abrichtwerkzeug erfolgt im Prinzip so wie das Bearbeiten eines Werkrades mit dem innenverzahnten Werkzeug. Von besonderem Vorteil ist es, wenn dabei für den Vor- und den Fertighonbereich unterschiedliche Zahnweiten erzeugt werden können für das Bear beiten mit Ein- und Zweiflankenkontakt (Anspruch 11).

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die in fünf Figuren dargestellt sind. Dabei zeigt

Fig. 1 den Aufbau einer Maschine, auf der das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar bzw. das erfindungsgemäße Werkzeug einsetzbar ist,

Fig. 2 eine räumliche Darstellung der Teilkörper von Werkrad W und Werkzeug T,

Fig. 3 den Teilkörper des Werkrades W und die Verhältnisse im Kontaktpunkt IV, durch den die Gerade g verläuft,

Fig. 4 die Teil- und Hüllkörperkinematik in drei Ansichten, und

Fig. 5 eine vereinfachte Darstellung verschiedener Lagen der Teilkörper eines zweiteiligen Werkzeugs relativ zum Teil körper eines Werkrades.

In der Fig. 1 sind die drei orthogonal aufeinander stehenden Maschinenachsen X, Y und Z sowie eine Drehachse A, die simultan mit den drei anderen Achsen interpolierbar ist und mit der ein Achskreuzwinkel zwischen der Achse C_W eines außenverzahnten Werkrades W und der Achse C_T eines innenverzahnten Werkzeugs T einstellbar ist, erkennbar. Diese beiden Achsen C_W und C_T können frei laufend sein oder mit Hilfe eines nicht dargestellten elek tronischen Getriebes zwangsgeführt werden.

In der Fig. 2 sind außer den Teilkörpern des Werkrades W und des Werkzeugs T auch die dem momentanen Kontaktpunkt IV zugeordneten Hüllkugeln K_W und K_T der Kontaktlinie, die durch den Kontaktpunkt IV geht, gezeigt. Das Koordinatensystem X_W-Y_W-Z_W ist achsorien tiert dem Werkrad W und das Koordinatensystem X_T-Y_T-Z_T ebenfalls achsorientiert dem Werkzeug T zugeordnet.

Ein Koordinatensystem X_KW-Y_KW-Z_KW beschreibt den Hüllkugel- Mittelpunkt I einer momentanen Werkrad-Flankenlinienkorrektur und ein Koordinatensystem X_KT-Y_KT-Z_KT beschreibt den Hüllkugel- Mittelpunkt V einer Werkzeug-Flankenlinienkorrektur. Die Rotati onsachsen des Werkrades W und des Werkzeugs T sind wieder mit C_W bzw. mit C_T bezeichnet. Die durch seine Drehung um die mit der X_T-Achse identische Achse A eingestellte momentane Schrägstellung des Werkzeugs T ist mit A_m bezeichnet. Eine Gerade g beschreibt die momentane Kontaktbedingung für den Kontaktpunkt IV zwischen den Teilkörpern von Werkrad W und Werkzeug T einerseits und den Hüllkugeln K_W und K_T andrerseits. Um diese Bedingung zu erfüllen, muß die Gerade g sowohl die Hüllkugel-Mittelpunkte I und V als auch die Werkradachse C_W in III und die Werkzeugachse C_T in II schneiden. Wird z. B. auf dem Teilkörper des Werkrades W eine Kontaktpunktfolge vorgesehen, die den gesamten Körper in der Breitenrichtung Z_W einhüllt, so ist die simultane Verdrehung zwischen den Koordinatensystemen X_W-Y_W-Z_W und X_T-Y_T-Z_T so zu wählen, daß die Gerade g die vorstehenden Bedingungen immer erfüllt. Gleichzeitig kann eine Kontaktpunktfolge auf dem Teil körper des Werkzeugs W vorgegeben werden, wobei sich dann bei Einhaltung der genannten Kontaktbedingungen die Oberflächen der beiden Teilkörper relativ aufeinander verschieben. Die Kontakt punktfolgen sollen natürlich so vorgegeben werden, daß vorteil hafte Vorschübe entstehen, die sich durch eine stetige Verände rung der Lage des Werkzeugs T relativ zum Werkrad W auszeichnen.

Gehen die Radien der Hüllkugeln gegen unendlich, dann ergeben sich zylindrische Teilkörper. Es ist aber erkennbar, daß die Mittelpunkte der Hüllkugeln K_W und K_T auch so liegen können, daß in der Breitenrichtung hohlballige oder konische oder konisch ballige Teilkörperformen entstehen. Für alle genannten Teil körperformen ist bei den Kontaktbedingungen darauf zu achten, daß keine Mehrfachlösungen möglich sind, z. B. wenn die Werkrad- Flanken durch sekundäre Schnitte verfälscht würden. Auch Kanten kontakte, die vieldeutige Lösungen darstellen, sind zu vermei den.

In der Fig. 3 ist der Teilkörper des Werkrades W mit dem Kon taktpunkt IV und der Geraden g nochmals vergrößert gezeigt. Im Kontaktpunkt IV haben die Teilkörper des Werkrades W und des Werkzeugs T sowie die Hüllkugeln K_W und K_T tangentialen Kontakt, was mit einer in der Darstellung als Parallelogramm erscheinen den Tangentialebene E, die von der Geraden g orthogonal durch drungen wird, verdeutlicht wird. Es ist leicht vorstellbar, daß die einzelnen Teilkörper und Hüllkugeln um die Gerade g verdreht werden können, ohne die genannten Kontaktbedingungen zu ver letzen. Bei einem realen Zahnrad hat diese Verdrehung jedoch einen ganz entscheidenden Einfluß auf das Kontaktverhalten zwi schen den Werkrad- und den Werkzeug-Zahnflanken. Es kann daher für jeden momentanen Kontaktpunkt IV eine in der Ebene E liegen de Linie L angegeben werden, die das Kontaktverhalten der Zahn flanken beschreibt. Aus der momentanen Drehlage von L ergibt sich die simultane Verdrehung um die Achse A durch entsprechende geometrische Umrechnung.

In der Fig. 4 sind in einer Vorder-, Drauf- und Seitenansicht die Teilkörper des Werkrades W und des Werkzeugs T (teilweise im Schnitt) sowie die Hüllkugel K_T für drei verschiedene, über die Breite des Werkrades verteilte momentane Kontaktstellungen 0, 1 und 2 dargestellt. Der Kontaktpunkt verlagert sich dabei von IV₁ über IV nach IV₂ mit den dazugehörigen Geraden g₁, g und g₂. Das Werkzeug T folgt der Bahn von (X_T1-Y_T1-Z_T1) über (X_T-Y_T-Z_T) nach (X_T2-Y_T2-Z_T2). Dabei verändert sich der Radius der Hüllkugel K_T von R_KT1 in R_KT und R_KT2. In der Vorderansicht ist die sich ändernde Drehlage der Linie L mit L₁, L und L₂ gezeigt.

In der Fig. 5 ist ein aus zwei Teilkörpern T_F und T_V zusammen gesetztes Werkzeug in verschiedenen Stellungen relativ zum Werk rad W gezeigt, wobei das Werkrad W auch durch ein Abrichtrad AR ersetzt sein kann. Aus Vereinfachungsgründen erfolgte die Dar stellung derart, als sei das Werkzeug T ortsfest und der Teil körper des Werkrades W bzw. des Abrichtrades AR würde relativ zum Werkzeug T an diesem entlang bewegt, wozu der Teilkörper des Werkrades W bzw. des Abrichtrades AR in vier Positionen 1 bis 4 gezeigt ist. Weiterhin sind die Kontaktverhältnisse vereinfacht und stark vergrößert in einem ebenen Schnitt gezeichnet. Der Werkzeug-Teilkörper T_V mit seinem kleinen kinematisch wirksamen Balligkeitsradius R_KV wird für das Vorhonen und der Werkzeug- Teilkörper T_F mit seinem größeren kinematisch wirksamen Ballig keitsradius R_KF wird für das Fertighonen verwendet. Die Mittel punkte der Balligkeits-Hüllkugeln sind mit M_KV und M_KF bezeich net.

Im Folgenden wird nur das Abrichtrad AR betrachtet werden, das mit beidseitigen Stirnfasen F versehen ist. Beim Abrichten des Werkzeugs T wird der zylindrische Teilkörper des Abrichtrades AR entlang der Hüllkugelbahn von M_KV nach M_KF geführt, wobei zwi schen den beiden Hüllkugeln ein tangentialer Übergang ist. Zwi schen den beiden Hüllkugeln können auch Zwischen-Hüllkugeln liegen, deren Mittelpunkte mit M_KZ und deren Radien mit R_KZ bezeichnet sind. Diese zwischen-Hüllkugeln stellen einen stirn seitigen Freigang beim Bearbeiten des Werkrades W sicher. Beim Abrichten wird dieser Freigang mit Hilfe der hartstoffbelegten Stirnfasen F des Abrichtrades AR erzeugt, indem der zylindrische und die durch sie Stirnfasen F abgeschrägten Teilkörper des Abrichtrades AR kontinuierlich mit den Zwischenhüllkugeln in Kontakt gebracht werden. Dadurch wird ein unterbrechungsfreies Abrichten mit einer Tangentialgeschwindigkeit v_t von der - im Sinne der Fig. 5 - rechten zur linken Stirnseite des Werkzeugs T erzielt. Es ist auch möglich, den Vorhon-Bereich des Werkzeugs T mit einem grob belegten Abrichtrad-Teil abzurichten und mit von der Breite des Abrichtrades abhängigem fortschreitendem Kontakt einen feinbelegten Abrichtrad-Teil für den Fertighon- Bereich des Werkzeugs mit diesem in Kontakt zu bringen und wirksam werden zu lassen.

Beim Vorhonen mit anschließendem Fertighonen bewegt sich das Werkrad W kontinuierlich tangential auf den Werkzeug-Teilkörpern T_V, T_F aus dem Vorhon- in den Fertighonbereich. Dadurch ist beim freilaufenden Honen sichergestellt, daß der Kontakt zwischen den Zahnflanken von Werkrad W und Werkzeug T beim Übergang vom Vor zum Fertighonen erhalten bleibt.

Claims

1. Verfahren zum Feinbearbeiten der Flanken von zahnradförmigen Werkstücken, insbes. solchen mit balligen Zähnen, mit einem innenverzahnten Werkzeug (T), das mit unter einem Achskreuz winkel gekreuzten Achsen (CT, C2) von Werkzeug (T) und Werkrad (W) mit dem Werkrad (W) in kämmendem Zahneingriff steht und dabei relativ zum Werkrad (W) bewegt wird,
wobei eine simultane Interpolation von Bewegungen in drei senk recht zueinander stehenden Achsen (X, Y und Z) erfolgt,
und wobei die Relativbewegung des Werkzeugs (T) zusätzlich eine ebenfalls simultan interpolierte Schwenkbewegung um die Achs kreuzwinkel-Einstellachse (A) beinhaltet, derart, daß nicht nur die Zahnflanken von Werkzeug (T) und Werkrad (W) tangentialen Kontakt miteinander haben, sondern auch die sich in einem seine Lage ständig ändernden Kontaktpunkt (IV) berührenden Teilkörper des Werkzeugs (T) und des Werkrades (W) ständig tangentialen Kontakt miteinander haben, wobei eine den Teilkörper des Werk zeugs (T) und den Teilkörper des Werkrades (W) im jeweiligen Kontaktpunkt (IV) orthogonal durchdringende Gerade (g) durch den Mittelpunkt (I) einer ideellen Hüllkugel (KW) geht, die sich im Kontaktpunkt (IV) an den Teilkörper des Werkrades (W) an schmiegt,
und wobei - wenn ein Werkzeug (T) mit balligen Zähnen verwendet wird - die Gerade (g) außerdem durch den Mittelpunkt (V) einer ideellen Hüllkugel (KT) geht, die sich im Kontaktpunkt (IV) an den Teilkörper des Werkzeugs (T) anschmiegt,
gekennzeichnet durch die Verwendung eines Werkzeugs, dessen Ver zahnung in Breitenrichtung kinematisch unterschiedliche Breiten korrekturen aufweist, und zwar wenigstens einen Bereich (T_V) des Werkzeugs (T) mit großer kinematisch wirksamer Breitenkorrektur für einen Vor-Honprozeß und wenigstens einen Bereich (T_F) ohne oder mit nur geringer kinematisch wirksamer Breitenkorrektur für einen anschließenden Fertig-Honprozeß.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vor-Honprozeß und der anschließende Fertig-Honprozeß mit Zwei flankenkontakt zwischen Werkzeug (T) und Werkstück (W) ablaufen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vor-Honprozeß mit Einflankenkontakt und der anschließende Fertig-Honprozeß mit Zweiflankenkontakt zwischen Werkzeug (T) und Werkstück (W) abläuft.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (T) mit dem Werkstück (W) beim Vor-Honprozeß und beim anschließenden Fertig-Honprozeß frei laufend im Eingriff ist.

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (T) mit dem Werkstück(W) beim Vor-Honprozeß zwangs geführt und beim anschließenden Fertig-Honprozeß freilaufend im Eingriff ist.

6. Innenverzahntes Werkzeug, insbes. zur Verwendung bei dem Ver fahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß seine Verzahnung in Breitenrichtung kinematisch unterschiedlich wirksame Breitenkorrekturen aufweist, und zwar wenigstens einen Bereich (T_F) ohne oder mit nur geringer kine matisch wirksamer Breitenkorrektur für einen Fertig-Honprozeß und wenigstens einen Bereich (T_V) mit größerer kinematisch wirksamer Breitenkorrektur für einen Vor-Honprozeß.

7. Innenverzahntes Werkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß zwischen den Bereichen (T_V, T_F) mit kinematisch unterschiedlicher Breitenkorrektur ein tangentialer Übergang vorhanden ist.

8. Innenverzahntes Werkzeug nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche (T_V, T_F) mit kinematisch unterschiedlich wirksamer Breitenkorrektur durch eine kontakt freie Zone voneinander getrennt sind.

9. Innenverzahntes Werkzeug nach einem der vorstehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche (T_V, T_F) mit kinematisch unterschiedlich wirksamer Breitenkorrektur unter schiedliche Schneidstoffe und/oder unterschiedliche Schneiden geometrie aufweisen.

10. Innenverzahntes Werkzeug nach einem der vorstehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es aus wenigstens zwei Teilen zusammengesetzt ist, deren Verzahnungen sich in ihrer kinematisch wirksamen Breitenkorrektur voneinander unter scheiden.

11. Verfahren zum Abrichten eines zum Bearbeiten eines außen verzahnten Werkrades (W) bestimmten innenverzahnten Werkzeugs (T) mit einem verzahnten Abrichtrad (AR), wobei anstelle des Werkrades (W) das Abrichtrad (AR) als Werkzeug verwendet wird und das innenverzahnte Werkzeug (T) als Werkstück fungiert, und wobei die Verzahnungsdaten des Abrichtrades (AR) denen des mit dem innenverzahnten Werkzeug (T) zu bearbeitenden Werkrades (W) entsprechen und seine Zahnflanken mit extrem harten Schleifkörnern belegt sind, gekennzeichnet durch einen Ablauf entsprechend Anspruch 1, wobei der Vorhon-Bereich und der Fertighon-Bereich mit Einflanken kontakt zwischen Abrichtrad (AR) und innenverzahntem Werkzeug (T) und zwangsgeführt abgerichtet werden.