WO2015154925A1 - Verfahren und vorrichtungen zum schnellen und flexiblen abrichten von schleifschnecken - Google Patents

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WO2015154925A1
WO2015154925A1 PCT/EP2015/054803 EP2015054803W WO2015154925A1 WO 2015154925 A1 WO2015154925 A1 WO 2015154925A1 EP 2015054803 W EP2015054803 W EP 2015054803W WO 2015154925 A1 WO2015154925 A1 WO 2015154925A1
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dressing
grinding worm
additional
dressing tool
rotational movement
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PCT/EP2015/054803
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Walter Wirz
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Reishauer Ag
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    • B23F23/1225—Arrangements of abrasive wheel dressing devices on gear-cutting machines
    • B23F23/1231—Arrangements of abrasive wheel dressing devices on gear-cutting machines using a gear-shaped dressing tool
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23F1/02—Making gear teeth by tools of which the profile matches the profile of the required surface by grinding
    • B23F1/023—Making gear teeth by tools of which the profile matches the profile of the required surface by grinding the tool being a grinding worm
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B53/00—Devices or means for dressing or conditioning abrasive surfaces
    • B24B53/06—Devices or means for dressing or conditioning abrasive surfaces of profiled abrasive wheels
    • B24B53/075—Devices or means for dressing or conditioning abrasive surfaces of profiled abrasive wheels for workpieces having a grooved profile, e.g. gears, splined shafts, threads, worms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B53/00—Devices or means for dressing or conditioning abrasive surfaces
    • B24B53/12—Dressing tools; Holders therefor

Definitions

  • the present application relates to a method for dressing grinding worms, in particular grinding worms for continuous generating grinding, a specially trained dressing device, a correspondingly prepared machine tool and a corresponding dressing tool.
  • Grinding worms are used for the fine or finish machining of high-precision gears, in particular in gear wheels of power transmissions, as described e.g. used in large numbers in the automotive industry.
  • the grinding process used here is continuous generating grinding, a process which, with high performance and accuracy, also allows great flexibility with regard to the flank shapes to be produced on the workpieces. This flexibility is given on the one hand by an interaction of individual machine movements over several axes during the machining of the workpiece and on the other hand by the ability to provide already on the grinding worm most different edge shapes and to map them to the workpiece.
  • the grinding worms consist of dressable bodies which can be precisely machined with suitable tools, eg diamond tools.
  • suitable tools eg diamond tools.
  • a wide variety of methods have been developed in the past, which are either more or less complicated depending on the requirements and, on the other hand, more or less flexible.
  • dressing with disc-shaped dressing tools eg diamond-coated discs, take place, in which the flank of the dressing tool (hereinafter also called active surface) represents a negative image of the desired profile shape (ie, the flank shape in profile height direction) on the grinding worm , This allows a relatively fast dressing.
  • the dressing takes place in terms of movement, such as thread milling or thread grinding, in that the dressing tool is rapidly rotated about an axis that is approximately parallel to the grinding worm axis and guided with its active surface axially parallel to the rotating grinding worm.
  • the dressing tool is in line contact with the grinding worm over the entire profile height.
  • the profile shape of the active surface of the dressing tool is transmitted directly to the grinding wheel flank.
  • it takes several passes to remove the entire dressing amount.
  • For multi-speed grinding worms the procedure is necessary for all gears. As soon as another profile is required on the grinding worm flank, a dressing tool with a different flank profile is consequently necessary.
  • the shape of the grinding worm flank over the worm width can not change. More complex edge shapes, actual free-form surfaces, as required for topological grinding, can therefore not be dressed by this method. Also, the speed of the grinding worm during dressing is severely limited, because the dressing tool must constantly go back and forth in accordance with the screw pitch. Truly universal is only the line profiling. In this method, which works kinematically similar to the dressing described above, disc-shaped tools are also used. However, these have only on their outer edge a (usually toroidal) active surface.
  • DE 197 06 867 B4 further developments of the above dressing methods are disclosed.
  • DE 196 24 842 AI discloses methods in which parts of the flight profile are trained in line contact and other parts approximately in point contact.
  • WO 95/24989 discloses methods for line-wise profiling.
  • a dressing master corresponds in its tooth form, as far as module and modifications are concerned, exactly to the workpiece toothing to be ground. It is on its outer surfaces with hard material grains, e.g. Diamonds, occupied.
  • Dressing is accomplished by engaging the dressing master with the grinding worm instead of a workpiece, and how a workpiece is moved past the grinding worm while grinding parallel to the worm axis. As a result, the edge shape of the master is mapped to the flanks of the grinding worm.
  • the dressing master must also have this topology himself, and the dressing master must simultaneously shift with the shift movement in his axial direction, so that in the Sum of a movement as Diagonal cockroaches arises.
  • a machine that is trained only by this method does not need a special dressing device if the dressmaker is designed to replace himself Clamp workpiece and bring it into engagement with the grinding worm; All necessary for dressing movements are then the same as when grinding a workpiece.
  • the required dressing time corresponds approximately to the grinding time for a workpiece.
  • the inventive method for dressing a single or multiple-start grinding worm initially has the following properties: Between the grinding worm and a gear-like dressing tool, ie a dressing tool with one or more teeth on its outer circumference, a basic rolling motion is generated.
  • the grinding worm is driven to a basic rotational movement about a grinding worm axis;
  • the dressing tool is driven for a basic rotational movement about a dressing tool axis with the dressing tool axis crossed (transverse) to the grinding worm axis, and a shift movement along the grinding worm axis between the dressing tool and grinding worm (eg by moving the grinding worm along its axis relative to the dressing tool) the dressing tool is moved relative to the grinding worm along its axis).
  • the inventive method basically corresponds to a conventional dressing method with a dressing master, and so far in this method, the flank shape of the teeth of the dressing tool is initially mapped to the grinding wheel flank.
  • the basic rolling movement between the dressing tool and the grinding worm is superimposed on an additional relative movement.
  • This additional relative movement can be generated in various ways.
  • the additional relative movement is reversed by an additional rotational movement of the dressing tool generates the dressing tool axis, which is superimposed on the basic rotational movement of the dressing tool.
  • the amount of dressing is immediately changed, which is removed by the dressing tool from the Schleifschneckenfianke.
  • the grinding worm unscrews, as it were, against the flank of the dressing tool or away from it, whereby also the amount of dressing, which is removed by the Abrasive tool from the Schleifschneckenfianke, is changed. It is also conceivable to superimpose the shift movement on an additional axial movement between grinding worm and dressing tool along the grinding worm axis, wherein this axial additional movement can be generated by the dressing tool is additionally displaced relative to the grinding worm or by the grinding worm is additionally displaced relative to the dressing tool. An analogous further possibility is to realize the additional movement in the so-called X-axis.
  • the additional relative movement produces modifications on the grinding worm shaft, i.
  • the Schleifschneckenfianke receives a profile shape that deviates from the shape, as it would result solely by the representation of the edge shape of the teeth of the dressing tool due to the Wälzkopplung.
  • the method according to the invention divides the total relative movement between the grinding worm and the dressing tool into a basic rolling movement and an additional movement, wherein the additional movement represents the desired modifications of the grinding worm shaft. If the additional movement is generated, for example, by an additional rotational movement of the dressing tool, the total rotational movement of the dressing tool is divided into a basic rotational movement with a basic rotational speed n and a superimposed additional rotational movement, which represents the desired modification.
  • the dressing tool may have teeth removed.
  • the term "design tooth number" is then the number of teeth that would have the same toothing with the same diameter and skew angle if no teeth had been removed.
  • the design tooth number is the number of teeth that extend beyond the circumference of the dressing tool would be present if it were respectively immersed exactly one tooth during the rolling motion in each gap between two counter-flanks of the grinding worm.
  • the angular velocity of the basic rotational movement of the dressing tool has a fixed sign over the entire shift movement time. at a constant angular velocity ⁇ 8 of the basic rotational movement of the grinding worm and the constant speed v y of the shift motion is the angular velocity of the basic rotational movement of the dressing tool constant.
  • the angular velocity of the basic rotational movement varies only when the angular velocity of the grinding worm and / or the Shiftgeschw
  • the basic rotational movement of the dressing tool thus corresponds to the workpiece rotational movement, as is produced by default on the known generating grinding machines.
  • the additional relative movement depends on the angle of rotation of the grinding worm. It therefore changes its amount depending on the angle of rotation of the grinding worm.
  • the additional relative movement changes during the dressing several times their direction. As will be explained in more detail below, these changes in direction usually occur approximately periodically, based on the angle of rotation of the grinding worm.
  • a simple profile modification that is constant over the width of the workpiece is to be generated on the workpiece (eg a simple profile crowning without so-called topological modifications)
  • the same additional motion pattern is periodically repeated over the entire shift range.
  • the dressing result corresponds to that which can be achieved with known dressing wheels.
  • the additional motion pattern changes across the shift range as a function of the shiftweg, thus changing the modification on the grinding worm flanks at each shift position or location across the worm width Throughout the dressing process, the speed of the additional relative movement is usually nearly zero.
  • the additional relative movement is preferably generated under NC control.
  • the modifications can thus be specified in an NC program of an NC control device and can be changed quickly if necessary.
  • the NC program then converts the modifications into the corresponding additional movements of the dressing tool and / or grinding worm. Similar to the much slower known line profiling, complex 3D free-form surfaces can also be machined using the NC program. In contrast to line profiling, the method according to the invention is very efficient.
  • the erfmdungsgemässe method utilizes the property of the engagement of two intersecting cylindrical axes under crossed axes, that between the edges usually only point contact occurs.
  • a grinding worm is gear tooth geometry a strongly helical cylindrical wheel.
  • the method according to the invention now makes use of the fact that the contact marks on the worm flank arising during combing are almost independent of the geometry of the toothing of the cylinder wheel. Whether it is straight or helical, with large or small crowns, with or without overlaid topology, the tracks on the screw flank always have approximately the same shape, namely helical over usually about two pitches from foot to head and head to foot, respectively the flank running.
  • the amount and direction of the small rotational movements would depend on the angle of rotation of the worm.
  • the above-described screw is again replaced by a grinding worm and the teeth provided with toothed teeth by a diamond-coated dressing tool or other suitable hard material grains, which is driven by suitable means to rotate with the irregular course just described, then it can be used to dress the grinding worm to the desired shape.
  • the dressing tool is moved during the continuous run across the screw width, so that the latter is completely dressed;
  • the pattern of the superimposed micro-movements changes continuously in terms of amount and direction as a function of the shift position.
  • the profiling of the screw counter flank is analogous in a second passage with the counter flank of the tooth on the dressing tool.
  • a dressing tool with a single tooth can also have more than one tooth on the circumference.
  • the only condition is that the teeth are so far apart that two or more identical (ie right and left) flanks never come into engagement at the same time; ie the distance between two consecutive teeth should always be larger than the engagement distance is long. This ensures that the teeth do not interfere with each other when performing the micromotion. In most cases this is the case if only every third tooth is present.
  • An exemplary dressing tool could thus look as if each of three teeth two would have been removed from a spur gear with z teeth. The tooth thickness should be reduced so that no two-flank contact with the grinding worm could occur.
  • a preferred dressing tool on its outer circumference on one or more preferably identically formed teeth of a straight or helical toothing.
  • Each tooth has a tooth height in the radial direction and a tooth thickness in the circumferential direction. Between two teeth, a tooth spacing in the circumferential direction is provided in each case. Tooth thickness and tooth spacing are then selected so that the dressing tool and the grinding worm contact at most one point of contact during truing at a single point of contact.
  • the dressing tool is preferably derived from a straight or helical gear having a design number of teeth z, wherein on the gear there is a reduced number of teeth compared to the design number of teeth z and wherein each between two existing teeth at least one tooth is recessed.
  • two or three teeth are recessed in each case.
  • the additional relative movement between the dressing tool and Grinding worm preferably generated by the basic rotational movement of the dressing tool is superimposed on an additional rotational movement.
  • the moment of inertia of the dressing tool compared to the moment of inertia of the grinding worm is usually much smaller, so that fast additional rotational movements can be easily generated on the dressing tool as on the grinding worm.
  • quick additional rotational movements of the dressing tool are generally easier and more precise to produce than rapid, small axial additional movements between grinding worm and dressing tool along the grinding worm axis.
  • the additional rotational movement of the dressing tool can be generated in various ways. A first possibility is that both the basic rotational movement and the additional rotational movement of the dressing tool are generated by a common drive.
  • a second possibility is that this separate drives are provided.
  • the dressing tool is clamped on a workpiece spindle with a workpiece spindle drive instead of a workpiece and in which the workpiece spindle drive generates both the basic rotational movement and the additional rotational movement of the dressing tool.
  • the workpiece spindle serves as a dressing spindle.
  • the method requires on a tooth flank grinding machine, which can grind in a continuous rolling process, for dressing so only a special dressing tool, which can be clamped on the workpiece spindle instead of the workpiece.
  • a separate dressing device is theoretically not necessary.
  • the prerequisite is that the workpiece spindle can perform the required additional rotary movements with sufficient accuracy and speed.
  • the workpiece spindle or its drive is not optimally suited for the generation of the required small additional rotary movements.
  • the workpiece spindles of continuous Wälzschleifmaschinen are usually very robust built for rigidity reasons, whereby they also have a relatively large moment of inertia. This is quite desirable for grinding, because it filters out disturbing forces, but makes it more difficult to execute targeted, small and fast additional rotary movements.
  • the drive control is primarily optimized for a good disruptive behavior, while the leadership behavior is not primarily critical.
  • the requirements for a system that is supposed to produce small but fast turning movements are just the opposite: the smallest possible mass and a drive control system that has a very good guiding behavior. It is therefore advantageous if a special dressing device is provided.
  • the dressing tool is mounted on a separate dressing spindle with a dressing spindle drive, wherein the dressing spindle drive generates both the basic rotational movement and the additional rotational movement of the dressing tool.
  • the additional rotary movements are generated separately by an additional drive.
  • the basic rotational movement of the dressing tool can be provided by the workpiece drive.
  • the basic rotational movement of the dressing tool can also be generated by a separate, optimized for dressing dressing spindle. This, although not inconsiderable, means in many cases the more appropriate solution. Which type is the cheaper, will depend on the machine concept and how and for what purpose the machine should be used.
  • the additional rotational movements of the dressing tool are generated in both cases by a special, tailored to the specific requirements auxiliary drive, which is mounted on the workpiece or dressing spindle.
  • the special feature of this auxiliary drive is that it sits on a rotating spindle.
  • the dressing tool is thus clamped on the auxiliary drive in this case, wherein the auxiliary drive itself is mounted on a workpiece or dressing spindle with a workpiece or Abrichtspindelantrieb.
  • the workpiece or dressing spindle drive then generates the basic rotational movement of the dressing tool, and the auxiliary drive generates the additional rotational movement.
  • the invention also relates to an auxiliary drive for driving a gear-like dressing tool, which is characterized by the following properties:
  • the auxiliary drive is adapted to a workpiece or dressing spindle of a Machine tool to be attached, which generates a basic rotational movement about a workpiece or Abrichtspindelachse, and the auxiliary drive is controlled by an NC control, so that the additional drive of the basic rotational movement can superimpose an additional rotary motion about the workpiece or Abrichtspindelachse.
  • auxiliary drive For the design of the auxiliary drive many different designs are conceivable, e.g. Versions with normal servomotors or torque motors or with piezo actuators.
  • versions with slip rings In order to exchange energy and data with the rotating dressing device, many different possibilities are also conceivable. These include versions with slip rings and non-contact systems.
  • non-contact systems the energy and / or data can in particular be transmitted inductively by means of a transformer whose one turn is stationary and whose other turn rotates with the truing device. Data can also be transmitted optically.
  • the invention also relates to a machine tool which is specially adapted to carry out the method according to the invention.
  • a machine tool has:
  • a grinding worm spindle having a grinding worm spindle drive for generating a rotational movement about a grinding worm spindle axis
  • a grinding worm which is mounted on the grinding worm spindle;
  • a workpiece or dressing spindle having a workpiece or dressing spindle drive for generating a basic rotational movement of the dressing tool about a workpiece or dressing spindle axis, wherein the workpiece or dressing spindle axis is crossed to the grinding wheel spindle axis;
  • a shift drive to shift (skew) the grinding worm spindle or the workpiece or dressing spindle along the grinding worm axis relative to one another;
  • an NC controller that electronically couples the grinding wheel spindle drive, the workpiece or dressing spindle drive and the shift drive to during the Dressing process to generate a basic rolling motion between grinding worm and dressing tool.
  • the NC control additionally controls the workpiece or dressing spindle drive, the grinding worm spindle drive, the shift drive and / or the horizontal adjusting device in such a way that an additional relative movement is superimposed on the basic rolling movement in order to obtain additional To produce modifications of the grinding wheel flank.
  • the machine tool has an auxiliary drive of the abovementioned type, wherein the NC control controls this auxiliary drive in such a way that it superimposes an additional rotational movement about the workpiece or dressing spindle axis on the basic rotational movement of the dressing tool in order to produce the additional modifications of the grinding worm flank
  • the NC controller may include a processor and a memory, wherein stored in the memory is a software program which, when executed on the processor, generates output signals of the NC controller representing the additional relative movement (micro-motion).
  • the invention also provides a dressing tool for use in a dressing method of the aforementioned kind.
  • the dressing tool is covered with hard material grains and is derived from a (straight or helical) gear with a design number of teeth z, wherein on the gear a number of teeth compared to the design number of teeth z is present and wherein each between two existing teeth at least one tooth is recessed ,
  • the dressing tool can have zones covered with hard-material grains for over-wrenching a grinding worm outside diameter and / or for piercing a grinding worm gangway.
  • the advantage of this method which should not be underestimated, is that the outside diameter of the grinding worm or the profile height of the worm thread can be freely selected or adjusted within certain limits independently of all other profile features. Between two existing teeth, the same number of teeth can always be left out. In many cases, a number of two or three recessed teeth will be useful.
  • a dressing tool in which always two teeth are recessed, however, would be useful for the dressing of grinding worm gear numbers that are divisible by three, for reasons that are easy to see because only one flight could be trained in each pass. Instead, the distribution of the remaining teeth on the circumference but also be chosen differently.
  • a regular division is not a condition, ie it is possible, for example, two, then three, then two, etc. teeth between two teeth left standing.
  • the micro-motion control software is then adjusted to the pitch of the active teeth.
  • the existing teeth may have a flank shape corresponding to an unmodified or a modified flank shape for a given type of toothing at the design tooth number z.
  • the teeth present preferably have an involute shape. If the flank shape of the existing teeth on the dressing tool itself has already been modified, the grinding worm for grinding gears with similarly modified flanks can possibly be dressed much faster because then the required additional rotational movements may possibly be much smaller.
  • 1 is a sketch illustrating the engagement of an involute tooth flank with a modified screw flank
  • FIG. 2 is an illustration of a touch track on a grinding wheel flank
  • FIG. 3 is a schematic path-time diagram of a micromotion
  • Fig. 4 is a schematic velocity-time diagram of the micro-movement of Fig. 3;
  • FIG. 5 shows the structure of a machine tool for continuous generating grinding in a schematic representation.
  • Fig. 6 is a schematic sectional view through a dressing device for
  • Fig. 7 shows an example of a dressing device for mounting on the
  • FIG. 1 illustrates the engagement of a single, unmodified tooth flank 8 of a gear-like dressing tool during rolling with a modified grinding wheel flank 6 in the axial section of the worm, wherein the worm is dressed for grinding a height-crowned toothing.
  • the tooth flank 8 of the dressing tool is shown in different Wälz einen 1, 2, 3, 4 and 5 in engagement with the modified screw flank 6.
  • the thin dashed line shows for comparison an unmodified screw flank 7.
  • the also thin dashed line 9 indicates the respective position that would take the tooth flank 8, if they would converge with an unmodified screw.
  • the line 9 therefore indicates the respective theoretically correct position of the tooth flank according to the toothing law.
  • the better visibility of the process because of the modification of the screw flank is greatly exaggerated.
  • the worm rotates, the worm flank 6 moves from left to right;
  • the meshing dressing tool with the single tooth thus rotates clockwise from rolling position 1 to rolling position 5, taking in rolling angles ⁇ , ⁇ 2> ⁇ 3 , ⁇ 4 and ⁇ 5 .
  • the angle of rotation of the tooth flank 8 lags behind the beginning of the engagement at rolling angle ⁇ pi of the theoretically correct position by a rotational angle deviation sj. This can also be referred to as "caster.
  • FIG. 2 illustrates a part of such a contact track 21.
  • the contact track 21 extends over approximately two gear pitches in a spiral shape from head to foot over the flank. In Fig. 2, only the first gear pitch is shown. This spiral shape of the touch track 21 is almost independent of the geometry of the teeth of the dressing tool.
  • Fig. 3 the course of the rotational angle deviation ⁇ of the dressing tool over the rolling angle ⁇ is recorded.
  • the above-mentioned rolling angles ⁇ to ⁇ 5 are also entered in the diagram.
  • the abscissa can also be the time axis t.
  • the indications ⁇ i to ⁇ 5 denote the times at which the corresponding rolling angles are taken.
  • the dependence on the rolling angle ⁇ is more suitable, but for the analysis of the kinematics the time t is more expedient.
  • the diagram thus represents the course of an additional rotational movement ("micro-movement") of the dressing tool, which is superimposed on the basic rotational movement.
  • the time required for passing a tooth pitch is entered as t z .
  • the solid line 10 represents the piece of micro-motion function given by the geometry of the screw flank modification during the duration of the procedure.
  • the comparison between the time t z for passing a pitch and the engagement time shows that the coverage in this example is close to 2. Only at the point P, ie in the vicinity of the pitch point, the rotational angle deviation is zero; in all other places, the angle of rotation of the dressing tool lags the position which the dressing tool would have when rolling with an unmodified screw.
  • transition function 11 is suitable if in each case two teeth are recessed between the active teeth.
  • the transition function 12 is suitable when three teeth are recessed. The exact course of the transition function between ⁇ 5 and ⁇ j does not matter in principle, since the tooth flanks are indeed outside the intervention.
  • Fig. 4 shows the velocity profile of the "micro-motion function" obtained when the route of Fig. 3 is derived after the time t.
  • the solid line 13 represents the course of the speed in the rolling zone
  • the broken lines 14 and 15 represent the two transitional functions, again in the event that two or three teeth are exposed.
  • the respective transition function already mentioned above is determined so that the velocity at the entrance of the next edge at ⁇ i into the rolling zone with the geometry-generating Angular velocity for the micromotion coincides. As can be seen in FIGS.
  • the path and velocity of the micromotion is approximately periodic, which in the present example is similar to a sine function.
  • the time average of the speed of the micro-movement over a period (and thus also the time average over the entire dressing process) is almost zero.
  • / z [Hz] n s [l / min] ⁇ g / 60, where n s is the grinding wheel speed in Revolutions per minute and g denotes the number of flights.
  • the basic rotational movement and the superimposed micro-movement can be generated by a common drive unit or in each case by separate drive units. This will be explained in more detail below with reference to Figures 5-7.
  • FIG. 5 shows, by way of example, a generating grinding machine which is designed specifically for the execution of the method explained above.
  • the machine has a machine bed 31 with a horizontally (in the X direction) movable tool carrier 32.
  • a vertically displaceable slide (in the Z direction) is mounted, on which a grinding head 33 with a sliding in the Y direction shift carriage 36 and one rotatable thereon mounted grinding worm 34 is mounted.
  • the grinding worm 34 is driven to rotate by an electric drive motor 35.
  • the shift carriage 36 By means of the shift carriage 36, the grinding worm 34 can be moved along its axis during operation.
  • the shift carriage has an electromotive shift drive 37.
  • the grinding head 33 is pivotable relative to the tool carrier 32 about an axis parallel to the X-direction axis.
  • the coordinate system XYZ is not orthogonal here, because the Y axis is not perpendicular to the Z axis, but is inclined by the (individually adjustable) helix angle; but it can also be a Wälzschleifmaschine be used with orthogonal coordinate system.
  • a workpiece carrier 38 is also attached in the form of a turret.
  • the workpiece carrier carries two motor-driven workpiece spindles 39, 40, on which in the present example in each case a workpiece 41 is clamped in the form of a spur gear for machining.
  • the one workpiece spindle 40 is in the present example in a processing position in which the associated workpiece can be processed by the grinding worm 34.
  • the other workpiece spindle 39 is located in a loading and unloading position in which a finished workpiece can be removed and a new workpiece to be machined can be clamped.
  • a dressing unit 42 is arranged on the workpiece carrier 38. By rotation of the workpiece carrier 38, this dressing unit is brought into the processing position to dress the grinding worm 34.
  • the dressing unit 42 comprises two drives: a (in Fig. 5 only partially visible) basic drive 43 and an auxiliary drive 44 which is mounted on the spindle of the base drive 43 to superimpose a superimposed rotary motion generated by the base drive 43 fast additional rotational movements (micro-movements).
  • a gear-like dressing tool 90 is clamped on the spindle of the auxiliary drive 44.
  • the various drives of the Wälzschleifmaschine be driven by an NC control unit 45.
  • a CNC operating unit 46 serves to operate the NC control unit. In the present example, only four NC modules of the NC control unit 45 are shown. The first two modules control the Basic drive 43 and the auxiliary drive 44 of the dressing unit 42 at.
  • the other two modules control the drive motors 35 of the grinding worm 34 and the shift drive 37 for shifting the shift carriage 36.
  • Other, not shown NC modules are used to control the other drives.
  • Feed lines 47 connect the NC modules to the various drives.
  • the NC control unit 45 executes software for driving the drives.
  • the basic drive 43 generates the basic speed for the dressing tool 90, depending on the parameters relevant to the dressing process, such as grinding screw speed n s , worm gear number g, design tooth number z of the dressing tool and shift speed v y .
  • the additional drive 44 superimposes this basic speed, controlled by the software , fast additional rotary movements.
  • FIG. 6 shows a possible embodiment of the basic drive 43 and the auxiliary drive 44 in an axial section.
  • the basic drive 43 is constructed in a known manner and comprises a housing 51, a main spindle 52, spindle bearings 53 and a drive motor 54. Near the upper spindle end 55, a rotation angle measuring system is arranged, with a measuring disk 56 and a read head 57. On the upper end of the spindle 55, the auxiliary drive 44 is placed.
  • a rotary inlet 70 with stator 71 and rotor 72 is provided, which is located at the lower end of the main spindle.
  • Supply lines from and to the NC control unit are connected to the stator 71 of the rotary input 72.
  • Via slip rings or inductively (by means of two concentric coils in the stator 71 and rotor 72) and optionally optically the transmission of energy and data takes place between the stator 71 and the rotor 72.
  • the current is passed through the main spindle 52 via a power cable 73 and a measuring line 74.
  • Fig. 7 shows an example of a dressing device, which is suitable for clamping on the workpiece spindle of a Wälzschleifmaschine that mechanically not specifically for the prepared here novel dressing method is prepared.
  • This dressing device provides an auxiliary drive for the workpiece spindle in order to produce rapid additional rotational movements for basic rotational movement of the workpiece spindle.
  • the dresser 80 is centered and clamped for dressing by means of the chuck bore 81 on the workpiece spindle. Via a connection cable 82 (shown only schematically) for the power supply and for measurement data and a rotary input 83, both the energy supply and the data exchange with the NC control.
  • the device includes an auxiliary drive of the type described above and a measuring system. On the dressing device, the dressing tool 90 is clamped. It is easily replaceable, eg after reaching the end of service life or when changing over to a workpiece with other gear data.
  • the dressing device of FIG. 7 can also be used on machines which were built mechanically primarily for a different dressing method and therefore do not have a separate dressing spindle or rotary insert on the workpiece spindle.
  • FIG. 8 shows an example of a dressing tool 90 according to the invention, in which two teeth are respectively exposed between two teeth 91 which have remained standing.
  • the retained teeth are coated with a layer of hard material grains, e.g.
  • Diamond grains covered; In addition, their tooth thickness is slightly reduced, so that it during
  • Dressing can give no two-flank contact with the grinding worm edges.
  • This example shows a straight toothed dressing tool; However, this can also be helical left ortimschd, provided that the condition that never have two flanks have simultaneous contact with the screw flanks, is respected.
  • a grinding worm whose number of threads can be divided by three can not be dressed without a partial operation.
  • the micro-motion control software is then tuned to the irregular pitch.
  • the different transition functions of the rotational position of the tool should be correctly assigned by software. From such irregular divisions, many are conceivable, and it is in each case to check how well a particular distribution pattern for the gear number to be geared. Basically, the higher the percentage of active teeth at the design tooth number z, the more efficient the dressing.
  • FIG. 9 shows an example of a dressing tool 90 'with non-uniform distribution of the active teeth.
  • area 94 two teeth are exposed, in area 95 then three teeth, then again two teeth, etc.
  • the base pitch is thus seven teeth; This version is therefore not suitable for 7-, 14-, 21 -... grinding worms.
  • the design tooth number z must be divisible by seven.
  • the toothing of the dressing tool is an involute toothing. This primarily because this type of gearing in transmission technology is by far the most widespread and most widely used, but also because here the connections are particularly well imaginable and obvious. In principle, however, the method can be used in all cases in which grinding worms are to be dressed for continuous generating grinding, that is to say for every other rolling toothing.
  • an additional rotational movement of the dressing tool is generated in each case in the examples discussed above, it is alternatively or additionally also conceivable instead to generate an additional rotational movement of the grinding worm.
  • This can be achieved by a corresponding control of the grinding worm drive, or it can be provided for this purpose an additional drive in analogy to the above-discussed additional drive for the dressing tool.
  • the shift movement and / or the X movement can be superimposed by a linear additional movement.
  • This can be achieved by a corresponding control of the drive for the shift carriage or the X-axis, or it can be provided for this purpose a corresponding auxiliary drive, which can produce small fast axial displacements of the grinding worm or the dressing tool with high precision.

Landscapes

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Abrichten einer ein- oder mehrgängigen Schleifschnecke (34) offenbart, bei dem eine Grundwälzbewegung zwischen der Schleifschnecke und einem zahnradartigen Abrichtwerkzeug (90) erzeugt wird. Um auf der Schleifschnecke Flankenmodifikationen zu erzeugen, wird der Grundwälzbewegung eine zusätzliche Relativbewegung überlagert. Zudem werden ein speziell für ein solches Verfahren hergerichteter Zusatzantrieb, eine entsprechend hergerichtete Werkzeugmaschine und ein Abrichtwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens offenbart.

Description

TITEL
Verfahren und Vorrichtungen zum schnellen und flexiblen Abrichten von
Schleifschnecken
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Abrichten von Schleifschnecken, insbesondere von Schleifschnecken für das kontinuierliche Wälzschleifen, eine hierfür speziell ausgebildete Abrichtvorrichtung, eine entsprechend vorbereitete Werkzeugmaschine sowie ein entsprechendes Abrichtwerkzeug.
STAND DER TECHNIK
Schleifschnecken werden eingesetzt zum Fein- bzw. Fertigbearbeiten von hochgenauen Verzahnungen, insbesondere bei Zahnrädern von Leistungsgetrieben, wie sie z.B. in der Fahrzeugindustrie in grosser Zahl zum Einsatz kommen. Das dabei angewendete Schleifverfahren ist das kontinuierliche Wälzschleifen, ein Verfahren, das bei hoher Leistungsfähigkeit und Genauigkeit auch eine grosse Flexibilität bezüglich der zu erzeugenden Flankenformen an den Werkstücken zulässt. Diese Flexibilität ist einerseits gegeben durch ein Zusammenwirken von einzelnen Maschinenbewegungen über mehrere Achsen während der Bearbeitung des Werkstücks und andererseits durch die Möglichkeit, schon auf der Schleifschnecke unterschiedlichste Flankenformen vorzusehen und diese auf das Werkstück abzubilden.
Häufig bestehen die Schleifschnecken aus abrichtbaren Körpern, die sich mit geeigneten Werkzeugen, z.B. Diamantwerkzeugen, präzise bearbeiten lassen. Für das Abrichten dieser Schleifschnecken sind in der Vergangenheit die unterschiedlichsten Arten von Verfahren entwickelt worden, die je nach Anforderungen einerseits mehr oder weniger kompliziert und andererseits mehr oder weniger flexibel sind. In der überwiegenden Zahl aller Fälle dürfte heute das Abrichten mit scheibenförmigen Abrichtwerkzeugen, z.B. diamantbelegten Scheiben, erfolgen, bei denen die Flanke des Abrichtwerkzeugs (im Folgenden auch aktive Fläche genannt) ein Negativabbild der gewünschten Profilform (d.h. der Flankenform in Profilhöhenrichtung) auf der Schleifschnecke darstellt. Dies ermöglicht ein relativ rasches Abrichten. Das Abrichten erfolgt bewegungsmässig wie das Gewindefräsen oder das Gewindeschleifen, indem das Abrichtwerkzeug schnell um eine zur Schleifschneckenachse annähernd parallele Achse rotiert und mit seiner aktiven Fläche achsparallel an der sich drehenden Schleifschnecke vorbei geführt wird. Dabei steht das Abrichtwerkzeug mit der Schleifschnecke über die gesamte Profilhöhe in Linienkontakt. Dadurch wird die Profilform der aktiven Fläche des Abrichtwerkzeugs unmittelbar auf die Schleifschneckenflanke übertragen. In der Regel braucht es mehrere Durchgänge, um den ganzen Abrichtbetrag abzutragen. Bei mehrgängigen Schleifschnecken ist die Prozedur entsprechend für alle Gänge nötig. Sobald auf der Schleifschneckenflanke ein anderes Profil gefordert wird, ist demzufolge ein Abrichtwerkzeug mit einem anderen Flankenprofil notwendig. Weil die Profilform der aktiven Fläche am Abrichtwerkzeug während des Abrichtens 1 :1 auf die Schleifschneckenflanke übertragen wird, kann sich zudem die Form der Schleifschneckenflanke über der Schneckenbreite nicht ändern. Komplexere Flankenformen, eigentliche Freiformflächen, wie sie für das topologische Schleifen erforderlich sind, lassen sich deshalb nach dieser Methode nicht abrichten. Auch ist die Drehzahl der Schleifschnecke beim Abrichten stark limitiert, weil das Abrichtwerkzeug ja entsprechend der Schneckensteigung ständig hin und her fahren muss. Wirklich universell ist nur das Zeilenprofilieren. Bei diesem Verfahren, das kinematisch ähnlich funktioniert wie das oben beschriebene Abrichten, kommen ebenfalls scheibenförmige Werkzeuge zum Einsatz. Diese besitzen aber nur an ihrem äusseren Rand eine (meist torusförmige) aktive Fläche. Der Radius dieser Fläche, im Achsschnitt des Werkzeuges betrachtet, ist im Verhältnis zur abzurichtenden Profilhöhe klein, und die Fläche hat beim Abrichten mit der Schleifschneckenflanke daher in guter Näherung nur Punktkontakt. Beim axialen Durchfahren durch die Schneckengänge wird deshalb lediglich eine Linie, oder eben eine Zeile, auf der Schneckenflanke abgerichtet. Um die ganze Profilhöhe an der Schneckenflanke abzurichten, sind entsprechend viele Zeilen bzw. Durchgänge nötig, wobei jede Zeile auf einem anderen Durchmesser auf der Schneckenflanke liegt und sich in ihrem axialen Verlauf, gesteuert durch ein NC- Programm, jeweils von den benachbarten geringfügig unterscheiden kann. Der Abstand von Zeile zu Zeile muss dabei so klein gewählt werden, dass die entstehende Welligkeit auf der abgerichteten Flanke hinreichend klein wird. Bei mehrgängig profilierten Schleifschnecken ist der ganze Prozess für jeden Gang notwendig. Dies führt zwangsläufig zu einer sehr hohen Abrichtzeit; sie beträgt auch im günstigsten Fall ein Vielfaches der Schleifzeit für ein Werkstück. In vielen Fällen ist die Abrichtzeit daher zu hoch, um wirtschaftlich zu sein.
In der DE 197 06 867 B4 sind Weiterbildungen der oben genannten Abrichtverfahren offenbart. Die DE 196 24 842 AI offenbart Verfahren, bei denen Teile des Schneckengangprofils im Linienkontakt und andere Teile näherungsweise im Punktkontakt abgerichtet werden. In der WO 95/24989 sind Verfahren zum zeilenweisen Profilieren offenbart.
Das schnellste bekannte, zugleich aber auch das unflexibelste Abrichtverfahren verwendet einen sogenannten Abrichtmeister als Werkzeug; das ist ein zylindrisches Abrichtzahnrad oder, was verzahnungsgeometrisch dasselbe ist, eine Abrichtschnecke. Ein Abrichtmeister entspricht in seiner Verzahnungsform, was Modul und Modifikationen anbetrifft, exakt der zu schleifenden Werkstückverzahnung. Er ist an seinen Aussenflächen mit Hartstoffkörnern, z.B. Diamanten, belegt. Das Abrichten erfolgt, indem der Abrichtmeister anstelle eines Werkstücks mit der Schleifschnecke in Eingriff gebracht wird und wie ein Werkstück beim Schleifen parallel zur Schneckenachse an der Schleifschnecke vorbeigeshiftet wird. Dadurch wird die Flankenform des Meisters auf die Flanken der Schleifschnecke abgebildet. Falls die Profilform der Schneckengänge über der Breite der Schleifschnecke variabel sein soll, was zum Schleifen von topologischen Verzahnungen notwendig ist, muss der Abrichtmeister diese Topologie selbst auch aufweisen, und der Abrichtmeister muss sich gleichzeitig mit der Shiftbewegung in seiner Achsrichtung verschieben, so dass in der Summe eine Bewegung wie beim Diagonalschaben entsteht.
Eine Maschine, auf der nur nach dieser Methode abgerichtet wird, braucht keine spezielle Abrichteinrichtung, wenn der Abrichtmeister so gestaltet ist, dass er sich an Stelle eines Werkstückes einspannen und in Eingriff mit der Schleifschnecke bringen lässt; alle zum Abrichten notwendigen Bewegungen sind dann dieselben wie beim Schleifen eines Werkstückes. Die benötigte Abrichtzeit entspricht etwa der Schleifzeit für ein Werkstück. Ein Beispiel eines Abrichtverfahrens mit diamantbelegtem Abrichtmeister ist in der US 3,602,209 offenbart.
So schnell dieses Verfahren auch ist, es ist gänzlich unflexibel. Will man auch nur geringe Änderungen an den Modifikationen vornehmen, ist im Allgemeinen mindestens ein Umarbeiten des Abrichtmeisters notwendig, meist aber eine Neuherstellung. Beides ist mit grossem Aufwand und hohen Kosten verbunden. Zudem ist die Herstellung eines Meisters generell sehr teuer, da er ja exakt die Form der zu schleifenden Verzahnung in allen Aspekten enthalten muss, also immer eine massgeschneiderte Einzelausführung ist.
Insgesamt existiert bis heute also kein brauchbares Verfahren, welches Schleifschnecken effizient und flexibel auf eine per NC -Programm beschreibbare Form abzurichten in der Lage ist. Das ist ein Grund dafür, dass sich das so genannte„topologische Schleifen" bis heute in der Massenproduktion nicht durchsetzen konnte, obwohl vom technischen Standpunkt aus dafür durchaus Bedarf besteht. Falls ein solches Abrichtverfahren verfügbar wäre, Hessen sich dadurch auch sehr komplexe Verzahnungen wirtschaftlich herstellen. Es eröffneten sich dann für die Konstrukteure neue Möglichkeiten bei der Optimierung des Leistungsdurchsatzes und der Geräuscharmut von Getrieben.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Abrichten einer ein- oder mehrgängigen Schleifschnecke anzugeben, welches mit einem einfachen Standardwerkzeug arbeiten kann, welches ein schnelles Abrichten ermöglicht, aber welches trotzdem hochflexibel bezüglich der erzeugbaren Flankenmodifikationen ist. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäss Anspruch 1 gelöst. In Anspruch 12 ist ein für die Durchführung dieses Verfahrens speziell ausgebildeter Zusatzantrieb angegeben. Anspruch 13 definiert eine Werkzeugmaschine, die speziell dazu hergerichtet ist, das genannte Verfahren auszuführen. In Anspruch 14 ist ein für die Durchführung dieses Verfahrens speziell ausgebildetes Abrichtwerkzeug angegeben. Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Abrichten einer ein- oder mehrgängigen Schleifschnecke weist zunächst einmal die folgenden Eigenschaften auf: Zwischen der Schleifschnecke und einem zahnradartigen Abrichtwerkzeug, d.h. einem Abrichtwerkzeug mit einem oder mehreren Zähnen auf seinem Aussenumfang, wird eine Grundwälzbewegung erzeugt. Dazu wird üblicherweise die Schleifschnecke zu einer Grunddrehbewegung um eine Schleifschneckenachse angetrieben; das Abrichtwerkzeug wird zu einer Grunddrehbewegung um eine Abrichtwerkzeugachse angetrieben, wobei die Abrichtwerkzeugachse gekreuzt (quer) zur Schleifschneckenachse verläuft, und zwischen Abrichtwerkzeug und Schleifschnecke wird zudem eine Shiftbewegung entlang der Schleifschneckenachse erzeugt (z.B. indem die Schleifschnecke entlang ihrer Achse gegenüber dem Abrichtwerkzeug bewegt wird oder indem das Abrichtwerkzeug gegenüber der Schleifschnecke entlang deren Achse bewegt wird). Die Grunddrehbewegung der Schleifschnecke, die Grunddrehbewegung des Abrichtwerkzeugs und die Shiftbewegung sind dann derart gekoppelt, dass die Schleifschnecke und das Abrichtwerkzeug während des Abrichtvorgangs jederzeit in korrektem Wälzeingriff stehen. Aufgrund der Grundwälzbewegung alleine würde sich das Abrichtwerkzeug relativ zu dem Bereich der Schleifschneckenflanke, mit der das Abrichtwerkzeug zu einem beliebigen Zeitpunkt des Abrichtvorgangs in Eingriff steht, immer an derselben axialen Stelle befinden, d.h. das Abrichtwerkzeug würde jederzeit den gleichen Abrichtbetrag von der Schleifschneckenflanke abtragen. Insoweit entspricht das erfindungsgemässe Verfahren grundsätzlich einem üblichen Abrichtverfahren mit einem Abrichtmeister, und insoweit wird bei diesem Verfahren zunächst einmal die Flankenform der Zähne des Abrichtwerkzeugs auf die Schleifschneckenflanke abgebildet. Erfindungsgemäss wird der Grundwälzbewegung zwischen dem Abrichtwerkzeug und der Schleifschnecke eine zusätzliche Relativbewegung überlagert. Diese zusätzliche Relativbewegung kann auf verschiedene Weisen erzeugt werden. Bevorzugt wird die zusätzliche Relativbewegung durch eine Zusatzdrehbewegung des Abrichtwerkzeugs um die Abrichtwerkzeugachse erzeugt, die der Grunddrehbewegung des Abrichtwerkzeugs überlagert ist. Dadurch wird unmittelbar der Abrichtbetrag verändert, welcher durch das Abrichtwerkzeug von der Schleifschneckenfianke abgetragen wird. Alternativ ist es aber auch denkbar, der Grunddrehbewegung der Schleifschnecke eine Zusatzdrehbewegung zu überlagern. Dadurch schraubt sich die Schleifschnecke gewissermassen gegen die Flanke des Abrichtwerkzeugs bzw. von dieser weg, wodurch ebenfalls der Abrichtbetrag, der durch das Abrichtwerkzeug von der Schleifschneckenfianke abgetragen wird, verändert wird. Es ist auch denkbar, der Shiftbewegung eine axiale Zusatzbewegung zwischen Schleifschnecke und Abrichtwerkzeug entlang der Schleifschneckenachse zu überlagern, wobei diese axiale Zusatzbewegung erzeugt werden kann, indem das Abrichtwerkzeug gegenüber der Schleifschnecke zusätzlich verschoben wird oder indem die Schleifschnecke gegenüber dem Abrichtwerkzeug zusätzlich verschoben wird. Eine analoge weitere Möglichkeit besteht darin, die Zusatzbewegung in der so genannten X-Achse zu realisieren. Hierbei erfolgt eine kleine Relativbewegung zwischen dem Abrichtwerkzeug und der Schleifschnecke, indem sich Abrichtwerkzeug und der Schleifschnecke bezüglich einer Richtung, die senkrecht zur Drehachse des Abrichtwerkzeugs und senkrecht zur Schleifschneckenachse steht, aufeinander zu und voneinander weg bewegen. Auch eine Relativbewegung entlang der so genannten Z-Achse ist denkbar. Diese Möglichkeiten zur Erzeugung der zusätzlichen Relativbewegung können auch kombiniert werden.
Durch die zusätzliche Relativbewegung werden Modifikationen auf der Schleifschneckenfianke erzeugt, d.h. die Schleifschneckenfianke erhält eine Profilform, die von der Form abweicht, wie sie allein durch die Abbildung der Flankenform der Zähne des Abrichtwerkzeugs aufgrund der Wälzkopplung resultieren würde.
Das erfindungsgemässe Verfahren teilt also die gesamte Relativbewegung zwischen Schleifschnecke und Abrichtwerkzeug in eine Grundwälzbewegung und eine Zusatzbewegung auf, wobei die Zusatzbewegung die gewünschten Modifikationen der Schleifschneckenfianke repräsentiert. Wenn die Zusatzbewegung z.B. durch eine Zusatzdrehbewegung des Abrichtwerkzeugs erzeugt wird, wird die Gesamtdrehbewegung des Abrichtwerkzeuges in eine Grunddrehbewegung mit einer Grunddrehzahl n und in eine überlagerte Zusatzdrehbewegung, welche die gewünschte Modifikation repräsentiert, aufgeteilt. Die Winkelgeschwindigkeit og der Grunddrehbewegung des Abrichtwerkzeugs hängt allein von den geometrischen Eigenschaften des Abrichtwerkzeugs und der Schleifschnecke (konkret vom Verhältnis i = z I g zwischen der Auslegungszähnezahl z des Abrichtwerkzeugs und der Gangzahl g der Schleifschnecke), von der Winkelgeschwindigkeit cos der Grunddrehbewegung der Schleifschnecke sowie von der Geschwindigkeit vy der Shiftbewegung ab. Wie nachstehend noch beschrieben wird, können beim Abrichtwerkzeug Zähne entfernt sein. Als„Auslegungszähnezahl" wird dann diejenige Zahl von Zähnen bezeichnet, die eine gleiche Verzahnung mit dem gleichen Durchmesser und dem gleichen Schrägungswinkel hätte, wenn keine Zähne entfernt worden wären. In anderen Worten ist die Auslegungszähnezahl diejenige Zahl von Zähnen, die über den Umfang des Abrichtwerkzeugs vorhanden wäre, wenn während der Wälzbewegung in jede Lücke zwischen zwei Gegenflanken der Schleifschnecke jeweils genau ein Zahn eintauchen würde. Die Winkelgeschwindigkeit der Grunddrehbewegung des Abrichtwerkzeugs hat über die gesamte Shiftbewegung hinweg ein festes Vorzeichen. Bei konstanter Winkelgeschwindigkeit ω8 der Grunddrehbewegung der Schleifschnecke und konstanter Geschwindigkeit vy der Shiftbewegung ist auch die Winkelgeschwindigkeit der Grunddrehbewegung des Abrichtwerkzeugs konstant. Die Winkelgeschwindigkeit der Grunddrehbewegung ändert sich nur dann, wenn sich die Winkelgeschwindigkeit der Schleifschnecke und/oder die Shiftgeschwindigkeit ändern. Die Grunddrehbewegung des Abrichtwerkzeugs entspricht damit der Werkstückdrehbewegung, wie sie auf den bekannten Wälzschleifmaschinen standardmässig erzeugt wird.
Die zusätzliche Relativbewegung hängt vom Drehwinkel der Schleifschnecke ab. Sie ändert ihren Betrag also in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Schleifschnecke. Dabei ändert die zusätzliche Relativbewegung während des Abrichtvorgangs mehrfach ihre Richtung. Wie nachstehend noch näher erläutert wird, erfolgen diese Richtungsänderungen meist näherungsweise periodisch, bezogen auf den Drehwinkel der Schleifschnecke. Insbesondere falls letztendlich am Werkstück eine einfache Profilmodifikation, die über die Breite des Werkstücks konstant ist, erzeugt werden soll (z.B. eine einfache Profilballigkeit ohne so genannte topologische Modifikationen), wird über den gesamten Shiftbereich periodisch dasselbe Zusatzbewegungsmuster wiederholt. Das Abrichtergebnis entspricht dann demjenigen, das mit bekannten Abrichtscheiben erreicht werden kann. Falls allgemeinere,„topologische" Modifikationen auf der Werkstückflanke erwünscht sind, ändert sich zusätzlich das Zusatzbewegungsmuster über den Shiftbereich hinweg als Funktion des Shiftwegs. Die erzeugte Modifikation auf den Schleifschneckenflanken ist damit an jeder Shiftposition bzw. an jeder Stelle über die Schneckenbreite anders. Über den gesamten Abrichtvorgang hinweg mittelt sich die Geschwindigkeit der zusätzlichen Relativbewegung in der Regel nahezu zu Null aus.
Die zusätzliche Relativbewegung wird vorzugsweise NC-gesteuert erzeugt. Die Modifikationen können so in einem NC-Programm einer NC-Steuerungseinrichtung vorgegeben werden und lassen sich bei Bedarf rasch ändern. Das NC-Programm setzt die Modifikationen dann in die entsprechenden Zusatzbewegungen von Abrichtwerkzeug und/oder Schleifschnecke um. Ähnlich wie mit dem sehr viel langsameren bekannten Zeilenprofilieren lassen sich auf diese Weise auch komplexe 3D-Freiformflächen per NC- Programm abrichten. Im Gegensatz zum Zeilenprofilieren ist das erfmdungsgemässe Verfahren sehr effizient.
Das erfmdungsgemässe Verfahren nutzt die Eigenschaft des Eingriffes von zwei unter gekreuzten Achsen kämmenden zylindrischen Zahnrädern, dass zwischen den Flanken normalerweise nur Punktberührung entsteht. Eine Schleifschnecke ist verzahnungsgeometrisch ein stark schrägverzahntes Zylinderrad. Das erfmdungsgemässe Verfahren nutzt nun aus, dass die beim Kämmen entstehenden Berührspuren auf der Schneckenflanke beinahe unabhängig sind von der Geometrie der Verzahnung des Zylinderrades. Ob es eine Gerad- oder Schrägverzahnung mit grosser oder kleiner Balligkeit, mit oder ohne überlagerter Topologie ist: die Berührspuren auf der Schneckenflanke haben immer ungefähr die gleiche Gestalt, nämlich spiralförmig über üblicherweise etwa zwei Gangteilungen vom Fuss zum Kopf bzw. vom Kopf zum Fuss über die Flanke verlaufend. Daraus folgt, dass beim Schleifen einer nicht modifizierten Geradverzahnung im kontinuierlichen Wälzverfahren nahezu dieselben Berührspuren auf der Schleifschneckenflanke entstehen, wie wenn z.B. eine topologisch modifizierte Schrägverzahnung geschliffen würde. Dass es nicht genau dieselben Berührspuren sind, liegt daran, dass die Eingriffswinkel in den Bereichen der Modifikationen geringfügig ändern. Da jedoch die Modifikationen meistens mindestens zwei Grössenordnungen kleiner sind als die entsprechende Profilhöhe, sind die Abweichungen insgesamt doch sehr gering.
Wird jetzt gedanklich eine nicht modifizierte, theoretisch exakte Evolventen- Geradverzahnung mit der Zähnezahl z zum Eingriff gebracht mit einer Schnecke mit Gangzahl g, die keine Schleifschnecke ist, sondern eine Getriebeschnecke, deren Flanken aber genau die Form haben, die eine Schleifschnecke zum Schleifen einer balligen Verzahnung haben müsste, dann fände zwar eine Flankenberührung in etwa auf den erwähnten Berührspuren statt, aber es würde ein unregelmässiger Lauf des Zahnrades resultieren. Das Verzahnungsgesetz wäre nicht mehr erfüllt, d.h. das Übersetzungsverhältnis i = z I g wäre nicht mehr für jeden Drehwinkel der Schleifschnecke konstant. Effektiv wäre es sogar so, dass fast stets nur eine einzige Flanke der Geradverzahnung Berührung haben könnte, auch wenn der Überdeckungsgrad ungefähr zwei wäre, was bei normalen Verzahnungen fast immer der Fall ist, oder anders ausgedrückt, es würde gar nicht mehr auf der ganzen Länge der Berührspuren zum Kontakt mit der Schneckenflanke kommen. Dies deshalb, weil nur immer diejenige Zahnradflanke im Wälzbereich mit der Schnecke Kontakt haben könnte, die den Zonen mit den momentan grössten positiven Modifikationsbeträgen am nächsten ist. Die jeweils vor- bzw. nacheilende Flanke hätte zu diesem Zeitpunkt keinen Kontakt mit der Schneckenflanke. Anders wäre es, wenn nur eine einzige Flanke der Geradverzahnung durch die Schnecke wälzte, sozusagen eine Verzahnung, bei der von z Zähnen z-l Zähne entfernt sind. In diesem Fall wäre der Eingriff durch eine vor- oder nacheilende Flanke nicht mehr gestört. Es ergäbe sich dann für die Dauer des Eingriffes natürlich immer noch ein unregelmässiger Lauf, aber die Berührspuren auf der Schneckenflanke kämen jeweils auf ihrer ganzen Länge zum Einsatz. Die Unregelmässigkeit der Drehbewegung der Geradverzahnung wäre jetzt ein Abbild der auf der Schnecke vorhandenen Modifikationen.
Genauer gesagt: Die Drehbewegung dieses Zahnrades mit dem einen Zahn würde sich während des Durchwälzens durch die Schnecke zusammensetzen aus der Grunddrehbewegung, die gegeben ist durch das Zähnezahl/Gangzahl-Verhältnis i = z I g, die Drehbewegung der Schnecke und die Shiftbewegung vy> und einem überlagerten Anteil von ganz kleinen Zusatzdrehbewegungen (im Folgenden auch als„Mikrobewegungen" bezeichnet), die sich auf Grund der Modifikationen auf den Schneckenflanken ergäben. Betrag und Richtung der kleinen Drehbewegungen würden dabei vom Drehwinkel der Schnecke abhängen.
Es versteht sich von selbst, dass bei dieser Betrachtung die Gegenflanke des einzelnen Zahnes keine Berührung haben dürfte; vielmehr müsste am Zahn der Geradverzahnung die Rückseite so weit zurück gesetzt sein, dass immer genügend Spiel vorhanden wäre zur Schneckengegenflanke.
Wird dieses Gedankenmodell auf eine topologisch modifizierte Schnecke projiziert, dann ergäbe sich beim Shiften des„einzähnigen" Zahnrades über die Schneckenbreite an jeder Shiftposition, an welcher die Zahnflanke durch die Schneckengänge durchwälzen würde, eine andere überlagerte Mikrobewegung. Betrag und Richtung jeder einzelnen dieser Mikrobewegungen wäre in diesem Fall nicht nur zugeordnet zum Drehwinkel der Schnecke, sondern auch zur jeweiligen Shiftposition. Die Gesamtheit aller dieser überlagerten Mikrobewegungen würde dann die ganze Topologieform repräsentieren.
Ersetzt man nun als nächsten Schritt die oben beschriebene Schnecke wieder durch eine Schleifschnecke und die mit ausgesetzten Zähnen versehene Geradverzahnung durch ein diamantbelegtes oder mit anderen geeigneten Hartstoffkörnern belegtes Abrichtwerkzeug, welches durch geeignete Mittel dazu angetrieben wird, sich mit dem eben beschriebenen unregelmässigen Lauf zu drehen, dann lässt sich damit die Schleifschnecke auf die gewünschte Form abrichten. Das Abrichtwerkzeug wird während des kontinuierlichen Laufes über die Schneckenbreite hinweg geshiftet, damit letztere vollständig abgerichtet wird; dabei ändert sich laufend das Muster der überlagerten Mikrobewegungen nach Betrag und Richtung in Abhängigkeit von der Shiftposition. Das Profilieren der Schneckengegenflanke erfolgt analog in einem zweiten Durchgang mit der Gegenflanke des Zahnes am Abrichtwerkzeug.
In den vorstehenden Überlegungen wird von einem Abrichtwerkzeug mit einem einzigen Zahn ausgegangen. Das Abrichtwerkzeug kann aber durchaus auch mehr als nur einen Zahn am Umfang aufweisen. Bedingung ist lediglich, dass die Zähne so weit auseinander stehen, dass zwei oder mehr gleichliegende (d.h. rechte bzw. linke) Flanken nie gleichzeitig zum Eingriff kommen; d.h. der Abstand zweier aufeinanderfolgender Zähne sollte immer grösser sein, als die Eingriffsstrecke lang ist. Dadurch ist gewährleistet, dass sich die Zähne beim Ausführen der Mikrobewegung nicht gegenseitig stören. In den allermeisten Fällen ist das der Fall, wenn nur jeder dritte Zahn vorhanden ist. Ein beispielhaftes Abrichtwerkzeug könnte also so aussehen, wie wenn von einem geradverzahnten Zahnrad mit z Zähnen jeweils immer von drei Zähnen zwei entfernt worden wären. An den stehen gebliebenen Zähnen sollte die Zahndicke so verringert sein, dass nie Zweiflankenkontakt mit der Schleifschnecke entstehen könnte.
Zudem wird in den obenstehenden Überlegungen von einer Geradverzahnung auf dem Abrichtwerkzeug ausgegangen. Die Überlegungen lassen sich jedoch ohne weiteres auch auf eine Schrägverzahnung übertragen.
Allgemeiner ausgedrückt, weist ein bevorzugtes Abrichtwerkzeug auf seinem Aussenumfang einen oder mehrere vorzugsweise identisch ausgebildete Zähne einer Gerad- oder Schrägverzahnung auf. Jeder Zahn hat eine Zahnhöhe in radialer Richtung und eine Zahndicke in Umfangsrichtung. Zwischen zwei Zähnen ist jeweils ein Zahnabstand in Umfangsrichtung vorgesehen. Zahndicke und Zahnabstand sind dann so gewählt, dass sich das Abrichtwerkzeug und die Schleifschnecke zu jedem Zeitpunkt während des Abrichtens an höchstens einem einzigen Kontaktpunkt berühren.
Das Abrichtwerkzeug ist vorzugsweise von einem gerad- oder schrägverzahnten Zahnrad mit einer Auslegungszähnezahl z abgeleitet, wobei auf dem Zahnrad eine gegenüber der Auslegungszähnezahl z reduzierte Zahl von Zähnen vorhanden ist und wobei jeweils zwischen zwei vorhandenen Zähnen mindestens ein Zahn ausgespart ist. Vorzugsweise sind jeweils zwei oder drei Zähne ausgespart.
Durch das erfmdungsgemässe Verfahren werden auf der Schleifschneckenflanke dicht nebeneinander liegende Abrichtspuren erzeugt, die in ihrer Gesamtheit eine vorgebbare Schleifschneckenflankenform ergeben. Diese Abrichtspuren entsprechen prinzipiell den Berührspuren, die auch beim anschliessenden Schleifen im Kontakt mit den Werkstückflanken entstehen.
Wie schon erwähnt, wird die zusätzliche Relativbewegung zwischen Abrichtwerkzeug und Schleifschnecke vorzugsweise erzeugt, indem der Grunddrehbewegung des Abrichtwerkzeugs eine Zusatzdrehbewegung überlagert wird. Dies ist unter anderem deswegen bevorzugt, weil das Trägheitsmoment des Abrichtwerkzeugs im Vergleich zum Trägheitsmoment der Schleifschnecke in der Regel erheblich kleiner ist, so dass schnelle Zusatzdrehbewegungen am Abrichtwerkzeug einfacher erzeugt werden können als an der Schleifschnecke. Auch sind schnelle Zusatzdrehbewegungen des Abrichtwerkzeugs in der Regel einfacher und präziser zu erzeugen als schnelle, kleine axiale Zusatzbewegungen zwischen Schleifschnecke und Abrichtwerkzeug entlang der Schleifschneckenachse. Die Zusatzdrehbewegung des Abrichtwerkzeugs kann auf verschiedene Arten erzeugt werden. Eine erste Möglichkeit besteht darin, dass sowohl die Grunddrehbewegung als auch die Zusatzdrehbewegung des Abrichtwerkzeugs durch einen gemeinsamen Antrieb erzeugt werden. Eine zweite Möglichkeit besteht darin, dass hierfür separate Antriebe vorgesehen werden. Insbesondere sind Ausführungsformen denkbar, bei denen das Abrichtwerkzeug anstelle eines Werkstücks auf einer Werkstückspindel mit einem Werkstückspindelantrieb aufgespannt ist und bei denen der Werkstückspindelantrieb sowohl die Grunddrehbewegung als auch die Zusatzdrehbewegung des Abrichtwerkzeugs erzeugt. In anderen Worten dient in solchen Ausführungsformen die Werkstückspindel als Abrichtspindel. Prinzipiell erfordert das Verfahren auf einer Zahnflankenschleifmaschine, die im kontinuierlichen Wälzverfahren schleifen kann, für das Abrichten also lediglich ein besonderes Abrichtwerkzeug, welches sich an Stelle des Werkstückes auf der Werkstückspindel aufspannen lässt. Eine gesonderte Abrichtvorrichtung ist theoretisch nicht notwendig. Voraussetzung ist allerdings, dass die Werkstückspindel die geforderten Zusatzdrehbewegungen hinreichend genau und schnell ausführen kann.
In Praxis wird es allerdings häufig so sein, dass die Werkstückspindel bzw. deren Antrieb nicht optimal für die Erzeugung der geforderten kleinen Zusatzdrehbewegungen geeignet ist. Die Werkstückspindeln von kontinuierlichen Wälzschleifmaschinen sind aus Steifigkeitsgründen meist sehr robust gebaut, wodurch sie auch ein relativ grosses Trägheitsmoment aufweisen. Dieses ist für das Schleifen durchaus erwünscht, denn es filtert Störkräfte heraus, erschwert aber die Ausführung von gezielt aufgebrachten, kleinen und schnellen Zusatzdrehbewegungen. Auch die Antriebsregelung ist primär optimiert für ein gutes Störverhalten, während das Führangsverhalten nicht in erster Linie entscheidend ist. Die Anforderungen an ein System, das kleine, aber schnelle Drehbewegungen erzeugen soll, sind gerade entgegengesetzt: möglichst kleine Masse und eine Antriebsregelung, die ein sehr gutes Führungsverhalten hat. Es ist daher von Vorteil, wenn eine spezielle Abrichteinrichtung vorgesehen wird.
Dementsprechend sind Ausführungsformen möglich, in denen das Abrichtwerkzeug auf einer separaten Abrichtspindel mit einem Abrichtspindelantrieb aufgespannt ist, wobei der Abrichtspindelantrieb sowohl die Grunddrehbewegung als auch die Zusatzdrehbewegung des Abrichtwerkzeugs erzeugt.
Es sind aber auch Ausführungsformen möglich, bei denen die Zusatzdrehbewegungen separat durch einen Zusatzantrieb erzeugt werden. In diesem Fall kann die Grunddrehbewegung des Abrichtwerkzeugs durch den Werkstückantrieb zur Verfügung gestellt werden. Die Grunddrehbewegung des Abrichtwerkzeugs kann aber auch durch eine separate, für das Abrichten optimierte Abrichtspindel erzeugt werden. Dies ist, obwohl es einen nicht unbeträchtlichen Aufwand bedeutet, in vielen Fällen die zweckmässigere Lösung. Welche Bauart die günstigere ist, wird vom Maschinenkonzept abhängen und davon, wie und für welchen Zweck die Maschine zum Einsatz kommen soll.
Die Zusatzdrehbewegungen des Abrichtwerkzeugs werden in beiden Fällen von einem speziellen, auf die spezifischen Erfordernisse abgestimmten Zusatzantrieb erzeugt, der auf der Werkstück- oder Abrichtspindel montiert ist. Das Besondere an diesem Zusatzantrieb ist, dass er selbst auf einer drehenden Spindel sitzt. Das Abrichtwerkzeug ist in diesem Fall also auf dem Zusatzantrieb aufgespannt, wobei der Zusatzantrieb selbst auf eine Werkstück- oder Abrichtspindel mit einem Werkstück- oder Abrichtspindelantrieb montiert ist. Der Werkstück- oder Abrichtspindelantrieb erzeugt dann die Grunddrehbewegung des Abrichtwerkzeugs, und der Zusatzantrieb erzeugt die Zusatzdrehbewegung.
Entsprechend bezieht sich die Erfindung auch auf einen Zusatzantrieb zum Antreiben eines zahnradartigen Abrichtwerkzeugs, der sich durch folgende Eigenschaften auszeichnet: Der Zusatzantrieb ist dazu ausgebildet, an einer Werkstück- oder Abrichtspindel einer Werkzeugmaschine angebracht zu werden, welche eine Grunddrehbewegung um eine Werkstück- oder Abrichtspindelachse erzeugt, und der Zusatzantrieb ist von einer NC- Steuerung ansteuerbar, so dass der Zusatzantrieb der Grunddrehbewegung eine Zusatzdrehbewegung um die Werkstück- oder Abrichtspindelachse überlagern kann.
Für die Gestaltung des Zusatzantriebs sind viele unterschiedliche Ausführungen denkbar, z.B. Ausführungen mit normalen Servomotoren bzw. Torque-Motoren oder mit Piezoaktoren. Um Energie und Daten mit der rotierenden Abrichteinrichtung auszutauschen, sind ebenfalls viele verschiedene Möglichkeiten denkbar. Darunter befinden sich Ausführungen mit Schleifringen und berührungsfrei arbeitende Systeme. Bei berührungsfrei arbeitenden Systemen können die Energie und/oder die Daten insbesondere induktiv übertragen werden mittels eines Transformators, dessen eine Windung stillsteht und dessen andere Windung mit der Abrichteinrichtung rotiert. Daten können auch optisch übertragen werden.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Werkzeugmaschine, die speziell dazu hergerichtet ist, das erfindungsgemässe Verfahren auszuführen. Eine solche Werkzeugmaschine weist auf:
eine Schleifschneckenspindel mit einem Schleifschneckenspindelantrieb zur Erzeugung einer Drehbewegung um eine Schleifschneckenspindelachse;
eine Schleifschnecke, die auf der Schleifschneckenspindel aufgespannt ist;
ein zahnradartiges Abrichtwerkzeug;
eine Werkstück- oder Abrichtspindel mit einem Werkstück- oder Abrichtspindelantrieb zur Erzeugung einer Grunddrehbewegung des Abrichtwerkzeugs um eine Werkstück- oder Abrichtspindelachse, wobei die Werkstück- oder Abrichtspindelachse gekreuzt zur Schleifschneckenspindelachse verläuft;
einen Shiftantrieb, um die Schleifschneckenspindel bzw. die Werkstück- oder Abrichtspindel entlang der Schleifschneckenachse relativ zueinander zu verschieben (vershiften);
eine horizontale ZuStelleinrichtung, um die Schleifschnecke und das
Abrichtwerkzeug aufeinander zu und voneinander weg zu bewegen; und
eine NC-Steuerung, die den Schleifschneckenspindelantrieb, den Werkstück- oder Abrichtspindelantrieb und den Shiftantrieb elektronisch koppelt, um während des Abrichtvorgangs eine Grundwälzbewegung zwischen Schleifschnecke und Abrichtwerkzeug zu erzeugen.
Um das erfindungsgemässe Verfahren ausführen zu können, kann dann vorgesehen sein, dass die NC-Steuerung den Werkstück- oder Abrichtspindelantrieb, den Schleifschneckenspindelantrieb, den Shiftantrieb und/oder die horizontale ZuStelleinrichtung zusätzlich derart ansteuert, dass der Grundwälzbewegung eine zusätzliche Relativbewegung überlagert wird, um zusätzliche Modifikationen der Schleifschneckenflanke zu erzeugen. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Werkzeugmaschine einen Zusatzantrieb der oben genannten Art aufweist, wobei die NC- Steuerung diesen Zusatzantrieb derart ansteuert, dass er der Grunddrehbewegung des Abrichtwerkzeugs eine Zusatzdrehbewegung um die Werkstück- oder Abrichtspindelachse überlagert, um die zusätzlichen Modifikationen der Schleifschneckenflanke zu erzeugen. In beiden Fällen kann die NC-Steuerung einen Prozessor und einen Speicher aufweisen, wobei im Speicher ein Softwareprogramm gespeichert ist, das bei Ausführung auf dem Prozessor Ausgangssignale der NC-Steuerung erzeugt, die die zusätzliche Relativbewegung (Mikrobewegung) repräsentieren.
Die Erfindung stellt ausserdem ein Abrichtwerkzeug für den Einsatz in einem Abrichtverfahren der vorstehend genannten Art zur Verfügung. Das Abrichtwerkzeug ist mit Hartstoffkörnern belegt und ist von einem (gerad- oder schrägverzahnten) Zahnrad mit einer Auslegungszähnezahl z abgeleitet, wobei auf dem Zahnrad eine gegenüber der Auslegungszähnezahl z reduzierte Zahl von Zähnen vorhanden ist und wobei jeweils zwischen zwei vorhandenen Zähnen mindestens ein Zahn ausgespart ist.
Um gleichzeitig mit den Flanken auch den Aussendurchmesser und/oder den Ganggrund der Schleifschnecke abrichten zu können, kann das Abrichtwerkzeug mit Hartstoffkörnern belegte Zonen für ein Überdrehen eines Schleifschnecken- Aussendurchmessers und/oder für ein Einstechen eines Schleifschnecken-Ganggrundes aufweisen. Bei geeigneter Wahl der Durchmesser für diese beiden Abrichtzonen ergibt sich der nicht zu unterschätzende Vorteil dieses Verfahrens, dass der Aussendurchmesser der Schleifschnecke bzw. die Profilhöhe des Schneckenganges in gewissen Grenzen unabhängig von allen übrigen Profilmerkmalen frei wählbar bzw. einstellbar ist. Zwischen zwei vorhandenen Zähnen kann jeweils immer die gleiche Zahl von Zähnen ausgespart sein. In vielen Fällen wird eine Zahl von zwei oder drei ausgesparten Zähnen sinnvoll sein. Es ist aber auch denkbar, dass eine grössere Zahl von Zähnen, z.B. vier, fünf oder sechs Zähne, ausgespart sind. Ein Abrichtwerkzeug, bei dem immer jeweils zwei Zähne ausgespart sind, wäre allerdings für das Abrichten von Schleifschneckengangzahlen, die durch drei teilbar sind, aus leicht einsehbaren Gründen nur eingeschränkt brauchbar, weil damit in jedem Durchgang nur ein Schneckengang abgerichtet werden könnte. Stattdessen kann die Verteilung der stehengebliebenen Zähne am Umfang aber auch anders gewählt werden. Eine regelmässige Teilung ist dabei keine Bedingung, d.h. es ist z.B. möglich, jeweils zwei, dann drei, dann wieder zwei etc. Zähne zwischen zwei stehengebliebenen Zähnen auszusetzen. Die Software für die Steuerung der Mikrobewegung wird dann entsprechend auf die Teilung der aktiven Zähne angepasst. Die vorhandenen Zähne können eine Flankenform aufweisen, die einer unmodifizierten oder einer modifizierten Flankenform für eine vorgegebene Verzahnungsart bei der Auslegungszähnezahl z entspricht. Falls es sich beispielsweise bei der zu fertigenden Verzahnung um eine modifizierte Evolventenverzahnung handelt, weisen die vorhandenen Zähne vorzugsweise eine Evolventenform auf. Wenn die Flankenform der vorhandenen Zähne am Abrichtwerkzeug selbst schon modifiziert ist, kann die Schleifschnecke zum Schleifen von Zahnrädern mit ähnlich modifizierten Flanken unter Umständen wesentlich schneller abgerichtet werden, weil dann die erforderlichen Zusatzdrehbewegungen möglicherweise viel kleiner ausfallen können. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben, die lediglich zur Erläuterung dienen und nicht einschränkend auszulegen sind. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Skizze zur Illustration des Eingriffs einer evolventischen Zahnflanke mit einer modifizierten Schneckenflanke;
Fig. 2 eine Darstellung einer Berührspur auf einer Schleifschneckenflanke; Fig. 3 ein schematisches Weg-Zeit-Diagramm einer Mikrobewegung;
Fig. 4 ein schematisches Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm der Mikrobewegung der Fig. 3;
Fig. 5 den Aufbau einer Werkzeugmaschine zum kontinuierlichen Wälzschleifen in schematischer Darstellung;
Fig. 6 eine schematische Schnittdarstellung durch eine Abrichtvorrichtung zur
Erzeugung von Mikrodrehbewegungen;
Fig. 7 ein Beispiel einer Abrichtvorrichtung zum Aufspannen auf die
Werkstückspindel;
Fig. 8 ein erstes Beispiel eines Abrichtwerkzeugs mit regelmässiger Verteilung der aktiven Zähne; und
Fig. 9 ein zweites Beispiel eines Abrichtwerkzeugs mit unregelmässiger
Verteilung der aktiven Zähne.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
In der Fig. 1 ist der Eingriff einer einzelnen, nicht modifizierten Zahnflanke 8 eines zahnradartigen Abrichtwerkzeugs beim Wälzen mit einer modifizierten Schleifschneckenflanke 6 im Achsschnitt der Schnecke illustriert, wobei die Schnecke für das Schleifen einer höhenballigen Verzahnung abgerichtet ist. Für das Beispiel ist eine willkürliche Form der Höhenballigkeit angenommen; für jede andere Art der Modifikation sind die Verhältnisse jedoch prinzipiell ähnlich. Die Zahnflanke 8 des Abrichtwerkzeugs ist in verschiedenen Wälzstellungen 1, 2, 3, 4 und 5 im Eingriff mit der modifizierten Schneckenflanke 6 dargestellt. Die dünn gestrichelt gezeichnete Linie zeigt zum Vergleich eine nicht modifizierte Schneckenflanke 7. Die ebenfalls dünn gestrichelte Linie 9 gibt die jeweilige Position an, die die Zahnflanke 8 einnehmen würde, wenn sie mit einer nicht modifizierten Schnecke zusammenlaufen würde. Die Linie 9 zeigt also die gemäss Verzahnungsgesetz jeweilige theoretisch korrekte Lage der Zahnflanke an. Der besseren Sichtbarkeit des Vorganges wegen ist die Modifikation der Schneckenflanke stark überhöht dargestellt. Wenn sich die Schnecke dreht, bewegt sich die Schneckenflanke 6 von links nach rechts; das kämmende Abrichtwerkzeug mit dem einzelnen Zahn dreht folglich im Uhrzeigersinn von Wälzstellung 1 bis Wälzstellung 5 und nimmt dabei Wälzwinkel φι, φ2> φ3, φ4 und φ5 ein. Im vorliegenden Beispiel hinkt der Drehwinkel der Zahnflanke 8 zu Beginn des Eingriffs bei Wälz winkel <pi der theoretisch richtigen Lage um eine Drehwinkelabweichung sj nach. Dies kann auch als„Nachlauf bezeichnet werden. Beim Weiterwälzen - in der zweiten Position beim Wälzwinkel φ2 - verringert sich dieser Nachlauf auf ε2 und etwa im Wälzpunkt P bei φ3 (die genaue Lage ist abhängig von der Modifikation auf der Schneckenflanke) verschwindet er ganz. Im weiteren Verlauf bis φ4 nimmt die Drehwinkelabweichung wieder zu auf e3j und ganz am Ende des Eingriffes beim Wälz winkel φ5 wächst sie an auf ε4. Dieser Nachlauf bzw. allgemeiner der Verlauf der Drehwinkelabweichungen (ε- Werte) über dem Wälzweg ist also ein Abbild der Modifikation auf der Schneckenflanke an der betrachteten Shiftposition. Es ist auch leicht zu sehen, dass diese Art von Wälzen nur möglich ist, wenn keine unmittelbar nachfolgenden oder vorauseilenden Flanken vorhanden sind, da diese unter Umständen verhindern würden, dass ein Flankenkontakt im Bereich um den Wälzpunkt P stattfindet.
Wie aus der Fig. 1 erkennbar ist, besteht zwischen der Verzahnung des Abrichtwerkzeugs und der Schleifschneckenflanke in der Regel nur Punktkontakt. Durch die Wälzbewegung wird somit eine Berührspur des Abrichtwerkzeugs auf der Schneckenflanke 6 erzeugt. Die Fig. 2 illustriert einen Teil einer solchen Berührspur 21. Die Berührspur 21 verläuft über ca. zwei Gangteilungen spiralförmig vom Kopf zum Fuss über die Flanke. In der Fig. 2 ist nur die erste Gangteilung dargestellt. Diese Spiralform der Berührspur 21 ist beinahe unabhängig von der Geometrie der Verzahnung des Abrichtwerkzeugs.
In Fig. 3 ist der Verlauf der Drehwinkelabweichung ε des Abrichtwerkzeugs über dem Wälzwinkel φ aufgezeichnet. Die oben erwähnten Wälzwinkel ψι bis φ5 sind im Diagramm ebenfalls eingetragen. Geht man davon aus, dass die Grunddrehzahl n konstant ist, dann kann als Abszisse auch die Zeitachse t verwendet werden. In diesem Fall bezeichnen die Angaben < i bis φ5 die Zeitpunkte, zu denen die entsprechenden Wälzwinkel eingenommen werden. Für die rein geometrische Betrachtung ist die Abhängigkeit vom Wälzwinkel φ geeigneter, für die Analyse der Kinematik ist jedoch die Zeit t zweckmässiger. Das Diagramm stellt somit den Verlauf einer Zusatzdrehbewegung („Mikrobewegung") des Abrichtwerkzeugs dar, die der Grunddrehbewegung überlagert ist. Im Diagramm ist die Zeit, die für das Durchwälzen einer Zahnteilung benötigt wird, mit tz eingetragen. Die ausgezogene Linie 10 stellt das Stück der Mikrobewegungsfunktion dar, welches durch die Geometrie der Schneckenflanken-Modifikation während der Dauer des Eingriffes gegeben ist. Der Vergleich zwischen der Zeit tz für das Durchwälzen einer Zahnteilung und der Eingriffsdauer zeigt, dass der Überdeckungsgrad bei diesem Beispiel knapp 2 ist. Nur im Punkt P, d.h. in der Nähe des Wälzpunktes, ist die Drehwinkelabweichung Null; an allen übrigen Stellen hinkt der Drehwinkel des Abrichtwerkzeugs der Position nach, welche das Abrichtwerkzeug beim Wälzen mit einer nicht modifizierten Schnecke haben würde.
Nach dem Auslaufen der betrachteten Flanke bei φ5 wird dafür gesorgt, dass die nächste zum Durch wälzen ankommende Flanke so positioniert wird, dass sie bei ι mit der Abweichung ει wieder richtig einläuft. Dazu dient eine Übergangsfunktion, die in der Fig. 2 gestrichelt dargestellt ist. Die Übergangsfunktion 11 ist geeignet, falls zwischen den aktiven Zähnen jeweils zwei Zähne ausgespart sind. Die Übergangsfunktion 12 ist dagegen geeignet, wenn drei Zähne ausgespart sind. Der genaue Verlauf der Übergangsfunktion zwischen φ5 und < j spielt im Prinzip keine Rolle, da sich die Zahnflanken ja ausserhalb des Eingriffes befinden. Zweckmässigerweise wird man sie aber so festlegen, dass die Beschleunigungen minimal bleiben; d.h. die zweite Ableitung der Übergangsfunktion nach der Zeit (mathematisch ausgedrückt, d2s/dtz) sollte betragsmässig möglichst klein bleiben. Dazu sollte die Übergangsfunktion stetig differenzierbar gewählt werden. Dort wo drei Zähne ausgespart sind, verläuft die Übergangsfunktion über ca. zwei Zahnteilungen; ihr Verlauf kann deshalb naturgemäss einiges sanfter sein. Fig. 4 zeigt den Geschwindigkeitsverlauf der„Mikrobewegungsfunktion", den man erhält, wenn der Wegverlauf der Fig. 3 nach der Zeit t abgeleitet wird. Die durchgezogene Linie 13 stellt den Verlauf der Geschwindigkeit in der Wälzzone dar, die gestrichelt gezeichneten Linien 14 und 15 stellen die zwei Übergangsfunktionen dar, wieder jeweils für den Fall, dass zwei oder drei Zähne ausgesetzt sind.
Wenn man die Grunddrehung der Wälzbewegung mitberücksichtigt, verschiebt sich diese Funktion um die Winkelgeschwindigkeit cog der Grunddrehung nach oben, wobei sich diese Winkelgeschwindigkeit aus der Winkelgeschwindigkeit cos der Schnecke, der Gangzahl g der Schnecke, der Auslegungszähnezahl z für das Abrichtzahnrad und der Shiftgeschwindigkeit vy ergibt. Betrachtet man aber nur die überlagerte Mikrobewegung, dann schneidet die t- Achse die Ordinate bei ω = 0. Die bereits oben erwähnte jeweilige Übergangsfunktion wird so festgelegt, dass die Geschwindigkeit beim Eintritt der nächsten Flanke bei < i in die Wälzzone mit der dort benötigten geometrieerzeugenden Winkelgeschwindigkeit für die Mikrobewegung übereinstimmt. Wie aus den Figuren 3 und 4 ersichtlich, ergibt sich für Weg und Geschwindigkeit der Mikrobewegung ein annähernd periodischer Verlauf, der im vorliegenden Beispiel ähnlich einer Sinusfunktion ist. Das zeitliche Mittel der Geschwindigkeit der Mikrobewegung über eine Periode (und damit auch das zeitliche Mittel über den gesamten Abrichtvorgang) ist nahezu Null. Anders geartete Modifikationen an den Schleifschneckenflanken ergeben natürlich etwas andere Verläufe; jedoch ist der Grundcharakter der Funktionen immer etwa gleich. Die Grundfrequenz der Mikrobewegung ist dabei abhängig von der jeweiligen Anzahl der ausgesetzten Zähne am Abrichtwerkzeug: ist jeder dritte Zahn vorhanden, ist sie ein Drittel der Zahnfrequenz fz= l/tz; wenn nur jeder vierte Zahn vorhanden ist, beträgt sie ein Viertel von fz etc. Dabei gilt numerisch für die Zahnfrequenz in Hz: /z[Hz] = ns[l/min] · g/60, wobei ns die Schleifschneckendrehzahl in Umdrehungen pro Minute und g die Schneckengangzahl bezeichnet.
Die Grunddrehbewegung und die überlagerte Mikrobewegung können durch eine gemeinsame Antriebseinheit oder jeweils durch separate Antriebseinheiten erzeugt werden. Dies wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren 5-7 näher erläutert.
Die Fig. 5 zeigt beispielhaft eine Wälzschleifmaschine, die speziell für die Ausfuhrung des vorstehend erläuterten Verfahrens ausgestaltet ist. Die Maschine weist ein Maschinenbett 31 mit einem horizontal (in X-Richtung) verschiebbaren Werkzeugträger 32 auf. An diesem Werkzeugträger 32 ist weiterhin ein vertikal (in Z-Richtung) verschiebbarer Schlitten montiert, an dem ein Schleifkopf 33 mit einem in Y-Richtung verschiebbaren Shiftschlitten 36 und einer darauf drehbar angebrachten Schleifschnecke 34 angebracht ist. Die Schleifschnecke 34 wird von einem elektrischen Antriebsmotor 35 zu einer Drehung angetrieben. Mittels des Shiftschlittens 36 kann die Schleifschnecke 34 entlang ihrer Achse im Betrieb vershiftet werden. Dazu weist der Shiftschlitten einen elektromotorischen Shiftantrieb 37 auf. Der Schleifkopf 33 ist gegenüber dem Werkzeugträger 32 um eine zur X-Richtung parallele Achse verschwenkbar. Das Koordinatensystem X-Y-Z ist hier nicht orthogonal, denn die Y- Achse steht nicht senkrecht zur Z-Achse, sondern ist um den (individuell einstellbaren) Schrägungswinkel geneigt dazu; es kann aber auch eine Wälzschleifmaschine mit orthogonalem Koordinatensystem eingesetzt werden.
Auf dem Maschinenbett 31 ist ausserdem ein Werkstückträger 38 in Form eines Drehturms angebracht. Der Werkstückträger trägt zwei elektromotorisch angetriebene Werkstückspindeln 39, 40, auf denen im vorliegenden Beispiel jeweils ein Werkstück 41 in Form einer Stirnradwelle zur Bearbeitung aufgespannt ist. Die eine Werkstückspindel 40 befindet sich im vorliegenden Beispiel in einer Bearbeitungsposition, in der das zugeordnete Werkstück von der Schleifschnecke 34 bearbeitet werden kann. Die andere Werkstückspindel 39 befindet sich in einer Be- und Entladeposition, in der ein fertig bearbeitetes Werkstück entnommen und ein neues zu bearbeitendes Werkstück aufgespannt werden kann. In einem Winkel (hier 90°) zu den Werkstückspindeln versetzt ist auf dem Werkstückträger 38 eine Abrichteinheit 42 angeordnet. Durch Drehung des Werkstückträgers 38 wird diese Abrichteinheit in die Bearbeitungsposition gebracht, um die Schleifschnecke 34 abzurichten.
Die Abrichteinheit 42 umfasst zwei Antriebe: einen (in Fig. 5 nur teilweise sichtbaren) Grundantrieb 43 und einen Zusatzantrieb 44, der auf der Spindel des Grundantriebs 43 montiert ist, um einer vom Grundantrieb 43 erzeugten Grunddrehbewegung schnelle Zusatzdrehbewegungen (Mikrobewegungen) zu überlagern. Auf der Spindel des Zusatzantriebs 44 ist ein zahnradartiges Abrichtwerkzeug 90 aufgespannt. Die verschiedenen Antriebe der Wälzschleifmaschine werden von einer NC- Steuerungseinheit 45 angesteuert. Eine CNC -Bedieneinheit 46 dient dazu, die NC- Steuerungseinheit zu bedienen. Im vorliegenden Beispiel sind lediglich vier NC-Module der NC -Steuerungseinheit 45 dargestellt. Die ersten beiden Module steuern den Grundantrieb 43 und den Zusatzantrieb 44 der Abrichteinheit 42 an. Die anderen beiden Module steuern die Antriebsmotoren 35 der Schleifschnecke 34 und des Shiftantriebs 37 zur Verschiebung des Shiftschlittens 36 an. Weitere, nicht dargestellte NC-Module dienen zur Steuerung der weiteren Antriebe. Zuführleitungen 47 verbinden die NC-Module mit den verschiedenen Antrieben. Die NC-Steuerungseinheit 45 führt eine Software zur Ansteuerung der Antriebe aus.
Beim Abrichten erzeugt der Grundantrieb 43, abhängig von den für den Abrichtprozess massgebenden Parametern wie Schleifschneckendrehzahl ns, Schneckengangzahl g, Auslegungszähnezahl z des Abrichtwerkzeuges und Shiftgeschwindigkeit vy, die Grunddrehzahl für das Abrichtwerkzeug 90. Der Zusatzantrieb 44 überlagert dieser Grunddrehzahl, gesteuert von der Software, schnelle Zusatzdrehbewegungen.
In der Fig. 6 ist eine mögliche Ausführungsform des Grundantriebs 43 und des Zusatzantriebs 44 im Achsschnitt dargestellt. Der Grundantrieb 43 ist in bekannter Weise aufgebaut und umfasst ein Gehäuse 51, eine Hauptspindel 52, Spindellager 53 und einen Antriebsmotor 54. Nahe dem oberen Spindelende 55 ist ein Drehwinkel-Messsystem angeordnet, mit einer Messscheibe 56 und einem Lesekopf 57. Auf dem oberen Spindelende 55 ist der Zusatzantrieb 44 aufgesetzt. Dieser umfasst alle notwendigen Elemente für eine Hochgenauigkeits-NC- Achse: ein Gehäuse 61, eine (hier ringförmige) Spindel 62, einen (hier ebenfalls ringförmigen) Antriebsmotor 63 und ein Messsystem mit einer Messscheibe 64 und einem Lesekopf 65. Damit der mit der Hauptspindel rotierende Motor 63 und der Lesekopf 65 des Messsystems mit Strom versorgt werden können, ist eine Dreheinführung 70 mit Stator 71 und Rotor 72 vorgesehen, welche sich am unteren Ende der Hauptspindel befindet. Zuführleitungen von der und zur NC-Steuerungseinheit sind mit dem Stator 71 der Dreheinführung 72 verbunden. Über Schleifringe oder induktiv (mittels zweier konzentrischer Spulen im Stator 71 und Rotor 72) und ggfs. optisch erfolgt die Übertragung von Energie und Daten zwischen dem Stator 71 und dem Rotor 72. Vom Rotor 72 zum Zusatzantrieb 44 erfolgt die Stromführung durch die Hauptspindel 52 hindurch über ein Leistungskabel 73 und eine Messleitung 74.
Die Fig. 7 zeigt ein Beispiel einer Abrichtvorrichtung, die sich für das Aufspannen auf der Werkstückspindel einer Wälzschleifmaschine eignet, die mechanisch nicht speziell für das hier beschriebene neuartige Abrichtverfahren vorbereitet ist. Diese Abrichtvorrichtung stellt einen Zusatzantrieb für die Werkstückspindel zur Verfügung, um schnelle Zusatzdrehbewegungen zur Grunddrehbewegung der Werkstückspindel zu erzeugen. Die Abrichtvorrichtung 80 wird zum Abrichten mit Hilfe der Aufspannbohrung 81 auf der Werkstückspindel zentriert und festgeklemmt. Über ein Verbindungskabel 82 (nur schematisch gezeichnet) für die Stromversorgung und für Messdaten und eine Dreheinführung 83 erfolgen sowohl die Energiezuführung als auch der Datenaustausch mit der NC-Steuerung. Die Vorrichtung beinhaltet einen Zusatzantrieb der vorstehend beschriebenen Art und ein Messsystem. Auf der Abrichtvorrichtung ist das Abrichtwerkzeug 90 aufgespannt. Es ist leicht auswechselbar z.B. nach Erreichen des Standzeitendes oder wenn umgerüstet werden soll auf ein Werkstück mit anderen Verzahnungsdaten.
Die Abrichtvorrichtung der Fig. 7 lässt sich im Unterschied zu der in Fig. 6 gezeigten Variante auch auf Maschinen einsetzen, die mechanisch primär für ein anderes Abrichtverfahren gebaut wurden und deshalb keine separate Abrichtspindel bzw. keine Dreheinführung an der Werkstückspindel haben.
Die Fig. 8 zeigt ein Beispiel eines erfindungsgemässen Abrichtwerkzeuges 90, bei dem zwischen zwei stehengebliebenen Zähnen 91 jeweils zwei Zähne ausgesetzt sind. Die stehengebliebenen Zähne sind mit einer Schicht aus Hartstoffkörnern, z.B.
Diamantkörnern, belegt; ausserdem ist ihre Zahndicke etwas verringert, damit es beim
Abrichten keinen Zweiflankenkontakt mit den Schleifschneckenflanken geben kann.
Neben den Zahnflanken sind auch Partien 92 am Zahngrund für das Überdrehen des Schleifschnecken-Aussendurclimessers und am Zahnkopf 93 für das Einstechen des
Schneckenganggrundes mit Hartstoffkörnern belegt.
Dieses Beispiel zeigt ein geradverzahntes Abrichtwerkzeug; jedoch kann dieses auch schrägverzahnt links oder rechtssteigend sein, sofern die Bedingung, dass nie zwei Flanken gleichzeitig Kontakt mit den Schneckenflanken haben, eingehalten wird.
In der Beschreibung des Verfahrens ist für das Abrichtwerkzeug ein unmodifiziertes Evolventenzahnrad angenommen. Das ist aber keine Bedingung; genauso gut funktioniert eine ballige oder sonst irgendwie modifizierte Verzahnung auf dem Abrichtwerkzeug.
Mit dem Abrichtwerkzeug in Fig. 8 lässt sich eine Schleifschnecke, deren Gangzahl durch drei teilbar ist, ohne Teiloperation nicht abrichten. Für diese Fälle braucht es entweder ein Werkzeug, bei dem jeweils drei Zähne ausgesetzt sind oder bei dem die aktiven Zähne eine unregelmässige Verteilung über dem Umfang haben. So können z.B. zwei, dann drei, dann wieder zwei usw. Zähne ausgesetzt sein. Die Software für die Steuerung der Mikrobewegung wird dann auf die unregelmässige Teilung abgestimmt. Insbesondere sollten softwaremässig die unterschiedlichen Übergangsfunktionen der Drehlage des Werkzeuges richtig zugeordnet sein. Von solchen unregelmässigen Teilungen sind viele denkbar, und es ist jeweils zu prüfen, wie gut sich ein bestimmtes Verteilungsmuster für die abzurichtende Gangzahl eignet. Grundsätzlich gilt: je höher der Prozentsatz der aktiven Zähne an der Auslegungszähnezahl z, umso effizienter ist das Abrichten. Die Fig. 9 zeigt ein Beispiel eines Abrichtwerkzeuges 90' mit nicht gleichmässiger Verteilung der aktiven Zähne. Im Bereich 94 sind zwei Zähne ausgesetzt, im Bereich 95 dann drei Zähne, dann wieder zwei Zähne usw. Die Basisteilung ist also sieben Zähne; für 7-, 14-, 21 -....gängige Schleifschnecken ist diese Version deshalb nicht geeignet. Damit sich für dieses Beispiel das Muster für die Position der aktiven Zähne regelmässig über dem Umfang verteilen lässt, muss die Auslegungszähnezahl z durch sieben teilbar sein.
Bei der obigen Beschreibung des Verfahrens und des Abrichtwerkzeugs wird davon ausgegangen, dass es sich bei der Verzahnung des Abrichtwerkzeugs um eine Evolventenverzahnung handelt. Dies in erster Linie deshalb, weil diese Art der Verzahnung in der Getriebetechnik mit Abstand am weitesten verbreitet ist und am meisten Verwendung findet, aber auch, weil hier die Zusammenhänge besonders gut vorstellbar und einleuchtend sind. Grundsätzlich ist das Verfahren aber in allen Fällen einsetzbar, in denen Schleifschnecken für das kontinuierliche Wälzschleifen abzurichten sind, also auch für jede andere wälzbare Verzahnung.
Im Weiteren ist es, wie bereits oben erwähnt, nicht Bedingung, dass z.B. im Fall eines Abrichtwerkzeuges mit Evolventenverzahnung dessen Zahnflanken reine Evolventen, d.h. völlig unmodifiziert sind. Da die meisten heute geschliffenen Verzahnungen in der Regel eine leichte Profilballigkeit aufweisen, kann es sinnvoll sein, am Abrichtwerkzeug ebenfalls eine solche Modifikation anzubringen. In der Wirkung führt das dazu, dass die Mikrobewegungen des Abrichtwerkzeuges beim Abrichten einer Schleifschnecke, die für das Schleifen einer Verzahnung mit Balligkeit vorgesehen ist, insgesamt kleiner ausfallen. Das kann, je nach Antrieb in der Abrichtvorrichtung, eventuell höhere Abrichtgeschwindigkeiten erlauben. Für den Fall, dass solche modifizierten Abrichtwerkzeuge zum Einsatz kommen, wird die tatsächliche Form der Abrichtverzahnung von der Software entsprechend berücksichtigt. Es ist dann für die Berechnung der Mikrobewegung zum Erzeugen der auf der Schleifschneckenflanke verlangten Modifikation nicht deren Differenz zur theoretischen Zahnflankenform, sondern diejenige zur modifizierten Werkzeugflanke zu berücksichtigen.
Während in den vorstehend diskutierten Beispielen jeweils eine Zusatzdrehbewegung des Abrichtwerkzeugs erzeugt wird, ist es alternativ oder zusätzlich auch denkbar, stattdessen eine Zusatzdrehbewegung der Schleifschnecke zu erzeugen. Dies kann durch eine entsprechende Ansteuerung des Schleifschneckenantriebs erreicht werden, oder es kann hierfür ein Zusatzantrieb vorgesehen werden in Analogie zum vorstehend diskutierten Zusatzantrieb für das Abrichtwerkzeug. Alternativ oder zusätzlich kann auch der Shiftbewegung und/oder der X-Bewegung eine lineare Zusatzbewegung überlagert werden. Dies kann durch eine entsprechende Ansteuerung des Antriebs für den Shiftschlitten bzw. die X-Achse erreicht werden, oder es kann hierfür ein entsprechender Zusatzantrieb vorgesehen werden, der kleine schnelle axiale Verschiebungen der Schleifschnecke oder des Abrichtwerkzeugs mit hoher Präzision erzeugen kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Abrichten einer ein- oder mehrgängigen Schleifschnecke (34), aufweisend:
Erzeugen einer Grundwälzbewegung zwischen der Schleifschnecke (34) und einem zahnradartigen Abrichtwerkzeug (90); und
Erzeugen einer zusätzlichen Relativbewegung zwischen der Schleifschnecke (34) und dem Abrichtwerkzeug (90), wobei die zusätzliche Relativbewegung der Grundwälzbewegung überlagert ist, um Modifikationen auf mindestens einer Flanke (6) der Schleifschnecke (34) zu erzeugen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erzeugen der Grundwälzbewegung umfasst:
Antreiben der Schleifschnecke (34) zu einer Grunddrehbewegung um eine Schleifschneckenachse;
Antreiben des Abrichtwerkzeugs (90) zu einer Grunddrehbewegung um eine Abrichtwerkzeugachse, die gekreuzt zur Schleifschneckenachse verläuft; und
Erzeugen einer Shiftbewegung zwischen Abrichtwerkzeug (90) und Schleifschnecke (34) entlang der Schleifschneckenachse,
wobei die Grunddrehbewegung der Schleifschnecke (34), die Grunddrehbewegung des Abrichtwerkzeugs (90) und die Shiftbewegung derart gekoppelt sind, dass die Schleifschnecke (34) und das Abrichtwerkzeug (90) während des Abrichtens die Grundwälzbewegung ausführen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Grunddrehbewegung des Abrichtwerkzeugs (90) eine Zusatzdrehbewegung um die Abrichtwerkzeugachse überlagert wird, um zumindest einen Teil der zusätzlichen Relativbewegung zu erzeugen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Grunddrehbewegung als auch die Zusatzdrehbewegung durch einen gemeinsamen Antrieb erzeugt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
dass das Abrichtwerkzeug (90; 90') anstelle eines Werkstücks auf einer Werkstückspindel (39) mit einem Werkstückspindelantrieb aufgespannt ist, und dass der Werkstückspindelantrieb sowohl die Grunddrehbewegung als auch die Zusatzdrehbewegung erzeugt, oder
dass das Abrichtwerkzeug (90; 90') auf einer separaten Abrichtspindel mit einem Abrichtspindelantrieb aufgespannt ist, und dass der Abrichtspindelantrieb sowohl die Grunddrehbewegung als auch die Zusatzdrehbewegung erzeugt.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Grunddrehbewegung und die Zusatzdrehbewegung von separaten Antrieben erzeugt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Abrichtwerkzeug (90) auf einer Spindel eines Zusatzantriebs (44; 80) aufgespannt ist, dass der Zusatzantrieb (44; 80) auf eine Werkstück- oder Abrichtspindel (52) aufgespannt ist, dass die Werkstück- oder Abrichtspindel (52) die Grunddrehbewegung erzeugt und dass der Zusatzantrieb (44; 80) die Zusatzdrehbewegung erzeugt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2-7, wobei der Grunddrehbewegung der Schleifschnecke (34) eine Zusatzdrehbewegung um die Schleifschneckenachse überlagert wird, um zumindest einen Teil der zusätzlichen Relativbewegung zu erzeugen.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2-8, wobei der Shiftbewegung eine Zusatzbewegung zwischen Schleifschnecke (34) und Abrichtwerkzeug (90; 90') entlang der Schleifschneckenachse überlagert wird, um zumindest einen Teil der zusätzlichen Relativbewegung zu erzeugen.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abrichtwerkzeug (90; 90') auf seinem Aussenumfang einen oder mehrere Zähne (91) aufweist, wobei die Zähne (91) eine Zahndicke in Umfangsrichtung und einen Zahnabstand (94, 95) in Umfangsrichtung haben, die so gewählt sind, dass sich das Abrichtwerkzeug (90; 90') und die Schleifschnecke (34) zu jedem Zeitpunkt des Abrichtens an höchstens einem einzigen Kontaktpunkt berühren.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Abrichtwerkzeug (90; 90') von einem Zahnrad mit einer Auslegungszähnezahl z abgeleitet ist, wobei auf dem Zahnrad eine gegenüber der Auslegungszähnezahl z reduzierte Zahl von Zähnen (91) vorhanden ist und wobei jeweils zwischen zwei vorhandenen Zähnen (91) mindestens ein Zahn ausgespart ist.
12. Zusatzantrieb (44; 80) zum Antreiben eines zahnradartigen Abrichtwerkzeugs (90), dadurch gekennzeichnet,
dass der Zusatzantrieb (44; 80) dazu ausgebildet ist, an einer Werkstückoder Abrichtspindel einer Werkzeugmaschine angebracht zu werden, welche eine Grunddrehbewegung um eine Werkstück- oder Abrichtspindelachse erzeugt, und dass der Zusatzantrieb (44; 80) derart von einer NC-Steuerung (45) ansteuerbar ist, dass er der Grunddrehbewegung eine Zusatzdrehbewegung um die Werkstück- oder Abrichtspindelachse überlagert.
13. Werkzeugmaschine, aufweisend:
eine Schleifschnecke (34);
einen Schleifschneckenantrieb (35) zur Erzeugung einer Grunddrehbewegung der Schleifschnecke (34) um eine Schleifschneckenachse; ein zahnradartiges Abrichtwerkzeug (90);
eine Werkstück- oder Abrichtspindel zur Erzeugung einer Grunddrehbewegung des Abrichtwerkzeugs (90) um eine Werkstück- oder Abrichtspindelachse, wobei die Werkstück- oder Abrichtspindelachse gekreuzt zur Schleifschneckenachse verläuft;
einen Shiftantrieb (37), um die Schleifschnecke (34) und die Werkstückoder Abrichtspindel relativ zueinander entlang der Schleifschneckenachse zu verschieben;
eine horizontale ZuStelleinrichtung (32), um die Schleifschnecke (34) und das Abrichtwerkzeug (90) aufeinander zu und voneinander weg zu bewegen; und eine NC-Steuerung (45), die dazu ausgebildet ist, den Schleifschneckenantrieb (35), die Werkstück- oder Abrichtspindel und den Shiftantrieb elektronisch zu koppeln, um während des Abrichtens eine Grundwälzbewegung zwischen der Schleifschnecke (34) und dem Abrichtwerkzeug (90) zu erzeugen,
dadurch gekennzeichnet,
dass die NC-Steuerung (45) dazu ausgebildet ist, die Werkstück- oder Abrichtspindel, den Schleifschneckenantrieb (35), den Shiftantrieb (37) und/oder die horizontale ZuStelleinrichtung (32) zusätzlich derart anzusteuern, dass der Grundwälzbewegung eine zusätzliche Relativbewegung überlagert wird, um zusätzliche Modifikationen der Schleifschneckenflanke zu erzeugen, oder
dass die Werkzeugmaschine einen Zusatzantrieb (44; 80) zum Antreiben des Abrichtwerkzeugs (90) aufweist, wobei der Zusatzantrieb (44; 80) dazu ausgebildet ist, an der Werkstück- oder Abrichtspindel angebracht zu werden, und wobei der Zusatzantrieb von der NC-Steuerung (45) derart ansteuerbar ist, dass er der Grunddrehbewegung eine Zusatzdrehbewegung um die Werkstück- oder Abrichtspindelachse überlagert, um zusätzliche Modifikationen der Schleifschneckenflanke zu erzeugen.
14. Abrichtwerkzeug für den Einsatz in einem Abrichtverfahren nach einem der Ansprüche 1-12, wobei das Abrichtwerkzeug mit Hartstoffkörnern belegt ist und von einem Zahnrad mit einer Auslegungszähnezahl z abgeleitet ist, wobei auf dem Zahnrad eine gegenüber der Auslegungszähnezahl z reduzierte Zahl von Zähnen (91) vorhanden ist und wobei jeweils zwischen zwei vorhandenen Zähnen (91) mindestens ein Zahn ausgespart ist.
15. Abrichtwerkzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Abrichtwerkzeug mit Hartstoffkörnern belegte Zonen (92, 93) für ein Überdrehen eines Schleifschnecken-Aussendurchmessers und/oder für ein Einstechen eines Schleifschnecken-Ganggrundes aufweist.
16. Abrichtwerkzeug nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei vorhandenen Zähnen (91) jeweils die gleiche Zahl von Zähnen ausgespart ist.
Abrichtwerkzeug nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass über den Umfang des Abrichtwerkzeugs verteilt zwischen den vorhandenen Zähnen (91) nicht jeweils die gleiche Zahl von Zähnen ausgespart ist.
18. Abrichtwerkzeug nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei vorhandenen Zähnen jeweils zwei oder drei Zähne ausgespart sind.
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