DE102005030846A1

DE102005030846A1 - Verzahnungsschleifmaschine

Info

Publication number: DE102005030846A1
Application number: DE102005030846A
Authority: DE
Inventors: Yoshikoto Ritto Yanase; Koichi Ritto Masuo
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2004-07-15
Filing date: 2005-07-01
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2025-07-02
Also published as: CA2510976A1; US20060014474A1; CN1721114A; KR100644117B1; CA2510976C; JP2006026789A; DE102005030846B4; JP4220944B2; BRPI0503776A; US7198543B2; MXPA05007375A; CN100417483C; KR20060050177A

Abstract

Eine Verzahnungsschleifmaschine umfasst: einen Bewegungsmechanismus (1, 2, 11, 12, 13, 14), an dem ein Profilschleifrad drehbar angebracht ist und der so ausgebildet ist, dass er das Profilschleifrad entlang X-, Z- und Y-Richtungen bewegt und das Profilschleifrad in einer Y-Z-Ebene schwenkt, eine NC-Vorrichtung (20) zum Steuern der Position des Profilschleifrads und eine Dreh-Abrichtvorrichtung (10) mit einem Abrichtwerkzeug (10a, 10b, 10d), das mit den Flanken der Profilgänge des Schleifrads in Kontakt kommt, während es drehangetrieben wird, um einen Abrichtvorgang auszuführen, wobei die NC-Vorrichtung den Bewegungsmechanismus numerisch so steuert, dass die Positionen in den X- und Z-Richtungen sowie die Schwenkposition in der Y-Z-Ebene des mit dem Profil versehenen Schleifrads eingestellt werden, während ein Kontakt des Abrichtwerkzeugs mit den Profilgängen des Schleifrads beibehalten wird, um den Andrückwinkel des Schleifrads zu modifizieren.

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Verzahnungsschleifmaschine, die zum Durchführen eines Schleifvorgangs mittels eines mit Profil versehenen Schleifrads ausgelegt ist und die mit einer Dreh-Abrichtvorrichtung ausgestattet ist. Die Verzahnungsschleifmaschine kann den Rad-Andrückwinkel des mit Profil versehenen Schleifrads bzw. Profilschleifrads (threaded grinding wheel) mit hoher Genauigkeit mittels numerischer Steuerung modifizieren.
Eine Verzahnungsschleifmaschine, bei der ein zahnradförmiges Werkstück nach der Wärmebehandlung von einem "mit Profil versehenen Schleifrad bzw. Profilschleifrad", einem Verzahnungsschleifwerkzeug zur Endbearbeitung einer Verzahnung bzw. eines Zahnrads, geschliffen wird, ist bekannt. Das Profilschleifrad ist ein ringförmiges Schleifrad mit Profilgängen (Zahnstangenzähnen), die spiralförmig an seiner Außenumfangsfläche ausgebildet sind. Der Schleifvorgang wird bei Positionen des Profilschleifrads in einem orthogonalen Koordinatensystem (Positionen auf der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse) durchgeführt, und die Drehgeschwindigkeit des Profilschleifrads wird numerisch gesteuert.
Mit fortschreitendem Schleifvorgang verschleißt das Profilschleifrad und seine Schärfe nimmt ab. Somit muss, nachdem es viele Verzahnungen bzw. Zahnräder kontinuierlich geschliffen hat, das verschlissene Profilschleifrad durch eine Abrichtvorrichtung nachbearbeitet werden („dressed"), um eine scharfe Schneidkante wiederherzustellen.
Einige Verzahnungsschleifmaschinen sind mit Abrichtvorrichtungen ausgestattet. Unter den Abrichtvorrichtungen befindet sich eine Dreh-Abrichtvorrichtung, die mit einem drehangetriebenen, scheibenförmigen Abrichtwerkzeug versehen ist. Bei dieser drehangetriebenen Abrichtvorrichtung wird das scheibenförmige Abrichtwerkzeug im Drehantrieb gehalten und mit der Flanke des Profilgangs des sich drehenden Profilschleifrads in Kontakt gebracht, wodurch der Abrichtvorgang ausgeführt wird.
Um den Zahnprofil-Andrückwinkel (tooth profile pressure angle) des zu schleifenden Zahnrads zu modifizieren, muss der Rad-Andrückwinkel des Profilschleifrads modifiziert werden. Eine Modifikation des Rad-Andrückwinkels des Profilschleifrads erfolgt durch Abrichten des Profilschleifrads durch die Abrichtvorrichtung.
Um den Rad-Andrückwinkel zu modifizieren, genügt es, das scheibenförmige Abrichtwerkzeug in Kontakt mit dem Profil des Profilschleifrads zu drehen (Drehung um eine Vertikalachse (Z-Achse)); Details hierzu werden später beschrieben.
Unter Verzahnungsschleifmaschinen befinden sich daher diejenigen des Typs mit einem Mechanismus zum Drehen der Dreh-Abrichtvorrichtung. Bei der Profilschleifmaschine mit einem solchen Drehmechanismus dreht eine Bedienungsperson manuell die Dreh-Abrichtvorrichtung (das Abrichtwerkzeug) um die Z-Achse mittels einem Parallelendmaß (block gauge), das ein Drehwerkzeug ist, um den Rad-Andrückwinkel zu modifizieren.
Die Notwendigkeit, dass die Bedienungsperson manuelle Arbeit verrichten muss, um die Dreh-Abrichtvorrichtung (das Abrichtwerkzeug) zur Modifizierung des Rad-Andrückwinkels zu drehen, kann jedoch zu einer unzureichenden Genauigkeit führen.
Außerdem ist eine Profilschleifmaschine des Typs, der die Dreh-Abrichtvorrichtung nicht drehen kann, bisher nicht in der Lage gewesen, den Rad-Andrückwinkel zu modifizieren.

Die Erfindung wurde in Anbetracht der oben beschriebenen Probleme mit den früheren Technologien getätigt. Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Profilschleifmaschine bereitzustellen, welche den Rad-Andrückwinkel eines Profilschleifrads durch Bewegen der Position des Profilschleifrads zu einer vorbestimmten Position modifizieren kann, während die Position eines Abrichtwerkzeugs einer Dreh-Abrichtvorrichtung festgestellt ist bzw. wird.

Ein Aspekt der Erfindung besteht darin, eine Verzahnungsschleifmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bereitzustellen. Diese besitzt:
einen Bewegungsmechanismus, an dem ein mit Profil bzw. Gewinde versehenes Schleifrad bzw. Profilschleifrad mit spiralförmig an einem Außenumfang desselben ausgebildeten Profil- bzw. Gewindegängen drehbar angebracht und so ausgebildet ist, dass er das Profilschleifrad entlang einer X-Richtung bewegt, die eine Richtung ist, in der sich das mit Profil versehene Schleifrad vorwärts oder rückwärts in Bezug auf eine Werkstück-Bearbeitungsposition bewegt (Zustellung), einer Z-Richtung, die eine Vertikalrichtung ist, und einer Y-Richtung, die eine Richtung senkrecht zu der X-Richtung und der Z-Richtung ist, bewegt, und das Profilschleifrad in einer Y-Z-Ebene geschwenkt wird,
eine NC-Vorrichtung zur numerischen Steuerung einer Bewegung des Bewegungsmechanismus, um eine Position des an dem Bewegungsmechanismus angebrachten Profilschleifrads zu steuern, und
eine Dreh-Abrichtvorrichtung mit einem scheibenförmigen Abrichtwerkzeug, die so angeordnet ist, dass bei Einstellung der Dreh-Abrichtvorrichtung an der Werkstück-Bearbeitungsposition das Abrichtwerkzeug Flanken der Profilgänge des Schleifwerkzeugs kontaktiert, während es drehangetrieben wird, um einen Abrichtvorgang auszuführen, wobei die NC-Vorrichtung eine Steuerfunktion zum numerischen Steuern des Bewegungsmechanismus aufweist, und zwar so, dass eine Position in der X-Richtung, eine Position in der Z-Richtung und eine Schwenkposition in der Y-Z-Ebene des Profilschleifrads eingestellt wird, während ein Kontaktzustand des Abrichtwerkzeugs mit den Flanken der Profilgänge des Profilschleifrads beibehalten wird, um einen Rad-Andrückwinkel des Profilschleifrads zu modifizieren.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, eine Verzahnungsschleifmaschine gemäß Anspruch 1 bereitzustellen, wobei die NC-Vorrichtung eine Steuerfunktion zum numerischen Steuern einer Bewegungsstrecke in der Y-Richtung des Profilschleifrads pro Drehung des Schleifrads aufweist, um den Rad-Andrückwinkel des Profilschleifrads zu modifizieren. Die Erfindung ist aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, die lediglich der Veranschaulichung dienen und somit die Erfindung nicht einschränken, besser verständlich.

Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht zur Darstellung einer Verzahnungsschleifmaschine,

2(a) bis 2(c) Draufsichten zur Darstellung der Umgebung einer Stützsäule in der Verzahnungsschleifmaschine,

3 eine Seitenansicht zur Darstellung der Umgebung der Stützsäule bei der Verzahnungsschleifmaschine,

4 eine perspektivische Ansicht zur Darstellung des Stadiums des Schleifens einer Verzahnung,

5(a) und 5(b) schematische Ansichten zur Darstellung des Abrichtstadiums,

6(a) bis 6(c) erläuternde Darstellungen der Zustände einer Ausführungsform der Erfindung,

7 eine erläuternde Darstellung der Positionsbeziehung zwischen einem Profilschleifrad und einer Dreh-Abrichtvorrichtung,

8 eine erläuternde Darstellung der Positionsbeziehung zwischen dem Profilschleifrad und der Dreh-Abrichtvorrichtung, und

9 eine erläuternde Darstellung der Positionsbeziehung zwischen dem Profilschleifrad und der Dreh-Abrichtvorrichtung.

Zunächst werden die Merkmale und allgemeinen Arbeitsgänge einer Profilschleifmaschine, auf die die Erfindung angewandt ist, mit Bezug auf die 1 bis 5(a), 5(b) beschrieben.

1 ist eine perspektivische Ansicht einer Verzahnungsschleifmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einem Profilschleifrad (Schneckenschleifrad) 3, das auf/an dieser angebracht ist. Diese Ansicht veranschaulicht einen Zustand, bei dem das Profilschleifrad 3 durch ein Paar in einer Dreh-Abrichtvorrichtung 10 vorgesehene Abrichtwerkzeuge 10(a) und 10(b) abgerichtet wird (nachgeschliffen wird). Das Profilschleifrad 3 von ringartiger Form hat Zahnstangenzähne (Spiralprofile) an seiner Außenumfangsfläche, und diese Zahnstangenzähne greifen in ein Werkstück (zu schleifende(s) Zahnrad bzw. Verzahnung) W ein, um das Verzahnungsschleifen durchzuführen.
Die 2(a) bis 2(c) sind erläuternde Darstellung der Umgebung einer Gegensäule bzw. Stützsäule (counter column) 5, von oben betrachtet, die ein Reitstock (tailstock) zum Haltern eines Endes des Werkstücks ist. Die 2(a) und 2(b) zeigen Vorgänge des Einbringens und Entnehmens des Werkstücks W an/auf einer Stelle auf einem Tisch 4. 2(c) zeigt das Stadium des Abrichtens.
3 ist eine Seitenansicht der Stützsäule (des Reitstocks) 5.
4 ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung eine Stadiums, in dem das Profilschleifrad 3 und das Werkstück W zum Verzahnungsschleifen in Eingriff stehen.
Die 5(a) und 5(b) sind schematische Ansichten zur Darstellung des Abrichtstadiums.
In 1 ist die Bezugsziffer 1 ein Bett, 2 ist eine Säule, 3 ist das Profilschleifrad zum Schleifen des Werkstücks, 4 ist der Tisch, auf dem das Werkstück angeordnet und gehalten ist, 5 ist die auf dem Bett 1 aufgerichtete Gegen- bzw. Stützsäule (der Reitstock), 6 ist ein Drehring (ringförmiges Element), der drehbar an dem Außenumfang eines unteren Teils der Stützsäule 5 vorgesehen ist, 7 und 8 sind Greifer zum Einbringen und Entnehmen des Werkstücks, und 10 ist die Dreh-Abrichtvorrichtung zum Abrichten des Profilschleifrads 3.
Der Tisch 4 ist an einer der Säule 2 zugewandten Position vorgesehen (d.h. einer Werkstück-Bearbeitungsposition), und die Säule 2 bewegt sich auf dem Bett 1 vor und zurück zu einer ersten Achse C1 (Tisch 4) hin und von dieser weg, wie 2(a) zeigt (d.h., die Säule 2 gleitet in einer X-Richtung). Die Säule 2 hat eine Schleifspindel 14 als Schleifradwelle zum Anbringen des Profilschleifrads 3. Der Tisch 4 dreht sich in den Richtungen von Pfeilen C um die erste Achse C1 gemäß 2(a).
Die Stützsäule 5 hat die Funktion des Andrückens des auf dem Tisch 4 angeordneten Werkstücks von oben und hat ein Reitstock-Instrument (nicht gezeigt), das sich in einer Aufwärts- und Abwärtsrichtung über der Oberfläche des Tisches 4 auf- und abbewegt, um auf das Werkstück von oben zu drücken.
Wie in 2(a) gezeigt ist, ist der Drehring (das ringförmige Element) 6, das um eine zweite Achse O in den Richtungen der Pfeile B (1) durch ein Antriebsmittel (nicht dargestellt) gedreht wird, am Außenumfang der Gegensäule bzw. Stützsäule 5 vorgesehen. Das Paar Greifer 7 und 8, die das Werkstück halten, sowie die Dreh-Abrichtvorrichtung 10 sind an dem Drehring 6 vorgesehen.
Das Paar Greifer 7 und 8 ist symmetrisch in Bezug auf die zweite Achse O zum Einbringen des Werkstücks W zu und zu dessen Entnahme von der Stelle auf dem Tisch 4 vorgesehen. Die Greifer 7 und 8 haben einen Mechanismus der Art, dass ein Paar Öffnungs- und Schließgabeln 7a, 7a oder 8a, 8a das Werkstück W an dessen beiden Seiten fassen und es halten.
Der Drehring 6 ist vorzugsweise am Außenumfang des unteren Teils der Stützsäule 5 wegen einer Höhe vorgesehen, die es dem Greifern 7, 8 erleichtert, das Werkstück W zu der Stelle auf dem Tisch 4 zu transportieren und von dieser zu entnehmen.
Die Dreh-Abrichtvorrichtung 10 ist zwischen den Greifern 7 und 8 vorgesehen, und ist vorzugsweise an einer zentralen Position (90 Grad) zwischen den Greifern 7 und 8 vorgesehen, mit der zweiten Achse O als Zentrum.
Die Dreh-Abrichtvorrichtung 10 ist mit dem Paar scheibenförmiger Abrichtwerkzeuge 10a und 10b ausgestattet, welche um eine Abrichtachse 10c herum drehangetrieben werden.
In der folgenden Beschreibung kann die Abrichtachse 10c durch das Symbol "1" bezeichnet sein.
Die Säule 2 hat an einer Seitenfläche (Vorderfläche), die dem Tisch 4 zugewandt ist, ein vertikales Gleitelement 11, das parallel zu der ersten Achse C1 (d.h. in einer Z-Richtung) verschiebbar ist, einen Drehkopf 12, der sich axial an der Vorderfläche des vertikalen Gleitelements 11 in Richtungen der Pfeile A drehen kann (d.h., der sich um eine X-Achse drehen und in einer Y-Z-Ebene schwenken kann), sowie ein Schleif-Gleitelement 13, das an der Vorderfläche des Drehkopfs 12 in einer Richtung senkrecht zu der ersten Achse C1 (d.h. in einer Y-Richtung) gleitet. Die obigen axialen Drehungen in der A-Richtung bedeuten Bewegungen, welche die Schleifspindel 14 insgesamt kippen bzw. schwenken. Die Schleifspindel 14 dreht sich um eine Schleifradachse 3a, wodurch das Schleifen des Werkstücks W durch das Profilschleifrad 3 ermöglicht wird. In den folgenden Beschreibungen kann die Schleifradachse 3a durch das Symbol "m" bezeichnet sein.
Das Bett 1, die Säule 2, das vertikale Gleitelement 11, der Drehkopf 12, das Schleif-Gleitelement 13 und die Schleifspindel 14 bilden einen Bewegungsmechanismus, und die jeweiligen Abschnitte dieses Bewegungsmechanismus sind in ihren Bewegungspositionen durch eine NC-Vorrichtung 20 numerisch gesteuert.
Der Drehkopf 12 ist mit einer Kühlmitteldüse 9 versehen, durch die ein Schleiffluid über einer Schleifstelle während des Schleifens des Werkstücks W und des Profilschleifrads 3 ausgestoßen wird, um einen reibungslosen Schleifvorgang, den Ausschluss von Schleifabrieb bzw. Schleifstaub (grindng swarf) und Kühlung zu gewährleisten.
Die oben genannten Bewegungen in den Richtungen X, Y, Z, A und C sowie der Drehantrieb des Profilschleifrads 3 durch die Schleifspindel 14 werden von der NC-Vorrichtung 20 numerisch gesteuert, wodurch das Profilschleifrad 3 das Werkstück W auf dem Tisch 4 schleift.
Das Einfahren, das Ausfahren und die Bearbeitungsgänge für das Werkstück W werden auf der Basis der 2(a), 2(b) und 2(c) beschrieben.
2(a) ist eine Ansicht zur Darstellung eines Stadiums, in dem das Werkstück W an die Stelle auf dem Tisch 4 auf der Seite des Greifers 7 eingefahren wird und das als nächstes zu schleifende Werkstück W1 auf der Seite des Greifers 8 gefasst wird.
Der Greifer 7 wird um eine vorbestimmte Strecke durch ein Bewegungsmittel (nicht dargestellt) abgesenkt, um das Werkstück W an einem Werkstück-Anbringungsinstrument (Werkstück-Aufspanndorn) auf dem Tisch 4 zu installieren. Nachdem der Greifer 7 das Werkstück W freigegeben hat, wird dieses an dem Aufspanndorn durch eine Klemmvorrichtung (nicht dargestellt) befestigt und daran gehaltert. Dann werden Bewegungen in den X-, Y-, Z-, A- und C-Richtungen sowie der Drehantrieb des Profilschleifrads 3 numerisch gesteuert, wodurch das Profilschleifrad 3 das Werkstück W schleift, um ein Zahnrad bzw. eine Verzahnung W2 zu erzeugen. 4 zeigt den Zustand des Profilschleifrads 3 und des Werkstücks W relativ zueinander während des Schleifvorgangs.
Dann wird die Befestigung und Halterung des Zahnrads W2 am Aufspanndorn gelöst und das Zahnrad W2 von dem Greifer 7 gefasst. Der Greifer 7 wird um eine vorbestimmte Strecke durch das Bewegungsmittel angehoben, um das Zahnrad W2 von dem Aufspanndorn abzuheben. Dann wird der Drehring 6 im Uhrzeigersinn (in einer Richtung eines Pfeils D) über 180 Grad gedreht, um den in 2(b) gezeigten Zustand anzunehmen. Zu diesem Zeitpunkt greift sich der Greifer 8 das als nächstes zu schleifende Werkstück W1, der Greifer 8 transportiert das Werkstück W1 zu der Stelle auf dem Tisch 4 und der Greifer 7 fährt das fertiggestellte Zahnrad W2 heraus.
Durch alternierendes Wiederholen der in den 2(a) und 2(b) gezeigten Arbeitsgänge werden mehrere -zig Zahnräder kontinuierlich hergestellt. Dann wird der Drehring 6 von dem Zustand der 2(b) im Uhrzeigersinn über 90 Grad in einer Richtung eines Pfeils F gedreht, um die in 2(c) und 3 gezeigten Zustände anzunehmen. D.h., die Dreh-Abrichtvorrichtung 10 wird dem Profilschleifrad 3 gegenüber angeordnet. Die Abrichtwerkzeuge 10a, 10b werden um die Abrichtachse 10c herum drehangetrieben. Ferner werden die Bewegungen in den Richtungen X, Y, Z, A und C sowie der Drehantrieb des Profilschleifrads 3 auf die gleiche Weise wie bei der Bearbeitung des Werkstücks W numerisch gesteuert, wodurch das Profilschleifrad 3 durch die Abrichtvorrichtung 10 nachgeschliffen wird.
Das Timing des Abrichtvorgangs des Profilschleifrads 3 durch die Dreh-Abrichtvorrichtung 10 wird in der NC-Vorrichtung 20 der Verzahnungsschleifmaschine vor Ausführung des Schleifvorgangs vorab eingestellt, wobei die Anzahl der von dem Profilschleifrad 3 kontinuierlich zu schleifenden Werkstücke W auf eine vorbestimmte Zahl eingestellt wird. Dadurch werden die in 2(a) und 2(b) gezeigten Arbeitsgänge alternierend wiederholt, so dass das Profilschleifrad 3 die vorbestimmte Zahl Werkstücke W kontinuierlich bearbeitet. Nachdem die vorbestimmte Zahl der Werkstücke W kontinuierlich bearbeitet wurde, wird der Drehring 6 gedreht und in den Zustand von 2(c) gebracht. Infolgedessen ist die Dreh-Abrichtvorrichtung 10 dem Profilschleifrad 3 zugewandt, womit es möglich wird, dass die Dreh-Abrichtvorrichtung 10 das Profilschleifrad 3 abrichtet bzw. nachbearbeitet.
Das Abrichten wird durch Drehantrieb der Abrichtwerkzeuge 10a und 10b um die Abrichtachse 10c und durch numerisches Steuern der Bewegungen in den Richtungen X, Y, Z, A und C sowie durch den Drehantrieb des Profilschleifrads 3 durchgeführt.
Auf diese Weise werden die drehangetriebenen scheibenförmigen Abrichtwerkzeuge 10a und 10b mit den Flanken der Profilgänge des sich drehenden Profilschleifrads 3 in Kontakt gebracht, wodurch das Abrichten des Profilschleifrads 3 durchgeführt werden kann.
5a zeigt schematisch ein Stadium, in dem das Profilschleifrad 3 von dem Abrichtwerkzeug 10a, 10b abgerichtet wird.
Angenommen, in 5a kann sich das Abrichtwerkzeug 10a um eine Position P1 (um die Z-Achse) drehen, und das Abrichtwerkzeug 10b kann sich um eine Position P2 (um die Z-Achse) drehen. In diesem Fall kann der Rad-Andrückwinkel des Profilschleifrads 3 durch Drehen/Schwenken des Abrichtwerkzeugs 10, 10b um die Z-Achse modifiziert werden.
Da die vorgenannte Verzahnungsschleifmaschine ein Parallelendmaß (block gauge) aufweist, kann der Rad-Andrückwinkel durch eine solche Technik modifiziert werden.
Bei den Ausführungsformen der Erfindung wird auch dann, wenn die Abrichtwerkzeuge 10a, 10b um die Z-Achse gedreht werden können, der Rad-Andrückwinkel des Profilschleifrads 3 verändert, ohne die Abrichtwerkzeuge 10a, 10b zu drehen/schwenken. Gemäß den Ausführungsformen der Erfindung wird außerdem auch dann, wenn die Abrichtwerkzeuge 10a, 10b nicht um die Z-Achse geschwenkt werden können, der Rad-Andrückwinkel des Profilschleifrads verändert.
Gemäß den Ausführungsformen der Erfindung befindet sich bei feststehender Position der Dreh-Abrichtvorrichtung 10 (d.h. der Abrichtwerkzeuge 10a, 10b), und indem die Abrichtwerkzeuge 10a, 10b in Kontakt mit den Flanken der Profilgänge des Profilschleifrads 3 gehalten werden, das Profilschleifrad 3 an einer vorbestimmten Position in einem orthogonalen Koordinatensystem (in einer Richtung entlang der X-Achse und der Z-Achse), und das Profilschleifrad 3 wird um einen vorbestimmten Winkel in der Richtung des Pfeils A gedreht/geschwenkt. Durch diese Maßnahmen wird der Rad-Andrückwinkel des von den Abrichtwerkzeugen 10a, 10b abzurichtenden Profilschleifrads 3 geändert.
Mit anderen Worten sind "die Positionen der Abrichtwerkzeuge 10a, 10b fest, während die orthogonale Koordinatenposition und der Schwenkwinkel in der Richtung des Pfeils A des Profilschleifrads 3 verändert werden". Diese Prozedur nimmt einen Zustand ähnlich demjenigen Zustand an, bei dem "die Position des Profilschleifrads 3 fest ist, während die Abrichtwerkzeuge 10a, 10b um die Z-Achse gedreht/geschwenkt werden", um den Rad-Andrückwinkel zu ändern.
Es kann ein einzelnes Abrichtwerkzeug 10d angewandt werden, wie in 5(b) gezeigt ist. Dieses Abrichtwerkzeug 10d kann ebenso wie das Paar Abrichtwerkzeuge 10a und 10b den Abrichtvorgang bei Kontakt mit den rechten und linken Flanken RF und LF des Profilschleifrads 3 ausführen.
Ausführungsform 1:
Die Ausführungsform 1 der Erfindung, die auf die Verzahnungsschleifmaschine gemäß 1 bis 5(a), 5(b) angewandt ist, wird im folgenden mit Bezug auf die 6(a) bis 6(c) beschrieben.
Beim Ausführen eines gewöhnlichen Abrichtvorgangs wird eine die Mitte O₁ des Profilschleifrads 3 (der Mittelpunkt der Schleifradachse 3a (m)) und die Mitte O₂ der Abrichtwerkzeuge 10a, 10b (der Mittelpunkt der Abrichtachse 10c (1)) horizontal gestaltet, wie in 6(a) gezeigt ist. Hierbei ist ein Mittenabstand, welcher der Abstand zwischen den Mitten O₁ und O₂ ist, gleich D.
Um den Rad-Andrückwinkel des Profilschleifrads 3 zu ändern, werden die Positionen der Abrichtwerkzeuge 10a, 10b an den gleichen Positionen wie in 6(a) festgelegt, und der Mittenabstand als Abstand zwischen den Mitten O₁ und O₂ wird auf D gehalten (d.h., die Abrichtwerkzeuge 10a, 10b werden in Kontakt mit den Flanken der Profilgänge des Profilschleifrads 3 gehalten). Unter diesen Bedingungen wird die Position in der X-Richtung und die Position in der Z-Richtung des Profilschleifrads 3 geändert, und die Position in der A-Richtung des Profilschleifrads 3 (seine Schwenkposition um die X-Achse, d.h. seine Schwenkposition in der Y-Z-Ebene) wird ebenfalls geändert, wie beispielsweise in 6(b) gezeigt ist. In dem Beispiel der 6(b) stehen das Profilschleifrad 3 und die Abrichtwerkzeuge 10a, 10b an den Abschnitten der unteren Hälfte der Profilgänge des Profilschleifrads 3 in Kontakt.
Somit ist z.B. der Rad-Andrückwinkel an der rechten Flanke RF (siehe 5(a)) des von dem Abrichtwerkzeug 10a abgerichteten Profilschleifrads 3 groß, und der Rad-Andrückwinkel an der linken Flanke LF (siehe 5(a)) des von dem Abrichtwerkzeug 10b abgerichteten Profilschleifrads 3 ist klein, obwohl dies teilweise von der Neigungsrichtung der in dem Profilschleifrad 3 ausgebildeten Profilgänge abhängt.
Hierbei ist die Zunahmeg (numerischer Wert) im Rad-Andrückwinkel an der rechten Flanke RF gleich der Abnahme (numerischer Wert) im Rad-Andrückwinkel an der linken Flanke LF.
Die Analyseergebnisse, wie weit das Profilschleifrad 3 entlang seiner Positionen in den Richtungen X, Z und A bewegt wird, um den Rad-Andrückwinkel um einen vorbestimmten Winkel zu ändern, werden später beschrieben.
Selbstverständlich wird das Profilschleifrad 3 entlang seiner Positionen in den Richtungen X, Z und A durch Bewegen der Säule 2, des Vertikal-Gleitelements 11 und des Schwenkkopfs 12 bewegt, während deren Positionen im NC-Modus durch die NC-Vorrichtung 20 gesteuert werden.
Bei der Durchführung des Abrichtvorgangs werden die Positionen des Profilschleifrads 3 in den Richtungen X, Z und A in dem in 6(b) gezeigten Zustand gehalten, und es wird eine Kontaktanpassung vorgenommen (d.h., das Profilschleifrad 3 wird in der Y-Richtung bewegt), bis die Abrichtwerkzeuge 10a, 10b mit den Flanken der Profilgänge des Profilschleifrads 3 in Kontakt kommen. Dann wird das Profilschleifrad 3 kontinuierlich gemäß der Steigung der in dem Profilschleifrad 3 ausgebildeten Profilgänge in der Y-Richtung vorgeschoben.
Um den Rad-Andrückwinkel des Profilschleifrads 3 in einer entgegengesetzten Richtung zu der in der 6(b) gezeigten Richtung zu ändern, werden die Positionen der Abrichtwerkzeuge 10a, 10b an den gleichen Positionen wie bei 6(a) festgestellt und der Mittenabstand als Abstand zwischen den Mitten O₁ und O₂ als D beibehalten. Unter diesen Bedingungen wird die Position in der X-Richtung und die Position in der Z-Richtung des Profilschleifrads 3 geändert, und die Position in der A-Richtung des Profilschleifrads 3 (seine Drehposition um die X-Achse, d.h. seine Schwenkposition in der Y-Z-Ebene) wird, wie beispielsweise 6(c) zeigt, ebenfalls geändert. In dem Beispiel der 6(c) stehen das Profilschleifrad 3 und die Abrichtwerkzeuge 10a, 10b an den Oberhälftenabschnitten der Profilgänge des Profilschleifrads 3 in Kontakt.
Somit ist der Rad-Andrückwinkel beispielsweise an der rechten Flanke RF (siehe 5(a)) des von dem Abrichtwerkzeug 10a abgerichteten Profilschleifrads 3 klein, und der Rad-Andrückwinkel an der linken Flanke (siehe 5(a)) des von dem Abrichtwerkzeug 10b abgerichteten Profilschleifrads 3 ist groß, obwohl dies teilweise von der Neigungsrichtung der in dem Profilschleifrad 3 ausgebildeten Profilgänge abhängt.
Hierbei ist die Abnahme (numerischer Wert) im Rad-Andrückwinkel an der rechten Flanke RF gleich der Zunahme (numerischer Wert) im Rad-Andrückwinkel an der linken Flanke LF.
Die Analyseergebnisse, wie stark das Profilschleifrad 3 entlang seiner Positionen in den Richtungen X, Z und A bewegt wird, um den Rad-Andrückwinkel um einen vorbestimmten Winkel zu ändern, werden später beschrieben.
Selbstverständlich wird das Profilschleifrad 3 entlang seiner Positionen in den Richtungen X, Z und A durch Bewegen der Säule 2, des Vertikal-Gleitelements 11 und des Drehkopfs 12 bewegt, während deren Positionen im NC-Modus durch die NC-Vorrichtung 20 gesteuert werden.
Bei der Durchführung des Abrichtvorgangs werden die Positionen des Profilschleifrads 3 in den Richtungen X, Z und A in dem in 6(c) gezeigten Zustand gehalten, und eine Kontaktanpassung wird vorgenommen (d.h., das Profilschleifrad 3 wird in der Y-Richtung bewegt), bis die Abrichtwerkzeuge 10a, 10b mit den Flanken der Profilgänge des Profilschleifrads 3 in Kontakt kommen. Dann wird das Profilschleifrad 3 kontinuierlich gemäß der Steigung der im Profilschleifrad 3 ausgebildeten Profilgänge in der Y-Richtung vorgeschoben.
Auf diese Weise kann der Rad-Andrückwinkel an der rechten Flanke und der an der linken Flanke des Profilschleifrads 3 bei einer, der rechten oder der linken Flanke, erhöht und bei der anderen Flanke vermindert werden. Ferner kann die Zunahme und Abnahme (numerische Werte) im Rad-Andrückwinkel einander gleich gestaltet werden.
Ausführungsform 2:
In der Ausführungsform 1 wird die Zunahme (Abnahme) im Rad-Andrückwinkel (numerischer Wert) an der rechten Flanke RF und die Abnahme (Zunahme) im Rad-Andrückwinkel (numerischer Wert) an der linken Flanke LF gleich gestaltet. Demgegenüber wird in der Ausführungsform 2 die Zunahme und Abnahme in den Rad-Andrückwinkeln (numerische Werte) an den rechten und linken Flanken unterschiedlich gestaltet.
Daher ist in Ausführungsform 1 die Strecke, um die das Profilschleifrad 3 kontinuierlich in der Y-Richtung bewegt wird (Bewegungsstrecke in der Y-Richtung pro Drehung) während des Abrichtvorgangs mit der Steigung der in dem Profilschleifrad 3 ausgebildeten Profilgänge abgeglichen. In der Ausführungsform 2 hingegen wird die Strecke, über die das Profilschleifrad 3 kontinuierlich in der Y-Richtung bewegt wird (Bewegungsstrecke in der Y-Richtung pro Drehung) während des Abrichtvorgangs geringfügig länger oder kürzer gestaltet als die Steigung der in dem Profilschleifrad 3 ausgebildeten Profilgänge.
Wie bisher bekannt war, werden die Rad-Andrückwinkel, falls die Bewegungsstrecke des Profilschleifrads 3 in der Y-Richtung pro Drehung länger ist als die Steigung der Profilgänge des Profilschleifrads 3, an den rechten und linken Flanken RF und LF des Profilschleifrads 3, das durch die Abrichtwerkzeuge 10a, 10b abgerichtet wird, beide beispielsweise um den gleichen Winkel (numerischer Wert) vermindert, obwohl dies auch von der Neigungsrichtung der im Profilschleifrad 3 ausgebildeten Profilgänge abhängt. Falls die Bewegungsstrecke des Profilschleifrads 3 in der Y-Richtung pro Drehung kürzer ist als die Steigung der Profilgänge des Profilschleifrads 3, werden andererseits die Rad-Andrückwinkel an den rechten und linken Flanken RF und LF des von den Abrichtwerkzeugen 10a, 10b abgerichteten Profilschleifrads 3 beide beispielsweise um den gleichen Winkel (numerischer Wert) erhöht, obwohl dies auch von der Neigungsrichtung der im Profilschleifrad 3 ausgebildeten Profilgänge abhängt.
Wenn ferner, wie 6(b) oder 6(c) zeigen, die Positionen der Abrichtwerkzeuge 10a, 10b an den gleichen Positionen festgelegt werden wie in 6(a) und der Mittenabstand als Abstand zwischen den Mitten O₁ und O₂ als D beibehalten wird, wird die Position in der X-Richtung und die Position in der Z-Richtung des Profilschleifrads 3 geändert, und die Position in der A-Richtung des Profilschleifrads 3 (seine Drehposition um die X-Achse, d.h. seine Schwenkposition in der Y-Z-Ebene) wird ebenfalls geändert. Dadurch kann einer der Rad-Andrückwinkel an den rechten und linken Flanken RF und LF erhöht werden, und der andere Rad-Andrückwinkel kann vermindert werden, wie bereits festgestellt wurde.
Somit gilt:

(1) die Bewegungsstrecke des Profilschleifrads 3 in der Y-Richtung pro Drehung wird eingestellt bzw. angepasst, und
(2) wenn die Positionen der Abrichtwerkzeuge 10a, 10b auf den gleichen Positionen wie in 6(a) festgelegt werden und der Mittenabstand als Abstand zwischen den Mitten O₁ und O₂ als D beibehalten wird, werden die Position in der X-Richtung, die Position in der Z-Richtung und die Position in der A-Richtung des Profilschleifrads 3 geändert.

Indem diese Maßnahmen getroffen werden, können die Rad-Andrückwinkel an den rechten und linken Flanken RF und LF auf beliebige Winkel vergrößert oder verkleinert werden.
Als nächstes wird analytisch beschrieben, wie weit das Profilschleifrad 3 entlang den Richtungen X, Z und A bewegt werden muss, um den Rad-Andrückwinkel des Profilschleifrads 3 um einen vorbestimmten Winkel zu ändern.
Üblicherweise wird ein Vektor durch Darstellung eines Pfeils (→) über dem betreffenden Symbol bezeichnet. Eine solche Bezeichnungsmethode ist jedoch unter dem elektronischen Anmeldungssystem des japanischen Patentamts nicht gestattet. Somit wird zur Bezeichnung eines Vektors ein Unterstrich unter dem betreffenden Symbol verwendet.
7 zeigt die Positionsbeziehung zwischen dem Profilschleifrad 3 und den Abrichtwerkzeugen 10a, 10b der Dreh-Abrichtvorrichtung 10. Genauer gesagt ist dies eine Positionsbeziehung, bei der eine die Mitte O₁ des Profilschleifrads 3 und die Mitte O₂ der Abrichtwerkzeuge 10a, 10b verbindende Linie horizontal ist, wie 6(a) zeigt.

In 7 bezeichnet m die Schleifradachse, 1 bezeichnet die Abrichtachse, und eine Ebene π₁ und eine Ebene π₂ sind jeweils eine Y-Z-Ebene. Hierbei gelten die folgenden Bedingungen A und B:

Bedingung A:	Mittenabstand D (Vektor über die kürzeste Distanz O ₁,O ₂ = D, \|D\| = D)
Bedingung B:	Winkel zwischen der Abrichtachse 1 und der Schleifradachse m ist γ (γ: Winkel von Achse zu Achse) Falls die Ebene π₂ entlang D verschoben wird, überlappt die Ebene π₂ die Ebene π₁. D ist ein Normalenvektor zu π₁ und π₂.

8 zeigt die Positionsbeziehung zwischen dem Profilschleifrad 3 und den Abrichtwerkzeugen 10a, 10b der Dreh-Abrichtvorrichtung 10, wenn die Abrichtwerkzeuge 10a, 10b um die Z-Achse (Drehwinkel α) gedreht werden, um den Rad-Andrückwinkel zu modifizieren.
Dieser Modus ist eine bisher angewandte Technik, und dieser Modus wird als Modus 1 bezeichnet.
9 zeigt die Positionsbeziehung zwischen dem Profilschleifrad 3 und den Abrichtwerkzeugen 10a, 10b der Dreh-Abrichtvorrichtung 10, wenn die Position in der X-Richtung, die Position in der Z-Richtung und die Position in der A-Richtung des Profilschleifrads 3 geändert werden, wobei die Positionen der Abrichtwerkzeuge 10a, 10b fest sind und der Mittenabstand D beibehalten wird, wie 6(b) oder 6(c) zeigen.
9 zeigt einen Modus, bei dem die Schleifradachse in der Y-Z-Ebene gedreht bzw. geschwenkt wird, und auch verschoben wird. Dieser Modus wird als Modus 2 bezeichnet. Im Modus 2 wird der Vorgang "des Drehens (Schwenkens) in der Y-Z-Ebene und auch des Versetzens bzw. Verschiebens", wie er oben erwähnt wurde, als Mapping T genommen.
m' bezeichnet die Schleifradachse und θ ist ein Drehwinkel in der Y-Z-Ebene. Die Schleifradachse m' befindet sich auf einer Ebene π₁', die Abrichtachse l' befindet sich auf einer Ebene π₂', und die Ebene π₁' und die Ebene π₂' sind parallel zueinander (d.h., sie haben einen gemeinsamen Normalenvektor).

Falls das Mapping T die folgenden Bedingungen A' und B' erfüllt, sind der Modus 1 und der Modus 2 einander äquivalent:

Bedingung A':	Mittenabstand D (kürzester Abstand zwischen l' und m' = D)
Bedingung B':	Winkel zwischen der Abrichtachse l' und der Schleifradachse m' ist γ (γ: Winkel von Achse-zu-Achse) (Der Winkel γ von Achse-zu-Achse ist ein Winkel, den l' und m' miteinander bilden, wenn die Ebene π₂' verschoben wird, um die Ebene π₁' zu überlappen).

Ob das oben beschriebene Mapping T existiert, wird durch die folgenden Berechnungen gezeigt:

Richtungsvektor der geraden Linie m dm = (0,cosγ,sinγ)

Positionsvektor der geraden Linie m m = s·dm (s ist ein Parameter)

Richtungsvektor der geraden Linie l dl = (0,1,0)

Positionsvektor der geraden Linie l l = D + tdl (t ist ein Parameter) D = (D,0,0)
Der Richtungsvektor dl' der geraden Linie l' ist durch die folgende Gleichung (1) dargestellt:
Der Richtungsvektor dm' der geraden Linie m' ist durch die folgende Gleichung (2) dargestellt: dm' = (0,cos(γ + θ), sin(γ + θ)) (2)
Ein Vektor senkrecht zu der geraden Linie l' und der geraden Linie m' sei n'. n' ist ein Normalenvektor für die Ebenen π₁ ' und π₂'. n' = dl' x dm' = (cosα·sin(γ + θ), (sinα·sin(γ + θ), (–sinα·cos(γ + θ)) (3) |n'|,2 = cos2α sin2(γ + θ) + sin2α sin2(γ + θ) + sin2α cos2(γ + θ)) = cos2α sin2(γ + θ) + sin2α (4)
Der Winkel zwischen der geraden Linie l' und der geraden Linie m' sei γ. Dann ist gemäß dem Theorem des Außenprodukts |n'| = |dl'|·|dm'| = sin γ (∵ |dl'| = |dm'| = 1) (5)
Aus der Gleichung (4) und der Gleichung (5) ergibt sich cos2α sin2(γ + θ) + sin2α = sin2γ (6)
Aus der Gleichung (6) erhält man den Drehwinkel θ, der die Bedingung B' erfüllt.
Aus der Gleichung (3) und der Gleichung (5) wird der Normalenvektor n' wie folgt normalisiert: n' = (1/|sinγ|) (cosa·sin (γ + θ), sinα·sin(γ + θ), –sinα·cos(γ + θ)) (7)
Ein von dem Punkt O₂ auf der geraden Linie l' um eine Strecke D entlang –n' verschobener Punkt sei O₁'. Die gerade Linie m', die durch den Punkt O₁' hindurchgeht und einen Richtungsvektor m' aufweist, erfüllt die Bedingungen A' und B'. O 2 O 1 ' = –D·n' = (–D/|sinγ|) (cosa·sin(γ + θ), sinα·sin(γ + θ), –sinα·cos(γ + θ)) (8) O 1 O 1 ' = O 1 O 2 + O 2 O 1 ' = D(1 – cosα·sin(γ + θ)/|sinγ|, –sinα·sin(γ + θ)/sinγ, sinα·cos(γ + θ)/sinγ (9)
Basierend auf den obigen Ausführungen wird das Mapping T wie folgt definiert: Gerade Linie m → gerade Linie m' m = sdm → m' = O 1 O 2 + sdm'
Die jeweiligen Achskorrekturbeträge des Profilschleifrads 3, wenn die Positionen der
Abrichtwerkzeuge 10a, 10b festgelegt werden, erhält man aus dem inversen Mapping T^–1.
O 1 O 1 ' = (xh, yh, zh)
In diesem Fall ist das inverse Mapping T^–1 wie folgt gegeben:
Aus der Gleichung (11) ergeben sich die jeweiligen Achskorrekturbeträge des Profilschleifrads 3 wie folgt: X = –xh (12) Y = –yh·cosθ – zh·sinθ (13) Z = yh·sinθ – zh·cosθ (14) A = –θ (15)
Eine Voraussetzung für diese Korrekturbeträge ist, dass der Modifikationsbetrag (Winkel) des Rad-Andrückwinkels kleiner ist als der Winkel γ von Achse zu Achse.
Wie aus den Gleichungen (12), (14) und (15) hervorgeht, ist bei festgelegten Positionen der Abrichtwerkzeuge 10a, 10b die Z-Achsenposition des Profilschleifrads 3 um y_h·sinθ – z_h·cosθ versetzt, die X-Achsenposition des Profilschleifrads 3 um –x_h versetzt, und die Position in der A-Richtung des Profilschleifrads 3 ist um –θ gedreht. Damit kann der Rad-Andrückwinkel auf die gleiche Weise modifiziert werden, als ob die Abrichtwerkzeuge 10a, 10b um α um die Z-Achse herum gedreht werden, während das Profilschleifrad 3 feststeht.
θ ist ein Wert, der die Gleichung (6) erfüllt. In der Gleichung (6) ist γ der Winkel, den die Schleifradachse und die Abrichtachse miteinander bilden, bevor die Position des Profilschleifrads 3 bewegt wird. Der Vektor O ₁ O ₁ ' ist (x_h, y_h, Z_h).
Vor Beginn des Abrichtvorgangs wird der „Kontaktanpassungs"vorgang durch manuelles Betätigen der Position in der y-Achsrichtung des Profilschleifrads 3 durchgeführt, bis das Profilschleifrad 3 und die Abrichtwerkzeuge 10a, 10b in Kontakt miteinander gelangen.
Wie oben beschrieben wurde, kann die Erfindung auf die Verzahnungsschleifmaschine angewandt werden, die mit Profilschleifrad die Durchführung des Schleifvorgangs gestattet, und die die Dreh-Abrichtvorrichtung zum Abrichten des Profilschleifrads aufweist. Die Erfindung kann zum Modifizieren des Rad-Andrückwinkels durch numerische Steuerung mit hoher Genauigkeit eingesetzt werden.
Gemäß der Erfindung werden außerdem, wenn die Position der Abrichtvorrichtung (des Abrichtwerkzeugs) feststeht und das Abrichtwerkzeug in Kontakt mit der Flanke des Profilgangs des Profilschleifrads gehalten wird, die Position in der X-Richtung, die Position in der Z-Richtung und die Drehposition in der Y-Z-Ebene des Profilschleifrads numerisch gesteuert, wodurch der durch Abrichten gebildete Rad-Andrückwinkel modifiziert wird. Da der Rad-Andrückwinkel auf diese Weise durch numerische Steuerung modifiziert werden kann, kann die Modifizierung des Rad-Andrückwinkels automatisch mit hoher Genauigkeit unter NC-Programmsteuerung erfolgen.
Aus der beschriebenen Erfindung geht hervor, dass diese auf viele Weisen variiert werden kann. Solche Variationen sind nicht als ein Abweichen vom Geist und Schutzumfang der Erfindung anzusehen, und alle diese Modifikationen, die einem Fachmann offensichtlich sind, sollen in den Schutzumfang der folgenden Ansprüche enthalten sein.

Claims

Verzahnungsschleifmaschine mit: einem Bewegungsmechanismus (1, 2, 11, 12, 13, 14), an dem ein mit Profil bzw. Gewinde versehenes Schleifrad bzw. Profilschleifrad (3) mit spiralförmig an einem Außenumfang desselben ausgebildeten Profil- bzw. Gewindegängen drehbar angebracht und so ausgebildet ist, dass er das Profilschleifrad entlang einer X-Richtung bewegt, die eine Richtung ist, in der sich das mit Profil versehene Schleifrad vorwärts oder rückwärts in Bezug auf eine Werkstück-Bearbeitungsposition bewegt (Zustellung), einer Z-Richtung, die eine Vertikalrichtung ist, und einer Y-Richtung, die eine Richtung senkrecht zu der X-Richtung und der Z-Richtung ist, bewegt, und das Profilschleifrad in einer Y-Z-Ebene geschwenkt wird, einer NC-Vorrichtung (20) zur numerischen Steuerung einer Bewegung des Bewegungsmechanismus, um eine Position des an dem Bewegungsmechanismus angebrachten Profilschleifrads zu steuern, und einer Dreh-Abrichtvorrichtung (10) mit einem scheibenförmigen Abrichtwerkzeug (10a, 10b, 10d), die so angeordnet ist, dass bei Einstellung der Dreh-Abrichtvorrichtung an der Werkstück-Bearbeitungsposition das Abrichtwerkzeug Flanken der Profilgänge des Schleifwerkzeugs kontaktiert, während es drehangetrieben wird, um einen Abrichtvorgang auszuführen, und dadurch gekennzeichnet, dass die NC-Vorrichtung eine Steuerfunktion zum numerischen Steuern des Bewegungsmechanismus aufweist, und zwar so, dass eine Position in der X-Richtung, eine Position in der Z-Richtung und eine Schwenkposition in der Y-Z-Ebene des Profilschleifrads eingestellt wird, während ein Kontaktzustand des Abrichtwerkzeugs mit den Flanken der Profilgänge des Profilschleifrads beibehalten wird, um einen Rad-Andrückwinkel des Profilschleifrads zu modifizieren.
Verzahnungsschleifmaschine gemäß Anspruch 1, wobei die NC-Vorrichtung eine Steuerfunktion zum numerischen Steuern einer Bewegungsstrecke in der Y-Richtung des Profilschleifrads pro Drehung des Schleifrads aufweist, um den Rad-Andrückwinkel des Profilschleifrads zu modifizieren.