DE19905136B4

DE19905136B4 - Verfahren zum Abrichten einer Schleifschnecke und zum Schleifen vorverzahnter Werkstücke

Info

Publication number: DE19905136B4
Application number: DE19905136A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Thyssen
Original assignee: Reishauer AG
Current assignee: Reishauer AG
Priority date: 1999-02-09
Filing date: 1999-02-09
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2019-02-10
Also published as: IT1319822B1; ITTO20000090A1; US6379217B1; JP2000225522A; DE19905136A1

Abstract

Verfahren zum Schleifen eines vorverzahnten Werkstücks (50) mittels einer zylindrischen Schleifschnecke (20), die durch einen ersten Servomotor (22) angetrieben und mit einem ersten Winkelgeber (23) verbunden ist, wobei zunächst die Schleifschnecke (20) mit einer mit Hartstoff beschichteten Abrichtscheibe (42) abgerichtet wird, die durch einen zweiten Motor angetrieben ist, wobei nach dem Abrichten die Schleifschnecke (20) in Eingriff mit der Verzahnung (49) des Werkstücks (50) gebracht und während des Schleifens das Werkstück (50) längs seiner Achse relativ zur Schleifschnecke (20) bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als zweiter Motor ein Servomotor (40) eingesetzt wird, dass der Drehwinkel der Abrichtscheibe (42) mittels eines zweiten Winkelgebers (41) gemessen wird, dass der Drehwinkel der Abrichtscheibe (42) mit dem Drehwinkel der Schleifschnecke (20) mit einem einstellbaren festen oder programmierbar variablen oder einem gespeicherten stochastisch ändernden Verhältnis gekoppelt wird, und dass die Schleifschnecke (20) während des Schleifens längs ihrer Achse relativ zum Werkstück (50) bewegt wird, so...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schleifen eines vorverzahnten Werkstücks gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Verzahnte Werkstücke, insbesondere Zahnräder, werden häufig vorbearbeitet und nach der Wärmebehandlung z. B. durch Schleifen fertig bearbeitet. Das Schleifen solcher Verzahnungen mit abrichtbaren, zylindrischen Schleifschnecken hat sich als effizientes und kostengünstiges Verfahren herausgestellt. Das Abrichten solcher Schleifschnecken erfolgt mit einer motorisch angetriebenen Abrichtscheibe, die im Arbeitsbereich mit Hartstoffkörnern beschichtet ist (siehe z. B. DE-OS 196 24 842 ). Dabei dreht die Abrichtscheibe wesentlich rascher als die Schleifschnecke. Die Abrichtscheibe wird bei drehender Schleifschnecke parallel zur Schleifschneckenachse dem Schneckengang entlanggeführt, wobei die Längsbewegung mit dem Drehwinkel der Schleifschnecke gekoppelt ist. Beim Schleifen des Werkstücks wälzt die Schleifschnecke auf dem Werkstück ab und dieses wird parallel zu seiner Achse bewegt. Bei einigen Varianten führt die Schleifschnecke gleichzeitig eine Shiftbewegung längs ihrer Achse aus.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit welchen die mit der Schleifschnecke geschliffenen Werkstücke hinsichtlich ihrer Laufgüte optimiert werden können. Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination der Ansprüche gelöst.
Der Erfindung liegt der Umstand zugrunde, dass für die Laufgüte eines geschliffenen Zahnrades das Schliffbild auf den Zahnflanken von grosser Bedeutung ist. Für das Schliffbild ist neben den Eingriffsbedingungen die Topographie und Rauheit der Schleifschneckenflanken massgebend. Der Erfindung liegt ferner die Erkenntnis zugrunde, dass die Topographie und Rauheit der Schleifschneckenflanken über einer Umdrehung der Schleifschnecke periodischen Schwankungen unterworfen ist. In 1 sind die sich wiederholenden Segmente 24 gleicher Topographie auf den Flanken 44 der Schleifschnecke 20 durch Striche unterteilt dargestellt. Diese Schwankungen werden von der Topographie der Abrichtscheibe verursacht, die während einer Umdrehung der Schleifschnecke eine Vielzahl von Umdrehungen ausführt. Die Abrichtscheibe weist nämlich über dem Umfang technologiebedingt Korngrössen- und Formunterschiede sowie eine unterschiedliche Kornverteilung auf, die jedoch zu einem Besatzmuster führen, das eine gewisse Regelmässigkeit der Wirkprofile aufweist. Beim Schleifen bilden diese Wirkprofile periodische Schwankungen der Topographie der Schleifschneckenflanken, die sich auf den Zahnflanken des Werkstücks als periodische Schwankungen des Schliffbildes abbilden. Durch die erfindungsgemässe Kopplung der Drehwinkel von Schleifschnecke und Abrichtscheibe wird in Verbindung mit der darauf gezielt abgestimmten Stiftbewegung beim Schleifen erreicht, dass die periodischen Schwankungen des Schliffbildes bei der Abbildung auf den Werkstückzahnflanken während des Vorschubs des Werkstücks längs seiner Achse gezielt so plaziert werden, dass ein günstiges Laufverhalten des Zahnrades erzielt wird. Je nach der herzustellenden Verzahnung kann das optimale Koppelverhältnis zwischen den Drehwinkeln der Schleifschnecke und der Abrichtscheibe konstant oder gesteuert variabel sein. Da eine Vielzahl von Faktoren massgebend ist, wird dieses optimale Koppelverhältnis zweckmässig für jede Verzahnung separat ermittelt. Das einmal ermittelte optimale Verhältnis wird dann für die ganze Werkstückserie beibehalten und auch bei Nachfolgeserien wieder gleich eingestellt. Dadurch ist das optimale Schliff bild bei gleicher Abrichtscheibe reproduzierbar. Dasselbe Verhältnis ist annähernd auch dann optimal, wenn zum Abrichten eine andere, neue Abrichtscheibe gleicher Spezifikation eingesetzt wird.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Darin zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht einer Schleifschnecke und einer Abrichtscheibe, und
2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemässen Vorrichtung.
Auf einem Maschinenständer 10 ist in einer Linearführung 11 ein erster Schlitten 12 senkrecht zur Achse 13 einer Schleifspindel 14 mittels eines Motors 15 verschiebbar. Der Schlittenhub wird mittels eines Weggebers 16 gemessen. Auf dem Schlitten 12 ist in einer Führung 17 ein zweiter Schlitten 18 mittels eines Motors 19 parallel zur Achse 13 verschiebbar. Der Hub des Schlittens 18 wird zum Shiften und zum Abrichten der auf der Spindel 14 aufgespannten Schleifschnecke 20 ausgenützt. Der Hub wird mittels eines weiteren Weggebers 21 gemessen. Die Schleifschnecke 20 ist auf der Spindel 14 in einer vorbestimmten Winkellage (dem Ausgangswinkel) aufgespannt. Die Spindel 14 wird durch einen Servomotor 22 angetrieben und ist mit einem Winkelgeber 23 verbunden.
Auf dem Maschinenständer ist zudem in einer Führung 28 ein weiterer Schlitten 29 geführt. Die Führung 28 ist senkrecht zur Führung 11 und kann senkrecht oder geneigt zur Achse 13 sein. Der Schlitten 29 wird mittels eines Servomotors 30 bewegt und sein Hub mittels eines Weggebers 31 gemessen. Auf dem Schlitten 29 ist eine Werkstückspindel 32 drehbar gelagert. Die Spindel 32 wird durch einen Servomotor 33 angetrieben und ist mit einem Winkelgeber 34 verbunden.
Auf dem Maschinenständer 10 ist zudem eine Abrichtspindel 38 um eine Achse 39 drehbar gelagert. Die Achse 39 kann parallel oder um eine zur Führung 11 parallele Achse geneigt zur Achse 13 sein. Die Spindel 38 wird durch einen weiteren Servomotor 40 angetrieben und ist mit einem Winkelgeber 41 gekoppelt. Auf der Spindel 38 ist in einer vorbestimmten Winkellage (dem Ausgangswinkel) eine Abrichtscheibe 42 aufgespannt. Sie greift in der in 2 dargestellten Stellung der Schlitten 12, 18 in den wendelförmigen Schneckengang 43 der Schleifschnecke 20 ein und richtet dessen Flanken 44 ab.
Alle Servomotoren 15, 19, 22, 30, 33, 40 und alle Weg- und Winkelgeber 16, 21, 23, 31, 34, 41 sind mit einer programmierbaren NC-Steuereinrichtung 45 verbunden. Erfindungsgemäss wird in der Steuereinrichtung 45 der Drehwinkel der Abrichtspindel 38 mit dem Drehwinkel der Schleifspindel 14 programmiert gekoppelt, entweder durch ein konstantes Drehwinkelverhältnis oder durch ein in einer programmierbaren Funktion in Abhängigkeit des Drehwinkels der Schleifspindel 14 variierendes Koppelverhältnis. Im Falle regelmässiger Besatzmuster der Abrichtscheibe kann es auch vorteilhaft sein, dem konstanten oder variablen Koppelverhältnis eine mittels eines Zufallsgenerators erzeugte geringfügige stochastische Variation zu überlagern oder das Koppelverhältnis insgesamt innerhalb vorgegebener Grenzen stochastisch zu variieren. Die Abrichtachse 39 ist also eine NC-Achse. Bei herkömmlichen Abrichtgeräten wird demgegenüber nur die Drehzahl der Abrichtspindel 38 eingestellt. Sie schwankt jedoch je nach Belastung unkontrollierbar. Zusätzlich werden erfindungsgemäss vorzugsweise auch die Ausgangsdrehwinkel von Abrichtspindel 38 und Schleifspindel 14 miteinander gekoppelt. Damit werden bei Nachfolgeserien wieder exakt dieselben Positionen der Werkzeuge zueinander eingestellt.
Zum Schleifen der Verzahnung 49 des auf der Spindel 32 aufgespannten Werkstücks 50 werden die Schlitten 12, 29 so verschoben, dass die Schleifschnecke 20 am einen axialen Ende des Werkstücks 50 in Eingriff mit der Verzahnung 49 kommt. Die Schleifspindel dreht synchron mit dem Werkstück 50. Bei der Bearbeitung wird der Schlitten 29 so bewegt, dass das Werkstück 50 über seine ganze Breite geschliffen wird. Gleichzeitig wird mit dem Schlitten 18 eine Shiftbewegung in Richtung der Achse 13 ausgeführt, so dass jedem Punkt der Zahnflanken 51 der Verzahnung 49 genau ein Punkt der Zahnflanken 44 der Schleifschnecke 20 entspricht. Durch dieses Vorgehen wird die spezielle Schleifschneckentopographie exakt als ein reproduzierbares Schliffbild auf die Verzahnung 49 übertragen.

Claims

Verfahren zum Schleifen eines vorverzahnten Werkstücks (50) mittels einer zylindrischen Schleifschnecke (20), die durch einen ersten Servomotor (22) angetrieben und mit einem ersten Winkelgeber (23) verbunden ist, wobei zunächst die Schleifschnecke (20) mit einer mit Hartstoff beschichteten Abrichtscheibe (42) abgerichtet wird, die durch einen zweiten Motor angetrieben ist, wobei nach dem Abrichten die Schleifschnecke (20) in Eingriff mit der Verzahnung (49) des Werkstücks (50) gebracht und während des Schleifens das Werkstück (50) längs seiner Achse relativ zur Schleifschnecke (20) bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als zweiter Motor ein Servomotor (40) eingesetzt wird, dass der Drehwinkel der Abrichtscheibe (42) mittels eines zweiten Winkelgebers (41) gemessen wird, dass der Drehwinkel der Abrichtscheibe (42) mit dem Drehwinkel der Schleifschnecke (20) mit einem einstellbaren festen oder programmierbar variablen oder einem gespeicherten stochastisch ändernden Verhältnis gekoppelt wird, und dass die Schleifschnecke (20) während des Schleifens längs ihrer Achse relativ zum Werkstück (50) bewegt wird, so dass jedem Punkt der Zahnflanken (51) der Verzahnung (49) des Werkstücks (50) genau ein Punkt der Flanken (44) des Schleifschneckenganges (43) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei zusätzlich die Ausgangsdrehwinkellage der Abrichtscheibe (42) gegenüber der Ausgangsdrehwinkellage der Schleifschnecke (20) einstellbar positioniert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das programmierbar variable Verhältnis eine einstellbare Funktion in Abhängigkeit von der Winkelposition der Schleifschnecke ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei nach dem Abrichten der Schleifschnecke (20) mit der hartstoffbeschichteten Abrichtscheibe (42), die ein Besatzmuster mit Regelmäßigkeit aufweist, mittels Abstimmung der Verschiebung der Schleifschnecke (20) längs ihrer Achse (13) auf ihren Drehwinkel beim Schleifen die periodischen Schwankungen der vom Besatzmuster der Abrichtscheibe (42) verursachten Schleifschneckengangtopographieänderungen bei der Abbildung der Schleifscheibensegmente (24) auf den Zahnflanken während des Vorschubes des Werkstücks (49) längs seiner Achse so platziert werden, dass die Laufgüte des Zahnrades (49) erhöht wird.