DE4330931A1 - Verfahren zum Positionieren zweier Schleifscheibenwirkflächen zu den Flankenflächen eines rotationssymmetrischen Werkstückes mit rillenförmigem Außenprofil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Positionieren zweier Schleifscheibenwirkflächen zu den Flankenflächen eines rotationssymmetrischen Werkstückes mit rillenförmigem Außenprofil, insbesondere eines Zahnrades, dessen Drehposi­ tion nach dem Aufspannen auf einem Werkstückträger beliebig ist, wobei die Bewegungen von Werkstück- und Werkzeugträ­ ger über eine CNC-Steuerung koordiniert werden und die Be­ rührung der Schleifscheibenwirkflächen mit den Flanken­ flächen des Werkstückes mittels Schleifsensor signalisiert wird.

Es sind bereits Verfahren bekannt, nach denen das Posi­ tionieren der Schleifscheiben mit ihren Wirkflächen zu den zu bearbeitenden Flächen eines rotationssymmetrischen Werk­ stückes mit rillenförmigem Außenprofil vorgenommen wird.

Nach dem DD-AP 2 86 530 ist ein Verfahren zum Positionieren von Schleifscheibe und Zahnrad bekannt, bei dem, bezogen auf das Zahnflankenschleifen nach dem Teilwälzverfahren, der Einmittvorgang automatisch abläuft. Diese Lösung ist nur anwendbar beim Teilwälzschleifen im Einflankenschliff, da gemäß den Verfahrensschritten eine tangentiale Ver­ schiebung zur Schleifscheibe vorgenommen wird. Damit ist diese bekannte Lösung aufgrund der kinematischen Verhält­ nisse nur eingeschränkt anwendbar und läßt sich nicht auf andere Zahnradschleifverfahren übertragen. Insbesondere für das Profilschleifen von Zahnrädern ist sie ungeeignet, da Werkstück und Schleifscheibe in tangentialer Richtung grund­ sätzlich eine feste Zuordnung zueinander besitzen müssen.

Des weiteren weist diese bekannte Lösung funktionelle Män­ gel auf, wodurch die Automatisierbarkeit des Positionier­ vorganges unter Berücksichtigung möglicher Ausgangsposi­ tionen der Schleifscheibe in Frage gestellt wird. Voraus­ setzung für den automatischen Ablauf des Einmittvorganges bei der bekannten Lösung ist nämlich, daß die Zahnlücke mit ihrer Symmetrielinie senkrecht zur Schleifscheibenachse ausgerichtet ist. In der Praxis ist dies in der Regel jedoch nicht der Fall, sondern eine Vielzahl von Positionen der Schleifscheibe zum Zahnrad ist möglich. Beginnt der Einmitt­ vorgang aus einer Position heraus, bei der die symmetrische Ausgangsstellung von Schleifscheibe und Zahnrad nicht gegeben ist, werden die Flankenflächen des Zahnrades in unterschied­ licher Profiltiefe berührt. Dieser Umstand führt zu einer Verfälschung der daraus ermittelten Position für die Zahn­ lückenmitte, so daß die Genauigkeit des Positionierverfahrens beeinträchtigt ist. Ein weiterer Mangel des beschriebenen Verfahrens besteht darin, daß die Berührung von Schleifschei­ be und Zahngrund als Weginformation für die Ableitung der Einstellwerte zur Werkzeugpositionierung benutzt wird. Der Zahngrund ist in der Regel vom Härteverzug besonders stark betroffen und repräsentiert somit keine exakte Position für die Eintauchtiefe der Schleifscheibe und die Berechnung der Einstellwerte.

Nachteilig bei der bekannten Lösung ist außerdem, daß die Ableitung der Aufmaßposition aus jeweils nur einer Berührung der linken und rechten Zahnflanke erfolgt. Damit ist nicht gewährleistet, daß eine annähernd gleiche Spanabnahme am ge­ samten Zahnrad erfolgt. Qualitätseinbußen beim Schleifen des gesamten Zahnrades aufgrund unterschiedlicher Spanabnahme an den Flankenflächen sowie eine erhöhte Ausschußgefahr im Pro­ zeß der bedienerlosen Fertigung sind die Folge.

In der Patentschrift DE 36 15 365 C1 ist ein Verfahren zur Bearbeitung der Zahnflanken eines Zahnrades beschrieben, bei dem das vorverzahnte Werkstück in eine definierte Win­ kellage zum Werkzeug gebracht wird. Bei diesem Verfahren wird das erste zu fertigende Zahnrad einer Serie von Hand zum Werkzeug ausgerichtet und durch einen Sensor die Lage der Zahnköpfe in Abhängigkeit von den geometrischen und kinematischen Verhältnissen in einem Lernvorgang gespei­ chert. Bei den nachfolgenden Werkstücken wird die Phasenla­ ge der am Sensor vorbeibewegten Zahnköpfe ermittelt und mit den im Lernvorgang gespeicherten Werten verglichen. Nach automatischer Herstellung einer Bewegungskoinzidenz wird das Werkzeug eingespurt und die Bearbeitung begonnen. Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß das jeweils erste Werkstück einer Serie stets manuell ausgerichtet wer­ den muß. Eine durchgängige Automatisierung des gesamten Be­ arbeitungsprozesses ist demzufolge nicht möglich. Des wei­ teren ist die Ermittlung einer Aufmaßposition zur Gewähr­ leistung einer annähernd gleichen Spanabnahme beim Schleifen des Zahnrades nicht gegeben.

Ein weiteres Verfahren zum Positionieren von stirnverzahn­ ten Werkstücken ist aus dem DD-AP 2 93 524 bekannt. Hierbei werden mit einem optoelektronischen Sensor, der sich zwi­ schen Fuß- und Kopfkreisradius im Normal schnitt zur Verzah­ nung befindet, durch fortlaufende Bildauswertung während der Drehbewegung des Werkstückes die Positionen der rechten und linken Zahnflanke erfaßt. Mit einer sich daran an­ schließenden Signalaufbereitung werden die notwendigen Steuerinformationen zum automatischen Einmitten der Schleif­ scheibe erstellt. Nachteilig bei dieser Lösung ist insbe­ sondere, daß sich die Anwendung des beschriebenen Verfah­ rens auf den Einflankenschliff beim Teilwälzschleifen be­ schränkt und somit eine universelle Anwendung ausgeschlos­ sen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das es ermöglicht, bereits beim ersten Werkstück einer Serie Schleifscheiben­ wirkflächen und Flankenflächen des Werkstückes aus einer be­ liebigen Drehposition heraus, ohne den Eingriff einer Bedien­ person, in wenigen Schritten automatisch so zueinander zu positionieren, daß eine gleichmäßige Spanabnahme sowie ein Mindestschleifabtrag an den Flankenflächen des Werkstückes im nachfolgenden Bearbeitungsprozeß gewährleistet ist. Des weiteren soll das Verfahren für das Profilschleifen und für das Teilwälzschleifen jeweils im Ein- und Zweiflankenschliff anwendbar sein.

Die Aufgabe wird durch die Verfahrensschritte gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruches 1 gelöst.

Der Patentanspruch 2 enthält die vorteilhafte Wahl der ra­ dialen Position der Schleifscheibenwirkflächen zur Durchfüh­ rung des Verfahrensschrittes g.

Im Patentanspruch 3 ist die vorteilhafte Art und Weise der Durchführung des Verfahrensschrittes h vorgesehen.

Zur Bestimmung der zweiten Mittenposition nach Verfahrens­ schritt j werden vorteilhafterweise unterschiedliche Dreh­ positionen bei unterschiedlich bemessenem Aufmaß am Werk­ stück berücksichtigt.

Bei ausreichend bemessenem Aufmaß wird die zweite Mittenpo­ sition aus den am weitesten außen liegenden Drehpositionen bestimmt.

Bei gering bemessenem Aufmaß wird die zweite Mittenposition aus den am weitesten innen liegenden Drehpositionen be­ stimmt.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen ins­ besondere darin, daß die Positionierung der Schleifscheiben­ wirkflächen zu den Flankenflächen des Werkstückes aus jeder beliebigen Drehposition des Werkstückes vorgenommen werden kann.

Dabei läuft der Vorgang zum Positionieren automatisch ab, ohne daß ein zusätzlicher Eingriff einer Bedienperson not­ wendig ist.

Der Positioniervorgang erfolgt in wenigen Schritten, wobei bereits das erste Werkstück einer Serie automatisch posi­ tioniert wird. Dieser Vorteil macht sich insbesondere bei der Einzel- und Kleinserienfertigung bemerkbar.

Durch den Ablauf der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte wird eine gleichmäßige Spanabnahme sowie ein Mindestschleif­ abtrag an den Flankenflächen des Werkstückes im nachfolgen­ den Bearbeitungsvorgang gewährleistet. Dadurch wird Aus­ schuß infolge von Schleifbrand sowie durch nicht geschliffe­ ne Flächen vermieden.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet weiterhin den Vor­ teil, daß es sowohl für das Profilschleifen als auch das Teilwälzschleifen jeweils im Ein- und Zweiflankenschliff einsetzbar ist.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbei­ spiel, bei dem das Werkstück ein Zahnrad ist, näher er­ läutert werden.

In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 das Erreichen der ersten Einmittposition nach dem Einfahren der Schleifscheibe in die Zahnlücke

Fig. 2 das Berühren von Schleifscheibe und Zahnrad vor dem Erreichen der ersten Einmittposition

Fig. 3 das Erreichen der zweiten Einmittposition innerhalb der Zahnlücke

Fig. 4 das Ermitteln der Drehpositionen in drei Testlücken und 2 Testebenen zum Bestimmen der zweiten Mitten­ position bei ausreichend und bei gering bemessenem Aufmaß.

Gemäß Fig. 1 werden zunächst die Schleifscheibenwirk­ flächen 2.1 und 2.2 tangential symmetrisch zur Profilmit­ tellinie 3, die die Werkstückachse schneidet und senkrecht zur Schleifscheibenachse steht, positioniert.

In dieser Ausgangslage vor dem Einmitten befindet sich der Außendurchmesser d_sa der Schleifscheibenwirkflächen 2.1 und 2.2 radial in einer Sicherheitsposition 4 außerhalb des Außen­ durchmessers da des Zahnrades 1. Die Sicherheitsposition 4 wird in Abhängigkeit vom Härteverzug des Zahnrades 1 vorge­ geben.

Zum Erreichen einer ersten Einmittposition 5 wird ein ra­ diales Wegintervall festgelegt. In der ersten Einmittposition 5 liegt der Außendurchmesser d_sa der Schleifscheibenwirk­ flächen 2.1 und 2.2 unmittelbar unterhalb des Außendurchmes­ sers da des Zahnrades 1.

Die Schleifscheibenwirkflächen 2.1 und 2.2 werden dann im Schleichgang in Richtung des feststehenden Zahnrades 1 ra­ dial verfahren, bis die erste Einmittposition 5 erreicht ist.

Anschließend wird dem Zahnrad 1 eine Drehbewegung in einer Richtung erteilt, bis Berührung der Schleischeibenwirk­ fläche 2.1 mit einer Flankenfläche des Zahnrades 1 eintritt. Die Berührung wird über einen Schleifsensor signalisiert und der Drehwinkel ϕ₁ über das Drehwinkelmeßsystem als Drehpo­ sition der Steuerung übermittelt und von dieser abgespei­ chert.

Nach der Umkehr der Drehrichtung des Zahnrades 1 wird in analoger Weise der Drehwinkel ϕ₂ ermittelt, der als zweite Drehposition der Steuerung übermittelt und von dieser ab­ gespeichert wird. Die Steuerung berechnet den Mittelwert ϕ_m1 bezogen auf die erste Einmittposition aus den beiden Dreh­ winkeln ϕ₁ und ϕ₂ nach der Beziehung

Das Zahnrad 1 wird nun in dieser ersten Mittenposition ϕ_m1 zur Profilmittellinie 3 positioniert, wobei ein Drehwinkel­ meßsystem die Drehbewegung des Zahnrades 1 kontrolliert.

Beim Einmittvorgang nach Fig. 2 werden die Schleifschei­ benwirkflächen 2.1 und 2.2 aus einer Sicherheitsposition 4 heraus ebenfalls im Schleichgang in Richtung des fest­ stehenden Zahnrades 1 radial verfahren. Bereits vor dem Er­ reichen der ersten Einmittposition 5 tritt aufgrund einer ungünstigen Drehposition des Zahnrades 1 Berührung von Schleifscheibe 2 und Zahnrad 1 ein. Die Berührung wird durch den Schleifsensor signalisiert und sofort die radiale Ver­ fahrbewegung der Schleifscheibenwirkflächen 2.1 und 2.2 ge­ stoppt.

Nach dem Zurückfahren der Schleifscheibe 2 auf die Sicher­ heitsposition 4 wird das Zahnrad 1 um einen frei wählbaren Winkelbetrag Δϕ, vorzugsweise um den halben Teilungswinkel (), gedreht.

Anschließend werden die Schleifscheibenwirkflächen 2.1 und 2.2 erneut im Schleichgang in Richtung des feststehenden Zahnrades 1 radial verfahren, bis die erste Einmittposition 5 erreicht ist.

Der weitere Ablauf zum Erreichen der ersten Mittenposition ϕ_m1 ist vorstehend zu Fig. 1 beschrieben.

Aus der ersten Mittenposition ϕ_m1 werden, wie in Fig. 3 dargestellt, die Schleifscheibenwirkflächen 2.1 und 2.2 radial verfahren, bis eine zweite Einmittposition 6 erreicht ist.

Als zweite Einmittposition 6 in radialer Richtung wird vor­ zugsweise die Position gewählt, bei der der Außendurchmes­ ser d_sa der Schleifscheibenwirkflächen 2.1 und 2.2 im Bereich des Teilkreisdurchmessers d des Zahnrades 1, also in der Mit­ te der Zahnhöhe liegt.

In Fig. 4 ist gezeigt, daß in dieser zweiten Einmittposition ϕ_m2 in mindestens zwei Stirnebenen A und B des Zahnrades 1 an mehreren Stellen die bereits zu Fig. 1 beschriebene Ver­ fahrensweise zur Ermittlung der Drehpositionen des Zahnrades 1 angewendet wird. Dabei werden vorzugsweise an drei gleich­ mäßig am Umfang des Zahnrades 1 verteilten Testlücken I, II und III nacheinander jeweils die Schleifscheibenwirkflächen 2.1 und 2.2 mit den Flankenflächen des Zahnrades 1 in Berüh­ rung gebracht. Zum Weiterdrehen zur nächsten Testlücke des Zahnrades 1 werden die Schleifscheibenwirkflächen 2.1 und 2.2 radial in die Sicherheitsposition 4 zurückgefahren. Sind die einer Berührung zugeordneten Drehpositionen der jeweiligen Testlücke in einer Testebene ermittelt, werden durch eine Schraubbewegung die Schleifscheibenwirkflächen 2.1 und 2.2 zur anderen Testebene verfahren und der Vorgang zur Ermitt­ lung der Drehpositionen dort durchgeführt.

Alle ermittelten Drehpositionen werden abgespeichert. Die Drehpositionen verkörpern das in den jeweiligen Testlüc­ ken und Testebenen vorhandene tatsächliche Aufmaß bezogen auf die Soll-Flankenfläche.

Danach werden aus den abgespeicherten Drehpositionen für alle Rechtsflanken RF und für alle Linksflanken LF jeweils die am weitesten außen liegende und die am weitesten innen liegende Drehposition des Zahnrades 1 ermittelt.

Die am weitesten außen liegenden Drehpositionen, d. h. die größten Aufmaße, ergeben sich für die Rechtsflanken in Testlücke II und Testebene A und für die Linksflanken in Testlücke III und Testebene B.

Die am weitesten innen liegenden Drehpositionen, d. h. die kleinsten Aufmaße, ergeben sich für die Rechtsflanken in Testlücke I und Testebene B und für die Linksflanken in Testlücke III und Testebene A.

Anschließend wird das Zahnrad 1 in der aus diesen charakte­ ristischen Drehpositionen errechneten zweiten Mittenposition ϕ_m2 positioniert, die der endgültigen Mittenposition des Zahnrades 1 entspricht.

In Abhängigkeit von dem am Zahnrad 1 vorhandenen Aufmaß haben die ermittelten Drehpositionen unterschiedlichen Einfluß auf die Bestimmung der zweiten Mittenposition ϕ_m2 des Zahnrades 1. Bei ausreichend bemessenem Aufmaß wird die zweite Mitten­ position ϕ_m2 vorzugsweise aus den am weitesten außen liegen­ den Drehpositionen 9 bestimmt. Bei gering bemessenem Aufmaß erfolgt die Bestimmung der zweiten Mittenposition ϕ_m2 vor­ zugsweise aus den am weitesten innen liegenden Drehposi­ tionen 10, um zu gewährleisten, daß beide Zahnflanken aus­ reichend geschliffen werden.

Anschließend werden die Schleifscheibenwirkflächen 2.1 und 2.2 bis zu einer vorbestimmten Anstellposition 7 radial verfahren, in der - in Zustellrichtung - die Schleifschei­ benwirkflächen 2.1 und 2.2 um die Summe aus Aufmaß plus Sicherheitsbetrag von den Sollflankenflächen entfernt sind.

Diese Anstellposition 7 ist die Ausgangsposition für die für die Bearbeitung erforderlichen Zustellschritte in der jewei­ ligen Zustellrichtung bei zur Erreichung der Sollposition 8 der Schleifscheibenwirkflächen 2.1 und 2.2 am fertig ge­ schliffenen Zahnrad 1.

Bezugszeichenliste

1 Werkstück (Zahnrad)
2 Schleifscheibe
2.1 linke Schleifscheibenwirkfläche
2.2 rechte Schleifscheibenwirkfläche
3 Profilmittellinie
4 Sicherheitsposition
5 erste Einmittposition
6 zweite Einmittposition
7 Anstellposition
8 Soll-(Fertig-)Position
9 charakteristische Drehposition bei ausreichend bemessenem Aufmaß
10 charakteristische Drehposition bei gering bemessenem Aufmaß
A, B Testebenen
RF, LF Rechtsflanke, Linksflanke
d Teilkreisdurchmesser
d_a Außendurchmesser Werkstück
d_sa Außendurchmesser Schleifscheibe
ϕ Drehwinkel
ϕ_m1 erste Mittenposition
ϕ_m2 zweite Mittenposition
τ Teilungswinkel
I, II, III Testlücken

Claims (5)

1. Verfahren zum Positionieren zweier Schleifscheibenwirk­ flächen zu den Flankenflächen eines rotationssymmetri­ schen Werkstückes mit rillenförmigem Außenprofil, ins­ besondere eines Zahnrades, dessen Drehposition nach dem Aufspannen auf einem Werkstückträger beliebig ist, wobei die Bewegungen von Werkstück- und Werkzeugträger über eine CNC-Steuerung koordiniert werden und die Berührung der Schleifscheibenwirkflächen mit den Flankenflächen des Werkstückes mittels Schleifsensor signalisiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die Schleifscheibenwirkflächen (2.1 und 2.2) tangen­ tial symmetrisch zur Profilmittellinie (3), die die Werkstückachse schneidet und senkrecht zur Schleif­ scheibenachse steht, sowie radial in einer Sicher­ heitsposition (4) außerhalb des Außendurchmessers (d_a) des Werkstückes (1) unter Berücksichtigung des Härte­ verzuges positioniert werden,
• b) danach eine radiale erste Einmittposition (5), bei der der Außendurchmesser (d_sa) der Schleifscheibenwirk­ flächen (2.1 und 2.2) unmittelbar unterhalb des Außen­ durchmessers (d_a) des Werkstückes (1) liegt, festgelegt wird,
• c) die Schleifscheibenwirkflächen (2.1 und 2.2) radial verfahren werden, bis die erste Einmittposition (5) erreicht ist, wobei für den Fall, daß eine Berührung von Schleifscheibe (2) und Werkstück (1) vor Er­ reichen der ersten Einmittposition (5) erfolgt, auf die Sicherheitsposition (4) zurückgefahren wird, das Werkstück (1) um einen vorgegebenen Winkelbetrag (Δϕ) gedreht und danach die Schleifscheibenwirkflächen (2.1 und 2.2) erneut radial verfahren werden,
• d) anschließend eine Flankenfläche des Werkstückes (1) durch Drehen in eine Richtung mit einer Schleifschei­ benwirkfläche (2.1 oder 2.2) in Berührung gebracht, die Drehbewegung gestoppt und die Drehposition mit dem zugehörigen Drehwinkel (ϕ₁ oder ϕ₂) abgespeichert wird,
• e) dann die andere Flankenfläche des Werkstückes (1) durch Drehen in die entgegengesetzte Richtung mit der anderen Schleifscheibenwirkfläche (2.2 oder 2.1) in Berührung gebracht, die Drehbewegung gestoppt und die Drehposition mit dem zugehörigen Drehwinkel (ϕ₂ oder ϕ₁) abgespeichert wird,
• f) sodann der Mittelwert aus den beiden Drehwinkeln (ϕ₁, ϕ₂) gebildet und das Werkstück (1) in der dementspre­ chenden ersten Mittenposition (ϕ₁) positioniert wird,
• g) die Schleifscheibenwirkflächen (2.1 und 2.2) radial verfahren werden, bis eine zweite Einmittposition (6) erreicht ist,
• h) anschließend in mindestens zwei Stirnebenen (A und B) des Werkstückes (1) an mehreren gleichmäßig am Umfang verteilten Testlücken (I, II, III) jeweils die Ver­ fahrensschritte d und e durchgeführt werden, wobei zum Weiterdrehen zur nächsten Testlücke des Außenprofils die Schleifscheibenwirkflächen (2.1 und 2.2) radial in die Sicherheitsposition (4) zurückgefahren werden,
• i) dann aus den abgespeicherten Drehpositionen für jede Paarung Schleifscheibenwirkfläche/Flankenfläche die - bezogen auf die Flankenfläche - jeweils am wei­ testen außen liegende und die am weitesten innen lie­ gende Drehposition des Werkstückes (1) ermittelt werden,
• j) danach das Werkstück (1) in einer aus den Drehposi­ tionen errechneten zweiten Mittenposition (ϕ_m2) posi­ tioniert wird,
• k) die Schleifscheibenwirkflächen (2.1 und 2.2) bis zu einer vorbestimmten Anstellposition (7) radial ver­ fahren werden, in der - in Zustellrichtung - die Schleifscheibenwirkflächen (2.1 und 2.2) um die Summe aus Aufmaß plus Sicherheitsbetrag von den Sollflan­ kenflächen entfernt sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Verfahrensschritt g als zweite Einmittposition (6) in radialer Richtung vor­ zugsweise die Position gewählt wird, bei der der Außen­ durchmesser (d_sa) der Schleifscheibenwirkflächen (2.1 und 2.2) etwa in der Mitte der Höhe des rillenförmigen Außen­ profiles des Werkstückes (1) liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Verfahrensschritt h vorzugsweise drei gleichmäßig am Umfang des Werkstückes (1) verteilte Testlücken (I, II, III) festgelegt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei ausreichend bemessenem Aufmaß für den Verfahrens schritt j aus den am weitesten außen liegenden Drehpositionen die zweite Mittenposition (ϕ_m2) bestimmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei gering bemessenem Aufmaß für den Verfahrensschritt j aus den am weitesten innen liegenden Drehpositionen die zweite Mittenposition (ϕ_m2) bestimmt wird.