DE9409049U1

DE9409049U1 - CNC-gesteuerte Schleifmaschine für die Hart-Feinbearbeitung der Zahnflanken eines Zahnrades

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Publication number: DE9409049U1
Application number: DE9409049U
Authority: DE
Original assignee: PRAEWEMA WERKZEUGMASCHINENFABR
Current assignee: PRAEWEMA WERKZEUGMASCHINENFABR
Priority date: 1993-07-16
Filing date: 1994-06-03
Publication date: 1994-09-15
Anticipated expiration: 2004-06-04

Description

30. Mai 1994 SI/Be 53323G

PRÄWEMA Werkzeugmascliinenfabrik GmbH Hessenring 4

37269 Eschwege / Werra

CNC-gesteuerte Schleifmaschine für die Hart-Feinbearbeitimg der Zahnflanken eines Zahnrades

Die Erfindung betrifft eine Schleifmaschine für die Hart-Feinbearbeitung der Zahnflanken eines Zahnrades, mit einem als Zahnrad ausgebildeten Schleifwerkzeug, mit einem Werkstückhalter für das zu bearbeitende Zahnrad und mit einem Werkzeughalter, wobei Drehantriebe für den Werkstückhalter und den Werkzeughalter und Antriebe für eine lineare Verschiebung in mindestens zwei Achsen und eine Verschwenkung des Werkzeuges relativ zum zu bearbeitenden Zahnrad sowie eine CNC-Steuerung für die Drehantriebe und die anderen Antriebe vorgesehen sind derart, daß bei sich kreuzenden Achsen des zu bearbeitenden Zahnrades und des als Zahnrad ausgebildeten Werkzeuges die beiden Zahnräder aufeinander abwälzbar und zustellbar sind.

Schleifmaschinen dieser oder ähnlicher Art sind bekannt (DE 42 02 881 Al, DE-OS 27 19 524). Bei solchen Schleifmaschinen sind die Werkzeuge zum Beispiel als innenverzahnte Hohlräder ausgebildet. Diese Hohlräder bestehen aus keramischem Material. In ihren Zahnflanken

sind Hartstoffkörner aus Korund, Bornitrit, Diamant oder dergleichen eingebettet. Die Breite der Zahnflanken des Werkzeuges beträgt ein Vielfaches der Breite der Zahnflanken des zu bearbeitenden Zahnrades. Das ist die Voraussetzung dafür, daß beim Abwälzen der Zahnräder aufeinander das zu bearbeitende Zahnrad auf seiner gesamten Breite bearbeitet wird. Solche Werkzeuge haben keine lancfe Standzeit. Deshalb weist die bekannte Maschine ein Abrichterad auf, das bei im Werkzeughalter gehaltenem Werkzeug dieses an seinen Zahnflanken nachbearbeiten kann. Wegen der für Werkzeuge geringen Verschleißfestigkeit sind solche Werkzeuge schon bald nach dem Abrichten nicht mehr maßgenau und erlauben nur eine mäßig genaue Feinbearbeitung der Zahnflanken, selbst wenn die Standzeiten zwischen den einzelnen Abrichtvorgängen klein gehalten werden. Darüber hinaus ist dieses wiederholte Abrichten kostenträchtig.

Schließlich ist aus der deutschen Auslegeschrift DE-AS 12 96 486 eine Feinziehschleifmaschine für Zahnräder bekannt, bei der die Zahnflanken des Werkzeuges aus gebundenem Schleifmittel bestehen. Die Breite des Werkzeugs ist dabei annähernd so groß wie ein Drittel der Breite des Werkstücks. Dabei ist das Werkzeug in axialer Richtung feststehend montiert, während das Werkstück jeweils schnelle axiale hin- und hergehende Bewegungen, wie auch lange, langsame axiale hin- und hergehende Bewegungen ausführen kann. Dies hat zur Folge, daß bei der bekannten Maschine mehrere Bewegungen bzw. Schwingungen überlagerbar sind, so daß eine gesteigerte Werkstoffabnähme bzw. ein schnelleres Glätten der Oberfläche und eine gute Formgenauigkeit und Oberflächengüte bei dem bearbeiteten Werkstück erreicht werden kann. Der Nachteil dieser bekannten Vorrichtung liegt jedoch darin, daß ihr Aufbau aufgrund der Beweglichkeit des Werkzeuges kompliziert ist,

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so daß eine derartige Vorrichtung nur unter erhöhten Kosten produziert werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schleifmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, die die Hart-Feinbearbeitung von Zahnflanken eines Zahnrades mit höherer Genauigkeit bei geringeren Kosten erlaubt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zahnflanken des Werkzeuges von Hochleistungsschleifstoffen gebildet sind und eine Breite aufweisen, die wesentlich kleiner als ein Drittel der Breite der Zahnflanken des zu bearbeitenden Zahnrades ist.

Bei der erfinduncfsgemäßen Schleifmaschine erübrigt sich ein wiederholtes Abrichten des Werkzeuges, weil es aufgrund seiner Beschaffenheit im Vergleich zu den bekannten Werkzeugen praktisch nicht verschleißt. Deshalb lassen sich mit der erfindungsgemäßen Schleifmaschine Zahnräder mit höherer Genauigkeit feinbearbeiten. Die vergleichsweise schmale Breite des Werkstückes wirkt sich in der Produktivität nicht negativ aus, weil mit höherer Flächenpressung als mit dem bekannten Keramikwerkzeug, und damit auch mit einem höheren Spanabtrag, die Bearbeitung durchgeführt werden kann.

Erfindungsgemäß ist die Breite der Zahnflanken so gering wie möglich zu halten, um die Kontaktflache zwischen dem mit dem Zahnrad in Eingriff stehenden Werkzeugteil und dem Zahnrad selbst so klein wie möglich zu halten. Gleichzeitig wird durch die geringe Breite des Werkzeugs eine sehr kurze Dauer des Kontakts zwischen der jeweilig bearbeiteten Fläche des Zahnrades und der bearbeitenden Fläche des Werkzeugs erreicht. Die kleine Bearbeitungsfläche und die kurze Kontaktzeit führen dazu, daß der Einfluß der

Werkzeuggeometrie selbst auf das Bearbeitungsergebnis sehr gering ist. Dies wiederum hat zur Folge, daß gemäß der Erfindung die Endform des bearbeiteten Zahnrades im wesentlichen nur durch den von dem Werkzeug relativ zu dem Zahnrad zurückgelegten Weg bestimmt ist. Demzufolge kann bei der erfinduncjsgemäßen Vorrichtung die Werkzeuggeometrie im wesentlichen ohne Rücksicht auf die Endform des Zahnrades optimal hinsichtlich der Standzeit des Werkzeuges ausgelegt werden.. Gleichzeitig können aber auch im Bereich der Kontaktflächen zwischen Werkstück und Zahnrad hohe Flächenpressungen und damit ein hoher Materialabtrag erreicht werden, weil bei der erfindungsgemäßen Schleifmaschine im Bereich der Kontaktfläche zwischen Werkzeug und Zahnrad keine Ungleichförmigkeiten der Werkzeug- bzw. ZcLhnradoberfläche ausgeglichen werden müssen. Die hohe Leistungsdichte wird dabei zusätzlich durch die Ausbildung der Zahnflanken des Werkzeuges aus Hochleistungsschleifwerkstoffen begünstigt, so daß sich mit der erfindungsgemäßen Schleifmaschine trotz der veränderten Geometrie besonders hohe Schnittleistungen erzielen lassen.

Der Einfluß der Werkzeuggeometrie auf das Bearbeitungsergebnis kann dadurch weiter reduziert werden, daß das Werkzeug nach Art einer Schneide ausgebildet ist und daß weihrend der Bearbeitung des Zahnrades zwischen dem Werkzeug und dem Zahnrad eine Linienberührung besteht. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung ist die Breite der Zahnflanken des Werkzeuges auf nahezu Null reduziert, so daß das Werkzeug und das bearbeitete Zahnrad sich bei der Bearbeitung jeweils nur in einer Linie berühren. Dies bedeutet, daß im Bereich der Linienberührung bei Auswahl entsprechender Hochleistungsschleifwerkstoffe äußerst hohe Leistungsdichten erzielt werden können. Gleichzeitig ist das Schleifergebnis allein abhängig vom Verfahrweg, den das Werkzeug während der Bearbeitung zurücklegt, weil die

Breite der bearbeitenden Fläche bei dem Werkzeug auf ein Minimum reduziert ist.

Um einen möglichst gleichmäßigen Spanabtrag über die gesamte Breite des Zahnrades zu erhalten, sollte die Verstellbewegung des Werkstückes über die Breite der Zahnflanken 'reversierend sein.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführuncjsbeispiel darstellenden Zeichnung näher beschrieben. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine Schleifmaschine zum Hart-Feinbearbeiten der Zahnflanken von Zahnrädern mit Stirnverzahnung,,

Fig. 2 ein Zahnrad mit einem mit in Eingriff stehenden Werkzeug der Maschine nach Figur 1 im Axialschnitt des Zahnrades und

Fig. 3 das Zahnrad mit Werkzeug nach Figur 2 in einer seitlichen Teilansicht.

Die Schleifmaschine nach Figur 1 umfaßt ein Schrägbett 1 mit zwei auf ihrer Schrägfläche angeordneten Führungsschienen 2, 3. Auf dem Schrägbett 1 ist ein Lagerbock 4 für eine von einem Drehantrieb 6 angetriebene» Spindel 5 stationär angeordnet. Ein weiterer Lagerbock 7, der auf der Linearführung 3 mittels eines Antriebes 9 verschiebbar ist, trägt eine mit der Spindel 5 fluchtende und auf sie zustellbare Spindel 13. Die Spindeln 5 und 13 klemmen zwischen sich ein zu bearbeitendes Zahnrad 15 ein und bilden damit einen Werkstückhalter.

Auf der Führung 2 ist ein Kreuzschlitten 16 verschiebbar gelagert. Auf diesem Kreuzschlitten 16 ist mittels eines

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Drehtellers 20 ein Lagerbock 19 mit einem Drehteller 22 um die Achse A verschwenkbar gelagert. Der Lagerbock 19 ist wegen seiner Anordnung auf dem Kreuzschlitten 16 in Z- und X-Richtung verstellbar. Für diese Bewegungen dienen Antriebe 17, 18. Für die Verschwenkung um die Achse A dient ein Antrieb 21. Der Drehteller 22, der durch einen Antrieb 23 um eine Achse B verschwenkbar ist, trägt einen Werkzeughalter 24 für ein als Hohlzahnrad ausgebildetes Werkzeug 25, das durch einen Drehantrieb 26 angetrieben ist. Alle Antriebe 6, 9, 17, 18, 21, 23, 26 sind an einer CNC-Steuerung 27 angeschlossen. Diese sorgt dafür, daß Werkstück 15 und Werkzeug 25 synchron angetrieben werden und aufeinander zugestellt werden.

Wie Figur 2 zeigt, beträgt die Breite B des Werkzeuges 25 nur einen Bruchteil der Breite C des zu bearbeitenden Zahnrades 15. Wegen dieser unterschiedlichen Breite ist es erforderlich, daß beim Abwälzen der beiden Zahnräder aufeinander auch eine relative Bewegung in Achsrichtung des Zahnrades 15 erfolgt. Dies geschieht dadurch, daß mit den Antrieb 17 das Werkzeug 25 in Richtung der Z-Achse hin- und herbewegt wird. Sollten ballige Verzahnungen erzeugt werden, dann geschieht dies durch eine kombinierte Bewegung in Richtung der X- und Z-Achse mittels der Antriebe 18 und 17 sowie durch eine Verschwenkbewegung um die &Agr;-Achse durch den Antrieb 21.

Das Werkzeug 25 besteht aus einem Grundkörper 25a aus Stahl. Der Grundkörper 25a trägt eine Verzahnung, bei der mindestens die Zahnflanken 25b aus
Hochleistungsschleifstoffen bestehen. Geeignete Hochleistungsschleifstoffe sind Diamant, Siliziumkarbid (SiC), Korund (Al₂O₃) und vor allem kubisch kristallines Bornitrit (CBN) (FORTSCHRITTLICHE WERKZEUGTECHNOLOGIE

"Hochleistungssclileifstoffe für die Metallverarbeitung", De Beers Industrial Diamond Division, 2000/4/92).

Die Erfindung ist nicht nur entsprechend dem Ausführungsbeispiel mit als Hohlräder mit Innenverzahnung ausgebildeten Werkzeugen durchführbar, sondern auch in entsprechender Weise mit als Stirnräder mit Außenverzahnung ausgebildeten Werkzeugen durchführbar.

Claims

·»■ 1 &tgr;. .. 30- Mai 1994 SI/Be 53323G Ansprüche

1. Schleifmaschine für die Hart-Feinbearbeitung der Zahnflanken eines Zahnrades (15) mit einem als Zahnrad ausgebildeten Schleifwerkzeug (25), mit einem Werkstückhalter (5, 13) für das zu bearbeitende Zahnrad (15) und einem Werkzeughalter (24), wobei Drehantriebe (6, 26) und Antriebe (9, 17, 18, 21, 23) für die lineare Verstellung in mindestens zwei Achsen (X,Z) und eine Verschwenkung des Werkzeuges (25) relativ zum zu bearbeitenden Zahnrad (15) und eine CNC-Steuerung (27) für die Drehantriebe (6, 26) und die anderen Antriebe (9, 17_f 18, 21, 23) vorgesehen sind, derart, daß bei sich kreuzenden Achsen des zu bearbeitenden Zahnrades (15) und des als Zcihnrad ausgebildeten Werkzeuges (25) die beiden Zahnräder (15, 25) aufeinander abwälzbar und zustellbar sind, wobei das Werkzeug durch einen Antrieb (17, 18, 21) um die gesamte Breite des zu bearbeitenden Zahnrades (15) verstellbar ist,

dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnflanken des Werkzeuges (25) von Hochleistungsschleifstoffen gebildet sind und eine Breite (B) aufweisen, die wesentlich kleiner als ein Drittel der Breite (C) der Zahnflanken (25b) des zu bearbeitenden Zahnrades (15) ist.

2. Schleifmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Zahnflanken des Werkzeuges (25) nach Art einer Schneide ausgebildet sind

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und daß während der Bearbeitung des Zahnrades (15) zwischen den Zahnflanken des Werkzeugs (25) und dem Zahnrad (15) jeweils eine Linienberührung stattfindet.

3. SchleifiricLschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellbewegung des Werkzeuges (25) und die Breite (C) der Zahnflanken (25b) des zu bearbeitenden Zahnrades (15) reversierend ist.