DE4207511A1 - Verfahren zum schleifen von evolventenzaehnen mit hilfe einer innenschraubenden konvexen globoidschraubschnecke als nachformbares schleifwerkzeug - Google Patents

Description

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Schleifen von Evolventenzähnen mit Hilfe einer innenschraubenden, konvexen Globoidschraubschnecke als nachformbares Schleifwerkzeug (1) stellt ein wirtschaftlicheres Schleifkorrekturverfahren von gehärteten Innenzahnrädern für Einzelwerkstücke als das bekannte Teil­ verfahren dar. Die Schleifschnecke wird aus einem bekannten Schleifkörper­ ring nach DIN 69100 gefertigt. Deren Schleifschraubgänge werden mittels z. B. diamantbeschichteter Zahnstangen nach DIN 867 durch Schraubabwälzen der konvexen Schleifschnecke relativ zur Zahnstange erzeugt.

Es ist bekannt größere Stückzahlen von gehärteten Innenzahnrädern mit Hilfe einer unkorrigierbaren, diamantbeschichteten Schleifschnecke schleifhüllend zu korrigieren, für Innenzahnräder für Sonderplanetengetriebe z. B. ist dies wegen geringer Losgröße unwirtschaftlich. Deshalb wird zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit für diesen Fertigungsbereich das erfindungsgemäße Ver­ fahren vorgeschlagen.

Dieses geht von einer beliebigen geraden oder schrägen Evolventenverzahnung entsprechend einem Bezugsprofil nach DIN 867 aus. Um gleichzeitig mehrere Zahnflanken eines Innenzahnrades globoidschraubhüllschleifend (nicht wäl­ zend) korrigieren zu können, wird vorgeschlagen eine konvexe Globoidschraub­ schleifschnecke analog DE 36 42 816 A1 als innenschraubende, modifizierte Globoidschraubschnecke, aus z. B. bekannten Schleifscheiben nach DIN 69100 her­ gestellt, zu verwenden, und daß die Verschraubung bis zu z. B. 16 schraub­ schleifenden Flanken ausgedehnt wird. Verfahrensgemäß ist es erforderlich die rotierende Schleifschnecke mit modifizierten Evolventenhüllschleif­ schraubgängen zu versehen, welche die Evolventenzahnprofilflanken einhül­ lend auf einer veränderlichen Berührungslinie schleifen. Um eine unzu­ lässige Verzerrung beim Abrichten bzw. Einbringen der Schleifschraubgänge zu vermeiden, ist diese in einer von verschiedenen Faktoren bestimmten Weise ortsfest zu bewegen bzw. gesteuert zu bewegen.

Diese verfahrensgemäßen Funktionsbedingungen sind:

• 1. In die konvexe Oberfläche der rotierenden Schleifgloboidschnecke (1) wird mittels relativem Abwälzschraubwerkzeug nach DIN 867 als eine mehrfach verzahnte, diamantbeschichtete ortsfeste, um den Schwenkwin­ kel δ auf dem Zustellradius in der Rotationsebene verdrehte Zahnstange bis zur Teilkreisdeckung zwischen Werkstück und Schleifgloboidschnecke durch die ortsfeste und radial relative Zustellung der Letzteren ein­ geschnitten.
• 2. Bei diesem Profilierungsschnitt läuft die Schleifgloboidschnecke (1) mit Winkelgeschwindigkeit W₁ um ihre eigene Achse in der Rotations­ mittenebene und mit der relativen Werkstückwinkelgeschwindigkeit W₂ normal mittig relativ zu dieser um die Werkstückachse mit veränder­ barem Zustellradius um.
• 3. Das diamantbeschichtete Abrichtzahnstangenwerkzeug (3) als gerade ge­ formtes Evolventen-Bezugsprofil ist tangential länger und normal breiter als der Schneckenberührungsbogen auszuführen. Somit ist zur Profilein­ bringung nur eine schraubwälzende, radiale Zustellung des Schleif­ schneckenkörpers ohne Längsbewegung auszuführen.
• 4. Nach deren Profilierung wird die stillstehende Schleifschnecke radial zurückgezogen, in das stillstehende Werkstück, dabei relativ um Δβ schwenkend hineinbewegt, um danach die Werkstückzahnflanken mittig zum Schleifschraubprofil zwecks ersten Schliffes auszurichten.
• 5. Beim globoiden Evolventenzahnschraubschleifen wird von der Schleif­ werkzeuglängsbewegung eine von der Summe der Flankensteigung β und der Werkzeugsteigung β₀ abhängige, normale Schwenkung Δδ um die Werkstück­ achse abgeleitet.
• 6. Zum anschließenden Nachprofilieren der Globoidschleifschraubflanken wird die radialzurückbewegte Schleifgloboidschnecke (1) durch Längs­ bewegung vor das Abrichtwerkzeug (3) gestellt, bei gleichzeitiger normaler steigungsabhängiger Schwenkung um die Werkstückachse, sodann nach Beendigung der Längsbewegung radial zugestellt, die Schraubschleif­ profilhüllflanken unter relativem Rotationsverhältnis W₂= W₁·Z₁/Z₂ nachgeschärft.
• 7. Die Lage und die Winkelstellung des Abrichtwerkzeuges (3) bestimmt die Evolventenflankenform der Werkzeugzähne. Sie kann durch radiale Ver­ stellung desselben bei geeignetem Steigungswinkel durch das Maß der Zahnkorrektur bestimmt werden.
• 8. Der relative Schwenkwinkel Δδ um die Werkstückachse ist eine Funktion des Zahnsteigungswinkels β plus Schleifscheibensteigung β₀ zur Rotations­ ebene und der Größe der linearen Längsbewegung der Schleifscheibenachse parallel zur Werkstückachse im Abstand a.
• 9. Bei relativer Schleifgeschwindigkeit und aufeinanderfallen von Rad­ mittelschnittebene mit der Rotationsebene kann bei radialer Zustellung der Schleifscheibendrehachse ein gehärtetes, konkavinnenschraubendes Evolventengloboidschraubzahnrad hüllschleifend korrigiert werden. Diese konkave Innenschraubung mit einer konvexen Globoidschraubschnecke läßt die Berührungslinien zwischen den Zahnflanken um so mehr auf die Mittel­ schnittebene zuschwenken, je kleiner die Steigungsdifferenzen sind bzw. je kleiner das Verhältnis des Abstandes der Schleifscheibendrehachse von der Werkstückachse zum mittleren wirkenden Schleifradius ist. Vor­ aussetzung einer solchen Radpaarung ist die exakte Übereinstimmung von Endmaßschleifschnecke und Globoidschnecke durch die gleiche Herstellungs­ parameter bei gleichen Abmessungen und Verwendung gleicher Bezugsprofile nach DIN 867.
• 10. Durch Veränderung des Eingriffswinkels α = 20° nach DIN 867 im Profil­ normalschnitt des Schleifwerkzeuges kann die hydrodynamische Schmier­ druckbildung gesteigert und der örtliche normale Krümmungsradius der erzeugenden Werkstückflankenkrümmungen vergrößert und die Hertzsche- Pressung auf eine größere Fläche verteilt werden.
• 11. Durch die Verringerung des Achsabstandes a d. h. durch optimierte An­ näherung der Schleifwerkzeugradien an die korrespondierenden Radradien schwenken die Schleifberührungshüllinien zur Mittelschnittebene hin, sodaß die formflächigen Berührungszonen vergrößert und die Belastung der Schleifkornschicht verringert wird.

Bildbeschreibung

Fig. 1 zeigt schematisch verfahrensgemäß ein konvexes Schleifwerkzeug (1) im profilschneidenden schraubwälzenden Eingriff mit dem Abricht­ werkzeug (3) außerhalb des Werkstückes z. B. als stillstehendes Innenstirnrad (2). Die gerade Teilungslinie des Zahnstangenwerk­ zeugs (3) berührt bei x=0 den zylindrischen Teilkreismantel in P und ist um den Schwenkwinkel δ aus der relativen W₂-Rotationsebene verdreht. Das Zahnstangenwerkzeug (3) kann mit ± x zwecks Profil­ korrektur radial verschoben werden.

Fig. 2 zeigt schematisch verfahrensgemäß das Schleifwerkzeug (1) in das Werkstück zugestellt. Das Werkstück steht still, während das Schleifwerkzeug in zwei normalen Ebenen im Verhältnis W₁:W₂=Z₂ rotiert. Zum Nachschärfen des Schleifwerkzeuges wird dieses rotie­ rend durch lineare Längs- und radiale Zustellbewegung schraubwäl­ zend mittels Abrichtwerkzeug nachgeformt.

Fig. 3 zeigt das verfahrensgemäße Abrichtwerkzeug nach DIN 867.

Fig. 4 zeigt schematisch einen verfahrensgemäßen Schleifkopf (4) zur zentralen Schwenkung des Schleifwerkzeuges mittels Kreisbogen­ führung (5), drehbar ortsfest im Schleifschlitten (6) und linear am Maschinenständer (7) geführt, Schleifmaschinenantriebmotor (8) treibt über Kegelstirnradrädergetriebe Schleifwerkzeug (11) an, dieses ist in der tiefsten Schleiflage positioniert und hat das Innenstirnrad (2) fertiggeschliffen, der Schlitten (12) mit Dreh­ teller (10) auf Lagern (11) drehbar gelagert, Schlitten (12) linear verschiebbar zum Ständer (7) und zum Schleifwerkzeug ein­ stellbar. Abrichtwerkzeug (3) radial und schwenkbar verstellbar mit dem Drehteller (10) verbunden. Schleifkopf (4) mit Hilfe des Reitstocklagers (13) abgestützt.

Sachwortverzeichnis

 1 nachformbares Schleifwerkzeug als konvexinnenschraubende Globoidschraubschnecke ausgebildet
 2 evolventenförmige Innenzahnradzahn- und Innengloboidradzahnflanken
 3 diamantbeschichtetes Abrichtwerkzeug mit Zahnstangenbezugsprofil nach DIN 867
 4 Schleifkopf
 5 Kreisbogenführung
 6 Schleifschlitten
 7 Maschinenständer
 8 Schleifscheibenantriebmotor
 9 Zentrierring
10 Drehteller
11 Drehlager
12 Schlitten
13 Reitstocklager

Zeichenbedeutung

β = Schrägungswinkel
β_o = mittlerer Steigungswinkel des Schleifprofilganges zur Rotationsebene
δ = Gesamtschwenkwinkel
Δδ = überlagerter Schwenkwinkel
W₁ = Winkelgeschwindigkeit der Schleifscheibe
W₂ = relative Winkelgeschwindigkeit des Werkstückes im Teilkreis
Z₁ = Schleifwerkzeugschraubgangzahl
Z₂ = Zähnezahl des Werkstückes
t = Stirnteilung
d_o1 = Schleifwerkzeugteilkreis in der Rotationsebene
d_o2 = Werkstückteilkreis

Claims (3)

1. Verfahren zum Schleifen von Evolventenzähnen mit Hilfe einer innen­ schraubenden, konvexen Schleifgloboidschraubschnecke als nachform­ bares Schleifwerkzeug 1 zur wirtschaftlichen Korrektur von härtever­ zogenen Innenzahnrad- und Innengloboidradzahnflanken mittels Schleif­ scheibenkörper nach DIN 69100 und mittels bekanntem und diamantbesetz­ tem Zahnstangenprofilierabrichtwerkzeug nach DIN 867 geformt, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung der konvexgloboiden Schnecke 1 schraubwälzend durch deren ortsfeste radiale, relative Zustellung zum Profilwerkzeug 3 bei gleichzeitiger verhältnisstarrer, gekoppel­ ter Rotation um ihre Drehachse und ihre normale Rotationsebene um die Werkstückachse erfolgt, daß durch die Profilierung ein modifiziertes, konvexes Evolventenschraubhüllprofil in die Schleifwerkzeugoberfläche eingeschnitten wird, daß dies sich über mehrere globoide Schraubgang­ umläufe ausdehnt, daß diese mehrgängige Ausdehnung gleichzeitig die doppelte Anzahl Zahnflanken evolventenartig hüllschleifend korrigiert, daß die hüllschleifende Korrektur der Zahnflanken nur globoidschrau­ bend und nicht wälzend erfolgt, daß demnach bei Schraubzähnezahl Z=1 der Schleifschnecke (1) die relative Werkstückwinkelgeschwindigkeit W₂ gleich der Schleifwerkzeugwinkelgeschwindigkeit W₁ geteilt durch Werkstückzähnezahl Z₂ bzw. Teilung ist, daß die Schleiflinearbewegung der Schleifwerkzeugachse als Funktion des Zahnsteigungswinkels β eine Rotationsebenenschwenkung um die Werkstückachse bewirkt, daß nach der ersten Profilierung der konvexen Schleifschnecke in bezug auf ein bestimmtes Werkstück und dem mittigen Ausrichten des Werkstük­ kes zu den Schleifprofilflanken, alle weiteren Nachprofilierungen und Schärfungen der Schleifprofilflanken bei konstanten Winkelgeschwindig­ keiten und relativem konstantem Winkelgeschwindigkeitsverhältnis von Werkstück und Schleifwerkzeug durchgeführt wird, daß der radiale Ver­ schiebungsbetrag des Abrichtwerkzeuges das Maß der Evolventenzahn­ korrektur bestimmt, daß die Position der Schleifwerkzeugachse in der Mittelschnittebene eines konkaven Globoidschneckenrades nach DE 36 42 816 A1 und der radialen Positionszustellung zum Radteilkreis bei Kongruenzdeckung mit der Schleifschnecke eine solche Schleifkor­ rektur der härteverzogenen globoiden Evolventenschraubradzahnflanken erzeugt, die die genaue Paarung mit einer gehärteten geschliffenen konvexen Evolventenhüllgloboidschnecke ermöglicht unter der Voraus­ setzung, daß diese unter denselben evolventenschraubprofilbestimmen­ den Parametern erzeugt wurde wie die gleichgroße Endmaßschleifgloboid­ schnecke, daß bei großem Flankensteigungswinkel β zur Vermeidung von Mehrgängigkeit der Schraubschleifgänge (Z₁ < 1) die Rotationsebene der Schleifschnecke in die Steigungsrichtung geschwenkt ist, daß die Erzeugung der Zahnradevolventenflanken mittels Zahnstangenwerkzeug nach DIN 867 die Einhaltung einer bestimmten, konvexen Globoidschnek­ kengröße umgeht, und stattdessen die Verwendung von Schleifkörpern unterschiedlicher Formradien ermöglicht.

2. Schleifmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß deren verfahrensgemäße Konstruktion baugruppengegliedert ist und mit bekann­ ten Werkstoffen und Verfahren hergestellt wird, daß die Steuerungski­ nematik wie bekannt mittels Getriebeelementen wie Stirnrad, Kegelrad und Schneckengetriebe erfolgt, daß die ortsfeste drehbare Lagerung der rotierenden Funktionselemente wie Schleifscheiben, Werkstückteller mit ebenfalls bekannten Lagern wälzend oder gleitend erfolgt, daß die Antriebsenergie mit Hilfe drehzahlgeregelten Drehstrommotores zugeführt wird, daß lineare Zustellungswege elektromechanisch und elektrohydrau­ lisch mit bekannten Maschinenelementen ausgeführt werden, daß funktions­ abhängige Winkelgeschwindigkeitsverhältnisse mittels Wechselrädern fest eingestellt werden, daß funktionsabhängige überlagerte Schwenkbe­ wegungen von einem einstellbaren Führungslineal im Zusammenwirken mit einem Zahnstangenstirnrad, Kegeltriebritzel-Stirnradstufe abgeleitet werden.

3. Schleifmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß ihre ver­ fahrensgemäße Steuerung rechnergesteuert nach Programm erfolgt, daß die Synchronisation von Winkelgeschwindigkeiten nicht mechanisch son­ dern rechnergesteuert mittels bekannten Schrittschaltmotoren gelöst wird, daß alle Zustellbewegungen mittels Servo-Steuerungen erfolgen.