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1. WO1995007163 - PROCEDE POUR LE POSITIONNEMENT DE DEUX FACES ACTIVES D'UNE MEULE PAR RAPPORT AUX SURFACES DES FLANCS D'UNE PIECE A SYMETRIE DE REVOLUTION A PROFIL EXTERIEUR DENTE

Note: Texte fondé sur des processus automatiques de reconnaissance optique de caractères. Seule la version PDF a une valeur juridique

[ DE ]
Verfahren zum Positionieren zweier Schleifscheibenwirkflächen zu den Flankenflächen eines rotationssymmetrischen
Werkstückes mit rillenförmigem Außenprofil

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Positionieren
zweier Schleifscheibenwirkflächen zu den Flankenflächen
eines rotationssymmetrischen Werkstückes mit rillenförmigem Außenprofil, insbesondere eines Zahnrades, dessen
5 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 sig- 10 nalisiert wird.

Es sind bereits Verfahren bekannt, nach denen das Positionieren der Schleifscheiben mit ihren Wirkflächen zu
den zu bearbeitenden Flächen eines rotationssymmetrischen 15 Werkstückes mit rillenförmigem Außenprofil vorgenommen
wird.

Nach dem DD-AP 286 530 ist ein Verfahren zum Positionieren von Schleifscheibe und Zahnrad bekannt, bei dem, be- 20 zogen auf das Zahnflankenschleifen nach dem Teilwälzverfahren, der Einmittvorgang automatisch abläuft. Diese Lösung ist nur anwendbar beim Teilwälzschleifen im Einflankenschliff, da gemäß den Verfahrensschritten eine tangen- tiale Verschiebung zur Schleifscheibe vorgenommen wird.
25 Damit ist diese bekannte Lösung aufgrund der kinematischen
Verhältnisse nur eingeschränkt anwendbar und läßt sich v nicht auf andere Zahnradschleifverfahren übertragen. Ins- "ϊ besondere für das Profilschleifen von Zahnrädern ist sie
ungeeignet, da Werkstück und Schleifscheibe in tangentia- 30 1er Richtung grundsätzlich eine feste Zuordnung zueinander besitzen müssen.

Des weiteren weist diese bekannte Lösung funktionelle Mängel auf, wodurch die Automatisierbarkeit des Positioniervorganges unter Berücksichtigung möglicher Ausgangspositionen 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 Po-sitionen der Schleifscheibe zum Zahnrad ist möglich. Beginnt der Einmittvorgang aus einer Position heraus, bei der die symmetrische Ausgangsstellung von Schleifscheibe und Zahnrad nicht gegeben ist, werden die Flankenflächen des Zahnrades in unterschiedlicher Profiltiefe berührt. Dieser Umstand führt zu einer Verfälschung der daraus ermittelten Position für die Zahnlückenmitte, so daß die Genauigkeit des Positionierverfahrens beeinträchtigt ist. Ein weiterer Mangel des beschriebenen Verfahrens besteht darin, daß die Berührung von Schleifscheibe 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 Ein-stellwerte.

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 gesamten Zahnrad erfolgt. Qualitätseinbußen beim Schleifen des gesamten Zahnrades aufgrund unterschiedlicher Spanabnahme an den Flankenflächen sowie eine erhöhte Ausschußgefahr im Prozeß der bedienerlosen Ferti-gung sind die Folge.

In der Patentschrift DE 36 15 365 Cl ist ein Verfahren zur Bearbeitung der Zahnflanken eines Zahnrades beschrieben, bei dem das vorverzahnte Werkstrück in eine definierte Winkellage 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 gespeichert. Bei den nachfolgenden Werk-stücken wird die Phasenlage 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 werden muß . Eine durchgängige Automatisierung des gesamten Bearbeitungsprozesses ist demzufolge nicht möglich. Des weiteren ist die Ermittlung einer Aufmaßposition zur Gewährleistung einer annähernd gleichen Spanabnahme beim Schleifen des Zahnrades nicht gegeben.

Ein weiteres Verfahren zum Positionieren von stirnverzahnten Werkstücken ist aus dem DD-AP 293 524 bekannt. Hierbei werden mit einem optoelektronischen Sensor, der sich zwischen Fuß- und Kopfkreisradius im Normalschnitt zur Verzahnung befindet, durch fortlaufende Bildauswertung während der Drehbewegung des Werkstückes die Positionen der rechten und linken Zahnflanke erfaßt. Mit ei-ner sich daran anschließenden Signalaufbereitung werden die notwendigen Steuerinformationen zum automatischen Einmitten der Schleifscheibe erstellt. Nachteilig bei dieser Lösung ist insbesondere, daß sich die Anwendung des beschriebenen Verfahrens auf den Einflankenschliff beim Teilwälzschleifen beschränkt und somit eine universelle Anwendung ausgeschlossen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das es ermöglicht, bereits beim ersten Werkstück einer Serie Schleifscheibenwirkflächen und Flankenflächen des Werkstückes aus einer beliebigen Drehposition heraus, ohne den Eingriff einer Bedienperson, in wenigen Schritten automatisch so zueinander zu positionieren, daß eine gleichmäßige Spanabnahme sowie ein Mindestschleifabtrag an den Flankenflächen des Werkstückes im nachfolgenden Bearbeitungs-prozeß 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 radialen Position der Schleifscheibenwirkflächen zur
Durchführung des Verfahrensschrittes g.
Im Patentanspruch 3 ist die vorteilhafte Art und Weise der Durchführung des Verfahrensschrittes h vorgesehen.

Zur Bestimmung der zweiten Mittenposition nach Verfahrensschritt j werden vorteilhafterweise unterschiedliche Drehpositionen bei unterschiedlich bemessenem Aufmaß am Werk-stück berücksichtigt.

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

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

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen insbesondere darin, daß die Positionierung der Schleif- scheibenwirkflachen 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 notwendig ist.

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

Durch den Ablauf der erfindungsgemäßen Verfahrenssehrit-te wird eine gleichmäßige Spanabnahme sowie ein Mindest-schleifabtrag an den Flankenflächen des Werkstückes im nachfolgenden Bearbeitungsvorgang gewährleistet. Dadurch wird Ausschuß infolge von Schleifbrand sowie durch nicht geschliffene Flächen vermieden.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet weiterhin den Vorteil, 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 erläutert 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 inner- halb der Zahnlücke

Fig. 4 das Ermitteln der Drehpositionen in drei Testlücken und 2 Testebenen zum Bestimmen der zweiten Mittenposition bei ausreichend und bei ge- ring bemessenem Aufmaß

Gemäß Figur 1 werden zunächst die Schleifscheibenwirkflächen 2.1 und 2.2 tangential symmetrisch zur Profil-mittellinie 3, die die Werkstückachse schneidet und senkrecht zur Schleifscheibenachse steht, positioniert.

In dieser Ausgangslage vor dem Einmitten befindet sich der Außendurchmesser dsa der Schleifscheibenwirkflächen 2.1. und 2.2 radial in einer Sicherheitsposition 4 außerhalb des Außendurchmessers da des Zahnrades 1. Die
Sicherheitsposition 4 wird in Abhängigkeit vom Härteverzug des Zahnrades 1 vorgegeben.

Zum Erreichen einer ersten Einmittposition 5 wird ein radiales Wegintervall festgelegt. In der ersten Einmittposition 5 liegt der Außendurchmesser dsa der Schleif-scheibenwirkflachen 2.1 und 2.2 unmittelbar unterhalb des Außendurchmessers d 3. des Zahnrades 1. '

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

Anschließend wird dem Zahnrad 1 eine Drehbewegung in einer Richtung erteilt, bis Berührung der Schleifschei- benwirkflache 2.1 mit einer Flankenfläche des Zahnrades 1 eintritt. Die Berührung wird über einen Schleifsensor signalisiert und der Drehwinkel , über das Drehwinkel-meßsystem als Drehposition der Steuerung übermittelt und von dieser abgespeichert.

Nach der Umkehr der Drehrichtung des Zahnrades 1 wird in analoger Weise der Drehwinkel 2 ermittelt, der als zweite Drehposition der Steuerung übermittelt und von dieser abgespeichert wird. Die Steuerung berechnet den

Mittelwert ψ , bezogen auf die erste Einmittposition aus den beiden Drehwinkeln ψ und f * 2 nach der Beziehung

r<ni β ~έ .
Das Zahnrad 1 wird nun in dieser ersten Mittenposition f , zur Profilmittellinie 3 positioniert, wobei ein DrehwinkelmeßSystem die Drehbewegung des Zahnrades 1 kontrolliert.

Beim Einmittvorgang nach Figur 2 werden die Schleifscheibenwirkflächen 2.1 und 2.2 aus einer Sicherheitsposition 4 heraus ebenfalls im Schleichgang in Richtung des feststehenden Zahnrades 1 radial verfahren. Bereits vor dem Erreichen 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 Verfahrbewegung der Schleifscheibenwirkflächen 2.1 und 2.2 gestoppt.

Nach dem Zurückfahren der Schleifscheibe 2 auf die
Sicherheitsposition 4 wird das Zahnrad 1 um einen frei

Wählbaren Winkelbetrag Δ ψ , vorzugsweise um den halben Teilungswinkel ( - 2"- ) , gedreht.

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

Der weitere Ablauf zum Erreichen der ersten Mittenposition Y , ist vorstehend zu Figur 1 beschrieben.

Aus der ersten Mittenposition ψ , werden, wie in Figur 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 vorzugsweise die Position gewählt, bei der der Außendurchmesser dsa„ der Schleifscheibenwirkflächen 2.1 und

2.2 im Bereich des Teilkreisdurchmessers d des Zahnrades 1, also in der Mitte der Zahnhδhe liegt.

In Figur 4 ist gezeigt, daß in dieser zweiten Einmittposition f 2 ^n mindestens zwei Stirnebenen A und B des Zahnrades 1 an mehreren Stellen die bereits zu Figur 1 beschriebene Verfahrensweise zur Ermittlung der Drehpositionen des Zahnrades 1 angewendet wird. Dabei werden vorzugsweise an drei gleichmäßig 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 Berührung gebracht. Zum Weiterdrehen zur nächsten Testlücke des Zahn-rades 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 Schleifscheibenwirk-flächen 2.1 und 2.2 zur anderen Testebene verfahren und der Vorgang zur Ermittlung der Drehpositionen dort durchgeführt.

Alle ermittelten Drehpositionen werden abgespeichert. Die Drehpositionen verkörpern das in den jeweiligen Testlücken 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 ermit-telt.

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 cha-rakteristischen Drehpositionen errechneten zweiten Mittenposition T 2 Positioniert, die der endgültigen Mittenposition des Zahnrades 1 entspricht.

In Abhängigkeit von dem am Zahnrad 1 vorhandenen Auf-maß haben die ermittelten Drehpositionen unterschiedlichen Einfluß auf die Bestimmung der zweiten Mittenposition Y' m2 des Zahnrades 1. Bei ausreichend bemessenem

Aufmaß wird die zweite Mittenposition ψ » vorzugsweise aus den am weitesten außen liegenden Drehpositionen 9 be-stimmt. Bei gering bemessenem Aufmaß erfolgt die Bestimmung der zweiten Mittenposition -Ψ „ vorzugsweise aus den am weitesten innen liegenden Drehpositionen 10, um zu gewährleisten, daß beide Zahnflanken ausreichend geschliffen werden.

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

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

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1 Werkstück (Zahnrad)
2 Schleifscheibe
2.1 linke Schleifscheibenwirkflache
2.2 rechte Schleifscheibenwirkflache
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= Außendurchmesser Werkstück
dsa_ Außendurchmesser Schleifscheibe
Y> Drehwinkel
._, erste Mittenposition
ψ • 2 zweite Mittenposition
" Teilungswinkel
I, II, III Testlücken