CH721617B1 - Verfahren zur bearbeitung von vorverzahnten werkstücken durch kontinuierliches wälzschleifen und entsprechende verzahnmaschine - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Bearbeitung von vorverzahnten Werkstücken durch kontinuierliches Wälzschleifen mit einer Schleifschnecke (100) angegeben. Die Schleifschneckel (100) wird abgerichtet (151), und es werden Werkstücke mit der abgerichteten Schleifschnecke (100) bearbeitet (152). Im Verlauf der Bearbeitung (152) der Werkstücke wird ein Arbeitsbereich (110) der Schleifschnecke (100) von Kontaktpfaden zwischen der Schleifschnecke (100) und den Werkstücken überstrichen. Dieses Überstreichen erfolgt mehrmals in jeweils einem Durchgang (N). Für jeden Durchgang (N) wird mindestens eine Verschleisskenngrösse bestimmt, die einen Verschleisszustand des Arbeitsbereichs (110) charakterisiert, und in Abhängigkeit von der Verschleisskenngrösse wird automatisch eine Entscheidung (153) getroffen, ob der Arbeitsbereich (110) für einen weiteren Durchgang (N) genutzt wird, bevor er erneut abgerichtet (154) wird. Ebenfalls offenbart wird eine entsprechend ausgebildete Verzahnmaschine.

Description

TECHNISCHES GEBIET

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung von vorverzahnten Werkstücken durch kontinuierliches Wälzschleifen sowie eine Verzahnmaschine, die zur Durchführung eines solchen Verfahrens hergerichtet ist.

STAND DER TECHNIK

[0002] Bei der Verzahnungsfertigung ist die abschliessende Hartfeinbearbeitung einer der wichtigsten Arbeitsschritte bezüglich der erzeugten Verzahnungsqualität. Hierbei wird die später im Zahneingriff befindliche Geometrie gefertigt. Ein häufig zur Hartfeinbearbeitung eingesetztes Verfahren ist das kontinuierliche Wälzschleifen. Informationen zu den Grundlagen des kontinuierlichen Wälzschleifens finden sich z.B. in H. Schriefer et al., „Kontinuierliches Wälzschleifen von Verzahnungen“, Eigenverlag Reishauer AG, Wallisellen, Juni 2008, ISBN 978-3-033-01447-3, siehe insbesondere das Kapitel 2.

[0003] Beim kontinuierlichen Wälzschleifen wird ein vorverzahntes Werkstück im Wälzeingriff mit einem rotierenden Schleifwerkzeug in Form einer schneckenförmig profilierten Schleifscheibe (Schleifschnecke) bearbeitet. Die Bearbeitung erfolgt in einem oder mehreren Schleifhüben. Während jedes Schleifhubs wird die Schleifschnecke relativ zur Werkstückverzahnung entlang der Werkstückachse bewegt (sogenannte axiale Vorschubbewegung), während das Werkstück im Wälzeingriff mit der Schleifschnecke um seine Werkstückachse rotiert.

[0004] Häufig wird das Werkstück zunächst in einem oder mehreren Schrupphüben bearbeitet, gefolgt von einem oder mehreren Schlichthüben. Die Schrupp- und Schlichthübe unterscheiden sich dabei voneinander durch die Schleifleistung: In den Schlichthüben wird meist eine geringere Zustellung und/oder axiale Vorschubgeschwindigkeit und dadurch eine geringere Schleifleistung als in den Schrupphüben gewählt, um eine genauere Einhaltung der Qualitätsvorgaben sicherzustellen.

[0005] Während jedes Schleifhubs gelangt ein bestimmter Bereich der Schleifschnecke mit dem jeweiligen Werkstück in den Bearbeitungseingriff. Durch den Bearbeitungseingriff ist die Schleifschnecke in diesem Bereich einem Verschleiss ausgesetzt. Um jeweils wieder frische, noch unverbrauchte Bereiche der Schleifschnecke in Eingriff mit dem Werkstück zu bringen, ist es bekannt, die Schleifschnecke relativ zum Werkstück diskontinuierlich oder kontinuierlich entlang ihrer Schneckenachse zu verschieben (sogenanntes „Shiften“ der Schleifschnecke). Dazu sind verschiedene Shiftstrategien bekannt.

[0006] Beim „diskontinuierlichen Shiften“ erfolgen alle Schrupphübe bei der Bearbeitung eines Werkstücks an derselben Shiftposition der Schleifschnecke. Anschliessend erfolgt üblicherweise ein sogenannter Shiftsprung zu einer Shiftposition für das Schlichten, und alle Schlichthübe werden an dieser Shiftposition durchgeführt. Nach der Beendigung des Schlichtens erfolgt ein sogenannter Shiftrücksprung an eine neue Shiftposition für das Schruppen des nächsten Werkstücks. Während der Schrupphübe bzw. während der Schlichthübe wird die Shiftposition nicht verändert. Der Bediener wählt die Grösse des Shiftsprungs und des Shiftrücksprungs dabei meist aufgrund von vorgegebenen Formeln oder Erfahrungswerten.

[0007] Beim heute überwiegend eingesetzten „kontinuierlichen Shiften“ wird zusätzlich während jedes Schrupp- und Schlichthubs kontinuierlich eine Shiftbewegung überlagert. Auch die Wahl des Shiftbetrags pro Schleifhub bzw. der sich daraus ergebenden Shiftvorschubgeschwindigkeit erfolgt dabei wiederum aufgrund von vorgegebenen Formeln oder anhand der Erfahrung des Bedieners.

[0008] Häufig werden beim Wälzschleifen abrichtbare Schleifschnecken eingesetzt. Wenn die Schleifschnecke über ihren gesamten Arbeitsbereich geshiftet wurde, wird sie jeweils frisch abgerichtet. Dazu kommen Abrichtwerkzeuge zum Einsatz, die meist diamantbeschichtet sind. Beim Abrichten verkleinert sich der Aussendurchmesser der Schleifscheibe. Nach einer bestimmten Zahl von Abrichtvorgängen ist die Schleifschnecke verbraucht und muss ersetzt werden. Auch die Abrichtwerkzeuge werden mit jedem Abrichtvorgang zunehmend abgenutzt. Die Zahl der Abrichtvorgänge beeinflusst somit nicht nur die Standzeit der Schleifschnecke, sondern auch die Standzeit der Abrichtwerkzeuge. Die Kosten der Schleifschnecken und der Abrichtwerkzeuge stellen dadurch einen substantiellen Anteil der laufenden Kosten dar. Zudem können während des Abrichtens keine Werkstücke bearbeitet werden, so dass jeder Abrichtvorgang die Zykluszeit verlängert. Insgesamt stellt das Abrichten damit sowohl einen erheblichen Kostenfaktor als auch einen erheblichen Zeitfaktor dar. Es ist daher grundsätzlich wünschenswert, die Schleifschnecke jeweils erst nach der Bearbeitung einer möglichst grossen Zahl von Werkstücken abzurichten.

[0009] In der Praxis wird die Schleifschnecke jedoch häufig früher abgerichtet, als das objektiv gesehen nötig wäre. So steht bei vielen Anwendern im Vordergrund, Fertigungsabweichungen an den fertig bearbeiteten Werkstücken um jeden Preis zu vermeiden. Dazu agieren die Anwender oft übervorsichtig, indem sie das Verfahren so auslegen, dass die Schleifschnecke schon nach der Bearbeitung einer verhältnismässig geringen Zahl von Werkstücken abgerichtet wird.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0010] Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Bearbeitung von vorverzahnten Werkstücken durch kontinuierliches Wälzschleifen anzugeben, das eine verbesserte Ausnutzung der Schleifschnecke ermöglicht.

[0011] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

[0012] Es wird ein Verfahren angegeben zur Bearbeitung von vorverzahnten Werkstücken durch kontinuierliches Wälzschleifen mit einer Schleifschnecke, die um eine Schneckenachse rotiert, wobei die Schleifschnecke mindestens einen Arbeitsbereich aufweist, in dem sie in einen Bearbeitungseingriff mit den Werkstücken kommt, wobei das Verfahren aufweist: Abrichten der Schleifschnecke; und Bearbeiten der Werkstücke im Bearbeitungseingriff mit dem Arbeitsbereich der Schleifschnecke, nachdem die Schleifschnecke abgerichtet wurde, wobei die Schleifschnecke im Verlauf der Bearbeitung der Werkstücke von Kontaktpfaden zwischen der Schleifschnecke und den Werkstücken überstrichen wird, wobei der Arbeitsbereich mehrmals in jeweils einem Durchgang überstrichen wird, der jeweils mindestens einen Schleifhub umfasst, wobei für jeden Durchgang mindestens eine Verschleisskenngrösse bestimmt wird, die einen Verschleisszustand des Arbeitsbereichs charakterisiert, und wobei in Abhängigkeit von der mindestens einen Verschleisskenngrösse automatisch eine Entscheidung getroffen wird, ob der Arbeitsbereich für einen weiteren Durchgang genutzt wird, bevor er erneut abgerichtet wird.

[0013] Bei der Bearbeitung der Werkstücke wird jedes Werkstück mit jeweils mindestens einem Schleifhub bearbeitet. Während jedes Schleifhubs wird die Schleifschnecke relativ zum betreffenden Werkstück entlang der Werkstückachse bewegt, während das Werkstück im Bearbeitungseingriff mit der Schleifschnecke um eine Werkstückachse rotiert (axiale Vorschubbewegung). Im vorgeschlagenen Verfahren wird während der Bearbeitung der Werkstücke ein Arbeitsbereich der Schleifschnecke in mehreren Durchgängen (z.B. mindestens 2, 3, 4, 5 oder mehr Durchgängen) vom Kontakt mit den Werkstücken überstrichen, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig überstrichen. Jeder Durchgang umfasst mindestens einen Schleifhub. Das Überstreichen des Arbeitsbereichs erfolgt, indem die Schleifschnecke im Verlauf der Bearbeitung der Werkstücke, insbesondere während mindestens eines Schleifhubs pro Durchgang und/oder zwischen aufeinanderfolgenden Schleifhüben, durch eine Shiftbewegung entlang der Schneckenachse relativ zu den Werkstücken verschoben wird. Dabei wird das Verfahren vorteilhafterweise so geführt, dass der Arbeitsbereich in jedem Durchgang nur so wenig beansprucht wird, dass zu erwarten ist, dass der Arbeitsbereich erst nach mehreren Durchgängen erneut abgerichtet werden muss. Für jeden Durchgang wird der Verschleisszustand des Arbeitsbereichs ermittelt. Solange der Verschleisszustand eine weitere Bearbeitung von Werkstücken mit dem Arbeitsbereich ermöglicht, wird die Bearbeitung mit einem weiteren Durchgang fortgesetzt. Erst wenn die Schleifschnecke einen unerwünschten Verschleisszustand erreicht hat, wird der Arbeitsbereich nicht mehr für die Bearbeitung weiterer Werkstücke genutzt, bevor er erneut abgerichtet wird.

[0014] Beim Arbeitsbereich handelt es sich um einen Bereich der Schleifschneckenoberfläche. Dabei kann es sich um einen zusammenhängenden Bereich der Schleifschneckenoberfläche oder einen aus mehreren disjunkten (nicht überlappenden) Teilen zusammengesetzten Bereich handeln. Die Schleifschnecke kann mehrere Arbeitsbereiche aufweisen.

[0015] Die mindestens eine Verschleisskenngrösse kann auf einem Leistungsindikator basieren, der eine momentane Schleifleistung während des jeweiligen Durchgangs charakterisiert. Der Durchgang kann einen oder mehrere Schleifhübe umfassen. Bei der mindestens einen Verschleisskenngrösse kann es sich z.B. um ein auf dem Leistungsindikator basierendes Intensitätsmass für eine Schleifintensität während mindestens eines dieser Schleifhübe handeln, insbesondere um ein Maximum, ein Integral, einen Mittelwert oder einen tiefpassgefilterten spektralen Anteil des Leistungsindikators im Verlauf des mindestens einen Schleifhubs. Bei dem Leistungsindikator kann es sich insbesondere um die Leistungs- und/oder Stromaufnahme einer Werkzeugspindel handeln, mit der die Schleifschnecke zu ihrer Drehung angetrieben wird. Die Verschleisskenngrösse braucht aber nicht notwendigerweise auf einem Leistungsindikator zu basieren. Beispielsweise kann eine Verschleisskenngrösse auch auf der Basis einer spektralen Analyse von Körperschallsignalen, die während des jeweiligen Schleifhubs aufgezeichnet werden, bestimmt werden.

[0016] Um die Abhängigkeit der Verschleisskenngrösse von Verfahrensparametern wie beispielsweise dem Aussendurchmesser der Schleifscheibe, dem Werkstückdurchmesser und -modul und/oder der Zustellung zu verringern und so die Vergleichbarkeit der Verschleisskenngrösse bei unterschiedlichen Bearbeitungssituationen sicherzustellen, kann vorgesehen sein, dass bei der Bestimmung der Verschleisskenngrösse eine Normierungsoperation durchgeführt wird, mit der die Verschleisskenngrösse normiert wird. Die Normierungsoperation hängt dabei von mindestens einem Verfahrensparameter ab, wobei es sich bei dem Verfahrensparameter um mindestens einen geometrischen Parameter der Schleifschnecke, mindestens einen geometrischen Parameter des Werkstücks und/oder mindestens einen Einstellparameter der Werkzeugmaschine handelt. Dabei wird die Normierungsoperation derart durchgeführt, dass die normierte Verschleisskenngrösse weniger stark von dem mindestens einen Verfahrensparameter abhängt als ohne die Normierungsoperation. Insbesondere kann die Normierungsoperation derart durchgeführt werden, dass die Verschleisskenngrösse weniger stark von Änderungen des Aussendurchmessers der Schleifscheibe aufgrund der Abrichtvorgänge abhängt als ohne die Normierungsoperation. Sobald sich einer der genannten Verfahrensparameter ändert, insbesondere der Aussendurchmesser der Schleifscheibe, wird die Normierungsoperation vorzugsweise neu berechnet.

[0017] Wenn der Verschleissindikator auf einem Leistungsindikator basiert, kann die Neuberechnung der Normierungsoperation insbesondere die Anwendung eines Modells umfassen, das eine erwartete Abhängigkeit des Leistungsindikators von den genannten Verfahrensparametern beschreibt, insbesondere eines Modells einer Prozesskraft oder Prozessleistung. Für weitere Überlegungen zur Normierungsoperation wird auf die Veröffentlichungsschrift WO2021048027A1 verwiesen, deren Inhalt durch Verweis vollständig in die vorliegende Offenbarung aufgenommen wird.

[0018] In einigen Ausführungsformen wird während mindestens eines Schleifhubs im Verlauf jedes Durchgangs, z.B. für alle Schleifhübe im Verlauf jedes Durchgangs, gleichzeitig mit der axialen Vorschubbewegung eine Shiftbewegung ausgeführt, während die Schleifschnecke im Bearbeitungseingriff mit dem jeweiligen Werkstück steht, d.h., die Schleifschnecke wird relativ zum Werkstück kontinuierlich sowohl entlang der axialen Vorschubrichtung als auch entlang der Shiftrichtung verschoben (sogenannte Diagonalbewegung). Dadurch legt die Schleifschnecke während des Bearbeitungseingriffs im betreffenden Schleifhub insgesamt einen bestimmten Shiftweg entlang der Shiftrichtung und einen bestimmten axialen Hubweg entlang der axialen Vorschubrichtung relativ zum Werkstück zurück. Das Verhältnis von Shiftweg zu axialem Hubweg wird als „Diagonalverhältnis“ bezeichnet.

[0019] In einigen Ausführungsformen kann die Schleifschnecke mindestens eine Schneckengangflanke umfassen, die im Arbeitsbereich eine breitenabhängige Modifikation aufweist, d.h. eine Modifikation der Schneckengangflanke, die sich entlang der Schneckenachse (d.h. in der Breitenrichtung der Schleifschnecke) verändert. Schnecken mit breitenabhängig modifizierten Schneckengangflanken werden z.B. beim sogenannten Twist Control Grinding (TCG) eingesetzt, wie es beispielsweise in W. Graf, „Twist Control Grinding“, Gear Technology, Juni 2017, Seiten 48-53 dargestellt ist. Die breitenabhängige Modifikation kann dann durch die Diagonalbewegung auf die Werkstückflanken abgebildet werden. Insbesondere kann es sich um eine sogenannte topologische Modifikation der Schleifschneckenflanke handeln, die sowohl von der Breitenrichtung der Schleifschnecke als auch von der Profilrichtung abhängt.

[0020] Es ist aber auch möglich, dass die Schneckengangflanken im Arbeitsbereich entweder überhaupt keine Modifikation aufweisen, oder dass die Schneckengangflanken im Arbeitsbereich lediglich eine reine Profilmodifikation aufweisen, die sich in der Breitenrichtung der Schleifschnecke nicht verändert. Dadurch entsteht selbst bei einer Diagonalbewegung entweder überhaupt keine Modifikation auf den Werkstückflanken, oder es entsteht eine reine Profilmodifikation auf den Werkstückflanken, die sich entlang der Breitenrichtung des Werkstücks nicht ändert, insbesondere eine Profilwinkelmodifikation, Profilballigkeit, Profilwelligkeit, Kopfrücknahme und/oder Fussrücknahme der Werkstückflanken. Die Wahl des Diagonalverhältnisses kann in solchen Ausführungsformen rein unter technologischen Gesichtspunkten wie der Standzeit der Schleifschnecke, der Werkstückqualität und/oder der Rauheitsstruktur der Werkstückflanken erfolgen. Ein Beispiel ist das sogenannte „Low Noise Shifting“, wo das Diagonalschleifverfahren zur gezielten Beeinflussung der Rauheitsstruktur eingesetzt wird, siehe z.B. US6379217B1.

[0021] In einigen Ausführungsformen findet während jedes Durchgangs nur genau ein Schleifhub statt. Insbesondere wird der Arbeitsbereich in einigen Ausführungsformen während jedes Durchgangs genau einmal überstrichen. Das kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn die Schneckengangflanken im Arbeitsbereich eine breitenabhängige Modifikation aufweisen, die durch eine Diagonalbewegung auf die Werkstückflanken abgebildet wird.

[0022] In anderen Ausführungsformen erfolgt während jedes Durchgangs eine Mehrzahl von Schleifhüben. Dabei wird nicht notwendigerweise in jedem Schleifhub eines Durchgangs der gesamte Arbeitsbereich überstrichen. Insbesondere gibt es Ausführungsformen, in denen nicht in allen Schleifhüben eines Durchgangs derselbe Teil des Arbeitsbereichs überstrichen wird. In anderen Worten gibt es in solchen Ausführungsformen in jedem Durchgang mindestens zwei Schleifhübe, in denen unterschiedliche Teile des Arbeitsbereichs überstrichen werden. Die unterschiedlichen Teile des Arbeitsbereichs können überlappen oder disjunkt sein.

[0023] In einigen Ausführungsformen wird die mindestens eine Verschleisskenngrösse für jeden Durchgang mehrmals bestimmt, und aus den für den jeweiligen Durchgang bestimmten Werten der mindestens einen Verschleisskenngrösse wird mindestens eine abgeleitete Grösse ermittelt. Wenn pro Durchgang mehrere Schleifhübe stattfinden, kann z.B. die mindestens eine Verschleisskenngrösse mindestens einmal pro Schleifhub bestimmt werden. Bei der abgeleiteten Grösse kann es sich um eine statistische Kenngrösse handeln, die die statistische Verteilung der Werte der Verschleisskenngrösse im jeweiligen Durchgang charakterisiert, insbesondere um einen Lageparameter (z.B. das arithmetische Mittel oder den Median) und/oder eine Schwankungsgrösse (z.B. die Standardabweichung oder den Interquartilsabstand). Die Entscheidung, ob der Arbeitsbereich weiter genutzt wird, kann dann in Abhängigkeit von der mindestens einen abgeleiteten Grösse gefällt werden. Durch die Berücksichtigung mehrerer Werte der mindestens einen Verschleisskenngrösse pro Durchgang wird eine zuverlässigere Bestimmung des Verschleisszustands möglich, als wenn die mindestens eine Verschleisskenngrösse während jedes Durchgangs nur einmal bestimmt wird.

[0024] Die Entscheidung, ob der Arbeitsbereich weiter genutzt wird, kann beispielsweise anhand eines Vergleichs der Verschleisskenngrösse oder einer daraus abgeleiteten Grösse mit einem Schwellwert gefällt werden. In anderen Ausführungsformen kann die mindestens eine Verschleisskenngrösse oder eine daraus abgeleitete Grösse aber auch einer komplexeren Analyse unterzogen werden, z.B. einer Regressionsanalyse.

[0025] In einigen Ausführungsformen wird jedes der Werkstücke mit mindestens einem Schrupphub und mindestens einem Schlichthub bearbeitet. Für jedes Werkstück kann dann mindestens eine Schrupp-Verschleisskenngrösse bestimmt werden, die den Verschleisszustand der Schleifschnecke während eines oder mehrerer Schrupphübe charakterisiert, und für jedes Werkstück kann mindestens eine Schlicht-Verschleisskenngrösse bestimmt werden, die den Verschleisszustand der Schleifschnecke während eines oder mehrerer Schlichthübe charakterisiert. Um die Schrupp- und Schlichthübe auszuführen, kann die Schleifschnecke mindestens einen Schruppbereich und mindestens einen Schlichtbereich aufweisen.

[0026] Wie schon festgehalten, kann die Schleifschnecke zwei oder mehr Arbeitsbereiche aufweisen. In einigen Ausführungsformen wird die Entscheidung, ob einer dieser Arbeitsbereiche für einen weiteren Durchgang genutzt wird, unabhängig vom Verschleisszustand der anderen Arbeitsbereiche getroffen. Beispielsweise kann diese Entscheidung für einen Schruppbereich unabhängig vom Verschleisszustand des mindestens einen Schlichtbereichs getroffen werden.

[0027] Es ist aber auch denkbar, dass die Entscheidung, ob einer der Arbeitsbereiche für einen weiteren Durchgang genutzt wird, vom Verschleisszustand mindestens eines anderen Arbeitsbereichs beeinflusst wird. So wird in einigen Ausführungsformen die Entscheidung, ob ein Schrupp- oder Schlichtbereich für einen weiteren Durchgang verwendet wird, in Abhängigkeit sowohl von der mindestens einen Schrupp-Verschleisskenngrösse als auch von der mindestens einen Schlicht-Verschleisskenngrösse getroffen. Beispielsweise kann die Entscheidung anhand eines Vergleichs der mindestens einen Schrupp-Verschleisskenngrösse oder mindestens einer daraus abgeleiteten Grösse mit einem Schrupp-Schwellwert und eines Vergleichs der mindestens einen Schlicht-Verschleisskenngrösse oder mindestens einer daraus abgeleiteten Grösse mit einem Schlicht-Schwellwert gefällt werden. Beispielsweise kann es sich bei der Schrupp-Verschleisskenngrösse um ein Intensitätsmass für die Schleifintensität während mindestens eines Schrupphubs (kurz als Schruppintensität bezeichnet) handeln, und bei der Schlicht-Verschleisskenngrösse kann es sich um ein Intensitätsmass für die Schleifintensität während mindestens eines Schlichthubs (kurz als Schlichtintensität bezeichnet) handeln. Indem sowohl die Schrupp-Verschleisskenngrösse als auch die Schlicht-Verschleisskenngrösse für die Entscheidung berücksichtigt werden, kann die Abrichtentscheidung mit grösserer Zuverlässigkeit getroffen werden. Es ist aber auch denkbar, beispielsweise nur die Schrupp-Verschleissgrösse oder nur die Schlicht-Verschleisskenngrösse zu berücksichtigen.

[0028] Das Verfahren kann das erneute Abrichten des Arbeitsbereichs umfassen. In einigen Ausführungsformen werden alle Arbeitsbereiche der Schleifschnecke gemeinsam erneut abgerichtet. In anderen Ausführungsformen werden nur ein oder mehrere Arbeitsbereiche unabhängig von anderen Arbeitsbereichen erneut abgerichtet. Beispielsweise ist es möglich, gezielt nur einen, mehrere oder alle Schruppbereiche oder nur einen, mehrere oder alle Schlichtbereiche erneut abzurichten.

[0029] Jedes Werkstück weist eine Werkstückverzahnung mit Werkstückflanken auf. Auf jeder dieser Werkstückflanken gibt es einen Nutzbereich. Als „Nutzbereich“ wird derjenige Bereich der Werkstückflanke bezeichnet, der im späteren Einsatz in Kontakt mit den Flanken einer Gegenverzahnung kommt und somit das Tragbild der Verzahnung angibt. Der Nutzbereich kann im Rahmen der Auslegung der Verzahnung vorgegeben sein oder durch eine Bestimmung des Tragbilds unter vorgegebenen Lastbedingungen ermittelt werden. Das Verfahren kann das Vorgeben des Nutzbereichs umfassen, z.B. durch eine Eingabefunktion, mit der der Nutzbereich in geeigneter Form festgelegt wird, z.B. graphisch in einer Darstellung der jeweiligen Werkstückflanke. Als Nutzbereich kann gegebenenfalls auch die gesamte Werkzeugflanke definiert werden. Während jedes Schleifhubs werden die Werkstückflanken mit mindestens einer Schneckengangflanke der Schleifschnecke bearbeitet. In der Regel erfolgt die Bearbeitung mit mehr als einer Schneckengangflanke, im Falle einer mehrgängigen Schleifschnecke und beim üblichen Zweiflankeneingriff z.B. mit den linken und rechten Flanken jedes Schleifschneckengangs. Im Folgenden wird jedoch nur eine dieser Schneckengangflanken betrachtet. Für jeden Schleifhub wird derjenige Bereich auf der Schneckengangflanke, in dem die Schneckengangflanke während des betreffenden Schleifhubs den Bearbeitungseingriff mit dem Werkstück gelangt, als „Kontaktzone“ definiert. Jede dieser Kontaktzonen weist einen Bereich auf, der in Kontakt mit den Nutzbereichen der Werkstückflanken kommt. Dieser Bereich wird im Folgenden als „qualitätsbestimmender Bereich“ bezeichnet, da er die Werkstückqualität in den relevanten Bereichen der Werkstückflanken, nämlich den Nutzbereichen, beeinflusst. Wenn als Nutzbereich die gesamte Werkstückflanke betrachtet wird, erstreckt sich der qualitätsbestimmende Bereich über die gesamte Kontaktzone, d.h. die Kontaktzone und der qualitätsbestimmende Bereich sind dann identisch.

[0030] In einigen Ausführungsformen gibt es auf der Schneckengangflanke mehrere Kontaktzonen, deren qualitätsbestimmende Bereiche im Wesentlichen überlappungsfrei zu allen anderen Kontaktzonen angeordnet sind. Kontaktzonen, deren qualitätsbestimmende Bereiche im Wesentlichen überlappungsfrei zu allen anderen Kontaktzonen angeordnet sind, werden im Folgenden als „entkoppelte Kontaktzonen“ bezeichnet.

[0031] Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass mit jeder der entkoppelten Kontaktzonen ausschliesslich ein ganz bestimmter, ausgewählter Schleifhub pro Werkstück ausgeführt wird, z.B. der erste, zweite, dritte usw. Schleifhub des jeweiligen Werkstücks. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass jeder Schleifhub bei der Bearbeitung eines einzelnen Werkstücks mit einer anderen Kontaktzone ausgeführt wird (also z.B. erste Schleifhub mit einer ersten Kontaktzone, der zweite Schleifhub mit einer zweiten Kontaktzone, usw.).

[0032] Ein qualitätsbestimmender Bereich einer Kontaktzone ist dann „im Wesentlichen“ überlappungsfrei zu einer anderen Kontaktzone angeordnet, wenn er entweder überhaupt nicht mit der anderen Kontaktzone überlappt oder die Überlappung so gering ist, dass die verbleibende Überlappung auf die resultierende Qualität der Nutzbereiche der mit der betreffenden Kontaktzone gefertigten Verzahnung keinen messbaren Einfluss hat. Beispielsweise kann eine Kontaktzone auch dann noch als entkoppelt angesehen werden, wenn nicht mehr als 25% der Fläche des qualitätsbestimmenden Bereichs der Kontaktzone mit einer oder mehreren anderen Kontaktzonen überlappen, vorzugsweise nicht mehr als 15%, besonders bevorzugt nicht mehr als 5%.

[0033] Um von einer entkoppelten Kontaktzone in eine andere entkoppelte Kontaktzone zu gelangen, wird die Schleifschnecke zwischen zwei Schleifhüben relativ zur Bearbeitungsposition der Werkstücke entlang einer parallel zur Schneckenachse verlaufenden Shiftrichtung verschoben, ähnlich dem vorstehend erläuterten Shiftsprung bzw. Shiftrücksprung bei herkömmlichen Shiftstrategien. Bei den herkömmlichen Shiftstrategien werden der Shiftsprung und Shiftrücksprung jedoch so ausgeführt, dass der qualitätsbestimmende Bereich jeder Kontaktzone zumindest teilweise mit einer oder mehreren anderen zuvor oder später genutzten Kontaktzonen überlappt. Die Nutzung von entkoppelten Kontaktzonen ermöglicht demgegenüber eine bessere Kontrolle des Bearbeitungsprozesses, da der Verschleisszustand der Schleifschnecke in den qualitätsbestimmenden Bereichen der entkoppelten Kontaktzonen nicht vom Verschleisszustand schon früher genutzter, überlappender Kontaktzonen beeinflusst wird.

[0034] Neben den entkoppelten Kontaktzonen können auf der Schneckengangflanke auch noch weitere Kontaktzonen existieren, die wie bei herkömmlichen Shiftstrategien miteinander überlappen, und es ist möglich, dass nur ein Teil der Schleifhübe pro Werkstück mit entkoppelten Kontaktzonen ausgeführt wird, während ein oder mehrere andere Schleifhübe mit nicht entkoppelten Kontaktzonen ausführt werden. Beispielsweise ist es denkbar, nur die Schrupphübe mit entkoppelten Kontaktzonen auszuführen, während die Kontaktzonen der Schlichthübe überlappen, oder umgekehrt. In einigen Ausführungsformen sind jedoch alle Kontaktzonen, die auf der Schneckengangflanke genutzt werden, entkoppelte Kontaktzonen. Insbesondere können alle Schleifhübe bei der Bearbeitung aller Werkstücke ausschliesslich mit entkoppelten Kontaktzonen ausgeführt werden.

[0035] In einigen Ausführungsformen sind nicht nur die qualitätsbestimmenden Bereiche der entkoppelten Kontaktzonen im Wesentlichen überlappungsfrei zu allen anderen Kontaktzonen angeordnet, sondern die entkoppelten Kontaktzonen sind im Wesentlichen vollständig überlappungsfrei zu allen anderen Kontaktzonen angeordnet, d.h. sie überlappen entweder überhaupt nicht mit anderen Kontaktzonen, oder sie überlappen nur in einem solchen Masse mit anderen Kontaktzonen, dass dies auf die Qualität der mit diesen Kontaktzonen bearbeiteten Zahnflanken sowohl innerhalb als auch ausserhalb der Nutzbereiche keinen messbaren Einfluss hat.

[0036] Der Arbeitsbereich kann mindestens eine der entkoppelten Kontaktzonen umfassen. In einigen Ausführungsformen wird der Arbeitsbereich durch eine einzelne entkoppelte Kontaktzone gebildet. Jeder Durchgang kann dann einem einzelnen Schleifhub mit dieser Kontaktzone entsprechen. Die mindestens eine Verschleisskenngrösse charakterisiert dann den Verschleisszustand der Schleifschnecke in der entkoppelten Kontaktzone. In Abhängigkeit von der mindestens einen Verschleisskenngrösse wird dann automatisch eine Entscheidung gefällt, ob für einen unmittelbar oder zu einem späteren Zeitpunkt nachfolgenden Schleifhub ein Bearbeitungseingriff erneut in derselben Kontaktzone erfolgt oder diese Kontaktzone nicht mehr für weitere Schleifhübe genutzt wird, bevor die Schleifschnecke erneut abgerichtet wird. Bei diesem Vorgehen wird also jede entkoppelte Kontaktzone so oft für Schleifhübe genutzt, bis die Verschleisskenngrösse anzeigt, dass diese Kontaktzone verschlissen ist.

[0037] In anderen Ausführungsformen setzt sich der Arbeitsbereich aus mehreren Kontaktzonen zusammen. Bei den Kontaktzonen kann es sich um entkoppelte Kontaktzonen und/oder um miteinander überlappende Kontaktzonen handeln. Die vorliegende Offenbarung ist also nicht auf Arbeitsbereiche begrenzt, die ausschliesslich durch entkoppelte Kontaktzonen gebildet werden. So ist es insbesondere auch möglich, dass mit einer herkömmlichen Shiftstrategie gearbeitet wird. Insbesondere ist es möglich, dass es auf der Schleifschnecke ausschliesslich Kontaktzonen gibt, die mit mindestens einer anderen Kontaktzone überlappen.

[0038] Es wird ausserdem eine Verzahnmaschine zur Bearbeitung von vorverzahnten Werkstücken durch kontinuierliches Wälzschleifen angegeben, die spezifisch für die Ausführung der vorstehend offenbarten Verfahren hergerichtet ist. Die Verzahnmaschine weist auf: eine Werkzeugspindel, die dazu ausgebildet ist, auf ihr eine Schleifschnecke aufzuspannen, um die Schleifschnecke zu einer Rotation um eine Werkzeugachse anzutreiben; eine Werkstückspindel, die dazu ausgebildet ist, auf ihr ein vorverzahntes Werkstück aufzuspannen, um das vorverzahnte Werkstück zu einer Rotation um eine Werkstückachse anzutreiben; einen Axialschlitten, der dazu ausgebildet ist, eine axiale Vorschubbewegung der Werkzeugspindel relativ zur Werkstückspindel entlang einer axialen Vorschubrichtung, die eine Komponente parallel zur Werkstückachse aufweist, zu erzeugen; einen Shiftschlitten, der dazu ausgebildet ist, eine Shiftbewegung entlang einer parallel zur Schneckenachse verlaufenden Shiftrichtung zu erzeugen; und eine Maschinensteuerung, die dazu ausgebildet ist, eines der vorstehend offenbarten Verfahren auszuführen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0039] Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben, die lediglich zur Erläuterung dienen und nicht einschränkend auszulegen sind. Figur 1 illustriert schematisch eine Schleifschnecke, die in Eingriff mit einem zahnradförmigen Werkstück steht; Figur 2 illustriert beispielhaft eine erste Ausführungsform eines Verfahrens gemäss der vorliegenden Offenbarung; Figur 3 illustriert beispielhaft eine zweite Ausführungsform eines Verfahrens gemäss der vorliegenden Offenbarung; Figur 4 illustriert beispielhaft eine dritte Ausführungsform eines Verfahrens gemäss der vorliegenden Offenbarung; Figur 5 illustriert beispielhaft den zeitlichen Verlauf der Leistungsaufnahme der Werkzeugspindel, mit der die Schleifschnecke angetrieben wird, während eines Schleifhubs; Figur 6A illustriert beispielhaft die Schleifintensität beim Schruppen bei der Bearbeitung einer Mehrzahl von Werkstücken mit einer Schleifschnecke, deren Arbeitsbereich in mehreren Durchgängen vollständig überstrichen wird; Figur 6B illustriert beispielhaft die Schleifintensität beim Schlichten bei der Bearbeitung einer Mehrzahl von Werkstücken mit einer Schleifschnecke, deren Arbeitsbereich in mehreren Durchgängen vollständig überstrichen wird; Figur 7 zeigt beispielhaft ein Diagramm, in dem die Schleifintensität beim Schruppen (vertikale Achse) und Schlichten (horizontale Achse) für eine Vielzahl von Werkstücken eingezeichnet ist; Figur 8 illustriert beispielhaft eine Schneckengangflanke mit darauf dargestelltem Kontaktpad; Figur 9 illustriert beispielhaft einen Ausschnitt aus einem Kontaktpfad mit einem zugehörigen momentanen Kontaktbereich; Figur 10 illustriert beispielhaft eine Schneckengangflanke mit zwei Kontaktzonen, die teilweise überlappen; Figur 11 illustriert beispielhaft eine Schneckengangflanke mit zwei Kontaktzonen, die nicht überlappen; Figur 12 illustriert beispielhaft eine virtuelle Planverzahnung mit einem Kontaktpfad; Figur 13 illustriert beispielhaft Kontaktzonen auf einer virtuellen Planverzahnung bei einer ersten Shiftstrategie; Figur 14 illustriert beispielhaft Kontaktzonen auf einer virtuellen Planverzahnung bei einer zweiten Shiftstrategie; Figur 15A illustriert beispielhaft eine Werkstückflanke mit Nutzbereich; Figur 15B illustriert beispielhaft eine Schneckengangflanke mit qualitätsbestimmendem Bereich; Figur 16 illustriert beispielhaft einen Ausschnitt aus einer Schleifschnecke 100 mit einer breitenabhängigen Modifikation und Figur 17 illustriert beispielhaft eine Wälzschleifmaschine.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Kinematik des kontinuierlichen Wälzschleifens

[0040] Die Figur 1 illustriert die Kinematik beim kontinuierlichen Wälzschleifen. Eine Schleifschnecke (d.h. eine schneckenförmig profilierte Schleifscheibe) 100 rotiert um eine Schneckenachse B. Die Schleifschnecke steht nach Art eines Schraubwälzgetriebes in einem Bearbeitungseingriff mit einem zahnradförmigen Werkstück 200 mit einer Werkstückverzahnung 201. Das Werkstück 200 rotiert um eine Werkstückachse C. Während eines Schleifhubs wird die Schleifschnecke 100 entlang einer axialen Vorschubrichtung Z, die parallel oder geneigt zur Werkstückachse verläuft, relativ zum Werkstück 200 verfahren, vorzugsweise über die gesamte Breite bWSder Werkstückverzahnung 201 hinweg (sogenannte axiale Vorschubbewegung). Die Position der Schleifschnecke 100 relativ zum Werkstück 200 entlang einer radialen Zustellrichtung X bestimmt die Menge des Materials, das während des Schleifhubs abgetragen wird. Um neue, unverbrauchte Bereiche der Schleifschnecke 100 mit dem Werkstück 200 in Eingriff zu bringen, wird die Schleifschnecke kontinuierlich oder diskontinuierlich entlang einer Shiftrichtung Y, die parallel zur Schneckenachse B verläuft, relativ zum Werkstück 200 verschoben (sogenannte tangentiale Shiftbewegung).

[0041] Alle vorgenannten linearen Bewegungen (Zustellung, axiale Vorschubbewegung, Shiftbewegung) verstehen sich als relative Bewegungen, die wahlweise durch eine entsprechende Bewegung der Schleifschnecke im Raum und/oder durch eine Bewegung des Werkstücks im Raum erzeugt werden können.

[0042] Die Bearbeitung des Werkstücks 200 erfolgt häufig in mehreren Schleifhüben, kann aber auch in einem einzigen Schleifhub erfolgen. Wenn mehrere Schleifhübe ausgeführt werden, handelt es sich häufig um einen oder mehrere Schrupphübe (engl. roughing strokes), gefolgt von einem oder mehreren Schlichthüben (engl. finishing strokes). Die Schrupphübe werden dabei in der Regel mit einer grösseren Zustellung in X-Richtung ausgeführt als die Schlichthübe. Im Folgenden wird für Schrupphübe der Index r verwendet, für Schlichthübe der Index f.

[0043] Für die nachfolgenden Betrachtungen wird angenommen, dass die Schleifschnecke abrichtbar ist und jeweils nach der Bearbeitung einer Mehrzahl von Werkstücken abgerichtet wird. Auf der Schleifschneckenoberfläche kann mindestens ein Arbeitsbereich definiert werden. Bei dem Arbeitsbereich handelt es sich um einen Bereich der Schleifschneckenoberfläche, der zwischen zwei Abrichtvorgängen in den Bearbeitungseingriff mit den Werkstücken kommt.

[0044] Für die nachfolgenden Betrachtungen wird angenommen, dass sowohl das Werkstück als auch die Schleifschnecke eine zylindrische Grundform haben. Diese Betrachtungen lassen sich aber auch auf Situationen übertragen, in denen das Werkstück und/oder die Schleifschnecke eine abweichende Grundform haben, z.B. auf Situationen, in denen ein konisches Werkstück bearbeitet wird oder bei denen eine konische, tonnenförmige oder globoidförmige Schleifschnecke zum Einsatz kommt. Die Werkstückverzahnung kann gerad- oder schrägverzahnt sein.

Nutzung eines Arbeitsbereichs in mehreren Durchgängen

[0045] Beim vorgeschlagenen Verfahren erfolgt die Nutzung des Arbeitsbereichs zwischen zwei Abrichtvorgängen jeweils in mehreren Durchgängen. In jedem Durchgang überstreichen die Kontaktpfade, entlang derer die Schleifschnecke in den Bearbeitungseingriff mit den Werkstücken gelangt, den Arbeitsbereich vollständig oder teilweise. Um die Schleifschnecke optimal auszunutzen, ist es von Vorteil, wenn in jedem Durchgang der Arbeitsbereich im Wesentlichen vollständig von den Kontaktpfaden überstrichen wird.

[0046] Die Nutzung eines Arbeitsbereichs in mehreren Durchgängen wird beispielhaft in der Figur 2 illustriert. In der Figur 2 ist schematisch eine Schleifschnecke 100 im Axialschnitt dargestellt. Die Schleifschnecke 100 weist in diesem Beispiel einen einzigen, zusammenhängenden Arbeitsbereich 110 auf. Die Schleifschnecke wird zunächst durch einen ersten Abrichtvorgang 151 abgerichtet. Anschliessend werden mit dem Arbeitsbereich 110 Werkstücke 200 bearbeitet (Bearbeitungsvorgang 152). Während des Bearbeitungsvorgangs 152 erfolgt die Nutzung des Arbeitsbereichs in mehreren Durchgängen N, wobei in der Figur 2 lediglich drei Durchgänge N = 1, 2, 3 illustriert sind. Im Verlauf jedes Durchgangs N erfolgen ein oder mehrere Schleifhübe an einem oder mehreren Werkstücken. Während jedes Durchgangs wird der Arbeitsbereich 110 der Schleifschnecke 100 vorzugsweise im Wesentlichen vollständig vom Kontakt mit den Werkstücken überstrichen.

[0047] Für jeden Durchgang wird mindestens eine Verschleisskenngrösse bestimmt. Am Ende des jeweiligen Durchgangs erfolgt anhand der Verschleisskenngrösse automatisch eine Entscheidung 153, ob der Arbeitsbereich 110 erneut für einen weiteren Durchgang genutzt oder erneut abgerichtet wird. Beispielsweise kann für jeden Schleifhub ein Wert einer Verschleisskenngrösse bestimmt werden, und die Entscheidung kann anhand der Verteilung der Werte der Verschleisskenngrösse über alle Schleifhübe des Durchgangs hinweg getroffen werden.

[0048] Im vorliegenden Beispiel zeigen die Werte der Verschleisskenngrösse nach dem dritten Durchgang an, dass der Arbeitsbereich 110 verschlissen ist, und die Schleifschnecke wird durch einen Abrichtvorgang 154 erneut abgerichtet. In der Praxis kann die Zahl der Durchgänge, nach denen ein Arbeitsbereich als verschlissen angesehen wird, aber erheblich grösser als 3 sein.

Nicht durchgehender Arbeitsbereich

[0049] Der Arbeitsbereich 110 der Schleifschnecke braucht sich nicht durchgehend über die Schleifschneckenoberfläche zu erstrecken. Dies wird beispielhaft in der Figur 3 illustriert. In diesem Beispiel weist die Schleifschnecke 100 einen Schruppbereich 111 und einen Schlichtbereich 112 auf, die gemeinsam den gesamten Arbeitsbereich der Schleifschnecke 100 definieren. Jedes Werkstück wird in mindestens einem Schrupphub mit dem Schruppbereich 111 bearbeitet. Anschliessend erfolgt ein Shiftsprung in den Schlichtbereich 112, und das Werkstück wird in mindestens einem Schlichthub mit dem Schlichtbereich 112 bearbeitet. Danach erfolgt ein Shift-Rücksprung in den Schruppbereich 111, bevor das nächste Werkstück bearbeitet wird. Im Verlauf der Bearbeitung der Werkstücke werden in jedem Durchgang N der gesamte Schruppbereich 111 und der gesamte Schlichtbereich 112 von Kontaktpfaden mit den Werkstücken überstrichen. Das Überstreichen des jeweiligen Bereichs erfolgt dabei nicht kontinuierlich, sondern es erfolgen laufend Shiftsprünge und Shiftrücksprünge zwischen dem Schruppbereich 111 und dem Schlichtbereich 112.

[0050] Für jeden Schrupphub kann eine Schrupp-Verschleisskenngrösse bestimmt werden, die den Verschleisszustand des Schruppbereichs charakterisiert, und für jeden Schlichthub kann eine Schlicht-Verschleisskenngrösse bestimmt werden, die den Verschleisszustand des Schlichtbereichs charakterisiert. Am Ende des jeweiligen Durchgangs erfolgt anhand der Werte der Schrupp- und Schlicht-Verschleisskenngrössen automatisch eine Entscheidung 153, ob der Arbeitsbereich , der aus dem Schruppbereich 111 und dem Schlichtbereich 112 zusammengesetzt ist, erneut für einen weiteren Durchgang genutzt oder erneut abgerichtet wird.

[0051] In diesem Beispiel bilden der Schruppbereich 111 und der Schlichtbereich 112 konzeptionell Teilbereiche eines einzigen Arbeitsbereichs. Die Entscheidung, ob der Arbeitsbereich für einen weiteren Durchgang genutzt wird, erfolgt also für den Schruppbereich 111 und den Schlichtbereich 112 gemeinsam. Sobald die Verschleisskenngrössen anzeigen, dass mindestens einer dieser Teilbereiche verschlissen ist, wird die gesamte Schleifschnecke frisch abgerichtet.

[0052] Der Schruppbereich und der Schlichtbereich können auch anders zueinander angeordnet sein und insbesondere überlappen. Beispielsweise kann ein Teil des Schlichtbereichs zunächst zum Schlichten von Werkstücken und anschliessend noch zum Schruppen weiterer Werkstücke eingesetzt werden, so dass dieser Teil gleichzeitig auch Teil des Schruppbereichs wird. Auch ist es denkbar, eine Vielzahl von Schrupp- und Schlichtbereichen abwechselnd entlang der Schleifschneckenachse anzuordnen. Ein Beispiel für eine derartige Anordnung wird nachstehend noch näher diskutiert.

Mehrere Arbeitsbereiche

[0053] Die Schleifschnecke kann mehr als einen Arbeitsbereich aufweisen. Dies wird beispielhaft in der Figur 4 illustriert. Wiederum weist die Schleifschnecke 100 einen Schruppbereich 111 und einen Schlichtbereich 112 auf. Anders als im vorhergehenden Beispiel definieren der Schruppbereich 111 und der Schlichtbereich 112 in diesem Beispiel aber nicht gemeinsam einen einzigen Arbeitsbereich der Schleifschnecke 100, sondern jeder dieser Bereiche wird konzeptionell nun als ein separater Arbeitsbereich betrachtet.

[0054] Wie im vorhergehenden Beispiel wird jedes Werkstück in mindestens einem Schrupphub mit dem Schruppbereich 111 bearbeitet und in mindestens einem Schlichthub mit dem Schlichtbereich 112 bearbeitet, für jeden Schrupphub wird eine Schrupp-Verschleisskenngrösse bestimmt, und für jeden Schlichthub wird eine Schlicht-Verschleisskenngrösse bestimmt. Anders als im vorhergehenden Beispiel erfolgt die Entscheidung 153, ob ein Arbeitsbereich 110 erneut für einen weiteren Durchgang genutzt oder erneut abgerichtet wird, nun aber separat für den Schruppbereich 111 bzw. für den Schlichtbereich 112, da diese Bereiche als separate Arbeitsbereiche angesehen werden.

[0055] Sinnvoll ist diese Vorgehensweise vor allem dann, wenn die Schleifschnecke mehrere Schrupp- und/oder Schlichtbereiche aufweist. Beispielsweise kann eine Schleifschnecke zwei Schruppbereiche und einen Schlichtbereich aufweisen. Das Verfahren kann so geführt werden, dass zu erwarten ist, dass beide Schruppbereiche verschlissen sind, bevor der einzige Schlichtbereich verschlissen ist. Das vorstehend genannte Vorgehen ermöglicht dann eine automatische Entscheidung, wann einer der beiden Schruppbereiche als verschlissen anzusehen ist und nicht mehr weiter genutzt werden soll. Andererseits kann durch das vorstehend genannte Vorgehen auch festgestellt werden, ob der Schlichtbereich entgegen den Erwartungen verschlissen ist, bevor die beiden Schruppbereiche verschlissen sind.

[0056] Die Überlegungen aus den vorstehenden Beispielen lassen sich auf eine Vielzahl weiterer Bearbeitungssituationen übertragen.

Messung der Schleifleistung

[0057] Die Entscheidung 153, ob ein Arbeitsbereich als verschlissen anzusehen ist, erfolgt anhand mindestens einer Verschleisskenngrösse. Als Verschleisskenngrösse kann insbesondere ein Intensitätsmass für eine Schleifintensität während mindestens eines Schleifhubs dienen. Dies wird nachstehend anhand der Figur 5 näher erläutert.

[0058] Diese Figur zeigt beispielhaft den zeitlichen Verlauf der Leistungsaufnahme P(t) einer Werkzeugspindel, mit der die Schleifschnecke 100 zu ihrer Drehung angetrieben wird, während eines einzelnen Schleifhubs. Schnelle Fluktuationen der Leistungsaufnahme, z.B. aufgrund der sich ständig ändernden Kontaktverhältnisse zwischen der Schleifschnecke und dem Werkstück, bleiben in dieser Darstellung unberücksichtigt. In der Praxis können solche schnellen Fluktuationen durch geeignete Filterung z.B. mit einem Tiefpassfilter herausgefiltert werden.

[0059] Die Leistungsaufnahme nimmt anfänglich während des Einlaufs der Schnecke in die Verzahnung kontinuierlich zu, flacht dann ab und nimmt während des Auslaufs wieder kontinuierlich ab. Das Maximum der Leistungsaufnahme wird im Folgenden als Schleifintensität Isbezeichnet.

[0060] Die Leistungsaufnahme der Werkzeugspindel ist ein Beispiel eines Leistungsindikators, der die momentane Schleifleistung charakterisiert. Statt der Leistungsaufnahme kann als Leistungsindikator z.B. auch der von der Werkzeugspindel aufgenommene Strom dienen, was letztlich einer Drehmomentmessung und somit näherungsweise einer Messung der Schnittkraft entspricht. Bei konstanter Spannung ist der aufgenommene Strom proportional zur Leistung, bzw. bei konstanter Drehzahl ist das Drehmoment proportional zur Leistung. Insofern kann auch der Strom zumindest näherungsweise die Schleifleistung charakterisieren. Die Schleifintensität ISist eine skalare Grösse, die aus dem zeitlichen Verlauf des Leistungsindikators berechnet wird und die Schleifleistung während eines Schleifhubs gesamthaft charakterisiert. Statt des Maximums des Leistungsindikators kann als Schleifintensität auch eine andere skalare Grösse herangezogen werden, z.B. das Integral oder der (ggfs. geeignet gewichtete) zeitliche Mittelwert des Leistungsindikators.

[0061] Die Schleifleistung hängt von einer Reihe von Verfahrensparametern ab, insbesondere von der Zustellung zwischen Schleifschnecke und Werkstück entlang der radialen Zustellrichtung, von der Geschwindigkeit der axialen Vorschubbewegung (axiale Vorschubgeschwindigkeit), von den Drehzahlen der Werkzeug- und Werkstückspindeln, von der Geometrie der Schleifschnecke, von der Geometrie des Werkstücks und von den tribologischen Bedingungen im Kontakt (Schmierstoff, Oberflächenbeschaffenheit Schnecke und Werkstoff, sowie Werkstoffe).

[0062] Die Schleifleistung wird aber auch vom Verschleisszustand der Schleifschnecke beeinflusst. So ist eine schon teilweise verschlissene Schleifschnecke z.B. nicht in der Lage, während eines Schleifhubs die gleiche Materialmenge zu zerspanen wie eine frisch abgerichtete Schleifschnecke. Dadurch kann zunehmender Verschleiss der Schleifschnecke zu einer abnehmenden Spanungsleistung führen.

[0063] Bei gegebenen Verfahrensparametern kann die Schleifintensität ISsomit als ein Indikator für den Verschleisszustand der Schleifschnecke im aktuell genutzten Bereich der Schleifschnecke dienen.

Schleifintensität bei der Nutzung einer Schleifschnecke in mehreren Durchgängen

[0064] Wenn ein Arbeitsbereich in mehreren Durchgängen von den Kontaktpfaden zwischen Schleifschnecke und Werkstück überstrichen wird, wird der Arbeitsbereich von Durchgang zu Durchgang zunehmend verschlissen. Dies äussert sich darin, dass sich die Verschleisskenngrösse, z.B. die Schleifintensität, während der Bearbeitung der Werkstücke von Durchgang zu Durchgang verändert.

[0065] Das soll im Folgenden anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Figuren 6A und 6B erläutert werden. In diesem Beispiel wird angenommen, dass jedes Werkstück mit einem einzigen Schrupphub und einem einzigen Schlichthub bearbeitet wird. Während des Schrupphubs und des Schlichthubs wird jeweils kontinuierlich geshiftet. Das Schruppen erfolgt mit einem Schruppbereich, das Schlichten mit einem Schlichtbereich, und der Schruppbereich überlappt nicht mit dem Schlichtbereich, ähnlich wie in der Situation der Figuren 3 und 4. Es wird ausserdem angenommen, dass nach dem Schlichten ein Shiftrücksprung genau an diejenige Stelle des Schruppbereichs erfolgt, an der der vorherige Schrupphub endete. Dadurch wird während jedes Schrupphubs ein Teil des Schruppbereichs überstrichen, der gegenüber dem vorherigen Werkstück leicht verschoben ist, und während jedes Schlichthubs wird ein Teil des Schlichtbereichs überstrichen, der gegenüber dem vorherigen Schlichthub ebenfalls leicht verschoben ist.

[0066] Die Nutzung des Schrupp- und Schlichtbereichs erfolgt wiederum in mehreren Durchgängen, wie das schon anhand der Figuren 3 und 4 erläutert wurde. Während jedes Durchgangs wird jeweils der gesamte Schrupp- bzw. Schlichtbereich überstrichen, während mehrere Werkstücke bearbeitet werden.

[0067] In der Figur 6A ist für ein solches Vorgehen schematisch die Schleifintensität Ir(n) beim Schruppen (Schruppintensität) bei der Bearbeitung einer Mehrzahl von Werkstücken n dargestellt, in der Figur 6B die Schleifintensität If(n) beim Schlichten (Schlichtintensität), wobei vor der Bearbeitung des ersten Werkstücks die Schleifschnecke frisch abgerichtet wurde.

[0068] Wegen des zunehmenden Verschleisses im Schruppbereich nimmt die Schruppintensität von Durchgang zu Durchgang allmählich ab. Beim Schlichten verhält es sich im vorliegenden Beispiel umgekehrt: Die Schlichtintensität nimmt von Durchgang zu Durchgang allmählich zu. Der Grund für dieses Verhalten liegt darin, dass sich die Schleifschnecke im Schruppbereich von Durchgang zu Durchgang zunehmend abnutzt. Dadurch sinkt die Zerspanungsleistung im Schruppbereich von Durchgang zu Durchgang ab, und bei unveränderter Zustellung muss infolgedessen der Schlichtbereich zunehmend eine grössere Zerspanungsleistung erbringen. Im vorliegenden Beispiel deutet das darauf hin, dass das Verfahren so geführt wird, dass der Verschleiss im Schlichtbereich klein bleibt, so dass der Schlichtbereich in der Lage ist, diese zunehmende Zerspanungsleistung auch tatsächlich zu erbringen, ohne selbst zu stark zu verschleissen. Andernfalls würde unter Umständen auch die Schlichtintensität von Durchgang zu Durchgang abnehmen. Um die Entscheidung zu treffen, ob der Schrupp- und/oder Schlichtbereich für einen weiteren Durchgang eingesetzt wird, kann in diesem Beispiel wie folgt vorgegangen werden. Für jeden Durchgang N wird aus der statistischen Verteilung der Werte der Schruppintensität Ir(n) und der Schlichtintensität If(n) jeweils ein Lageparameter Ir,Nbzw. If,Nermittelt, z.B. das arithmetische Mittel oder der Median. Der Lageparameter Ir,Nder Schruppintensität wird für jeden Durchgang mit einem Schrupp-Schwellwert Ir,thrverglichen. Zusätzlich wird der Lageparameter If,Nder Schlichtintensität für jeden Durchgang mit einem Schlicht-Schwellwert If,thrverglichen. Wenn der Lageparameter Ir,Nder Schruppintensität kleiner als der Schrupp-Schwellwert Ir,thrwird und gleichzeitig der Lageparameter If,Nder Schlichtintensität grösser als der Schlicht-Schwellwert If,thrwird, wird die Schleifschnecke neu abgerichtet.

[0069] Abhängig von der Verfahrensführung kann die Abrichtentscheidung auch anhand anderer Kriterien getroffen werden. Statt sowohl die Schruppintensität als auch die Schlichtintensität zu berücksichtigen, kann auch nur eine dieser Intensitäten alleine berücksichtigt werden. Statt eines Lageparameters oder zusätzlich dazu kann auch eine andere statistische Kenngrösse der Verteilung der Werte der Schleifintensität ermittelt und für die Abrichtentscheidung berücksichtigt werden, z.B. ein Schwankungsmass wie die Standardabweichung oder der Interquartilsabstand. Dies berücksichtigt, dass eine starke Abnutzung der Schleifscheibe unter Umständen zu einer grösseren Schwankung der Schleifintensität von Hub zu Hub führen kann. In anderen Ausführungsformen kann die Abrichtentscheidung die Häufigkeit berücksichtigen, wie oft pro Durchlauf die Schleifintensität beim Schruppen bzw. Schlichten einen Schwellwert unter- oder überschritten hat.

[0070] In der Figur 7 wird beispielhaft eine Korrelation zwischen Schruppintensität Ir(n) und Schlichtintensität If(n) illustriert. Für eine Vielzahl von Werkstücken n sind entlang der horizontalen Achse die Schlichtintensität If(n) und entlang der vertikalen Achse die Schruppintensität Ir(n) aufgetragen. Diese Werte zeigen eine deutliche Korrelation. Im vorliegenden Beispiel ist diese Korrelation negativ, d.h. mit abnehmender Schruppintensität nimmt die Schlichtintensität zu. In anderen Bearbeitungssituationen kann diese Korrelation aber auch positiv sein, d.h. mit abnehmender Schruppintensität kann auch die Schlichtintensität abnehmen. Welche Art von Korrelation beobachtet wird, hängt von den Verfahrensparametern ab.

[0071] Durch Schwellwerte Ir,thrund If,thrkönnen die Datenpunkte (If(n), Ir(n)) in diesem Beispiel vier Quadranten zugeordnet werden. Solange sich die Schruppintensität Ir(n) und Schlichtintensität If(n) im oberen linken Quadranten (Ir(n) > Ir,thr, If(n) < If,thr) befinden, wird die Schleifschnecke als noch nicht verschlissen angesehen. Wenn umgekehrt die Datenpunkte den unteren rechten Quadranten (Ir(n) < fr,thr, If(n) > If,thr) erreichen, wird die Schleifscheibe als verschlissen angesehen. Datenpunkte in den anderen beiden Quadranten zeigen an, dass ein Verschleisszustand erreicht wurde, der beobachtungswürdig ist.

[0072] Die Schwellwerte Ir,thrund If,thrkönnen empirisch festgelegt werden, indem für eine Schleifschnecke der Verschleisszustand jeweils nach der Bearbeitung einer gewissen Zahl von Werkstücken direkt ermittelt wird (z.B. durch Verzahnungsmessungen an Werkstücken, die mit dieser Schleifschnecke bearbeitet wurden), und indem für jeden Verschleisszustand jeweils die zugehörigen Werte der Schrupp- und Schlichtintensität bestimmt werden.

[0073] Es ist aber auch denkbar, die Schwellwerte Ir,thrund If,thrautomatisch festzulegen, indem für eine grosse Zahl von Werkstücken, die unter vergleichbaren Bearbeitungsbedingungen in der Serienproduktion gefertigt wurden, jeweils die Schrupp- und Schlichtintensität bestimmt wird, ohne dass der zugehörige Verschleisszustand der Schleifschnecke bekannt ist. In der Serienproduktion werden die Werkstücke in der Regel stichprobenartig auf Bearbeitungsfehler untersucht. Daher kann angenommen werden, dass statistisch gesehen der grösste Teil der Bearbeitungsvorgänge zu Werkstücken geführt hat, die innerhalb der Toleranzen gefertigt wurden, und dass somit die Schleifschnecke während der Bearbeitung des grössten Teils der Werkstücke als noch nicht verschlissen angesehen werden konnte. Die Schwellwerte können auf dieser Basis z.B. automatisch als Perzentilen festgelegt werden. Beispielsweise kann der Schwellwert Ir,thrals derjenige Wert der Schruppintensität festgelegt werden, der von 98% der Werkstücke überschritten wird.

[0074] Die vorstehenden Überlegungen lassen sich ohne Weiteres auch auf Situationen übertragen, in denen mit mehr als einem Schrupp- und/oder Schlichthub oder nur mit einem einzigen Schleifhub gearbeitet wird.

Kontaktpfade auf der Schleifschnecke

[0075] Beim Schruppen der ersten Werkstücke nach dem Abrichten wird bei einer Shiftstrategie der vorstehend diskutierten Art in der Praxis häufig zunächst eine deutliche Abnahme der Schruppintensität beobachtet, während sich die Schruppintensität bei der Bearbeitung späterer Werkstücke im selben Durchlauf nur noch wenig ändert. Umgekehrt wird für die ersten Werkstücke nach dem Abrichten oft eine deutliche Zunahme der Schlichtintensität beobachtet.

[0076] Der Grund für dieses Verhalten soll im Folgenden näher untersucht werden.

[0077] Während der Schraubwälzbewegung zwischen der Schleifschnecke und dem Werkstück stehen jeweils mindestens eine Flanke eines Schleifschneckengangs (Schneckengangflanke) und mindestens eine Flanke der Werkstückverzahnung (Werkstückflanke) näherungsweise in einem Punktkontakt. Der Kontaktpunkt zwischen der Schneckengangflanke und der Werkstückflanke wandert im Verlauf der Bearbeitung einer einzelnen Werkstückflanke aufgrund der Rotation der Schleifschnecke 100 und des Werkstücks 200 kontinuierlich über die betreffende Schneckengangflanke. Die Kontaktpunktfolge auf der Schleifschnecke wird im Folgenden als Kontaktpfad bezeichnet. In der Figur 8 ist ein solcher Kontaktpfad 102 auf einer einzelnen Schneckengangflanke 101 illustriert. Der Kontaktpfad 102 weist einen kegelschraubenförmigen Verlauf auf. Die resultierende Kontaktpunktfolge auf der Werkstückflanke wird zur besseren Unterscheidung im Folgenden als Kontaktspur bezeichnet.

[0078] Wenn ein endliches Aufmass abgetragen wird, ist der Kontakt zwischen Schleifschnecke 100 und Werkstück 200 allerdings nicht exakt punktförmig. Vielmehr existiert zu jedem Zeitpunkt ein endlich ausgedehnter Kontaktbereich, in dem die Schleifschnecke spanend in die aufmassbehaftete Werkstückflanke eindringt. In der Figur 9 ist schematisch ein Ausschnitt eines Kontaktpfades 102 mit einem Kontaktbereich 103 auf der Schneckengangflanke illustriert. Der Kontaktbereich 103 hat in der Regel eine längliche Form entlang des Kontaktpfades 102 und ist quer zum Kontaktpfad von asymmetrischer Form.

[0079] Die Ausdehnung des Kontaktbereichs 103 quer zu der Richtung, entlang derer der Kontaktpfad verläuft, wird im Folgenden als Schnittbreite apbezeichnet. Die Schnittbreite aphängt unter anderem von der Makrogeometrie des Werkstücks, von der Makrogeometrie der Schleifschnecke, vom abgetragenen Aufmass auf der Werkstückflanke und vom Axialvorschub pro Werkstückumdrehung ab. Sie kann entlang des Kontaktpfads veränderlich sein. Beispielsweise ändern sich bei einer Evolventenverzahnung die Eingriffsverhältnisse entlang der Evolvente, wodurch auch die Schnittbreite beeinflusst wird. Dadurch kann der Kontaktpfad eine Breite aufweisen, die sich entlang seines Verlaufs verändert.

Kontaktzonen bei kontinuierlicher Shiftbewegung

[0080] Ohne Shiftbewegung leistet die Schleifschnecke die Spanungsarbeit ausschliesslich entlang eines einzigen Kontaktpfades 102. Bei Einleitung einer kontinuierlichen Shiftbewegung wird dieser Kontaktpfad im Laufe eines Schleifhubs kontinuierlich entlang der Schneckengangflanke und damit axial zur Schleifschnecke verschraubt, so dass der Kontaktpfad über die Schneckengangflanke 101 hinweg wandert.

[0081] Auf diese Weise kommt während eines Schleifhubes insgesamt ein Bereich der Schneckengangflanke mit dem Werkstück in Eingriff, der als „Kontaktzone“ bezeichnet wird. Die Kontaktzone, die während eines einzelnen Schleifhubs mit dem Werkstück in Eingriff kommt, weist ähnlich wie ein einzelner Kontaktpfad im Wesentlichen einen kegelschraubenförmigen Verlauf auf, besitzt aber aufgrund der überlagerten Shiftbewegung eine grössere Breite als ein einzelner Kontaktpfad. Ohne Shiftbewegung entspricht die Kontaktzone einem einzelnen Kontaktpfad.

[0082] In der Figur 10 sind in stark schematischer Form und nicht massstäblich auf einer Schneckengangflanke 101 zwei Kontaktzonen 104, 104' dargestellt, die bei der Bearbeitung aufeinanderfolgender Werkstücke im Verlauf eines ausgewählten Schleifhubs (hier konkret im Verlauf des Schrupphubs) in Eingriff kommen, wenn gemäss der vorstehend geschilderten Shiftstrategie vorgegangen wird. Der Schrupphub des jeweils folgenden Werkstücks beginnt bei einer solchen Shiftstrategie genau an derjenigen Stelle in Y-Richtung, an der der Schrupphub des vorhergehenden Werkstücks endete. In diesem Fall überlappen die beiden Kontaktzonen 104, 104' wegen der endlichen Breite der Kontaktpfade. Die Breite des Überlappungsbereichs entspricht näherungsweise der Breite eines einzelnen Kontaktpfads, also der Schnittbreite ap, beim Schruppen.

[0083] In der Praxis bedeutet das, dass der Verschleisszustand der Schleifschnecke in der Kontaktzone 104 die Bearbeitungsbedingungen im nachfolgenden Schleifhub, der mit der überlappenden Kontaktzone 104' ausgeführt wird, beeinflusst.

Veränderliche Schleifintensität bei herkömmlichen Shiftstrategien

[0084] Anhand der vorstehenden Überlegungen lässt sich der Grund dafür erkennen, dass die Schleifintensität bei Shiftstrategien der vorstehend geschilderten Art selbst dann anfänglich von Werkstück zu Werkstück nicht konstant ist, wenn alle Verfahrensparameter unverändert bleiben. Der Grund für dieses Verhalten liegt darin, dass die Kontaktzonen, die bei der Bearbeitung eines nachfolgenden Werkstücks eingesetzt werden, teilweise mit den Kontaktzonen überlappen, die bei der Bearbeitung des vorhergehenden Werkstücks eingesetzt wurden. Bei Shiftstrategien der vorstehend geschilderten Art ist der Betrag, um den die Schleifschnecke während jedes Schrupp- oder Schlichthubs geshiftet wird, in der Regel deutlich kleiner als die entlang der Schneckenachse gemessene Schnittbreite. Bildlich gesprochen baut die Schleifschnecke dadurch nach dem Abrichten zu Anfang allmählich Verschleiss auf: Das erste Werkstück wird mit einer Kontaktzone bearbeitet, die noch keinerlei Verschleiss erfahren hat. Das zweite Werkstück wird mit einer teilweise überlappenden Kontaktzone bearbeitet, wobei ein grösserer Teil dieser Kontaktzone schon zur Bearbeitung des ersten Werkstücks gedient hat und ein kleinerer Teil noch keinerlei Verschleiss erfahren hat. Beim dritten Werkstück hat ein Teil der Kontaktzone schon zur Bearbeitung von zwei vorhergehenden Werkstücken gedient, ein anderer Teil nur zur Bearbeitung eines einzigen vorhergehenden Werkstücks, und ein weiterer Teil hat noch keinerlei Verschleiss erfahren, usw. Jedes nachfolgende Werkstück wird also mit einer zunehmend Verschleiss ausgesetzten Kontaktzone bearbeitet, bis sich ein Gleichgewichtszustand einstellt und der Verschleisszustand der Schnecke über einen Schleifhub hinweg in jeder Kontaktzone gleich ist wie in der vorhergehenden Kontaktzone.

[0085] Zunehmender Verschleiss in der Kontaktzone beim Schruppen äussert sich in einer abnehmenden Schruppintensität Ir, weil die Spanungsleistung bei zunehmendem Verschleiss abnimmt. In der Folge führt das zu einer zunehmenden Schlichtintensität, weil beim Schlichten entsprechend mehr Spanungsarbeit geleistet werden muss.

Schleifen mit entkoppelten Kontaktzonen

[0086] Um zu verhindern, dass der Verschleisszustand einer bestimmten Kontaktzone vom Verschleisszustand von anderen, teilweise überlappenden Kontaktzonen beeinflusst wird, ist es möglich, die Kontaktzonen voneinander zu entkoppeln, so dass sich die Kontaktzonen nicht mehr überlagern. Bei der vorstehend geschilderten Shiftstrategie kann das z.B. durch einen verkleinerten Shiftrücksprung erreicht werden.

[0087] Dies ist beispielhaft in der Figur 11 illustriert, in der zwei Kontaktzonen 104, 104' dargestellt sind, die bei der Bearbeitung aufeinanderfolgender Werkstücke im Verlauf des Schrupphubs in Eingriff kommen, wenn der Shiftrücksprung geeignet verkleinert wird. Die Kontaktzonen 104, 104' verlaufen nun überlappungsfrei nebeneinander über die Schneckengangflanke 101, d.h., sie sind voneinander entkoppelt.

Betrag der Anpassung des Shiftrücksprungs

[0088] Der Betrag, um den der Shiftrücksprung verkleinert werden muss, um im Beispiel der Figur 11 die Kontaktzonen 104, 104' zu entkoppeln, kann durch eine geometrische Betrachtung anschaulich hergeleitet werden.

[0089] Dazu wird zunächst ein Bezugsprofil im Axialschnitt der Schleifschnecke betrachtet, das mit den Verzahnungen der Schleifschnecke und des damit gefertigten Werkstücks so in Eingriff gebracht werden kann, dass diese Verzahnungen abweichungsfrei auf ihm abwälzen. Die Figur 12 zeigt schematisch ein solches Bezugsprofil 130. Die Linksflanken des Bezugsprofils 130 weisen einen Profilwinkel α auf. Über dem Bezugsprofil kann eine Eingriffsstrecke für die Linksflanken eingezeichnet werden. Die Eingriffsstrecke verläuft senkrecht zu den Linksflanken des Bezugsprofils. Der Profilwinkel α entspricht insofern dem Eingriffswinkel im Axialschnitt der Schleifschnecke. Anstelle der Eingriffsstrecke ist in der Figur 12 allerdings ein Band mit der Breite apeingezeichnet. Dieses Band symbolisiert den Kontaktpfad. An den Stellen, an denen die Eingriffsstrecke die jeweilige Linksflanke schneidet, hat der Kontaktpfad jeweils die Breite ap, gemessen senkrecht zur Richtung, entlang derer der Kontaktpfad verläuft. Da der Kontaktpfad auf der Schleifschneckenflanke einen kegelschraubenförmigen Verlauf hat und dadurch vorwiegend in Umfangsrichtung der Schleifschnecke verläuft, entspricht die Breite des Kontaktpfads, gemessen senkrecht zur Kontaktpfadrichtung, in guter Näherung seiner Breite gemessen in der Höhenrichtung der jeweiligen Linksflanke. Entlang der Schneckenachse gemessen, beträgt die Breite des Bandes dagegen näherungsweise ap/sin α. Dieser Wert wird im Folgenden als die „Breite des Kontaktpfads, gemessen entlang der Schleifschneckenachse“ bezeichnet. Eine analoge Betrachtung kann auch für die Rechtsflanken vorgenommen werden.

[0090] Daraus ergibt sich: Wenn zwei aufeinanderfolgende Kontaktzonen nicht überlappen sollen, muss zwischen der Shiftposition der Schleifschnecke am Ende des Bearbeitungseingriffs, der mit der ersten Kontaktzone ausgeführt wird, und der Shiftposition am Beginn des Bearbeitungseingriffs, der mit der zweiten Kontaktzone ausgeführt wird, mindestens ein Abstand Δy ≥ ap/ sin α, gemessen entlang der Schneckenachse, liegen.

[0091] Die vorstehende Betrachtung ist zwar vereinfacht, da sie z.B. nicht die Schneckengangsteigung, eine sich zwischen Kopf- und Fussbereich des Schneckengangs verändernde Schnittbreite apund mögliche Modifikationen der Schneckenflanken berücksichtigt, liefert aber eine praxistaugliche Näherungslösung und lässt sich gegebenenfalls ohne Weiteres entsprechend verfeinern.

Berechnung der Schnittbreite

[0092] Die Schnittbreite apkann näherungsweise analytisch berechnet werden oder numerisch durch eine Durchdringungsrechnung bestimmt werden. Eine Möglichkeit der analytischen Berechnung ist in WO2021048027A1 offenbart. Gemäss diesem Dokument lässt sich apnäherungsweise wie folgt aus den Technologieparametern und Verzahnungsparametern berechnen:

[0093] Hierbei bezeichnet ap,maxeine maximal zu erwartende Schnittbreite an einer gegebenen Wälzlänge und bei gegebenem nominellem Aufmass für grosse Axialvorschübe, lkdie Kontaktlänge der Spanungszone und szden Axialvorschub pro Umdrehung des Werkstücks.

[0094] Die maximale Schnittbreite kann wiederum wie folgt berechnet werden:

[0095] Dabei bezeichnet Lydie Wälzlänge und qtdas nominelle Aufmass.

[0096] Für die Kontaktlänge lkkann die folgende analytische Beziehung hergeleitet werden:

[0097] Hier bezeichnet rpSS,eqden äquivalenten Schleifschneckenradius. Der äquivalente Schleifschneckenradius rpSS,eqergibt sich aus dem realen Schleifschneckenradius rpSSwie folgt: rpSS,eq= rpSS/ sin α

[0098] Hier bezeichnet α den Eingriffswinkel der Schleifschneckenverzahnung im Axialschnitt.

[0099] Im Ergebnis ist es also möglich, die Schnittbreite apentlang eines Kontaktpfads für jede Bearbeitungssituation näherungsweise zu berechnen. Anstelle der analytischen Berechnung kann auch eine Durchdringungsrechnung durchgeführt werden, um die Schnittbreite apentlang eines Kontaktpfads zu bestimmen.

[0100] Wie vorstehend ausgeführt, kann die Schnittbreite entlang des Kontaktpfads veränderlich sein. Um auch bei veränderlicher Schnittbreite eine sichere Entkopplung der Kontaktzonen zu erreichen, ist es sinnvoll, wie folgt vorzugehen: Als nominelles Aufmass wird das maximal zu erwartende Aufmass auf allen Zähnen der Verzahnung eingesetzt, das bei gegebener Zustellung von den Zahnflanken abgetragen wird. Es wird dann die Schnittbreite apentlang eines Kontaktpfads für dieses nominelle Aufmass bestimmt. Als Breite ap,0des Kontaktpfads, gemessen in Profilhöhenrichtung der Schneckengangflanke, wird der maximale Wert der Schnittbreite apentlang des Kontaktpfads angenommen. Die Breite des Kontaktpfads, gemessen entlang der Schneckenachse, ergibt sich dann, indem dieser Wert durch sin α dividiert wird: Δy ≥ ap,0/ sin α.

Shiftstrategien mit entkoppelten Kontaktzonen

[0101] Wenn die Bearbeitung jedes Werkstücks nicht mit einem einzigen Hub erfolgt, sondern mit mindestens einem Schrupphub und mindestens einem Schlichthub, sind verschiedene Shiftstrategien denkbar, die die vorstehenden Überlegungen berücksichtigen und mit denen eine Entkopplung der Kontaktzonen erreicht werden kann. Im Folgenden sollten beispielhaft zwei mögliche Shiftstrategien erläutert werden.

[0102] Eine erste Shiftstrategie ist in der Figur 13 illustriert. Die Figur stellt, ähnlich wie die Figur 8, Kontaktzonen auf einem Bezugsprofil dar. Um die Übersichtlichkeit zu wahren, ist das Bezugsprofil hier jedoch nicht eingezeichnet, und Form und Verlauf der Kontaktzonen sind im Vergleich zur Figur 12 stark gestaucht dargestellt. Die Figur 13 kann auch als eine Darstellung einer (abgewickelten) Schneckengangflanke 101 verstanden werden, bei dem die horizontale Achse die Breitenposition ySSentlang der Schleifschneckenachse und die vertikale Achse die Höhenposition hSSoder den Wälzweg entlang der Schneckengangflanke angibt.

[0103] Bei dieser Shiftstrategie wird der Arbeitsbereich 110 der Schleifschnecke wie schon in den vorherigen Beispielen in einen Schruppbereich 111 und einen Schlichtbereich 112 aufgeteilt. Bei der Bearbeitung des ersten Werkstücks erfolgt zunächst ein Schrupphub mit dem Schruppbereich 111. Während des Schrupphubs wird kontinuierlich in Y-Richtung geshiftet. Im Verlauf des Schruppeingriffs wandert dadurch der Kontaktpfad entlang der Schleifschneckenachse. Dadurch erfolgt der Schrupphub mit einer Schrupp-Kontaktzone, deren Breite, gemessen entlang der Schleifschneckenachse bzw. in Y-Richtung, dem Betrag des Shiftvorschubs während des Schruppeingriffs plus der Breite eines einzelnen Kontaktpfades entspricht. Der Betrag des Shiftvorschubs im Verlauf des Schruppeingriffs wird in der Figur als yrbezeichnet, die Breite eines einzelnen Kontaktpfads entlang der Schleifschneckenachse als Δyr. Insgesamt wird beim Schruppen also eine Schrupp-Kontaktzone genutzt, die eine Breite yr+ Δyr, gemessen entlang der Schneckenachse, aufweist.

[0104] Nach dem Ende des Schruppeingriffs des ersten Werkstücks im Schruppbereich 111 erfolgt ein Shiftsprung in den Schlichtbereich 112 um einen (positiven) Betrag Δys1zu dem Ort, wo der Schlichteingriff des ersten Werkstücks beginnt. Auch während des Schlichthubs wird kontinuierlich geshiftet, wobei die Shiftgeschwindigkeit gleich oder unterschiedlich zum Schrupphub sein kann. Der gesamte Shiftvorschub während des Schlichteingriffs beträgt yf, die Breite eines einzelnen Kontaktpfads entlang der Schneckenachse während des Schlichtens Δyf. In der Regel wird die Breite des Kontaktpfads beim Schlichten wegen der kleineren Zustellung geringer sein als beim Schruppen. Insgesamt wird so beim Schlichten eine Schlicht-Kontaktzone mit der Breite yf+ Δyf, gemessen entlang der Schneckenachse, genutzt.

[0105] Nach dem Ende des Schlichteingriffs erfolgt ein verkleinerter Shiftrücksprung um einen (negativen) Betrag Δys2. Dieser Betrag ist so gewählt, dass gilt: Δys1+ yf+ Δys2≥ Δyr. Auf diese Weise ist die Schrupp-Kontaktzone des nächsten Werkstücks von der Schrupp-Kontaktzone des vorherigen Werkstücks entkoppelt.

[0106] Eine zweite Shiftstrategie ist in der Figur 14 illustriert. Bei der hier skizzierten Shiftstrategie wird ein erstes Werkstück mit einem Schleifschneckenbereich 121 bearbeitet, ein zweites Werkstück mit einem daran angrenzenden Schleifschneckenbereich 122, usw. Für jedes Werkstück erfolgt ein Schrupphub mit einer Schrupp-Kontaktzone, gefolgt von einem Schlichthub mit einer Schlicht-Kontaktzone.

[0107] Um zu verhindern, dass die Schrupp-Kontaktzone und die Schlicht-Kontaktzone eines Werkstücks miteinander überlappen, wird zwischen dem Ende des Schruppeingriffs und dem Beginn des Schlichteingriffs jedes Werkstücks eine zusätzliche Shiftbewegung (Shiftsprung) ausgeführt. Der Betrag Δys1dieser zusätzlichen Shiftbewegung wird genügend gross gewählt, dass der erste Kontaktpfad zu Beginn des Schlichteingriffs gerade nicht mehr mit dem letzten Kontaktpfad am Ende des Schruppeingriffs überlappt. Das ist dann der Fall, wenn die Schnecke zwischen dem Ende des Schruppeingriffs und dem Beginn des darauffolgenden Schlichteingriffs mindestens um den Betrag Δyrgeshiftet wird. Die Kontaktzonen des Schrupphubs und des Schlichthubs sind dadurch voneinander entkoppelt.

[0108] Nach dem Ende des Schlichteingriffs für das erste Werkstück erfolgt eine erneute zusätzliche Shiftbewegung um einen Betrag ys2, der mindestens Δyfbeträgt, bevor der Schruppeingriff des darauffolgenden zweiten Werkstücks beginnt. Dadurch wird die Schrupp-Kontaktzone für das zweite Werkstück von der Schlicht-Kontaktzone für das erste Werkstück entkoppelt.

[0109] Wenn mehr als ein einzelner Schrupphub und/oder mehr als ein einzelner Schlichthub ausgeführt werden, werden die entsprechenden Kontaktzonen vorzugsweise ebenfalls voneinander entkoppelt. Wenn pro Werkstück nur ein einziger Bearbeitungshub ausgeführt wird, kann ebenfalls analog vorgegangen werden.

[0110] Es sind viele weitere Shiftstrategien mit entkoppelten Kontaktzonen möglich.

Normierung der Verschleisskenngrösse

[0111] Die Verschleisskenngrösse kann geeignet normiert werden, um die Vergleichbarkeit des Verschleisskenngrösse für unterschiedliche Gegebenheiten zu verbessern. Wenn die Verschleisskenngrösse auf einem Leistungsindikator basiert, können insbesondere der Leistungsindikator oder die daraus berechnete Schleifintensität geeignet normiert werden.

[0112] Die Normierungsoperation basiert dabei vorzugweise auf einem Modell, das eine erwartete Abhängigkeit der Prozessleistung von geometrischen Parametern der Schleifschnecke und des Werkstücks und von Einstellparametern der Wälzschleifmaschine beschreibt. Das Modell der Prozessleistung kann insbesondere auf einem Kraftmodell beruhen, das eine erwartete Abhängigkeit der Schnittkraft, die am Ort des Kontakts zwischen der Schleifschnecke und dem Werkstück wirksam ist, von geometrischen Parametern des Feinbearbeitungswerkzeugs, geometrischen Parametern des Werkstücks und Einstellparametern der Feinbearbeitungsmaschine beschreibt.

[0113] Die Normierungsoperation kann beispielsweise eine Multiplikation der gemessenen Werte des Leistungsindikators oder daraus abgeleiteter Grössen mit einem Normierungsfaktor umfassen. Es sind aber auch komplexere Normierungsoperationen denkbar. Der Normierungsfaktor kann insbesondere eine inverse Intensitätsgrösse sein, die anhand des Modells der Prozessleistung für die konkret vorliegende Bearbeitungssituation berechnet wurde, oder eine daraus abgeleitete Grösse. Beispielsweise kann das in WO2021048027A1 verwendete Modell der Prozessleistung verwendet werden.

[0114] Vorzugsweise wird der Normierungsfaktor nach jedem Abrichtvorgang neu berechnet, und es wird auf alle Werte des Leistungsindikators oder einer daraus berechneten Grösse, die zwischen zwei Abrichtvorgängen ermittelt wurde, derselbe Normierungsfaktor angewendet.

Berücksichtigung des Nutzbereichs der zu fertigenden Verzahnung

[0115] In der Regel kommen beim Einsatz des fertig bearbeiteten Werkstücks in einem Getriebe nicht die gesamten linken und rechten Werkstückflanken in Eingriff mit einer Gegenverzahnung, sondern nur jeweils ein bestimmter Bereich der betreffenden Flanke. Dieser Bereich wird im vorliegenden Dokument als „Nutzbereich“ bezeichnet. Er lässt sich z.B. bestimmen, indem das Tragbild der Verzahnung unter realen Einsatzbedingungen bestimmt wird.

[0116] In Fig. 15A ist beispielhaft eine Werkstückflanke 210 einer Verzahnung mit dem zugehörigen Nutzbereich 211 illustriert. Der Nutzbereich 211 erstreckt sich nicht über die gesamte Breite der Werkstückflanke in Werkstück-Breitenrichtung zWS. Er erstreckt sich zudem auch nicht über die gesamte Höhe der Werkstückflanke in Werkstück-Höhenrichtung hWS.

[0117] Es kann dann ein Ziel der Werkstückbearbeitung sein, eine möglichst hohe Qualität der Verzahnung im Nutzbereich zu erhalten, während die Qualität der Verzahnung ausserhalb des Nutzbereichs von untergeordneter Relevanz sein kann. In diesem Fall ist es von Vorteil, denjenigen Bereich der Kontaktzonen auf der Schneckengangflanke zu ermitteln, die während der Bearbeitung der Verzahnung in Kontakt mit dem Nutzbereich gelangen und somit qualitätsbestimmend sind.

[0118] In Fig. 15B ist beispielhaft ein solcher qualitätsbestimmender Bereich 105 einer Kontaktzone 104 auf einer Schneckengangflanke 101 dargestellt. Der qualitätsbestimmende Bereich lässt sich beispielsweise durch eine Bearbeitungssimulation, wie sie dem Fachmann wohlbekannt ist, oder durch Bearbeitungsversuche bestimmen.

[0119] Die vorstehend erläuterten Vorteile können auch dann erzielt werden, wenn statt der gesamten Kontaktzone nur der qualitätsbestimmende Bereich der Kontaktzone überlappungsfrei zu allen anderen Kontaktzonen angeordnet ist. In diesem Fall wird der Verschleisszustand im qualitätsbestimmenden Bereich nicht vom Verschleisszustand aller anderen Kontaktzonen beeinflusst. Auch eine Kontaktzone, bei der nur der qualitätsbestimmende Bereich überlappungsfrei zu allen anderen Kontaktzonen angeordnet ist, kann also als eine „entkoppelte“ Kontaktzone betrachtet werden, und alle vorstehenden Überlegungen gelten sinngemäss auch für solche entkoppelten Kontaktzonen.

[0120] Wie vorstehend erläutert, entspricht bei einer zylindrischen Schleifschnecke und einem zylindrischen Werkstück die Kontaktzone auf der Schneckengangflanke ohne Shiftbewegung einem einzelnen Kontaktpfad. Als Kontaktpfad kann also derjenige Bereich auf der Schneckengangflanke angesehen werden, in dem die Schneckengangflanke während eines Schleifhubs in spanenden Eingriff mit dem Werkstück gelangt, wenn keine keine Shiftbewegung stattfindet. Wenn eine Shiftbewegung stattfindet, entspricht jede Kontaktzone nicht mehr einem einzelnen Kontaktpfad, sondern setzt sich aus einer Vielzahl von entlang der Werkzeugbreitenrichtung zueinander verschobenen, teilweise überlappenden Kontaktpfaden zusammen.

[0121] Wenn während eines Schleifhubs eine Shiftbewegung ausgeführt wird, wird im Allgemeinen nur ein Teil der Kontaktpfade einer Kontaktzone in Kontakt mit dem Nutzbereich der Werkstückflanke gelangen, und diese Kontaktpfade werden im Allgemeinen nicht entlang ihrer gesamten Länge in Kontakt mit dem Nutzbereich kommen. Insofern bildet im Allgemeinen nur ein Teil der Kontaktpfade entlang eines Teils des jeweiligen Kontaktpfadverlaufs den qualitätsbestimmenden Bereich der Kontaktzone. Wenn dagegen während des Schleifhubs keine Shiftbewegung ausgeführt wird, entspricht bei zylindrischem Werkstück und zylindrischem Werkzeug jede Kontaktzone genau einem Kontaktpfad. In diesem Fall bildet in der Regel ein zentraler Abschnitt des Kontaktpfads den qualitätsbestimmenden Bereich der Kontaktzone. Wenn dagegen die gesamte Werkstückflanke als Nutzbereich angesehen wird, bilden alle Kontaktpfade entlang ihrer gesamten Länge den qualitätsbestimmenden Bereich der Kontaktzone, d.h. die gesamte Kontaktzone wird qualitätsbestimmend.

Beispiel einer breitenabhängigen Modifikation des Arbeitsbereichs

[0122] In der Figur 16 ist beispielshaft ein Ausschnitt aus einer Schleifschnecke 100 im Axialschnitt dargestellt, die eine Schneckengangflanke 101 mit einer Modifikation aufweist, die sich entlang der Schneckenachse B verändert. Konkret weist diese Schleifschnecke eine Modifikation des Eingriffswinkels α auf, die sich entlang der Schneckenachse B verändert. Viele andere Arten von Modifikationen, die sich entlang der Schneckenachse B verändern, sind möglich.

Beispielhafter Aufbau einer Wälzschleifmaschine

[0123] In der Figur 17 ist beispielhaft eine Wälzschleifmaschine 1 dargestellt, die sich für die Durchführung der vorstehend geschilderten Verfahren eignet. Diese Wälzschleifmaschine wird im Folgenden auch verkürzt als „Maschine“ bezeichnet.

[0124] Die Maschine 1 weist ein Maschinenbett 11 auf, auf dem ein Werkzeugträger 12 entlang der radialen Zustellrichtung X verschiebbar geführt ist. Der Werkzeugträger 12 trägt einen Axialschlitten 13, der entlang der axialen Vorschubrichtung Z gegenüber dem Werkzeugträger 12 verschiebbar geführt ist. Auf dem Axialschlitten 13 ist ein Schleifkopf 14 montiert, der zur Anpassung an den Schrägungswinkel der zu bearbeitenden Verzahnung um eine parallel zur X-Richtung verlaufende Schwenkachse (die sogenannte A-Achse) verschwenkbar ist. Der Schleifkopf 14 wiederum trägt einen Shiftschlitten, auf dem eine Werkzeugspindel 15 entlang der Shiftrichtung Y gegenüber dem Schleifkopf 14 verschiebbar ist. Auf der Werkzeugspindel 15 ist die Schleifschnecke 100 aufgespannt. Die Schleifschnecke 100 wird von der Werkzeugspindel 15 zu einer Drehung um eine Werkzeugachse B angetrieben.

[0125] Das Maschinenbett 11 trägt des Weiteren einen schwenkbaren Werkstückträger 20 in Form eines Drehturms, der um eine Schwenkachse C3 zwischen mindestens drei Stellungen verschwenkbar ist. Auf dem Werkstückträger 20 sind einander diametral gegenüberliegend zwei identische Werkstückspindeln montiert, von denen in der Figur 17 nur eine Werkstückspindel 21 sichtbar ist. Auf jeder der Werkstückspindeln ist jeweils ein Werkstück aufspannbar und zu einer Rotation um eine Werkstückachse C1 bzw. C2 antreibbar. Die in der Figur 16 sichtbare Werkstückspindel 21 befindet sich in einer Bearbeitungsposition, in der ein auf ihr aufgespanntes Werkstück 200 mit der Schleifschnecke 100 bearbeitet werden kann. Die andere, um 180° versetzt angeordnete und in der Figur 17 nicht sichtbare Werkstückspindel befindet sich in einer Werkstückwechselposition, in der ein fertig bearbeitetes Werkstück von dieser Spindel entnommen und ein neues Rohteil aufgespannt werden kann. Um 90° zu den Werkstückspindeln versetzt ist eine Abrichteinrichtung 30 montiert.

[0126] Die Maschine 1 weist somit eine Vielzahl beweglicher Komponenten wie Schlitten oder Spindeln auf, die durch entsprechende Antriebe gesteuert bewegbar sind. Diese Antriebe werden in der Fachwelt häufig als „NC-Achsen“, „Maschinenachsen“ oder verkürzt als „Achsen“ bezeichnet. Teilweise schliesst diese Bezeichnung auch für die von den Antrieben angetriebenen Komponenten wie Schlitten oder Spindeln ein.

[0127] Die Maschine 1 weist des Weiteren eine Vielzahl von Sensoren auf. Beispielhaft sind in der Figur 1 nur zwei Sensoren 18 und 19 schematisch angedeutet. Beim Sensor 18 handelt es sich um einen Schwingungssensor zur Erfassung von Schwingungen des Gehäuses der Schleifspindel 15. Der Sensor 19 ist ein Positionssensor zur Erfassung der Position des Axialschlittens 13 relativ zum Werkzeugträger 12 entlang der Z-Richtung. Darüber hinaus umfasst die Maschine 1 aber noch eine Vielzahl weiterer Sensoren. Unter diesen Sensoren befinden sich insbesondere weitere Positionssensoren zur Erfassung einer Ist-Position von jeweils einer Linearachse, Drehwinkelsensoren zur Erfassung einer Drehposition von jeweils einer Drehachse, Stromaufnehmer zur Erfassung eines Antriebsstroms von jeweils einer Achse und weitere Schwingungssensoren zur Erfassung von Schwingungen von jeweils einer angetriebenen Komponente.

[0128] Alle angetriebenen Achsen der Maschine 1 werden durch eine Maschinensteuerung 40 digital gesteuert. Die Maschinensteuerung 40 umfasst mehrere Achsmodule 41, einen Steuerrechner 42 und eine Bedientafel 43. Der Steuerrechner 42 empfängt Bedienerbefehle von der Bedientafel 43 sowie Sensorsignale von verschiedenen Sensoren der Maschine 1 und errechnet daraus Steuerbefehle für die Achsmodule 41. Er gibt des Weiteren Betriebsparameter an die Bedientafel 43 zur Anzeige aus. Die Achsmodule 41 stellen an ihren Ausgängen Steuersignale für jeweils eine Maschinenachse bereit. Auf diese Weise können alle vorstehend genannten Bewegungen gesteuert werden, insbesondere radiale Zustellung, axiale Vorschubbewegung und Shiftvorschubbewegung.

[0129] Mit dem Steuerrechner 42 ist eine Überwachungseinrichtung 44 verbunden.

[0130] Die Überwachungseinrichtung 44 kann eine separate Hardware-Einheit sein, die der Maschine 1 zugeordnet ist. Sie kann über eine an sich bekannte Schnittstelle mit dem Steuerrechner 42 verbunden sein, z.B. über den bekannten Profinet-Standard, oder über ein Netzwerk, z.B. über das Internet. Sie kann räumlich Teil der Maschine 1 sein, oder sie kann räumlich entfernt von der Maschine 1 angeordnet sein.

[0131] Die Überwachungseinrichtung 44 empfängt im Betrieb der Maschine eine Vielzahl unterschiedlicher Messdaten vom Steuerrechner 42. Unter den vom Steuerrechner empfangenen Messdaten befinden sich Sensordaten, die direkt vom Steuerrechner 42 erfasst wurden, und Daten, die der Steuerrechner 42 aus den Achsmodulen 41 ausliest, z.B. Daten, die die Sollpositionen der verschiedenen Maschinenachsen und die Soll-Stromaufnahmen in den Achsmodulen beschreiben.

[0132] Die Überwachungseinrichtung 44 kann optional eigene analoge und/oder digitale Sensoreingänge aufweisen, um direkt Sensordaten von weiteren Sensoren als Messdaten zu empfangen. Bei den weiteren Sensoren handelt es sich typischerweise um Sensoren, die nicht direkt für die Steuerung des eigentlichen Bearbeitungsprozesses benötigt werden, z.B. Beschleunigungssensoren, um Vibrationen zu erfassen, oder Temperatursensoren.

[0133] Die Überwachungseinrichtung 44 kann alternativ auch als Softwarekomponente der Maschinensteuerung 40 implementiert sein, die z.B. auf einem Prozessor des Steuerrechners 42 ausgeführt wird, oder sie kann als Softwarekomponente des nachstehend näher beschriebenen Diensteservers 45 ausgebildet sein.

[0134] Die Überwachungseinrichtung 44 kommuniziert direkt oder über das Internet und einen Webserver 47 mit dem Diensteserver 45. Der Diensteserver 45 wiederum kommuniziert mit einem Datenbankserver 46 mit Datenbank DB. Diese Server können entfernt von der Maschine 1 angeordnet sein. Bei den Servern braucht es sich nicht um eine einzige physische Einheit zu handeln. Insbesondere können die Server als virtuelle Einheiten in der sogenannten „Cloud“ realisiert sein.

[0135] Der Diensteserver 45 kommuniziert via den Webserver 47 mit einem mobilen Endgerät 48. Das Endgerät 48 kann insbesondere einen Webbrowser ausführen, mit dem die empfangenen Daten und ihre Auswertung visualisiert werden. Das Endgerät braucht keine besonderen Anforderungen an die Rechenleistung zu erfüllen. Beispielsweise kann es sich bei dem Endgerät um einen Desktopcomputer, einen Notebookcomputer, einen Tabletcomputer, ein Mobiltelefon usw. handeln.

Bearbeitung von Werkstücken

[0136] Der Vollständigkeit halber wird im Folgenden beschrieben, wie mit der Maschine 1 typischerweise Werkstücke bearbeitet werden.

[0137] Um ein noch unbearbeitetes Werkstück (Rohteil) 200 zu bearbeiten, wird das Werkstück 200 durch einen automatischen Werkstückwechsler auf derjenigen Werkstückspindel aufgespannt, die sich in der Werkstückwechselposition befindet. Der Werkstückwechsel erfolgt zeitparallel zur Bearbeitung eines anderen Werkstücks auf der anderen Werkstückspindel, die sich in der Bearbeitungsposition befindet. Wenn das neu zu bearbeitende Werkstück 200 aufgespannt ist und die Bearbeitung des anderen Werkstücks abgeschlossen ist, wird der Werkstückträger 20 um 180° um die C3-Achse geschwenkt, so dass die Spindel mit dem neu zu bearbeitenden Werkstück 200 in die Bearbeitungsposition gelangt. Vor und/oder während des Schwenkvorgangs wird mit Hilfe der zugeordneten Einzentriersonde eine Einzentrieroperation durchgeführt. Dazu wird die Werkstückspindel 21 in Drehung versetzt, und die Lage der Zahnlücken des Werkstücks 200 wird mit Hilfe einer Einzentriersonde vermessen. Auf dieser Basis wird der Wälzwinkel festgelegt.

[0138] Wenn die Werkstückspindel, die das zu bearbeitende Werkstück 200 trägt, die Bearbeitungsposition erreicht hat, wird das Werkstück 200 durch Verschiebung des Werkzeugträgers 12 entlang der X-Achse kollisionsfrei mit der Schleifschnecke 100 in Eingriff gebracht. Das Werkstück 200 wird nun durch die Schleifschnecke 100 im Wälzeingriff bearbeitet. Dies erfolgt durch einen oder mehrere Schleifhübe, beispielsweise einen oder mehrere Schrupphübe, gefolgt von einem oder mehreren Schlichthüben. Während jedes Schleifhubs wird die Schleifschnecke 100 bei konstanter oder variabler radialer X-Zustellung laufend entlang der Z-Achse relativ zum Werkstück 200 vorgeschoben (sogenannter Axialhub). Während des Bearbeitungshubs kann die Werkzeugspindel 15 langsam kontinuierlich entlang der Shiftachse Y verschoben werden. Alternativ oder zusätzlich kann zwischen zwei Schleifhüben ein Shiftsprung erfolgen.

[0139] Zeitparallel zur Werkstückbearbeitung wird das fertig bearbeitete Werkstück von der anderen Werkstückspindel entnommen, und es wird ein weiteres Rohteil auf dieser Spindel aufgespannt.

[0140] Um die Schleifschnecke abzurichten, wird der Werkstückträger 20 um ±90° geschwenkt, so dass die Abrichteinrichtung 30 in eine Stellung gelangt, in der sie der Schleifschnecke 100 gegenüber liegt. Die Schleifschnecke 100 wird nun mit dem Abrichtwerkzeug 33 abgerichtet.

BEZUGSZEICHENLISTE

[0141] 100 Schleifschnecke 101 Schneckengangflanke 102 Kontaktpfad 103 Kontaktbereich 104 Kontaktzone 104' Kontaktzone 105 qualitätsbestimmender Bereich 110 Arbeitsbereich 111 Schruppbereich 112 Schlichtbereich 121 Schleifschneckenbereich für erste Werkstücke 122 Schleifschneckenbereich für zweite Werkstücke 110 Schleifschnecke 151 erster Abrichtvorgang 152 Bearbeitungsvorgang 153 Entscheidung 154 zweiter Abrichtvorgang 200 Werkstück 201 Werkstückverzahnung 210 Flanke der Werkstückverzahnung 211 Nutzbereich 1 Wälzschleifmaschine 11 Maschinenbett 12 Werkzeugträger 13 Axialschlitten 14 Schleifkopf 15 Werkzeugspindel 18 Schwingungssensor 19 Positionssensor 20 Werkstückträger 21 Werkstückspindel 41 Achsmodul 42 Steuerrechner 43 Bedientafel 44 Überwachungseinrichtung 45 Diensteserver 46 Datenbank 47 Webserver 48 mobiles Endgerät B Schneckenachse C Werkstückachse X radiale Zustellrichtung Y Shiftrichtung Z axiale Vorschubrichtung α Eingriffswinkel bWSWerkstückbreite apSchnittbreite yrShiftbetrag während des Schruppeingriffs yfShiftbetrag während des Schlichteingriffs ΔyrBreite eines Kontaktpfads entlang der Schneckenachse beim Schruppen ΔyfBreite eines Kontaktpfads entlang der Schneckenachse beim Schlichten Δys1Betrag des Shiftsprungs zwischen Schruppen und Schlichten Δys2Betrag des Shift(rück)sprungs zwischen Schlichten und nächstem Schruppen N Durchgang P Leistungsaufnahme der Schleifspindel PmaxMaximalwert der Leistungsaufnahme IsSchleifintensität IrSchleifintensität beim Schruppen IfSchleifintensität beim Schlichten Ir,thrSchwellwert der Schleifintensität beim Schruppen If,thrSchwellwert der Schleifintensität beim Schlichten t Zeit n Anzahl Werkstücke N Durchlauf a.u. willkürliche Einheiten (engl.: arbitrary units)

Claims (16)

1. Verfahren zur Bearbeitung von vorverzahnten Werkstücken (200) durch kontinuierliches Wälzschleifen mit einer Schleifschnecke (100), die um eine Schneckenachse (B) rotiert, wobei die Schleifschnecke (100) mindestens einen Arbeitsbereich (110; 111, 112) aufweist, in dem sie in einen Bearbeitungseingriff mit den Werkstücken (200) gelangt, wobei das Verfahren aufweist: Abrichten (151) der Schleifschnecke (100); und Bearbeiten (152) der Werkstücke (200) im Bearbeitungseingriff mit dem Arbeitsbereich (110; 111, 112), nachdem die Schleifschnecke (100) abgerichtet wurde, wobei der Arbeitsbereich (110; 111, 112) im Verlauf der Bearbeitung der Werkstücke (200) von Kontaktpfaden zwischen der Schleifschnecke (100) und den Werkstücken (200) überstrichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsbereich (110; 111, 112) mehrmals in jeweils einem Durchgang (N), der jeweils mindestens einen Schleifhub umfasst, von den Kontaktpfaden überstrichen wird, Schleifhub dass für jeden Durchgang (N) mindestens eine Verschleisskenngrösse (Ir; If) bestimmt wird, die einen Verschleisszustand des Arbeitsbereichs (110; 111, 112) charakterisiert, und dass in Abhängigkeit von der mindestens einen Verschleisskenngrösse (Ir; If) automatisch eine Entscheidung (153) getroffen wird, ob der Arbeitsbereich (110; 111, 112) für einen weiteren Durchgang genutzt wird, bevor er erneut abgerichtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verschleisskenngrösse (Ir; If) auf einem Leistungsindikator für eine Schleifleistung während des jeweiligen Durchgangs (N) basiert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei bei der Bestimmung der Verschleisskenngrösse (Ir; If) eine Normierungsoperation durchgeführt wird, um die Verschleisskenngrösse (Ir; If) zu normieren, wobei die Normierungsoperation von mindestens einem Verfahrensparameter abhängt, wobei es sich bei dem Verfahrensparameter um mindestens einen geometrischen Parameter der Schleifschnecke, mindestens einen geometrischen Parameter des Werkstücks und/oder mindestens einen Einstellparameter der Werkzeugmaschine handelt, wobei die Normierungsoperation derart durchgeführt wird, dass die normierte Verschleisskenngrösse (Ir; If) weniger stark von dem mindestens einen Verfahrensparameter abhängt als ohne die Normierungsoperation, und wobei vorzugsweise die Normierungsoperation neu berechnet wird, wenn sich der mindestens eine Verfahrensparameter ändert.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Arbeitsbereich (110; 111, 112) in jedem Durchgang (N) im Wesentlichen vollständig überstrichen wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schleifschnecke (100) mindestens eine Schneckengangflanke (101) aufweist, die im Arbeitsbereich (110; 111, 112) eine Modifikation aufweist, die sich entlang der Schneckenachse (B) verändert, und wobei die Schleifschnecke (100) während mindestens eines Schleifhubs pro Durchgang (N) durch eine Shiftbewegung entlang der Schneckenachse (B) relativ zum jeweiligen Werkstück (200) verschoben wird, während die Schleifschnecke (100) im Bearbeitungseingriff mit dem jeweiligen Werkstück (200) steht, um die Modifikation auf das jeweilige Werkstück (200) zu übertragen.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in jedem Durchgang (N) genau ein Schleifhub ausgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in jedem Durchgang mindestens zwei Schleifhübe ausgeführt werden, in denen unterschiedliche Teile des Arbeitsbereichs (110; 111, 112) überstrichen werden, wobei die unterschiedlichen Teile des Arbeitsbereichs (110; 111, 112) überlappen oder disjunkt sind.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Verschleisskenngrösse (Ir; If) während jedes Durchgangs (N) mehrmals bestimmt wird und aus den während des jeweiligen Durchgangs (N) bestimmten Werten der mindestens einen Verschleisskenngrösse (Ir; If) mindestens eine abgeleitete Grösse (Ir,N; If,N) ermittelt wird, insbesondere mindestens eine statistische Kenngrösse, die eine statistische Verteilung der Werte der Verschleisskenngrösse während des jeweiligen Durchgangs (N) charakterisiert, und wobei die Entscheidung in Abhängigkeit von der mindestens einen abgeleiteten Grösse (Ir,N; If,N) gefällt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Entscheidung anhand eines Vergleichs der mindestens einen Verschleisskenngrösse (Ir; If) oder mindestens einer daraus abgeleiteten Grösse (Ir,N; If,N) mit einem Schwellwert (Ir,thr; If,thr) gefällt wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Entscheidung zusätzlich in Abhängigkeit von einem Verschleisszustand mindestens eines anderen Arbeitsbereichs gefällt (110, 111, 112) wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes der Werkstücke mit mindestens einem Schrupphub und mindestens einem Schlichthub bearbeitet wird, wobei während jedes Durchgangs (N) mindestens eine Schrupp-Verschleisskenngrösse (Ir) bestimmt wird, die den Verschleisszustand der Schleifschnecke (100) während mindestens eines Schrupphubs charakterisiert, wobei während jedes Durchgangs (N) mindestens eine Schlicht-Verschleisskenngrösse (If) bestimmt wird, die den Verschleisszustand der Schleifschnecke (100) während mindestens eines Schlichthubs charakterisiert, und wobei die Entscheidung (153) in Abhängigkeit sowohl von der mindestens einen Schrupp-Verschleisskenngrösse (Ir) und der mindestens einen Schlicht-Verschleisskenngrösse (If) getroffen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Entscheidung anhand eines Vergleichs der mindestens einen Schrupp-Verschleisskenngrösse (Ir) oder mindestens einer daraus abgeleiteten Grösse (Ir,N) mit einem Schrupp-Schwellwert (Jr,thr) und eines Vergleichs der mindestens einen Schlicht-Verschleisskenngrösse (If) oder mindestens einer daraus abgeleiteten Grösse (If,N) mit einem Schlicht-Schwellwert (Jf,thr) gefällt wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes Werkstück (200) mit jeweils mindestens einem Schleifhub bearbeitet wird, wobei während jedes Schleifhubs die Schleifschnecke (200) relativ zum betreffenden Werkstück (100) entlang der Werkstückachse (C) bewegt wird, während das Werkstück (200) im Bearbeitungseingriff mit dem Arbeitsbereich (110; 111, 112) der Schleifschnecke (100) um eine Werkstückachse (C) rotiert, wobei jedes Werkstück (200) eine Werkstückverzahnung (201) mit Werkstückflanken (210) aufweist, wobei während jedes Schleifhubs die Werkstückflanken (210) mit mindestens einer Schneckengangflanke (101) der Schleifschnecke (100) bearbeitet werden, wobei für jeden Schleifhub auf der Schneckengangflanke (101) eine Kontaktzone (104, 104') existiert, in der die Schneckengangflanke (101) während des betreffenden Schleifhubs in Kontakt mit den Werkstückflanken (210) gelangt, wobei auf jeder Werkstückflanke (210) ein Nutzbereich (211) existiert, wobei die Kontaktzone (104, 104') einen qualitätsbestimmenden Bereich (105) aufweist, der in Kontakt mit den Nutzbereichen (211) der Werkstückflanken (210) gelangt, wobei es auf der Schneckengangflanke (101) mehrere entkoppelte Kontaktzonen (104, 104') gibt, deren qualitätsbestimmende Bereiche (105) im Wesentlichen überlappungsfrei zu allen anderen Kontaktzonen (104, 104') der Schneckengangflanke (101) angeordnet sind, und wobei der Arbeitsbereich (110; 111, 112) mindestens eine der entkoppelten Kontaktzonen (104, 104') umfasst.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei sämtliche Kontaktzonen (104, 104'), die auf der Schleifschnecke (200) genutzt werden, derart zueinander angeordnet sind, dass ihre qualitätsbestimmenden Bereiche im Wesentlichen überlappungsfrei zu allen anderen Kontaktzonen (104, 104') angeordnet sind.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei der Arbeitsbereich (110; 111, 112) durch genau eine der entkoppelten Kontaktzonen (104, 104') gebildet wird.

16. Verzahnmaschine zur Bearbeitung von vorverzahnten Werkstücken (200) durch kontinuierliches Wälzschleifen, aufweisend: eine Werkzeugspindel (15), die dazu ausgebildet ist, auf ihr eine Schleifschnecke (100) aufzuspannen, um die Schleifschnecke (100) zu einer Rotation um eine Werkzeugachse (B) anzutreiben; eine Werkstückspindel (21), die dazu ausgebildet ist, auf ihr ein vorverzahntes Werkstück (200) aufzuspannen, um das vorverzahnte Werkstück (200) zu einer Rotation um eine Werkstückachse (C) anzutreiben; einen Axialschlitten (13), der dazu ausgebildet ist, eine axiale Vorschubbewegung der Werkzeugspindel (15) relativ zur Werkstückspindel (21) entlang einer axialen Vorschubrichtung (Z), die eine Komponente parallel zur Werkstückachse (C) aufweist, zu erzeugen; einen Shiftschlitten, der dazu ausgebildet ist, eine Shiftbewegung der Werkzeugspindel (15) entlang einer parallel zur Schneckenachse (B) verlaufenden Shiftrichtung (Y) zu erzeugen; eine Abrichteinrichtung (30); und eine Maschinensteuerung (40), dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinensteuerung (40) dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.