Zahnrads oder eines Werkstücks mit einem zahnradähnlichen Profil in einer Schleif- oder

Poliermaschine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schleifen oder Polieren eines Zahnrads oder eines Werkstücks mit einem zahnradähnlichen Profil in einer Schleif- oder Poliermaschine, wobei die Schleif- oder Poliermaschine mindestens zwei Werkstückspindeln zur Aufnahme eines Werkstücks und mindestens eine Schleif- oder Polierspindel mit einem Schleif- oder Polierwerkzeug aufweist.

Schleifmaschinen mit mehr als einer Werkstückspindel sind im Stand der Technik bekannt. Sie haben den Vorteil, die Nebenzeiten bei der Bearbeitung erheblich reduzieren zu können. Zeitlich parallel zur Bearbeitung eines Werkstücks auf einer Werkstückspindel kann dann nämlich die Be- und Entladung eines Werkstücks auf der anderen Werkstückspindel erfolgen. Nach der Beladung wird das Werkstück auf einer zweiten Werkstückspindel ausgerichtet und eingemittet, d. h. die Lage der Zahnlücken bzw. Profillücken des vorgefertigten Werkstücks, z. B. in Form eines Zahnrads, wird festge- stellt, so dass dann beim eigentlichen Schleifen das Schleifwerkzeug gezielt in die Lücke eintreten kann.

Dabei gibt die Taktzeit des Prozesses vor, wie lange das Be- und Entladen sowie das Ausrichten des Werkstücks dauern dürfen.

Daher wird zur Erfassung der Lage der Zahnlücken bzw. Profillücken zumeist ein berührungslos arbeitender induktiver Sensor verwendet, der den Umfang der Verzahnung bzw. Profilierung schnell abfahren kann, um so festzustellen, wo die Lücken hegen, in welche das Schleifwerkzeug eintauchen muss. Ein solcher Sensor kann also mittels der erfassbaren Schaltsignale die Lückenmitten eines Zahnrad oder einer ähnlichen Profilierung erkennen und somit Rückschlüsse auf den Härteverzug und die Position des Werkstücks auf der Werkstückspindel ziehen.

Mit einer solchen Lösung ist es allerdings nicht möglich, das tatsächlich vorliegende Aufmaß auf den Flanken der Verzahnung bzw. Profilierung zu ermitteln.

Wenn hier und nachfolgend vom Prozess des Schleifens gesprochen wird, ist hierunter genauso auch der alternative Prozess des Polierens zu verstehen, für den die vorliegende Erfindung genauso zur Anwendung kommen kann.

Der Erfindung hegt die A u f g a b e zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass es möglich wird, zeitneutral und ohne den Einsatz externer Messsysteme verbesserte Informationen über das zu schleifende oder zu polierende Werkstück zu erhalten und so den Schleif oder Polierprozess zu optimieren. Somit soll also ohne zusätzliche Bearbeitungszeiten sowie ohne den Einsatz externer Messsysteme ein verbessertes Schleif- oder Polierergebnis erzielen werden können.

Die L ö s u n g dieser Aufgabe durch die Erfindung sieht vor, dass das Verfahren die Schritte aufweist: a) Schleifen oder Polieren eines ersten auf einer Werkstückspindel aufgenommenen Werkstücks; b) zeitlich parallel zum Schleifen oder Polieren des ersten Werkstücks:

Aufnehmen eines zweiten Werkstücks auf der weiteren Werkstückspindel und Vermessen der Verzahnung oder des zahnradähnlichen Profils des Werkstücks, um die Lage der Zahnlücken oder Profillücken zu ermitteln, wobei das Vermessen der Verzahnung oder des zahnradähnlichen Profils das Abtasten der Zahn- oder Profilflanken mindestens einer Zahn- oder Profillücke mittels eines taktilen Messelements oder eines berührungslosen Messmittels umfasst, um das effektive Aufmaß auf den Zahn- oder Profilflanken zu ermitteln; c) nach Beendigung des Schleifens oder Polierens des ersten Werkstücks: Schleifen oder Polieren des zweiten auf der weiteren Werkstückspindel aufgenommenen Werkstücks unter Zugrunde legung der ermittelten Lage der Zahnlücken oder Profillücken und/oder des gemessenen effektiven Aufmaßes auf der Zahn- oder Profilflanke. Bei der Durchführung des obigen Schritts b) kann auch eine Mehrzahl von Zahn- oder Profillücken abgetastet werden; insbesondere können alle Zahn oder Profillücken abgetastet werden. Die Vermessung gemäß obigem Schritt b) erfolgt zunächst bevorzugt mittels eines Messtasters. Es ist alternativ aber auch möglich, dass die Vermessung mittels eines Lasers erfolgt.

Eine bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass das Schleifen oder Polieren gemäß obigem Schritt c) unter Vorgabe von Schleif- oder Polierparametern erfolgt, die das tatsächlich vorliegende Aufmaß auf den Zahn- oder Profilflanken berücksichtigt. Hierbei kann insbesondere der beein flusste Parameter die Vorschubgeschwindigkeit zwischen Schleif- oder Polierwerkzeug und Werkstück und/oder die Anzahl der Schleif- oder Polierhübe und/oder die Größe der Zustellung des Schleif- oder Polierwerkzeug zum Werkstück sein.

Nach dem Schleifen gemäß obigem Schritt c) kann ein nochmaliges Vermessen der geschliffenen oder polierten Verzahnung oder des zahnradähnlichen Profils des Werkstücks erfolgen.

Das taktile Messelement oder das berührungslose Messmittel kann auf einem Linearschlitten angeordnet sein, mit dem es in eine translatorische Richtung bewegt und positioniert werden kann.

Zusätzlich kann auch ein induktiver Sensor in der Schleif- oder Poliermaschine angeordnet sein, mit dem die Lage der Zahnlücken oder Profillücken ermittelt werden. Das vorgeschlagene Konzept erlaubt somit eine effektive Ermittlung des tatsächlich vorhandenen Aufmaßes sowie Härteverzugs vor der Bearbeitung.

Zeitparallel zur Bearbeitung eines Werkstücks auf der ersten Werk- stückspindel wird somit ein zu bearbeitendes Werkstück auf der zweiten Werkstückspindel mit einem Messtaster oder einem berührungslos arbeitenden Messelement vermessen, hierdurch die Zahn- bzw. Profillücke aufgefunden und das vorliegende Aufmaß und der Härteverzug bestimmt. Typischerweise sind die beiden Werkstückspindeln in der Werkzeugmaschine permanent angeordnet, wobei zwischen ihnen gegebenenfalls eine Trennwand eingefahren werden kann, um zwei separate Teilräume zu schaffen und so das Kühlschmiermedium von derjenigen Spindel abzuhalten, auf der gerade nicht geschliffen wird. Es ist aber auch möglich, dass die Werkstückspindeln oder zumindest Werkstückaufnahmen mittels eines Handhabungssystems aus der Maschine entnehmbar und in diese wieder einsetzbar sind, so dass die genannte Vermessung bzw. Einmittung außerhalb der Maschine stattfindet.

Die Erfindung nutzt dabei den Umstand, dass mitunter noch hinreichend Zeit während der Schleif- bzw. Polierbearbeitung auf der anderen Werkstückspindel verbleibt, so dass eine Erfassung des tatsächlichen Aufmaßes erfolgen kann.

In vorteilhafter Weise kann bei der vorgeschlagenen Vorgehensweise, die eine sehr viel bessere Positionierung des Werkstücks relativ zum Schleif- bzw. Polierwerkzeug ermöglicht, auf den Einsatz eines Zweiflanken wälzprüfstandes verzichtet werden, welche ansonsten häufig zur Qualitätssicherung eingesetzt wird. Weiterhin wird es möglich, dass der Schleif- bzw. Polierprozess individuell für jedes zu bearbeitende Werkstück optimiert eingestellt wird, indem optimal angepasste Schleif- bzw. Polierparameter in Abhängigkeit des vorher ermittelten effektiven Aufmaßes für das Schleifen oder Polieren vorgegeben werden.

Ist die Taktzeit ausreichend groß, kann vor dem Entladen des fertig geschliffenen bzw. polierten Werkstücks dieses nochmals mittels des Messtasters bzw. des berührungslos arbeitenden Messelements vermessen werden, um so gegebenenfalls vorhandene Abweichungen zu erfassen, nämlich eine Abweichung zwischen der idealen Lage der Verzahnung bzw. Profilierung auf dem Grundkörper des Werkstücks und der sich aufgrund des Härteverzugs bzw. tatsächlichen Aufmaßes ergebenen Geometrie des Werkstücks. Über die Auswertung derartige systematische Abweichungen kann gegebenenfalls mit korrigierten Einstellungen gearbeitet werden und der Schleif- bzw. Polierprozess so in einem geschlossenen Regelkreis optimiert werden.

Durch die vorgeschlagene Vorgehensweise wird es mit geringem Aufwand möglich, ohne Verlängerung der Bearbeitungszeiten das effektive Aufmaß des zu bearbeitenden Werkstücks festzustellen. In Kenntnis desselben kann dann der Schleif- bzw. Polierprozess optimiert werden.

Die Verwendung des vorgeschlagenen Messtaster bzw. des berührungslos arbeitenden Messelements ersetzt generell den ansonsten bislang zum Einsatz kommenden induktiven Sensor und bietet zusätzlich die Möglichkeit, das tatsächliche Flankenaufmaß zumindest einer, vorzugsweise einer Anzahl und besonders bevorzugt aller Lücken zu erfassen. Möglich ist es allerdings auch, dass weiterhin zusätzlich der induktive Sensor eingesetzt wird, um in Kombination des Sensors mit dem Messtaster bzw. dem berührungslos arbeitenden Messelement einen weiter optimierten Verfahrensablauf zu realisieren. In diesem Falle kann vorgesehen werden, dass der Messtaster bzw. das berührungslos arbeitende Messelement nur eine einzige Lücke vermisst und hierdurch das Aufmaß erfasst wird, so dass das Werkstück anhand dieser Lücke ausgerichtet bzw. eingemittet werden kann. Der induktive Sensor könnte dann zusätzlich alle anderen Zähne bzw. Lücken erfassen, so dass mit der schon per Messtaster gemessenen Referenzlücke und des ermittelten Aufmaßes sowie der weiteren Informationen des induktiven Sensors eine verbesserte Aussage über das komplette Werkstück getroffen werden kann.

Die Positionierung des taktilen Messelements (insbesondere des Messtasters) bzw. des berührungslos arbeitenden Messelements erfolgt bevorzugt über eine Linearachse der Schleifmaschine. Dabei kann nach einer Kalibrierung des Messtasters mittels eines Referenzkörpers bekannter Geometrie (z. B. Kugel mit bekanntem Durchmesser) der Messtaster mittels der Linearachse gezielt in die benötigte Position verfahren werden.

Die erfassten Messwerte des Messtasters bzw. des berührungslos arbeitenden Messelements werden von der Maschinensteuerung erfasst und in an sich bekannter Weise verarbeitet, um bezüglich der Verzahnung bzw. Profilierung die optimale Mittenposition des Werkstücks relativ zum Schleifwerkzeug zu finden.

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Schleifmaschine mit zwei Werkstückspindel und einer Schleifspindel mit einem Schleif werkzeug und Fig. 2 schematisch das Vermessen einer Zahnlücke mittels eines Mess tasters.

In Fig. 1 ist nur sehr schematisch eine Schleifmaschine 3 dargestellt, die mit zwei Werkstückspindeln 4 und 5 sowie einer Schleifspindel 6 ausgestattet ist. Auf den beiden Werkstückspindeln 4 und 5 kann im Ausführungsbeispiel jeweils ein Werkstück 1 bzw. 2 aufgenommen (aufgespannt) werden. Auf der Schleifspindel 6 ist ein Schleifwerkzeug 7 in Form einer Schleifschnecke angeordnet. Wie aus der Zusammenschau mit Figur 2 hervorgeht, sind die Werkstücke 1, 2 vorliegend Zahnräder, die eine Verzahnung 8 aufweisen. Allerdings gelten die nachfolgenden Überlegungen gleichermaßen, falls statt eines Zahnrades ein anderes Werkstück mit einer zahnradähnlichen Profilierung bearbeitet wird.

Prinzipiell erfolgt das eigentliche Schleifen mittels der Schleifschnecke 7 durch Schleifen des Werkstücks 1 auf einer der beiden Werkstückspindeln 4, während auf der anderen Werkstückspindel 5 Vorbereitungshandlungen für das Schleifen erfolgen. Hierzu gehören zunächst das Aufspannen des Werkstücks 2 auf der Werkstückspindel 5 und das anschließende Ausrichten bzw. Einmitten. Das (beispielsweise durch Wälzfräsen) vorbearbeitete Werkstück 1, 2 mit seiner Verzahnung 8 muss nämlich so relativ zur Schleifschnecke 7 positioniert werden, dass die Abrasivflächen der Schleif schnecke in die Zahnlücken 9 der Verzahnung 8 eingreifen (siehe Figur 2). Durch den Schleifvorgang wird dann ein Aufmaß von den jeweiligen Zahnflanken 10 durch das Schleifwerkzeug 7 abgetragen. Hierzu ist vorgesehen, dass während des Schleifens des einen Werkstücks 1 auf der einen Werkstückspindel 4 zeitlich parallel das Werkstück 2 auf der anderen Werkstückspindel 5 einem Messvorgang mittels eines Messtasters 11 unterzogen wird, wie es schematisch in Figur 2 dargestellt ist. Dabei werden zumindest in einer Zahnlücke 9 die beiden sich gegenüber liegenden Zahnflanken 10 durch Antasten vermessen und so festgestellt, wie groß das effektive Aufmaß der Verzahnung ist. Der Messtaster 11 ist zu diesem Zweck auf einem Linearschlitten 12 platziert, so dass er in die benötigte Messposition verfahren werden kann. In Figur 2 ist hierzu mit Pfeilen angedeutet, wie eine radiale Verschiebung des Messtasters 11 relativ zur Verzahnung 8 erfolgt, weiterhin wird das Werkstück in Umfangsrichtung hin und her gedreht, um punktweise die Kontur der zu schleifenden Zahnflanke 10 zu erfassen. Anhand des vermessenen Aufmaßes zumindest einer, vorzugsweise einer Vielzahl und besonders bevorzugt aller Zahnlücken 9 lässt sich somit die optimale Einmittposition des Werkstücks 2 relativ zur Schleifschnecke 7 festlegen, so dass im Idealfall gleich viel Material von den beiden sich gegenüberliegenden Zahnflanken 10 abgetragen wird.

Eine solche Optimierung des Schleifvorgangs ist nur bedingt möglich, wenn lediglich, gemäß dem Stand der Technik, mittels eines induktiven Sensors die Lage der Zahnlücken erfasst wird und auf dieser Basis das Einmitten des Werkstücks erfolgt. In diesem Falle fehlt nämlich jede Information zum tatsächlichen Aufmaß.

Die Vermessung mittels Messtaster in der beschriebenen Weise benötigt zwar mehr Zeit als das Einmitten per Induktivsensor, allerdings steht in vielen Fällen diese Zeit zur Verfügung, bis das zeitlich parallel geschliffene Werkstück fertig ist.

Abhängig von den erfassten Werten für das effektive Aufmaß kann dann in Fortbildung des vorgeschlagenen Verfahrens vorgesehen werden, dass die Fertigungsparameter angepasst werden, um den Schleifvorgang zu opti mieren. Hierbei ist insbesondere daran gedacht, die Vorschubgeschwindigkeit zwischen Schleifwerkzeug 7 und Werkstück 1, 2 zu verändern bzw. anzupassen. Genauso kann in Erwägung gezogen werden, die Anzahl der Schleifhübe bzw. die Größe der Zustellung des Schleifwerkzeugs 7 zum Werkstück 1, 2 anzupassen. Das über die Zeit abgetragene Zerspanvolumen kann so in einen gewünschten Bereich und insbesondere konstant gehalten werden. Während des Schleifens des Werkstücks 2 wird zeitlich parallel auf der anderen Werkzeugspindel das fertige Werkstück 1 entnommen und das nächste Werkstück gespannt und in der beschriebenen Weise vermessen. Somit werden jeweils abwechselnd auf den beiden Werkstückspindeln Werkstücke geschliffen. Der beschriebene Vorgang der Aufmaßbestimmung findet also wechselweise auf den beiden Werkstückspindeln jeweils parallel zur Bearbeitungshauptzeit statt. Bezusszeichenliste:

1 Werkstück (Zahnrad)

2 Werkstück (Zahnrad)

3 Schleifmaschine / Poliermaschine

4 Werkstückspindel

5 Werkstückspindel

6 Schleifspindel

7 Schleifwerkzeug (Schleifschnecke)

8 Verzahnung / zahnradähnliches Profil

9 Zahnlücke / Profillücke

10 Zahnflanke / Profilflanke

11 taktiles Messelement (Messtaster) / berührungsloses Messmittel (Laser) 12 Linearschlitten