antriebstechnik 1-2/2016

WÄLZSCHLEIFEN
09 Validierung der Zerspankräfte 10 Zerspankraftmessung und -modell für eine Beispielverzahnung
veränderlichen Kontaktbedingungen beim kontinuierlichen Wälzschleifen
kann es zu einer ausgeprägten Dynamik im Prozess kommen.
Diese Dynamik stellt sowohl für die Maschinenentwicklung,
die Regelungstechnik als auch die Prozessauslegung eine Herausforderung
dar. Die Kenntnis der zu erwartenden Bearbeitungskräfte
und ihres zeitlichen Verlaufs ist notwendig, um die Dynamik des
Prozesses beschreiben und optimieren zu können. Allerdings existieren
bisher keine veröffentlichten Modelle für das kontinuierliche
Wälzschleifen, die es ermöglichen Zerspankräfte zu berechnen.
Aus diesem Grund wurde ein von der DFG das Forschungsvorhaben
KL 500/94-1 initiiert, welches die Entwicklung eines
Zerspankraftmodells für das Wälzschleifen zum Ziel hat. In diesem
Bericht werden die abschließenden Arbeiten am Modell gezeigt, in
denen das Zerspankraftmodell für das kontinuierliche Wälzschleifen
anhand einer Beispielverzahnung für verschiedene Prozessparameter,
Schleifschnecken und Aufmaße validiert wird.
Es konnte gezeigt werden, dass die Berechnung der Zerspankräfte
für das kontinuierliche Wälzschleifen mit der Prozessanalyse
Geargrind 3D möglich ist. Die berechneten Zahnlückengeometrien
weisen eine hohe Übereinstimmung mit gemessenen Werten auf.
Zudem kann gezeigt werden, dass die Simulation Geargrind 3D, die
gemessenen Kräften abbilden kann.
Leider sind für die Bestimmung der Zerspankräfte aktuell Kraftmessungen
zwingend erforderlich, da das Modell zum Teil auf empirischen
Parametern basiert, die nicht ohne Weiteres auf andere
Verzahnungsfälle zu übertragen sind. Daher sind weitere Zerspankraftm
essungen notwendig um das Modell abzusichern. Die in diesem
Bericht vorgestellte Methodik zur Messung der Zerspankräfte lässt
sich mit einem geringen Aufwand auf verschiedene Zahnradgeometrien
und weitere Prozesse wie z. B. den Profilschleifprozess übertragen.
Die empirischen Parameter können durch weitere Unter su ch ungen
ermittelt werden. Hierfür wurde ein Nachfolgeprojekt namens
„Weiterentwicklung eines Zerspankraftmodells für das kontinuierliche
Wälzschleifen unter Berücksichtigung von mikrogeometrischen
Einflüssen“ (KL 500/133-1) genehmigt. Hier werden die empirischen
Schnittkraftfaktoren basierend auf Ein- und Mehrkornritzversuchen
sowie weiteren Messungen an Zahnrädern optimiert, mit dem Ziel
empirische Parameter möglichst zu eliminieren.
Die Autoren danken der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG)
[Projektkennzeichen KL500/94-1] für die Bereitstellung der finanziellen
Mittel zur Durchführung des den vorgestellten Ergebnissen zugrunde
liegenden Forschungsprojekts. Für die softwaregestützte Ermittlung
von Simulationsergebnissen mit dem Programmsystem Geargrind 3D
wird der Förderung durch den WZL-Getriebekreis gedankt
Literaturverzeichnis:
[1] Schriefer, H; Thyssen, W; Wirz, W; Scacchi, G; Gretler, M.: Reishauer
Wälzschleifen: Eigenverlag Reishauer, Walisellen, 2008.
[2] Bausch, T.: Innovative Zahnradfertigung: Verfahren und Maschinen zur
kostengünstigen Herstellung von Stirnrädern mit hoher Qualität. 3.th ed.: Expert
Verlag, Renningen-Malmsheim, 2006.
[3] Türich, A.: Werkzeugprofilgenerierung beim Wälzschleifen. Dissertation,
Universität Hannover, 2002.
[4] Klocke F; Gorgels C; Reimann J, 2009: Kontinuierliches Wälzschleifen von
Verzahnungen: Softwareunterstützte Prozessoptimierung. WB Werkstatt und
Betrieb, 2009:62–63.
[5] Reimann, J.: Randzonenbeieinflussung beim kontinuierlichen Wälzschleifen
von Stirnradverzahnungen. Dissertation, RWTH Aachen, 2014.
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durch eine optimierte Werkzeuggestaltung. Dissertation, RWTH Aachen, 2005.
[7] Sulzer, G.: Leistungssteigerung bei der Zylinderradherstellung durch genaue
Erfassung der Zerspankinematik. Dissertation, RWTH Aachen, 1973.
[8] Klocke F; Kobialka C; Stuckenberg A; Krömer M; Weber G: Simulation-based
process design for gear hobbing. In: Höhn B. International Conference on Gears:
Europe invites the world. VDI Berichte 2199, VDI Verlag, München, 2013.
[9] Röthlingshöfer, T.: Auslegungsmethodik zur Optimierung des Einsatzverhaltens
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[10] Brecher C; Brumm M; Hübner F: Manufacturing simulation for generatinggear
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Prozessoptimierung des Außenrundschleifens. Habilitation, RWTH Aachen, 1973.
[14] Kassen, G.: Beschreibung der elementaren Kinematik des Schleifvorganges.
Dissertation, RWTH Aachen, 1969.
Formelzeichen
F‘ n
[N] Bezogene
Schleifnormalkraft
Acu [mm²] Spanungsquerschnitt
k [N/
mm²]
Spezifische Schnittkraft
Nkin [-] Kinematische
Schneidenanzahl
lg [mm] Kontaktlänge n [-] Exponentialkoeffizient
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