DE102009019433A1

DE102009019433A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten der Zahnkanten stirnverzahnter Werkräder

Info

Publication number: DE102009019433A1
Application number: DE102009019433A
Authority: DE
Inventors: Matthias Philippin; Jürgen Pastow
Original assignee: Gleason Pfauter Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Gleason Pfauter Maschinenfabrik GmbH
Priority date: 2009-04-29
Filing date: 2009-04-29
Publication date: 2010-11-04
Also published as: JP2010260171A; CN101875140B; KR101718330B1; KR20100118940A; ATE550126T1; US20100278605A1; EP2246138B1; EP2246138A1; US8769820B2; CN101875140A

Abstract

Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Bearbeiten der zwischen jeder Stirnseite (22, 24) und den Zahnflanken (26, 27) stirnverzahnter Werkräder (2) ausgebildeten Zahnkanten (23, 25) wird die Drehachse (20) der das Bearbeitungswerkzeug (21) tragenden Spindel um eine dazu orthogonale Schwenkachgen in Bezug auf das Werkrad (2) bei der Bearbeitung der unteren Zahnkanten (23) und der oberen Zahnkanten (25) einander entgegengesetzt sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bearbeiten der zwischen jeder Stirnseite und den Zahnflanken stirnverzahnter Werkräder ausgebildeten Zahnkanten, bei dem ein eine Schneide aufweisendes und um eine Werkzeugdrehachse in einer Schneidrichtung drehend angetriebenes Bearbeitungswerkzeug dem um eine Werkraddrehachse drehend angetriebenen Werkrad nacheinander in zwei den Zahnkanten der beiden Stirnseiten zugeordneten Bearbeitungsstellungen zugestellt wird, und auf eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung.
Bei einer derartigen bekannten Vorrichtung ( EP 1 495 824 A2 ) sind das zum Anfasen der Zahnkanten dienende Bearbeitungswerkzeug und ein zur Erzeugung der Stirnverzahnung des Werkrades dienender Wälzfräser in einer Wälzfräsmaschine auf derselben Welle aufgespannt. Nachdem die Stirnverzahnung fertiggestellt ist, wird die Welle im Raum derart verstellt, daß das Anfaswerkzeug mit den Zahnkanten in Bearbeitungseingriff gelangt und dadurch die Anfasung erfolgt. Diese Bearbeitung wird zunächst an einer der beiden Stirnseiten des Werkrades ausgeführt. Danach wird die Welle derart verstellt, daß die Bearbeitung an der gegenüberliegenden anderen Stirnseite erfolgt. Dabei ist allerdings die Schneidrichtung des Anfaswerkzeuges an der einen Stirnseite von innen nach außen gerichtet, während sie an der gegenüberliegenden Stirnseite von außen nach innen gerichtet ist. Falls es gewünscht ist, an beiden Stirnseiten die Schneidrichtung von innen nach außen verlaufen zu lassen, müssen auf der Welle zwei Anfaswerkzeuge mit einander entgegengesetzten Schneidrichtungen aufgespannt und die Drehrichtung der Welle zwischen der Bearbeitung an den beiden Stirnseiten umgedreht werden. Weiterhin begrenzt die Anordnung des oder der Anfaswerkzeuge auf der Welle des Wälzfräsers dessen Länge. Ferner setzt diese Vorgehensweise voraus, daß zunächst die Stirnverzahnung vollständig hergestellt und erst danach der Anfasvorgang begonnen wird. Schließlich ist wegen der gemeinsamen Anordnung auf derselben Welle der Durchmesser des oder der Anfaswerkzeuge vom Durchmesser des Wälzfräsers abhängig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine flexiblere Verfahrensführung und eine Verkürzung der Bearbeitungszeit ermöglicht, sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens dadurch gelöst, daß zwischen den beiden Bearbeitungsstellungen die Werkzeugdrehachse um eine zu ihr orthogonale Schwenkachse zwischen zwei Schwenkstellungen verschwenkt wird, in denen die Schneidrichtungen in Bezug auf das Werkrad einander entgegengesetzt sind.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren steht die Werkzeugdrehachse des Bearbeitungswerkzeuges als unabhängig verstellbare Achse zur Verfügung. Dadurch kann der Durchmesser des Bearbeitungswerkzeuges frei, insbesondere verhältnismäßig klein, gewählt werden, was Aufspannungskollisionen vermeiden hilft. Ferner sind in den beiden Schwenkstellungen bei gleichbleibender Drehrichtung des Antriebes des Bearbeitungswerkzeugs die Schneidrichtungen des Bearbeitungswerkzeuges einander entgegengesetzt, so daß in den beiden Bearbeitungsstellungen an den beiden stirnseitigen Enden der Verzahnung der Schnitt von innen nach außen erfolgen kann. Das Bearbeitungswerkzeug kann nur eine oder auch mehrere Schneiden aufweisen. Insbesondere kann das Bearbeitungswerkzeug zum Anfasen und/oder Entgraten der Zahnkanten ausgebildet sein. Weiterhin kann es durch eine geeignete Formgebung seiner Schneide/Schneiden und/oder Kinematik seiner Werkzeugdrehachse für eine einflankige oder eine zweiflankige Bearbeitung des Werkrades ausgebildet sein. Im erstgenannten Fall werden die linke und die rechte Zahnkante einer Zahnlücke nacheinander bearbeitet, im zweitgenannten Fall gleichzeitig.
Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Stirnverzahnung durch Wälzfräsen oder Formfräsen erzeugt. Beim Wälzfräsen kann dann bereits an einer der beiden Stirnseiten die Bearbeitung während des Wälzfräsens hauptzeitparallel ausgeführt werden. Bei der hauptzeitparallelen Verwendung des Fräswerkzeugs und des Bearbeitungswerkzeuges sind die Drehbewegungen ihrer beiden Werkzeugdrehachsen mit der Drehbewegung der Werkraddrehachse gekoppelt.
Das Bearbeitungswerkzeug kann ein- oder mehrschneidig ausgeführt sein. Es kann wie ein kurzer Wälzfräser mit helikaler Steigung oder wie ein universeller Fräser ausgebildet sein. Die für den lagerichtigen Eingriff zwischen der oder den Schneiden des Bearbeitungswerkzeugs und den Zahnkanten erforderliche Synchronisierung zwischen den Drehbewegungen des Werkrades und des Bearbeitungswerkzeuges erfolgt durch eine entsprechend programmierte Steuerung. Hierfür ist in einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, daß zunächst an einem Exemplar eines Werkrades die Stirnverzahnung fertiggestellt und die Steuerung der Dreh- und Zustellbewegungen des Bearbeitungswerkzeuges in Abhängigkeit von der Drehstellung des Werkrades durch ein Teach-in-Verfahren programmiert wird. Beispielsweise wird hierfür das Bearbeitungswerkzeug manuell in eine Verzahnungslücke des fertig verzahnten Werkrades eingefahren und die linke und rechte Zahnflanke abgetastet. Auf ähnliche Weise wird die durch die Drehstellung des Bearbeitungswerkzeuges bestimmte Lage seiner Schneide in Bezug auf die Stirnseite des Werkrades erfaßt. Durch die Übernahme dieser Erfassungsdaten in die Steuerung wird letztere für die konkrete Bearbeitungsaufgabe programmiert.
Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung zum Bearbeiten der zwischen jeder Stirnseite und den Zahnflanken stirnverzahnter Werkräder ausgebildeten Zahnkanten, mit einer um eine Werkraddrehachse drehend antreibbaren Werkradaufnahme, auf der das Werkrad aufspannbar ist, einer um eine Werkzeugdrehachse drehend antreibbaren Werkzeugspindel, auf der ein eine Schneide aufweisendes Bearbeitungswerkzeug zur Drehung in einer Schneidrichtung aufspannbar ist, einer eine erste Linearbewegungsachse aufweisenden ersten Linearbewegungseinheit, durch die das Bearbeitungswerkzeug dem Werkrad zustellbar ist, und einer eine zweite Linearbewegungsachse aufweisenden zweiten Linearbewegungseinheit, durch die das Bearbeitungs werkzeug zwischen zwei den Zahnkanten der beiden Stirnseiten zugeordneten Bearbeitungsstellungen verstellbar ist, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß eine eine zur Werkzeugdrehachse orthogonale Schwenkachse aufweisende Schwenkbewegungseinrichtung vorgesehen ist, durch die zwischen den beiden Bearbeitungsstellungen die Werkzeugdrehachse zwischen zwei Schwenkstellungen verschwenkbar ist, in denen die Schneidrichtungen in Bezug auf das Werkrad einander entgegengesetzt sind.
Durch diese Verschwenkbarkeit der Werkzeugdrehachse wird erreicht, daß bei gleichbleibender Drehrichtung des Antriebs der Werkzeugspindel die Schneidrichtungen des Bearbeitungswerkzeugs in den beiden Schwenkstellungen bezüglich des Werkrades zueinander gegenläufig sind. Daher werden die Fasen an den beiden einander entgegengesetzten Enden der Verzahnung in zueinander entgegengesetzten Richtungen geschnitten, beispielsweise in Richtungen, die von der axialen Mitte der Verzahnung zu den beiden Stirnseiten hin gerichtet sind, also von innen nach außen. Hierzu ist nur ein einziges Bearbeitungswerkzeug erforderlich. Dieses kann nur eine oder auch mehrere Schneiden aufweisen. Insbesondere kann das Bearbeitungswerkzeug als Anfas- und/oder Entgratwerkzeug ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung derart ausgebildet, daß in einem gegenüber einem von der Werkzeugspindel eingenommenen Raumbereich in der Umlaufrichtung der Werkraddrehachse versetzten Raumbereich ein mit dem Werkrad wälzend in Eingriff bringbares Wälzfräswerkzeug angeordnet ist, durch das die Stirnverzahnung des Werkrades herstellbar ist. Das Bearbeitungswerkzeug ist dabei von dem Wälzfräswerkzeug völlig unabhängig. Beispielsweise kann der Durchmesser des ersteren kleiner als der Durchmesser des letzteren gewählt werden, um Aufspannungskollisionen zu vermeiden. Auch ist keine Ausrichtung des Bearbeitungswerkzeugs zum Wälzfräswerkzeug erforderlich. Insbesondere tritt keine Verringerung der spannbaren Länge des Wälzfräswerkzeugs ein. Schließlich kann hauptzeitparallel das Bearbeiten, beispielsweise Entgraten und/oder Anfasen, an einem der beiden stirnseitigen Verzahnungsenden durchgeführt werden, während sich das Wälzfräswerkzeug mit dem Werkrad im Bearbeitungseingriff befindet.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen 9 bis 15 angegeben.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Auf einem in der Zeichnung nicht dargestellten, horizontalen Maschinenbett sind in dessen Längsrichtung nebeneinander eine ebenfalls nicht dargestellte Werkradaufnahme und eine sich in ihrer Längsrichtung vertikal erstreckende Säule 1 abgestützt. Auf der Werkradaufnahme ist ein mit einer Stirnverzahnung zu versehendes Werkrad 2 um eine vertikale Werkraddrehachse 3 drehend aufspannbar. Der hierfür erforderliche Drehantrieb der Werkradaufnahme ist ebenfalls nicht dargestellt. Die vorstehend als nicht dargestellt bezeichneten Teile können in einer Weise ausgebildet sein, wie sie dem Fachmann von herkömmlichen Wälzfräsmaschinen bekannt ist.
Eine erste Linearbewegungseinheit 4 und eine zweite Linearbewegungseinheit 5 weisen jeweils einen Schlittenträger 6 bzw. 7 und einen daran längs einer ersten Linearbewegungsachse 8 bzw. einer zweiten Linearbewegungsachse 9 bewegbaren ersten Schlitten 10 bzw. zweiten Schlitten 11 auf. Der Antrieb des ersten und zweiten Schlittens 10, 11 längs seiner ersten bzw. zweiten Linearbewegungsachse 8, 9 erfolgt durch Spindeltriebe, deren Antriebsmotore 12 bzw. 13 in der Zeichnung ebenfalls schematisch dargestellt sind.
Der Schlittenträger 7 der zweiten Linearbewegungseinheit 5 ist an einer zur Längsrichtung des Maschinenbettes parallelen Seitenfläche der Säule 1 angeordnet, so daß die zweite Linearbewegungsachse 9 parallel zur Werkraddrehachse 3 vertikal verläuft. Der Schlittenträger 6 der ersten Linearbewegungseinheit 4 ist mittels eines Querträgers 14 an dem zweiten Schlitten 11 derart festgelegt, daß die erste Linearbewegungsachse 8 der ersten Linearbewegungseinheit 4 in Richtung auf das Werkrad 2 ausgerichtet ist und orthogonal zur zweiten Linearbewegungsachse 9 verläuft.
Der erste Schlitten 10 trägt eine Schwenkbewegungseinrichtung 15, deren Schwenkachse 16 parallel zur ersten Linearbewegungsachse 8 verläuft. Auf einem um diese Schwenkachse 16 drehbaren Schwenkkopf 17 der Schwenkbewegungseinrichtung 15 ist eine Werkzeugspindel 18 mit ihrem Drehantrieb 19 derart abgestützt, daß sich ihre Werkzeugdrehachse 20 orthogonal zur Schwenkachse 16 erstreckt und diese schneidet.
Auf der Werkzeugspindel 18 ist ein im wesentlichen zylinderförmiges Bearbeitungswerkzeug, das als Anfaswerkzeug 21 ausgebildet ist, aufgespannt, das mindestens eine Schneide aufweist und von der Werkzeugspindel 18 in einer Schneidrichtung drehend angetrieben wird.
In dem in der Zeichnung dargestellten Zustand ist das Anfaswerkzeug 21 mittels der zweiten Linearbewegungseinheit 9 in eine vertikal untere Bearbeitungsstellung verfahren worden und wird in dieser Stellung mittels der ersten Linearbewegungseinheit 8 dem Werkrad 2 derart radial zugestellt, daß es mit dessen an die untere Stirnseite 22 des Werkrades 2 angrenzenden Zahnkanten 23 in einen Bearbeitungseingriff gelangt, durch den dort eine Fase erzeugt wird. Dabei verläuft die Schneidrichtung in Bezug auf das Werkrad 2 von oben nach unten. Nachdem das Anfasen der unteren Zahnkanten 23 erfolgt ist, wird das Anfaswerkzeug 21 mittels der ersten Linearbewegungseinheit 4 von dem Werkrad 2 abgerückt und mittels der zweiten Linearbewegungseinheit 5 in eine vertikal obere Bearbeitungsstellung verfahren, in der es mittels der ersten Linearbewegungseinheit 4 den an die obere Stirnseite 24 des Werkrades 2 angrenzenden oberen Zahnkanten 25 zugestellt wird, um deren Anfasung zu bewirken. Bevor diese Zustellung erfolgt, wird jedoch die Werkzeugspindel 18 mittels der Schwenkbewegungseinrichtung 15 derart verschwenkt, daß die zu den linken Zahnflanken 26 weisende radiale Stirnseite des Anfaswerkzeuges 21 nach der Verschwenkung zu den rechten Zahnflanken 27 weist. Dadurch verläuft die Schneidrichtung in Bezug auf das Werkrad 2 von unten nach oben.
In der Längsrichtung des Maschinenbettes neben dem Werkrad 2 ist benachbart zu seiner der Säule 1 abgewandten Seite ein in der Zeichnung nicht dargestellter Träger für ein Wälzfräswerkzeug angeordnet. Letzteres wird mit dem Werkrad 2 in bekannter Weise zur Herstellung der Verzahnung in Bearbeitungseingriff gebracht.

1: Säule
2: Werkrad
3: Werkraddrehachse
4: erste Linearbewegungseinheit
5: zweite Linearbewegungseinheit
6, 7: Schlittenträger
8, 9: Linearbewegungsachsen
10, 11: Schlitten
12, 13: Antriebsmotore
14: Querträger
15: Schwenkbewegungseinrichtung
16: Schwenkachse
17: Schwenkkopf
18: Werkzeugspindel
19: Drehantrieb
20: Werkzeugdrehachse
21: Anfaswerkzeug
22: untere Stirnseite
23: Zahnkanten
24: obere Stirnseite
25: obere Zahnkanten
26: linke Zahnflanken
27: rechte Zahnflanke

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1495824 A2 [0002]

Claims

Verfahren zum Bearbeiten der zwischen jeder Stirnseite (22, 24) und den Zahnflanken (27, 27) stirnverzahnter Werkräder (2) ausgebildeten Zahnkanten (23, 25), bei dem ein eine Schneide aufweisendes und um eine Werkzeugdrehachse (20) in einer Schneidrichtung drehend angetriebenes Bearbeitungswerkzeug (21) dem um eine Werkraddrehachse (3) drehend angetriebenen Werkrad (2) nacheinander in zwei den Zahnkanten (23, 25) der beiden Stirnseiten (22, 24) zugeordneten Bearbeitungsstellungen zugestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Bearbeitungsstellungen die Werkzeugdrehachse (20) um eine zu ihr orthogonale Schwenkachse (16) zwischen zwei Schwenkstellungen verschwenkt wird, in denen die Schneidrichtungen in Bezug auf das Werkrad (2) einander entgegengesetzt sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Arbeitsstellung die Schneidrichtung jeweils zur Stirnseite hin gerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnverzahnung durch Wälzfräsen erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an einer der beiden Stirnseiten (22, 24) die Bearbeitung während des Wälzfräsens ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehung einer für das Wälzfräsen drehend angetriebenen Wälzfräswerkzeugdrehachse und die Drehung der Werkzeugdrehachse des Bearbeitungswerkzeuges in Abhängigkeit von der Drehung der Werkraddrehachse aufeinander abgestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnverzahnung durch Formfräsen erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst an einem Exemplar eines Werkrades (2) die Stirnverzahnung fertiggestellt und die Steuerung der Dreh- und Zustellbewegungen des Bearbeitungswerkzeuges (21) in Abhängigkeit von der Drehstellung des Werkrades (2) durch ein Teach-in-Verfahren programmiert wird.
Vorrichtung zum Bearbeiten der zwischen jeder Stirnseite (22, 24) und den Zahnflanken (26, 27) stirnverzahnter Werkräder (2) ausgebildeten Zahnkanten (23, 25), mit einer um eine Werkraddrehachse (3) drehend antreibbaren Werkradaufnahme, auf der das Werkrad (2) aufspannbar ist, einer um eine Werkzeugdrehachse (3) drehend antreibbaren Werkzeugspindel (18), auf der ein eine Schneide aufweisendes Bearbeitungswerkzeug (21) zur Drehung in einer Schneidrichtung aufspannbar ist, einer eine erste Linearbewegungsachse (8) aufweisenden ersten Linearbewegungseinheit (4), durch die das Bearbeitungswerkzeug (21) dem Werkrad (2) zustellbar ist, und einer eine zweite Linearbewegungsachse (9) aufweisenden zweiten Linearbewegungseinheit (5), durch die das Bearbeitungswerkzeug (21) zwischen zwei den Zahnkanten (23, 25) der beiden Stirnseiten (22, 24) zugeordneten Bearbeitungsstellungen verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine eine zur Werkzeugdrehachse (20) orthogonale Schwenkachse (16) aufweisende Schwenkbewegungseinrichtung (15) vorgesehen ist, durch die zwischen den beiden Bearbeitungsstellungen die Werkzeugdrehachse (20) zwischen zwei Schwenkstellungen verschwenkbar ist, in denen die Schneidrichtungen in Bezug auf das Werkrad (2) einander entgegengesetzt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Werkzeugdrehachse (20) und die Schwenkachse (16) schneiden.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Linearbewegungsachse (8, 9) zueinander orthogonal angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Linearbewegungsachse (9) und die Werkraddrehachse (3) zueinander parallel sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkraddrehachse (3) vertikal gerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkbewegungseinrichtung (15) an einem längs der ersten Linearbewegungsachse (8) bewegbaren ersten Schlitten (10) der ersten Linearbewegungseinheit (4) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linearbewegungseinheit (4) an einem längs der zweiten Linearbewegungsachse (9) bewegbaren zweiten Schlitten (11) der zweiten Linearbewegungseinheit (5) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in einem gegenüber einem von der Werkzeugspindel (18) eingenommenen Raumbereich in der Umlaufrichtung der Werkraddrehachse (3) versetzten Raumbereich ein mit dem Werkrad (2) wälzend in Eingriff bringbares Wälzfräswerkzeug angeordnet ist, durch das die Stirnverzahnung des Werkrades (2) herstellbar ist.