DE102013003804B4

DE102013003804B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Entgraten und Anfasen verzahnter Werkstücke

Info

Publication number: DE102013003804B4
Application number: DE201310003804
Authority: DE
Inventors: Norbert Hessbrüggen
Original assignee: EMAG Holding GmbH
Current assignee: EMAG Holding GmbH
Priority date: 2013-03-05
Filing date: 2013-03-05
Publication date: 2015-02-26
Anticipated expiration: 2033-03-06
Also published as: WO2014135140A2; WO2014135140A3; DE102013003804A1

Abstract

Verfahren zum Entgraten und Anfasen von Stirnkanten (26) verzahnter Werkstücke (8) mit mindestens einem Werkzeug (14), mit einer um eine Spindelachse (9) rotierenden Werkstückspindel (7), wobei das Werkstück (8) von der Werkstückspindel (7) in Rotation versetzt wird und wobei das Werkzeug (14) durch eine der Rotationsbewegung überlagerte lineare Relativbewegung zwischen Werkstück (8) und Werkzeug (14) der Stirnkante (26) folgend eine gesteuerte Vorschubbewegung ausführt, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsgeschwindigkeit des Werkstücks (8) zur Erzielung einer gleichmäßigen Vorschubgeschwindigkeit dem Verlauf der Stirnkante (26) entsprechend angepasst wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entgraten und Anfasen verzahnter Werkstücke nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 bzw. 4. Aus der DE 20 2007 016 740 U1 ist eine Vorrichtung zum Entgraten von Werkstücken, beispielsweise Zahnrädern bekannt. Dabei werden die Werkstücke in Rotation versetzt und mit einem Schaftfräser entgratet. Der Fräser kann um eine Pendelachse geschwenkt werden und wird durch Einwirken einer einstellbaren Vorspannkraft zum Werkstück zugestellt. Die Platzverhältnisse am Zahnfuß lassen nur Schaftfräser mit kleinem Durchmesser zu. Deshalb ist die Abtragsleistung durch die geringe Schnittgeschwindigkeit begrenzt. Auch die Massenträgheit der vorgespannten Werkzeugspindel wirkt sich negativ auf die maximal mögliche Werkstückdrehzahl aus. Die DE 10 2009 019 433 A1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bearbeiten der Zahnkanten stirnverzahnter Zahnräder. Die Zahnräder sind ortsfest im Maschinengestell drehantreibbar gehalten. Die Werkzeugspindel kann in zwei Achsrichtungen gesteuert bewegt werden. Sie ist außerdem um eine Schwenkachse schwenkbar. Das Bearbeitungswerkzeug ist zylinderförmig und wird beim Wechsel von einer Zahnflanke zur gegenüberliegenden verschwenkt. Da das Entgraten während des Wälzfräsens erfolgt, sind die Achsen von Entgratspindel und Werkstück miteinander gekoppelt. Die Achskopplung erfordert zwingend für jede Zahnradvariante ein an deren Geometrie angepasstes Werkzeug. Die DE 10 2007 006 139 A1 offenbart eine Wälzfräsmaschine zur Herstellung von Schrägverzahnungen mit einem Entgratwerkzeug, das gleichzeitig mit einem Verzahnungswerkzeug in Eingriff ist. Das scheibenförmige Entgratwerkzeug kann die Grate mit einer scharfen Kante abscheren oder auch ergänzend durch einen Schleif- oder Fräsvorgang entfernen. Bei einer Ausführungsform sind zwei Scheiben vorgesehen, um die Grate an beiden Endflächen des Zahnrads gleichzeitig zu entfernen.
Aufgabe der Erfindung ist es ein vereinfachtes Verfahren und eine Vorrichtung zum Entgraten und Anfasen verzahnter Werkstücke anzugeben. Es ist auch Aufgabe ein preisgünstiges, für hohe Schnittgeschwindigkeiten geeignetes Werkzeug, aufzuzeigen.
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung wird darin gesehen, zum Entgraten und Anfasen ein scheibenförmiges Werkzeug zu verwenden und mit einer hin und her pendelnden Relativbewegung der Werkstückkontur folgend die Zahnkanten zu bearbeiten.
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
1 zeigt eine Werkzeugmaschine zum Entgraten und Anfasen
2 und die 3a bis 3d zeigen den Eingriff des Werkzeugs am Werkstück ausschnittsweise vergrößert
1 zeigt eine Werkzeugmaschine 1 in schematischer Darstellung. Das Maschinengestell 2 ist als Säule mit quadratischem Querschnitt und vertikalen Wänden ausgeführt. An der Vorderwand 6 sind vertikale Z-Führungen 4 für einen Vertikalschlitten 3 angeordnet. Der numerisch gesteuerte Antrieb für die Bewegungen in Z-Richtung erfolgt über den Motor 15 und die Kugelrollspindel 16. Der Vertikalschlitten 3 erstreckt sich mit den X-Führungen 5 seitlich über den Arbeitsraum 17 hinaus. Somit kann die Werkstückspindel 7 vom Motor 15' über die Kugelrollspindel 16' am Vertikalschlitten 3 entlang der X-Führungen 5 aus dem Arbeitsraum 17 heraus in eine Aufnahme- und Ablageposition 12, 13 oberhalb einer Transporteinrichtung 11 bewegt werden. Die Werkstückspindel 7 rotiert um die Spindelachse 9. An ihrer Unterseite ist ein Spannfutter 10 zum Greifen und Spannen von Werkstücken 8 vorgesehen. Damit werden Werkstücke 8 in der Aufnahmeposition 12 ergriffen, im Arbeitsraum 17 entgratet bzw. angefast und in der Ablageposition 13 wieder abgelegt. Bei vollautomatischer Bearbeitung ist ein Messfühler 33 vorgesehen, der die Winkellage der Werkstücke 8 erfasst und an eine Maschinensteuerung übermittelt. Als Werkzeug 14 ist eine Schleifscheibe vorgesehen, die vom ortfesten Antriebsmotor 22 in Rotation versetzt wird. Während der Bearbeitung der Werkstücke 8 wird die Rotationsbewegung der Werkstückspindel 7 von einer linearen Pendelbewegung durch Verfahren entlang der X-Führungen 5 überlagert. Besonders vorteilhaft wird die gesteuerte Bewegung der Werkstückspindel 7 entlang der X-Führungen mehrfach genutzt, für das Be- und Entladen, für das Erfassen der Winkellage des Werkstücks mit einem Messfühler und zur Durchführung von Vorschubbewegungen.
Auf beiden Seiten des Vertikalschlittens 3 sind vertikale Abschirmungen 23, 23' angeordnet, welche an der Vorderseite miteinander verbunden sind und zusammen mit dem Vertikalschlitten 3 einen nach oben offenen Kasten bilden. Die Unterseite des Kastens wird aus mehreren sich überlappenden und teleskopartig gegeneinander verschiebbaren Abdeckteilen 24 gebildet, aus denen die Werkstückspindel 7 nach unten herausragt. Der Arbeitsraum 17 wird auf beiden Seiten von Schutzwänden 18 abgeschirmt, die ebenfalls zusammen mit dem Vertikalschlitten 3 in vertikaler Richtung verfahrbar sind. Damit die Werkstückspindel 7 aus dem Arbeitsraum 17 heraus in die Aufnahme- oder Ablageposition 12, 13 bewegt werden kann, ist in der Schutzwand 18 eine Schiebetür 19 vorgesehen. Diese kann mit einem Pneumatikzylinder 21 in einer Richtung orthogonal zur X-Z-Ebene aus einer Geschlossenstellung in eine Offenstellung bewegt werden. Ein horizontales Schutzblech 25 schützt den Bereich oberhalb der Aufnahme- 12 und Ablageposition 13 zusätzlich vor Verunreinigungen. Die Späneauffangwanne 20 erweitert sich trichterförmig nach oben hin. Die beiden Schutzwände 18 reichen bis zur Späneauffangwanne 20 hinunter und leiten die anfallenden Späne direkt in diese hinein.
Der Vorgang des Entgratens und Anfasens wird anhand der 2 näher erläutert. Diese zeigt den Eingriff des Werkzeugs 14 an einem geradverzahnten Werkstück 8 in perspektivischer Darstellung. Das Werkstück 8 rotiert in Richtung des Pfeils 29 und ist gleichzeitig in Richtung des Doppelpfeils 27 linear bewegbar. Mit dieser überlagerten Bewegung wird die Winkellage des Werkstücks 8 am Messfühler 33 erfasst. Während des Entgratens und Anfasens führt das Werkstück 8 eine hin- und hergehende Pendelbewegung in Richtung des Doppelpfeils 27 aus, wobei die dabei zurückgelegte Wegstrecke der Zahnhöhe H entspricht. Die Rotationsbewegung des Werkstücks 8 und die Pendelbewegung sind elektronisch miteinander gekoppelt, so dass das Werkzeug 14 durch eine Überlagerung beider Bewegungen an der Stirnkante 26 entlang geführt wird und diese dabei entgratet und anfast. Die 3a bis 3c zeigen den Eingriff des Werkzeugs 14 am Werkstück 8 ausschnittsweise in vergrößerter Darstellung.
In 3a ist die Lage des Werkzeugs 14 zum Werkstück 8 von oben her gesehen dargestellt. Das Werkstück 8 ist mit einer Verzahnung mit der Teilung P versehen.
Die Zähne weisen jeweils Zahnfüße 30 der Breite B und Zahnköpfe 31 auf. Das Werkzeug 14 ist symmetrisch zum Werkstück 8 angeordnet und schneidet die Spindelachse 9. Die Schleiffläche, die mit dem Werkstück 8 in Schleifeingriff kommt, ist gekrümmt und weist am Übergang zu den Stirnflächen Krümmungsradien R auf. Diese sind deutlich kleiner als die halbe Teilung P des Werkstücks 8. Besonders vorteilhaft sind die Krümmungsradien R kleiner als die Breite B der Zahnfüße 30. Die Stirnkante 26 verläuft im Bereich der Zahnfüße 30 und der Zahnköpfe 31 in tangentialer Richtung zum Werkstück 8 und in den Bereichen zwischen den Zahnfüßen 30 und Zahnköpfen 31 überwiegend radial zur Spindelachse 9. Deshalb würde die Vorschubgeschwindigkeit bei konstanter Rotationsgeschwindigkeit des Werkstücks 8 unerwünscht großen Schwankungen unterliegen. Um solche Schwankungen zu vermeiden wird die Rotationsgeschwindigkeit der Werkstücke 8 verfahrensgemäß dem Verlauf der Stirnkante 26 entsprechend angepasst. Das heißt zwischen den Zahnfüßen 30 und Zahnköpfen 31 wird die Rotationsgeschwindigkeit jeweils verlangsamt. 3b veranschaulicht das Anfasen entlang der Stirnkante 26. Das Werkzeug 14 ist mit der Schleifspindelachse 32 um einen Versatz V zum Zahnfuß 30 versetzt angeordnet und überragt die Stirnkante 26 zur Herstellung der Fase mit einer Eindringtiefe T. Dabei werden Versatz V und Eindringtiefe T so gewählt, dass eine gewünschte Fasenbreite F erzielt wird. Um den Schleifeingriff des Werkzeugs 14 besser zu verdeutlichen, ist in 3c das Werkzeug 14 entlang der Linie A-A gemäß 3a geschnitten dargestellt.
Bei schrägverzahnten Werkstücken 8 gemäß 3d ist das Werkzeug 14 zur Vermeidung unerwünschter Hinterschneidungen dem Schrägungswinkel der Verzahnung entsprechend geneigt.
Bezugszeichenliste

1: Werkzeugmaschine
2: Maschinengestell
3: Vertikalschlitten
4: Z-Führung
5: X-Führung
6: Vorderwand
7: Werkstückspindel
8: Werkstück
9: Spindelachse
10: Spannfutter
11: Transporteinrichtung
12: Aufnahmeposition
13: Ablageposition
14: Werkzeug
15 15': Motor
16 16': Kugelrollspindel
17: Arbeitsraum
18: Schutzwand
19: Schiebetür
20: Späneauffangwanne
21: Pneumatikzylinder
22: Antriebsmotor
23 23': Abschirmung
24: Abdeckteil
25: Schutzblech
26: Stirnkante
27: Doppelpfeil
28: Drehrichtung
29: Pfeil
30: Zahnfuß
31: Zahnkopf
32: Schleifspindelachse
33: Messfühler
H: Zahnhöhe
R: Krümmungsradius
P: Teilung
F: Fasenbreite
B: Breite
T: Eindringtiefe
V: Versatz

Claims

Verfahren zum Entgraten und Anfasen von Stirnkanten (26) verzahnter Werkstücke (8) mit mindestens einem Werkzeug (14), mit einer um eine Spindelachse (9) rotierenden Werkstückspindel (7), wobei das Werkstück (8) von der Werkstückspindel (7) in Rotation versetzt wird und wobei das Werkzeug (14) durch eine der Rotationsbewegung überlagerte lineare Relativbewegung zwischen Werkstück (8) und Werkzeug (14) der Stirnkante (26) folgend eine gesteuerte Vorschubbewegung ausführt, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsgeschwindigkeit des Werkstücks (8) zur Erzielung einer gleichmäßigen Vorschubgeschwindigkeit dem Verlauf der Stirnkante (26) entsprechend angepasst wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei das Werkstück (8) an der Werkstückspindel (7) in einem Spannfutter (10) eingespannt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (8) relativ zum Werkzeug (14) in einer gewünschten Winkellage positioniert wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei das Werkstück (8) Zähne mit Zahnfüßen (30) und Zahnköpfen (31) aufweist, wobei die Stirnkante (26) im Bereich der Zahnfüße (30) und der Zahnköpfe (31) in tangentialer Richtung zum Werkstück (8) und in den Bereichen zwischen den Zahnfüßen (30) und Zahnköpfen (31) überwiegend radial zur Spindelachse (9) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschubgeschwindigkeit in den Bereichen zwischen den Zahnfüßen (30) und den Zahnköpfen (31) verlangsamt wird.
Werkzeugmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Patentansprüche 1 bis 3 mit mindestens einem als Schleifscheibe ausgeführten Werkzeug (14), mit einer um die Spindelachse (9) rotatorisch antreibbaren Werkstückspindel (7) zum Halten und Antreiben von Werkstücken (8), wobei die Werkstückspindel (7) zur Durchführung von Vorschubbewegungen relativ zum Werkzeug (14) linear bewegbar ist, wobei die Rotationsbewegung der Werkstückspindel (7) und die lineare Bewegung kinematisch miteinander gekoppelt sind, wobei das Werkstück (8) mit einer Verzahnung mit der Teilung (P) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Werkstück (8) im Schleifeingriff befindliche Schleiffläche des Werkzeugs (14) gekrümmt ist und dass die Krümmungsradien (R) kleiner sind als halbe Teilung (P).
Werkzeugmaschine nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Winkellage des Werkstücks (8) ein Messfühler (33) vorgesehen ist.
Werkzeugmaschine nach Patentanspruch 4 oder 5, wobei die Zahnfüße (30) eine Breite (B) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmungsradien (R) kleiner sind als die Breite (B).
Werkzeugmaschine nach einem der Patentansprüche 4 bis 6, wobei die Schleifspindelachse (32) des Werkzeugs (14) relativ zum Zahnfuß (30) um einen Versatz (V) versetzt angeordnet ist und wobei das Werkzeug (14) die Stirnkante (26) mit einer Eindringtiefe (T) überragt, dadurch gekennzeichnet, dass Versatz (V) und Eindringtiefe (T) so gewählt sind, dass eine Fase mit der gewünschten Fasenbreite (F) herstellbar ist.
Werkzeugmaschine nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückspindel (7) auf einem Vertikalschlitten (3) entlang von X-Führungen (5) in horizontaler Richtung und am Maschinengestell (2) entlang von Z-Führungen (4) verfahrbar angeordnet ist.
Werkzeugmaschine nach Patentanspruch 8 mit einer Transporteinrichtung (11) für die Werkstücke (8), dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückspindel (7) entlang der X-Führungen aus einer Aufnahme- und Ablageposition (12, 13) in einen Arbeitsraum (17) verfahrbar ist.