DE102013004397A1

DE102013004397A1 - Verfahren zum Bearbeiten verzahnter Werkstücke, Bearbeitungseinheit dafür und mit einer solchen Bearbeitungseinheit ausgerüstete Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102013004397A1
Application number: DE102013004397.2A
Authority: DE
Inventors: Karl Schäferling; Uwe Gampe; Thomas Lang
Original assignee: Gleason Works
Current assignee: Gleason Works
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2013-03-13
Publication date: 2014-09-18
Also published as: US20160031023A1; CN105121083B; WO2014140785A2; CN105121083A; WO2014140785A3; US9796031B2

Abstract

Verfahren zum Bearbeiten verzahnter Werkstücke, insbesondere zum plastischen Umformen deren stirnseitiger Zahnkanten, durch Verzahnungseingriff mit einem um seine Rotationsachse freilaufend drehbaren Bearbeitungswerkzeug, insbesondere Anfaswerkzeug, wobei man das Bearbeitungswerkzeug zwischen einer Bearbeitung eines Werkstücks und eines nächsten zu bearbeitenden Werkstücks eine Verfahrbewegung ausführen läßt, wobei man das Bearbeitungswerkzeug eine einen für den Ersteingriff mit den Werkstücken vorgesehenen Werkzeugbereich bei unpassender Positionierung passend für die Bearbeitung des nächsten Werkstücks positionierende Drehbewegung ausführen läßt, die durch eine wenigstens abschnittweise Kopplung mit der Verfahrbewegung bewirkt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten verzahnter Werkstücke, insbesondere zum Erzeugen einer Fase an deren endseitigen Zahnkanten, durch kämmenden Verzahnungseingriff mit einem um seine Rotationsachse freilaufend drehbaren Bearbeitungswerkzeug, insbesondere Anfaswerkzeug, wobei man das Bearbeitungswerkzeug zwischen einer Bearbeitung eines Werkstücks und eines nächsten zu bearbeitenden Werkstücks eine Verfahrbewegung ausführen läßt, sowie eine für ein solches Verfahren geeignete Bearbeitungseinheit und Werkzeugmaschine.
Bei der Erzeugung von Verzahnungen, beispielsweise durch Wälzfräsen, erfolgt in der Technik üblicherweise eine Bearbeitung der stirnseitigen (endseitigen) Zahnkante der Zähne, die aus bekannten Gründen, wie beispielsweise in der DE 10 2009 018 405 A1 dargestellt, von Vorteil ist. Hinsichtlich Einzelheiten der beim Anfasen durchgeführten Umarbeitung der endseitigen Zahnkante in eine eine Endfläche und eine Zahnflanke eines Zahns verbindende Fase wird auf diese Druckschrift Bezug genommen.
Allerdings hat es sich bei Verfahren der eingangs erläuterten Art herausgestellt, daß es bei der Zahnkantenbearbeitung zu ungewollten Beschädigungen der Werkstückverzahnungen kommen kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein höheren Qualitätsansprüchen genügendes und insbesondere ohne zusätzliche Verzögerungen der Bearbeitung durchführbares Verfahren vorzuschlagen.
In verfahrenstechnischer Hinsicht wird diese Aufgabe durch eine Weiterbildung des Verfahrens der eingangs genannten Art gelöst, das im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, daß man das Bearbeitungswerkzeug eine einen für den Ersteingriff mit den Werkstücken vorgesehenen Werkzeugbereich bei unpassender Positionierung passend für die Bearbeitung des nächsten Werkstücks positionierende Drehbewegung ausführen läßt.
Dabei beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, daß aufgrund des Freilaufs des Bearbeitungswerkzeugs dessen Lage gegenüber dem nächsten zu bearbeitenden Werkstück nicht zwangsläufig einer gewünschten Drehlage entspricht, so daß selbst bei Bereitstellung von für den Ersteingriff mit den Werkstücken vorgesehenen Bereichen des Bearbeitungswerkzeugs insbesondere bei höheren Werkstückdrehzahlen während des Ersteingriffs ein vollständiges, beschädigungsfreies Mitnehmen des freilaufenden Bearbeitungswerkzeugs nicht immer gelingt.
Dann kann es zu ungewollten Schlägen des Werkzeugs gegen das Werkstück kommen, mit den oben bereits erläuterten Folgen einer Werkstückbeschädigung. Des Weiteren ist erkannt worden, daß selbst eine üblicherweise zu erwartende Ausschußquote durch die gezielten erfinderischen Maßnahmen nahezu auf Null gesenkt werden kann.
Durch die Drehbewegung kann der Ersteingriff auch bei nicht zu niedrigen Werkstückdrehgeschwindigkeiten ohne Beschädigung des Werkstücks durchgeführt werden, da die Ersteingriffslage paßt.
Bevorzugt wird vorgesehen, daß die Drehbewegung über eine Relativbewegung zwischen dem Bearbeitungswerkzeug und einer insbesondere als Führungsanordnung ausgebildeten Gegenseite bewirkt wird. Somit könnte die Drehbewegung in einer Verfahrensgestaltung unabhängig von der Verfahrbewegung des Bearbeitungswerkzeugs erfolgen.
In einer besonders bevorzugten Verfahrensgestaltung soll die Drehbewegung jedoch durch eine wenigstens abschnittsweise Kopplung mit der Verfahrbewegung bewirkt werden. Indem die Drehbewegung aufgrund der wenigstens abschnittsweisen Kopplung von der Verfahrbewegung abhängt, kann der für den Ersteingriff mit den Werkstücken vorgesehene Werkzeugbereich passend und insbesondere einfach positioniert werden.
Das Verfahren greift bei unpassender Drehlage, die in der Regel vorliegen wird. Es mag jedoch gelegentlich vorkommen, daß die Drehlage bereits paßt, die Drehbewegung hätte dann Drehwinkel Null.
In einer bevorzugten Verfahrensgestaltung erfolgt die Verfahrbewegung entlang einer geschlossenen Bahn. Damit kann die Bearbeitung eines Werkstücks und die des darauffolgenden Werkstücks am gleichen Bearbeitungsort erfolgen.
Besonders bevorzugt erfolgt die Kopplung vor einer Umkehrstelle der Bahn. Dies erlaubt kürzere Verfahrbewegungen und entsprechend einen niedrigeren Platzbedarf.
In einer besonders bevorzugten Verfahrensgestaltung erfolgt die Kopplung mechanisch, insbesondere rein mechanisch. Dadurch wird eine besonders einfache und ausfallsichere Kopplung erreicht. Dies gilt umsomehr wenn gemäß einer nochmals weiter bevorzugten Verfahrensgestaltung die nicht-werkzeugseitige Kopplungsseite keine beweglichen Teile enthält.
Hinsichtlich der Kopplung wird bevorzugt, daß ein werkzeugseitiges Kopplungsteil bei der Kopplung von der stationären Kopplungsseite geführt wird. Dies erlaubt ebenfalls einfache Bauformen der Kopplung.
In einer zweckmäßigen Verfahrensgestaltung kann vorgesehen werden, daß der für den Ersteingriff vorgesehene Bereich nicht zusammenhängt und beispielsweise zwei um 180° versetzte Teilbereiche aufweist. Die genaue Einhaltung von 180° ist nicht erforderlich, wichtig ist dann nur, daß sich die Bereiche gegenüberliegen. Dies eröffnet einen größeren Gestaltungsfreiraum für die stationäre Kopplungsseite, allerdings verkleinert sich werkzeugseitig gegenüber nur einem zusammenhängenden Ersteingriffsbereich der für die Bearbeitung vorgesehene Werkzeugbereich.
Der für den Ersteingriff vorgesehene Bereich/Teilbereich kann eine Mehrzahl von Zähnen umfassen. Dadurch erhöhen sich die Toleranzen für die Positionierung, und das Werkstück muß für den Ersteingriff nicht auf zu niedrige Drehzahlen abgebremst werden. In diesem Zusammenhang ist vorgesehen, daß sich das Werkstück bei Drehung während des Ersteingriffs mit einer Geschwindigkeit im Eingriffsbereich von nicht größer als 360 m/min, bevorzugt nicht größer als 180 m/min, insbesondere nicht größer als 120 m/min und bevorzugt wenigstens 6 m/min, insbesondere wenigstens 30 m/min dreht. Alternativ kann der Ersteingriff auch bei quasi stationärem Werkstück erfolgen, womit Werkstückgeschwindigkeiten im Eingriffsbereich im Bereich von weniger als 1 m/min, beispielsweise größenordnungsmäßig 30 cm/min zu verstehen sind, um nochmals schonendere Ersteingriffe zu erhalten.
In einer Ausgestaltung kann vorgesehen werden, daß der für den Ersteingriff vorgesehene Bereich/Teilbereich einen Zahn umfaßt. In diesem Fall würde man eine Punktpositionierung bei nicht rotierendem Werkstück vornehmen, also das Werkstück erst in Drehung versetzen, wenn der Ersteingriff abgeschlossen ist, also der Ersteingriffsbereich in Verzahnungseingriff mit der Werkstückverzahnung gebracht wurde.
In einer bevorzugten Verfahrensgestaltung wird ein werkzeugseitiges Kopplungsteil, sofern es nach Bearbeitung des Werkstücks nicht ohnehin werkstückachsennäher als eine die Werkzeugdrehachse enthaltende und normal zur Bahn der Verfahrbewegung verlaufende Ebene liegt, dorthin bewegt, so daß es also nun werkstückachsennäher zu liegen kommt. Dies geschieht insbesondere automatisch und insbesondere rein mechanisch. Auf diese Weise läßt sich ein kleinerer Ersteingriffsbereich vorsehen, da auf eine Aufspaltung des Bereichs in zwei Teilbereiche verzichtet werden kann.
In einer besonders bevorzugten Verfahrensgestaltung ist noch vorgesehen, daß für einen Teil der möglichen Ausgangsdrehlagen des Werkzeugs eine Bewegung des werkzeugseitigen Kopplungsteils bezüglich einer orthogonal zur Bahn der Verfahrbewegung verlaufenden Bewegungskomponente einen Richtungswechsel erfährt. Dies erlaubt das Unterbringen der Kopplung innerhalb eines geringeren Bauraums.
In vorrichtungstechnischer Hinsicht ist eine Bearbeitungseinheit für die Bearbeitung von verzahnten Werkstücken, insbesondere zum Erzeugen einer Fase an deren endseitigen Zahnkanten, vorgesehen, die eine Lagerung aufweist, die einen in Verzahnungseingriff mit einem Werkstück bringbares Bearbeitungswerkzeug, insbesondere Anfaswerkzeug, um seine Rotationsachse freilaufend drehbar lagert, und auch eine Bewegungseinrichtung aufweist, mit der das so gelagerte Bearbeitungswerkzeug zwischen einer Bearbeitung eines Werkstücks und der eines nächsten zu bearbeitenden Werkstücks gegenüber einem stationären Bereich der Bearbeitungseinheit verfahrbar ist, und die im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, daß sie eine Gegeneinrichtung, insbesondere Kopplungseinrichtung (7, 12), aufweist, deren Lage relativ zu der des Bearbeitungswerkzeugs änderbar ist und mit der eine insbesondere wenigstens abschnittsweise an die Verfahrbewegung gekoppelte Drehbewegung des Bearbeitungswerkzeugs bewirkbar ist, um einen für den Ersteingriff mit den Werkstücken vorgesehenen Werkzeugbereich bei unpassender Werkzeugdrehlage passend für die Bearbeitung des nächsten Werkstücks zu positionieren.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Bearbeitungseinheit ergeben sich aus den oben erläuterten Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Insbesondere kann somit vorgesehen werden, daß die Kopplungseinrichtung werkzeugseitig ein insbesondere stiftartiges Kopplungsteil aufweist, dessen Stiftachse beispielsweise parallel zur Werkzeugachse verlaufen kann. Das werkzeugseitige Kopplungsteil kann azimutal gesehen in den für den Ersteingriff mit den Werkstücken vorgesehenen Werkzeugbereichen angeordnet sein, bevorzugt zentral, aber auch leicht gegenüber der zentralen Anordnung versetzte Lagen des Kopplungsteils sind ausreichend.
Auf der stationären Seite kann die Kopplungseinrichtung eine die Bewegung des werkzeugseitigen Kopplungsteils führende Schablone aufweisen. Letztere kann einen Führungsspalt aufweisen, dessen Querabmessung auf das werkzeugseitige Kopplungsteil abgestimmt ist, und an den sich dem Werkstück zugewandt ein trichterförmiger Bereich anschließen kann. Der Führungsspalt kann somit die Enddrehlage des Werkzeugs einfach und genau definieren. Bezüglich der Werkzeugachse kann das Kopplungsteil der stationären Seite oberhalb, alternativ aber auch unterhalb des Bearbeitungswerkzeugs angeordnet werden. Das werkzeugseitige Kopplungsteil wird entsprechend vom Bearbeitungswerkzeug nach oben bzw. nach unten ausgerichtet. Diese Richtungsangaben sind erläuternd auf eine vertikale Werkzeugdrehachse bezogen, gelten aber natürlich allgemeiner bei anderer Orientierung der Werkzeugdrehachse.
Insbesondere kann vorgesehen werden, daß die Schablone anschließend an den trichterförmigen Bereich noch einen außerhalb des Trichtereingangs liegenden und insbesondere schwingenartig geformten Bereich aufweist. Der trichterförmige Bereich geht dem Werkzeug somit nicht immer weiter entgegen, vielmehr wird die Führungsfläche bildlich gesprochen nach außen umgeschlagen und erlaubt einen kleineren Bauraum.
Ebenfalls von der Erfindung unter Schutz gestellt wird eine Werkzeugmaschine, insbesondere Wälzfräsmaschine, mit einer Bearbeitungseinheit nach einer der vorstehend genannten Bauarten. Des Weiteren wird auch ein Anfaswerkzeug unter Schutz gestellt, das einen primär für den Ersteingriff mit einem verzahnten Werkstück ausgelegten Bereich aufweist, der nicht zusammenhängend ist und insbesondere zwei gegenüberliegenden und insbesondere um 180° gegeneinander versetzte Teilbereiche aufweist.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren, von denen
1 eine stark vereinfachte schematische Darstellung einer Werkzeugmaschine zeigt,
die 2a, 2b schematisch ein werkzeugseitiges Kopplungsteil nebst Bearbeitungswerkzeug zeigen,
die 3a bis 3d einen zeitlichen Ablauf der Kopplung zwischen werkzeugseitigen und stationären Kopplungsteilen zeigt,
4 eine entsprechende, zusammengefaßte Darstellung bei anderer Ausgangsdrehlage des Bearbeitungswerkzeugs zeigt,
5 eine entsprechend zusammengefaßte Darstellung bei nochmals anderer Ausgangsdrehlage des Bearbeitungswerkzeugs zeigt, und
6 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Kopplung zeigt.
1 zeigt zunächst schematisch in einer Ansicht von oben ausgewählte Bereiche einer Werkzeugmaschine 20, die zum Verständnis der Erfindung ausreichend sind. Die Werkzeugmaschine 20 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Wälzfräsmaschine, deren grundsätzlicher Aufbau bekannt ist und an dieser Stelle nicht weiter erläutert wird. Eingezeichnet in 1 ist lediglich das Wälzfräswerkzeug (der Wälzfräser 0), der mit den üblichen Bewegungsachsen ausgestattet ist, um zur Herstellung eines verzahnten Werkstücks 2 eine Verzahnung in einen auf die Werkstückspindel aufgespannten Rohling zu fräsen. Die Werkstückachse Z verläuft in der Darstellung von 1 orthogonal zur Papierebene.
In diesem Ausführungsbeispiel ist auf der dem Wälzfräser 0 entgegengesetzten Seite des Werkstücks 2 ein entlang der Bewegungsachse X2 verfahrbares Anfaswerkzeug 10 angeordnet. Die Bewegungsachse X2 des Anfaswerkzeugs könnte jedoch auch unter einem Winkel gegenüber der das Werkstück mit dem Hauptbearbeitungswerkzeug, beispielsweise einem Wälzfräser, verbindenden Achse angeordnet sein. Letzteres wird eingesetzt, um die stirnseitigen Zahnkanten des verzahnten Werkstücks 2 anzufasen und, je nach Gestaltung des Anfaswerkzeugs 10, ggf. noch dabei entstehende Sekundärgrate zu entfernen.
Der Bewegungsmechanismus, mit dem das Anfaswerkzeug 10 verfahren wird, um es in und aus dem Verzahnungseingriff mit dem Werkstück 2 zu bringen, ist insgesamt mit dem Bezugszeichen 4 bezeichnet. Dabei ist zu beachten, daß die Bahn, entlang der das Anfaswerkzeug 10 bewegt werden kann, nicht auf die zu Darstellungszwecken eingezeichnete einfache Linearbewegungsachse X2 eingeschränkt ist, sondern allgemein eine Form haben könnte, die neben Komponenten in der X2-Y-Ebene auch noch Komponenten in Z-Richtung aufweist. Ebenfalls nicht in 1 dargestellt ist ein ebenfalls vorgesehener Werkstückwechsler, der beispielsweise zur Seite des Anfaswerkzeugs 10 vorgesehen sein könnte und in per se bekannter Weise für einen mit dem Anfaswerkzeug 10 abwechselnden Zugriff ausgelegt sein könnte.
Soweit bis hierher beschrieben, sind Werkzeugmaschinen 20 nebst Anfaseinheiten bekannt.
In 2a sind in einer vergrößerten Darstellung von Teilbereichen der 1 weitere Merkmale des Anfaswerkzeugs 10 dargestellt. So ist die Drehmitte X_M des Anfaswerkzeugs 10 eingezeichnet, das um Achse Z2 drehbar ist. Bei der Achse Z2 handelt es sich aber nicht um eine angetriebene Maschinenachse, sondern um eine freilaufend gelagerte Achse. Ebenfalls dargestellt ist in 2a, daß das Anfaswerkzeug 10 in diesem Ausführungsbeispiel zwei Sektoren 6a und 6b aufweist. In diesen Sektoren ist das Anfaswerkzeug 10 so ausgelegt, daß seine Verzahnung nicht der Werkstückbearbeitung dient, sondern dem schonenden Ersteingriff mit der Verzahnung des Werkstücks 2, um letztere nicht zu beschädigen, bis die angetriebene Werkstückspindel das freilaufende Anfaswerkzeug 10 passend mitgenommen und auf die gewünschten Drehzahlen gebracht hat.
In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei derartige Sektoren 6a und 6b vorgesehen, die einander diametral entgegengesetzt angeordnet sind, so daß das Anfaswerkzeug 10 diesbezüglich eine π-Drehsymmetrie bezüglich einer Achsdrehung um Z2 besitzt.
Des Weiteren ragt aus dem Anfaswerkzeug 10 ein Stift 7 parallel zur Drehachse Z2 hervor, wie besser in 2b zu erkennen ist. Die Mittelachse des Stifts 7 befindet sich in Abstand r zur Drehmitte X_M des Anfaswerkzeugs 10. Azimutal gesehen ist die Stiftmitte in der Mitte eines der Sektoren, hier des Sektors 6a, angeordnet. Wie bereits oben erläutert ist auch eine etwas versetzte Anordnung aus dieser Mitte heraus alternativ möglich. Der Stift bildet ein werkzeugseitiges Koppelteil für die im Weiteren mit Bezug auf 3 erläuterte Kopplungseinrichtung 7, 12.
In 3a ist zunächst das Anfaswerkzeug 10 in der gleichen Drehlage eingezeichnet wie in 2a. Über die Position des Stifts 7 in dem raumfesten Koordinatensystem X2-Y ist die Drehlage des Anfaswerkzeugs 10 festgelegt. Da es um die Achse Z2 freilaufend drehbar ist, wird die Drehlage des Anfaswerkzeugs 10 nach Lösen des Verzahnungseingriffs mit dem Werkstück 2 und dem Austrudeln zunächst beliebig sein, und die in 3a dargestellte Lage kann zunächst exemplarisch für die weitere Erläuterung dienen.
Weiter dargestellt ist eine Schablone 12, die in 3a zur Darstellungszwecken in der Papierebene eingezeichnet ist, tatsächlich aber beabstandet angeordnet ist, und zwar derart, daß sie sich vollständig oberhalb des Anfaswerkzeugs 10, aber noch im Höhenbereich des Stifts 7 befindet. Bezüglich des Koordinatensystems X2-Y ist die Schablone 12 derart angeordnet, daß ihre linke Hälfte 12L und rechte Hälfte 12R einen um die Achse X2 zentrierten Spalt 14 definieren, dessen Breite im Wesentlichen dem Durchmesser des Stifts 7 entspricht. Das bedeutet, daß der Stift 7 innerhalb des Spalts 14 noch mit einem ein Verklemmen des Stifts vermeidenden Spiel geführt werden kann, aber keinen azimutalen Bewegungsfreiheitsgrad mehr besitzt. In einem vorderen Abschnitt öffnet sich der Spalt 14 in Richtung auf das Anfaswerkzeug 10 trichterartig bis auf eine Breite Δ₁. Diese beträgt in diesem Ausführungsbeispiel etwa das dreifache von Δ₀ und liegt in der Größenordnung von r. Die Anordnung der Schablone 12 und des Stifts 7 könnte natürlich bezüglich der Bearbeitungswerkzeug-Drehebene gespiegelt vorgesehen werden, d. h. mit einer unter dem Anfaswerkzeug 10 liegenden Schablone und einem zur Seite der Schablone herausragenden Stift.
In Y-Richtung hinter Δ₁/2 setzt sich die Trichterform 15 nicht weiter fort, sondern die Schablone zieht sich schwingenartig zurück. Der dargestellte Schablonenaufbau mit dem Trichterabschnitt 15 und dem schwingenartigen Abschnitt 16 nimmt somit nur wenig Raum ein.
Die Schablone 12 bildet ein stationäres Kopplungsteil, das vollständig ohne bewegliche Teile gestaltet ist und dessen Funktionsweise nachfolgend erläutert wird.
So ist bereits aus 3a zu erkennen, daß ein weiterer Rückzug des Anfaswerkzeugs 10 in Richtung der Achse X2 mittels Bewegungsmechanismus 4 zu einem Anschlag des Stiftes 7 in dem schwingenartigen Abschnitt 16 der Schablonenhälfte 12R führen wird. Dies ist in einer Momentaufnahme in 3b dargestellt, in der sich die Drehmitte X_M bereits im Bereich des Spalts 14 mit Spaltbreite Δ₀ befindet.
Eine weitere Rückzugsbewegung des Anfaswerkzeugs 10 in Richtung X2 führt nun aufgrund der Kopplung zwischen Schablonenhälfte 12R und Stift 7 zu einer Drehung des Anfaswerkzeugs 10 im Uhrzeigersinn. Geführt von zunächst dem schwingenartigen Abschnitt 16 folgt der Stift 7 dieser Bewegungaufgrund der starren Zwangskopplung mit der Drehmitte X_M, gelangt in den trichterförmigen Abschnitt 15 (3c) und schließlich in den Spalt 14 (3d), in welchem er auf die Achse X2 ausgerichtet wird. Man erkennt aus 3d, daß der Sektor 6a nunmehr passend für einen Ersteingriff mit einem nächsten Werkstück 2 orientiert ist. Bewegt der Bewegungsmechanismus 4 das Anfaswerkzeug 10 nunmehr auf das nächste Werkstück 2 zu, gelingt der Eingriff zwischen Anfaswerkzeug 10 und Werkstück 2 beschädigungsfrei auch bei noch vergleichsweise hohen Werkstückdrehzahlen. Es kann dann wie üblich mit der Bearbeitung durch das Anfaswerkzeug 10 fortgefahren werden.
Es leuchtet ein, daß eine bezüglich der Achse X2 achsengespiegelten Ausgangssituation eine Kopplung von Stift 7 und linker Schablonenhälfte 12L eine Drehung des Anfaswerkzeugs 10 im Gegenuhrzeigersinn zur Folge gehabt und zu der gleichen in 3d gezeigten Endlage geführt hätte. Des Weiteren ist klar, daß bei einer zufälligen Drehlage des Werkzeugs, in der der Stift 7 auf der Achse X2 liegt, die Kopplung nicht erforderlich ist und auch nicht bewirkt wird, da ohnehin eine bereits passende Orientierung vorliegt.
In 4 ist der Bewegungsablauf nochmals für eine Ausgangssituation dargestellt, in der die Drehlage des Anfaswerkzeugs 10 nach dem einer Bearbeitung folgenden Austrudeln derart ist, daß sich Stift 7 wie in 4 gezeigt in der Projektion noch im schwingenartigen Bereich 16 befindet, aber zwischen der Schablone und der Drehmitte X_M. In diesem Fall trifft der Stift 7 zur Zeit t₁ auf diesen Schablonenbereich, und wird von letzterem zunächst nach außen geführt (Zeit t₂). Zur Zeit t₃ liegen Drehmitte X_M und Stift 7 auf gleicher Höhe und der Stift 7 läuft wie dargestellt zurück entlang Bereich 16, gelangt bei t₆ in den trichterförmigen Bereich 15 und zwischen t₈ und t₉ in den Spalt 14. Während dieser Bewegung dreht sich das Anfaswerkzeug 10 im Uhrzeigersinn, und die Endlage entspricht der in 3d gezeigten, mit Sektor 6a ausgerichtet für den Ersteingriff mit dem nächsten Werkstück 2.
In 5 ist eine Situation dargestellt, in der die Drehlage des Anfaswerkzeugs 10 nach dem Austrudeln derart ist, daß sich die Projektion des Stifts 7 bereits im Bereich des trichterförmigen Abschnitts 15 der Schablone 12 befindet. In diesem Fall ergibt sich eine Drehung des Anfaswerkzeugs 10 im Gegenuhrzeigersinn, so dass dessen Endlage im Umkehrpunkt der Bewegung entlang der Achse X2 nicht mehr der in 3d gezeigten Endlage entspricht. Vielmehr ist das Anfaswerkzeug 10 demgegenüber um 180° verdreht. Aufgrund der π-Drehsymmetrie hinsichtlich der Sektoren 6a und 6b gelangt jedoch nun der andere ebenfalls für den Ersteingriff gestaltete Sektor 6b zum Ersteingriff mit dem nächsten Werkstück 2.
In einer einfachsten Ausführungsform könnte der Stift 7 ein einfacher Stab sein. Bevorzugt wird jedoch ein zweikomponentiger Aufbau mit einer um eine zentrale Welle drehbaren Hülse.
Hinsichtlich der Gestaltung der Schablone 12 ist die Erfindung ebenfalls nicht auf die hinsichtlich des Erfindungsaspekts der ohne bewegliche Teile vorgesehenen stationären Kopplungseinrichtung bislang dargestellten Schablonenformen eingeschränkt. So könnte statt dem schwingenartigen Abschnitt 16 auch ein weiterer linearer Abschnitt vorgesehen sein, und dieser beispielsweise auch parallel zur Y-Achse verlaufen. Die entsprechenden Führungsflächen 15, 16 können gerade, aber auch gekrümmt verlaufen. Allgemein kann daran gedacht werden, den Flächenverlauf in Projektion auf die X2-Y-Ebene durch eine Funktion X2(Y) = f(Y) darzustellen. Die zeitliche Entwicklung der Drehlage des Anfaswerkzeugs 10 ergibt sich dann aus der Lösung der impliziten Gleichung X_M(t) + rsinφ(t) – f(rcosφ(t)) = 0 die zu einer transzendenten Gleichung führt, deren Lösung jedoch nicht bestimmt werden muß, da für ein Funktionieren der Kopplungseinrichtung und der Orientierung des für den Ersteingriff ausgelegten Werkzeugbereichs die erreichte Endlage (3d) von Relevanz ist und nicht die dazu führende Bewegung des Anfaswerkzeugs 10 selbst. Es ist lediglich wichtig für den Fall einer Extremstelle d/dy f(y) = 0 (wie bei 3 bei Y = Δ_1/2) im äußeren Bereich 16 keine zu steile Rampe zu schaffen, die ein Verklemmen des Stifts 7 zur Folge hätte.
Nicht in den Figuren dargestellt ist die Gestaltung des hinteren Endes des Spalts 14. Dort könnte man einen weiteren trichterförmigen Bereich vorsehen, dessen Funktion genauso ist wie die des trichterförmigen Bereichs 15. Auf diese Weise kann bei einem Wechsel des Bearbeitungswerkzeugs automatisch die richtige Drehlage des neuen Bearbeitungswerkzeugs für die Bearbeitung des ersten Werkstücks nach Einbau sichergestellt werden.
In 6 ist noch eine weitere beispielhafte Ausführungsform schematisch dargestellt, die etwas anders geformte Schablonenhälften 12L und 12R aufweist, sowie ein zusätzliches bewegliches Element 19. Letzteres ist an die Bewegung des Bewegungsmechanismus 4 gekoppelt und sorgt mit dieser synchronisiert dafür, daß für den Fall einer nach Austrudeln zwischen der Schablone 12 und der Drehmitte X_M befindlichen Stift 7 ein Kraftstoß auf den Stift 7 ausgeübt wird, der das Anfaswerkzeug 10 soweit dreht, bis sich die Drehmitte X_M zwischen Stift und Schablone befindet. Im Weiteren läßt das wischerartige Bewegungselement 19 dem Stift 7 freien Zugang zur Schablone 12, so daß in jedem Fall der Sektor 6a, in dem auch der Stift 7 angeordnet ist, entsprechend der in 3d gezeigten Situation der Ersteingriffbereich für die Bearbeitung des neuen Werkstücks 2 wird. Bei dieser Variante ergibt sich werkzeugseitig eine Vereinfachung dahingehend, daß der zweite Sektor 6b eingespart werden kann, da die in 5 dargestellte Situation und Endlage nicht mehr auftreten kann. Anstelle des einen in 6 dargestellten beweglichen Elements 19 könnte man auch beispielsweise zwei sich mit kreuzenden Bewegungsbahnen scherenartig gegeneinander bewegende Elemente vorsehen, um die richtige Vor-Positionierung vorzunehmen. Diese scherenartig wirkenden Elemente könnten bei geeigneter Abstimmung jedoch auch die Gesamtpositionierung vornehmen. In letzterem Falle könnte man auf die Schablone ggf. auch verzichten.
Des Weiteren ist die Erfindung auch nicht auf die dargestellte Kopplung Stift–Schablone eingeschränkt, sondern könnte auch über andere Getriebe erfolgen. Aufgrund der unbestimmten Drehlage des Anfaswerkzeugs 10 nach dem Austrudeln ist hier jedoch ggf. ein die Drehlage erfassender Sensor einzusetzen und bewegliche Teile auf der stationären Seite der Kopplungseinrichtung, um die Kopplungslänge/Kopplungszeit auf die gewünschte Endlage anzupassen.
Die in 2a und 3a dargestellten Sektoren 6a, 6b mit den für den Ersteingriff ausgelegten Werkzeugbereichen könnten etwa einen Winkel von 20°–30° einschließen und zum Beispiel zwei bis drei Zähne umfassen. Man könnte allerdings auch vorsehen, daß anstelle eines gesamten Sektors ein Eingriffszahn/eine Lücke für den Ersteingriff ausgelegt wird, und man den Verzahnungseingriff in einer Punktpositionierung bei stehendem oder sich sehr langsam drehenden Werkstück durchführt.
Im Übrigen ist die Anmeldung nicht auf die in der Figurenbeschreibung beschriebenen Ausführungsbeispiel eingeschränkt, vielmehr können die in der obigen Beschreibung und den nachfolgenden Ansprüchen offenbarten Merkmale einzeln oder in Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
Die 7, 8a, 8b, 9a–9d, 10, 11 und 12 zeigen nochmals graphisch deutlicher im Wesentlichen den Inhalt der 1, 2a, 2b, 3a–3d, 4, 5 und 6. Allerdings entspricht die Ausgangsdrehlage der 8a, 8b, 9a–9d eher derjenigen aus 4 und 10; während der Stift 7 in den 2a, 2b, 3a–3d bereits in der Ausgangsdrehlage zwischen X_M und dem Werkstück liegt und nicht zwischen X_M und der Schablone 12.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009018405 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Bearbeiten verzahnter Werkstücke (2), insbesondere zum Erzeugen einer Fase an deren endseitigen Zahnkanten, durch Verzahnungseingriff mit einem um seine Rotationsachse (Z2) freilaufend drehbaren Bearbeitungswerkzeug (10), insbesondere Anfaswerkzeug, wobei man das Bearbeitungswerkzeug zwischen einer Bearbeitung eines Werkstücks und eines nächsten zu bearbeitenden Werkstücks eine Verfahrbewegung ausführen läßt, dadurch gekennzeichnet, daß man das Bearbeitungswerkzeug eine einen für den Ersteingriff mit den Werkstücken vorgesehenen Werkzeugbereich (6a, 6b) bei unpassender Positionierung passend für die Bearbeitung des nächsten Werkstücks positionierende Drehbewegung ausführen läßt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Drehbewegung über eine Relativbewegung zwischen dem Bearbeitungswerkzeug (10) und einer insbesondere als Führungsanordnung ausgebildeten Gegenseite bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Drehbewegung durch eine wenigstens abschnittweise Kopplung mit der Verfahrbewegung bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Verfahrbewegung entlang einer geschlossenen Bahn erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Kopplung vor einer Umkehrstelle der Bahn erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Kopplung mechanisch, insbesondere rein mechanisch wirkt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die nicht-werkzeugseitige Kopplungsseite keine beweglichen Teile enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein werkzeugseitiges Kopplungsteil (7) bei der Kopplung von der stationären Kopplungsseite geführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der für den Ersteingriff vorgesehene Bereich nicht zusammenhängt und insbesondere zwei gegeneinander versetzte, insbesondere gegenüberliegende Teilbereiche (6a, 6b) aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der für den Ersteingriff vorgesehene Bereich/Teilbereich eine Mehrzahl an Zähnen umfaßt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem sich das Werkstück bei dem Ersteingriff dreht, insbesondere mit einer Geschwindigkeit im Eingriffsbereich von nicht größer als 360 m/min, bevorzugt nicht größer als 180 m/min, insbesondere nicht größer als 120 m/min und bevorzugt wenigstens 6 m/min, insbesondere wenigstens 30 m/min.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der für den Ersteingriff vorgesehene Bereich/Teilbereich nur einen Zahn oder eine Zahnlücke umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Werkstück erst in Drehung versetzt wird, wenn der Ersteingriffsbereich in Verzahnungseingriff mit der Werkstückverzahnung gebracht ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein werkzeugseitiges Kopplungsteil (7), sofern es nach Bearbeitung des Werkstücks nicht ohnehin werkstückachsennäher als eine die Werkzeugdrehachse enthaltende oder schneidende Normalenebene zur Bahn der Verfahrbewegung liegt, insbesondere automatisch und insbesondere rein mechanisch dorthin bewegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem für einen Teil der möglichen Ausgangsdrehlagen des Werkzeugs eine zur Bahn der Verfahrbewegung orthogonale Bewegungskomponente des werkzeugseitigen Kopplungsteils einen Richtungswechsel erfährt.
Bearbeitungseinheit für die Bearbeitung von verzahnten Werkstücken (2), insbesondere zum Erzeugen einer Fase an deren endseitigen Zahnkanten, mit einer Lagerung, die ein in Verzahnungseingriff mit einem Werkstück bringbares Bearbeitungswerkzeug, insbesondere Anfaswerkzeug, um seine Rotationsachse freilaufend drehbar lagert, und einer Bewegungseinrichtung (4) mit der das so gelagerte Bearbeitungswerkzeug zwischen einer Bearbeitung eines Werkstücks und der eines nächsten zu bearbeitenden Werkstücks gegenüber einem stationären Bereich der Bearbeitungseinheit verfahrbar ist, gekennzeichnet durch eine Gegeneinrichtung, insbesondere Kopplungseinrichtung (7, 12), deren Lage relativ zu der des Bearbeitungswerkzeugs änderbar ist und mit der eine insbesondere wenigstens abschnittsweise an die Verfahrbewegung gekoppelte Drehbewegung des Bearbeitungswerkzeugs bewirkbar ist, um einen für den Ersteingriff mit den Werkstücken vorgesehenen Werkzeugbereich bei unpassender Werkzeugdrehlage passend für die Bearbeitung des nächsten Werkstücks zu positionieren.
Bearbeitungseinheit nach Anspruch 16, bei der die Kopplungseinrichtung werkzeugseitig ein insbesondere stiftartiges Kopplungsteil (7) aufweist, dessen Stiftachse insbesondere parallel zur Werkzeugdrehachse (Z2) verläuft.
Bearbeitungseinheit nach Anspruch 16 oder 17, bei der die Kopplungseinrichtung auf der stationären Seite eine die Bewegung des werkzeugseitigen Kopplungsteils führende Schablone (12) aufweist.
Bearbeitungseinheit nach Anspruch 18, bei der die Schablone (12) einen Führungsspalt (14) aufweist, dessen Querabmessung auf das werkzeugseitige Kopplungsteil (7) abgestimmt ist, und an den sich dem Werkstück zugewandt ein trichterförmiger Bereich (15) anschließt.
Bearbeitungseinheit nach Anspruch 19, bei der die Schablone (12) anschließend an den trichterförmigen Bereich (15) noch einen außerhalb des Trichtereingangs liegenden und insbesondere schwingenartig geformten Bereich (16) aufweist.
Bearbeitungseinheit nach einem der Ansprüche 16 bis 20, bei der die Schablone auf der dem trichterförmigen Bereich entgegengesetzten Seite des Führungsspalts einen weiteren trichterförmigen Bereich aufweist.
Werkzeugmaschine (20), insbesondere Wälzfräsmaschine mit einer Bearbeitungseinheit nach einem der Ansprüche 16 bis 21.
Anfaswerkzeug mit einem primär nicht der Bearbeitung eines verzahnten Werkstücks, sondern dem Ersteingriff mit dem Werkstück dienenden Werkzeugbereich, der nicht zusammenhängt und insbesondere zwei gegenüberliegenden und insbesondere um 180° gegeneinander versetzte Teilbereiche (6a, 6b) aufweist.