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Die Erfindung betrifft eine Verzahnungsschleifmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Durchführung eines kontinuierlichen Wälzschleifprozesses nach dem Anspruch 10.
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Aus der
WO 2015/154925 A1 ist eine Verzahnungsschleifmaschine zur Durchführung eines kontinuierlichen Wälzschleifprozesses bekannt. Diese weist einen Werkzeugträger mit einer um eine Schleifschnecken-Achse rotierenden Schleifschnecke, zwei Werkstückträger, in denen jeweils ein um eine Werkstück-Achse rotierendes Werkstück auf eine Werkstückspindel aufspannbar ist, und eine Abrichteinheit zum Abrichten der Schleifschnecke auf. In einem Verzahnungsschleif-Schritt wird mittels der rotierenden Schleifschnecke eine Verzahnung in dem ebenfalls rotierenden Werkstück ausgebildet. Eine Fehlpositionierung der Schleifschnecke aufgrund von Schleifschnecken-Verschleiß oder aufgrund eines Werkzeug-/Abrichter-Wechsels kann in einem Abricht-Schritt behoben werden, bei dem die Abrichteinheit das mit dem Werkstück zusammenwirkende Schleifschneckenprofil abrichtet.
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Aus der
DE 10 2013 001 197 A1 ist eine gattungsgemäße Schleifschnecke bekannt, die als ein Mehrzonen-Schleifwerkzeug ausgebildet ist, das zumindest zwei axial hintereinander angeordnete Schleifschneckenprofil-Abschnitte aufweist. Mittels der beiden Schleifschneckenprofil-Abschnitte können unterschiedliche Arbeitsvorgänge im Wälzschleifprozess ausgeführt werden.
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Der Einsatz einer solchen Schleifschnecke ist insbesondere in der Großserienfertigung von Zahnrädern und Getriebewellen speziell bei sehr großen Stückzahlen ohne Variantenfertigung von Vorteil. Sobald eine solche Variantenfertigung in der Großfertigung erforderlich ist (z.B. bei der Herstellung von Zahnrädern, bei denen mehrere unterschiedliche Zahnrad-Typen und Übersetzungsvarianten existieren), muss sowohl die Schleifschnecke als auch die Abrichteinheit bei jedem neuen Zahnrad-Typ umgerüstet werden. Um solche zeitintensiven Umrüstvorgänge zu vermeiden, wird bei dem Wälzschleifprozess mit großen Losen gefahren.
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Jeder Umrüstvorgang verringert die Produktivität der Maschine und damit auch die Ausbringung einer Fertigungslinie. Dadurch können weniger Bauteile produziert werden. Durch die Fertigung in hohen Losgrößen entstehen Logistikaufwände zur Zwischenlagerung und Steuerung der verschiedenen Zahnrad-Typen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Verzahnungsschleifmaschine sowie ein Verfahren zur Durchführung eines kontinuierlichen Wälzschleifprozesses bereitzustellen, bei dem trotz Herstellung von Werkstücken mit unterschiedlichen Verzahnungsgeometrien die erforderliche Prozessdauer im Vergleich zum Stand der Technik reduzierbar ist.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 oder 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 weist die Abrichteinheit zumindest zwei voneinander unabhängig betätigbare Abrichtwerkzeuge auf. Davon ist ein erstes Abrichtwerkzeug einem ersten Schleifschneckenprofil-Abschnitt zugeordnet, während ein zweites Abrichtwerkzeug einem zweiten Schleifschneckenprofil-Abschnitt zugeordnet ist. Im Gegensatz dazu ist es bei einer aus dem Stand der Technik bekannten Abrichteinheit mit nur genau einem Abrichtwerkzeug ein zeitaufwendiger Umrüstvorgang erforderlich, um den ersten Schleifschneckenprofil-Abschnitt oder den zweiten Schleifschneckenprofil-Abschnitt mit einem speziell angepassten Abrichtwerkzeug zu bearbeiten.
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Die Erfindung betrifft also eine Anlage mitsamt Abrichter und Schleifwerkzeug in Form einer Schleifschnecke, in dem durch Kombination bzw. Integration von Bereichen mit unterschiedlich profilierten Abschnitten ein Werkzeug hergestellt wird, das es ermöglicht, beispielsweise Verzahnungen mit unterschiedlichen Mikrokorrekturen, unterschiedlichen Modul, unterschiedlicher Gangzahl, unterschiedlicher Profilverschiebung, etc. zu fertigen. Der Kern der Erfindung betrifft ein neuartiges Abrichtkonzept, bei dem mindestens zwei unterschiedliche Abrichtprofile für die unterschiedlichen Bauteiltypen und -bereiche der Schleifschnecke in der Anlage integriert ist. Die zwei unterschiedlichen Abrichtprofile können durch beispielweise eine neuartige Anordnung von zwei oder mehr Abrichtwerkzeugen in der Anlage realisiert werden. Die Abrichter können dabei nebeneinander, übereinander oder auf einer drehbaren Achse gegenüberliegend oder auf der vom drehbaren Abrichter beschriebenen Kreisbahn verteilt sein sowie an zwei verschiedenen Positionen in der Maschine integriert sein.
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Durch das erfindungsgemäße Anlagenkonzept, inklusive Werkzeug- und Abrichterkonzept, ist es möglich, ohne Werkzeug- und Abrichterwechsel und anschließend erforderlichem Abrichten zwischen zwei oder mehr Bauteilen (d.h. Werkstücke) zu wechseln. Dies spart Nebenzeiten, wie z.B. Rüstzeiten, Abrichtzeiten und Abrichtkosten. Zudem wird das Risiko der Beschädigung von Schleifschnecken durch Handlingsfehlern verringert.
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Zusammenfassend betrifft das erfindungsgemäße Anlagenkonzept mit automatischer Bauteilerkennung die folgenden Merkmale: So ist die Schleifschnecke in mindestens zwei Bereichen unterschiedlicher Geometrieausprägung aufgegliedert. Zwischen den mindestens zwei Bereichen ist ein funktionsloser, d.h. nicht verwendeter Bereich beispielsweise ohne Verzahnung vorhanden.
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Als Schneidstoff kann bevorzugt ein hochharter Schneidstoff, wie CBN verwendet werden, um längere wirtschaftliche Standzeiten zu erreichen.
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Nachfolgend werden weitere Aspekte der Erfindung im Einzelnen hervorgehoben: So kann die Abrichteinheit zumindest zwischen einer ersten Abrichtposition und einer zweiten Abrichtposition verstellt werden. In der ersten Abrichtposition kann das erste Abrichtwerkzeug in Abricht-Eingriff mit dem ersten Schleifschneckenprofil-Abschnitt gebracht werden, während das zweite Abrichtwerkzeug außer Abricht-Eingriff, das heißt funktionslos ist. In der zweiten Abrichtposition kann dagegen das zweite Abrichtwerkzeug in Abricht-Eingriff mit dem zweiten Schleifschneckenprofil-Abschnitt gebracht sein, während das erste Abricht-Werkzeug außer Abricht-Eingriff mit der Schleifschnecke, das heißt funktionslos, ist.
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Der Werkstückträger mit dem darauf aufgespannten Werkstück kann zwischen einer Arbeitsposition, in der der Verzahnungsschleif-Schritt erfolgt, und einer Be-/Entladeposition verstellt werden, in der ein Werkstück-Wechsel erfolgen kann. Zur weiteren Steigerung der Produktivität ist es von Vorteil, wenn die Verzahnungsschleifmaschine zumindest zwei Werkstückträger aufweist, von denen ein erster Werkstückträger ein erstes Werkstück trägt und ein zweiter Werkstückträger ein zweites Werkstück trägt.
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In einer ersten Prozessvariante können sowohl der erste Schleifschneckenprofil-Abschnitt als auch der zweite Schleifschneckenprofil-Abschnitt zur Erzeugung einer Verzahnungsgeometrie an genau einem Werkstück unterschiedliche Bearbeitungsschritte ausführen. Alternativ dazu kann in einer bevorzugten Prozessvariante dem ersten Werkstück speziell der erste Schleifschneckenprofil-Abschnitt zugeordnet sein, während dem zweiten Werkstück speziell der zweite Schleifschneckenprofil-Abschnitt zugeordnet ist. In dieser Prozessvariante können die ersten und zweiten Schleifschneckenprofil-Abschnitte unterschiedlich profiliert sein. Von daher kann in einem ersten Verzahnungsschleif-Schritt der erste Schleifschneckenprofil-Abschnitt eine erste Verzahnungsgeometrie im ersten Werkstück erzeugen, während der zweite Schleifschneckenprofil-Abschnitt außer Schleif-Eingriff mit dem ersten Werkstück (das heißt funktionslos) ist. Demgegenüber kann in einem zweiten Verzahnungsschleif-Schritt der zweite Schleifschneckenprofil-Abschnitt eine zweite Verzahnungsgeometrie im zweiten Werkstück erzeugen. In diesem Fall sind ohne Umrüstvorgänge Werkstücke mit unterschiedlicher Verzahnungsgeometrie herstellbar
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Im Hinblick auf eine bauraumreduzierte sowie steuerungstechnisch einfache Anordnung ist es bevorzugt, wenn sowohl der Werkstückträger als auch die Abrichteinheit gemeinsam auf einem, um eine Drehturm-Achse drehbaren Drehturm positioniert sind. In diesem Fall können der Werkstückträger sowie die Abrichteinheit um einen Drehwinkel in Turm-Umfangsrichtung voneinander beabstandet sein, so dass der Werkstückträger und die Abrichteinheit zueinander bewegungsgekoppelt zwischen unterschiedlichen Arbeitspositionen während des Wälzschleifprozesses drehverstellbar sind.
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Zur Durchführung des Wälzschleifprozesses kann die Verzahnungsschleifmaschine eine elektronische Steuereinheit aufweisen, die in Signalverbindung mit sämtlichen Stell-Antrieben der Schleifschnecke, des Werkstückträgers und der Abrichteinheit sind. In der elektronischen Steuereinheit kann ein Softwareprogramm hinterlegt sein, mittels dem die Stellantriebe zur vollautomatischen Durchführung des Verzahnungs-Schleifprozessschrittes und des Abricht-Schrittes angesteuert werden. Die elektronische Steuereinheit kann unterschiedliche Werkstücke anhand einer Bauteilidentifikation erkennen und jeweils sowohl den richtigen Schleifschneckenprofil-Abschnitt als auch das richtige Abrichtwerkzeug zum Einsatz bringen.
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Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 in einer Ansicht von oben eine grob schematische Prinzipskizze einer Verzahnungsschleifmaschine;
- 2 bis 5 jeweils Ansichten entsprechend der 1, die unterschiedliche Betriebspositionen der Verzahnungsschleifmaschine veranschaulichen; und
- 6 und 7 weitere Ausführungsvarianten der Abrichteinheit.
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In der
1 ist in grob schematischer Prinzipdarstellung eine Verzahnungsschleifmaschine insoweit angedeutet, als es zum Verständnis der Erfindung erforderlich ist. Der grundsätzliche Aufbau sowie eine Verfahrensführung im Wälzschleifprozess sind beispielhaft aus der
WO 2015/154925 A1 bekannt, wonach ein kontinuierlicher Wälzschleifprozess durchführbar ist. Im Hinblick auf die Prozessführung im Wälzschleifprozess wird auf die obige
WO 2015/154925 A1 verwiesen.
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Wie aus der 1 hervorgeht, weist die Verzahnungsschleifmaschine einen Werkzeugträger 1, der eine, um eine Schleifschnecken-Achse rotierende Schleifschnecke 3 trägt, und einen, um eine Drehturm-Achse schwenkbaren Drehturm 4 auf. Der Drehturm 4 trägt eine Abrichteinheit 8 sowie zwei Werkstückträger 5, auf deren Werkstückspindel jeweils ein um eine Werkstück-Achse rotierendes Werkstück 9, 11 aufgespannt ist. Die Schleifschnecken-Achse ist in der 1 in einer Maschinen-Querrichtung y ausgerichtet, während die Drehturm-Achse und die beiden Werkstück-Achsen in einer Maschinen-Hochrichtung z ausgerichtet sind.
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Erfindungsgemäß ist die Schleifschnecke 3 als ein Mehrzonen-Schleifwerkzeug realisiert, dessen Schleifschneckenprofil 12 zwei axial hintereinander angeordnete Schleifschneckenprofil-Abschnitte 13, 15 aufweist. Diese sind unter Zwischenschaltung eines profilfreien Übergangsbereichs 14 (1) voneinander beabstandet, der im Wälzprozess außer Schleif-Eingriff mit den Werkstücken 9, 11 bleibt. Die beiden Schleifschneckenprofil-Abschnitt 13, 15 sind unterschiedlich profiliert. Der erste Schleifschneckenprofil-Abschnitt 13 ist im Schleif-Schritt ausschließlich dem ersten Werkstück 9 zugeordnet, während der zweite Schleifschneckenprofil-Abschnitt 15 ausschließlich dem zweiten Werkstück 11 zugeordnet ist. Auf diese Weise ist mit dem ersten Schleifschneckenprofil-Abschnitt 13 eine erste Verzahnungsgeometrie im ersten Werkstück 9 erzeugbar, während mit dem zweiten Schleifschneckenprofil-Abschnitt 15 eine davon unterschiedliche zweite Verzahnungsgeometrie im zweiten Werkstück 11 erzeugbar ist.
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Die Abrichteinheit 8 weist in der 1 einen Drehkörper 16 auf, der um eine, in der Maschinen-Hochrichtung z ausgerichtete Drehkörper-Achse schwenkbar ist. Auf dem Drehkörper 16 der Abrichteinheit 8 sind zwei funktionell voneinander unabhängige Abrichtwerkzeuge 17, 19 angeordnet. Diese sind als Abrichtscheiben realisiert, die jeweils auf einer nicht gezeigten Abrichtspindel sitzen, die um eine Abricht-Drehachse rotieren. In der 1 sind die beiden Abricht-Drehachsen zueinander achsparallel sowie rechtwinklig zur Drehkörper-Achse ausgerichtet.
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Wie aus den 1 bis 5 weiter hervorgeht, sind die beiden Werkzeugträger 5, 7 jeweils in einem Drehturm-Arbeitsraum 10 angeordnet und mit Bezug auf die Drehturm-Achse diametral gegenüberliegend auf dem Drehturm 4 angeordnet. Die Antriebseinheit 8 ist in einer 90°-Position zwischen den beiden Werkstückträgern 5, 7 auf dem Drehturm 4 positioniert.
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Die Verzahnungsschleifmaschine weist gemäß der 1 eine elektronische Steuereinheit 21 auf, die in Signalverbindung mit den nicht dargestellten Stell-Antrieben der Schleifschnecke 3, der Werkstückträger 5, 7 und der Abrichteinheit 8 ist. In der elektronischen Steuereinheit 21 ist ein Softwareprogramm hinterlegt, mittels dem die Stellantriebe zur vollautomatischen Durchführung eines Verzahnungsschleif-Schrittes und eines Abricht-Schrittes mit Stell-Signalen angesteuert werden. Mittels der Stell-Signale werden Stellparameter der Maschinenkomponenten (d.h. Werkzeugträger 1, Drehturm 4, Werkstückträger 5, 7 sowie Abrichteinheit 8) eingestellt, d.h. Stell-Bewegungen in den Raumrichtungen x, y, z, Schwenkbewegungen um einen Schwenkwinkel α und/oder Spindel-Drehzahlen n.
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Nachfolgend werden anhand der 2 bis 5 unterschiedliche Arbeitspositionen der Maschinenkomponenten der Verzahnungsschleifmaschine bei einem Wälzschleifprozess beschrieben:
- In der 2 befindet sich der erste Werkstückträger 5 in einer ersten Schleifposition S1, in der ein erster Verzahnungsschleif-Schritt erfolgt. Der diametral gegenüberliegende zweite Werkstückträger 7 befindet sich in einer Be-/Entladeposition, in der ein Werkstück-Wechsel erfolgen kann. Das zweite Werkstück 11 ist als ein noch unbearbeitetes Grünteil im zweiten Werkstückträger 7 eingespannt. In der Schleifposition S1 (2) wird ein erster Verzahnungsschleif-Schritt durchgeführt, bei dem der erste Schleifschneckenprofil-Abschnitt 13 der rotierenden Schleifschnecke 3 eine erste Verzahnungsgeometrie im ebenfalls rotierenden ersten Werkstück 9 erzeugt. Der zweite Schleifschneckenprofil-Abschnitt 15 dreht in der 2 funktionslos mit, d.h. ist außer Schleif-Eingriff mit dem ersten Werkstück 9.
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In einem in der 3 gezeigten Abricht-Schritt kann die Maßhaltigkeit des ersten Schleifschneckenprofil-Abschnitts 13 wiederhergestellt werden. Hierzu ist in der 3 die Abrichteinheit 8 in eine erste Abrichtposition A1 verstellt, in der das rotierende erste Abrichtwerkzeug 17 in Abricht-Eingriff mit dem ersten Schleifschneckenprofil-Abschnitt 13 der rotierenden Schleifschnecke 3 ist. Das zweite Abrichtwerkzeug 19 ist in der 3 außer Eingriff, das heißt funktionslos. Zudem bleibt in der 3 auch der zweite Schleifschneckenprofil-Abschnitt 15 außer Eingriff mit dem ersten Abrichtwerkzeug 17.
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In der 4 ist der zweite Werkstückträger 7 mitsamt eingespanntem zweiten Werkstück 11 in der zweiten Schleifposition S2 positioniert, in der ein zweiter Verzahnungsschleif-Schritt erfolgt. Der diametral gegenüberliegende erste Werkzeugträger 5 befindet sich mitsamt dem aufgespannten ersten Werkstück 9 in der Be- und/oder Entladeposition. In der zweiten Schleifposition S2 wird ein zweiter Verzahnungsschleif-Schritt durchgeführt, bei dem der zweite Schleifschneckenprofil-Abschnitt 15 eine zweite Verzahnungsgeometrie im zweiten Werkstück 11 ausbildet. Hierzu ist der zweite Schleifschneckenprofil-Abschnitt 15 der Schleifschnecke 3 in Schleif-Eingriff mit dem zweiten Werkstück 11. Der erste Schleifschneckenprofil-Abschnitt 13 dreht in der 4 funktionslos mit, d.h. ist außer Schleif-Eingriff mit dem zweiten Werkstück 11.
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In der 5 ist ein weiterer Abricht-Schritt veranschaulicht, in dem die Maßhaltigkeit des zweiten Schleifschneckenprofil-Abschnitts 15 wiederhergestellt wird. Hierzu ist in der 5 die Abrichteinheit 8 in eine zweite Abrichtposition A2 verstellt, in der das rotierende zweite Abrichtwerkzeug 19 in Abricht-Eingriff mit dem zweiten Schleifschneckenprofil-Abschnitt 15 der rotierenden Schleifschnecke 3 ist. Das erste Abrichtwerkzeug 17 ist in der 5 außer Eingriff, das heißt funktionslos. Zudem bleibt in der 5 auch der erste Schleifschneckenprofil-Abschnitt 13 außer Eingriff mit dem aktiven zweiten Abrichtwerkzeug 19.
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Das Softwareprogramm der elektronischen Steuereinheit 21 (1) weist zudem eine Bauteilidentifikation auf, mittels der die unterschiedlichen Werkstücke 5, 7 erkannt werden. Die Steuereinheit 21 kann im Wälzschleifprozess sowohl den richtigen Schleifschneckenprofil-Abschnitt 13, 15 als auch das richtige Abrichtwerkzeug 17, 19 zum Einsatz bringen.
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In der 6 ist eine Abrichteinheit 8 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt. Demzufolge weist die Abrichteinheit 8 nicht nur zwei, sondern insgesamt drei Abrichtwerkzeuge 17, 19, 20 auf, die gleichmäßig umfangsverteilt auf dem Drehkörper 16 angeordnet sind. Die drei Abrichtwerkzeuge 17, 19, 20 können jeweils speziell einem ersten Schleifschneckenprofil-Abschnitt 13, einem zweiten Schleifschneckenprofil-Abschnitt 15 sowie einen nicht dargestellten weiteren Schleifschneckenprofil-Abschnitt zugeordnet sein. In diesem Fall kann in einer zusätzlichen dritten Abrichtposition der Abrichteinheit 8 der dritte Schleifschneckenprofil-Abschnitt speziell mit dem dritten Ausrichtwerkzeug 20 abgerichtet werden.
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In der 7 ist eine weitere Abrichteinheit 8 gezeigt, auf deren Drehkörper 16 ein erstes und ein zweites Abrichtwerkzeug 17, 19 drehbar gelagert sind.
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Die beiden Abrichtwerkzeuge 17, 19 sind mit ihren beiden Abricht-Drehachsen in etwa koaxial zueinander ausgerichtet. Alternativ zu den dargestellten Figuren können die Abrichtwerkzeuge 17, 19, 20 in beliebiger, geeigneter Weise in der Verzahnungsschleifmaschine positionierbar sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Werkzeugträger
- 2
- Werkzeugspindel
- 3
- Schleifschnecke
- 4
- Drehturm
- 5, 7
- Werkstückträger
- 8
- Abrichteinheit
- 10
- Arbeitsraum
- 9, 11
- Werkstücke
- 12
- Schleifschneckenprofil
- 14
- profilfreier Übergangsbereich
- 13, 15
- Schleifschneckenprofil-Abschnitte
- 16
- Drehkörper
- 17, 19, 20
- Ausrichtwerkzeuge
- 21
- elektronische Steuereinheit
- α
- Schwenkwinkel
- n
- Spindel-Drehzahl
- x, y, z
- Maschinen-Raumrichtungen
- A1
- erste Abrichtposition
- A2
- zweite Abrichtposition
- S1
- erste Schleifposition
- S2
- zweite Schleifposition
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2015/154925 A1 [0002, 0020]
- DE 102013001197 A1 [0003]
