-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entgraten von Kegelradverzahnungen, mit den Verfahrensschritten: Bereitstellen und Spannen eines Kegelrads an einer Werkstückspindel einer Werkzeugmaschine; Spanabhebende Bearbeitung des Kegelrads, wobei Zähne des Kegelrads Kopfkanten, fersenseitige Stirnkanten und zehenseitige Stirnkanten aufweisen; und Entgraten des Kegelrads.
-
Durch die Weichbearbeitung und/oder die Hartfeinbearbeitung von Verzahnungen entstehen an die Zahnflanken angrenzende Grate bzw. Kanten, die durch Entgraten entfernt bzw. definiert bearbeitet werden können. Beispielsweise können Kopfkanten oder Stirnkanten einer Verzahnung angefast oder verrundet werden.
-
Das Entgraten dient dazu, Grate zuverlässig zu entfernen, da im Betrieb einer Verzahnung abbrechende Grate zu einer Beschädigung der miteinander abwälzenden Zahnflanken führen können. Weiter können Grate zu Eingriffsstörungen im Wälzkontakt und zu Verunreinigungen von Vakuumhärteanlagen führen.
-
Das Entgraten dient zudem dazu, die betreffende Verzahnung robuster gegenüber unvorhergesehenen Verlagerungen und/oder Lastfällen zu gestalten, in denen es zu einem Tragen von an die Zahnflanken angrenzenden Stirnkanten oder Kopfkanten kommen kann - dem sogenannten Kantentragen. Sofern es zum Kantentragen kommt, hat sich das Tragbild der Verzahnung bis hin zu den Stirn- und/oder Kopfkanten der Verzahnung verlagert und/oder erweitert, so dass die Stirn- und/oder Kopfkanten der Verzahnung an der Leistungsübertragung beteiligt sind und im Wälzkontakt mit abwälzen.
-
Zwar wird im Rahmen der Verzahnungsauslegung jede Verzahnung üblicherweise derart dimensioniert, dass es unter den zu erwartenden Betriebslasten und den vorgesehenen Toleranzen nicht zu einem Kantentragen kommt. Jedoch kann es im Betrieb der Verzahnung z.B. durch Lastspitzen, Materialermüdung oder Schäden der Lager, Temperatureffekte und dergleichen dazu kommen, dass dennoch ein Kantentragen auftritt. Durch die definierte Bearbeitung der Kopfkanten und/oder Stirnkanten soll für den Fall des Kantentragens die Gefahr von Ausbrüchen, z.B. im Bereich des Zahnkopfs, oder die Gefahr einer Beschädigung der Gegenflanke zumindest reduziert werden.
-
Das Entgraten von Kegelradverzahnungen stellt aufgrund der komplexen Kegelradgeometrie und der eingeschränkten Zugänglichkeit der zu entgratenden Bereiche eine besondere Herausforderung dar. Zunächst müssen Grate kollisionsfrei entfernt werden bzw. Kanten kollisionsfrei bearbeitet werden, so dass es nicht zu Kollisionen eines Entgratwerkzeugs mit angrenzenden Maschinenkomponenten oder zu einer Beschädigung der an die zu entgratenden Bereiche angrenzenden Zahnflanken kommt. Weiter müssen Grate reproduzierbar und effizient entfernt werden, d.h. mit der erforderlichen Genauigkeit und mit möglichst kurzer Prozesszeit.
-
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die technische Problemstellung zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Entgraten von Kegelradverzahnungen anzugeben. Die technische Problemstellung wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung.
-
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren, mit den Verfahrensschritten: Bereitstellen und Spannen eines Kegelrads an einer Werkstückspindel einer Werkzeugmaschine; Spanabhebende Bearbeitung des Kegelrads, wobei Zähne des Kegelrads Kopfkanten, fersenseitige Stirnkanten und zehenseitige Stirnkanten aufweisen; und Entgraten des Kegelrads. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass beim Entgraten sowohl die Kopfkanten als auch die fersenseitigen Stirnkanten und die zehenseitigen Stirnkanten entgratet werden, und dass das Entgraten des Kegelrads mittels genau eines Entgratwerkzeugs erfolgt, wobei erste Maschineneinstellungen zum Entgraten der fersenseitigen Stirnkanten mittels des Entgratwerkzeugs verwendet werden, wobei zweite Maschineneinstellungen zum Entgraten der zehenseitigen Stirnkanten mittels des Entgratwerkzeugs verwendet werden, wobei dritte Maschineneinstellungen zum Entgraten konkaver Kopfkanten mittels des Entgratwerkzeugs verwendet werden und wobei vierte Maschineneinstellungen zum Entgraten konvexer Kopfkanten mittels des Entgratwerkzeugs verwendet werden.
-
Das Entgraten kann besonders effizient erfolgen, da sowohl die Kopfkanten als auch die fersenseitigen Stirnkanten und die zehenseitigen Stirnkanten mittels eines einzelnen Entgratwerkzeugs entgratet werden.
-
Wenn vorliegend von „Entgraten“ gesprochen wird, so umfasst dies insbesondere auch ein Anfasen oder Verrunden. Insbesondere können eine definierte Fase oder eine definierte Verrundung erzeugt werden.
-
Es kann vorgesehen sein, dass das Entgraten in derselben Aufspannung des Kegelrads an der Werkstückspindel erfolgt, in der die spanabhebende Bearbeitung durchgeführt worden ist.
-
Wenn vorliegend davon gesprochen wird, dass das Entgraten in „derselben Aufspannung erfolgt“, so bedeutet dies insbesondere, dass zwischen der spanabhebenden Bearbeitung und dem Entgraten kein Umspannen des Kegelrads und kein Lösen des Kegelrads von der Werkstückspindel erfolgt. Vielmehr verbleibt das Kegelrad dauerhaft im gespannten Zustand auf der Werkstückspindel, bis sowohl die spanabhebende Bearbeitung als auch das Entgraten abgeschlossen sind.
-
Das Entgraten in einer Aufspannung hat den Vorteil, dass die genaue Position und Orientierung der Zähne des Kegelrads aus der vorangegangenen spanabhebenden Bearbeitung bekannt sind, so dass ein präzises und wiederholgenaues Entgraten erfolgen kann. Weiter kann die Prozesszeit für den Entgraten im Vergleich zu einem Entgraten mit vorherigem Umspannen verkürzt werden, da sowohl das Umspannen an sich und zudem das anschließend erforderliche Einmitten des Entgratwerkzeugs bzw. das Finden der Zähne entfallen.
-
Die spanabhebende Bearbeitung des Kegelrads kann mittels eines an einer ersten Werkzeugspindel der Werkzeugmaschine gehaltenen und drehangetriebenen Kegelradwerkzeugs erfolgen.
-
Das Entgratwerkzeug kann an der ersten Werkzeugspindel, einer zweiten Werkzeugspindel oder einer Entgratspindel der Werkzeugmaschine gehalten und drehangetrieben sein.
-
Sofern das Entgratwerkzeug an der ersten Werkzeugspindel gehalten und drehangetrieben ist, muss nach der spanabhebenden Bearbeitung ein Werkzeugwechsel erfolgen, wobei das Kegelradwerkzeug von der ersten Werkzeugspindel entnommen und das Entgratwerkzeug an der ersten Werkzeugspindel für das anschließende Entgraten gespannt wird. Die Werkzeugmaschine kann in diesem Fall insbesondere genau eine Werkzeugspindel aufweisen, und zwar die erste Werkzeugspindel. Die Werkzeugmaschine kann eine Kegelradverzahnmaschine sein.
-
Sofern das Entgratwerkzeug an einer zweiten Werkzeugspindel der Werkzeugmaschine gehalten ist, kann vorgesehen sein, dass zunächst die spanabhebende Bearbeitung des Kegelrads mittels des an der ersten Werkzeugspindel gehaltenen Kegelradwerkzeugs erfolgt und anschließend das Entgraten mittels des an der Werkzeugspindel der Werkzeugmaschine gehaltenen Entgratwerkzeugs erfolgt. Die Werkzeugmaschine kann in diesem Fall insbesondere genau zwei Werkzeugspindeln aufweisen, und zwar die erste Werkzeugspindel und die zweite Werkzeugspindel. Die erste und die zweite Werkzeugspindel können insbesondere vollwertige Werkzeugspindeln sein, die jeweils sowohl zum Aufnehmen eines Kegelradwerkzeugs als auch zum Aufnehmen eines Entgratwerkzeugs geeignet sind. Die spanabhebende Bearbeitung kann daher entweder mittels eines an der ersten Werkzeugspindel gehaltenen Entgratwerkzeugs oder mittels eines an der zweiten Werkzeugspindel gehaltenen Entgratwerkzeugs erfolgen. Dies gilt gleichermaßen für das Entgraten. Die Werkzeugmaschine kann eine Kegelradverzahnmaschine sein.
-
Sofern das Entgratwerkzeug an einer Entgratspindel der Werkzeugmaschine gehalten ist, kann vorgesehen sein, dass zunächst die spanabhebende Bearbeitung des Kegelrads mittels des an der ersten Werkzeugspindel gehaltenen Kegelradwerkzeugs erfolgt und anschließend das Entgraten mittels des an der Entgratspindel der Werkzeugmaschine gehaltenen Entgratwerkzeugs erfolgt. Die Werkzeugmaschine kann in diesem Fall insbesondere genau eine Werkzeugspindel aufweisen und eine zusätzliche Entgratspindel aufweisen, wobei die Entgratspindel nicht zur Aufnahme von Kegelradwerkzeugen vorgesehen oder geeignet ist. Insbesondere kann die Entgratspindel eine Zusatzspindel sein, die beispielsweise an einer Linearachse der Werkzeugspindel gehalten ist. Alternativ kann die insbesondere genau zwei Werkzeugspindeln aufweisen und eine zusätzliche Entgratspindel aufweisen, wobei die Entgratspindel nicht zur Aufnahme von Kegelradwerkzeugen vorgesehen oder geeignet ist. Insbesondere kann die Entgratspindel eine Zusatzspindel sein, die beispielsweise an einer Linearachse einer der Werkzeugspindeln gehalten ist.
-
Das Entgratwerkzeug weist ein asymmetrisches Werkzeugprofil auf. Das asymmetrische Werkzeugprofil kann dazu dienen, Kollisionen beim Entgraten zu vermeiden.
-
Es kann vorgesehen sein, dass ein erster Flankenwinkel des Werkzeugprofils einer Schneide zum Entgraten konkaver Kopfkanten zugeordnet ist, dass ein zweiter Flankenwinkel des Werkzeugprofils einer Schneide zum Entgraten konvexer Kopfkanten zugeordnet ist und dass der erste Flankenwinkel größer oder kleiner ist als der zweite Flankenwinkel.
-
Das Entgratwerkzeug kann einen Entgratmesserkopf aufweisen. Der Entgratmesserkopf weist insbesondere einen Grundkörper mit Messerschächten auf, wobei Stabmesser mit geometrisch definierter Schneide lösbar in den Messerschächten gehalten sind.
-
Das Entgratwerkzeug kann eine Entrgratbürste aufweisen. Die Entgratbürste kann austauschbare oder nicht austauschbare Bürstenbüschel enthalten.
-
Das Entgraten der Stirnkanten kann einzelteilend oder kontinuierlich teilend erfolgen.
-
„Einzelteilend“ bedeutet, dass die Stirnkanten sequenziell entgratet werden, d.h. jede Stirnkante in einer Zustellung jeweils separat entgratet wird, und nach dem Entgraten einer jeweiligen Stirnkante, das Entgratwerkzeug zurückgezogen, das Kegelrad um eine Zahnteilung rotiert wird, um in einer darauffolgenden Zustellung des Entgratwerkzeugs die nächste Stirnkante zu entgraten. Der Begriff „einzelteilend“ wird vorliegend bezüglich des Entgratens daher identisch zu den bekannten einzelteilenden Kegelradverzahnverfahren verwendet.
-
„Kontinuierlich teilend“ bedeutet, dass eine gekoppelte Bewegung zwischen dem Entgratwerkzeug und dem Kegelrad ausgeführt wird, so dass die fersenseitigen Stirnkanten in einer Zustellung entgratet werden und dass die zehenseitigen Stirnkanten in einer Zustellung entgratet werden. Dabei greifen aufeinander folgende Stabmesser oder Bürsten das kontinuierlich rotierenden Entgratwerkzeugs in aufeinander folgende Lücken des kontinuierlich rotierenden Kegelrads ein. Alternativ greifen aufeinander folgende Stabmessergruppen oder Bürstengruppen das kontinuierlich rotierenden Entgratwerkzeugs in aufeinanderfolgende Lücken des kontinuierlich rotierenden Kegelrads ein. Der Begriff „kontinuierlich teilend“ wird vorliegend bezüglich des Entgratens daher identisch zu den bekannten kontinuierlich teilenden Kegelradverzahnverfahren verwendet.
-
Es kann vorgesehen sein, dass das Entgratwerkzeug ein Doppelentgrater ist, der eine Doppelspindel ausbildet, wobei an einem ersten Endabschnitt der Doppelspindel ein erster Entgratmesserkopf gehalten ist und wobei an einem dem ersten Endabschnitt abgewandten zweiten Endabschnitt der Doppelspindel ein zweiter Entgratmesserkopf gehalten ist. Es kann vorgesehen, sein, dass der erste und zweite Entgratmesserkopf über einen gemeinsamen Antrieb drehantreibbar sind, wobei der erste Entgratmesserkopf und der zweite Entgratmesserkopf über ein gemeinsames Getriebe, insbesondere ein Winkelgetriebe, mit dem Antrieb gekoppelt sind. Der erste Entgratmesserkopf kann einen größeren Durchmesser aufweisen als der zweite Entgratmesserkopf.
-
Es kann vorgesehen sein, dass das Kegelradwerkzeug ein Schleifwerkzeug ist, wie eine Topfschleifscheibe oder dergleichen, wobei das Kegelrad im Rahmen der spanabhebenden Bearbeitung einzelteilend bearbeitet wird. Die Topfschleifscheibe ist insbesondere ein abrichtbares Schleifwerkzeug. Gemäß alternativer Ausgestaltungen kann die Topfschleifscheibe ein nicht abrichtbares Schleifwerkzeug sein. Das Kegelrad kann vor der spanabhebenden Bearbeitung gehärtet worden sein, so dass die spanabhebende Bearbeitung eine Hartfeinbearbeitung sein kann.
-
Gemäß alternativer Ausgestaltungen kann das Kegelradwerkzeug ein Stabmesserkopf sein. Der Stabmesserkopf weist insbesondere einen Grundkörper mit Messerschächten auf, wobei Stabmesser mit geometrisch definierter Schneide lösbar in den Messerschächten gehalten sind.
-
Es kann vorgesehen sein, dass das Entgratwerkzeug ein Schleifwerkzeug ist. Es kann vorgesehen sein, dass das Schleifwerkzeug ein abrichtbares Schleifwerkzeug ist. Gemäß alternativer Ausgestaltungen kann das Schleifwerkzeug ein nicht abrichtbares Schleifwerkzeug sein.
-
Es kann vorgesehen sein, dass das Entgratwerkzeug eine Schleifscheibe ist.
-
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Entgratwerkzeug eine Topfschleifscheibe ist.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen jeweils schematisch:
- 1 eine Werkzeugmaschine zur Kegelradherstellung;
- 2A ein Tellerrad;
- 2B eine vergrößerte Darstellung des Tellerrads;
- 3 einen Messerkopf zur Kegelradherstellung;
- 4 ein Schleifwerkzeug zur Kegelradherstellung in einem Querschnitt in schematischer, stark vereinfachter Darstellung;
- 5 einen Entgratmesserkopf;
- 6 einen Doppelentgrater;
- 7 eine spanabhebende Bearbeitung;
- 8 ein Entgraten der Kopfkanten;
- 9 ein Entgraten von Stirnkanten
- 10 ein Werkzeugprofil.
-
1 zeigt eine Werkzeugmaschine 2 zum Bearbeiten von Kegelradverzahnungen.
-
Die Werkzeugmaschine 2 weist eine Werkstückspindel 4 auf, wobei ein zu bearbeitendes Kegelrad 6 an der Werkstückspindel 4 gehalten ist.
-
Die Werkzeugmaschine 2 weist eine Werkzeugspindel 8 auf, an der ein Kegelradwerkzeug 10 gehalten ist.
-
Die Werkzeugmaschine 2 weist eine Entgratspindel 16 auf, an der ein Entgratwerkzeug 18 gehalten ist.
-
Die Werkzeugmaschine 2 weist Maschinenachsen X, Y, Z, A, B, C, Q1 und Q2 auf, um die Bearbeitung des Kegelrads 6 mittels der Werkzeuge 10, 18 zu steuern.
-
Die Achsen X, Y und Z sind nach Art eines kartesischen Koordinatensystems orthogonal zueinander angeordnet. Die Achsen Q1, Y und Z sind nach Art eines kartesischen Koordinatensystems orthogonal zueinander angeordnet.
-
Das Kegelradwerkzeug 10 ist mittels der Achsen X, Y und Z in drei Raumrichtungen translatorisch verschiebbar. Die Achsen X, Y und Z sind Linearachsen. Das Kegelradwerkzeug 10 ist rotatorisch um die Achse X drehantreibbar. Die Achse A entspricht einem Drehantrieb des Kegelradwerkzeugs 10 um die Achse X.
-
Das Entgratwerkzeug 18 ist mittels der Achsen Q1, Y und Z in drei Raumrichtungen translatorisch verschiebbar. Die Achsen Q1, Y und Z sind Linearachsen. Das Entgratwerkzeug 18 ist drehantreibbar. Die Achse Q2 entspricht einem Drehantrieb des Entgratwerkzeugs 18.
-
Die C-Achse ermöglicht eine Schwenkbewegung des Kegelrads 6 um die Z-Achse. Die B-Achse entspricht einem Drehantrieb des Kegelrads 6 um seine eigene Achse.
-
Die Maschinenachsen X, Y, Z, A1, B, C, Q1 und Q2 bezeichnen daher sowohl Antriebe der Werkzeugmaschine 2, um Relativbewegungen zwischen den Werkzeugen 10, 18, und dem zu bearbeitenden Kegelrad 6 zu erzeugen, als auch die Richtungen bzw. Orientierungen dieser rotatorischen und translatorischen Relativbewegungen.
-
2A zeigt das zu bearbeitende Kegelrad 6 in einer perspektivischen Ansicht. Nachfolgend werden einige bereits aus der Literatur bekannte Bezeichnungen für bestimmte Bereiche der Zähne 20 des Kegelrads 6 exemplarisch anhand eines Zahns 20 des Kegelrads 6 beschrieben, wobei diese Bezeichnungen für alle Zähne 20 des Kegelrads 6 gelten.
-
Der Zahn 20 des Kegelrads 6 hat eine konkave Kopfkante 22, die an eine konkave Flanke 24 des Zahns 20 angrenzt, und eine konvexe Kopfkante 26, die an eine konvexe Flanke 28 des Zahns 20 angrenzt. Die Kopfkanten 22, 26 sind durch gestrichelte Linien hervorgehoben. Weiter hat der Zahn 20 eine fersenseitige Stirnkante 30 und eine zehenseitige Stirnkante 32. Die Stirnkanten 30, 32 des Zahns 20 sind durch verstärkte, durchgezogene Linien hervorgehoben.
-
Das Kegelradwerkzeug 10 kann ein 3 dargestellter Messerkopf sein. Gemäß alternativer Ausführungsbeispiele kann das Kegelradwerkzeug 10 eine Topfschleifscheibe sein, wie in 4 exemplarisch im Schnitt dargestellt.
-
Das Entgratwerkzeug 18 kann ein in 5 dargestellter Entgratmesserkopf 18 sein, der als Stabmesserkopf ausgeführt ist. Gemäß alternativer Ausführungsbeispiele kann das zweite Entgratwerkzeug 18 ein in 6 dargestellter Doppelentgratersein, der zwei Entgratmesserköpfe unterschiedlichen Durchmessers aufweist. Gemäß alternativer Ausgestaltungen kann das Entgratwerkzeug ein Schleifwerkzeug sein, wie eine Schleifscheibe, eine Topfschleifscheibe oder dergleichen.
-
In einem ersten Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt zunächst ein Bereitstellen und Spannen des Kegelrads 6 an der Werkstückspindel 4 der Werkzeugmaschine 2.
-
In einem zweiten Verfahrensschritt erfolgt eine spanabhebende Bearbeitung des Kegelrads 6, wobei Zähne 20 des Kegelrads 6 Kopfkanten 22, 26, fersenseitige Stirnkanten 30 und zehenseitige Stirnkanten 32 aufweisen. Die spanabhebende Bearbeitung erfolgt mittels des Kegelradwerkzeugs 10 gemäß 3. Die spanabhebende Bearbeitung kann gemäß alternativer Ausgestaltungen des Verfahrens ein Schleifen im Completing-Verfahren sein, wobei einander zugewandte konkave und konvexe Flanken im Zweiflankenschnitt einzelteilend gleichzeitig hergestellt werden, beispielsweise mit einem Schleifwerkzeug 10 gemäß 4.
-
Das Kegelrad 6 kann vor der spanabhebenden Bearbeitung und vor dem Bereitstellen und Spannen gehärtet worden sein.
-
In einem dritten Verfahrensschritt erfolgt ein Entgraten des Kegelrads 6 mittels des Entgratwerkzeugs 18.
-
Beim Entgraten werden sowohl die Kopfkanten 22, 24 als auch die fersenseitigen Stirnkanten 30 und die zehenseitigen Stirnkanten 32 entgratet.
-
Das Entgraten des Kegelrads 6 erfolgt mittels genau eines Entgratwerkzeugs 18.
-
Erste Maschineneinstellungen (I.) werden zum Entgraten der fersenseitigen Stirnkanten 30 mittels des Entgratwerkzeugs 18 verwendet (9).
-
Zweite Maschineneinstellungen (II.) werden zum Entgraten der zehenseitigen 32 Stirnkanten mittels des Entgratwerkzeugs 18 verwendet (9).
-
Dritte Maschineneinstellungen (III.) werden zum Entgraten konkaver Kopfkanten mittels des Entgratwerkzeugs 18 verwendet (8).
-
Vierte Maschineneinstellungen werden zum Entgraten konvexer Kopfkanten mittels des Entgratwerkzeugs 18 verwendet (8).
-
Das Entgratwerkzeug 18 weist ein asymmetrisches Werkzeugprofil auf (10).
-
Ein erster Flankenwinkel 1 des Werkzeugprofils ist einer Schneide 5 zum Entgraten konkaver Kopfkanten 22 zugeordnet. Ein zweiter Flankenwinkel 3 des Werkzeugprofils ist einer Schneide 7 zum Entgraten konvexer Kopfkanten 26 zugeordnet. Der erste Flankenwinkel 1 ist kleiner ist als der zweite Flankenwinkel 3.
-
BEZUGSZEICHEN
-
- 1
- Flankenwinkel
- 2
- Werkzeugmaschine
- 3
- Flankenwinkel
- 4
- Werkstückspindel
- 5
- Schneide
- 6
- Kegelrad
- 7
- Schneide
- 8
- Werkzeugspindel
- 10
- Kegelradwerkzeug
- 16
- Entgratspindel
- 18
- Entgratwerkzeug
- 20
- Zahn
- 22
- konkave Kopfkante
- 24
- konkave Zahnflanke
- 26
- konvexe Kopfkante
- 28
- konvexe Zahnflanke
- 30
- fersenseitige Stirnkante
- 32
- zehenseitige Stirnkante
