DE10211129A1

DE10211129A1 - Werkzeugmaschine zur Herstellung von Verzahnungen

Info

Publication number: DE10211129A1
Application number: DE10211129A
Authority: DE
Inventors: Bernd Kempa
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2002-02-22
Filing date: 2002-02-22
Publication date: 2003-10-16

Abstract

Auf einem Werkstücktisch (2) ist ein Werkstück gehaltert, welches zeitparallel durch ein erstes Verzahnungswerkzeug (9) im kontinuierlichen Wälzfräsverfahren und durch ein zweites Verzahnungswerkzeug (10) in einem Schleifverfahren verzahnt wird. Neben dem zweiten Verzahnungswerkzeug (10) können weitere Verzahnungswerkzeuge angeordnet sein, welche das Werkstück entgraten. Besteht das zweite Verzahnungswerkzeug (10) aus einem abrichtbaren Verzahungswerkzeug, so ist auf der Werkzeugmaschine eine Abrichteinheit (14) angeordnet, welche zeitparallel das zweite Verzahnungswerkzeug (10) abrichtet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Werkzeugmaschine zur Herstellung von Verzahnungen nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
Verzahnungen in Werkstücken können durch ein Vorverzahnen, durch das Verfahren "Kontinuierliches Wälzfräsen" und anschließender Feinbearbeitung durch kontinuierliches Wälzschleifen, kontinuierliches Profilschleifen oder diskontinuierliches Profilschleifen hergestellt werden. Das Kantenbrechen erfolgt mit einer Profilscheibe, einer Zylinderschnecke oder einer Formschleifscheibe. Das stirnseitige Entgraten erfolgt in der Regel über separate Arbeitsschritte. Die Verfahrensschritte laufen, zeitlich gesehen, nacheinander ab, wobei in den meisten Fällen das Werkstück auf Werkstückhalterungen von verschiedenen Maschinen befestigt wird. Hierbei muß das Werkstück jedesmal neu ausgerichtet werden, was sich zusätzlich negativ auf die Verzahnungsqualität auswirkt.

Die DE 199 18 289 A1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen verzahnter Werkstücke, bei denen ein Vorverzahnen des Werkstücks mit einem Schruppwerkzeug und anschließend, nach Beendigung des Vorverzahnens, eine Feinbearbeitung mit einem Schlichtwerkzeug durchgeführt wird, ohne das Werkstück aus seiner Werkstückhalterung zu entfernen. Somit entfällt eine Neuaufspannung des Werkstücks, wodurch die Qualität der Verzahnung erhöht werden kann. Das Kantenbrechen erfolgt mit Hilfe des Wälzfräsers. Das Entgraten des Werkstücks ist nicht offenbart.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Werkzeugmaschine zur Herstellung von Verzahnungen zu schaffen, mit welchen Verzahnungen hoher Qualität mit großer Wirtschaftlichkeit hergestellt werden können.

Die Aufgabe wird mit einer, auch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweisenden, gattungsgemäßen Werkzeugmaschine gelöst.

Erfindungsgemäß weist die Werkzeugmaschine zur Herstellung von Verzahnungen ein erstes Verzahnwerkzeug zur Vorverzahnung, vorzugsweise durch das Verfahren "Kontinuierliches Wälzfräsen", und mindestens ein zweites Verzahnwerkzeug zur Feinbearbeitung, vorzugsweise ein Schleifverfahren, auf. Zusätzlich kann die Werkzeugmaschine ein weiteres Werkzeug aufweisen, mit welchem die Verzahnung entgratet wird oder das Kopfkantenbrechen durchgeführt wird. Das Vorverzahnen und die Feinbearbeitung finden vorzugsweise zeitparallel statt. Es besteht auch die Möglichkeit, nur das Entgraten, das Abrichten und das Kopfkantenbrechen zeitgleich mit dem Wälzfräsen durchzuführen. Es besteht auch die Möglichkeit, das Vorverzahnen, die Feinbearbeitung und das Entgraten zeitparallel auszuführen. Es besteht die Möglichkeit, als Schleifverfahren das kontinuierliche Wälzschleifen, das kontinuierliche Profilschleifen und das diskontinuierliche Profilschleifen zu verwenden. Das Kantenbrechen wird mit einer Profilschleifscheibe oder einer Zylinderschnecke oder einer Formschleifscheibe durchgeführt. Das stirnseitige Entgraten wird mit einer Formschleifscheibe durchgeführt. Als Schleifkörper können abrichtbare oder auch einschichtig belegte, nicht abrichtbare Schleifkörper verwendet werden. Bei abrichtbaren Schleifkörpern kann die Abrichteinheit in der Werkzeugmaschine integriert sein, wobei die Abrichteinheit eine oder mehrere Profilabrichtrollen oder ein oder mehrere Formabrichtrollen oder eine Kombination beider Abrichtrollen oder ein Abrichtwerkrad aufweist. Es besteht die Möglichkeit, zeitparallel zum Vorverzahnen den Schleifkörper abzurichten. Es besteht auch die Möglichkeit, zum kontinuierlichen Wälzfräsen ein kontinuierliches Wälz- oder Profilschleifen sowie ein Kopfkantenbrechen des Werkstücks zeitparallel durchzuführen. Hierbei ist, je nach Verfahrenskombination, eine Abstimmung des Vor- bzw. Nachlaufwegs des Wälzfräsers mit dem Eingriff des Feinbearbeitungswerkzeugs vorzunehmen. Bei der Kombination "Kontinuierliches Wälzfräsen" mit "Kontinuierlichem Wälz- oder kontinuierlichem Profilschleifen" ist ein Abstimmen der Durchmesser und der Gangzahlen des Wälzfräsers und der entsprechenden Schleifschnecken aufeinander notwendig, da über die Zwangskopplung des Werkstücks zum Werkzeug für den Wälzfräser sowie die entsprechende Schleifschnecke gleiche Drehzahlen oder entsprechend des Gangverhältnisses vom Wälzfräser zur Schleifschnecke ganzzahlige Drehzahlverhältnisse vorliegen. Durch die Wahl der Durchmesser und der Gangzahlen von der Schleifschnecke und/oder des Wälzfräsers kann die für den Schleifprozess erforderliche Schnittgeschwindigkeit gegenüber dem Wälzfräsen bei gleichzeitigem Eingriff beider Werkzeuge realisiert werden. Bei der Kombination Wälzfräsen und Entgraten besteht nicht die Notwendigkeit einer Zwangskopplung der Spindeldrehzahlen, so dass die Schnittgeschwindigkeiten unabhängig voneinander gewählt werden können. Je nach Erfordernis ist eine Bearbeitung in Gleich- und Gegenlauf vorgesehen. Als Schneidstoffe sind beim Wälzfräsen beschichtete als auch unbeschichtete HM- oder HSS-Werkstoffe möglich. Beim Schleifen können sowohl nichtprofilierbare, galvanisch gebundene CBN-Schleifkörper als auch profilierbare, keramisch gebundene Korund- oder CBN-Schleifkörper verwendet werden.

Somit besteht die Möglichkeit, mit einer einmaligen Aufspannung des Werkstücks mindestens die Vorverzahnung und die Feinbearbeitung oder die Vorverzahnung und das Kopfkantenbrechen oder die Vorverzahnung und das Abrichten der Schleifwerkzeuge zeitparallel durchzuführen. Dadurch ist es möglich, ein fertiges Werkstück bei erforderlicher Wärmebehandlung direkt nach der Vor- und Feinbearbeitung des Werkstücks und erfolgter Wärmebehandlung zu erhalten. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, nach erfolgter Vor- und Feinbearbeitung des Werkstücks und nach abgeschlossener Wärmebehandlung eine Hart-/Feinbearbeitung, wie z. B. Honen, nachzuschalten.

Somit besteht die Möglichkeit, in einer Werkzeugmaschine ein verzahntes Werkstück mit einmaliger Aufspannung in hoher Qualität vorverzahnt, feinbearbeitet, mit Kopfkantenbruch und entgratet wirtschaftlich herzustellen.

Weitere Merkmale sind der Figuren-Beschreibung zu entnehmen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Vorderansicht einer Werkzeugmaschine mit einem Werkzeugständer;
Fig. 2 eine Draufsicht der Werkzeugmaschine mit einem Werkzeugständer;
Fig. 3 einen Ausschnitt einer Vorderansicht einer Werkzeugmaschine mit zwei. Werkzeugständern;
Fig. 4 einen Ausschnitt einer Vorderansicht einer Werkzeugmaschine mit zwei. Werkzeugständern;
Fig. 5 eine Draufsicht einer Werkzeugmaschine mit zwei Werkzeugständern und.
Fig. 6 ein Ablaufschema des Verzahnverfahrens.

Fig. 1

Die Werkzeugmaschine besteht aus einem Maschinenbett 1, welches den in Fig. 2 dargestellten Werkstücktisch 2, auf welchem das Werkstück gehalten wird, und den Werkzeugständer 3 trägt. Der Werkstücktisch 2 ist drehbar angeordnet und, wenn die Zustellbewegung durch das Werkstück erfolgt, ist der Werkstücktisch 2 zusätzlich translatorisch verschiebbar. Erfolgt die Zustellbewegung durch den Werkzeugständer 3, so ist dieser translatorisch verschiebbar. Über eine translatorische Achse 4 und über eine rotatorische Achse 6 ist der Werkzeugschlitten 5 mit dem Werkzeugständer 3 verbunden. Die Schleifspindel 7 und die Frässpindel 8 sind parallel angeordnet. Ein erstes Verzahnwerkzeug zur Vorverzahnung 9 ist auf der Frässpindel 8 angeordnet. Ein zweites Verzahnwerkzeug zur Feinbearbeitung 10 ist auf der Schleifspindel 7 angeordnet. Über einen Antriebsmotor 11 wird die Frässpindel 8 und über einen Antriebsmotor 12 wird die Schleifspindel 7 angetrieben. Ein zweites Werkzeug zur Feinbearbeitung 13 z. B. Kopfkantenbrechen oder Entgraten ist ebenfalls auf der Schleifspindel 7 angeordnet. Über der Schleifspindel 7 ist eine Abrichteinheit 14 angeordnet, mit welcher die Werkzeuge 10 und 13 abgerichtet werden können. Es besteht die Möglichkeit, auf der Schleifspindel nur ein Werkzeug anzuordnen. Über eine numerische Steuerung ist es möglich, alle Achsen, je nach Verfahrensanordnung, elektronisch zu koppeln. Somit ist es möglich, zeitparallel zum Vorverzahnen das Abrichten des Werkzeuges durchzuführen. Das zeitgleiche Vorverzahnen und Feinbearbeiten ist nur mit dem Maschinentyp nach Fig. 3, 4, 5 möglich.

Fig. 2

Auf dem Maschinenbett 1 ist der Werkzeugständer 3 angeordnet. Der Werkzeugständer 3 oder der Werkstücktisch 2 sind translatorisch verschiebbar. Falls es erforderlich ist, kann auf dem Maschinenbett auch noch ein Gegenhalter 15 angeordnet sein.

Fig. 3

Auf einem Maschinenbett 1 ist ein in Fig. 5 dargestellter Werkzeugständer 16 angeordnet. Auf dem Werkzeugständer 16 ist ein Antriebsmotor 12 zum Antrieb einer Schleifspindel 7 angeordnet. Auf der Schleifspindel ist ein zweites Verzahnungswerkzeug 10 und ein Verzahnungswerkzeug 13 z. B. als Formschleifscheibe zum Entgraten angeordnet. Mit einer Abrichteinheit 14 kann das Verzahnungswerkzeug 10 und 13 abgerichtet werden. Dies kann auch zeitgleich zum Vorverzahnen und der Feinbearbeitung geschehen.

Fig. 4

Auf einem Maschinenbett 1 ist ein in Fig. 5 dargestellter Werkzeugständer 17 angeordnet, auf welchem eine Frässpindel 8 von einem Antriebsmotor 11 antreibbar ist. Auf der Frässpindel 8 ist ein erstes Verzahnungswerkzeug 9, z. B. ein Wälzfräser, angeordnet.

Fig. 5

Auf einem Maschinenbett 1 ist ein Werkzeugständer 16, wie in Fig. 3 dargestellt, und ein Werkzeugständer 17, wie in Fig. 4 dargestellt, angeordnet. Zwischen dem Werkzeugständer 16 und dem Werkzeugständer 17 ist der Werkstücktisch 2 angeordnet. Auf dem Werkstücktisch 2 wird ein nicht dargestelltes Werkstück gehaltert. Auf dem Werkzeugständer 16 ist ein zweites Verzahnungswerkzeug 10 und auf dem Werkzeugständer 17 ist ein erstes Verzahnungswerkzeug 9 angeordnet. Um das Werkstück zu verzahnen, wird zeitparallel mit dem ersten Verzahnungswerkzeug, welches zur Vorverzahnung ausgelegt ist, z. B. mit dem kontinuierlichen Wälzfräsen die Vorverzahnung hergestellt, und mit dem zweiten Verzahnungswerkzeug, welches für die Feinbearbeitung ausgelegt und z. B. als abrichtbare Schleifscheibe ausgebildet ist, z. B. im kontinuierlichen Wälzschleifen die Verzahnung hergestellt. Es besteht die Möglichkeit, auf dem Werkzeugständer 16 weitere Verzahnungswerkzeuge anzuordnen, mit welchen beispielsweise das stirnseitige Entgraten oder das Kantenbrechen zeitparallel durchgeführt wird. Die Drehzahlen des ersten Verzahnungswerkzeugs 9 und des zweiten Verzahnungswerkzeugs 10 sind vorzugsweise gleich, die Schnittgeschwindigkeiten, welche für die verschiedenen Verzahnungswerkzeuge benötigt werden, werden über die Durchmesser und/oder die Gangzahlen des ersten und zweiten Verzahnungswerkzeugs 9 und 10 erzeugt. Der Vorlaufweg und der Nachlaufweg des ersten Verzahnungswerkzeugs 9 und des zweiten Verzahnungswerkzeugs 10 sind aufeinander abgestimmt, um das Werkstück vollständig zu verzahnen. Vorzugsweise wird als Werkzeug zum Entgraten eine Formschleifscheibe verwendet. Somit ist es möglich, zeitgleich Wälzfräsen, Feinbearbeiten mit Kopfkantenbruch und das Abrichten der Feinbearbeitungswerkzeuge durchzuführen.

Fig. 6

Um das Werkstück zu bearbeiten, wird der Rohling 18 in der Werkzeugmaschine vorzugsweise zeitparallel vor- und feinbearbeitet. Hierbei kann das Werkstück zusätzlich an den Stirnflächen entgratet und die Kanten gebrochen werden. Das Einbringen der Verzahnung sowie das Entgraten wird im Verfahrensschritt 19 durchgeführt. Erfüllt dieses verzahnte Werkstück die Anforderungen, so erhält man direkt ein fertig verzahntes Bauteil 20. Um geänderte Materialeigenschaften zu erhalten, kann dem Verfahrensschritt 19 ein Wärmebehandlungsverfahren 21 nachgeschaltet werden, nach dessen Abschluß man das fertig verzahnte Bauteil 20 erhält. Um die Verzahnungsqualität nach der Wärmebehandlung zu erhöhen, kann nach der Wärmebehandlung 21 eine Hart-/Feinbearbeitung, wie z. B. Honen 22, nachgeschaltet sein, nach dessen Abschluß man das fertig verzahnte Bauteil 20 erhält. Bezugszeichen 1 Maschinenbett
2 Werkstücktisch
3 Werkzeugständer
4 translatorische Achse
5 Werkzeugschlitten
6 rotatorische Achse
7 Schleifspindel
8 Frässpindel
9 erstes Verzahnungswerkzeug
10 zweites Verzahnungswerkzeug
11 Antriebsmotor
12 Antriebsmotor
13 Verzahnungswerkzeug
14 Abrichteinheit
15 Gegenhalter
16 Werkzeugständer
17 Werkzeugständer
18 Rohling
19 Verfahrensschritt
20 fertig verzahntes Bauteil
21 Wärmebehandlung
22 Hart-/Feinbearbeitung

Claims

1. Werkzeugmaschine zur Herstellung von Verzahnungen mit einem ersten Verzahnungswerkzeug (9) zur Vorverzahnung und mindestens einem zweiten Verzahnungswerkzeug (10) zur Feinbearbeitung und einer Werkstückhalterung mit mindestens einem Werkstück, in welcher das Werkstück während der Vorverzahnung und der Feinbearbeitung gehalten bleibt, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorverzahnen und die Feinbearbeitung oder das Vorverzahnen und das Abrichten und das Entgraten zeitparallel durchgeführt werden.

2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer ersten Werkzeugspindel (8) das Verzahnungswerkzeug zur Vorverzahnung und auf einer zweiten Werkzeugspindel (7) das Verzahnungswerkzeug zur Feinbearbeitung angeordnet ist.

3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der zweiten Werkzeugspindel (7) ein Verzahnungswerkzeug zur Feinbearbeitung (10) und ein Verzahnungswerkzeug zum Entgraten (13) angeordnet ist.

4. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verzahnungswerkzeug (9) ein Wälzfräser zum kontinuierlichen Wälzfräsen ist.

5. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Verzahnungswerkzeug (7) ein Schleifkörper ist.

6. Werkzeugmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifkörper ein abrichtbarer Schleifkörper ist.

7. Werkzeugmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifkörper ein einschichtig belegter Schleifkörper ist.

8. Werkzeugmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug zum Entgraten (13) eine Formschleifscheibe ist.

9. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorlaufweg und der Nachlaufweg des ersten Verzahnungswerkzeugs (9) zum zweiten Verzahnungswerkzeug (7) aufeinander abgestimmt sind.

10. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlen des ersten Verzahnungswerkzeugs (9) und des zweiter Verzahnungswerkzeugs (7) gleich sind und die benötigten. Schnittgeschwindigkeiten über die Form des ersten und des zweiten Verzahnungswerkzeugs (7, 9) erzeugt werden.

11. Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der zweiten Spindel (7) mindestens zwei unterschiedliche Verzahnungswerkzeuge zur Feinbearbeitung angeordnet sind.

12. Verfahren zur Herstellung von Verzahnungen auf einer Werkzeugmaschine mit einem ersten Verzahnungswerkzeug (9) zur Vorverzahnung und mindestens einem zweiten Verzahnungswerkzeug (10) zur Feinbearbeitung und einer Werkstückhalterung mit mindestens einem Werkstück, in welcher das Werkstück während der Vorverzahnung und der Feinbearbeitung gehalten bleibt, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorverzahnen und die Feinbearbeitung zeitparallel durchgeführt werden.

13. Verfahren zur Herstellung der Verzahnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück nach der Feinbearbeitung einer Wärmebehandlung unterzogen wird.

14. Verfahren zur Herstellung von Verzahnungen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück nach der Wärmebehandlung durch eine Hart-/Feinbearbeitung bearbeitet wird.

15. Werkzeugmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zeitparallel zur Verzahnung des Werkstücks das Abrichten des zweiten Verzahnungswerkzeugs durchgeführt wird.