DE19900423A1 - Vorrichtung zum Entgraten der Zahnflanken stirnverzahnter Zahnräder oder dergleichen sowie Verfahren dazu - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entgraten der Zahnflanken stirnverzahnter Zahnräder oder derglei­ chen gemäß Gattungsbegriff des Anspruches 1 sowie ein entsprechendes Verfahren gemäß Gattungsbegriff des Anspruches 6.

Im Stand der Technik sind Vorrichtungen bekannt mit vier von einer elektronischen Synchronisationssteuerung elektrisch angetriebenen Achsen, wobei eine erste Achse dem Werkstückdrehantrieb, eine zweite Achse der Schwenk­ achse eines Werkzeuges, eine dritte und vierte Achse der Verlagerung des Werkzeugdrehantriebes in einer Ebene zugeordnet ist. Derartige Vorrichtungen arbeiten als Kopierfräser.

Anfasungen an Kegelrädern werden üblicherweise je nach Größe und Stückzahl des Kegelrades auf zwei unterschied­ liche Arten durchgeführt. Bei höheren Stückzahlen er­ folgt das Anfasen maschinell. Bei geringeren Stückzah­ len von Hand. Bei maschineller Anfasung erfolgt dies mit Sondermaschinen, wobei für jedes Werkstück eine besondere Maschineneinstellung und auch besondere Werk­ zeuge notwendig sind, die angepaßt sind an das jeweili­ ge Zahnmodul bzw. den Zahnraddurchmesser.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung und ein Verfahren zum Entgraten von Zahnflanken stirnverzahnter Zahnräder anzugeben, welche mit einfa­ chen und preiswerten Mitteln durchführbar ist und für die Bearbeitung unterschiedlich gestalteter Formen möglich ist, wobei eine einfache Umrüstung auf neue Formen möglich sein soll.

Gelöst wird die Aufgabe zunächst und im wesentlichen dadurch, daß sowohl die Werkstückdrehachse als auch die Werkzeugdrehachse in der Ebene liegen und das Werkzeug als drehangetriebener Fingerfräser ausgebildet ist. Die Vorrichtung benötigt keine Einrichtachsen. Sämtliche vier Achsen werden servo-betrieben und sind Arbeitsach­ sen, die bei gemeinsamer Bewegung den Fingerfräser auf einer vorgegebenen Raumkurve relativ zum Werkzeug bewe­ gen. Bei der Bearbeitung eines Zahnrades wird diese Raumkurve mehrfach hintereinander abgefahren, wobei zwi­ schendurch die Werkstückdrehachse um einen vorgegebenen Winkelbetrag weitergeschaltet wird, so daß Zahn nach Zahn abgefast wird. Die Steuerung der Achsen erfolgt programmgesteuert. Hierzu besitzt jede Drehachse einen elektronisch angetriebenen Drehantrieb, so daß eine vollständige Synchronisation aller vier Achsen gewähr­ leistet ist. Das Programm kann teilespezifisch in der Vorrichtung hinterlegt sein oder auf einem Datenträger gespeichert sein. Die Raumkurve kann dadurch aufgenom­ men werden, daß anstelle des Fingerfräsers ein Tastkopf in das Futter des Werkzeugdrehantriebes eingesteckt wird. Dieser Taster wird dann durch Schrittbetrieb oder manuelles Verlagern der Servomotoren an verschiedene Punkte der zu durchlaufenden Raumkurve gebracht. Nume­ risch wird sodann eine glatte Kurve durch diese Punkte gelegt, auf welcher im Bearbeitungsmodus der Fräser dann verlagert wird. Die Steuerung der zweiten bis vierten servo-betriebenen Achsen erfolgt bevorzugt durch die Lage der ersten Achse. Die Verlagerung des Werkzeugdrehantriebes in der Ebene erfolgt vorzugsweise mittels Kreuzschlitten. Da die gesamte Vorrichtung keinerlei Einrichtachsen besitzt, ist der Abstand der Werkzeugdrehachse zur Schlittenebene festgelegt und entspricht dem Abstand von Werkstückdrehachse zur Schlittenebene. Die Werkzeugdrehachse kann demzufolge lediglich durch Verschwenken und Verlagerung in der Ebene in eine fluchtende Position zur Werkstückdrehach­ se gebracht werden. Durch besagtes Verschwenken und gleichzeitiges Bewegen in der Ebene kann die Werkzeug­ drehachse aber auch in eine rechtwinklige Stellung zur Werkstückdrehachse gebracht werden. Gegebenenfalls kann eine fünfte servo-betriebene Achse vorgesehen sein, zur Variation des Abstandes der Werkstückdrehachse zur Verlagerungsebene dem Fingerfräsers, so daß die Finger­ fräserdrehachse in eine Parallellage zur Werkstückdreh­ achse bringbar ist. Diese zusätzliche fünfte servo-be­ triebene Achse ist insbesondere dann von Vorteil, wenn Wellen bearbeitet werden sollen.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können sowohl große Stückzahlen von Kegelrädern als auch kleine Men­ gen wirtschaftlich und kostengünstig hergestellt wer­ den. Unabhängig von der Gestaltung des Werkstückes wird nur ein einziges Werkzeug verwendet, nämlich ein drehan­ getriebener Fingerfräser. Durch Kopplung der Werkstück­ achse mit der Werkzeugachse kann das Werkzeug dem bogen­ förmigen Stirnprofil einer Verzahnung nachgeführt wer­ den. Für die Zustellbewegung sind drei korrespondieren­ de Servo-Achsen vorhanden, Horizontal-, Vertikal- und Schwenkachse. Sie sind derart zur Werkstückdrehachse gekoppelt, daß die Fräserachse radial zum Werkstückzen­ trum zeigend, im konstanten Winkel und Abstand dem Stirnprofil nachgeführt werden kann. Die Werkzeugschnei­ de kann insbesondere zur Werkzeugachse um einen, dem Winkel der Anfasung entsprechenden Betrag geneigt sein. Für die Drehbewegung des Werkstückes kann ein Servomo­ tor vorhanden sein, der über ein Vorgelege auf die Werkstückspindel wirkt. Die Bewegung des Werkzeuges erfolgt innerhalb einer Kreissegmentfläche mit Mittel­ punkt auf der Mittenachse des Werkstückes. Ferner ist vorgesehen, daß zur Bewegung der Schwenkung ein Servomo­ tor vorhanden ist, der über ein Vorgelege auf eine Spindel wirkt, welche im Vertikalschlitten gelagert ist und seinerseits über einen Servomotor verfügt, der über ein Vorgelege auf eine Kugelgewindespindel wirkt und im Horizontalschlitten gelagert geführt ist, welcher eben­ falls über einen Servomotor verfügt, der über ein Vorge­ lege auf eine Kugelgewindespindel wirkt, dessen Festla­ ger starr im nichtbeweglichen Maschinenteil aufgenommen ist. Ferner ist vorgesehen, daß die vier Servomotoren im Master-Slave-Betrieb durch eine elektronische Steue­ rung miteinander verbunden sind, wobei die Werkstückach­ se als Master wirkt und die drei Werkzeugachsen als Slave nachgeführt sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Frontalansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 eine teilweise aufgebrochene Darstellung von der in Fig. 1 linken Seite her;

Fig. 3 eine Draufsicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 4 eine Zahnflankendarstellung und

Fig. 5 eine Zahnflankendarstellung mit Fingerfräser.

Die Vorrichtung besteht aus einem Gehäuse, welches ein Maschinenbett umgibt. Das Maschinenbett trägt eine Kreuzschlittenführung. Die Kreuzschlittenführung be­ steht im Einzelnen aus zwei mit Abstand zueinander verlaufenden Kugelgewindespindeln 18 in Horizontaler­ streckung. Diese Kugelgewindespindeln 18 werden drehan­ getrieben von einem Servomotor 16. Zwischen Servomotor 16 und Kugelgewindespindel 18 liegt ein Untersetzungsge­ triebe 17. Auf den beiden mit Abstand zueinanderliegen­ den Kugelgewindespindeln 18 sitzt ein Horizontalschlit­ ten 19, der durch Antrieb des Servomotors 16 in Horizon­ talrichtung verlagert werden kann.

Auf dem Horizontalschlitten 19 befindet sich ein Drehan­ trieb in Form eines Servomotors 13, der mittels eines Untersetzungsgetriebes ebenfalls auf eine Kugelgewinde­ spindel 15 wirkt. Die vertikal angeordnete Kugelgewinde­ spindel 15 treibt einen Vertikalschlitten 20, auf wel­ chem normal zur Kreuzschlittenverlagerungsebene eine Schwenkachse 3 eines Werkzeugantriebes 23 sitzt.

Auf dem Vertikalschlitten 20 sitzt zum Schwenkantrieb ein Servomotor 11, der mittels Untersetzungsgetriebe 12 den Drehantrieb 23 des Werkzeuges schwenkt.

Das Werkzeug besteht aus einer Spindel mit Spindelachse 4, die ein Futter 21 ausbildet zur Aufnahme eines Fin­ gerfräsers 6. Die Spindel wird drehangetrieben durch einen Elektromotor 23 und der Antrieb erfolgt kontinu­ ierlich.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Schneide des Fin­ gerfräsers 6 in einer Ebene verlagert werden kann, in welcher Ebene sowohl die Drehachse 5 des Werkzeuges als auch die Drehachse 4 des Werkstückes liegt. Beispiels­ weise kann die Schneide des Fingerfräsers 6 in einem Kreissegment, welches in Fig. 1 schraffiert dargestellt ist, verlagert werden und dort jede beliebige Kurve abfahren.

Da das Werkstück 7 um die Werkstückachse 4 geschwenkt werden kann, kann durch Kombination der Drehbewegung aller vier Achsen der Fräser nahezu jede beliebige Raumkurve relativ zum Werkstück abfahren.

Zur Drehbewegung des Werkstückes 7 ist ein Servomotor 8 vorgesehen, der über ein Untersetzungsgetriebe 9 die Werkstückspindel dreht. Werkstückspindelachse 4 und Werkzeugspindelachse 5 liegen in derselben Ebene, wel­ che parallel mit festem Abstand D zur Kreuzschlitzfüh­ rung liegt. Der Abstand D kann aber auch durch einen servo-betriebenen Antrieb variabel sein.

Es ergibt sich folgende Funktionsweise:
Die vier servo-betriebenen Achsen 1, 2, 3, 4 werden von einer elektronischen Steuereinrichtung 22 synchroni­ siert betrieben, wobei die Synchronisation so erfolgt, daß der Fingerfräser eine vorbestimmte Raumkurve gegen­ über dem Werkstück mehrfach hintereinander durchläuft, wobei nach jedem Durchlaufen der Raumkurve die Werk­ stückspindel um einen voreingestellten Winkelbetrag weitergeschaltet wird. Dieser Winkelbetrag entspricht dem Zahnabstand.

Die Lage der Raumkurve wird in einem Lernverfahren ermittelt. Hierzu wird auf die Werkstückspindel ein Werkstück 7 aufgespannt und in das Futter 21 der Werk­ zeugsspindel ein Taster eingespannt. Sodann wird entwe­ der im Schrittbetrieb oder manuell der Taster auf eine Vielzahl von Punkten gefahren. Die Achsstellungen in diesen Punkten werden gespeichert. Sodann errechnet eine Recheneinheit aus der Vielzahl der angefahrenen Punkte und zugehörigen Achspositionen eine durch die Punkte verlaufende glatte Kurve. Dies ist die Raumkur­ ve. Die Raumkurve läßt sich demzufolge für jedes neue Werkstück 7 in einfacher Weise aufnehmen und kann abge­ speichert werden.

Soll von der Bearbeitung eines Werkstückes auf die Bearbeitung eines anderes Werkstückes gewechselt wer­ den, so muß aus einem Datenbestand lediglich die ent­ sprechende Raumkurve gewählt werden. Es ist kein Werk­ zeugwechsel nötig. Zu. Beginn der Zahnflankenbearbeitung muß lediglich das Werkstück in eine vordefinierte Pha­ senlage gebracht werden. Dies erfolgt bspw. in bekann­ ter Weise durch einen Index oder durch optische Muster­ erkennung, bspw. durch einen Laserstrahl. Nachdem das Zahnrad in die richtige Stellung gebracht ist, fährt der Fingerfräser 6 die Zahnflanke 26 eines Zahnes 25 ab. Es lassen sich mit dieser Vorrichtung nicht nur die an der Stirnseite 24 liegenden Zahnflanken 26 entgra­ ten, sondern auch die Zahnrücken.

Alle offenbarten Merkmale sind erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Priori­ tätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhalt­ lich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Entgraten der Zahnflanken stirnver­ zahnter Zahnräder oder dergleichen, mit vier von einer elektronischen Synchronsteuerung elektrisch angetriebe­ nen Achsen, wobei eine erste Achse (4) dem Werkstück­ drehantrieb (8), eine zweite Achse (3) der Schwenkachse eines Werkzeuges (6), eine dritte und vierte Achse (1, 2) der Verlagerung des Werkzeugdrehantriebes (23) in einer Ebene zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Werkstückdrehachse (4) als auch die Werkzeug­ drehachse (5) in der Ebene liegen und das Werkzeug als drehangetriebener Fingerfräser ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder insbesondere da­ nach, dadurch gekennzeichnet, daß außer den servo-be­ triebenen Achsen (1) bis (4) keine weiteren Einstellach­ sen vorhanden sind.

3. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuerung der zweiten bis vierten servo-betriebenen Achse (1 bis 3) durch die Lageverände­ rung der ersten Achse (4) erfolgt.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verlagerung des Werkzeugdrehantriebes (23) in der Ebene mittels Kreuzschlittenführung (19, 20) erfolgt.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Abstand (D) der Werkzeugdrehachse (4) zur Kreuzschlittenebene fest liegt und gleich ist dem festliegenden Abstand von Werkstückdrehachse (4) zur Kreuzschlittenebene.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche oder insbesondere danach, gekennzeichnet durch eine fünfte servo-betriebene Achse zur Variation des Abstandes (D) der Werkzeugdrehachse (4) zur Kreuz­ schlitzebene.

7. Verfahren zum Entgraten der Zahnflanken stirnverzahn­ ter Zahnräder oder dergleichen, mit vier von einer elektronischen Synchronsteuerung elektrisch angetriebe­ nen Achsen, wobei eine erste Achse (4) dem Werkstück­ drehantrieb (8), eine zweite Achse (3) der Schwenkachse eines Werkzeuges (6), eine dritte und vierte Achse (1, 2) der Verlagerung des Werkzeugdrehantriebes (23) in einer Ebene zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugdrehachse (5) nur in einer einzigen Ebene verlagert wird, in welcher auch die Werkstückdrehachse (4) liegt und das als kontinuierlich drehender Finger­ fräser ausgebildete Werkzeug kontinuierlich drehend nach schrittweisem Weiterschalten der Werkstückdrehach­ se (4) um einen vorgegebenen Winkelbetrag jeweils rela­ tiv zum Werkstück (7) mehrfach eine vorgegebene Raumkur­ ve abfährt.