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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum schleifenden Bearbeiten von Zahnrad-Werkstücken. Insbesondere geht es um Vorrichtungen, die zum Wälzschleifen von Zahnrad-Werkstücken ausgelegt sind.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Es gibt verschiedene Verfahren zum Verzahnen von Zahnrad-Werkstücken und zum (Nach-)Bearbeiten von bereits vorverzahnten Zahnrad-Werkstücken. Als Zahnrad-Werkstücke werden hier klassische Zahnräder, wie z.B. gerad- oder schrägverzahnte Stirnräder, aber auch andere zahnrad-artige Werkstücke, wie z.B. die Elemente oder Bauteile eines Zykloidengetriebes, bezeichnet.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Vorrichtung 10 des Standes der Technik (hier in Form eines NC-gesteuerten Zahnrad-Bearbeitungsmaschine), die zum Wälzschleifen eines Zahnrad-Werkstücks W ausgelegt ist. Die beispielhaft gezeigte Vorrichtung 10 umfasst eine Werkstückspindel 11 zum Aufnehmen/Aufspannen eines (vorverzahnten) Zahnrad-Werkstücks W, wobei das Zahnrad-Werkstück W im aufgenommenen Zustand um eine Werkstückrotationsachse B drehantreibbar ist. Außerdem umfasst die Vorrichtung eine Werkzeugspindel 12 zum Aufnehmen eines Werkzeugs 13, wobei das Werkzeug 13 im aufgenommenen Zustand um eine Werkzeugrotationsachse C1 drehantreibbar ist. Zusätzlich gibt es mehrere NC-steuerbare Achsen A, X, Y1, Z1, die dazu ausgelegt sind das Werkzeug 13 im aufgenommenen/aufgespannten Zustand so relativ zu dem Zahnrad-Werkstück W zu bewegen, dass Zahnflanken des Zahnrad-Werkstücks W mit dem Werkzeug 13 bearbeitbar sind.
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Immer häufiger stellt sich die Aufgabe, dass ein verzahntes Zahnrad-Werkstück mit Bohrungen oder anderen Funktionsflächen zu versehen ist. Diese Bohrungen und andere Funktionsflächen müssen zum Teil relativ zur Verzahnung oder relativ zueinander eine genau vorgegebene Position haben. Eine solche Forderung in Bezug auf die Positionsgenauigkeit ergibt sich zum Beispiel in Situationen, in denen z.B. zwei Zahnräder durch eine Steckverbindung miteinander verbunden werden müssen, oder bei denen die Elemente oder Bauteile eines Zykloidengetriebes so mit einer Antriebsachse verbunden werden müssen, dass sie relativ zueinander eine exzentrische Drehbewegung ausführen können.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung (respektive eine Zahnrad-Bearbeitungsmaschine) bereit zu stellen, die es ermöglicht mit hoher Effizienz und Präzision die Bohrungen und/oder andere Funktionsflächen an einem Zahnrad-Werkstück zu bearbeiten.
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Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Schutzanspruch 1 gelöst.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst
- - eine Werkstückspindel zum Aufnehmen/Aufspannen eines (vorverzahnten) Zahnrad-Werkstücks, wobei das Zahnrad-Werkstück im aufgenommenen Zustand um eine Werkstückrotationsachse drehantreibbar ist,
- - eine ersten Werkzeugspindel zum Aufnehmen eines ersten (Schleif-)Werkzeugs, wobei das erste (Schleif-)Werkzeug im aufgenommenen Zustand um eine erste Werkzeugrotationsachse drehantreibbar ist,
- - mehrere NC-steuerbare Achsen, die dazu ausgelegt sind das erste (Schleif-) Werkzeug im aufgenommenen/aufgespannten Zustand so relativ zu dem Zahnrad-Werkstück im aufgenommenen/aufgespannten Zustand zu bewegen, dass Zahnflanken des Zahnrad-Werkstücks mit dem ersten (Schleif-)Werkzeug bearbeitbar sind.
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Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie zusätzlich umfasst:
- - eine zweite Werkzeugspindel zum Aufnehmen/Aufspannen eines zweiten (Schleif-)Werkzeugs, wobei das zweite (Schleif-)Werkzeug im aufgenommenen/aufgespannten Zustand um eine zweite Werkzeugrotationsachse drehantreibbar ist,
- - einen Linearschlitten, der die zweite Werkzeugspindel trägt und der einen NC-steuerbaren Linearantrieb umfasst, um den Linearschlitten entlang einer Linearführung relativ zu dem Zahnrad-Werkstück im aufgenommenen/aufgespannten Zustand linear verschieben zu können.
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Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen ist die Vorrichtung zum schleifenden Bearbeiten der Zahnflanken des Zahnrad-Werkstücks und zum schleifenden (Fein-)Bearbeiten von Wandungen von Bohrungen und/oder Funktionsflächen ausgelegt, die sich im Bereich einer Stirnseite des Zahnrad-Werkstücks befinden.
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Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen ist die Vorrichtung zum Wälzschleifen des Zahnrad-Werkstücks ausgelegt, wobei sie mindestens fünf NC-steuerbare Achsen umfasst, die zum Bewegen des ersten (Schleif-)Werkzeugs relativ zu dem Zahnrad-Werkstück ausgelegt sind, und wobei eine Schleifschnecke als erstes (Schleif-)Werkzeug zum Einsatz kommt.
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Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen sind der ersten Werkzeugspindel drei Linearachsen und eine Schwenkachse zugeordnet, und der zweiten Werkzeugspindel sind der NC-steuerbare Linearantrieb, die zweite Werkzeugrotationsachse und eine zusätzliche Linearachse zugeordnet.
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Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung mindestens
- - eine erste Werkstückrotationsachse, um das Zahnrad-Werkstück drehantreiben zu können,
- - eine erste Werkzeugrotationsachse, um das erste (Schleif-) Werkzeug drehantreiben zu können,
- - eine zweite Werkzeugrotationsachse, um das zweite (Schleif-) Werkzeug drehantreiben zu können,
- - eine erste NC-steuerbare Achse, die eine Linearbewegung des ersten (Schleif-) Werkzeugs parallel zu der Werkstückrotationsachse relativ zum Zahnrad-Werkstück ermöglicht,
- - eine zweite NC-steuerbare Achse, die eine Linearbewegung des zweiten (Schleif-)Werkzeugs parallel zu der Werkstückrotationsachse relativ zum Zahnrad-Werkstück ermöglicht,
- - eine dritte NC-steuerbare Achse, die eine Linearbewegung des zweiten (Schleif- )Werkzeugs senkrecht zu der Werkstückrotationsachse relativ zum Zahnrad-Werkstück ermöglicht, wobei diese dritte NC-steuerbare Achse vorzugsweise einen NC-steuerbaren Linearantrieb umfasst.
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Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung
- - zwei unabhängig ansteuerbare Linearachsen, die Bewegungen des ersten Werkzeugs parallel zu einer y-Achse eines kartesischen Koordinatensystems und Bewegungen des zweiten Werkzeugs parallel zu derselben y-Achse ermöglichen,
- - zwei unabhängig ansteuerbare Linearachsen, die Bewegungen des ersten Werkzeugs parallel zu einer z-Achse des kartesischen Koordinatensystems und Bewegungen des zweiten Werkzeugs parallel zu derselben z-Achse ermöglichen, wobei diejenige Linearachse, die dem zweiten Werkzeug zugeordnet ist, durch den NC-steuerbaren Linearantrieb bewegbar ist.
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Um die Wandungen von Bohrungen und anderen Funktionsflächen feinbearbeiten zu können, dient eine Schleifscheibe, ein zylindrischer Schleifkörper oder ein kegelstumpfförmiger Schleifkörper als zweites Werkzeug, wobei dieses Werkzeug über eine Welle um die zweite Werkzeugrotationsachse drehantreibbar ist.
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Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen eine NC-Steuerung, oder sie ist mit einer NC-Steuerung verbindbar, wobei diese NC-Steuerung dazu ausgelegt ist Bewegungen der Achsen der Vorrichtung mit grosser Präzision auszuführen.
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Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen kommt eine NC-Steuerung zum Einsatz, die dazu ausgelegt ist gekoppelte Bewegungen des Zahnrad-Werkstücks um die Werkstückrotationsachse und des NC-steuerbaren Linearantriebs des zweiten Werkzeugs auszuführen, um eine schleifende Bearbeitung von Wandungen von Löchern, Bohrungen und Ausnehmungen zu ermöglichen, die sich im Bereich einer Stirnseite des Zahnrad-Werkstücks befinden.
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Es ist ein Vorteil der Vorrichtung der Erfindung, dass sowohl das Bearbeiten der Zahnflanken des Zahnrad-Werkstücks als auch das schleifende (Fein-)Bearbeiten der Wandungen von Bohrungen und Funktionsflächen in einer Aufspannung des Zahnrad-Werkstücks erfolgt. D.h. das Zahnrad-Werkstück muss nicht umgespannt werden.
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Weitere Details sind den verschiedenen Ausführungsformen zu entnehmen, die im Folgenden beschrieben werden.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.
- 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Vorrichtung des Standes der Technik (hier in Form einer NC-gesteuerten Zahnrad-Bearbeitungsmaschine), die zum Wälzschleifen eines Zahnrad-Werkstücks ausgelegt ist;
- 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Vorrichtung (hier in Form eines NC-gesteuerten Zahnrad-Bearbeitungsmaschine), die zum Wälzschleifen einer Zahnrad-Werkstücks und zum Schleifen von Bohrungen und anderen Funktionsflächen des Zahnrad-Werkstücks ausgelegt ist;
- 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Zahnrad-Werkstücks, das im Bereich einer oberen Stirnfläche zwei seitliche Bohrungen und eine Zentralbohrung aufweist, die gemäß Erfindung bearbeitet wurden;
- 4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Vorrichtung, die eine Schleifvorrichtung zum Schleifen von Bohrungen und anderen Funktionsflächen des Zahnrad-Werkstücks umfasst;
- 5 zeigt eine vergrößerte Draufsicht einer Bohrung, die sich in der Stirnseite eines Zahnrad-Werkstücks befindet.
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DETAILIERTE BESCHREIBUNG
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Im Zusammenhang mit der vorliegenden Beschreibung werden Begriffe verwendet, die auch in einschlägigen Publikationen und Patenten Verwendung finden. Es sei jedoch angemerkt, dass die Verwendung dieser Begriffe lediglich dem besseren Verständnis dienen soll. Der erfinderische Gedanke und der Schutzumfang der Patentansprüche soll durch die spezifische Wahl der Begriffe nicht in der Auslegung eingeschränkt werden. Die Erfindung lässt sich ohne weiteres auf andere Begriffssysteme und/oder Fachgebiete übertragen. In anderen Fachgebieten sind die Begriffe sinngemäß anzuwenden.
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Als Bohrung wird hier ein Loch mit kreisrundem Querschnitt bezeichnet, auch wenn diese Bohrung nicht mit einem Bohrer gebohrt wurde. Bohrungen können auch auf andere Art und Weise - wie z.B. durch Fräsen, Laserbearbeitung, Hochdruck-Wasserstrahlbearbeitung, durch ein Gussverfahren - hergestellt werden.
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Als NC-steuerbare Achse wird hier eine Achse bezeichnet, deren Bewegungen durch eine NC-Steuerung S (siehe 2) kontrolliert steuerbar sind. Zu diesem Zweck umfasst eine NC-steuerbare Achse z.B. einen Antrieb, der dieser Achse zugeordnet ist, und mindestens einen Sensor oder ein Kontrollmittel (z.B. einen Winkeldecoder), um eine Ist-Position der Achse zu erfassen und mit einer Soll-Position zu vergleichen. Die NC-Steuerung S kann durch einen Ist-Soll-Vergleich den Antrieb der NC-steuerbaren Achse so ansteuern, dass eine geeignete Bewegung ausgeführt wird.
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Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen geht es um eine Vorrichtung, bzw. um Zahnrad-Bearbeitungsmaschine 10, die mindestens 5 NC-steuerbare Achsen umfasst, um eine 5-Achs-Schleifbearbeitung eines Zahnrad-Werkstücks W zu ermöglichen.
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Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen geht es um eine Vorrichtung, bzw. um Zahnrad-Bearbeitungsmaschine 10, die speziell zum Schleifen der Zahnflanken eines Zahnrad-Werkstücks W ausgelegt ist. In diesem Fall kommt als erstes Werkzeug 13 ein Schleifwerkzeug zum Einsatz.
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Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen geht es um eine Vorrichtung, bzw. um Zahnrad-Bearbeitungsmaschine 10, die speziell zum Wälzschleifen der Zahnflanken eines Zahnrad-Werkstücks W ausgelegt ist. Das Wälzschleifen umfasst in diesem Fall das Profilschleifen eines Zahnrad-Werkstücks W mit einer Profilschleifscheibe und/oder das kontinuierliche Wälzschleifen eines Zahnrad-Werkstücks W mit einer Schleifschnecke 13, wie in 2 gezeigt. Bei Zahnrad-Bearbeitungsmaschinen 10, die zum Wälzschleifen von Zahnrad-Werkstücken W ausgelegt sind, kommen mindestens 6 NC-steuerbare Achsen zum Einsatz.
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Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung, bzw. die Zahnrad-Bearbeitungsmaschine 10 eine Abrichtvorrichtung 30 (siehe 2), die so angeordnet und ausgelegt ist, dass die Profilschleifscheibe oder die Schleifschnecke 13 präzise abgerichtet werden kann.
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In 2 ist die perspektivische Ansicht eines Teils einer Vorrichtung 10, hier in Form einer Zahnrad-Bearbeitungsmaschine, die speziell zum Wälzschleifen ausgelegt ist, gezeigt. Diese Vorrichtung 10 ist gemäß Erfindung ausgestattet und umfasst eine Werkstückspindel 11 zum Aufnehmen (Aufspannen) eines Zahnrad-Werkstücks W. Die Spannmittel 11.1, die es ermöglichen das Zahnrad-Werkstück W aufzuspannen, sind in 2 beispielhaft dargestellt. Es gibt zahlreiche Möglichkeiten ein solches Spannmittel 11.1 zu realisieren, daher wird hier lediglich eine mögliche Variante gezeigt. Die Werkstückspindel 11 ist so ausgelegt, dass das Zahnrad-Werkstück W im aufgenommenen/aufgespannten Zustand um eine Werkstückrotationsachse B drehantreibbar ist. Zu diesem Zweck ist der Werkstückspindel 11 ein Drehantrieb zugeordnet, der in 2 nicht gezeigt ist. Vorzugsweise handelt es sich bei diesem Drehantrieb, respektive bei der Werkstückrotationsachse B um eine NC-steuerbare Achse, da eine genau gesteuerte Drehbarkeit des Zahnrad-Werkstücks W im Zusammenspiel mit dem genau gesteuerten Bewegen eines zweiten Schleifwerkzeugs 15, wie später erläutert werden wird, wichtig ist.
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Die Werkstückrotationsachse B steht bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen senkrecht im Raum (hier verläuft die Werkstückrotationsachse B parallel zur y-Achse eines kartesischen x-y-z-Koordinatensystems, das in 2 gezeigt ist).
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Die Vorrichtung 10 umfasst weiterhin eine erste Werkzeugspindel 12, die zum Aufnehmen/Aufspannen eines ersten (Schleif-) Werkzeugs 13 (hier in Form einer zum Wälzschleifen geeigneten Schleifschnecke) ausgelegt ist. Die erste Werkzeugspindel 12 ist so ausgelegt, dass das erste (Schleif-)Werkzeug 13 im aufgenommenen/aufgespannten Zustand um eine erste Werkzeugrotationsachse C1 drehantreibbar ist. Zu diesem Zweck ist dieser Werkzeugspindel 12 ein Drehantrieb zugeordnet, der in 2 nicht gezeigt ist. Bei diesem Drehantrieb, respektive bei der ersten Werkzeugrotationsachse C1 kann es sich um eine NC-steuerbare Achse handeln. Die erste Werkzeugrotationsachse C1 verläuft im gezeigten Moment horizontal, kann aber um eine Schwenkachse A herum geschwenkt werden, um die Neigung der Schleifschnecke entsprechend der Steigung ihrer Verzahnung an die Stellung der Zahnflanken des Zahnrad-Werkstücks W anpassen zu können. In 2 ist die Schwenkachse A nur andeutungsweise zu erkennen. Sie verläuft parallel zur x-Achse des x-y-z-Koordinatensystems.
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Zusätzlich zu den bereits genannten Achsen B, C1 und A, umfasst die Vorrichtung 10 weitere NC-steuerbare Achsen. Bei dem Ausführungsbeispiel der 2 sind diese die drei Linearachsen X, Y1 und Z1. Die Verwendung der Großbuchstaben X, Y, Z soll andeuten, dass sich diese Achsen parallel zu den entsprechend mit Kleinbuchstaben benannten Achsen des kartesischen x-y-z-Koordinatensystems erstrecken.
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Es sind auch andere Konstellationen der NC-steuerbaren Achsen möglich. Wichtig ist, dass die Konstellation der NC-steuerbaren Achsen so gewählt wurde, dass das erste Werkzeug 13 im aufgenommenen/aufgespannten Zustand so relativ zu dem Zahnrad-Werkstück W im aufgenommenen/aufgespannten Zustand bewegt werden kann, dass die Zahnflanken des Zahnrad-Werkstücks W mit dem ersten Werkzeug 13 durch Schleifen bearbeitbar sind.
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Die Koordination der Bewegungsabläufe und die Kopplung der Bewegungen erfolgt mittels einer NC-Steuerung S, die z.B. über eine Kommunikationsverbindung I1 mit den Antrieben, Sensoren und Kontrollmitteln der Vorrichtung 10 verbunden sein kann. Die NC-Steuerung S kann bei allen Ausführungsformen ein Bestandteil der Vorrichtung 10 sein, sie kann aber auch als externe Steuerung ausgelegt sein, die mit der Vorrichtung 10 kommunikationstechnisch verbindbar ist.
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In 2 ist zu erkennen, dass das Zahnrad-Werkstück W an seiner oberen Stirnfläche 3 drei äussere Bohrungen 1 (mit einem radialen Abstand zur Werkstückrotationsachse B) und eine Zentralbohrung 2 umfasst. Im gezeigten Beispiel handelt es sich um zylindrische Bohrungen, deren zentrale Bohrungsachsen (siehe auch 3) parallel zur y-Achse verlaufen.
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Anhand der 3, die Details eines anderen Zahnrad-Werkstücks W zeigt, werden nun weitere Aspekte beschrieben. In 3 ist die obere Stirnfläche 3 eines Zahnrad-Werkstücks W zu erkennen. Die obere Stirnfläche 3 liegt in einer Ebene, die parallel zur x-z-Ebene des Koordinatensystems verläuft. Es sind im Beispiel der 3 eine Zentralbohrung 2 und zwei zusätzliche äussere Bohrungen 1 gezeigt. Die zentralen Bohrungsachsen, die parallel zur y-Achse verlaufen, sind mit den Bezugszeichen YA und YB bezeichnet. Die Bohrungsachsen YA und YB wurden hier eingezeichnet, um anzudeuten, dass auch die Wandungen der Bohrungen 1, 2 parallel zur Werkstückrotationsachse B verlaufen.
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Innerhalb gewisser Grenzen ist es mit der Vorrichtung 10 der Erfindung auch möglich die Wandungen von Bohrungen 1 und anderen Funktionsflächen zu bearbeiten, die leicht schräg zur Ebene der Stirnfläche 3 verlaufen. In diesen Fällen kommt als zweites Schleifwerkzeug 15 vorzugsweise eine Schleifscheibe zum Einsatz, die relativ dünn ist (parallel zur y-Achse betrachtet) oder es kommt ein kegelstumpfförmiger Schleifkörper zum Einsatz, der mindestens im Bereich des größten Durchmessers d2 so belegt ist, dass Material des Zahnrad-Werkstücks W abgetragen werden kann.
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Bei allen Ausführungsformen kann das zweites Schleifwerkzeug 15 mit CBN-Schleifkörnern (CBN steht für kubisches Bornitrid) beschichtet sein.
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Um solche Bohrungen 1, 2 und andere Funktionsflächen im Bereich einer oberen Stirnfläche 3 eines Zahnrad-Werkstücks W präzise feinbearbeiten zu können, setzt die Erfindung auf eine bahngesteuerte Schleifbearbeitung mit einem drehangetriebenen Schleifwerkzeug, das hier als zweites (Schleif-)Werkzeug 15 bezeichnet wird. Anhand der 2 und 3 ist zu erkennen, dass für ein solches zweites Werkzeug 15 nur wenige Platz zu Verfügung steht, da das Werkzeug 15 in der Lage sein muss in die Bohrungen 1, 2 und andere Funktionsflächen einzudringen, um deren Wandungen zu bearbeiten.
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Wie in 2 gezeigt, umfasst die Vorrichtung 10, zusätzlich zu den bereits beschriebenen Elementen, eine zweite Werkzeugspindel 14 zum Aufnehmen/Aufspannen des zweiten (Schleif-)Werkzeugs 15. Dadurch, dass an der Vorrichtung 10 eine zweite Werkzeugspindel 14 mit einem zweiten (Schleif-) Werkzeug 15 vorgesehen ist, können die Bohrungen 1, 2 und andere Funktionsflächen mit hoher Genauigkeit bearbeitet werden, ohne dass das Zahnrad-Werkstück W umgespannt werden müsste. Da ein Umspannen des Zahnrad-Werkstücks W entfällt, kann die schleifende Bearbeitung der Bohrungen 1, 2 und anderer Funktionsflächen so erfolgen, dass sich diese gegenüber den zuvor durch Schleifen bearbeiteten Zahnflanken in einer genau vorgegebenen Position befinden. Außerdem ist es z.B. möglich die Positionshaltigkeit der Bohrungen 1 relativ zur Zentralbohrung 2 zu gewährleisten. D.h. die relative Positionshaltigkeit kann durch die spezielle Ausstattung der Vorrichtung 10 gewährleistet werden.
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Die zweite Werkzeugspindel 14 ist so ausgelegt, dass das zweite (Schleif-)Werkzeug 15 im aufgenommenen/aufgespannten Zustand um eine zweite Werkzeugrotationsachse C2 drehantreibbar ist. Zu diesem Zweck ist dieser Werkzeugspindel 14 ein Drehantrieb zugeordnet, der in 2 nicht gezeigt ist. Dieser Drehantrieb, respektive die zweite Werkzeugrotationsachse C2 kann NCsteuerbar ausgelegt sein, muss aber nicht. Für eine schleifende Bearbeitung der Wandungen der Löcher/Bohrungen und anderen Ausnehmungen reicht häufig ein Drehantrieb, der für eine ausreichend hohe Drehzahl (z.B. von mindestens 25'000 Umdrehungen/min.) sorgt).
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Um die Wandungen von Bohrungen 1, 2 und anderen Funktionsflächen mit einer hohen Präzision schleifen zu können, kommt eine Bahnsteuerung der relativen Bewegungsabläufe zum Einsatz. Um die entsprechenden Relativbewegungen im 3-dimensionalen Raum zu ermöglichen, umfasst die Vorrichtung 10 bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen zwei Linearachsen, die hier als Y2- und Z2-Achsen bezeichnet werden. Ausserdem weist die zweite Werkzeugrotationsachse C2 den bereits erwähnten NC- oder nicht-NC-gesteuerten Drehantrieb auf.
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Die entsprechenden Relativbewegungen im 3-dimensionalen Raum werden von der NC-Steuerung S kontrolliert und gesteuert, wobei - während sich das zweite (Schleif-)Werkzeug 15 mit einer hohen Drehzahl um die Werkzeugrotationsachse C2 dreht - mindestens die Z2-Achsen linear, sowie die Werkstückrotationsachse B drehend angetrieben werden. Aus einer Überlagerung der Linearbewegung der Z2-Achsen und der Drehbewegung des Zahnrad-Werkstücks W um die Werkstückrotationsachse B, können die Wandungen der Bohrungen 1, 2 und der anderen Funktionsflächen mit hoher Präzision in allen Ihren Bereichen geschliffen werden. Falls eine Tiefenzustellung parallel zur y-Achse erforderlich ist, kommt auch die Y2-Achse zum Einsatz.
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Bei der in 2 gezeigten spezifischen Achskonstellation, dient die Linearbewegung der Y2-Achse, die parallel zur y-Achse verläuft, zur Tiefenzustellung des zweiten (Schleif-)Werkzeugs 15. Die Linearbewegung der Z2-Achse, die parallel zur z-Achse verläuft, ermöglicht im gekoppelten Zusammenwirken mit der Drehbewegung des Zahnrad-Werkstücks W um die Werkstückrotationsachse B eine Bearbeitung sämtlicher Bereiche der Wandungen.
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Anhand eine vergrößerten Ansicht einer Bohrung 1 und einiger geometrischen Angaben, wird im Zusammenhang mit der 5 das gekoppelte Zusammenwirken einer Drehbewegung des Zahnrad-Werkstücks W um die Werkstückrotationsachse B und einer Linearbewegung der Z2-Achse erläutert. Die Bohrung 1 hat einen kreisrunden Querschnitt in der x-z-Ebene und einen radialen Abstand zur Werkstückrotationsachse B (der radiale Abstand wird hier durch die Strecke B - YA definiert). Der Kreismittelpunkt des Querschnitts der Bohrung 1 ist hier durch die Bohrachse YA definiert, die parallel zur Werkstückrotationsachse B verläuft. Um die geometrischen Zusammenhänge deutlicher darstellen zu können, ist in 5 der kreisrunde Querschnitt eines Schleifwerkzeugs 15 mit einem sehr kleinen Durchmesser d2 gezeigt. Außerdem ist in 5 der Mittelpunkt des Zahnrad-Werkstücks W als Durchtrittspunkt der Werkstückrotationsachse B durch einen kleinen schwarzen Punkt dargestellt.
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Die in 5 schematisch und beispielhaft gezeigten Bewegungen M1 und M2 können nacheinander oder gleichzeitig ausgeführt werden.
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Um einen Punkt X der Wandung des Loches 1 ansteuern und mit dem Schleifwerkzeug 15 schleifen zu können (wobei hier von einer 2-dimensionalen Betrachtung in der x-z-Ebene ausgegangen wird), werden im gezeigten Beispiel die beiden Bewegungen M1 und M2 ausgeführt, wobei man im gezeigten Beispiel von einer Ausgangslage des Schleifwerkzeugs 15 im Mittelpunkt der Bohrung 1 ausgeht. Es wird eine Linearbewegung M1 ausgeführt, um das Schleifwerkzeug 15, ausgehend vom Mittelpunkt, entlang der z-Achse zu verschieben. Diese Linearbewegung M1 wird durch das Ansteuern der Z2-Achse erzeugt. Da das Schleifwerkzeug 15 nur Bewegungen der Z2-Achse und Tiefenzustellungen parallel zur Y2-Achse ausführen kann, ist es nicht möglich das Schleifwerkzeug 15 in Richtung der Wandung zu verschwenken. Daher wird bei einer Vorrichtung 10 der 2 das Zahnrad-Werkstück W in Uhrzeigersinn ein Stück weit um die B-Achse (Werkstückrotationsachse B) verdreht. Dieses Verdrehen des Zahnrad-Werkstücks W ist in 5 durch den bogenförmige verlaufenden Pfeil M2 dargestellt. Die Krümmung des bogenförmig verlaufenden Pfeils M2 ist durch den Radius bestimmt, der sich aus der Strecke B - X ergibt.
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Durch entsprechend gekoppelte, d.h. aufeinander abgestimmte Bewegungen, kann die Vorrichtung 10 jeden Punkt (wie z.B, den In 5 gezeigten Punkt X) der Wandung der Bohrung 1 punktgenau ansteuern. Im gezeigten Beispiel wird das Schleifwerkzeug 15 im Uhrzeigersinn drehangetrieben.
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Diese Drehbewegung, die in 5 mit dem Bezugszeichen ω2 bezeichnet ist, erfolgt um die C2-Achse.
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Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung 10 einen Linearschlitten 16, der die zweite Werkzeugspindel 14 trägt und der einen NC-steuerbaren Linearantrieb 21 umfasst. Dieser Linearschlitten 16 ist entlang zweier Linearführungen 17 (die hier parallel zur z-Achse verlaufen) relativ zu dem Zahnrad-Werkstück W im aufgenommenen/aufgespannten Zustand linear verschiebbar. Durch den Einsatz eines Linearschlittens 16 mit NCsteuerbarem Linearantrieb 21, kann das zweite (Schleif-)Werkzeug 15 mit hoher Präzision und ohne erkennbare Hysterese parallel zur z-Achse bewegt werden.
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In 4 sind Details einer Ausführungsform einer Schleifvorrichtung 20, die bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen zum Einsatz kommen kann, in einer Perspektivansicht gezeigt. Die Schleifvorrichtung 20 umfasst, wie bereits erwähnt, einen Linearschlitten 16, der entlang von Linearführungen 17 verschiebbar gelagert ist. Die Linearführungen 17 sind in Form von Schienen gezeigt, die an einer Vertikalplatte 22 der Vorrichtung 10 befestigt sind. Die Vertikalplatte 22 kann optional bei entsprechend ausgelegten Ausführungsformen parallel zur y-Achse linear verschoben werden (die entsprechende Achse wurde bereits zuvor als Y2-Achse bezeichnet und beschrieben). An dem Linearschlitten 16 sind paarweise Schlittenelemente 24 vorgesehen, welche die Schienen umgreifen. Der Linearschlitten 16 kann durch Ansteuern eines Linearantriebs 21 parallel zur z-Achse linear bewegt werden. Details des Linearantriebs 21 sind in 4 nicht erkennbar, da sie in den Bereich der stationären Schienen und der Schlittenelemente 24 integriert sind.
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An dem Linearschlitten 16 ist eine Halterung 23 vorgesehen, die ein zylinderförmiges Gehäuse 19 der zweiten Werkzeugspindel 14 umgreift. Die Werkzeugspindel 14 weist hier eine Welle 18 auf, die es der Schleifvorrichtung 20 ermöglicht möglichst tief in eine der Bohrungen 1, 2, einzutauchen. Am unteren Ende der Welle 18 ist das zweite (Schleif-)Werkzeug 15 so aufgespannt, dass es sich zusammen mit der Welle 18 um die zweite Werkzeugrotationsachse C2 drehantreiben lässt. Eine relative Tiefenzustellung der Schleifvorrichtung 20 wird durch das Ansteuern der Y2 Achse der Vorrichtung 10 ermöglicht (siehe 2).
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Eine relative Horizontalbewegung wird durch das Ansteuern der Z2 Achse der Vorrichtung 10, respektive der Schleifvorrichtung 20 ermöglicht (siehe 2 und 4).
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In 4 ist ein zylindrischer Schleifkörper 15 als (Schleif-)Werkzeug gezeigt. Der Durchmesser d2 dieses Schleifkörpers 15 ist so gewählt, dass die Schleifscheibe 15 problemlos in die Bohrungen 1, 2 eintauchen kann. Der Schleifkörper 15 ist so belegt, dass Material des Zahnrad-Werkstücks W abgetragen wird, wenn sich aufgrund der schnellen Drehbewegung der Schleifscheibe 15 um die Werkzeugrotationsachse C2 eine ausreichend große Schnittgeschwindigkeit an der zu schleifenden Wandung ergibt.
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Um dem (Schleif-)Werkzeug 15 im Inneren von Bohrungen oder im Bereich anderer Funktionsflächen entsprechende Bewegungsfreiheit zu geben, wird der Durchmesser d2 so gewählt, dass er maximal 80% des Durchmessers der zu schleifenden Bohrung 1, 2 beträgt.
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Anders als in 4 gezeigt, kann die Schleifvorrichtung 20 auch eine in einem Hohlzylinder liegende Antriebswelle aufweisen. Bei solchen Ausführungsformen wird die Antriebswelle samt des (Schleif-)Werkzeugs 15 drehangetrieben, während sich der Hohlzylinder nicht dreht.
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Bezugszeichenliste
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| Bohrung |
1 |
| Zentralbohrung |
2 |
| Stirnfläche |
3 |
| |
|
| Vorrichtung / Zahnrad-Bearbeitungsmaschine |
10 |
| Werkstückspindel |
11 |
| Spannmittel |
11.1 |
| erste Werkzeugspindel |
12 |
| erstes Werkzeug/Schleifschnecke |
13 |
| zweite Werkzeugspindel |
14 |
| zweites (Schleif- ) Werkzeug/(zylindrischer) Schleifkörper |
15 |
| Linearschlitten |
16 |
| Linearführung |
17 |
| Welle/Schaft |
18 |
| Gehäuse |
19 |
| Schleifvorrichtung |
20 |
| Linearantrieb |
21 |
| Vertikalplatte |
22 |
| Halterung |
23 |
| Schlittenelemente |
24 |
| |
|
| Abrichtvorrichtung |
30 |
| |
|
| Schwenkachse |
A |
| Werkstückrotationsachse |
B |
| erste Werkzeugrotationsachse |
C1 |
| zweite Werkzeugrotationsachse |
C2 |
| Durchmesser |
d2 |
| Kommunikationsverbindung |
I1 |
| Bewegungen |
M1, M2 |
| NC-Steuerung |
S |
| Zahnrad-Werkstück |
W |
| Rotation des Werkzeugs 14 |
ω2 |
| Linearachse |
X |
| Linearachse |
Y1 |
| Linearachse |
Y2 |
| Bohrachsen |
YA, YB |
| Linearachse |
Z1 |
| Linearachse |
Z2 |
| Koordinatensystem |
x, y, z |
