-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bearbeiten, insbesondere zum Anfasen eines Zahnrads.
-
Stand der Technik
-
Verzahnte Werkstücke, insbesondere Zahnräder, werden im Maschinenbau für zahlreiche Anwendungen benötigt. Die Zahnräder benötigen eine saubere Kantenbearbeitung. Zahnräder werden typischerweise durch Fräsen auf Wälzfräsmaschinen aus einem metallenen Rohling gefertigt. Wälzfräsmaschinen umfassen üblicherweise eine ein- oder mehrgängige Schnecke mit Spannuten und bilden mit dem zu verzahnenden Werkstück ein Schneckengetriebe. Zusätzlich zur Drehung fährt der Wälzfräser parallel zur Achse des Werkstücks an dem Werkstück entlang, um die Zahnlücken zu erzeugen.
-
Um eine lange Einsatzdauer von Zahnrädern zu gewährleisten, müssen die Kanten der Zahnräder frei von sogenannten Graten sein. Grate sind Materialüberstände, die beim Fräsen eines Zahnrades am Zahnrad entstehen, insbesondere im Nahbereich von Kanten. Beim Wälzprozess entsteht der Grat je nach der durchgeführten Schnittstrategie, also Gleich- oder Gegenlauffräsen. Dieser Grat wird üblicherweise mittels einer Vorrichtung in der Wälzfräsmaschine durch Anstellen eines Gratabstreifers gemindert. Durch das Anfasen können Beschädigungen beim Werkstücktransport, Härterisse und Getriebeverschleiß durch scharfe Kanten vermieden werden. Zudem erleichtert die Anfasung den Montageprozess und verbessert die Werkzeugstandzeit beim Finishpozess, speziell beim Honen.
-
Es kann nach dem Fräsen beispielsweise mit einem sogenannten Fingerfräser an jedem Zahn eines Zahnrades an den Kanten entlanggefahren und dadurch die Entgratung bzw. Anfasung vorgenommen werden. Es ist auch bekannt, nach dem Fräsen gleichzeitig oder anschließend die Materialüberstände, die sich in axialer Richtung des Zahnrades von den Zähnen weg erstrecken, abzuschälen. Anschließend wird das Zahnrad nach dem Stand der Technik auf eine andere Maschine verbracht und dort angefast, d.h. zumindest einige Kanten der Zähne werden durch ein schräg angreifendes, ebenes Anfaswerkzeug plastisch verformt und damit angeschrägt, wobei Materialwülste mit radialem und axialem Überstand entstehen. Die axialen Überstände werden durch Schneiden beseitigt. Die radialen Überstände werden durch Glätten beseitigt, d.h. ein Glättwerkzeug wird in radialer Richtung an das Zahnrad herangeführt und verformt den radialen Überstand plastisch und drückt ihn platt.
-
Nachteilig bei diesen Verfahren ist der große zeitliche Aufwand für alle Verfahrensschritte. Insbesondere benötigt das Fräsen und das Anfasen jeweils ein eigenes Aufspannen und eine Synchronisation des Werkstücks mit dem jeweiligen Werkzeug.
-
Die
DE 20 2013 009 805 U1 offenbart eine Vorrichtung zum Anfasen eines verzahnten Werkstücks mit einer drehbar gelagerten Werkstückspindel und mit einer Bearbeitungseinheit mit einem Bearbeitungskopf zum Anfasen eines in einer Spindel eingespannten Werkstücks, wobei die Bearbeitungseinheit mit dem Bearbeitungskopf ausschließlich Anfasfräser, die ein Bearbeiten des Werkstücks an zwei unterschiedlichen Seiten des Werkstücks zulassen, insbesondere Chamfer-Cut-Fräser, umfasst.
-
Camfer-Cut-Fräser sind Anfasfräser, die im Anschluss an das Walzfräsen sehr präzise und repetitionsgenaue Fasen an den Stirnkanten von Zahnrädern erzeugen. Beim sogenannten Camfer-Cut-Verfahren werden die Verzahnungskanten, die im Ein- und/oder Auslaufbereich des Wälzfräsers am Werkstück entstanden sind, mit einem scheibenförmigen Fräswerkzeug, das auf die Verzahnungsgeometrie ausgelegt ist, schneidend bearbeitet. Bei diesen Verfahren können Sekundärgrate entstehen. Ein Sekundärgrat ist ein Grat, der durch das schneidende Anfasen der Verzahnungskanten entsteht.
-
Die Stirnkanten der Zahnräder, wie z.B. bei Getriebebauteilen, müssen nicht nur gleichmäßig, sondern auch wiederholgenau eingebracht werden. Der Einsatz des Anfasfräsers kann direkt im Anschluss an das Wälzfräsen in derselben Aufspannung erfolgen. Die Position und Richtung der Sekundärgrate können über die Drehrichtung des Entgrat- und Anfaswerkzeugs gesteuert werden, in Richtung der Verzahnung oder in Richtung der Planfläche. Da die Ausrichtung der Sekundärgrate beidseitig gleich erfolgen soll, also beidseitig in Richtung der Planfläche oder in Richtung der Verzahnung, ist es notwendig, beide Verzahnungskanten gegenläufig zu bearbeiten, z.B. einen Einlaufbereich im Gegenlauf und einen Auslaufbereich im Gleichlauf. Hierfür werden zwei Anfasfräser auf einer Werkzeugspindel montiert, nämlich ein erster Anfasfräser in Schneidrichtung S+ und ein zweiter Anfasfräser in Schneidrichtung S-. Um an beiden Seiten der Verzahnung eine gegenläufige Bearbeitung zu realisieren, ist es also notwendig, die Drehrichtung der Werkzeugspindel zwischen dem Anfasen der ersten Verzahnungskante, z.B. die Unterseite des Werkstücks, und dem Anfasen der zweiten Verzahnungskante, z.B. der Oberseite des Werkstücks, von S+ nach S- zu wechseln und eine Shiftbewegung (Y-Achse von einem zu einem anderen Anfasfräser) durchzuführen.
-
Dieses Verfahren bedingt somit, dass immer zwei identische Anfasfräser beschafft und eingesetzt werden müssen. Dies ist sehr kostenintensiv.
-
Es können zwar Zahnräder ohne Umspannen auf der Wälzfräsmaschine entgratet und angefast werden. Allerdings verlängert das Anfasen und Entgraten die Bearbeitungszeit auf der Wälzfräsmaschine.
-
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit dem bzw. mit der Zahnräder schnell und kostengünstig entgratet und angefast werden können oder auch Zahnräder gratfrei hergestellt werden können.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bearbeiten, insbesondere zum Entgraten bzw. Anfasen eines Zahnrads offenbart, bei dem eine A-Achse ausgebildet ist, um die eine Werkzeugspindel um mindestens 180° bis 360° geschwenkt werden kann. Es ist ein Anfasfräser an einem Fräskopf ausgebildet, der an der Werkzeugspindel angeordnet ist. Dadurch entfällt der zweite Anfasfräser. Da nur ein Anfasfräser in Verwendung ist, wird die Standzeit bezogen auf die Anzahl der gefertigten Werkstücke halbiert, da der eingesetzte Anfasfräser alleine die Arbeit des zweiten Werkzeugs übernimmt. Der Werkzeuginvest ist bei Aufträgen mit geringer Stückzahl nur halb so groß.
-
Die Anfas- und Entgratmaschine wird zum Bearbeiten eines Werkstücks so ausgebildet, dass der Fräskopf mit der Werkzeugspindel um die A-Achse um einen wählbaren Winkel, insbesondere 180°, kopfüber in eine entgegengesetzte bzw. gegenüberliegende Richtung zur Ausgangsposition geschwenkt werden kann und durch das Schwenken des Fräskopfes unter Beibehalten einer Bearbeitungsrichtung und der Drehrichtung der Werkzeugspindel die relative Drehrichtung des Fräskopfes um die A-Achse wechselt und dadurch ein beidseitiges Gegen- oder Gleichlauffräsen an einer ersten Position und an einer zweiten Position erfolgt.
-
Das Maschinenelement Zahnrad ist ein Rad mit über den Umfang gleichmäßig verteilten Zähnen. Zwei oder mehr miteinander gepaarte Zahnräder bilden ein Zahnradgetriebe, das vorwiegend zur Übertragung zwischen zwei Drehungen oder einer Drehung und einer linearen Bewegung, beispielsweise der Paarung eines Zahnrads mit einer Zahnstange, zum Einsatz kommt. Die Räder eines Zahnradgetriebes drehen sich zusammen mit den Wellen, auf denen sie befestigt sind, oder drehen sich auf Achsen, auf denen sie gelagert sind.
-
Zahnräder werden auf Werkzeugmaschinen, sogenannten Wälzfräsmaschinen, hergestellt. Walzfräsmaschinen sind spanende Werkzeugmaschinen. Beim Fräsen stehen mindestens drei Vorschubrichtungen zur Verfügung, wodurch auch komplexe räumliche Körper wie Zahnräder möglich sind. Bei der Herstellung durch das Wälzfräsen werden die Zahnlücken in den Zahnradrohling gefräst. Der Zahnradrohling kann wellen- oder radförmig sein. Bei dem Wälzfräsprozess entsteht je nach der Schnittstrategie, d.h. Gleich- oder Gegenlauffräsen, ein Grat an der Verzahnungskante am Ein- oder Auslaufbereich des Wälzfräsers. Wälzfräsmaschinen weisen üblicherweise drei oder mehr Bewegungsachsen auf, die dem Werkzeug- oder Werkstückträger zugeordnet sind.
-
Beim Entgraten und Anfasen sollen die Grate, die bei der beschriebenen Herstellung von Zahnrädern ausgebildet werden, entfernt werden. Grate sind scharfe, bei einem Bearbeitungs- oder Herstellungsvorgang entstandene Kanten oder Auffaserungen eines z.B. metallischen Werkstücks. Diese beeinträchtigen das einwandfreie Funktionieren des Zahnrads bzw. des Maschinenelements innerhalb des Endprodukts, beispielsweise durch Passungsungenauigkeiten, und können erhebliche Verletzungsgefahren verursachen. Der Grad an den Kanten der Zahnräder entsteht bei der mechanischen Bearbeitung durch eine Materialverdrängung.
-
Der Grat wird mittels einer Vorrichtung in der Wälzfräsmaschine insbesondere durch Anstellen eines Gratabstreifers gemindert.
-
Da an den Zahnkanten im Ein- und Auslaufbereich des Walzfräsers jedoch eine Fase benötigt wird, kommt es zu einem weiteren Arbeitsgang, dem Anfasen. Das Anfasen ist das Ausbilden einer Fase, also einer abgeschrägten Fläche an einer Werkstückkante. Diese Fasen werden somit an Bauteilen insbesondere zur Entfernung von Graten ausgebildet.
-
Das Anfasen wird eingesetzt, um eine definierte Abschlusskante zwischen Zahnform und Stirnfläche zu bilden. Der Vorteil einer Fase am Zahnrad besteht zum einen in der Vermeidung einer Versprödung in einer ggf. nachfolgenden Wärmebehandlung, da eine Überkohlung an den spitzen Kanten während der Wärmebehandlung vermieden wird. Zum anderen werden Transport und Montagevorgänge des Bauteils begünstigt.
-
Ein Anfasfräser bearbeitet das Werkstück, also das Zahnrad, unmittelbar nach dem Wälzfräsen. Die zum Anfasen benötigten üblicherweise zwei Anfasfräser, die auf einem Dorn angeordnet sind, sodass eine Shiftbewegung notwendig ist, um das Anfaswerkzeug in eine Bearbeitungsposition zu bringen. Um das Verfahren effektiver auszuführen, wird der erfindungsgemäße Verfahrensschritt des Anfasens gegenüber dem Stand der Technik geändert.
-
Entstehen beim Anfasen Sekundärgrate, also Grate, die durch das schneidende Anfasen der Verzahnungskanten entstehen, können die Stellung und die Richtung der Sekundärgrate über die Drehrichtung des Anfasfräsers gesteuert werden, entweder in Richtung der Verzahnung oder in Richtung der Planfläche. Da die Ausrichtung der Sekundärgrate beidseitig gleich erfolgen soll, also beidseitig in Richtung der Planfläche oder in Richtung der Verzahnung, ist es notwendig, beide Verzahnungskanten gegenläufig zu bearbeiten. Dies erfolgt beispielsweise im Einlaufbereich im Gegenlauf und im Auslaufbereich im Gleichlauf. Dies soll jedoch nicht mit zwei Anfasfräsern, die bislang nach dem Stand der Technik auf einer Werkzeugspindel jeweils für eine Schneidrichtung montiert werden, um an beiden Seiten der Verzahnung eine gegenläufige Bearbeitung zu realisieren, erfolgen.
-
Es wird dahingegen erfindungsgemäß nur ein Werkzeug, in einem ersten Ausführungsbeispiel ein Anfasfräser, eingesetzt. Die Anfas-und Entgratmaschine weist einen Fräskopf aus. Diese verfügt über eine Werkzeugspindel. Es wird erfindungsgemäß die A-Achse der Werkzeugspindel so ausgebildet, dass die Werkzeugspindel um mindestens 180° bis 360° gedreht werden kann, so dass die Drehrichtung des Anfasfräsers aus der Sicht der Spindelsteuerung gleich bleibt, wird jedoch durch das Schwenken um die A-Achse um 180° mit einem geringen Korrekturwert gewechselt. Dadurch kann der gesamte Fräskopf kopfüber arbeiten.
-
Wird beispielsweise eine Gegenlaufbearbeitung in Richtung der Verzahnung gewählt, hat dies zur Folge, dass der Anfasfräser in eine S+ [plus] Richtung bezüglich des Werkstücks drehen muss. Nach dem erfolgten Anfasen der oberen Verzahnungskante wird der gesamte Fräskopf um die A-Achse entweder A+ [plus] oder A- [minus] 180° (+/- Korrekturwert) geschwenkt. Es wird nun eine Z-Position und ggf. eine Y-Position angefahren. Dadurch wird die Bearbeitungsposition einer zweiten Verzahnungskante erreicht. Die Drehrichtung der Werkzeugspindel ist weiterhin diejenige der S+ Richtung und muss nicht geändert werden. Aus Steuerungssicht wird bei einer bzw. beiden Zahnkanten mit der gleichen Drehrichtung des Werkzeugs Anfasfräser gearbeitet.
-
Es ist des Weiteren möglich, mit der Vorrichtung die freigewordene Position mit einem Anfasfräser für ein anderes Werkstück zu belegen. Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel für die Bearbeitung von zwei verschiedenen Zahnrädern oder eines Werkstücks mit zwei verschiedenen Verzahnungen ausgeführt.
-
Das erste Zahnrad hat einen Bohrungsdurchmesser von 45,8 mm, einen Außendurchmesser von 68 mm, eine Verzahnungsbreite von 20 mm, ein Modul 1,5 sowie einen Eingriffswinkel von 17°.
-
Das zweite Zahnrad hat einen Bohrungsdurchmesser von 46 mm, einen Außendurchmesser von 70 mm, eine Verzahnungsbreite von 22 mm, ein Modul 1,7 und einen Eingriffswinkel von 20°.
-
Für den beschriebenen Fall, dass zwei verschiedene Zahnräder mit den genannten unterschiedlichen Ausbildungen bearbeitet werden sollen, kann auf einer ersten Werkzeugposition auf der Werkzeugspindel am Fräskopf ein erster Anfasfräser für das erste Zahnrad und auf einer zweiten Werkzeugposition ein zweiter Anfasfräser für das zweite Zahnrad montiert werden. Eine chaotische Fertigung der beiden Werkstücke ist ohne weiteren Rüstprozess möglich.
-
Ist eine so gestaltete Anfas- und Entgratmaschine mit mehreren Wälzfräsmaschinen verkettet, kann die Information, welches Werkstück in die Maschine geladen werden soll, durch beispielsweise die Beladeautomation an die Anfas- und Etgratmaschine weitergegeben werden.
-
Das Verfahren zum Ablauf des Anfasens in der Anfas- und Entgratmaschine verläuft somit stichwortartig aufgeführt wie folgt:
- • Beladen der Anfas- und Entgratmasmaschine, manuell oder automatisiert
- • Einspannen mindestens eines Zahnrads auf die Anfas- und Entgratmaschine in eine Spannvorrichtung, wobei sich die Anfas- und Entgratmaschine im Be- und Entladezustand befindet
- • Ermittlung der Lage der Lücken der Verzahnung mit einem Sensor
- • Fahren von X-, Y- und Z-Achse auf eine Position für einen Anfasfräser an eine erste Verzahnungsseite mit einer Spindeldrehrichtung S+
- • Anfasen der ersten Verzahnungsseite, wobei das Anfasen durch einen axialen, radialen oder diagonalen Arbeitsvorschub der X- und/oder der Z-Achse erfolgen kann
- • Fahren auf eine sichere Position zum Schwenken um eine A-Achse
- • Schwenken der A-Achse um ca. 180° [+/- Korrekturwert]; Fahren der X-, Y- und Z-Achse auf die Position für den Anfasfräser an die zweite Verzahnungsseite, wobei die Spindeldrehrichtung nicht geändert wird
- • Anfasen der zweiten Verzahnungsseite durch einen axialen, radialen oder diagonalen Arbeitsvorschub der X- und/oder der Z-Achse
- • Fahren der X-, Y- und Z-Achse auf eine Werkstückwechselposition und Stoppen der Spindel, wobei die Anfas- und Entgratmaschine sich im Be- und Entladezustand befindet.
-
Danach kann der Vorgang erneut stattfinden.
-
Die erste und die zweite Verzahnungsseite können je nach Stellung der A-Achse nach Bearbeitung eines Werkstücks bzw. Zahnrads beim Folgewerkstück vertauscht sein, um Nebenbearbeitungszeiten zu sparen. Beispielsweise wird ein Werkstück zuerst an der Unterseite, also der ersten Verzahnungsseite, und dann an der Oberseite, also der zweiten Verzahnungsseite, bearbeitet, das darauf folgende Werkstück wird erst an der Oberseite und dann an der Unterseite bearbeitet. Die A-Achse wird dadurch weniger beansprucht.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat dabei den Vorteil, dass in derselben Aufspannung ein einziger Anfasfräser zur gleich- oder gegenläufigen Bearbeitung eines Werkstücks eingesetzt werden kann, wobei die Drehrichtung der Werkzeugspindel gleich bleiben kann. Die freigewordene Position kann mit einem anderen Anfrasfäser für ein anderes Werkstück belegt werden. Daraus resultiert sowohl eine Zeit- als auch eine erhebliche Kostenersparnis.
-
Alternativ kann die Vorrichtung auch zur gratfreien Verzahnungsherstellung von Zahnrädern, insbesondere von Kunststoff- oder Aluminiumzahnrädern, verwendet werden. Dabei ist am Fräskopf ein Verzahnungswalzfräser angeordnet. Dieser dient in diesem Ausführungsbeispiel nicht zur Verzahnungsbearbeitung, sondem zur Verzahnungsherstellung und ist somit kein Anfasfräser im eigentlichen Sinn. Die Schritte dabei sind in einer schematischen Übersicht im Einzelnen:
- • Beladen der Anfas- und Entgratmaschine mit einem Zahnradrohling
- • Einspannen des Zahnradrohlings in eine Spannvorrichtung der Anfas-und Entgratmaschine, die sich im Entladezustand befindet
- • Fahren des Verzahnungswälzfräsers mit X-, Y-, Z- und A-Achse auf eine Ankratzposition der Verzahnung und Drehen des Werkzeugs in Richtung Gegenlauffräsen auf die Position 16 oder 18 (vgl. Bezugszeichenliste sowie Figurenbeschreibung)
- • Fräsen mit dem Verzahnungswälzfräser im Gegenlaufverfahren in X- und Z-Richtung oder in Z-Richtung bis mindestens zur die vollen Profilausbildung
- • Fahren des Verzahnungswälzfräsers in X-Richtung in eine sichere Schwenkposition aus dem Bauteil
- • Schwenken der A-Achse um ca. 180°, Fahren der X-, Y, und Z-Achse auf die gegenüberliegende Position 18 oder 16 (vgl. Bezugszeichenliste sowie Figuren)
- • Fräsen mit dem Verzahnungswälzfräser im Gegenlaufverfahren in X- und Z-Richtung oder Z-Richtung über die gesamte Verzahnungsbreite
- • Fahren des Verzahnungswälzfräsers in X- oder Z-Richtung aus dem Bauteil
- • Fahren der X-, Y- und Z- Achse auf eine Werkstückwechselposition, Stoppen der Spindel, die Anfas- und Entgratmaschine ist im Be- und Entladezustand
-
Eine weiteres Ausführungsbeispiel umfasst andere Werkstücke, beispielsweise Wellen, die mehrere Verzahnungen aufweisen. Diese können Laufverzahnungen, bei denen ein Zahnrad in ein anderes Zahnrad eingreift, sowie in Kerb- sowie Keilverzahnungen, also eine Verdrehsicherung beispielsweise eines Zahnrads auf einer Welle, sein. Die Kerb- bzw. Keilverzahnungen sind weniger aufwändige Verzahnungen, bei deren Herstellung geringere Kräfte wirken.
-
Erfindungsgemäß kann auf der Anfas- und Entgratmaschine, die als Wälzfräsmaschine verwendet wird, ein Werkstück mit mehreren Verzahnungen gefertigt werden. Eine erste Verzahnung ist dabei beispielsweise als Laufverzahnung ausgebildet, eine zweite Verzahnung ist beispielsweise eine Kerb- bzw. Keilverzahnung, oder umgekehrt. Diese verschiedenen Verzahnungen können als die erste Verzahnung auf der Anwendungsform der Wälzfräsmaschine und als die zweite Verzahnung auf der Anwendungsform der Anfas- und Entgratmaschine aufgeteilt werden.
-
Dieses Ausführungsbeispiel kann die Bearbeitungszeit drastisch verringern. Des Weiteren können die Lagerhaltungskosten deutlich reduziert werden, da weniger Anfasfräser vorgehalten werden müssen und die Werkzeugkosten dadurch halbiert werden können.
-
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Figurenbeschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen entnehmbar.
-
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
- 1 zeigt die Bearbeitung eines Werkstücks an einer oberen Verzahnungsseite in einer Schrägansicht,
- 2 zeigt die Bearbeitung des Werkstücks an der unteren Verzahnungsseite in Schrägansicht,
- 3 stellt den Verfahrensablauf Anfasen und Entgraten mit den einzelnen Verfahrensschritten schematisch dar,
- 4 zeigt die Achskinematik der Anfas- und Entgratmaschine,
- 5 zeigt eine vereinfachte Ansicht eines Fräskopfs, der mit zwei unterschiedlichen Anfasfräsern für zwei unterschiedliche Verzahnungen ausgestattet ist, in einer Ansicht von vorne aus Sicht eines Werkstücks,
- 6 stellt den Fräskopf aus 5 dar, jedoch mit montiertem Verzahnungswälzfräser zur Herstellung von Zahnlücken,
- 7 zeigt schematisch einen Ablauf zur gratfreien Verzahnungsherstellung von Zahnrädern,
- 8 zeigt die Verzahnungsherstellung im schematischen Überblick mit einem Ablauf der einzelnen Verfahrensschritte, die in den 8.1, 8.2, 8.3, 8.4, 8.5, 8.6, 8.7, 8.8 einzeln dargestellt und unter den jeweiligen Einzelfiguren erläutert sind.
-
In 1 ist ein Fräskopf 10 einer Anfas- und Entgratmaschine für das Entgraten und Anfasen eines Werkstücks 12, hier eines Zahnrads 12, dargestellt. Der Fräskopf 10 weist ein Werkzeug 14, den Anfasfräser 14, zur Bearbeitung der ersten Verzahnungskante 16, hier der Oberseite, und der zweiten Verzahnungskante 18, hier der Unterseite, des Zahnrads 12 auf. Die Bearbeitungsrichtung des Werkzeugs 14 ist durch einen Pfeil (15) angegeben. Die Drehrichtung einer Werkzeugspindel 20 ist die durch einen Pfeil (17) angezeigte Drehrichtung S+ [plus]. Das Werkzeug 14 weist Schneidkanten 22 auf. Die Schneidkanten 22 sind auf dem Umfang des Anfasfräsers 14 verteilt angeordnet. Es ist mindestens eine Schneidkante 22 oder aber mehrere Schneidkanten 22' usw. ausgebildet. Die Bearbeitungs- und Drehrichtung kann auch in S- [minus] erfolgen.
-
Die erste und die zweite Verzahnungskante 16, 18 können je nach Stellung der A-Achse nach Bearbeitung des Zahnrads 12 beim Folgewerkstück vertauscht sein, um Nebenbearbeitungszeiten zu sparen. Beispielsweise wird ein Werkstück 12 zuerst an der Unterseite, also der zweiten Verzahnungskante 18, und dann an der Oberseite, also der ersten Verzahnungskante 16, bearbeitet, das darauf folgende Werkstück, ein anderes Zahnrad, wird erst an der Oberseite 16 und dann an der Unterseite 18 bearbeitet. Die A-Achse wird dadurch weniger beansprucht.
-
Es wird somit nur ein Anfasfräser 14 eingesetzt. Die Anfas- und Entgratmaschine weist somit das Werkzeug 14 bzw. den Anfasfräser 14 mit dem Fräskopf 10 auf. Dieser Fräskopf 10 weist die Werkzeugspindel 20 auf. Es wird erfindungsgemäß die A-Achse des Fräskopfs 10 so ausgebildet, dass der gesamte Fräskopf 10 um mindestens 180° bis 360° gedreht werden kann. Die Drehrichtung der Werkzeugspindel 20 und des Anfasfräsers 14 bleibt aus der Sicht der Spindelsteuerung gleich, wird jedoch durch das Schwenken um die A-Achse um 180° mit einem geringen Korrekturwert +/- gewechselt.
-
Wird beispielsweise eine Gegenlaufbearbeitung in Richtung der Verzahnung gewählt, hat dies zur Folge, dass der Anfasfräser 14 in eine S+ Richtung bezüglich des Werkstücks 12 drehen muss. Nach dem erfolgten Anfasen der oberen Verzahnungskante 16 wird der gesamte Fräskopf 10 um die A-Achse entweder plus oder minus 180° (+- Korrekturwert) geschwenkt. Es wird nun eine Z-Position und eine Y-Position angefahren. Dadurch wird die Bearbeitungsposition der zweiten, unteren Verzahnungskante 18 erreicht. Die Drehrichtung der Werkzeugspindel 20 ist weiterhin diejenige der S+ Richtung und muss nicht geändert werden.
-
Aus Steuerungssicht wird bei der Verzahnungskante 16 und der Verzahnungskante 18 mit der gleichen Drehrichtung des Anfasfräsers 14 gearbeitet.
-
2 zeigt den Fräskopf 10 nach dem Schwenken der A-Achse um 180°. Dabei ist eventuell ein gewisser Korrekturwert +/- zu beachten. Die Drehrichtung der Werkzeugspindel bzw. der Frässpindel 20 ist ebenfalls S+. Beide Verzahnungskanten 16, 18 können im Gleichlauf oder im Gegenlauf angefast werden.
-
In 3 ist der Verfahrensablauf mit den einzelnen Verfahrensschritten schematisch dargestellt. Diese sind im Folgenden aufgeführt:
- 30
- Beladen der Anfas- und Entgratmasmaschine, manuell oder automati siert
- 32
- Einspannen mindestens eines Zahnrads auf die Anfas- und Entgratmaschine in eine Spannvorrichtung, wobei sich die Anfasmaschine in einem Be- und Entladezustand befindet
- 34
- Ermitteln der Lage der Lücken der Verzahnung mit einem Sensor
- 36
- Fahren von X-, Y- und Z-Achse auf eine Position für Anfasfräsen an eine erste Verzahnungskante 16 mit einer Spindeldrehrichtung S+
- 38
- Anfasen der ersten Verzahnungskante 16, wobei das Anfasen durch einen axialen, radialen oder diagonalen Arbeitsvorschub der X- und/oder der Z-Achse erfolgen kann
- 39
- Fahren auf eine sichere Position zum Schwenken um eine A-Achse
- 40
- Schwenken der A-Achse um ca. 180° [+/- Korrekturwert); X-, Y- und Z-Achse fährt auf die Position für den Anfasfräser an die zweite Verzah nungskante 18, wobei die Spindeldrehrichtung nicht geändert wird
- 42
- Anfasen der zweiten Verzahnungskante 18 durch einen axialen, radialen oder diagonalen Arbeitsvorschub der X- und/oder der Z-Achse
- 44
- Fahren der X-, Y- und Z-Achse auf eine Werkstückwechselposition und Stoppen der Werkzeugspindel 20, danach befindet sich die Anfas- und Entgratmaschine im Be- und Entladezustand.
-
In der 4 ist schematisch die Achskinematik der gesamten Anfas- und Entgratmaschine dargestellt. Als Ergänzung zu den bislang beschriebenen Achsen X, Y und Z und den Drehrichtungen S (+ und -) ist noch die Drehrichtung C angegeben. Die C-Achse dreht das Werkstück, also das Zahnrad oder den Zahnradrohling. Das Werkstück dreht sich dabei kontinuierlich. Die gezeigten Achsen sind nicht zwangsläufig genau so aufgebaut, es ist eine unterschiedliche Anordnung der Achsen möglich.
-
5 zeigt die vereinfachte Ansicht des Fräskopfs 10 mit zwei unterschiedlichen Werkzeugen 14, 14', also den Anfasfräsern 14 und 14'. Diese sind für zwei unterschiedliche Verzahnungen von Zahnrädern ausgebildet. Werden zwei Anfasfräser 14, 14' eingesetzt, so sind sie unterschiedlich ausgebildet und dienen der Bearbeitung verschiedener Werkstücke bzw. Zahnräder. Dies ist schematisch durch die Darstellung zweier verschiedener Schneidkanten 22, 22' der verschiedenen Werkzeuge bzw. Anfasfräser 14, 14' aufgezeigt. Die Bearbeitungsrichtung ist mit Pfeil 15 dargestellt. Die Bezeichnung „erster“ und „zweiter“ Anfasfräser 14 und 14' bedeutet, dass diese in unterschiedlichen Profilausprägungungen ausgebildet sind, also beispielsweise mit den genannten verschiedenen Schneidkanten 22, 22'.
-
In 6 zeigt einen Fräskopf 10 nach 5. Der Fräskopf 10 ist mit einem montierten Verzahnungswälzfräser 21 dargestellt. Die Bearbeitungsrichtung ist durch den Pfeil 15 angegeben. Dieser Verzahnungswälzfräser 21 dient zur Verzahnungsherstellung und nicht zur Verzahnungsberarbeitung.
-
In 7 ist schematisch ein möglicher Ablauf zur gratfreien Verzahnungsherstellung von Kunststoff- oder Aluminiumzahnrädern dargestellt. Diese sind im Einzelnen:
- 50
- Beladen der Anfas- und Entgratmaschine mit einem Zahnradrohling
- 52
- Einspannen des Zahnradrohlings in eine Spannvorrichtung der Anfas- und Entgratmaschine, die sich im Be- und Entladezustand befindet
- 54
- Fahren des Verzahnungswälzfräsers mit X-, Y-, Z- und A-Achse auf eine Ankratzposition der Verzahnung und Drehen des Werkzeugs in Richtung Gegenlauffräsen in der Positionen 16 oder 18
- 56
- Fräsen mit dem Verzahnungswälzfräser im Gegenlaufverfahren in X- und Z-Richtung oder in Z-Richtung bis mindestens zur vollständigen Profilausbildung
- 58
- Fahren des Verzahnungswälzfräsers in X-Richtung in eine sichere Schwenkposition aus dem Bauteil
- 60
- Schwenken der A-Achse um ca. 180°, Fahren der X-, Y-, und Z-Achse auf die gegenüberliegende Position 18 oder 16
- 62
- Fräsen mit dem Verzahnungswälzfräser im Gegenlaufverfahren in X- und Z-Richtung oder Z-Richtung über die gesamte Verzahnungsbreite
- 64
- Fahren des Verzahnungswälzfräsers in X- oder Z-Richtung aus dem Bauteil
- 66
- Fahren der X-, Y- und Z- Achse auf eine Werkstückwechselposition, Stoppen der Spindel, Anfas- und Entgratmaschine ist im Be- und Entladezustand
-
8 zeigt die Verzahnungsherstellung schematisch im Überblick mit einem Ablauf der einzelnen Verfahrensschritte, die in den 8.1, 8.2, 8.3, 8.4, 8.5, 8.6, 8.7, 8.8 einzeln dargestellt sind.
-
8.1 zeigt einen Zahnradrohling 70 mit einem Verzahnungswälzfräser 21 zur Bearbeitung. Der Zahnradrohling 70 wird auf eine Spannvorrichtung in die Anfas-und Entgratmaschine gespannt. Die Anfas- und Entgratmaschine befindet sich im Be- und Entladezustand. Der Zahnradrohling 70 beginnt um die C-Achse zu rotieren. Der Verzahnungswälzfräser 21 beginnt auf der Werkzeugspindel am Fräskopf in Bearbeitungsrichtung 15 des Werkzeugs 21 zu drehen und stellt in X-Richtung 74 bis zur Ankratzposition zu. Die Bearbeitungsrichtung 15 wird über die A-Achse so ausgerichtet, dass ein Gegenlauffräsen möglich ist.
-
8.2 zeigt den Verzahnungswalzfräser 21 zur Bearbeitung. Der Verzahnungswälzfräser 21 steht auf der Ankratzposition und dreht weiterhin in der Bearbeitungsrichtung 15 des Werkzeuges 21. Das Werkstück 70, der Zahnradrohling, dreht weiterhin um die C-Achse. Der Verzahnungswälzfräser 21 wird in Z-Richtung 76 verfahren. Es beginnt die Erzeugung der Zahnlücken.
-
8.3 stellt die Bearbeitung des Zahnradrohlings 70 dar. Der Verzahnungswalzfräser 21 hat die komplette Profilausprägung um ca. 1 mm in Z-Richtung überschritten. Es wurden Zahnlücken 72 gefräst. Der Verzahnungswälzfräser 21 verlässt zur sicheren Schwenkposition das Bauteil 70, den Zahnradrohling, in X-Richtung 74.
-
8.4 zeigt, dass der Verzahnungswälzfräser 21 auf einer sicheren Schwenkposition steht und um die A-Achse um 180° (+/- Korrekturwert) geschwenkt wird, auch an der Oberseite 16 im Gegenlauf arbeiten zu können. Der Verzahnungswälzfräser 21 wird in der Z-Richtung 76 verfahren, um die Oberseite 16 zu erreichen.
-
8.5 zeigt den Verzahnungswälzfräser 21, der in einem sicheren Bereich über dem Zahnradrohling 70 steht. Der Verzahnungswälzfräser 21 dreht weiterhin in der Bearbeitungsrichtung 15 des Werkzeugs 21, wobei die absolute Drehrichtung der Werkzeugspindel S sich nicht verändert hat, sich aber durch die Drehung der A-Achse um 180° über Kopf die relative Drehrichtung geändert hat. Der Zahnradrohling 70 dreht weiterhin um die C-Achse. Der Verzahnungswälzfräser 21 wird nun in X-Richtung 74 auf der Ankratzposition der Oberseite 16 zugestellt.
-
In 8.6 ist dargestellt, dass der Verzahnungswälzfräser 21 auf der Ankratzposition an der Oberseite 16 des Zahnradrohlings 70 steht. Der Verzahnungswälzfräser 21 wird in Z-Richtung 76 durch den Zahnradrohling 70 verfahren. Es werden die Zahnlücken 72 gefräst.
-
8.7 zeigt den Verzahnungswälzfräser 21, der mit der Werkzeugmitte auf der Unterseite 18 des Zahnradrohlings 70 steht. Die Zahnlücken 72 sind fertig gefräst. Der Verzahnungswälzfräser 21 wird nun in X-Richtung 74 und Z-Richtung 76 auf die Werkzeugwechselposition gefahren.
-
Die 8.8 zeigt das vorläufige Ende der Bearbeitung. Der Verzahnungswälzfräser 21 steht auf Werkzeugwechselposition bzw. auf der Be- und Entladeposition. Die Werkzeugspindel wird gestoppt. Der Vorgang ist beendet und die Anfas- und Entgratmaschine kann ent- und wieder beladen werden.
-
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und den Zeichnungen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Fräskopf
- 12
- Werkstück (Zahnrad)
- 12'
- Werkstück (Zahnrad)
- 12"
- Werkstück (Zahnrad)
- 12"'
- Werkstück (Zahnrad)
- 14
- erster Anfasfräser (Werkzeug)
- 14'
- zweiter Anfasfräser (Werkzeug)
- 15
- Bearbeitungsrichtung Werkzeug
- 16
- erste Position (Oberseite)
- 17
- Drehrichtung Werkzeugspindel
- 18
- zweite Position (Unterseite)
- 20
- Werkzeugspindel
- 21
- Verzahnungswälzfräser (Werkzeug)
- 22
- erste Schneidkante (Profilausbildung)
- 22'
- zweite Schneidkante (Profilausbildung)
- 30
- Beladen der Anfas- und Entgratmaschine
- 32
- Einspannen eines Zahnrads 12, 12' in eine Spannvorrichtung der Anfas- und Entgratmaschine
- 34
- Ermittlung der Lage der Lücken von 12
- 36
- Fahren Achsen X, Y, Z auf Position
- 38
- Anfasen der ersten Verzahnungskante 16
- 40
- Schwenken der A-Achse
- 42
- Anfasen der zweiten Verzahnungskante 18
- 44
- Fahren auf eine Werkzeugwechselposition
- 50
- Beladen der Anfas- und Entgratmaschine
- 52
- Einspannen eines Zahnradrohlings 70 in die Spannvorrichtung der Anfas- und Entgratmaschine
- 54
- Fahren des Verzahnungswälzfräsers 21 mit X-, Y-, Z- und A-Achse
- 56
- Fräsen mit dem Verzahnungswälzfräser 21 im Gegenlaufverfahren in X- und Z-Richtung oder in Z-Richtung
- 58
- Fahren des Verzahnungswälzfräsers 21 in X-Richtung
- 60
- Schwenken der A-Achse um ca. 180°, Fahren der X-, Y-, und Z-Achse auf die Position 16 oder 18
- 62
- Fräsen mit dem Verzahnungswälzfräser 21 im Gegenlaufverfahren in X- und Z-Richtung oder Z-Richtung
- 64
- Fahren des Verzahnungswälzfräsers 21 in X- oder Z-Richtung aus dem Bauteil
- 66
- Fahren der X-, Y- und Z- Achse auf eine Werkstückwechselposition, Stoppen der Spindel
- 70
- Zahnradrohling (Werkstück)
- 72
- Zahnlücke
- 74
- Vorschub X-Richtung
- 76
- Vorschub Z-Richtung
- S+
- Drehrichtung der Werkzeugspindel 20
- S-
- Drehrichtung der Werkzeugspindel 20
- C
- Drehrichtung der Drehachse des Zahnrads 12
- A (- oder +)
- Achsrichtung der Schwenkachse des Fräskopfs 10
- X
- Achsrichtung
- Y
- Achsrichtung
- Z
- Achsrichtung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 202013009805 U1 [0006]