Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen und Entgraten von Verzahnungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen und
Entgraten von Verzahnungen. Aus der DE 10 2006 019 325 B3 ist eine
Wälzfräsmaschine mit einem Drehhalter mit zwei Werkstückspindeln bekannt. Deren Spindelachsen sind parallel zu einer horizontalen Schwenkachse ausgerichtet. Durch Drehen des Drehhalters wechseln die beiden Werkstückspindeln ihre Position.
Während in der einen Spindel ein Werkstück bearbeitet wird, kann die andere beladen werden. Ferner ist eine Entgratvorrichtung vorgesehen. Die Anordnung dient der Einsparung von Nebenzeit, indem die Beladung und das Entgraten
hauptzeitparallel erfolgen. Nachteilig ist die starre Kopplung der beiden
Werkstückspindeln immer dann, wenn unterschiedlich lange Beladungsvorgänge oder Bearbeitungsschritte anfallen. Bei beispielsweise langen Frässchnitten ist der Wälzfräskopf zwar immer ausgelastet, doch die Werkstückspindel in der
Beladeposition muss warten bis die Bearbeitung auf der Parallelspindel beendet ist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Zykluszeit für die Herstellung von Verzahnungen zu verkürzen. Es ist auch Aufgabe der Erfindung eine entsprechende Wälzfräsmaschine aufzuzeigen.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren nach Patentanspruch 1 und einer Wälzfräsmaschine nach Patentanspruch 5. Vorteilhafte Weiterbildungen sind
Gegenstand der Unteransprüche. Die erfindungsgemäße Wälzfräsmaschine weist zwei Werkstückspindeln auf, welche die Werkstücke selbsttätig aufnehmen, der Bearbeitung zuführen und wieder ablegen. Den beiden Werkstückspindeln sind eine Bearbeitungsstation mit einem Wälzfräswerkzeug und mindestens eine
Entgratvorrichtung zugeordnet. In dem Zeitraum in dem in der einen
Werkstückspindel ein Werkstück verzahnt wird, kann die andere Werkstückspindel beladen werden und ein Werkstück entgraten. Optional können auch Verzahnungen mit zwei Frässchnitten hergestellt werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausführung sind esseinrichtungen vorgesehen womit die Fertigungsqualität der Werkstücke hauptzeitparallel überwacht werden kann. Bei Bedarf kann die Winkellage der
Werkstücke mit Sensoren erfasst werden. Dadurch dass die beiden
Werkzeugspindeln unabhängig voneinander bewegbar sind, können unterschiedlich lange Bearbeitungsschritte flexibel auf die Spindeln aufgeteilt werden. Auf diese Weise lässt sich die Auslastung der einzelnen Bearbeitungsaggregate erhöhen und die Zykluszeit wird deutlich verringert.
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Wälzfräsmaschine in schematischer Darstellung
Fig. 2 das Abtasten eines Werkstücks durch eine Messeinrichtung
Fig. 3 die Entgratvorrichtung 10 ausschnittsweise von oben gesehen
Fig. 4 Seitenansicht der Wälzfräsmaschine teilweise aufgebrochen
Fig. 5 alternative Entgratvorrichtung
Fig. 6 die Wälzfräsmaschine nach Fig. 1 mit zwei Entgratvorrichtungen Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Wälzfräsmaschine in der Frontansicht in schematischer Darstellung. Am Maschinengestell 1 sind zwei Horizontalschlitten 4, 4' an einer senkrechten Vorderwand 7 auf horizontalen Führungen 2 in Richtung der X-Achse gesteuert beweglich geführt. Auf den Horizontalschlitten 4, 4' sind die beiden Werkstückspindeln 3, 3' vertikal in Richtung der Z-Achse verfahrbar. An ihrer Unterseite weisen die Werkstückspindeln 3, 3' Spannfutter 5, 5' zum selbsttätigen Aufnehmen, Antreiben und Ablegen von Werkstücken 6 auf. Unterhalb der
Führungen 2 ist ein Werkzeughalter 9 mit einem Wälzfräswerkzeug 12 angeordnet. Dieses wird vom Antriebsmotor 13 in Drehung versetzt. Der Werkzeughalter 9 ist auf einem in dieser Ansicht verdeckten Bearbeitungskopf 8 verschiebbar und kann das Wälzfräswerkzeug 12 zur Durchführung von Shiftbewegungen entlang seiner Rotationsachse bewegen. Zum Abstützen der Werkstücke 6 ist ein Reitstock 16 vorgesehen. Die Entgratvorrichtung 10 weist Scheibenfräser ähnliche
Schneidwerkzeuge 24 mit schraubenlinienförmig angeordneten Schneidzähnen auf. Diese werden mit den Stirnkanten der Werkstücke 6 in Eingriff gebracht. Die Art der Bearbeitung weist Ähnlichkeiten zum Wälzfräsen auf. Die Zustellung erfolgt durch Verfahren der Horizontalschlitten 4, 4' in X-Richtung. Zusätzlich kann die
Entgratvorrichtung 10 entlang von Linearführungen 20 senkrecht zur X-Z-Ebene (in Y-Richtung) bewegt werden. An beiden Seiten der Wälzfräsmaschine sind die
Transportvorrichtungen 11 , 11 ' mit den Ladepositionen 19, 19' angeordnet. Um Werkstücke aus einer Ladeposition in die andere zu bewegen, sind die
Transportvorrichtungen 11 , 11' auf der Maschinenrückseite über ein Transportband 15 und einen Zwischenspeicher 14 miteinander verbunden. Gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Verfahren wird die Verzahnung mit einem Frässchnitt hergestellt und anschließend mit Scheibenfräser ähnlichen Schneidwerkzeugen 24 entgratet. Der Bearbeitungszyklus beginnt damit, dass beispielsweise die Werkstückspindel 3 in der Ladeposition 19 ein unbearbeitetes Werkstück 6 aufnimmt und zum
Wälzfräswerkzeug 12 transportiert. Sodann wird der Frässchnitt durchgeführt.
Anschließend werden die Werkstücke 6 über die Maschinenrückseite von der Ladeposition 19 zur Ladeposition in einen Zwischenspeicher 14 und von dort zur Ladeposition 19' transportiert. Damit wird verhindert, dass der Werkstücktransport entlang der Maschinenrückseite die Zykluszeit verlängert. Im gleichen Zeitraum, in dem in der Werkstückspindel 3 der Frässchnitt stattfindet, kann die
Werkstückspindel 3' beladen werden um ein Werkstück 6 mit einem
Schneidwerkzeug 24 mit schraubenlinienförmig angeordneten Schneidzähnen zu entgraten.
Beim zweiten erfindungsgemäßen Verfahren findet zunächst ein erster Frässchnitt statt. Danach wird das Werkstück drückentgratet und im Anschluss daran findet ein zweiter Frässchnitt statt. Ein Bearbeitungszyklus beginnt - wie beim ersten
Verfahren - damit, dass beispielsweise die Werkstückspindel 3 in der Ladeposition 19 ein unbearbeitetes Werkstück 6 aufnimmt und zum Wälzfräswerkzeug 12 transportiert. Dort wird dann ein erster Frässchnitt durchgeführt. Nach dem ersten Frässchnitt werden die Werkstücke 6 über die Maschinenrückseite von der
Ladeposition 19 über einen Zwischenspeicher 14 zur Ladeposition 19' transportiert. Im gleichen Zeitraum, in dem in der Werkstückspindel 3 ein erster Frässchnitt stattfindet, kann die Werkstückspindel 3' beladen werden um ein bereits mit einem ersten Frässchnitt bearbeitetes Werkstück 6 zu entgraten. Während die
Werkstückspindel 3 in der Ladeposition 19 ein weiteres unbearbeitetes Werkstück aufnimmt, bewegt sich die Werkstückspindel 3' zum Wälzfräswerkzeug 12 führt dort einen zweite Frässchnitt durch. Vorteilhaft kann die Werkstückspindel 3 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in dem Zeitraum beladen werden, in dem an einem Werkstück 6 in der Werkstückspindel 3' der zweite Frässchnitt durchgeführt wird. Wie in Fig. 2 dargestellt, können die Werkstücke 6 je nach Bedarf einzeln oder in
periodischen Abständen mit den Messeinrichtungen 18, 18' vermessen werden. Dies geschieht durch Verfahren der Horizontalschlitten 4, 4' entlang der horizontalen Führungen 2 zur jeweiligen Messeinrichtung 18 oder 18'. Dabei wird der Messkopf radial in eine Zahnlücke 21 zugestellt. Sodann wird das Werkstück 6 um seine Achse gedreht um beispielsweise die exakte Position der Messpunkte 22, 22' auf dem Teilkreis 23 zu bestimmen. Bei Bedarf kann die Winkellage der Werkstücke 6 auch mit nicht dargestellten induktiven oder kapazitiven Sensoren erfasst und bei der nachfolgenden Bearbeitung berücksichtigt werden.
Fig. 3 zeigt die Entgratvorrichtung 10 in der Draufsicht. Sie weist zwei rotatorisch angetriebene Schneidwerkzeuge 24 auf. Deren Schneidzähne sind spiegelbildlich angeordnet so dass die Stirnkanten der Werkstücke 6 an der Ober- und Unterseite in einer Aufspannung bearbeitet werden können. Zum Wechsel von der Ober- zur Unterseite werden die Schneidwerkzeuge 24 entlang der Linearführungen 20 verfahren. Rechts neben der Entgratvorrichtung 10 ist die Werkstückspindel 3' dargestellt. Sie wurde entlang der horizontalen Führungen 2 in eine Position oberhalb der Transportvorrichtung 11 ' verfahren um ein fertig bearbeitetes Werkstück 6 gegen ein unbearbeitetes auszutauschen.
Vorteilhaft können die Werkstücke 6 mit der gleichen Positioniergenauigkeit, mit der der zweite Frässchnitt durchgeführt wird, auch vermessen werden. Ein besonderer Vorteil ist darin zu sehen, dass den beiden Werkstückspindeln 3, 3' zwar jeweils eine Ladeposition 19, 19', aber nur ein einziges Wälzfräswerkzeug 12 zum Herstellen der Verzahnung und auch nur eine Entgratvorrichtung 10 zugeordnet sind.
Fig. 4 zeigt die Wälzfräsmaschine in einer teilweise aufgebrochenen Seitenansicht. Im Maschinengestell 1 ist eine Ausnehmung 25 vorgesehen, in welcher der
Bearbeitungskopf 8 gelagert ist. Weil dieser in das Maschinengestell 1 hineinragt, ist sein Abstand zur Vorderwand 7 besonders gering. Um das Werkzeug 12 radial zum Werkstück 6 zuzustellen, wird der Bearbeitungskopf 8 vom Zustellmotor 29 bewegt. Dazu ist der Bearbeitungskopf 8 auf einer Seite an Schienen 28 beweglich und zusätzlich in einer hochpräzisen hydrostatischen Führung 26 gelagert. Bei der Bearbeitung von Schrägverzahnungen wird das Werkzeug 12 dem
Schrägungswinkel der Verzahnung entsprechend geneigt. Zu diesem Zweck kann der Bearbeitungskopf 8 mit dem Schwenkmotor 27 geschwenkt werden. Das
Transportband 32 mit dem Zwischenspeicher 14 verbindet die in dieser
Schnittdarstellung unsichtbaren Ladepositionen 19, 19' miteinander.
In Fig. 5 ist eine alternative Entgratvorrichtung 10 mit einem Anfaswerkzeug 30 dargestellt. Damit werden an beiden Stirnkanten des Werkstücks 6 durch Umformen und/oder Abrollen Fasen entlang der Zähne erzeugt. Die dabei entstehenden planseitigen Sekundärgrate werden mit einem Entgratwerkzeug 31 ebenfalls durch Abrollen abgeschert.
Fig. 6 zeigt die Wälzfräsmaschinen nach Fig. 1 mit einer zweiten Entgratvorrichtung 15. Dadurch kann ein Werkstück 6 in der Werkstückspindel 3 in der gleichen Aufspannung, in der die Verzahnung erstellt wurde auch entgratet werden. Im Unterschied zur Wälzfräsmaschine nach Fig. 1 muss das Werkstück 6 zum
Entgraten nicht zur Werkstückspindel 3' transportiert werden.
Bezugszeichenliste
1 Maschinengestell
2 Horizontale Führungen
3 3' Werkstückspindel
4 4' Horizontalschlitten
5 5' Spannfutter
6 Werkstück
7 Vorderwand
8 Bearbeitungskopf
9 Werkzeughalter
10 Erste Entgratvorrichtung
11 11' Transportvorrichtung
12 Wälzfräswerkzeug
13 Antriebsmotor
4 Zwischenspeicher
15 Zweite Entgratvorrichtung
16 Reitstock
17 Vertikalführungen
18 18' Messeinrichtung
19 19' Ladeposition
20 Linearführungen
21 Zahnlücke
22 22' Messpunkte
23 Teilkreis
24 Schneidwerkzeug
25 Ausnehmung
26 Hydrostatische Lagerung
27 Schwenkmotor
28 Schiene
29 Zustellmotor
30 Anfaswerkzeug
31 Entgratwerkzeug
32 Transportband