DE102017129651A1

DE102017129651A1 - Verfahren zur Verzahnbearbeitung eines Werkstücks

Info

Publication number: DE102017129651A1
Application number: DE102017129651.4A
Authority: DE
Inventors: Oliver Winkler
Original assignee: Liebherr Verzahntechnik GmbH
Current assignee: Liebherr Verzahntechnik GmbH
Priority date: 2017-12-12
Filing date: 2017-12-12
Publication date: 2019-06-13
Also published as: JP2019104103A; US20190176253A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung zeigt ein Verfahren zur Verzahnbearbeitung eines Werkstücks auf einer Werkzeugmaschine, welche eine um eine Drehachse antreibbare Werkstückaufnahme und mindestens eine um eine Drehachse antreibbare Werkzeugaufnahme umfasst, wobei zur Verzahnbearbeitung ein Werkzeug mit einer kreiszylinderförmigen Mantelfläche eingesetzt wird, welches mit seiner Mantelfläche tangential zu der zu erzeugenden Sollkontur an einer Zahnflanke des Werkstücks entlang geführt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die tangentiale Ausrichtung der Mantelfläche zu der zu erzeugenden Sollkontur durch eine Positionierung des Werkzeuges entlang einer ersten Linearachse und eine Drehstellung des Werkstücks um seine Drehachse erreicht wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verzahnbearbeitung eines Werkstücks auf einer Werkzeugmaschine, welche eine um eine Drehachse antreibbare Werkstückaufnahme und mindestens eine um eine Drehachse antreibbare Werkzeugaufnahme umfasst. Im Rahmen des Verfahrens wird zur Verzahnbearbeitung des Werkstücks ein Werkzeug mit einer kreiszylinderförmigen Mantelfläche eingesetzt, welches mit seiner Mantelfläche tangential zu der zu erzeugenden Sollkontur an der Zahnflanke des Werkstücks entlang geführt wird. Bei dem Werkzeug kann es sich insbesondere um einen Fingerfräser handeln.
Ein solches Verfahren ist aus der EP 2314404A1 bekannt. Dort wird die Werkzeugaufnahme über eine Schenkachse so geschwenkt, dass das Werkzeug tangential zu der zu erzeugenden Sollkontur an der Zahnflanke des Werkstücks anliegt, wobei zusätzlich der Winkel des Werkzeugs relativ zur Höhenrichtung der Verzahnung sowie die Richtung der Vorschubbewegung so gewählt werden, dass die sich ergebenden Bearbeitungsspuren virtuellen Messerspuren entsprechen, wie sie durch einen Messerkopf beim Erzeugen der entsprechenden Zahnflanke mittels Wälzfräsen entstehen würden, d. h. schräg über die Zahnflanke verlaufen.
Auch aus der WO 2008/133517A1 ist ein Verfahren zur Verzahnbearbeitung eines Werkstücks mit einem Fingerfräser bekannt, wobei u. a. jedoch ein Fingerfräser mit einer nicht-kreiszylinderförmigen Mantelfläche eingesetzt wird, welche der Sollkontur der Zahnflanke des Werkstücks entspricht, um hierdurch die gesamte Zahnflanke in nur einen Bearbeitungshub herstellen zu können. Dies hat allerdings den Nachteil, dass jeweils ein spezifisch an die zu erzeugende Verzahnung angepasstes Werkzeug benötigt wird. Die WO 2008/133517A1 zeigt auch den Einsatz anderer Fingerfräser mit einem Kugelkopf oder einer kreiszylinderförmigen Mantelfläche. Die Ausrichtung des Fingerfräsers zur Zahnflanke erfolgt über die Achsen eines 5-Achs-Bearbeitungszentrums.
Aus der WO 2012/052367A1 ist ein Verfahren zum Herstellen von Verzahnungen auf einem 5-Achs-Bearbietungszentrum bekannt, bei welchem jedoch ein scheibenförmiges Fräswerkzeug eingesetzt wird.
Aus der DE 10 2013 003 964 A1 ist weiterhin eine Verzahnmaschine mit einem Doppelbearbeitungskopf bekannt. Dabei sind zwei Bearbeitungsköpfe an einer Linearführung angeordnet und könnten unabhängig voneinander an diesr linear verfahren werden, wobei die Bearbeitungsköpfe Motorspindeln zur Aufnahme von Bearbeitungswerkzeugen umfassen. Als Werkzeuge können Fingerfräser eingesetzt werden. Die Motorspindeln können während des Bearbeitungsprozesses parallel oder in einem Winkel zueinander angeordnet werden, wobei die entsprechenden Werkzeuge mit zwei unterschiedlichen Zahnflanken in Eingriff stehen.
Werkzeuge mit einer kreiszylinderförmigen Mantelfläche, und insbesondere Fingerfräser, kommen dort zu Einsatz, wo andere Werkzeuge z.B. aus Kollisionsgründen ausscheiden, oder in der Prototypen- und Kleinserienfertigung. Der Einsatz eines Fingerfräsers hat den Vorteil, dass mit einem Fingerfräser im Prinzip jede beliebige Flankenform und jede beliebige Verzahnung hergestellt werden kann, d.h. anders als bei den meisten anderen Verzahnverfahren wird kein an die spezifische Verzahnung angepasstes Werkzeug benötigt.
Gemäß dem Stand der Technik werden üblicherweise 5-Achs-Bearbeitungszentren, wie sie auch aus der allgemeinen Fräsbearbeitung bekannt sind, mit einem solchen Fingerfräser zum Fräsen von Verzahnungen eingesetzt. Bei solchen 5-Achs-Bearbeitungszentren besteht die Bearbeitungsstrategie üblicherweise darin, den Fräser möglichst so zu bewegen, dass er in der Nähe der Mitte des Bearbeitungsraumes verbleibt. Hintergrund dieser Strategie ist die Tatsache, dass bei üblichen Bearbeitungszentren die Fehlertoleranzen im Hinblick auf die Positionierung des Fräsers ausgehend von der Mitte des Arbeitsraumes immer größer werden. Um ein besonders genaues Arbeiten zu ermöglichen, versucht man daher, den Fräser möglichst immer in der Mitte des Arbeitsraumes zu halten, wo die Toleranzen klein sind. Um den Fingerfräser tangential an der Kontur der zu erzeugenden Zahnflanke entlang zu führen, wird dabei üblicherweise der Fingerfräser in eine entsprechende Schwenkstellung gebracht. Diese Strategie ist jedoch im Hinblick auf die Präzision bei der Herstellung der Verzahnung mit Problemen behaftet, welche die Erfinder der vorliegenden Erfindung erkannt haben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es in einem ersten Aspekt, ein verbessertes Verfahren zur Verzahnbearbeitung mit einem Werkzeug mit einer zylinderförmigen Mantelfläche zur Verfügung zu stellen. Insbesondere soll das Verfahren die Präzision bei der Herstellung einer gewünschten Sollkontur erhöhen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die vorliegende Erfindung umfasst in einem ersten Aspekt ein Verfahren zur Verzahnbearbeitung eines Werkstücks auf einer Werkzeugmaschine, welche eine um eine Drehachse antreibbare Werkstückaufnahme und mindestens eine um eine Drehachse antreibbare Werkzeugaufnahme umfasst, wobei zur Verzahnbearbeitung ein Werkzeug mit einer kreiszylinderförmigen Mantelfläche eingesetzt wird, welches mit seiner Mantelfläche tangential zu der zu erzeugenden Sollkontur an einer Zahnflanke des Werkstücks entlang geführt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die tangentiale Ausrichtung der Mantelfläche zu der zu erzeugenden Sollkontur durch eine Positionierung des Werkzeuges entlang einer ersten Linearachse und eine Drehstellung des Werkstücks um seine Drehachse erreicht wird..
Anders als bei der Verzahnbearbeitung durch Fingerfräser in 5-Achs-Bearbeitungszentren gemäß dem Stand der Technik wird daher bevorzugt auf ein Verschwenken des Werkzeugs zur tangentialen Ausrichtung zur Sollkontur verzichtet. Stattdessen wird die tangentiale Ausrichtung des Werkzeugs an die zu erzeugende Sollkontur durch eine Überlagerung der Rotationsbewegung des Werkstücks mit einer seitlichen Translationsbewegung des Werkzeugs erzeugt.
Bevorzugt wird das Werkzeug mit einer Ausrichtung betrieben, durch welche die Drehachse des Werkzeugs parallel zur Wärmeausdehnungsrichtung der Werkzeugmaschine verläuft. Dies hat den Vorteil, dass eine Wärmeausdehnung der Maschine anders als bei bekannten Verfahren, bei welchen das Werkzeug verschwenkt wird, keine unmittelbare Auswirkungen auf die erzeugte Kontur aufweist. Eine Wärmeausdehnung hat vielmehr nur eine Verschiebung des Werkzeugs parallel zu seiner Drehachse und damit parallel zur Eingriffslinie mit der zu erzeugenden Verzahnung zur Folge, und daher keinen Einfluss auf die erzeugte Kontur.
Bei dem erfindungsgemäßen Werkzeug kann es sich insbesondere um einen Fingerfräser handeln. Ein solcher Fingerfräser kann für eine Schrupp-Bearbeitung des Werkstücks, und/oder für eine Schlicht-Bearbeitung des Werkstücks eingesetzt werden. Alternativ kann es sich bei dem Werkzeug auch um einen Schleifstift handeln.
Bevorzugt wird das Werkzeug zum Bearbeiten einer Zahnflanke des Werkstücks in mindestens einen Bearbeitungshub in Werkstückbreitenrichtung an der Zahnflanke entlang geführt. Dies kann insbesondere durch Verfahren des Werkzeugs relativ zum Werkstück entlang einer dritten Linearachse und/oder über eine dritte Linearachse erfolgen, welche parallel zur Drehachse des Werkstücks verläuft.
Besonders bevorzugt erfolgt die Bearbeitung des Zahnprofils in mehreren, in Höhenrichtung der Zahnflanke gegeneinander versetzten Bearbeitungshüben, wobei der Versatz der Bearbeitungshübe untereinander durch eine entsprechend geänderte Position des Werkzeugs entlang der ersten Linearachse und einen entsprechend geänderten Drehwinkel des Werkstücks um seine Drehachse erreicht wird. Zwischen zwei Bearbeitungshüben wird daher das Werkstück um einen definierten Winkel gedreht und das Werkzeug entlang der ersten Linearachse entlang der ersten Linearachse um eine definierte Strecke versetzt, so dass der Eingriffsbereich zwischen dem Werkzeug und der Zahnflanke in Höhenrichtung verschoben wird und die Ausrichtung des Werkzeugs an den Verlauf der Sollkontur an der neuen Höhenposition angepasst wird.
Bevorzugt bleibt erfindungsgemäß die Ausrichtung des Werkzeugs während der Verzahnbearbeitung und/oder für mehrere und bevorzugt alle Bearbeitungshübe unverändert.
Weiterhin kann das Werkzeug parallel zu einer Wärmeausdehnungsrichtung der Werkzeugmaschine ausgerichtet sein. Wie bereits oben beschrieben, wird hierdurch vermieden, dass sich eine Wärmeausdehnung der Werkzeugmaschine negativ auf die Verzahnungsqualität auswirkt. Mit dem Begriff Wärmeausdehnungsrichtung der Werkzeugmaschine wird erfindungsgemäß die Haupt-Richtung einer Wärmeausdehnung zwischen der Werkstückaufnahme und der Werkzeugaufnahme bezeichnet.
In einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist zumindest bei der Schlicht- und/oder Endbearbeitung des Werkstücks das Werkzeug immer parallel zu einer zweiten Linearachse (X1), welche radial zum Werkstückmittelpunkt verläuft, ausgerichtet.
In einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung steht die Drehachse des Werkzeugs senkrecht auf der ersten Linearachse und/oder senkrecht auf einer dritten Linearachse, welche parallel zur Drehachse des Werkstücks verläuft.
Wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung davon gesprochen, dass eine bestimmte Richtung senkrecht auf einer anderen Richtung steht, so bedeutet dies bevorzugt, dass die bestimmte Richtung in einer Ebene verläuft, welche senkrecht auf der anderen Richtung steht, oder umgekehrt.
Bevorzugt stehen gemäß der vorliegenden Erfindung eine Verfahrbewegung des Werkzeugs entlang der ersten Linearachse und eine Drehbewegung des Werkstücks um seine Drehachse zur Erzeugung einer Zahnflanke einer Evolventen-Verzahnung in einem linearen Verhältnis zueinander. Insbesondere kann dieser lineare Zusammenhang für eine Mehrzahl von zwischen zwei Bearbeitungshüben liegende Verfahrbewegungen und Drehbewegungen gelten.
Bevorzugt entspricht erfindungsgemäß die Verfahrbewegung des Werkzeugs entlang der ersten Linearachse der Abrollstrecke des Grundkreises der Evolventen-Verzahnung. Wird daher das Werkstück um einen bestimmten Drehwinkel gedreht, wird bevorzugt das Werkzeug um die entsprechende Abrollstrecke des Grundkreises entlang der ersten Linearachse bewegt.
Die Verfahrbewegung des Werkzeugs und die Drehbewegung des Werkstücks werden bevorzugt so gewählt, dass sich ausgehend von einer Position, in welcher eine Verlängerung der Eingriffslinie der Mantelfläche des Werkzeugs mit dem Werkstück die Drehachse des Werkstücks schneidet, ein lineares Verhältnis zwischen Verfahrbewegung und Drehbewegung ergibt und/oder die Verfahrbewegung des Werkzeugs entlang der ersten Linearachse der Abrollstrecke des Grundkreises der Evolventen-Verzahnung für die Drehbewegung des Werkstücks entspricht.
Reicht die Evolvente der zu erzeugenden Sollkontur bis zum Grundkreis, so wird das Werkzeug bei der Erzeugung der Verzahnung im Bereich des Grundkreises der Evolventen-Verzahnung bevorzugt so angeordnet, dass eine Verlängerung der Eingriffslinie der Mantelfläche des Werkzeugs mit dem Werkstück die Drehachse des Werkstücks schneidet.
Weiterhin kann zur Erzeugung der Zahnflanke einer Evolventen-Verzahnung die Position des Werkzeugs entlang der ersten Linearachse und die Drehposition des Werkstücks so gewählt werden, dass in jeder Stirnschnittebene eine Linie, welche sich durch den Berührpunkt der Mantelfläche des Werkzeugs mit der zu erzeugenden Sollkontur hindurch tangential zu einem Grundkreis der Verzahnung des Werkstücks erstreckt, parallel zu der ersten Linearachse verläuft.
Die oben angegebenen Verhältnisse gelten exakt nur für unmodifizierte Verzahnungen, für modifizierte Verzahnungen dagegen nur näherungsweise. Soll eine modifizierte Evolventen-Verzahnung erzeugt werden, so wird zur Erzeugung von Profilmodifikationen bevorzugt eine Modifikation zu einem exakt linearen Verhältnis bzw. der durch die Abrollstrecke des Grundkreises exakt vorgegebenen Verfahrbewegung vorgenommen, um die Modifikationen zu erzeugen. Insbesondere kann die jeweilige Verfahr- und Drehbewegung zwischen zwei ersten Bearbeitungshüben und zwei zweiten Bearbeitungshüben gegenüber den für eine unmodifizierte Evolventenverzahnung vorgesehenen Bewegungen mit Modifikationen überlagert werden.
In einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verläuft die Drehachse des Werkzeugs in einer Ebene, welche senkrecht auf der Drehachse des Werkstücks steht. Alternativ oder zusätzlich kann die erste Linearachse in einer Ebene verlaufen, welche ebenfalls senkrecht auf der Drehachse des Werkstücks steht. Weiterhin alternativ oder zusätzlich kann die Drehachse des Werkzeugs senkrecht auf der ersten Linearachse stehen. Durch diese Ausgestaltung ergeben sich besonders günstige Verhältnisse im Hinblick auf die kinematische Ausgestaltung der Werkzeugmaschine.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt zur Herstellung und/oder Bearbeitung von Großverzahnungen eingesetzt. Eine Großverzahnung im Sinne der vorliegenden Erfindung weist bevorzugt einen Verzahnungsdurchmesser größer 500 mm und/oder ein Modul größer 8 auf.
In einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Werkzeugaufnahme über eine zweite Linearachse senkrecht zur Drehachse der Werkstückaufnahme verfahrbar, wobei die erste und die zweite Linearachse senkrecht aufeinander stehen und/oder wobei die Drehachse der Werkzeugaufnahme zumindest während der Verzahnbearbeitung parallel zur zweiten Linearachse ausgerichtet ist. Durch die Verfahrbarkeit entlang der zweiten Linearachse kann die Position des Werkzeugs in einer Richtung tangential zu ihrer Mantelfläche und damit tangential zur Sollkontur verschoben werden. Dies ist zum einen zum Anpassen der Position der Werkzeugaufnahme an die Größe des Zahnrades notwendig und gegebenenfalls zum Verfahren des Werkzeugs in die Zahnlücke.
Gegebenenfalls kann auch während der Verzahnbearbeitung die Position der Werkzeugaufnahme entlang der zweiten Linearachse verändert werden, insbesondere um den Eingriffsbereich zwischen der Mantelfläche des Werkzeugs und der Zahnflanke in einem bestimmten Bereich der Mantelfläche anzuordnen und/oder zu halten.
Gegebenenfalls kann zwischen zwei Bearbeitungshüben die Position des Werkzeugs entlang der zweiten Linearachse verändert werden, insbesondere um sicherzustellen, dass die Mantelfläche des Werkzeugs mit der Zahnflanke in Eingriff bleibt. Die Position des Werkzeugs entlang der zweiten Linearachse hat jedoch keinen unmittelbaren Einfluss auf die erzeugte Kontur der Flanke.
In einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Werkzeugaufnahme entlang einer dritten Linearachse parallel zur Drehachse der Werkstückaufnahme verfahrbar. Bevorzugt wird das Werkzeug über die dritte Linearachse in mindestens einem Bearbeitungshub in Werkstückbreitenrichtung an der Zahnflanke entlanggeführt. Zur Erzeugung einer Schrägverzahnung wird das Verfahren des Werkzeugs entlang der dritten Linearachse bevorzugt mit einer Drehbewegung des Werkstücks überlagert.
Bevorzugt erfolgt jeweils eine separate Verzahnbearbeitung der einzelnen Zahnflanken des Werkstücks, und insbesondere auch eine separate Bearbeitung der linken Zahnflanken und rechten Zahnflanken der Zähne des Werkstücks.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird zur Bearbeitung einer linken Zahnflanke des Werkstücks ein Werkzeug entlang der ersten Linearachse in einem ersten Bereich von Linearpositionen angeordnet, und zur Bearbeitung einer rechten Zahnflanke des Werkstücks ein Werkzeug entlang der ersten Linearachse in einem zweiten Bereich von Linearpositionen angeordnet. Insbesondere können die Linearpositionen in dem ersten und zweiten Bereich jeweils der tangentialen Ausrichtung des Werkzeugs zur Sollkontur bei unterschiedlichen Bearbeitungshüben, welche zur Erzeugung der Zahnflanke eingesetzt werden, dienen. Als Linearposition des Werkzeugs wird jeweils die Position der Drehachse des Werkzeugs entlang der ersten Linearachse angesehen.
Zur Erzeugung einer symmetrischen Verzahnung sind der erste und der zweite Bereich bevorzugt symmetrisch zu einer Ebene, welche radial zur Drehachse des Werkstücks verläuft und parallel zur Drehachse des Werkzeugs ausgerichtet ist und/oder senkrecht auf der ersten Linearachse steht, angeordnet.
Unabhängig von der Form der Verzahnung überschneiden sich der erste und der zweite Bereich bevorzugt um maximal 50% ihrer Ausdehnung. Alternativ oder zusätzlich überschneiden sich der erste und er zweite Bereich bevorzugt um maximal den doppelten Radius der zylinderförmigen Mantelfläche des Werkzeuges, d.h. um den doppelten Abstand zwischen der Drehachse des Werkzeuges und seiner Mantelfläche.
In einer möglichen Ausführungsform können sich der erste und er zweite Bereich auch überhaupt nicht überschneiden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Zahnflanke nicht bis zum Grundkreis der Verzahnung reicht. Reicht die Zahnflanke dagegen bis zum Grundkreis, so überlappen sich der erste und der zweite Bereich bevorzugt um den doppelten Radius der zylinderförmigen Mantelfläche des Werkzeuges.
Bevorzugt liegt zumindest der jeweils größere Teil der beiden Bereiche auf gegenüberliegenden Seiten einer Ebene, welche radial zur Drehachse des Werkstücks verläuft und parallel zur Drehachse des Werkzeugs ausgerichtet ist und/oder senkrecht auf der ersten Linearachse steht.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist zu berücksichtigen, dass zur Erzeugung von größeren Zahnrädern eine relativ lange Verfahrbarkeit der Werkzeugaufnahme entlang der ersten Linearachse benötigt wird. Zur Erzeugung einer linken Zahnflanke wird das Werkzeug dabei von einer mittleren Position, in welcher es mit dem unteren Rand der linken Zahnflanke in Eingriff ist entlang der ersten Linearachse nach links verschoben, während das Werkstück gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird, bis es mit dem oberen Rand der Zahnflanke in Eingriff ist. Zur Bearbeitung der rechten Flanke kommt das Werkzeug mit der gegenüberliegenden Seite seiner Mantelfläche mit der Verzahnung in Eingriff, und wird dementsprechend aus einer mittleren Position nach rechts verfahren, während das Werkstück im Uhrzeigersinn gedreht wird. Selbstverständlich ist auch jeweils Verfahren in die umgekehrte Richtung, gekoppelt einer Drehbewegung in die umgekehrte Richtung, möglich. Je größer die Verzahnung, desto größere Verfahrwege entlang der ersten Linearachse sind daher notwendig. Die Werkzeugmaschine benötigt daher eine entsprechend lange Maschinenachse zum Verfahren der Werkzeugaufnahme entlang der ersten Linearachse.
Zur Bearbeitung einer Zahnflanke ist es nicht notwendig, dass sämtliche Bearbeitungshübe in Höhenrichtung unmittelbar aufeinander folgen. Vielmehr können die einzelnen Bearbeitungshübe, was ihre Anordnung in Höhenrichtung angeht, auch gemischt erfolgen.
Beispielsweise ist es denkbar, zunächst einen ersten Bearbeitungshub mit einer ersten, in Höhenrichtung niedrigeren Anordnung, und dann ein Bearbeitungshub mit einer zweiten, in Höhenrichtung höheren Anordnung durchzufügen oder umgekehrt, und daraufhin einen dritten Hub mit einer in Höhenrichtung zwischen der ersten und zweiten Anordnung liegenden Anordnung durchzuführen.
In einer möglichen Ausführungsform kann zur Bearbeitung der linken und der rechten Zahnflanke des Werkstücks dasselbe Werkzeug eingesetzt werden. Bevorzugt wird hierfür die Werkzeugaufnahme nach einer Bearbeitung der einen Flanke von dieser Flanke weg entlang der ersten Linearachse verfahren, bis das Werkzeug mit der anderen Zahnflanke des Werkstücks in Eingriff kommt. Die Drehbewegung des Werkstücks erfolgt dabei so, dass das Werkzeug wieder tangential mit der anderen Zahnflanke in Eingriff kommt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind zur Bearbeitung der linken und der rechten Zahnflanken des Werkstücks zwei Werkzeuge vorgesehen, welche jeweils in einer Werkzeugaufnahme aufgenommen sind. Insbesondere kann daher ein erstes Werkstück zur Bearbeitung einer linken Zahnflanke, ein zweites Werkzeug zur Bearbeitung einer rechten Zahnflanke eingesetzt werden. Bevorzugt handelt es sich bei beiden Werkzeugen um Werkzeuge mit einer kreiszylinderförmigen Mantelfläche, wie sie gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Beispielsweise können zwei identische Werkzeuge eingesetzt werden.
Bevorzugt sind die Drehachsen der beiden Werkzeugaufnahmen parallel zueinander angeordnet. Dies kann entweder durch die Konstruktion der Werkzeugmaschine sichergestellt werden oder durch eine entsprechend parallele Ausrichtung der Werkzeugaufnahmen, falls diese verschwenkbar sind.
Bevorzugt erfolgt die Bearbeitung einer linken und einer rechten Zahnflanke gleichzeitig. Insbesondere kann daher das eine Werkzeug zur Bearbeitung einer linken Zahnflanke eingesetzt werden, während gleichzeitig das andere Werkzeug zur Bearbeitung einer rechten Zahnflanke eingesetzt wird. Bevorzugt handelt es sich dabei um die linke und die rechte Zahnflanke zwei unterschiedlicher Zähne des Werkstücks.
Bevorzugt werden bei der Bearbeitung jeweils mehrere in Höhenrichtung der jeweiligen Zahnflanke versetzte Bearbeitungshübe eingesetzt. Insbesondere kann dies so erfolgen, wie dies bereits oben näher beschrieben wurde.
Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass aufeinanderfolgende Bearbeitungshübe auf den jeweiligen Zahnflanken in Höhenrichtung in umgekehrter Richtung gegeneinander versetzt werden. Liegt ein erster Bearbeitungshub daher auf der einen Zahnflanke niedriger als ein zweiter Bearbeitungshub, so liegt bevorzugt auf der anderen Zahnflanke der entsprechende erste Bearbeitungshub höher als der entsprechende zweite Bearbeitungshub. Der Versatz erfolgt daher auf den beiden Zahnflanken gegensinnig.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die beiden Werkzeuge zwischen zwei Bearbeitungshüben entlang der ersten Linearachse in die gleiche Richtung und/oder um die gleiche Strecke verfahren werden. Die Verfahrbewegung der beiden Werkzeuge erfolgt daher zwischen zwei Bearbeitungshüben bevorzugt gleichsinnig, und insbesondere so, dass der Abstand zwischen den beiden Werkzeugen konstant bleibt.
Die jeweilige Bearbeitung der beiden Flanken kann dabei jeweils so erfolgen, wie dies bereits oben für die Bearbeitung einer Flanke näher dargestellt wurde.
Die vorliegende Erfindung kann sowohl zur Schrupp-Verzahnbearbeitung, als auch zur Schlicht-Verzahnbearbeitung eines Werkstücks eingesetzt werden.
Weiterhin kann die vorliegende Erfindung sowohl zur Weich-Bearbeitung des Werkstücks, als auch zur Hart-Fein-Bearbeitung eines Werkstücks eingesetzt werden. Besonders bevorzugt wird die vorliegende Erfindung jedoch zur Weich-Bearbeitung eines Werkstücks eingesetzt, d. h. zur Bearbeitung eines ungehärteten Werkstücks. Bevorzugt kommt ein Fingerfräser als Werkzeug zum Einsatz.
Wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Schlicht-Bearbeitung eingesetzt, d.h. zur Erzeugung einer Werkstückoberfläche hoher Qualität, erfolgt bevorzugt eine Bearbeitung der Werkstückflanke in einer Mehrzahl von Hüben.
Für eine der Schlicht-Bearbeitung vorgeschaltete Schrupp-Verzahnbearbeitung, d. h. zur Erzeugung einer Grobkontur der Verzahnung, muss dagegen nicht notwendigerweise ein Verfahren eingesetzt werden, wie dies oben beschrieben wurde.
Vielmehr kann beispielsweise auch ein Verfahren gemäß dem Stand der Technik eingesetzt werden, wie dies in 6 dargestellt ist. Dabei wird ein Fräser 21 in einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Spuren 18 entlang der zur erzeugenden Zahnlücke geführt, wobei die gewünschte Zahnflanke stufenweise angenähert wird.
Ein solches Schruppverfahren ist allerdings aufwendig und führt zu einem ungleichmäßigen Verschleiß des Werkzeugs, da das Werkzeug hauptsächlich mit seinem Kopfbereich in Eingriff mit dem Material des Werkstücks kommt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur Schrupp-Verzahnbearbeitung eines Werkstücks zur Verfügung zu stellen.
Diese weitere Aufgabe wird in einem zweiten, unabhängigen Aspekt der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind auch hier Gegenstand der Unteransprüche.
Die vorliegende Erfindung umfasst in ihrem zweiten Aspekt ein Verfahren zur Schrupp-Verzahnbearbeitung eines Werkstücks auf einer Werkzeugmaschine, welche eine um ihre Drehachse antreibbare Werkstückaufnahme und eine um ihre Drehachse antreibbare Werkzeugaufnahme vorgesehen aufweist, und wobei zur Verzahnbearbeitung ein Werkzeug mit einer kreiszylinderförmigen oder konischen Mantelfläche eingesetzt wird. Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass zur Erzeugung eines Zahnganges in mindestens einem ersten Bearbeitungshub eine Nut erzeugt wird, welche radial ausgerichtet ist, und in mindestens zwei weiteren Bearbeitungshüben die Mantelfläche des Werkzeugs jeweils im wesentlichen tangential zur der Sollkontur der den Zahngang bildenden linken und rechten Flanke der Verzahnung ausgerichtet wird.
Die radiale Nut weist bevorzugt eine Tiefe von mindestens dem 0,3-fachen des Werkzeugdurchmessers auf. Bei der im wesentlichen tangentialen Ausrichtung des Werkzeugs liegt die Neigung bevorzugt in der Größenordnung des Eingriffswinkels der Verzahnung. Bevorzugt weist die Drehachse einen Winkel kleiner 10°, weiter bevorzugt kleiner 5° zu einer tangentialen Ausrichtung und/oder zum Eingriffswinkel der Verzahnung auf. Weiterhin kann das Werkzeug tangential zu der Sollkontur ausgerichtet sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass bei den weiteren Bearbeitungshüben das Werkzeug hauptsächlich mit seiner Mantelfläche in Kontakt mit dem abzutragenden Material des Werkstücks kommt, so dass eine gleichmäßige Belastung des Werkzeugs folgt. Weiterhin hat das Verfahren den Vorteil, dass eine erheblich bessere Annäherung an die Sollkontur der Verzahnung erreicht wird, und insbesondere die stufige Ausgestaltung gemäß dem Stand der Technik vermieden wird.
Das erfindungsgemäße Schruppverfahren wird bevorzugt dazu eingesetzt, um eine Verzahnung an einem Werkstück-Rohling zu erzeugen. Insbesondere kann es sich bei dem Werkstück-Rohling dabei um einen unverzahnten Rohling handeln.
Alternativ oder zusätzlich kann die Schrupp-Verzahnbearbeitung als Weichbearbeitung durchgeführt werden, d.h. an einem ungehärteten Werkstück.
Als Werkzeug kommt bevorzugt ein Fingerfräser mit einer kreiszylinderförmigen oder mit einer konischen Mantelfläche zum Einsatz.
Das Werkzeug kann eine abgerundete Kopfform aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der Kopf des Werkzeugs zur Bearbeitung des Zahnfußes eingesetzt werden.
Wird ein Werkzeug mit einer kreiszylinderförmigen Mantelfläche eingesetzt, so erfolgt die tangentiale Ausrichtung der Mantelfläche des Werkzeugs bevorzugt dadurch, dass die Drehachse des Werkzeugs relativ zur Sollkontur der Zahnflanke parallel ausgerichtet wird. Wird ein Werkzeug mit einer konischen Mantelfläche eingesetzt, erfolgt die tangentiale Anordnung der Mantelfläche zur Sollkontur dadurch, dass die Drehachse um den Konuswinkel verschoben zu einer Tangente an die Sollkontur ausgerichtet wird.
Wird ein Werkzeug mit einer konischen Mantelfläche eingesetzt, so ist der Konuswinkel bevorzugt so gewählt, dass das Werkzeug bei einer radialen Ausrichtung seiner Drehachse und bei Bearbeitung des Zahngrundes nicht in Kontakt mit der Sollkontur der Zahnflanken gerät.
Erfindungsgemäß ist es denkbar, dass für jede Flanke nur ein Bearbeitungshub mit einer tangential zur Sollkontur ausgerichteten Mantelfläche des Werkzeugs erfolgt, um die gesamte Zahnflanke zu bearbeiten. Insbesondere bei sehr großen Verzahnungen sind die Abweichungen zwischen einer Evolvente und einer Gerade oftmals relativ gering, so dass hierdurch bereits eine ausreichende Annäherung an die Sollkontur möglich ist.
In einer alternativen Ausführung der vorliegenden Erfindung kann die Bearbeitung der Zahnflanken jedoch auch in mehreren, in Höhenrichtung gegeneinander versetzten Bearbeitungshüben erfolgen, bei welchen die Mantelfläche des Werkzeugs jeweils tangential zu der Sollkontur ausgerichtet wird. Damit ist jeweils auch eine entsprechende Änderung der Ausrichtung des Werkzeugs relativ zum Werkstück verbunden.
Bevorzugt erfolgt die Bearbeitung der Zahnflanke jedoch in weniger als zehn Hüben, weiter bevorzugt in weniger als fünf Hüben, weiter bevorzugt in weniger als drei Hüben.
Das Werkzeug ist bevorzugt relativ breit. Bevorzugt beträgt der Durchmesser der kreiszylinderförmigen Mantelfläche mindestens 30% des kleinsten Abstands zwischen den Zahnflanken, weiter bevorzugt mindestens 40%, weiter bevorzugt mindestens 60% und weiter bevorzugt mindestens 75% dieses Abstandes. Der kleinste Abstand zwischen den Zahnflanken definiert sich dabei durch den Abstand der am nächsten zum Zahnfuß gelegenen Punkte der Zahnflanke.
Im Rahmen der gesamten vorliegenden Erfindung wird unter der Zahnflanke jeweils nur der aktive Teil der Verzahnung auf einer Flanke eines Zahnes verstanden, welche üblicherweise die Form einer Evolvente bzw. einer Evolvente mit Modifikationen aufweist. Der nicht evolventische Bereich des Zahnfußes bzw. des Zahnkopfes wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung dabei nicht als Zahnflanke bezeichnet.
Wird ein Werkzeug mit einer konischen Mantelfläche eingesetzt, so gelten die oben genannten Bemaßungen für den Durchmesser der kreiszylinderförmigen Mantelfläche bevorzugt für den breitesten und weiter bevorzugt für den schmälsten Teil der Mantelfläche, d.h. den größten Durchmesser der Mantelfläche bzw. den kleinsten Durchmesser des konischen Bereichs der Mantelfläche, d.h. bevor die konische Mantelfläche eventuell in einer Abrundung an der Spitze endet.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform des zweiten Aspektes können nacheinander mindestens zwei unterschiedlich große Werkzeuge eingesetzt werden, um eine erste radiale Nut mit größerer Breite und in dieser Nut eine zweite radiale Nut mit kleinerer Breite zu erzeugen. Insbesondere können mindestens zwei Werkzeuge mit unterschiedlich großem Durchmesser eingesetzt werden.
Bevorzugt wird das kleinere bzw. kleinste Werkzeug bzw. das Werkzeug mit dem kleineren bzw. kleinsten Durchmesser zur Erzeugung des Zahngrundes eingesetzt.
Alternativ oder zusätzlich kann das kleinere bzw. kleinste Werkzeug bzw. das Werkzeug mit dem kleineren bzw. kleinsten Durchmesser auch für die zwei weiteren Bearbeitungshübe mit tangential zur Sollkontur ausgerichteter Mantelfläche eingesetzt werden.
Durch die Erzeugung einer größeren Nut und einer kleineren Nut wird das im oberen Bereich auf der Zahnflanke nach Erzeugung der radialen Nut oder Nuten verbleibende Material, welches dann durch die tangentialen Bearbeitungshübe entfernt werden muss, verringert.
Bevorzugt erfolgt im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch jeweils nur ein Bearbeitungshub auf der gleichen Zahnhöhe, d. h. es werden nicht mehre nebeneinander angeordnete Bearbeitungshübe auf der gleichen Zahnhöhe eingesetzt.
Das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist zunächst unabhängig von dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt. Insbesondere kann die Ausrichtung des Werkzeugs relativ zum Werkstück durch ein Verschwenken der Werkstückaufnahme und/oder ohne eine Rotation des Werkstücks erfolgen. Dies ist im Rahmen des zweiten Aspektes insofern unkritischer, da bei der Schrupp-Verzahnbearbeitung weniger strenge Anforderungen an die einzuhaltenden Toleranzen bestehen.
Bevorzugt wird der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung jedoch mit dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung kombiniert. In diesem Fall erfolgt die Veränderung in der Ausrichtung des Werkzeugs zwischen dem radialen Hub und den beiden Hüben mit tangentialer Ausrichtung durch ein lineares Verfahren des Werkzeugs entlang der ersten Linearachse und eine Drehbewegung des Werkstücks. Dies kann insbesondere so erfolgen, wie dies oben bereits im Einzelnen näher dargestellt wurde.
Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren umfasst die vorliegende Erfindung weiterhin eine entsprechende Werkzeugmaschine.
Insbesondere umfasst die vorliegende Erfindung eine Werkzeugmaschine mit einer um eine Drehachse antreibbaren Werkstückaufnahme und mindestens einer um eine Drehachse antreibbaren Werkzeugaufnahme sowie mit einer Steuerung zur Durchführung mindestens eines der oben näher beschriebenen Verfahren. Insbesondere ist die Steuerung so ausgestaltet, dass die Werkzeugmaschine ein Verfahren, wie dies oben näher beschrieben wurde, automatisch durchführt.
Die erfindungsgemäße Steuerung kann hierfür entsprechende Steuerungsfunktionen und/oder eine entsprechende Programmierung aufweisen, durch welche ein erfindungsgemäßes Verfahren automatisch abgearbeitet wird.
Die Steuerung umfasst bevorzugt ein Mikrokontroller, einen nicht-flüchtigen Speicher, in welchem ein Steuerprogramm abgelegt ist, und Steuerleitungen zur Ansteuerung der Drehachsen der Werkzeugmaschine sowie von Maschinenachsen der Werkzeugmaschine.
Bei den Maschinenachsen der Werkzeugmaschine handelt es sich bevorzugt um NC-Achsen.
Gemäß einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann die Werkzeugaufnahme drehfest an der Werkzeugmaschine angeordnet sein und über eine oder mehrere Linearachsen verfahrbar sein. Eine solche Werkzeugmaschine kann insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt eingesetzt werden. Bevorzugt weist die Werkzeugmaschine drei senkrecht aufeinander stehende Linearachsen auf. Insbesondere können jene Linearachsen, welche oben bereits im Rahmen der vorliegenden Erfindung näher beschrieben wurden, vorgesehen sein.
Die Werkzeugaufnahme kann jedoch auch drehbar an der Werkzeugmaschine angeordnet sein, und wird in diesem Fall zur Durchführung des ersten Aspektes bevorzugt in einer Schwenkposition gehalten bzw. arretiert, um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.
In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Werkzeugaufnahme an einem Bearbeitungskopf angeordnet, welcher der Werkstückaufnahme in einer zweiten Linearachse, welche senkrecht zur ersten Linearachse steht und/oder parallel zur Drehachse der Werkzeugaufnahme verläuft, gegenüberliegt.
Insbesondere kann der Bearbeitungskopf über einen Maschinenständer auf einem Maschinentisch angeordnet sein, welches die Werkstückaufnahme trägt, wobei sich der Maschinentisch zwischen der Werkstückaufnahme und dem Bearbeitungskopf entlang der zweiten Linearachse erstreckt. Bei einer solchen Konstruktion entspricht die zweite Linearachse der Wärmeausdehnungsrichtung der Werkzeugmaschine. Bevorzugt ist daher wie oben beschrieben die Drehachse der Werkzeugaufnahme parallel zur zweiten Linearachse ausgerichtet.
In einem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine weist diese eine Werkzeugaufnahme auf, welche von einer ersten Seite eine Ebene, welche sich radial zur Drehachse der Werkstückaufnahme erstreckt und parallel zur Drehachse der Werkzeugaufnahme und/oder senkrecht zur ersten Linearachse ausgerichtet ist, zur gegenüberliegenden Seite verfahrbar ist.
Alternativ oder zusätzlich kann der durch die erste Maschinenachse zur Verfügung gestellte Verfahrweg symmetrisch zu einer Ebene sein, welche sich radial zur Drehachse der Werkstückaufnahme erstreckt und parallel zur Drehachse der Werkzeugaufnahme und/oder senkrecht zur ersten Linearachse ausgerichtet ist. Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine kann nur eine Werkzeugaufnahme aufweisen, welche in diesem Fall bevorzugt sowohl zum Bearbeiten einer linken Zahnflanke, als auch zum Bearbeiten einer rechten Zahnflanke eingesetzt wird.
In einer alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst die Werkzeugmaschine mindestens zwei jeweils um eine Drehachse antreibbare Werkzeugaufnahmen, welche separat entlang der ersten Linearachse verfahrbar sind. Insbesondere können die beiden Werkzeugaufnahmen dazu eingesetzt werden, um gleichzeitig eine linke und eine rechte Flanke des Werkstücks zu bearbeiten, wie dies oben näher beschrieben wurde.
Bevorzugt sind die beiden Werkzeugaufnahmen an einer gemeinsamen Führung der Werkzeugmaschine entlang der ersten Linearachse verfahrbar. Alternativ oder zusätzlich können die beiden Werkzeugaufnahmen über eine oder mehrere gemeinsame Linearachsen verfahrbar sein. Insbesondere können die beiden Werkzeugaufnahmen an einem Bearbeitungskopf angeordnet sein, welcher über mindestens zwei Linearachsen verfahrbar ist.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand von Zeichnungen und Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
Dabei zeigen:

1: Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine in einer Prinzipdarstellung,
2: ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung in einer Prinzdarstellung,
3: ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung in einer Prinzipdarstellung,
4: eine Detailansicht eines Bearbeitungskopfes eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine, welches insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens gemäß 2 zum Einsatz kommen kann, und
5: ein zweites Ausführungsbeispiel eines Bearbeitungskopfes einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine, welches insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens gemäß 3 zum Einsatz kommen kann
6: ein Schrupp-Verzahnbearbeitungsverfahren gemäß dem Stand der Technik, welches gegebenenfalls einem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß dem ersten Aspekt vorgeschaltet sein kann,
7: ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schrupp-Verzahnbearbeitungsverfahrens gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung in einer Prinzipdarstellung und
8: eine Kombination des erfindungsgemäßen Schrupp-Verzahnbearbeitungsverfahrens gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung mit dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung.

1 zeigt ein mögliches Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine. Insbesondere kann dieses Ausführungsbeispiel einer Werkzeugmaschine zur Durchführung eines Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen.
Die Werkzeugmaschine weist eine um eine Drehachse C2 antreibbarer Werkstückaufnahme 10 sowie eine um eine Drehachse B1 antreibbare Werkzeugaufnahme 20 auf. Die Werkzeugaufnahme 20 ist über mehrere Maschinenachsen der Werkzeugmaschine relativ zu der Werkstückaufnahme 10 verfahrbar. Hierfür ist die Werkstückaufnahme über mehrere Maschinenachsen der Werkzeugmaschine verfahrbar, während die Werkstückaufnahme 10 über die Drehachse C2 auf dem Maschinenbett 50 angeordnet ist. In alternativen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung könnte jedoch auch die Werkzeugaufnahme 10 über Maschinenachsen verfahrbar sein, oder sowohl die Werkstückaufnahme als auch die Werkzeugaufnahme über Maschinenachsen verfahrbar.
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbespiel ist die Werkzeugaufnahme 20 über eine erste Linearachse Y1 in einer ersten Richtung linear verfahrbar. Die Linearachse Y1 ist als eine Schlittenführung 30 ausgestaltet, über welche die Werkzeugaufnahme 20 mittels eines Schlittens linear verfahrbar ist. Im Ausführungsbeispiel ist die Linearachse Y1 senkrecht zur Drehachse B1 der Werkzeugaufnahme 20 und senkrecht zur Drehachse C2 der Werkstückaufnahme 10 ausgerichtet.
Die Werkzeugaufnahme 20 ist weiterhin über eine zweite Linearachse X1 in einer zweiten Richtung parallel zu der Drehachse B1 und/oder senkrecht zu der Drehachse C2 der Werkstückaufnahme 10 und/oder senkrecht zu der Linearachse Y1 verfahrbar. Weiterhin ist die Werkzeugaufnahme 20 über eine dritte Linearachse Z1 in einer dritten Richtung parallel zur Drehachse C2 der Werkstückaufnahme 10 verfahrbar.
Im Ausführungsbeispiel erfolgt dies dadurch, dass die Linearachse Y1 an einem Werkstückständer 40 mittels der Linearachse Z1 angeordnet ist, wobei der Werkzeugständer 40 über die Linearachse X1 relativ zum Maschinentisch 50 verfahrbar ist.
Andere kinematische und konstruktive Ausgestaltungen der Werkzeugmaschine können ebenfalls zur Umsetzung der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Bevorzugt verläuft die Drehachse B1 der Werkzeugaufnahme 20 jedoch senkrecht zur Drehachse C2 der Werkstückaufnahme, d.h. in einer Ebene, welche senkrecht auf der Drehachse C2 der Werkstückaufnahme steht. Bevorzugt steht die Drehachse B1 senkrecht auf der ersten Linearachse. Dies ist jedoch zur Durchführung der vorliegenden Erfindung nicht zwingend notwendig.
Die Werkzeugmaschine weist eine lediglich schematisch dargestellte Steuerung 60 zur Ansteuerung der Drehachsen und der Maschinenachsen auf. Bei den Maschinenachsen und der Drehachse der Werkstückaufnahme handelt es sich bevorzugt um NC-Achsen. Die erfindungsgemäße Steuerung ist bevorzugt so programmiert, dass eines der im Folgenden beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren auf der Werkzeugmaschine durchführbar ist, und insbesondere durch die Steuerung der Werkzeugmaschine automatisch durchgeführt wird.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Verzahnbearbeitung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung. Hierfür wird ein Werkzeug 21 mit einer kreiszylinderförmigen Mantelfläche 23 eingesetzt, welches in der Werkzeugaufnahme 20 angeordnet und um die Drehachse B1 antreibbar ist. Durch die Rotation des Werkzeuges um seine Drehachse B1 erfolgt eine spanabhebende Bearbeitung des Werkstücks, wenn die Mantelfläche 23 des Werkzeugs 21 mit dem Werkstück in Eingriff kommt.
Zur Bearbeitung der Zahnflanken 13 der Zähne 12 des Werkstücks 11 wird das Werkzeug mit seiner Mantelfläche 23 tangential zur der zu erzeugenden Sollkontur an der Zahnflanke 13 des Werkstücks 11 entlang geführt.
Erfindungsgemäß erfolgt die tangentiale Ausrichtung der Mantelfläche 23 zu der zu erzeugenden Sollkontur durch die Positionierung des Werkzeugs entlang einer ersten Linearachse und die Drehstellung des Werkstücks um seine Drehachse, so dass die Ausrichtung des Werkzeugs relativ zur Sollkontur durch ein lineares Verfahren des Werkzeugs entlang der ersten Linearachse Y1 und eine Drehbewegung des Werkstücks um seine Drehachse erfolgt. Das Werkstück 11 ist hierfür in der Werkzeugaufnahme 10 aufgenommen und kann um die Drehachse C2 gedreht werden.
Mit einer tangentialen Ausrichtung der Mantelfläche des Werkzeugs ist gemeint, dass jener Teil der Mantelfläche, welche in Eingriff mit dem Zahn ist, tangential zu der zu erzeugenden Sollkontur ausgerichtet wird. Insbesondre kann dies dadurch erfolgen, dass die Drehachse B1 parallel zu einer Tangente an die Sollkontur in dem Eingriffsbereich mit der Verzahnung ausgerichtet wird.
Erfindungsgemäß kann hierdurch auf ein Verschwenken der Werkzeugaufnahme 20 verzichtet werden, da die Ausrichtung zwischen dem Werkzeug und der Zahnflanke ausschließlich über eine entsprechende Verfahrbewegung entlang der ersten Linearachse Y1 und eine Drehbewegung des Werkstücks 11 um die Drehachse C2 erfolgt.
Zur Erzeugung einer Evolvente entspricht die Verfahrbewegung der Werkzeugaufnahme 20 entlang der ersten Linearachse Y1 bevorzugt der Abrolllänge des Grundkreises der Verzahnung bei der entsprechenden Drehbewegung des Werkstücks 11 um seine Drehachse C2. Insbesondere kann der Verfahrweg entlang der ersten Linearachse Y1 ausgehend von einer Position, in welcher eine Verlängerung der mit der Verzahnung in Kontakt stehenden Mantelfläche des Werkzeugs 21 die Drehachse C2 des Werkstücks schneiden würde, der Abrolllänge des Grundkreises der Verzahnung bei einer Drehbewegung aus dieser Position heraus entsprechen.
Reicht die Zahnflanke bis zu ihrem Grundkreis, wird zur Bearbeitung der Zahnflanke am Grundkreis bevorzugt das Werkzeug so positioniert, dass die Drehachse B1 der Werkzeugaufnahme 20 um den halben Radius der Mantelfläche von einer Ebene entfernt ist, welche sich radial zur Drehachse C2 des Werkstücks 11 erstreckt und parallel zur Drehachse B1 der Werkzeugaufnahme 10 ausgerichtet ist. In dieser Position schneidet eine Verlängerung der mit dem Zahn in Eingriff befindlichen Zahnflanke die Drehachse C2.
Die Bearbeitung einer Zahnflanke erfolgt bevorzugt in mehreren Bearbeitungshüben. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn es sich um ein Schlicht-Verzahnbearbeitungsverfahren handelt.
Beim Schlichten erfolgt ein Abtragen geringerer Materialmengen zur Feinbearbeitung. Bei einem vorher geschruppten Werkstück werden meist nur noch einige zehntel Millimeter abgetragen. Das Schlichten nach dem Schruppen hat das Ziel, die geforderte Oberflächengüte sowie Maß-und Formgenauigkeit zu erreichen. Je nach geforderter Genauigkeit des Werkstücks spricht man auch von Fein- bzw. Feinstschlichten. Das Ziel hierbei ist eine gute Oberflächenqualität der Zahnflanke zu generieren.
Um die gute Oberflächenqualität der Zahnflanke zu erreichen, wird diese durch Tangenten an die Soll-Geometrie angenähert, welche jeweils durch einen Bearbeitungshub erzeugt werden.
In jedem einzelnen der Bearbeitungshübe befindet sich die Werkzeugaufnahme 20 in einer bestimmten Position entlang der ersten Linearachse Y1, und das Werkstück 11 in einer bestimmten Drehposition, durch welche die tangentiale Ausrichtung der Mantelfläche an der Sollkontur erreicht wird. Das Werkzeug 21 wird dann zur Durchführung des Bearbeitungshubs in einer Richtung parallel zur Drehachse C2 des Werkstücks 11 entlang der Zahnbreite verfahren. Handelt es sich um eine Schrägverzahnung, wird diese Bewegung mit einer entsprechenden Drehbewegung des Werkstücks um seine Drehachse C2 überlagert.
Nach Durchführung eines solchen Bearbeitungshubes wird die Relativposition zwischen dem Werkzeug und der zur erzeugenden Zahnflanke verändert, so dass das Werkzeug in eine andere Position relativ zur Höhenrichtung der Verzahnung mit dem Zahn in Eingriff kommt. Hierfür muss auch die relative Ausrichtung geändert werden, da aufgrund der Krümmung der Zahnflanke und der tangentialen Ausrichtung der Mantelfläche zur Sollkontur eine andere Ausrichtung des Werkzeugs relativ zum Werkstück notwendig wird. Dies erfolgt erfindungsgemäß durch eine entsprechende Verfahrbewegung des Werkzeugs in erster Richtung Y1 und eine entsprechende Drehbewegung des Werkstücks 11 um seine Drehachse C2.
Wird in 2 das Werkstück beispielsweise gegen den Uhrzeigersinn gedreht, so wird die Werkzeugaufnahme 20 entlang der ersten Linearachse Y1 um eine entsprechende Strecke, welche bevorzugt der Abrollstrecke des Grundkreises der Verzahnung entspricht, nach links verfahren. Hierdurch kommt das Werkzeug in einer höheren Position mit der Zahnflanke in Eingriff. Durch diese gekoppelte Verfahr- und Drehbewegung folgt die Mantelfläche des Werkzeugs, welche in Eingriff mit dem Zahn ist, einer Evolvente. Sollen Profilmodifikationen erzeugt werden, kann das Verhältnis zwischen Verfahrbewegung in erster Richtung und Drehbewegung entsprechend modifiziert werden. Insbesondere kann es sich bei solchen Modifikationen um die Erzeugung einer Höhenballigkeit und/oder um eine Kopf- und/oder Fußrücknahme handeln. Je nach gewünschter Genauigkeit bei der Erzeugung des Zahnprofils sind entsprechend viele Bearbeitungshübe notwendig, welche die Sollkontur jeweils über entsprechende Tangentenstücke annähern.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann die Werkzeugaufnahme 20 auch parallel zu ihrer Drehachse B1 entlang der zweiten Linearachse X1 verfahren werden. Dies kann insbesondere dazu eingesetzt werden, um einen bestimmten Teil der Mantelfläche des Werkzeugs mit dem Zahn in Eingriff zu bringen. Hierdurch kann beispielsweise der Verschleiß über die Erstreckung des Werkzeugs verteilt werden und/oder dafür gesorgt werden, dass das Werkzeug mit seiner Mantelfläche in Eingriff mit der Verzahnung kommt oder bleibt. Gegebenenfalls kann daher zusammen mit einer Verfahrbewegung in erster Richtung Y1 eine Verfahrbewegung in zweiter Richtung X1 erfolgen. Die Größe dieser Verfahrbewegung ist jedoch für die erzeugte Kontur solange irrelevant, wie die Mantelfläche tatsächlich in Kontakt mit der Verzahnung ist.
Dies stellt den großen Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens dar, da hierdurch Wärmeausdehnungen der Maschine, welche parallel zur Drehachse B1 der Werkzeugaufnahme 20 erfolgen, keinerlei Einfluss auf die Verzahnungsqualität und die erzeugte Kontur haben.
Da beispielsweise bei Werkzeugmaschinen, wie sie in 1 gezeigt sind, die Wärmeausdehnung des Maschinenbetts 50 hauptsächlich einen Einfluss auf die relative Position zwischen Werkzeugaufnahme 20 und Werkstückaufnahme 10 in X1-Richtung hat, wird dieser Einflussfaktor im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt komplett ausgeschaltet.
Ist nur eine Werkzeugaufnahme 20 vorgesehen, kann diese sowohl zum Bearbeiten von linken, als auch zur Bearbeitung von rechten Flanken eingesetzt werden. Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Verzahnbearbeitung in der dargestellten Situation auf einer linken Zahnflanke. Hierfür wird insbesondere der Verfahrweg entlang der ersten Linearachse Y1 links einer Mittelstellung benötigt.
Zur Durchführung einer Verzahnbearbeitung auf den rechten Flanken der Verzahnung wird das Werkzeug durch eine entsprechende Verfahrbewegung entlang der ersten Linearachse nach rechts außer Eingriff mit der linken Flanke und in Eingriff mit der rechten Flanke gebracht. Weiterhin erfolgt eine Drehbewegung des Werkstücks 11 im Uhrzeigersinn, um das Werkzeug tangential zu der Sollkontur ausgerichtet wird.
An der rechten Flanke wird das gleiche Verfahren durchgeführt, wie dies bereits oben für die linke Flanke beschrieben wurde, wobei lediglich die Verfahrbewegung nach rechts und die Drehbewegung im Uhrzeigersinn erfolgen, um das Werkzeug von einer in Höhenrichtung weiter unten an der Zahnflanke gelegenen Eingriffsposition zu einer in Höhenrichtung weiter oben an der Zahnflanke gelegenen Eingriffsposition zu verfahren. Hierzu wird hauptsächlich der Bereich in erster Richtung Y1 rechts der Mittelstellung benötigt.
Die Reihenfolge, in welcher die einzelnen Bearbeitungshübe auf den beiden Flanken und/oder in Höhenrichtung auf einer Flanke durchgeführt werden, kann erfindungsgemäß frei gewählt werden und ist insbesondere nicht darauf eingeschränkt, dass nacheinander Hübe in aufeinanderfolgenden Höhenposition durchgeführt werden. Vielmehr sind auch Bearbeitungsstrategien denkbar, bei welchen zuerst eine untere, dann eine obere, und dann eine mittlere Bahn abgefahren werden. Weiterhin kann eine Bearbeitung gegebenenfalls auch zwischen linker und rechter Flanke springen.
3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt, bei welchem zwei Werkzeugaufnahmen 20 und 20' zum Einsatz kommen, welche jeweils um eine Drehachse B1 bzw. B1' antreibbar sind. Dementsprechend werden zwei Werkzeuge 21 und 21' eingesetzt.
Die Bearbeitung des Werkstücks über die beiden Werkzeuge 21 und 21' erfolgt jeweils so, wie dies bereits oben im Hinblick auf das Ausführungsbeispiel in 2 beschrieben wurde.
Im Ausführungsbeispiel werden die beiden Werkzeuge 21 und 21' dazu eingesetzt, um gleichzeitig eine linke Flanke 14 eines ersten Zahns 14 und eine rechte Flanke 17, welche bevorzugt an einem zweiten Zahn 15 angeordnet ist, zu bearbeiten.
Erfolgt die Bearbeitung in mehreren Bearbeitungshüben, werden die beiden Werkzeugaufnahmen 20 und 20' zwischen zwei Bearbeitungshüben um die gleiche Strecke entlang der ersten Linearachse Y1 verfahren. Dies ist dadurch bedingt, dass die Drehbewegung um die Drehachse C2 des Werkstücks natürlich für beide Zahnflanken 16 und 17 identisch ist. Werden daher beide Werkzeugaufnahmen gemäß der entsprechenden Abrollstrecke des Grundkreises der Verzahnung verfahren, ergibt sich für beide eine identische Verfahrbewegung. Werden Modifikationen erzeugt, kann der Abstand der beiden Werkstückaufnahmen jedoch auch variieren.
Die einzelnen Bearbeitungshübe sind auf den beiden Zahnflanken 16 und 17 gegensinnig in Höhenrichtung verschoben, d.h. wenn auf der Zahnflanke 16 ein erster Bearbeitungshub in einer höheren Position und ein zweiter Bearbeitungshub in einer niedrigeren Position erfolgt, so erfolgt der entsprechende erste Bearbeitungshub auf der Zahnflanke 17 in einer niedrigeren und der zweite in einer höheren Position.
Die beiden Werkzeugaufnahmen 20 und 20' sind für die Bearbeitung parallel zueinander ausgerichtet. Dies kann entweder durch die konstruktive Ausgestaltung der Maschine so vorgegeben sein, oder bei Vorhandensein entsprechender Schwenkachsen durch eine entsprechend gleiche Ausrichtung dieser Schwenkachsen.
Um die Werkzeugmaschine zum Bearbeiten unterschiedlicher Zahnräder einsetzen zu können oder um Modifikationen erzeugen zu können, sollten die beiden Werkzeugaufnahmen 20 und 20' in erster Richtung Y1 separat voneinander verfahrbar sein, so dass der Abstand zwischen den beiden Drehachsen B1 und B1' einstellbar ist.
Die beiden Bearbeitungsköpfe können aber an der selben Linearführung angeordnet sein und/oder über gemeinsame weitere Achsen verfahrbar sein.
Konkrete Ausführungsbeispiele von Bearbeitungsköpfen, durch welchen die Ausführungsbeispiele gemäß 2 und 3 durchführbar sind, sind in 4 und 5 gezeigt.
In 4 ist eine Ausgestaltung mit nur einer Werkzeugaufnahme 20 dargestellt. Diese ist zusammen mit ihrem Antrieb 22 entlang einer Linearführung 31 der ersten Linearachse Y1 verfahrbar. Die Linearführung 31 ist an einem Träger 30 angeordnet, welcher seinerseits entlang einer Linearführung 41 der dritten Linearachse Z1 parallel zur Drehachse C2 der nicht dargestellten Werkstückaufnahme 10 verfahrbar ist. Hierfür ist ein Antrieb 42 vorgesehen. Die Linearführung 41 kann beispielsweise an einem Werkzeugständer 40 angeordnet sein, wie diese in 1 dargestellt ist.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem zwei Werkzeugaufnahmen 20 und 20' vorgesehen sind. Das in 5 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich in dem von in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel dabei lediglich dadurch, dass an der Linearführung 31 nicht nur eine Werkzeugaufnahme, sondern die beiden Werkzeugaufnahmen 20 und 20' separat in erster Richtung Y1 verfahrbar sind. Die beiden Werkzeugaufnahmen 20 und 20' sind im Ausführungsbeispiel identisch ausgeführt.
Beiden Ausführungsbeispielen ist gemeinsamen, dass auf eine Verschwenkbarkeit der Werkzeugnahmen 20 bzw. 20' verzichtet wurde.
In alternativen Ausgestaltungen können jedoch auch verschwenkbare Werkzeugaufnahmen eingesetzt werden, wie sie beispielsweise in üblichen 5-Achs-Bearbeitungszentren zum Einsatz kommen. In diesem Fall kann die entsprechende Schwenkachse einfach so eingestellt bzw. festgestellt werden, dass sich die zuvor beschriebene Kinematik und Ausrichtung ergibt.
Die vorliegende Erfindung umfasst in einem zweiten Aspekt ein Verfahren zur Schrupp-Verzahnbearbeitung eines Werkstücks, welches auch unabhängig von dem ersten Aspekt eingesetzt werden kann. Ein Ausführungsbeispiel eines solchen Verfahrens ist in 5 dargestellt.
Das Ziel bei einer Schrupp-Verzahnbearbeitung besteht darin, innerhalb kurzer Bearbeitungszeit das Werkstück der Endkontur anzunähern. Es handelt sich daher üblicherweise um eine grobe Fräsbearbeitung, mit welcher viel Material aus der Zahnlücke entfernt wird. Nach der Durchführung des Schrupp-Verfahrens ist die Zahnflankenoberfläche bei Verfahren nach dem Stand der Technik rau und Bearbeitungsspuren sind deutlich erkennbar.
Durch das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt wird eine glattere Oberflächenstruktur bei Schruppen erreicht, und/oder der Schrupp-Prozess beschleunigt.
Bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel für ein Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt werden Werkzeuge 21 und 21' mit einer kreiszylinderförmigen Mantelfläche eingesetzt. Insbesondere handelt es sich dabei um Fingerfräser.
In einem ersten Bearbeitungsschritt a wird ein Fräser 21 mit einem größeren Durchmesser eingesetzt, um entlang der Zahnlücke eine radial ausgerichtete Nut zu erzeugen. Bevorzugt weist die erste Nut eine Tiefe von mindestens dem 0,3-fachen des Werkzeugdurchmessers auf. In einem zweiten Bearbeitungsschritt b wird ein Werkzeug 21' mit kleinerem Durchmesser eingesetzt, welcher tiefer in die Zahnlücke eintaucht und ebenfalls eine radial ausgerichtete Nut entlang der Zahnlücke erzeugt. Dieser zweite Fräser 21' wird dann in zwei Schritten c und d relativ zur Ausrichtung der radialen Nuten in Richtung auf die linke bzw. rechte Flanke verkippt, so dass die Mantelfläche des Fräsers, welche mit der Zahnflanke in Eingriff ist, jeweils tangential zur Sollkontur ausgerichtet ist. Die Neigung des Werkzeugs liegt bei den tangentialen Hüben in der Größenordnung des Eingriffswinkels der Verzahnung.
Das Werkzeug erzeugt daher nicht in mehreren nebeneinander gesetzten Linien die Breite der Zahnlücke, sondern es wird mittels des ersten Fräsers 21 mit größerem Durchmesser ein erster Materialabtrag über einen Großteil der Breite der Zahnlücke realisiert, so dass anschließend mittels des zweiten Fräsers 21' mit kleinerem Durchmesser tiefer in die Zahnlücke eingetaucht werden kann, und auch dort eine Nut erzeugt werden, welche einen Großteil der Breite der Zahnlücke realisiert. Nachdem diese groben Materialabträge erfolgt sind, wird mittels des Verkippens des zweiten Fräsers 21' aus der Mitte der Verzahnung in jeweils beide Richtungen eine weitere Annäherung an die gewünschte Endkontur realisiert. Das Kippen hat auch den Vorteil, dass die nahezu gesamte Länge des Fräsers mit dem Material in Eingriff kommt und somit die Abnutzung des Fräsers geringer ist.
Die radialen Nuten, welche in Schritten a und b erzeugt werden, verlaufen bevorzugt jeweils mittig bezüglich der Zahnlücke, wobei zumindest der zweite Fräser 21' bevorzugt beim Erzeugen der Nut mit seinem Kopfbereich den Zahnfuß 19 erzeugt.
Alternativ zu dem in 5 eingesetzten Werkzeug mit einer kreiszylinderförmigen Mantelfläche könnte auch ein Werkzeug mit einer konisch zulaufenden Mantelfläche nach dem gleichen Verfahren eingesetzt werden. Hier muss lediglich beim Verkippen des Werkzeugs der Konuswinkel berücksichtigt werden.
Die tangentiale Bearbeitung der Zahnflanken kann in einer möglichen Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens in einem einzigen Hub erfolgen. Insbesondere bei großen Verzahnungen sind die Abweichungen zwischen einer Gerade und einer Evolvente nicht sonderlich groß, so dass bereits mit einem Hub über die gesamte Zahnhöhe eine ausreichende Annäherung an die Sollkontur möglich ist.
Wäre das Aufmaß bei einem Bearbeitungshub zu groß, so kann die tangentiale Bearbeitung auch in mehreren tangentialen, in Höhenrichtung gegeneinander versetzten Hüben erfolgen.
Im Hinblick auf die tangentiale Ausrichtung des Werkzeugs und die Sollkontur ist dabei zu berücksichtigen, dass die Sollkontur bei der Schrupp-Verzahnbearbeitung natürlich nicht der Endkontur entspricht, sondern ein gewisses Aufmaß vorsieht, welches dann in der darauffolgenden Schlicht-Verzahnbearbeitung abgetragen wird.
Das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann dadurch umgesetzt werden, dass die Ausrichtung des Fräsers bzw. das oben näher beschriebene Kippen durch ein Verschwenken der Werkzeugaufnahme vorgenommen wird. Dies ist deshalb weitgehend unproblematisch, da es sich ohnehin nur um eine Grobbearbeitung handelt, und daher eventuelle Abweichungen von der gewünschten Kontur aufgrund einer Wärmeausdehnung der Maschine hingenommen werden können.
Im Anschluss an ein solches Schrupp-Verfahren kann dann gegebenenfalls die Schlicht-Bearbeitung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung erfolgen, um für eine entsprechend hohe Oberflächenqualität zu sorgen.
Allerdings kann auch das Schrupp-Verzahnbearbeitungsverfahren gemäß dem zweiten Aspekt mit der Kinematik gemäß dem ersten Aspekt eingesetzt werden, d.h. statt eines Verschwenkens der Werkzeugaufnahme kann eine lineare Verfahrbewegung der Werkzeugaufnahme mit einer entsprechenden Rotationsbewegung des Werkstücks kombiniert werden, um die Ausrichtung des Werkzeugs relativ zur Verzahnung zu verändern.
Ein solches Vorgehen ist in 8 dargestellt. Gemäß den in 8 dargestellten Verfahren erfolgt daher kein Verschwenken des Werkzeugs 21', sondern ein Verfahren entlang der ersten Linearachse X1 und eine Drehbewegung des Werkstücks.
Das in 8 dargestellte Ausführungsbeispiel des zweiten Aspekts kann auf einer Werkzeugmaschine, wie sie oben anhand der 1 bzw. 4 und 5 näher beschrieben wurde, durchgeführt werden. Weiterhin kann das Verfahren so erfolgen, wie dies bereits oben im Hinblick auf den ersten Aspekt beschrieben wurde.
Allerdings wird hier im einfachsten Ausführungsbeispiel lediglich ein einziger tangentialer Bearbeitungshub eingesetzt, um die gesamte Höhe der Zahnflanke zu bearbeiten. Reicht dies für die Schrupp-Verzahnbearbeitung bzw. die dabei erforderliche Annäherung an die Sollkontur nicht aus, können jedoch auch bei dem Schrupp-Verfahren mehre in Höhenrichtung gegeneinander versetzte Bearbeitungshübe eingesetzt werden. Auch dies kann wiederrum gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Anmeldung durchgeführt werden.
8 zeigt dabei links die tangentiale Bearbeitung einer linken Zahnflanke in einem Bearbeitungshub, mittig die radiale Position, sowie rechts die tangentiale Bearbeitung einer linken Zahnflanke, wobei die radiale bzw. tangentiale Ausrichtung jeweils durch ein Verfahren des Fräsers in linearer Richtung X1 und eine Drehbewegung des Werkstücks um seine Drehachse erfolgt.
Die drei Bearbeitungshübe können, müssen aber nicht notwendigerweise in der Reihenfolge erfolgen, das zunächst die radiale Nut, und dann die tangentialen Bearbeitungen durchgeführt werden. Vielmehr kann hier auch eine andere Reihenfolge gewählt werden, wie dies in 8 gezeigt ist.
Alternativ zu dem in 6 dargestellten Vorgehen könnte jedoch auch mit der in 6 mittig dargestellten radialen Position begonnen werden, und dann die links und rechts dargestellten Bearbeitungspositionen durch entsprechende lineare Fahrbewegungen des Werkzeugs und Drehbewegungen des Werkstücks erreicht werden.
Der Vorteil beim Einsatz des ersten Aspektes auch im Rahmen des zweiten Aspektes ist insbesondere, dass hierdurch auch für die Schrupp-Verzahnbearbeitung keine Schwenkachse für die Werkzeugaufnahme benötigt wird. Daher kann das Verfahren auf der gleichen Werkzeugmaschine durchgeführt werden wie ein zur anschließenden Schlicht-Verzahnbearbeitung eingesetztes Verfahren gemäß dem ersten Aspekt, ohne dass eine zusätzliche Schwenkachse benötigt wird.
Insbesondere ermöglicht diese Ausgestaltung des zweiten Aspektes eine Durchführung sowohl der Schrupp-Verzahnbearbeitung, als auch der Schlicht-Verzahnbearbeitung auf einem 4-Achs-Bearbeitungszentrum.
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

EP 2314404 A1 [0002]
WO 2008/133517 A1 [0003]
WO 2012/052367 A1 [0004]
DE 102013003964 A1 [0005]

Claims

Verfahren zur Verzahnbearbeitung eines Werkstücks auf einer Werkzeugmaschine, welche eine um eine Drehachse antreibbare Werkstückaufnahme und mindestens eine um eine Drehachse antreibbare Werkzeugaufnahme umfasst, wobei zur Verzahnbearbeitung ein Werkzeug mit einer kreiszylinderförmigen Mantelfläche eingesetzt wird, welches mit seiner Mantelfläche tangential zu der zu erzeugenden Sollkontur an einer Zahnflanke des Werkstücks entlang geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die tangentiale Ausrichtung der Mantelfläche zu der zu erzeugenden Sollkontur durch eine Positionierung des Werkzeuges entlang einer ersten Linearachse (Y1) und eine Drehstellung des Werkstücks um seine Drehachse (C2) erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Werkzeug zum Bearbeiten einer Zahnflanke des Werkstücks in mindestens einem Bearbeitungshub in Werkstückbreitenrichtung (Z1) an der Zahnflanke entlang geführt wird, wobei die Bearbeitung des Zahnprofils bevorzugt in mehreren, in Höhenrichtung der Zahnflanke gegeneinander versetzten Bearbeitungshüben erfolgt, wobei der Versatz der Bearbeitungshübe untereinander durch eine entsprechend geänderte Position des Werkzeugs entlang der ersten Linearachse (Y1) und einen entsprechend geänderten Drehwinkel des Werkstücks um seine Drehachse (C2) erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ausrichtung des Werkzeugs während der Verzahnbearbeitung und/oder für mehrere und bevorzugt alle Bearbeitungshübe unverändert bleibt, und/oder wobei das Werkzeug bei der Schlicht- und/oder Endbearbeitung des Werkstücks immer parallel zu einer zweiten Linearachse (X1), welche radial zum Werkstückmittelpunkt verläuft, ausgerichtet ist und/oder wobei die Drehachse des Werkzeugs (B1) senkrecht auf der ersten Linearachse (Y1) und/oder senkrecht auf der Drehachse des Werkstücks (C2) und/oder senkrecht auf einer dritten Linearachse (Z1), welche parallel zur Drehachse des Werkstücks (C2) verläuft, steht.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei zur Erzeugung der Zahnflanke einer Evolventenverzahnung eine Verfahrbewegung des Werkzeugs entlang der ersten Linearachse (Y1) und eine Drehbewegung des Werkstücks um seine Drehachse (C2) in einem linearen Verhältnis zueinander stehen und/oder wobei bevorzugt die Verfahrbewegung des Werkzeugs entlang der ersten Linearachse (Y1) der Abrollstrecke des Grundkreises der Evolventenverzahnung entspricht.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei eine Verzahnung mit einem Verzahnungsdurchmesser größer 500 mm und/oder größer Modul 8 hergestellt und/oder bearbeitet wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Werkzeugaufnahme über eine zweite Linearachse (X1) senkrecht zur Drehachse der Werkstückaufnahme (C2) verfahrbar ist, wobei die erste Linearachse (Y1) und die zweite Linearachse (X1) senkrecht aufeinander stehen und/oder wobei die Drehachse der Werkzeugaufnahme (B1) während der Verzahnbearbeitung parallel zur zweiten Linearachse (X1) ausgerichtet ist, und/oder wobei die Werkzeugaufnahme über eine dritte Linearachse (Z1) parallel zur Drehachse der Werkstückaufnahme (C2) verfahrbar ist, wobei das Werkzeug bevorzugt über die dritte Linearachse (Z1) in mindestens einem Bearbeitungshub in Werkstückbreitenrichtung an der Zahnflanke entlang geführt wird, wobei bevorzugt zur Erzeugung einer Schrägverzahnung das Verfahren des Werkzeugs entlang der dritten Linearachse (Z1) mit einer Drehbewegung des Werkstücks (C2) überlagert wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei zur Bearbeitung einer linken Zahnflanke des Werkstücks ein Werkzeug entlang der ersten Linearachse (Y1) in einem ersten Bereich von Linearpositionen angeordnet wird, und wobei zur Bearbeitung einer rechten Zahnflanke des Werkstücks ein Werkzeug entlang der ersten Linearachse (Y1) in einem zweiten Bereich von Linearpositionen angeordnet wird, wobei bevorzugt zur Erzeugung einer symmetrischen Verzahnung der erste und der zweite Bereich symmetrisch zu einer Ebene, welche radial zur Drehachse (C2) des Werkstücks und parallel zur Drehachse (B1) des Werkzeugs verläuft, angeordnet sind, und/oder wobei sich bevorzugt der erste und der zweite Bereich um maximal 50% ihrer Ausdehnung und/oder um maximal den doppelten Radius der zylinderförmigen Mantelfläche des Werkzeuges überschneiden, und/oder wobei bevorzugt zumindest der jeweils größere Teil der beiden Bereiche auf gegenüberliegenden Seiten einer Ebene, welche radial zur Drehachse (C2) des Werkstücks und parallel zur Drehachse (B1) des Werkzeugs verläuft, liegt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei eine Bearbeitung der linken und der rechten Zahnflanken des Werkstücks mit demselben Werkzeug erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei zur Bearbeitung der linken und der rechten Zahnflanken des Werkstücks zwei Werkzeuge vorgesehen sind, welche jeweils in einer Werkzeugaufnahme aufgenommen sind, wobei bevorzugt die Drehachsen der beiden Werkzeugaufnahmen parallel zueinander angeordnet sind und/oder wobei bevorzugt die Bearbeitung einer linken und einer rechten Zahnflanke gleichzeitig erfolgt, wobei weiter bevorzugt mehrere in Höhenrichtung der jeweiligen Zahnflanke versetzte Bearbeitungshübe eingesetzt werden, wobei weiter bevorzugt aufeinanderfolgende Bearbeitungshübe auf den jeweiligen Zahnflanken in Höhenrichtung in umgekehrter Richtung gegeneinander versetzt werden und/oder weiter bevorzugt die beiden Werkzeuge zwischen zwei Bearbeitungshüben entlang der ersten Linearachse (Y1) in die gleiche Richtung und/oder um die gleiche Strecke verfahren werden.
Verfahren, insbesondere nach einem der vorangegangenen Ansprüche, zur Schrupp-Verzahnbearbeitung eines Werkstücks auf einer Verzahnmaschine, welche eine um eine Drehachse (C2) antreibbare Werkstückaufnahme und eine um eine Drehachse (B1) antreibbare Werkzeugaufnahme umfasst, wobei zur Verzahnbearbeitung ein Werkzeug mit einer kreiszylinderförmigen oder konischen Mantelfläche eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung eines Zahnganges in mindestens einem ersten Bearbeitungshub eine Nut erzeugt wird, welche radial ausgerichtet ist und bevorzugt eine Tiefe von mindestens dem 0,3-fachen des Werkzeugdurchmessers aufweist, und in mindestens zwei weiteren Bearbeitungshüben die Mantelfläche des Werkzeugs jeweils im wesentlichen tangential zu der Sollkontur der die Zahnlücke bildenden linken und rechten Flanke der Verzahnung ausgerichtet wird, wobei die Neigung bevorzugt in der Größenordnung des Eingriffswinkels der Verzahnung liegt.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei nacheinander zwei oder mehr unterschiedlich große Werkzeuge, insbesondere zwei oder mehr Werkzeuge mit einem unterschiedlich großen Durchmesser eingesetzt werden, um eine erste radiale Nut mit größerer Breite und in dieser Nut mindestens eine weitere radiale Nut mit kleinerer Breite zu erzeugen, wobei das kleinste Werkzeug bevorzugt zur Erzeugung des Zahngrunds eingesetzt wird und/oder wobei das kleinste Werkzeug für die zwei weiteren Bearbeitungshübe mit tangential zur Sollkontur ausgerichteter Mantelfläche eingesetzt wird.
Verzahnmaschine mit einer um eine Drehachse (C2) antreibbaren Werkstückaufnahme und mindestens einer um eine Drehachse antreibbaren Werkzeugaufnahme (B1), mit einer Steuerung zur bevorzugt automatischen Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche.
Verzahnmaschine nach Anspruch 12, wobei die Werkzeugaufnahme drehfest an der Verzahnmaschine angeordnet ist und nur über eine oder mehrere Linearachsen verfahrbar ist, wobei bevorzugt drei senkrecht aufeinander stehende Linearachsen vorgesehen sind, und/oder wobei die Werkzeugaufnahme an einem Bearbeitungskopf angeordnet ist, welcher der Werkstückaufnahme in einer zweiten Richtung, welche senkrecht zu der ersten Linearachse (Y1) steht und/oder parallel zur Drehachse (B1) der Werkzeugaufnahme verläuft, gegenüberliegt, wobei der Bearbeitungskopf bevorzugt über einen Maschinenständer auf einem Maschinentisch angeordnet ist, welches die Werkstückaufnahme trägt, wobei sich der Maschinentisch zwischen der Werkstückaufnahme und dem Bearbeitungskopf in der zweiten Richtung erstreckt.
Verzahnmaschine nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei die Verzahnmaschine eine Werkzeugaufnahme aufweist, welche von einer ersten Seite einer Ebene, welche sich radial zur Drehachse (C2) der Werkstückaufnahme erstreckt und parallel zur Drehachse (B1) der Werkzeugaufnahme und/oder senkrecht zur ersten Linearachse (Y1) ausgerichtet ist, zur gegenüberliegenden Seite verfahrbar ist, und/oder wobei der durch die erste Linearachse (Y1) zur Verfügung gestellte Verfahrweg symmetrisch zu einer Ebene ist, welche sich radial zur Drehachse (C2) der Werkstückaufnahme erstreckt und parallel zur Drehachse (B1) der Werkzeugaufnahme und/oder senkrecht zur ersten Linearachse (Y1) ausgerichtet ist.
Verzahnmaschine nach Anspruch 12 bis 14, mit mindestens zwei jeweils um eine Drehachse antreibbaren Werkzeugaufnahmen, welche separat entlang mindestens einer ersten Linearachse (Y1) verfahrbar sind, wobei die beiden Werkzeugaufnahmen bevorzugt an einer gemeinsamen Führung der ersten Linearachse (Y1) der Verzahnmaschine verfahrbar sind und/oder gemeinsam über eine oder mehrere weitere Linearachsen verfahrbar sind.