DE3934604A1 - Verfahren zum herstellen von profilierten werkstuecken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von profilierten Werkstücken nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei Werkzeugmaschinen, deren Werkzeugträger eine hin- und hergehende Hubbewegung ausführen, ist die Länge des herzu­ stellenden Profils in Hubrichtung gesehen begrenzt durch den maximalen Hub des Werkzeugträgers. Zahnrad-Wälzstoß­ maschinen bspw. weisen eine maximal einstellbare Hublänge ihrer Stoßspindel auf. Durch diese Hublänge ist die maximal herstellbare Verzahn- oder Profillänge begrenzt. Große Verzahn- oder Profillängen erfordern somit Werkzeugmaschinen, deren Werkzeugträger eine entsprechend große Hubbewegung auszuführen vermag. Diese Werkzeugmaschinen sind jedoch in Anschaffung und Unterhalt teuer. Solche Werkzeugmaschinen weisen weiterhin den Nachteil auf, daß infolge ihrer großen Hublänge die Hubfrequenz geringer ist als bei Werkzeugma­ schinen mit einer kurzen Hublänge. Ein weiterer Nachteil der Werkzeugmaschinen mit großer Hublänge besteht darin, daß infolge der langen Kontaktzeit zwischen Werkstück und Werkzeug die Werkzeugstandzeit reduziert ist. Das vorstehen­ de gilt in gleicher Weise für Werkzeugmaschinen, bei denen der Werkstückträger eine Hubbewegung ausführt.

Es besteht die Aufgabe, das Verfahren so auszubilden, daß große Profillängen mit einer Werkzeugmaschine herstellbar sind, die nur einen dazu begrenzten Hub ihres Werkzeug- oder Werkstückträgers aufweisen.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Mehrere Ausführungsbeispiele des Verfahrens werden nachfol­ gend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch ein Werkstück und ein Werkzeug zur Ausführung einer ersten Verfahrensvariante;

Fig. 2 eine Darstellung dieser ersten Verfahrens­ variante;

Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung zur Erläuterung einer zweiten Verfahrensva­ riante;

Fig. 4 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung zur Erläuterung einer aus der Kombination der ersten und zweiten Verfahrensvariante zusammengesetzten dritten Verfahrensvariante;

Fig. 5 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung zur Erläuterung einer vierten Verfahrensva­ riante;

Fig. 6 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung zur Erläuterung einer fünften Verfahrens­ variante, die sich aus der Kombination der ersten und vierten Verfahrensvariante ergibt;

Fig. 7 eine Darstellung der Verhältnisse beim Auslauf eines Werkzeugs aus einem Werkstück;

Fig. 8 eine Darstellung der Verhältnisse beim Einlauf eines Werkzeugs in ein Werkstück;

Fig. 9 ein Zahnradprofil mit einer Profillängskorrek­ tur;

Fig. 10 ein weiteres Zahnradprofil mit einer Profil­ längskorrektur;

Fig. 11 ein weiteres Zahnradprofil mit durch Hüll­ schnitte erzeugte Profil-Längskorrektur und

Fig. 12 eine Ansicht des Profils nach Fig. 11 in Richtung des Pfeiles XII dieser Figur.

Der Werkzeugträger 1 nach Fig. 1 ist die Stoßspindel einer Zahnrad-Wälzstoßmaschine, die als Werkzeug 2 ein Schneid­ rad trägt. Die maximale Hublänge des Werkzeugträgers 1 und damit des Werkzeugs 2 ist mit HL bezeichnet. Es gilt, mit dem Werkzeug 2 am Werkstück 3 ein Profil 4 zu erzeugen, dessen Länge größer ist als die Hublänge HL. Bei seiner Abwärtsbewegung bearbeitet das Werkzeug 2 das Werkstück 3, während es bei seiner Aufwärtsbewegung vom Werkstück 3 abgehoben wird und somit außer Eingriff mit ihm kommt.

Gemäß Fig. 2a wird als erstes vom Werkzeug 2 ein Abschnitt A des Profils 4 bearbeitet. Die Werkzeugspitze 5 beschreibt hierbei die Bahn 6. Hierbei wird ein Teilprofil im Abschnitt A mit einer Profiltiefe 7 erzeugt.

Ist dieses Teilprofil im Abschnitt A mit der Profiltiefe 7 am Umfang des Werkstücks 3 erzeugt worden, dann wird der Relativabstand zwischen Werkstück 3 und Werkzeug 2 in Hubrichtung gesehen verändert. Es handelt sich hierbei um die Hublagenverstellung HV nach Fig. 1. Anschließend wird mit dem Werkzeug 2 der sich an den Abschnitt A an­ schließende Abschnitt B des Profils erzeugt, wobei die Spitze 5 des Werkzeugs 2 die Bahn 8 beschreibt. Dies ist in Fig. 2b dargestellt. Die Bearbeitung des Abschnitts B erfolgt ebenfalls mit der Profiltiefe 7 entsprechend dem Abschnitt A.

Bei der Bearbeitung des Abschnitts A liegt der Auslaufbe­ reich 9 des Werkzeugs 2 aus dem Werkstück im Bereich des Werkstücks 3. Bei der Bearbeitung des Abschnitts B liegt dagegen der Einlaufbereich 10 der Werkzeugspitze im Bereich des Werkstücks 3. Die Hublagenverstellung HV ist so gewählt, daß der Einlaufbereich 10 den Auslaufbereich 9 überlappt, wie dies der Fig. 1 deutlich zu entnehmen ist. Detailpro­ file in den Abschnitten A und B mit der Profiltiefe 7 gehen also stufenlos ineinander über.

Nachdem das vorgenannte Teilprofil in den Abschnitten A und B hergestellt ist wird das Werkzeug 2 um die Hublagen­ verstellung HV in die ursprüngliche Stellung des Abschnitts A zurückverfahren und der Abstand zwischen dem Werkzeug 2 um dem Werkstück 3 vermindert. Im Abschnitt A wird ent­ sprechend der Fig. 2c im Abschnitt A das Profil 4 vertieft um eine weitere Profiltiefe 7. Anschließend wird gemäß Fig. 2d der Abschnitt B bearbeitet, wobei zuvor das Werk­ zeug 2 um die Hublage HV verstellt wurde.

Diese Vorgehensweise wird solange wiederholt, bis die endgültige Profiltiefe des Profils 4 gemäß Fig. 2e erreicht ist.

Die Hublagenverstellung HV kann erreicht werden durch eine axiale Verstelleinrichtung am Werkzeugträger 1 oder durch Verstellen des den Werkzeugträger 1 lagernden Werkzeug­ schlittens. Im Fall einer Zahnradwälzstoßmaschine, bei welcher der Werkzeugträger eine zusätzliche Drehung bei der Hubbewe­ gung ausführt, wird durch eine axiale Verstelleinrichtung er­ reicht, daß sich eine kontinuierliche Fortsetzung der Schraubenlinie längs der gesamten Profillänge PL ergibt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist keine Hublagenver­ stellung entsprechend Fig. 1 erforderlich. Vielmehr sind am Werkzeugträger 1 zwei Werkzeuge 2, 2A axial zueinander versetzt angeordnet, wobei der Axialabstand zwischen den Werkzeugen 2, 2A entsprechend der Länge der Hublagenver­ stellung HV nach Fig. 1 ist. Die beiden Werkzeuge 2, 2A bewegen sich gleichzeitig auf den Bahnen 6, 8A wobei der Auslaufbereich 9 des Werkzeugs 2 und der Einlaufbereich 10A des Werkzeugs 2A einander überlappen. Von den beiden Werkzeugen 2, 2A werden beide Abschnitte A, B, d. h. die gesamte Profillänge PL gleichzeitig bearbeitet.

Wie im zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der Abstand zwischen den Werkzeugen und dem Werkstück 3 zwischen aufeinanderfolgenden Hubbewegungen verringert, so daß ein Profil 4 mit zunehmender Profiltiefe bis zum Erreichen der endgültigen Profiltiefe erzeugt wird.

Bei der Verfahrensvariante nach Fig. 4 sind am Werkzeug­ träger 1 wiederum zwei Werkzeuge 2, 2A angeordnet, wie dies bei Fig. 3 der Fall ist, jedoch ist zusätzlich eine Hublagenverstellung HV entsprechend Fig. 1 vorgesehen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Axialabstand zwischen den Werkzeugen 2, 2A in Hubrichtung gesehen doppelt so groß wie die Größe der Hublagenverstellung HV. Das Profil 4 ist somit in die Abschnitte A, B, C und D unterteilbar.

In einem ersten Schritt werden die Abschnitte A und C von den Werkzeugen 2, 2A bearbeitet und zwar mit einer ersten Profiltiefe 7 wie an Hand der Fig. 2 erläutert. Anschließend wird der Werkzeugträger 1 um die Hublagenverstellung HV nach unten verstellt, womit dann die Abschnitte B und D mit der Profiltiefe 7 bearbeitet werden.

Nach Rückstellung des Werkzeugträgers 1 in die in Fig. 4 gezeigte Lage wird der Abstand zwischen Werkstück 3 und den Werkzeugen 2, 2A vermindert und sodann die Abschnitte A und C mit einer vergrößerten Profiltiefe bearbeitet. Anschließend wird der Werkzeugträger 1 um den Betrag HV nach unten verstellt, wodurch sodann die Abschnitte B und D bearbeitbar sind.

Die von den Spitzen der Werkzeuge 2, 2A ausgeführten Bahnen 6, 8A sind in der oberen Stellung des Werkzeugträgers 1 ausgezogen und nach Verstellung um den Betrag HV gestrichelt dargestellt. Wie in den zuvor beschriebenen Ausführungs­ beispielen überlappen sich die Ein- und Auslaufbereiche 9, 10 der Werkzeuge 2, 2A.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 sind am Werkzeugträger 1 in axialer Richtung versetzt 2 Stoßwerkzeuge 2, 2B ange­ ordnet, die jedoch um 180° zueinander versetzt sind. Nachdem der Bereich A vom Werkzeug 2 mit der Profiltiefe 7 bearbei­ tet wurde, wird der Werkzeugträger 1 um 180° gedreht, so daß nunmehr das Werkzeug 2B den Abschnitt B mit der Profil­ tiefe 7 bearbeitet. Nach einer abermaligen Drehung des Werkzeugträgers 1 um 180° und einer Verminderung des Abstands zwischen dem Werkzeugträger 1 und dem Werkstück 3 um eine weitere Profiltiefe 7 erfolgt abermals eine Bearbeitung des Abschnitts A, sodann ein Drehen des Werkzeugträgers 1 um 180° und danach eine Bearbeitung des Abschnitts B. Das Drehen des Werkzeugträgers 1 und die Zustellbewegung des Werkstücks 3 nach jeweils zwei Drehungen des Werkzeug­ trägers 1 wird solange wiederholt, bis die endgültige Pro­ filtiefe des Profils 4 erreicht ist. Die Werkzeuge 2, 2B können auch um andere Winkel versetzt zueinander angeordnet sein und der Werkzeugträger 1 wird dann um den entsprechenden Winkel gedreht.

Bei dem Verfahren nach Fig. 6 sind am Werkzeugträger wiederum zwei Werkzeuge 2, 2B um 180° versetzt vorgesehen, außerdem ist eine Hublagenverstellung HV des Werkzeugträ­ gers 1 möglich. Der Axialabstand zwischen den Werkzeugen 2, 2B ist doppelt so groß wie die Hublagenverstellung HV. Das Profil 4 ist in Längsrichtung wiederum in vier Abschnitte A, B, C, D unterteilt. Als erstes wird der Abschnitt A mit der Profiltiefe 7 bearbeitet. Anschließend wird der Werkzeugträger 1 um den Betrag HV verstellt, so daß nun­ mehr vom Werkzeug 2 der Abschnitt B bearbeitet wird. Alter­ nativ dazu ist es möglich, ohne Hublagenverstellung durch Drehen des Werkzeugträgers 1 den Abschnitt C nach dem Ab­ schnitt A zu bearbeiten und erst dann den Werkzeugträger 1 um den Betrag HV zu verstellen.

Bei den Ausführungsvarianten nach den Fig. 4 und 6 können doppelt solange Profillängen PL erzeugt werden, als dies bei den Ausführungsvarianten nach den Fig. 3 und 5 der Fall ist.

Die Hublänge HL kann entsprechend der Bearbeitungsaufgabe variiert werden. Dies sei an Hand der Fig. 1 erläutert. Soll das Profil bspw. geschrubbt werden, dann wird die maxi­ male Hublänge HL eingestellt, so daß sich die Bereiche A, B ergeben. Soll dagegen das Profil geschlichtet werden, dann ist es möglich, die Hublänge HL beispielsweise um die Hälfte zu vermindern, so daß die Bereiche A und B jeweils in zwei Teilbereiche unterteilt werden. Die Größe der Hub­ verstellung zwischen der Bearbeitung von zwei benachbar­ ten Teilbereichen wird dann ebenfalls auf die Hälfte ver­ mindert.

In Fig. 7 sind die Verhältnisse dargestellt, wenn das Werk­ zeug außerhalb des Werkstücks einläuft und der Werkzeug­ auslauf innerhalb des Werkstücks erfolgt. Es handelt sich hierbei bspw. um die Verhältnisse nach Fig. 1 vor der Hub­ lagenverstellung. Der Mindestschnittwinkel 11 ist der Winkel der sich am Auslaufpunkt zwischen einer Horizontalen und der Tangente der Bahn 6 ergibt.

Die Verhältnisse mit einem Werkzeugeinlauf innerhalb des Werkstücks und einem Werkzeugauslauf außerhalb des Werkstücks zeigt die Fig. 8. Diese Verhältnisse sind beispielsweise gegeben bei der Verfahrensvariante nach Fig. 4 beim dortigen Werkzeug 2A vor der Hublagenverstellung. Der maximal zu­ lässige Schnittwinkel 11A beim Werkzeug 2A ergibt sich am Einlaufpunkt aus einer Vertikalen und einer Tangente an der Bahnkurve 8A. Der dazu größere Freiwinkel ist mit 12 bezeichnet.

In den Fig. 9 und 10 sind Längskorrekturen des Profils dargestellt. Gemäß Fig. 9 verläuft der obere Profilabschnitt 4A geneigt gegenüber dem Profilabschnitt 4. Der Neigungs­ winkel ist mit 13 bezeichnet. Bei einer Zahnrad-Wälzstoß­ maschine wird diese Längskorrektur dadurch erhalten, daß bei der Bearbeitung des Profilabschnitts 4A die Stoßspindel geneigt zur Achse des Werkstücks 3 sich bewegt. Bei der Bearbeitung des Abschnitts 4 verlaufen Stoßspindel und die Achse des Werkstücks parallel zueinander.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 10 ist das Längsprofil an beiden Enden um den Winkel 13 korrigiert.

Nach den Fig. 11 und 12 weist das Profil vier Abschnitte 4B, 4C auf, wobei die beiden einander benachbarten Abschnitte 4C zueinander gleiche, jedoch entgegengesetzte Korrektur­ winkel aufweisen, ebenso wie die äußeren Profilabschnitte 4B, die unter einem größeren Korrekturwinkel verlaufen als die Abschnitte 4C. Auf diese Weise werden Hüllschnitte erzeugt, welche tangential zur gewünschten Sollkorrektur­ kurve 14 verlaufen.

Wie schon zuvor erwähnt, kann die Hublagenverstellung HV bewirkt werden durch axiales Verstellen des Werkzeugträgers oder des Werkzeugschlittens. Bei einer Zahnradwälzstoß­ maschine wird bei einer axialen Verstellung des Werkzeug­ trägers erreicht, daß bei der Hublagenverstellung durch axiales Verstellen des Werkzeugträgers infolge der Schrauben­ führung des Werkzeugträgers sich eine kontinuierliche Fortsetzung der Schraubenlinien über die gesamte Profil­ länge ergibt. Um dies auch bei einer axialen Verstellung des Werkzeugschlittens oder des Werkstückträgers zu er­ reichen, muß mit dieser axialen Verstellung auch eine von der Größe der Hublagenverstellung abhängige Drehung um die Werkzeug- und/oder Werkstückrotationsachse durchge­ führt werden.

Claims (21)

1. Verfahren zum Herstellen von profilierten Werkstücken durch eine Werkzeugmaschine, deren Werkzeug- oder Werk­ stückträger eine hin- und hergehende Hubbewegung ausführt, bei der mindestens ein Werkzeug in Bewegungsrichtung des Trägers ein Profil am Werkstück erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (HL) der Hubbewegung kleiner ist als die Länge (PL) des Profils (4) in Hubrichtung und das Profil (4) in Richtung der Relativbewegung zwischen Werkzeug (2) und Werkstück (3) in mindestens zwei Abschnitte (A, B) unterteilt ist, die getrennt voneinander erzeugt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abschnitte (A, B) nacheinander erzeugt werden und nach Erzeugen des einen Abschnitts (A) die Relativstellung in Hubrichtung zwischen Werk­ zeug (2) und Werkstück (3) verändert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abschnitte (A, B) durch mindestens zwei in Hubrichtung versetzt zueinander am Werkzeug­ träger (1) angeordnete Werkzeuge (2, 2A, 2B) erzeugt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die mindestens zwei Werkzeuge (2, 2A) beide in Eingriffsrichtung mit dem Werkstück (3) am Werkzeugträger (1) angeordnet sind und die Abschnitte (A, B) gleichzeitig erzeugt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die mindestens zwei Werkzeuge (2, 2B) in Umfangsrichtung versetzt zueinander am Werkzeug­ träger (1) angeordnet sind und nach dem Erzeugen des einen Abschnitts (A) durch das eine Werkzeug (2) der Werkzeugträger (1) zur Erzeugung des anderen Abschnitts (B) durch das andere Werkzeug (2B) gedreht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß nach dem Erzeugen von mindestens zwei ersten Abschnitten (A, B) die Relativstellung in Hubrichtung zwischen dem Werkstück (3) und den Werk­ zeugen (2, 2A, 2B) verändert und sodann mindestens ein weiterer Abschnitt (C) erzeugt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen aufeinander­ folgenden Hubbewegungen zur Erzeugung eines Abschnitts (A) der Abstand zwischen dem Werkzeug (2) und dem Werk­ stück (3) vermindert wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der einen Bewegungs­ richtung der Hubbewegung das mindestens eine Werkzeug (2) in Eingriff mit dem Werkstück (3) steht und in der anderen Bewegungsrichtung der Hubbewegung durch Abheben Werkzeug (2) und Werkstück (3) außer Eingriff kommen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ein- und Auslaufbereiche (9, 10) des mindestens einen Werkzeugs (2) beieinander benachbarten Abschnitten (A, B) einander überlappen.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Profil (4) abschnittsweise mit einer ersten Profiltiefe (7) und durch Vermindern des Abstands zwischen Werkzeug (2) und Werkstück (3) anschließend abschnittsweise in einer weiteren Profil­ tiefe erzeugt wird und das Verfahren so lange wiederholt wird, bis die endgültige Profiltiefe (PT) erreicht ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (3) ein rotationssymmetrisches Werkstück ist, bei dem in Umfangsrichtung Profile (4) abschnittsweise erzeugt werden und das sich um seine Rotationsachse dreht.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das mindestens eine Werkzeug (2) ein nach dem Wälzverfahren arbeitendes und um seine Achse hin- und herdrehendes Schneidrad ist, dessen Dreh­ bewegung von seiner Hubbewegung (HL) proportional ab­ hängig ist.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Neigung (13) zwischen der Rotationsachse und der Hubachse des Werkzeugträgers (1) von Abschnitt (4A) zu Abschnitt (4) verändert wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Neigung (13) von Abschnitt zu Abschnitt (4B, 4C) von positiven zu negativen Winkeln verändert wird.

15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen dem Erzeugen benachbar­ ter Abschnitte (A, B) die axiale Stellung des Werkzeug­ trägers (1) verändert wird.

16. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen dem Erzeugen benachbar­ ter Abschnitte (A, B) die axiale Stellung des Werkzeug­ schlittens und/oder des Werkzeugträgers und die Dreh­ stellung des Werkzeugs und/oder des Werkstücks in Abhängigkeit der axialen Stellungsänderung verändert wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittrichtung des mindestens einen Werkzeugs (2) zwischen der Er­ zeugung zweier benachbarter Abschnitte (A, B) geändert wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativgeschwin­ digkeit zwischen Werkzeug (2) und Werkstück (3) beim Arbeitshub und/oder Rückhub beliebig veränderbar ist.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstück- und/ oder der Werkzeugträger quer zur Verbindungslinie ihrer Achsen je nach Erfordernis wahlweise in Verbindung mit der Veränderung des Abstands zwischen diesen Achsen und/oder der Werkzeug- und/oder der Werkstück­ rotationsachse und/oder der Neigung zwischen der Rotationsachse des Werkzeugs und der Hubachse verstellt wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurven im Ein- und Auslaufbereich (9, 10) beliebig wählbar sind.

21. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Betrag der Abhebung beliebig wählbar ist.