DE10007499A1 - Verfahren zum Feinbearbeiten von zahnradförmigen Werkstücken - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Feinbearbeiten von zahnradförmigen Werkstücken (S) mittels eines innen- oder außenverzahnten Werkzeuges (T), bei dem das Werkstück (S) um eine Achse (C1) rotiert, das Werkzeug (T) um eine Achse (C2) rotiert, Werkstück (S) und Werkzeug (T) jeweils mit Zahnflanken versehen sind, die in einem Schrägverzahnungswinkel (cs) und (ct) angeordnet sind, wobei die jeweiligen Schrägverzahnungswinkel des Werkstücks (cs) und des Werkzeugs (ct) voneinander abweichen können, Werkstück (S) und Werkzeug (T) in einem Achskreuzwinkel (alpha) zueinander angeordnet sind, Werkstück (S) und Werkzeug (T) in kämmendem Eingriff miteinander stehen und Werkstück (S) und Werkzeug (T) bei einem Feinbearbeitungsvorgang des Werkstücks (S) in einer Folge von Kontaktpunkten (K), die zwischen zwei Stirnseiten eines Werkstücks (S) eine Kontaktkurve (L) bilden, tangential aneinander anliegen, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (S) in Richtung der ersten Achse (Z) relativ zum Werkzeug (T) am Werkzeug (T) vorbeigeführt wird, wobei die Kontaktkurve (L) parallel zur ersten Achse (Z) verläuft, und daß das Werkstück (S) und das Werkzeug (T) zum Feinbearbeiten, bezogen auf eine zweite Achse (X), die orthogonal zur ersten Achse (Z) steht, jeweils um den Schrägverzahnungswinkel (cs, ct) eingeschwenkt werden. Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Feinbearbeiten von zahnradförmigen Werkstücken mittels eines innen- oder außenverzahnten Werkzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Das Feinbearbeiten von zahnradförmigen Werkstücken zielt auf die abschließende Formgebung der Zahnflanken ab, die beispielsweise zylindrisch, ballig, hohl, konisch, konisch- ballig oder hohl-ballig geformt sein können. Unter Feinbearbeitung wird im folgenden unter anderem Honen, Schaben, Schabschleifen aber auch Verzahnungshonen, mithin die Endbearbeitung der Zahnflanken eines zahnradförmigen Werkstücks verstanden.

Die Zahnflanken des Werkstücks und auch des Werkzeugs sind, bezogen auf die jeweilige Rotationsachse, in einem Winkel, dem Schrägverzahnungswinkel angeordnet, wobei der Schrägverzahnungswinkel des Werkzeugs auf den Schrägverzahnungswinkel des Werkstücks abgestimmt ist. Die Differenz der beiden Schrägverzahnungswinkel wird als Achskreuzwinkel α bezeichnet. Beim Feinbearbeiten stehen die Zahnflanken von Werkstück und Werkzeug im kämmenden Eingriff miteinander. Ein Feinbearbeitungsvorgang erfolgt jeweils von einer Stirnseite des Werkstücks zur anderen Stirnseite des Werksstücks. Dabei liegen die Zahnflanken des Werkstücks und des Werkzeugs in einer Folge von Kontaktpunkten jeweils tangential aneinander. Die Kontaktpunkte bilden beim Feinbearbeiten des Werkstücks zwischen den beiden Stirnseiten eine Kontaktlinie.

Bei bekannten Vorrichtungen aus dem Stand der Technik, so wie sie zum Beispiel in der DE 42 14 851 beschrieben sind, ist das Werkstück auf einem Werkstücktisch eingespannt und das Werkzeug wird zum Feinbearbeiten des Werkstücks an dessen Zahnflanken vorbeigeführt, wobei die Kontaktlinie einzuhalten ist, um unerwünschte Sekundärkontakte zu vermeiden, durch die unkontrollierte Schnitte oder Riefen in der Zahnflanke des Werkstücks erzeugt würden. Das Werkzeug wird zum Bearbeiten des Werkstücks auf mehreren Schlitten geführt, die eine Bewegung bzw. ein Positionieren des Werkzeugs in Richtung dreier, orthogonal aufeinanderstehender Achsen (X, Y, Z) ermöglichen.

Das Steuern des Werkzeugs erfordert aber nicht nur einen hohen Programmierungsaufwand, vor allem gestaltet sich die Vorrichtung außerordentlich teuer und kompliziert, weil mindestens zwei Schlitten zum Bewegen des Werkzeugs erforderlich sind, die aufeinander aufgesetzt sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, mit dem das Feinbearbeiten eines außenverzahnten Werkstücks einfacher und preiswerter durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 11.

Die Feinbearbeitung eines außenverzahnten Werkstücks erfolgte bisher stets an einem drehbar aber ansonsten ortsfest eingespannten Werkstück. Bewegt wurde ausschließlich das Werkzeug. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahme, bei der das Werkstück zum Feinbearbeiten bezogen auf eine erste Achse X in der Weise eingeschwenkt wird, daß die sich zwischen Werkzeug und Werkstück ergebende Kontaktkurve L im wesentlichen in einer Ebene liegt, die durch die erste Achse X und eine zweite Achse Z gebildet wird, die auf der ersten Achse X orthogonal steht, gestaltet sich das Verfahren zum Feinbearbeiten und damit auch die Vorrichtung zur Feinbearbeitung eines zahnradförmigen Werkstücks wesentlich einfacher und preiswerter und gewährleistet, daß bei allen denkbaren Werkstück-Werkzeug-Kombinationen und allen denkbaren Zahnflanken-Gestaltungen eine kostengünstige Bearbeitung mit synchron betriebenen Rotationsantrieben bei Einhaltung linearer Drehzahlen möglich ist.

Das Werkstück rotiert beim Feinbearbeiten um eine Achse C1, das Werkzeug rotiert beim Feinbearbeiten um eine Achse C2.

Werkstück und Werkzeug sind jeweils mit Zahnflanken versehen, die, jeweils bezogen auf die Achsen C1 und C2, in einem Schrägverzahnungswinkel cs bzw. ct angeordnet sind, wobei die jeweiligen Schrägverzahnungswinkel des Werkstücks und des Werkzeugs voneinander abweichen. Die Achsen C1 und C2 sind im Abstand voneinander in parallelen Ebenen, jedoch in einem Winkel, dem Achskreuzwinkel α, zueinander angeordnet. Der Achskreuzwinkel α wird durch die Differenz der Schrägverzahnungswinkel cs und ct von Werkstück und Werkzeug definiert. Beim Feinbearbeiten stehen Werkstück und Werkzeug in kämmendem Eingriff miteinander. Werkstück und Werkzeug liegen bei einem Feinbearbeitungsvorgang in einer Folge von Kontaktpunkten tangential aneinander an. Diese Folge von Kontaktpunkten bildet zwischen den Stirnseiten des Werkstücks eine Kontaktkurve, die nach der Lehre der Erfindung gezielt ausgerichtet werden kann. Anders als beim Stand der Technik ist das erfindungsgemäße Verfahren zum Feinbearbeiten eines zahnradförmigen Werkstücks nicht mehr dadurch begrenzt, daß allein das Werkzeug ortsbeweglich ist. Durch das Ausrichten des Werkstücks ist es möglich, die Kontaktkurve L so auszurichten, daß sich ein Bearbeitungsverlauf ergibt, der es ermöglicht, ein Feinbearbeiten des Werkstücks, auch mit synchron geschalteten Rotationsantrieben, bei gleichbleibenden Drehzahlen durchzuführen. Dies minimiert Schwingungsprobleme und erhöht die Präzision der Bearbeitung.

Das Werkstück und, falls erforderlich, das Werkzeug werden jeweils um den Schrägverzahnungwinkel cs bzw. ct bezogen auf die erste Achse X, auch als Zustellachse bezeichnet, geschwenkt. Die erste Achse X steht orthogonal zu der zweiten Achse Z. Werkstück und Werkzeug sind so angeordnet, daß ein Feinbearbeitungsvorgang im wesentlichen parallel zur zweiten Achse Z erfolgt, die auch als Vorschubachse bezeichnet wird. Eine Bewegung in Richtung der Achse X, der Zustellachse, ist z. B. dann erforderlich, wenn ballige Zahnflanken zu bearbeiten sind. Das Verschwenken des Werkstücks und, falls erforderlich, des Werkzeugs um die erste Achse X um den Betrag des jeweiligen Schrägverzahnungswinkels cs bzw. ct ermöglicht es, daß das Werkstück S und das Werkzeug T zum Feinbearbeiten der Zahnflanken des Werkstücks S nun nur noch Bewegungen in einer Ebene, also in Richtung der Z-Achse und der X-Achse ausführen muß. Nach der Lehre der Erfindung ist ein Verschwenken von Werkstück S und/oder Werkzeug T immer dann erforderlich, wenn der Schrägverzahnungswinkel ungleich 0 Grad ist.

Durch das Ausrichten von Werkstück S und/oder Werkzeug T wird erheblicher Steuerungs- und Programmieraufwand vermieden, der für die Abstimmung des Drehzahlverlaufs bei konventionellen Verfahren und Vorrichtungen erforderlich ist. Außerdem werden Schwingungsprobleme vermieden, die, wenn überhaupt, nur durch Einsatz besonders aufwendiger und materialintensiver Vorrichtungen vermieden werden können. Die freie Beweglichkeit von Werkstück und Werkzeug ermöglicht eine Optimierung der Bewegungen beider Elemente zueinander. Auch dies kann zu einer Minimierung des Rechen- und Steueraufwandes genutzt werden und führt dazu, daß Bahnsteuerungen äußerst komplexer Zahnflanken programmiert und abgearbeitet werden können.

Dadurch, daß das Werkstück während des Feinbearbeitens in Richtung der ersten Achse Z am Werkzeug vorbei bewegt wird, wird der Aufwand zur Steuerung des Werkzeugs erheblich reduziert und der gesamte Programmier- und Steuerungsaufwand verringert. Auch hier liegt auf der Hand, daß die erhöhten Freiheitsgrade verbesserte Möglichkeiten zur Feinbearbeitung zahnradförmiger Werkstücke bietet.

Durch eine Bewegung in Richtung der zweiten Achse X kann der Abstand zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug verringert oder vergrößert werden. Dadurch wird ermöglicht, daß das Werkzeug eine Zustellbewegung in Richtung auf das Werkstück ausführen kann. Dies verbessert zusätzlich die Bearbeitungsmöglichkeiten der Zahnflanken des Werkstücks.

Durch ein Neigen um eine dritte Achse Y, die orthogonal auf der ersten Achse X und der zweiten Achse Z steht, kann das Werkzeug T optimal auf die Bearbeitung balliger oder konischer Zahnflanken des Werkstücks S eingestellt werden.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es nicht nur möglich, das Werkstück vor dem Feinbearbeiten auszurichten. Vielmehr kann das Werkstück - und auch das Werkzeug - auch während des Feinbearbeitens in sämtliche gewünschten Richtungen oder Winkel nachgeführt oder ausgerichtet werden. Dies verbessert die Steuerung des Verfahrens, das auf eine jeweils tangentiale Anlage der Zahnflanken von Werkstück und Werkzeug im Kontaktpunkt während des Feinbearbeitens ausgerichtet ist. Durch das Nachführen des Werkstücks S bzw. des Werkzeugs T wird vor allem ermöglicht, daß ein Schleifkorn des Werkzeugs T stets in definierter Weise, vor allem stets mit definiertem Anpreßdruck belastet wird. Dies führt dazu, daß unkontrollierte Schnittbedingungen vermieden werden, und daß die Standzeit des Werkzeugs T verbessert wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann ohne weiteres eingesetzt werden, wenn zum Feinbearbeiten des Werkstücks nur das Werkzeug oder nur das Werkstück angetrieben ist. Besonders vorteilhaft wirkt es sich jedoch aus, wenn Werkzeug und Werkstück synchron angetrieben sind. Dann können die Rotationsantriebe von Werkstück und/oder Werkzeug mit linearen Drehzahlen angetrieben werden. Dies minimiert Schwingungsprobleme und verbessert die Bearbeitungsgenauigkeit.

Die Erfindung wird zwar beschrieben am Beispiel eines zahnradförmigen Werkstücks und eines zahnkranzförmigen Werkzeugs. Das beschriebene Verfahren und auch die zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Vorrichtung umfassen jedoch auch das Feinbearbeiten eines zahnkranzförmigen Werkstücks mit einem zahnradförmigen Werkzeugs sowie auch das Feinbearbeiten eines zahnradförmigen Werkstücks mit einem zahnradförmigen Werkzeug.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann grundsätzlich auch mit einer konventionellen Vorrichtung durchgeführt werden, sofern z. B. der Werkstücktisch drehbar ausgestattet wird. Der apparative Aufwand ist jedoch beträchtlich. Bevorzugt wird daher die im folgenden beschriebene Vorrichtung.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist mindestens fünf teleskopartige, durch eine programmierbare Steuerung geführte und mit Antriebselementen versehene Führungselemente auf, wobei die Führungselemente die Reitstöcke und die Spannmittel - und damit das Werkstück und das Werkzeug - innerhalb des durch die Führungselemente erreichbaren Raums nach den Vorgaben der programmierbaren Steuerung ausrichten. Durch diese Konstruktion entfällt die Bindung an ein zwar rotierend aber im übrigen ortsfest angeordnetes Werkstück. Werkzeug und Werkstück können im Prinzip in gleicher Weise gezielt ausgerichtet und bewegt werden.

Je nach Wahl können auch weitere Führungselemente in die Vorrichtung einbezogen werden. Dadurch wird die Positionierung von Werkstück S und Werkzeug T sowie die Steifigkeit der Vorrichtung und die Aufteilung der Kräfte unter den Führungselementen verbessert.

Die teleskopartigen Führungselemente werden beispielsweise in einem stabilen Rahmen angeordnet. Eine solche Konstruktion ist leicht und trotzdem steif. Sie ist wesentlich einfacher herzustellen und preiswerter als bekannte Vorrichtungen, die aufwendige Werktische, Führungen und Schlitten benötigten.

Für die Steuerung dieser Vorrichtung bedarf es daher auch nicht mehr der bislang üblichen, orthogonalen Anordnung mehrerer, aufeinander geschichteter Achsen. Die mindestens fünf, vorzugsweise sechs Führungselemente werden nur auf Zug und Druck belastet. Es ergeben sich keine Biegemomente mehr.

Das Ansteuern der Kontaktpunkte, aus denen sich die vorgegebene, jeweils abzuarbeitende Kontaktkurve zusammensetzt, kann nunmehr in einer Ebene erfolgen. Ein Bewegen allein des Werkzeugs in einem dreidimensionalen Raum ist nicht mehr erforderlich.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der folgenden Figur näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische, schematische Ansicht von Werkstück und Werkzeug mit Angabe der verschiedenen Winkel und Achsen;

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf Werkstück und Werkzeug;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. 3

Fig. 1 zeigt ein zahnradförmiges Werkstück S, das innerhalb eines zahnkranzförmigen Werkzeugs T angeordnet ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind sowohl für das Werkstück S als auch für das Werkzeug T jeweils nur in schematisierender Vereinfachung die Hüllkörper angegeben. Das Werkstück S ist in der Darstellung der Fig. 1 bezogen auf eine erste Achse X im bzw. in der Nähe des oberen Scheitelpunkts des Werkzeugs T angeordnet. Die Zahnflanken des Werkstücks S und des Werkzeugs T stehen in kämmendem Eingriff. Das Werkstück S und das Werkzeug T weisen Hauptrotationsachsen C1 und C2 auf, um die herum beide beim Feinbearbeiten des Werkstücks S rotieren. Diese Hauptrotationsachsen C1 und C2 sind in parallelen, aber im Abstand voneinander angeordneten Ebenen ausgerichtet.

Das Werkzeug T ist, bezogen auf eine zweite Achse Z, um einen Winkel ct geschwenkt. Das Schwenken wird durch den Pfeil A angedeutet. Das Schwenken erfolgt um die erste Achse X herum, die orthogonal auf der zweiten Achse Z steht. Der Winkel ct, der Schrägverzahnungswinkel des Werkzeugs, wird bestimmt durch den Winkel, in dem die Zahnflanken des Werkzeugs T bezogen auf die Hauptrotationsachse C2 angeordnet sind.

Das Werkstück S ist, bezogen auf die zweite Achse Z, um einen Winkel cs geschwenkt. Der Winkel cs ist der Schrägverzahnungswinkel des Werkstücks S. Er wird bestimmt durch den Winkel, in dem die Zahnflanken des Werkstücks S bezogen auf dessen Hauptrotationsachse C1 angeordnet sind.

Die Differenz zwischen den Winkeln cs und ct, die die Hauptrotationsachsen C1 und C2 jeweils mit der zweiten Achse Z bilden, ist der Achskreuzwinkel α (vgl. Fig. 2).

Je nach Ausformung der zu bearbeitenden Zahnflanken des Werkstücks S kann es erforderlich sein, das Werkzeug T um eine dritte Achse Y herum zu neigen. Diese Neigung wird durch den Pfeil B angedeutet. Durch diese Neigung des Werkzeugs T ist auch das Feinbearbeiten balliger oder konischer Zahnflanken möglich. Die Neigung erfolgt dabei um einen Neigungspunkt, also um den Schnittpunkt der ersten Achse X und der dritten Achse Y, der üblicherweise oberhalb des Werkzeugs T liegt.

Zum Feinbearbeiten des Werkstücks S wird dieses zunächst in der Weise ausgerichtet, daß eine sich beim Bearbeiten der Zahnflanken ergebende Kontaktkurve L etwa in der durch die erste und zweite Achse X und Z beschriebenen Ebene liegt. Beim Feinbearbeiten des Werkstücks S, das von einer ersten Stirnseite 2 zu einer zweiten Stirnseite 4 des Werkstücks S erfolgt, liegen dann die Zahnflanken des Werkstücks S und des Werkstücks T in einer Folge von Kontaktpunkten P stets tangential aneinander an (vgl. Fig. 2). Die Folge der Kontaktpunkte P bildet so die Kontaktlinie L. Es liegt auf der Hand, daß allein Bewegungen in der durch die Achsen X und Z bestimmten Ebene ausreichen, um das Werkstück S durch das Werkzeug T zu bearbeiten.

Falls erforderlich, kann natürlich auch das Werkzeug T vor dem Feinbearbeiten des Werkstücks S durch Schwenken in Richtung des Pfeils A oder Neigen in Richtung des Pfeils B so ausgerichtet werden, daß die Kontaktlinie L etwa in der durch die Achsen X und Z gebildeten Ebene liegt. Je nach Ausformung der Zahnflanken des Werkstücks S ergibt sich die Kontaktkurve L als Linie, die etwa parallel zur Achse Z in der durch die Achsen X und Z gebildeten Ebene verläuft.

Zum Feinbearbeiten des Werkstücks S können wahlweise das Werkzeug T am Werkstück S oder das Werkstück S in Richtung der Achse Z (Vorschubachse) am Werkzeug T vorbeigeführt werden, aber auch eine beiderseitige Relativbewegung ist möglich. Als besonders vorteilhaft erweist sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, daß eine oszillierende Bearbeitung des Werkstücks S, bei der Werkzeug T und Werkstück S synchron angetrieben sind, mit gleichbleibenden Drehzahlen der Rotationsantriebe möglich ist. Die Bearbeitung erfolgt dadurch besonders schwingungsarm.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es auch möglich, Werkstück S oder Werkzeug T während des Feinbearbeitens nachzuführen, um eine stete tangentiale Anlage der Zahnflanken im jeweiligen Kontaktpunkt P zu gewährleisten. Auch hier ist nur ein Nachführen in der durch die Achsen X und Z definierten Ebene oder ein Neigen des Werkzeugs T in Richtung des Pfeils B erforderlich. Je nach dem wie die Zahnflanken des Werkstücks S und des Werkzeugs T ausgeformt sind, kann die Tiefe des kämmenden Eingriffs zwischen den Zahnflanken durch Anheben oder Absenken von Werkstück S oder Werkzeug T in Richtung der Achse X verändert werden.

Fig. 2 zeigt eine schematisiert dargestellte Abfolge von Positionen des Werkstücks S und des Werkzeugs T bei einem Feinbearbeitungsvorgang. Das Werkzeug T ist im Winkel ct bezogen auf die Achse Z geschwenkt. Es rotiert um seine Hauptrotationsachse. Das Werkstück S ist, bezogen auf die Achse Z, im Winkel cs geschwenkt und rotiert gleichfalls um seine Hauptrotationsachse. Es wird entlang der Achse Z von einer ersten Stirnfläche 2 zu einer zweiten Stirnfläche 4 am Werkzeug T vorbeigeführt, wobei die Zahnflanken von Werkstück S und Werkzeug T miteinander im kämmenden Eingriff stehen und in einer Folge von Kontaktpunkten P stets tangential aneinander anliegen. Die durch die Folge von Kontaktpunkten P gebildete Kontaktlinie L verläuft in der Draufsicht etwa parallel zur Achse Z, der Vorschubachse.

Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es ist zwar auch möglich, eine konventionelle Bearbeitungsvorrichtung mittels eines beweglichen Einspanntisches für das Werkstück so umzubauen, daß die Feinbearbeitung mittels des oben beschriebenen Verfahrens erfolgen kann, doch erfordert dies zusätzlichen apparativen Aufwand.

Die Vorrichtung 6 nach Fig. 3 zeigt sechs Führungselemente H1 bis H6, die mit einem jeweils ersten Ende 10a bis f mit einer Führungsschiene 12 gelenkig und verschieblich verbunden und mit jeweils einem Antriebselement 14a bis f versehen sind. Die Antriebselemente 14a bis f sind mit einer programmierbaren Steuerung verbunden, die hier nicht näher dargestellt ist. Die Führungsschiene 12 ist an einem rechteckigen Werktisch 8 angebracht. Die Führungselemente H1 bis H4 sind im Eckbereich der Führungsschiene 12 angeordnet.

Die Führungselemente H1 und H4 sind mit einem zweiten Ende 16a, 16d jeweils an einem ersten Ende 18a, dem Reitstock, eines Werkstücktischs 18 gelenkig befestigt. Die Führungselemente H2 und H3 sind mit einem zweiten Ende 16b, 16c jeweils an einem zweiten Ende 18b des Werkstücktischs 18, einer Motorspindel, gelenkig befestigt. Der Werkstücktisch 18 dient zum Einspannen des Werkstücks S. Das Werkstück S wird auf der Motorspindel 18b in an sich bekannter Weise eingespannt. Handelt es sich beim Werkstück S um ein wellenartiges Bauteil, so wird das Werkstück S zusätzlich durch den Reitstock 18a fixiert. Durch von der programmierbaren Steuerung vorgegebene Längenänderungen der teleskopartigen Führungselemente H1 bis H4 kann der Werkstücktisch 18 in jeder beliebigen Position auf dem Werktisch 8 ausgerichtet und fixiert werden. Insbesondere sind Bewegungen in Richtung der Achse Z, der Vorschubachse und Schwenkbewegungen um die Achse X, in Richtung des Pfeils A, möglich.

Am Werktisch 8 sind zwei senkrechte Führungsschienen 20a, 20b angeordnet. In den Führungsschienen 20a, 20b ist eine Aufnahmevorrichtung 22 geführt. Diese Aufnahmevorrichtung 22 ist mit hier nicht näher dargestellten, an sich bekannten Spannmitteln zum Fixieren des Werkzeugs T ausgestattet. Die Spannmittel sind mit einem Antrieb 24 versehen, der ein Schwenken des Werkzeugs T um die Achse X in Richtung des Pfeils A ermöglicht. An der Aufnahmevorrichtung 22 sind die zweiten Enden 16e, 16f jeweils an gegenüberliegenden Seiten gelenkig befestigt.

Durch ein von der programmierbaren Steuerung vorgegebenes Verlängern oder Verkürzen der teleskopartigen Führungselemente H5 und H6 wird die Aufnahmevorrichtung 22 - und damit auch das in den Spannmitteln eingespannte Werkzeug T - zum einen angehoben und abgesenkt, also in Richtung der Achse X verschoben. Zum anderen wird die Aufnahmevorrichtung 22 um die Achse Y, in Richtung des Pfeils B, geneigt. Der Neigungspunkt, also der Schnittpunkt der ersten Achse X und der dritten Achse Y liegt dabei in bzw. an der Aufnahmevorrichtung 22 oberhalb des Werkzeugs T.

Grundsätzlich könnte die Aufnahmevorrichtung 22 direkt und ausschließlich über die Führungselemente H5 und H6 gehalten und positioniert werden. Zur besseren Kraftverteilung empfiehlt sich jedoch die Anordnung von Führungsschienen 20a, 20b. Der Werkstücktisch 18 und die Aufnahmevorrichtung 22 sind jeweils mit einem üblichen, hier nicht näher dargestellten Rotationsantrieb für das Werkstück S und das Werkzeug T zum rotierenden Antrieb während des Feinbearbeitens ausgestattet.

In einer verbesserten, hier nicht näher dargestellten Ausführungsform ist die Aufnahmevorrichtung 22 in einem Rahmen 26 angeordnet, in dem sie zusätzlich in Richtung der Achse Z, der Vorschubachse, verfahrbar ist.

Die Vorrichtung wird in der Weise betätigt, daß zunächst das Werkstück S in den Werkstücktisch 18 und das Werkzeug T in die Aufnahmevorrichtung 22 eingespannt und positioniert wird. Die Abmessungen des jeweiligen Werkstücks S und des Werkzeugs T werden in die programmierbare Steuerung eingelesen. Aus den vorgegebenen Abmessungen werden in der programmierbaren Steuerung die Schrägverzahnungswinkel cs und ct sowie der sich daraus ergebende Achskreuzwinkel α ermittelt. In der programmierbaren Steuerung wird dann eine Folge tangentialer Kontaktpunkte P berechnet, die die Kontakturve L ergeben. Es wird dann überprüft, ob die Position von Werkstück S und Werkzeug T mit den berechneten Positionen übereinstimmt, so daß eine störungsfreie Feinbearbeitung erfolgen kann, das heißt, die abzuarbeitende Kontaktkurve L beim Feinbearbeiten des Werkstücks S etwa in der durch die Achsen X und Z vorgegebenen Ebene liegt. Die Berechnung der Kontaktkurve L kann natürlich auch bereits durch den Hersteller des zu bearbeitenden Werkstücks S erfolgen und per Datenträger in die programmierbare Steuerung als fertiges Steuerungsprogramm eingelesen werden. Es ist dann lediglich durch ein entsprechendes Positionieren von Werkzeug T und Werkstück S sicherzustellen, daß eine korrekte Ausgangsposition für den Feinbearbeitungsvorgang eingestellt wurde.

Das Werkstück S wird dann nach den Vorgaben des jeweiligen Steuerungsprogramms durch entsprechendes Verlängern oder Verkürzen der Führungselemente H1 bis H4 so ausgerichtet, daß ein Feinbearbeiten der Zahnflanken des Werkstücks S durch die Zahnflanken des Werkzeugs T parallel zur Achse Z, der Vorschubachse, erfolgen kann.

Dann wird das Werkzeug T nach den Vorgaben des jeweiligen Steuerungsprogramms durch entsprechendes Verlängern oder Verkürzen der Führungselemente H5 und H6 sowie durch Ausrichten mittels des Antriebs 24 in einer Position ausgerichtet, in der die Zahnflanken des Werkstücks S mit dem Zahnflanken des Werkzeugs T im Eingriff stehen und ein Feinbearbeiten des Werkstücks S erfolgen kann. Zum Feinbearbeiten des Werkstücks S ist im wesentlichen ein Vorschub in Richtung der Achse Z sowie ggf. in Richtung der Achse X erforderlich. Während des Feinbearbeitens sind also durch die Führungselemente H1 bis H6 nur noch einfache, lineare Bewegungen auszuführen. Werkstück S und Werkzeug T können daher synchron und mit gleichbleibenden Drehzahlen angetrieben werden. Fig. 4 zeigt die vom Werkstück S auszuführenden Bewegungen in Richtung der Achse Z sowie die Schwenkbewegung in Richtung des Pfeils A um die Achse X und die Zerlegung dieser Bewegungskomponenten in die linearen Bewegungen der Führungselemente H1 bis H4.

Aus dem vorstehenden ergibt sich, daß dieselben Bewegungen des Werkstücks S und des Werkzeugs T auch mit einer vereinfachten Vorrichtung mit nur drei teleskopartigen Führungselementen für den Werkstücktisch und zwei teleskopartigen Führungselementen für das Werkzeug ausführbar sind. Die in den Fig. 3 und 4 dargestellte Vorrichtung ermöglicht jedoch eine bessere Kraftverteilung und Führung des Werkstücks S bzw. des Werkzeugs T.

Claims (16)

1. Verfahren zum Feinbearbeiten von zahnradförmigen Werkstücken (S) mittels eines innen- oder außenverzahnten Werkzeuges (T), bei dem

• - das Werkstück (S) um eine Achse C1 rotiert,
• - das Werkzeug (T) um eine Achse C2 rotiert,
• - Werkstück (S) und Werkzeug (T) jeweils mit Zahnflanken versehen sind, die, jeweils bezogen auf die Achsen C1 und C2, in einem Schrägverzahnungswinkel (cs) und (ct) angeordnet sind, wobei die jeweiligen Schrägverzahnungswinkel des Werkstücks (cs) und des Werkzeugs (ct) voneinander abweichen,
• - Werkstück (S) und Werkzeug (T) in einem Achskreuzwinkel (α) zueinander angeordnet sind, der sich aus der Differenz der Schrägverzahnungswinkel (cs, ct) ergibt,
• - Werkstück (S) und Werkzeug (T) in kämmendem Eingriff miteinander stehen und
• - Werkstück (S) und Werkzeug (T) bei einem Feinbearbeitungsvorgang des Werkstücks (S) in einer Folge von Kontaktpunkten (P), die zwischen zwei Stirnseiten (2, 4)eines Werkstücks (S) eine Kontaktkurve (L) bilden, tangential aneinander anliegen,

dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (S) zum Feinbearbeiten bezogen auf eine erste Achse (X) in der Weise eingeschwenkt wird, daß die sich zwischen Werkzeug (T) und Werkstück (S) ergebende Kontaktkurve (L) im wesentlichen in einer Ebene liegt, die durch die erste Achse (X) und eine zweite Achse (Z), die auf der ersten Achse (X) orthogonal steht, gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum Werkstück (S) auch das Werkzeug (T) zum Feinbearbeiten bezogen auf eine zweite Achse (X) jeweils in der Weise eingeschwenkt wird, daß die sich zwischen Werkzeug (T) und Werkstück (S) ergebende Kontaktkurve (L) im wesentlichen in einer Ebene liegt, die durch die erste Achse (X) und die zweite Achse (Z), die auf der ersten Achse (X) orthogonal steht, gebildet wird

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktkurve (L) eine Linie bildet, die etwa parallel zur zweiten Achse (Z) verläuft.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (S) beim Feinbearbeiten in Richtung der zweiten Achse (Z) am Werkzeug (T) vorbei geführt wird, wobei die Kontaktkurve (L) in der durch die erste Achse (X) und die zweite Achse (Z) gebildeten Ebene verläuft.

5. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (T) zum Feinbearbeiten des Werkstücks (S) in Richtung der ersten Achse (X) so angeordnet werden kann, daß der Abstand von Werkstück (S) und Werkzeug (T) verringert oder vergrößert werden kann.

6. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (T) zum Feinbearbeiten des Werkstücks (S), bezogen auf eine dritte Achse (Y), die orthogonal auf der ersten Achse (X) und der zweiten Achse (Y) steht, geneigt werden kann.

7. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Feinbearbeiten des Werkstücks (S) in der Weise erfolgt, daß Werkstück (S) und Werkzeug (T) synchron angetrieben sind.

8. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsantriebe des Werkstücks (S) und/oder des Werkzeugs (T) beim Feinbearbeiten des Werkstücks (S) mit konstanter Drehzahl betrieben werden.

9. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtung des Werkstücks (S) und des Werkzeugs (T) zueinander während des Feinbearbeitens in Abhängigkeit von der Kontur der zu bearbeitenden Zahnflanken jeweils so gewählt und, falls erforderlich, nachgeführt wird, daß die Zahnflanken des Werkstücks (S) und des Werkzeugs (T) im jeweiligen Kontaktpunkt (P) stets tangential aneinander anliegen.

10. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zahnradförmige Werkstück (S) mittels Honen, Schleifen, Schabschleifen oder Verzahnungshonen feinbearbeitet wird.

11. Vorrichtung zum Feinbearbeiten eines außenverzahnten Werkstücks (S) mittels eines innen- oder außenverzahnten Werkzeugs (T), bei der
ein Werkstücktisch (18) zum Einspannen des Werkstücks (S), Spannmittel zum Einspannen des Werkzeugs (T), sowie Mittel zum Antreiben des Werkstücks (S) und des Werkzeugs (T) vorgesehen sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Werkstücktisch (18) und die Spannmittel mit mindestens fünf teleskopartigen, durch eine programmierbare Steuerung geführten und mit Antriebselementen (14a bis e) versehenen Führungselementen (H1 bis H5) verbunden sind, wobei die Führungselemente (H1 bis H5) den Werkstücktisch (18) und die Spannmittel - und damit das Werkstück (S) und das Werkzeug (T) - innerhalb des durch die Führungselemente (H1 bis H5) erreichbaren Raumes nach den Vorgaben der programmierbaren Steuerung ausrichten.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß vier Führungselemente (H1 bis H4) gelenkig mit dem Werkstücktisch (18) verbunden sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufnahmevorrichtung (22) mit Spannmitteln für das Werkzeug (T) vorgesehen ist, mit einem Antrieb (24) zum Schwenken des Werkzeugs (T) um die zweite Achse (X) in Richtung des Pfeils (A).

14. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Führungselemente (H5, H6) vorgesehen sind, die an der Aufnahmevorrichtung (22) gelenkig befestigt sind, und die ein Anheben und Absenken des Werkzeugs (T) entlang der Achse (X) sowie ein Neigen des Werkzeugs um die Achse (Y), in Richtung des Pfeils (B) ermöglichen.

15. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß Werkstücktisch (18) und Spannmittel jeweils mit Rotationsantrieben zum synchronen, rotierenden Antrieb von Werkstück (S) und/oder Werkzeug (T) ausgestattet sind.

16. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß Werkstück (S) und/oder Werkzeug (T) in Richtung der zweiten Achse Z, der Vorschubachse verfahrbar sind.