DE10124779A1

DE10124779A1 - Verfahren zum spanabhebenden Bearbeiten von Hypoidzahnrädern

Info

Publication number: DE10124779A1
Application number: DE10124779A
Authority: DE
Inventors: James Steven Fisher; Roland Clark Smith; John Edward Masseth
Original assignee: Dana Inc
Current assignee: Dana Automotive Systems Group LLC
Priority date: 2000-05-22
Filing date: 2001-05-21
Publication date: 2001-11-29
Also published as: US6336777B1

Abstract

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren unter Einsatz einer zweispindeligen Schneidbearbeitungsmaschine der Hurth-Modul-Bauart mit mehrspindeliger Auslegung, um ein Abwälzstirnfräsen bei Kegelzahnradsätzen der Hypoidspiralbauart durchzuführen. Ein erstes Schneidwerkzeug, welches an einer ersten Spindel angebracht ist, nimmt eine grobe spanabhebende Bearbeitung an den Zahnrädern vor, und ein zweites Schneidwerkzeug, welches an einer zweiten Spindel angebracht ist, nimmt eine abschließende Bearbeitung an den Zahnrädern vor, wobei mit beiden Schneidwerkzeugen eine Abwälzstirnfräsbearbeitung durchgeführt wird. Gemäß dieser Verfahrensweise wird eine Mehrzahl von Schneidwerkzeugen für ein einziges Zahnrad eingesetzt, aber in einer einzigen Maschine, wodurch sich der Schneidwerkzeugverschleiß reduzieren läßt, die Schneidwerkzeugstandzeit sich erhöhen läßt, und sich die Ausstoßleistung der mehrspindeligen Maschine durch den Einsatz der zweiten Spindeln steigern läßt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Feinteilungs-Schneidwerkzeug eingesetzt, um zu Beginn eine grobe spanabhebende Bearbeitung an dem Zahnrad vorzunehmen, und es wird ein Schneidwerkzeug mit einer groberen Teilung als zweites Schneidwerkzeug eingesetzt, um die spanabhebende Endbearbeitung an dem Zahnrad vorzunehmen.

Description

Die Erfindung befaßt sich allgemein mit dem Gebiet der Herstellung von Zahnrädern der Hypoidbauart oder von Hypoidkegelrädern. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf den Einsatz einer zweispindeligen spanabhe benden Bearbeitungsmaschine (Schneidbearbeitungsmaschine) mit einem Hurth-Modul zur Durchführung eines Abwälzstirnfräsens von Antriebskegel rädern oder Hohlrädern mit Hypoid- oder Spiralverzahnung, wobei bei der Bearbeitung beide Maschinenspindeln eingesetzt werden, um aufeinanderfol gend die Hypoidverzahnungen unter Einsatz eines Abwälzstirnfräsens grob zu bearbeiten und endzubearbeiten.

Auf dem Gebiet der spanabhebenden Bearbeitung bei Zahnrädern gibt es mehrere unterschiedliche alternative Bearbeitungsverfahren, die zur Her stellung eines Kegelrads eingesetzt werden. In Abhängigkeit von der Art der Verzahnung, d. h. Spiralverzahnung, Hypoidverzahnung usw., gibt es unter schiedliche Maschinen und Verfahrensweisen zum Gießen, Schmieden oder maschinellen Bearbeiten zur Formgebung der Zahnradzähne. Bei Kegelrädern mit Hypoidverzahnung und Spiralverzahnung wird zur Herstellung im all gemeinen entweder das Stirnfräsen oder das Abwälzstirnfräsen zur Erzeu gung der Zahnräder gewählt. Beim Stirnfräsen wird ein sich drehendes Schneidwerkzeug, welches Schneidmesser hat, die längs eines ausgewähl ten Radiuses angeordnet sind, in einen gewünschten Zahnschlitz an einem Werkstück (Zahnradrohling) zugestellt, wobei alle Schneidmesser am Schneidwerkzeug sukzessiv durch den Zahnschlitz bei einer gewünschten Tiefe gehen, und der Zahn bei einem einzigen Eintauchgang des Schneid werkzeugs spanabhebend bearbeitet und ausgebildet wird. Das Zahnrad (Werkstück) wird dann zur nächsten Zahnposition weitergeschaltet und das Schneidwerkzeug wird wiederum eintauchend in das Werkstück zugestellt und ein Zahnschlitz wird ausgebildet. Zusätzlich kann es beim Stirnfräsen erforderlich sein, mehrere Schneidbearbeitungsgänge durchzuführen, wie eine Grobbearbeitung und eine Endbearbeitung, um einen bestimmten Zahnradsatz herzustellen. Für eine Kombination aus Antriebsritzel und Hohlrad (für einen Hypoidzahnradsatz) sind im allgemeinen fünf Schneid bearbeitungsgänge an den Zahnradpaaren erforderlich. Drei Schneidbearbei tungsgänge für das Antriebsritzel (eine grobe spanabhebende Bearbeitung, an welche sich zwei endbearbeitende, spanabhebende Bearbeitungen an schließen), und zwei Schneidbearbeitungsgänge für das Hohlrad (eine grobe spanabhebende Bearbeitung und eine feine spanabhebende Bearbeitung). Diese aufeinanderfolgenden Fräsbearbeitungen machen mehrere Aufspan nungen und Abnahmen des Werkstücks zwischen den Schneidbearbeitungs maschinen erforderlich, und man benötigt mehrere unterschiedliche Maschi nen und eine Mehrzahl von sich drehenden Schneidwerkzeugen.

Eine Alternative zum Stirnfräsen ist das Verfahren des Abwälzstirnfräsens. Beim Abwälzstirnfräsverfahren wird ein sich drehendes Schneidwerkzeug, welches eine Mehrzahl von Schneidmessern hat, die auf einem gewünschten Radius und einer gewünschten Tiefe angeordnet sind, aber nicht in einer Linie liegen, sondern gruppenweise oder paarweise angeordnet sind, zur spanabhebenden Bearbeitung in ein Werkstück eingefahren. Bei dieser Verfahrensweise jedoch wird das Zahnradwerkstück an Stelle eines Werk zeugs, welches bei der jeweiligen aufeinanderfolgenden Zahnradausformung im wesentlichen relativ festgelegt bleibt, unter Ausführung einer Drehbewe gung weitergeschaltet, so daß die jeweilige Gruppe von Schneidmessern durch die aufeinanderfolgenden Zahnschlitze der auszubildenden Verzah nung in einer zeitlichen Abfolge gehen. Zusätzlich können manchmal beim Abwälzstirnfräsverfahren die Schneidwerkzeug-Positioniermaschinenachsen sich langsam und geringfügig bewegen, wenn der Zahnradkörper in Eingriff mit den Schneidwerkzeuggruppen kommt, um hierdurch die Ausbildung der Zahnform zu unterstützen. Wenn alle Zähne eines Zahnrads in ausreichender Weise spanabhebend bearbeitet sind, ist das Verfahren abgeschlossen, und das Zahnrad wird unter Ausführung einer maschinellen Bearbeitung end bearbeitet. Bei dieser Verfahrensweise wird üblicherweise entweder eine Maschine mit einer Schneidspindel oder eine Schneidspindel der Mehrspin delarbeit mit einem Hurth-Modul eingesetzt, wobei ein einziges Schneid werkzeug zum Einsatz kommt, welches eine solche Schneidengeometrie hat, daß man eine gleichmäßige Zahnradendbearbeitung erhält. Da ein einziges Schneidwerkzeug wiederholt eingesetzt wird, ist die Verschleißrate des Schneidwerkzeugs hoch, und wenn bei dem Verfahren nur eine einzige Spindel der Mehrspindelmaschine eingesetzt wird, wird der effiziente Einsatz dieser Maschine herabgesetzt.

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren unter Einsatz von beiden Schneidspindeln einer zweispindeligen spanabhebenden Bearbeitungsmaschi ne mit einem Hurth-Modul, um ein Abwälzstirnfräsen für Hypoid-Zahnradsät ze durchzuführen. Ein erstes Abwälzstirnfräswerkzeug, welches an der ersten der beiden Spindeln angebracht ist, führt ein Abwälzstirnfräsen und eine grobe spanabhebende Bearbeitung am Zahnrad (Werkstück) aus, und ein zweites Abwälzstirnfräswerkzeug, welches an der zweiten Spindel angebracht ist, führt eine als Endbearbeitung dienende spanabhebende Bearbeitung an dem Zahnrad (Werkstück) unter Einsatz des Abwälzstirn fräsens aus. Bei einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung wird ein Feinteilungs-Schneidwerkzeug bei einer ersten Spindel eingesetzt, um eine grobe spanabhebende Bearbeitung der Zahnräder vorzunehmen, und es wird ein Schneidwerkzeug mit einer groberen Teilung an einer zweiten Spindel eingesetzt, um die spanabhebende Endbearbeitung an den Zahnrä dern vorzunehmen. Gemäß diesem Verfahren wird eine Mehrzahl von Schneidwerkzeugen für ein einziges Zahnrad eingesetzt, aber eine einzige Maschine, wodurch sich der Schneidwerkzeugverschleiß reduzieren läßt, die Standzeit des Schneidwerkzeugs sich erhöhen läßt, und sich die Produk tionsleistung der Mehrspindelmaschine unter Ausnutzung beider Spindeln steigern läßt.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Mehrspindelmaschine mit einem Hurth-Modul, welche beim erfindungsgemä ßen Verfahren zum Einsatz kommt;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines einzigen sich drehen den Schneidwerkzeugs in Scheibenform eines Hurth- Moduls, welches bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Einsatz kommt; und

Fig. 3 ein Hohlrad, welches gemäß des Abwälzstirnfräsens nach der Erfindung bearbeitet wird.

Nachstehend erfolgt eine Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Mehrspindelmaschine 1 gemäß der Hurth-Bauart, welche beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Einsatz kommt. Fig. 2 zeigt eine einzige Spindel 2 der Mehrspindelmaschine der Hurth-Bauart nach Fig. 1. Fig. 3 zeigt das Abwälzstirnfräsverfahren und die zugeordneten Bearbeitungsschritte an einem Zahnrad (Werkstück) 8, beim dargestellten Beispiel handelt es sich um ein Hohlrad, wenn die Zahnradzähne 9 sukzessiv durch die Schneidmessergruppen der Spindel 2 spanabhebend bearbeitet werden, an welcher die Schneidwerkzeuge 5 angebracht sind. Das Zahnrad und die Spindel führen jeweils eine Drehbe wegung in Richtung der eingetragenen Pfeile aus.

Bei diesem Bearbeitungsverfahren ist jede Spindel 2, 3 gesondert program miert, um ein an einem Werkstückhalter 4 angebrachtes Zahnrad 8 mittels Abwälzstirnfräsens zu bearbeiten. Die erste Spindel 2 ist nach Maßgabe von daran angebrachten Schneidwerkzeugen 5 für eine grobe spanabhebende Bearbeitung programmiert. Nachdem die grobe spanabhebende Bearbeitung an dem Zahnrad (Werkstück) 8 abgeschlossen ist, welches an dem Halter 4 angebracht ist, wird das erste Schneidwerkstück 5 vom Werkstück wegge fahren, das gesamte Paar von ersten 2 und zweiten Spindeln 3 und zugeord neten Schneidwerkzeugen 5, 6 wird um 180° weitergeschaltet, und das zweite Schneidwerkzeug 6 kommt dann in Eingriff mit dem Werkstück und führt eine abschließende spanabhebende Bearbeitung zur Herstellung des Zahnrads durch, welches an dem Werkstückhalter 4 angebracht bleibt.

Bei einer bevorzugten Verfahrensführung wird ein Feinteilungs-Schneidwerk zeug an der ersten Spindel 2 eingesetzt, um die grobe spanabhebende Bearbeitung zur Herstellung der Zahnradzähne durchzuführen, und es wird ein Schneidwerkzeug mit einer groberen Teilung an der zweiten Spindel 3 eingesetzt, um die abschließende spanabhebende Bearbeitung an den Zahn radzähnen durchzuführen. Die Schneidmesser entweder an dem für die Grobbearbeitung bestimmten Werkzeug oder an dem für die Feinbearbeitung bestimmten Werkzeug können Schnellschneid-Stahlschneidmesser oder solche aus Karbid oder anderen Materialien aufweisen. Grob gesagt kann ein Schnellschneidstahl für die grobere Bearbeitung eingesetzt werden, während in Kombination hierzu Karbid für die Endbearbeitung eingesetzt wird, oder daß die Wahl umgekehrt getroffen ist. Gleason ist ein von mehrere Herstel lern, welche beide Bauarten von Schneidwerkzeugen herstellt, die zu der Hurth-Modul-Maschine 1 passen. Da mehr als ein Schneidwerkzeug sukzes siv zur Ausformung des Zahnzwischenraums eingesetzt wird, kann das erste Schneidwerkzeug (für die grobere Bearbeitung) und das zweite Schneid werkzeug (für die Feinbearbeitung) optimierte Geometrien hinsichtlich der Spanwinkel und der Hinterdrehwinkel haben, um die Schneidwerkzeug standzeit bezüglich der jeweiligen Aufgaben bei der Ausbildung des Zahnrad zahns zu maximieren. Das für die Grobbearbeitung eingesetzte Schneidwerk zeug kann die Zähne in einem weniger glatten Zustand belassen, und das Schneidwerkzeug für die Endbearbeitung kann nur die Aufgabe erfüllen, die Zähne als Teil eines abschließenden Endbearbeitungsvorganges gleichmäßig zu bearbeiten.

Bei der vorstehenden Beschreibung wird in Verbindung mit der Erfindung auf den Einsatz einer Mehrspindel-Schneidbearbeitungsmaschine der Hurth- Modul-Bauart eingegangen. Für den Fachmann auf dem Gebiet der Zahnrad herstellung ist es jedoch ersichtlich, daß auch andere mehrspindelige Schneidbearbeitungsmaschinen für Zahnräder eingesetzt werden können, welche ein Abwälzstirnfräsen von Kegelrädern ermöglichen.

Claims

1. Verfahren zur spanabhebenden Bearbeitung von Hypoidzahnradzäh nen, welches folgendes aufweist:
Anbringen eines zu bearbeitenden Zahnrads an einem Werk stückhalter einer mehrspindeligen, sich drehenden Schneidbearbei tungsmaschine;
Durchführen einer groben spanabhebenden Bearbeitung an einem Satz von Hypoidzahnradzähnen an dem Werkstück unter Ein satz eines ersten, sich drehenden Schneidwerkzeugs der mehrspinde ligen Schneidbearbeitungsmaschine unter Einsatz eines Abwälzstirn fräsverfahrens, wobei Gruppen von Schneidmessern, die an dem sich drehenden Schneidwerkzeug angebracht sind, sukzessiv durch wei tergeschaltete Zähne gehen, die an dem Werkstück ausgebildet wer den;
Weiterschalten der mehrspindeligen Schneidbearbeitungsma schine zur Ausrichtung eines zweiten sich drehenden Schneidwerk zeugs zur Ausführung einer Abwälzstirnfräsbearbeitung an dem Werk stück;
abschließende spanabhebende Bearbeitung des Satzes von Hypoidzahnradzähnen an dem Werkstück unter Einsatz des zweiten sich drehenden Schneidwerkzeugs gemäß des Abwälzstirnfräsver fahrens; und
Abnehmen des Zahnrads von dem Werkstückhalter.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das erste, sich drehende Schneidwerkzeug ein Feinteilungs-Schneidwerkzeug ist, welches für die grobe spanabhebende Bearbeitung vorgesehen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das erste sich drehende Schneidwerkzeug ein Schneidwerkzeug mit einer groben Teilung ist, welches zur Ausführung einer groben spanabhebenden Bearbeitung vorgesehen ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das zweite sich drehende Schneidwerkzeug ein Schneidwerkzeug mit einer groben Teilung ist, welches zur Ausführung einer abschließenden spanabhe benden Bearbeitung vorgesehen ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem das zweite sich drehende Schneidwerkzeug ein Schneidwerkzeug mit einer groben Teilung ist, welches zur Ausführung einer abschließenden spanabhe benden Bearbeitung vorgesehen ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeich net, daß das zweite sich drehende Schneidwerkzeug ein Schneid werkzeug mit einer groben Teilung ist, welches zur Ausführung einer abschließenden spanabhebenden Bearbeitung vorgesehen ist.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß das zweite sich drehende Schneidwerkzeug ein Schneidwerkzeug mit einer Feinteilung ist, welches zur Ausführung einer abschließenden spanabhebenden Bearbeitung vorgesehen ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, bei dem das zweite sich drehende Schneidwerkzeug ein Schneidwerkzeug mit einer Feinteilung ist, welches zur Ausführung einer abschließenden spanabhebenden Bearbeitung vorgesehen ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, bei dem das zweite sich drehende Schneidwerkzeug ein Schneidwerkzeug mit einer Feinteilung ist, welches zur Ausführung einer abschließenden spanabhebenden Bearbeitung vorgesehen ist.

10. Verfahren zur spanabhebenden Bearbeitung von Spiralkegelzahnrad zähnen, welches folgendes aufweist:
Anbringen eines zu bearbeitenden Zahnradrohlings an einem Werkstückhalter einer mehrspindeligen Schneid bearbeitungsmaschine der Rotationsbauart;
Durchführen einer groben spanabhebenden Bearbeitung bei einem Satz von Spiralkegelzahnradzähnen am Werkstück unter Ein satz eines ersten, sich drehenden Schneidwerkzeugs der Mehrspindel- Schneidbearbeitungsmaschine unter Einsatz eines Abwälzstirnfräsver fahrens, wobei eine Gruppe von Schneidmessern, die an dem sich drehenden Schneidwerkzeug angebracht sind, sukzessiv weiterge schaltet durch die Zähne zur Ausbildung derselben an dem Werkstück gehen;
Weiterschalten der Mehrspindel-Schneidbearbeitungsmaschine zur Ausrichtung eines zweiten, sich drehenden Schneidwerkzeugs, um ein Abwälzstirnfräsen am Werkstück vorzunehmen;
abschließende spanabhebende Bearbeitung eines Satzes von Spiralkegelzahnradzähnen am Werkstück unter Einsatz des zweiten, sich drehenden Schneidwerkzeugs unter Ausführung einer Abwälz stirnfräsbearbeitung, und
Abnehmen des Zahnrads von dem Werkstückhalter.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das erste, sich drehende Schneidwerkzeug ein Feinteilungs-Schneidwerkzeug ist, welches zur Ausführung einer groben spanabhebenden Bearbeitung vorgesehen ist.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem das erste, sich drehen de Schneidwerkzeug ein Schneidwerkzeug mit einer groben Teilung ist, welches zur Ausführung einer groben spanabhebenden Bearbei tung vorgesehen ist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem das zweite, sich drehende Schneidwerkzeug ein Schneidwerkzeug mit grober Teilung ist, welches zur Ausführung einer abschließenden spanabhe benden Bearbeitung vorgesehen ist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem das zweite Schneidwerkzeug ein Schneidwerkzeug mit grober Teilung ist, wel ches zur Ausführung einer abschließenden spanabhebenden Bearbei tung vorgesehen ist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem das zweite Schneidwerkzeug ein Schneidwerkzeug mit einer groben Teilung ist, welches zur Ausführung einer abschließenden spanabhebenden Be arbeitung vorgesehen ist.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, bei dem das zweite, sich drehende Schneidwerkzeug ein Feinteilungs-Schneidwerkzeug ist, welches zur Ausführung einer abschließenden spanabhebenden Bearbeitung vorgesehen ist.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, bei dem das zweite, sich drehende Schneidwerkzeug ein Feinteilungs-Schneidwerkzeug ist, welches zur Ausführung einer abschließenden spanabhebenden Bearbeitung vorgesehen ist.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, bei dem das zweite, sich drehende Schneidwerkzeug ein Feinteilungs-Schneidwerkzeug ist, welches zur Ausführung einer abschließenden spanabhebenden Bearbeitung vorgesehen ist.