DE102007037164B3 - Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung von Kugelnaben für Gleichlaufgelenke - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung von Kugelnaben für Gleichlaufgelenke Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Kugelnaben für Gleichlaufgelenke mit Führungsbahnen (11, 11') und kugelringförmigen Lagerflächen (16) mit folgenden Verfahrensschritten: Positionieren der von einer Werkstückspindel (6) gehaltenen Kugelnabe (7) im Wirkbereich des Werkzeugs (8); Bearbeiten der Führungsbahn (11) wobei die Werkstückspindel (6) und das Werkzeug (8) zum Zweck der Positionierung und/oder einer Vorschubbewegung und/oder einer Zustellbewegung relativ zueinander entlang der Führungen (2, 5) bewegt werden; Positionieren der Kugelnabe (7) im Wirkbereich des Werkzeugs (9); Bearbeiten der Lagerfläche (16) mit dem Werkzeug (9), wobei die Kugelnabe (7) in Rotation versetzt wird; Wiederholen der Verfahrensschritte bis die Lagerfläche (16) und alle Führungsbahnen (11) vollständig bearbeitet sind, wobei zwischen den Verfahrenschritten zur Bearbeitung von zwei aufeinanderfolgenden Führungsbahnen (11, 11') beim Weiterschalten der Kugelnabe (7) durch Drehen um einen Winkel (alpha) jeweils ein Teilsegment (17) der Lagerfläche (16) bearbeitet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Kugelnaben für Gleichlaufgelenke. Derartige Kugelnaben sind mit einer kugelringförmigen Lagerfläche für die Lagerung in einem Kugelkäfig versehen. Über dem Umfang der Lagerfläche sind mehrere im wesentlichen axial verlaufende Führungsbahnen zur Aufnahme der im Kugelkäfig gehaltenen Kugeln angebracht. Die Führungsbahnen unterteilen die Lagerfläche in eine entsprechende Anzahl von Teilsegmenten.
  • Bei den aus der Praxis bekannten Fertigungsverfahren werden die Führungen der Kugelnaben durch Räumen, Fräsen oder Schleifen hergestellt. Die Lagerfläche dagegen wird häufig drehend bearbeitet. Aus der EP 0 921 329 B1 ist es bekannt sowohl die kugelringförmige Lagerfläche als auch die Führungsbahnen in einer Aufspannung durch Drehen herzustellen. Bei diesem Verfahren werden die axial verlaufenden Führungsbahnen Bahn für Bahn nacheinander bearbeitet, wobei das Werkstück zum Wechsel von einer Führungsbahn zur nächsten um einen entsprechenden Winkel weitergedreht wird. Abschließend wird die kugelringförmige Lagerfläche für die Lagerung bearbeitet. Aus der WO 2006/058556 A1 ist es bekannt, die Führungsbahnen und/oder Teile der Lagerfläche von Kugelnaben mit rotatorisch angetriebenen Werkzeugen simultan zu bearbeiten. Die Rotationsachsen der Werkzeuge sind in radialer Richtung zum Werkstück zustellbar und liegen bevorzugt in einer Ebene, orthogonal zur Werkstückachse. Um unterschiedliche Werkstückgeometrien bearbeiten zu können, ist zusätzlich der Winkel zwischen den Werkzeugachsen veränderlich. Außerdem ist das Werkstück entlang seiner Längsachse beweglich gehalten und kann in Rotation versetzt werden. Insgesamt sind also fünf angetriebene Achsen erforderlich.
  • Aufgabenstellung
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Kugelnaben für Gleichlaufgelenke anzugeben, welche eine einfache kostengünstige Herstellung ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 6. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Ein vorteilhafter Aspekt der Erfindung liegt darin, die Lagerfläche von Kugelnaben innerhalb bisher ungenutzter Nebenzeiten zu bearbeiten. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Werkstückhalter in Richtung zweier Achsen verschieblich am Maschinengestell angebracht. Die Werkzeuge sind ortsfest. Dabei sind Werkstückhalter und Formwerkzeuge so angeordnet, dass während der Drehbewegung der Kugelnabe zum Wechsel von einer Führungsbahn zur nächsten ein zwischen zwei Führungsbahnen befindliches Lagerflächensegment vollständig bearbeitet werden kann. Die Vorrichtung kommt mit nur drei angetriebenen Achsen aus und ist im Vergleich zum Stand der Technik weniger aufwendig. Gleichzeitig kann die Bearbeitungsdauer deutlich verkürzt werden. Beim Wechsel von einer Führungsbahn zur nächsten wird die Kugelnabe zunächst aus dem Wirkbereich des Bahnwerkzeugs herausbewegt und anschließend geschwenkt. Nach der Erfindung findet im Zeitfenster für diese beiden Bewegungen die Bearbeitung der Lagerfläche statt. Die Bewegung der Kugelnabe aus dem Wirkungsbereich des Bahnwerkzeugs heraus kann gleichzeitig als Zustellbewegung zum Werkzeug für die Lagerbearbeitung dienen und die Schwenkbewegung wirkt als Vorschubbewegung. Mit Formwerkzeugen zum Schleifen und/oder Fräsen ermöglicht dieses Verfahren sowohl Weich- als auch Hartbearbeitung. Im Folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • 1 zeigt die Vorderansicht einer Werkzeugmaschine
  • 2 zeigt die Bearbeitung der Führungsbahn von oben gesehen
  • 3 zeigt die Bearbeitung der Lagerfläche
  • 4 zeigt eine Motorspindel mit zwei Werkzeugen
  • 1 zeigt eine Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von Kugelnaben 7. Nicht erfindungswesentliche Details des Antriebs, der Steuerung und des Gehäuses sind nicht dargestellt. An der Oberseite des Maschinengestells 1 sind zwei voneinander beabstandete Führungen 2, auf welchen der Horizontalschlitten 3 in Richtung der X-Achse hin und her beweglich geführt ist. Am Horizontalschlitten 3 ist der Vertikalschlitten 4 auf Führungen 5 in Richtung der Z-Achse verfahrbar. Der Vertikalschlitten 4 nimmt die Werkstückspindel 6 auf. Diese trägt an ihrem unteren Ende ein Spannmittel für die Kugelnaben 7. Die Werkstückspindel 6 ist als Pick-up-Spindel ausgeführt, d. h. sie entnimmt die Kugelnaben 7 von der Transportvorrichtung 10, führt sie der Bearbeitung zu und legt sie anschließend wieder auf der Transportvorrichtung ab. An der rechten Wand des Maschinengestells 1 ist im Halter 13 das Werkzeug 8 zur Bearbeitung der Führungsbahnen 11 angeordnet. Deren gekrümmte Bahn wird durch Bewegungen der Werkstückspindel 6 entlang der Führungen 2 in X-Richtung und entlang der Führungen 5 in Z-Richtung erzeugt. Das Werkzeug 8 ist als Scheibenformfräser ausgeführt. Auf der gegenüberliegenden Seite der Werkstückspindel 6 befindet sich das vom Motor 14 angetriebene Werkzeug 9 für die Bearbeitung der Lagerfläche 16. Diese wird ebenfalls mit einem Scheibenformfräser bearbeitet.
  • In 2 sind die Werkzeuge 8, 9 und die Kugelnabe 7 von oben gesehen dargestellt. Das Werkzeug 8 befindet sich im Eingriff und bearbeitet die Führungsbahn 11. Wenn diese fertiggestellt ist, verfährt der Horizontalschlitten 3 entlang der X-Achse. Das Werkzeug 8 kann bei Bedarf zur Bearbeitung von geneigten Führungsbahnen um die Schwenkachse 12 geschwenkt werden. Zum Weiterschalten von einer Führungsbahn 11 zur nachfolgenden 11' wird die Kugelnabe 7 um einen Winkel α geschwenkt.
  • 3 zeigt die Bearbeitung eines Teilsegments 17 der Lagerfläche 16. Das Herausfahren der Kugelnabe 7 aus dem Wirkbereich des Werkzeugs 8 dient gleichzeitig als Zustellbewegung zum Werkzeug 9. Die Schwenkbewegung von der Führungsbahn 11 zur Führungsbahn 11' wird als Vorschubbewegung für die Bearbeitung des Teilsegments 17 genutzt. Damit während der Schwenkbewegung um den Winkel α das Teilsegment 17 vollständig bearbeitet wird, müssen Vorschub- und Zustellbewegung nahtlos ineinander übergehen. Aus diesem Grund muss in Abhängigkeit von der Geometrie der Kugelnabe 7 die Rotationsachse 15' des Werkzeugs 9 gegebenenfalls um einen Betrag A zur Ebene durch die Symmetrieachse 12 und die Rotationsachse 15 der Kugelnabe 7 versetzt werden. Der Versatz entspricht bei Kugelnaben 7 mit einer ungeraden Anzahl von Führungsbahnen 11 etwa der Hälfte der Breite W der Führungsbahn 11 und bei Kugelnaben 7 mit einer geraden Anzahl von Führungsbahnen 11 etwa der Hälfte der Breite V des Teilsegments 17. Wenn die Führungsbahn 11 nach der Schwenkbewegung in der Arbeitsposition angekommen ist, wird sie nach erfolgter Zustellbewegung vom Werkzeug 8 bearbeitet. Die Bearbeitungsschritte werden wiederholt, bis sämtliche Teilsegmente 17 und Führungsbahnen 11, 11' bearbeitet sind.
  • 4 zeigt eine vorteilhafte Ausführung, wobei die Werkzeuge 8, 9 gemeinsam auf einer Motorspindel 19 angeordnet sind. Die Motorspindel 19 ist im Halter 13 gelagert und kann um die Schwenkachse 12 geschwenkt werden. Zur Bearbeitung der Führungsbahnen 11, 11' ist die Rotationsachse 15'' des Werkzeugs 8 orthogonal zur Rotationsachse 15 der Kugelnabe 7 angeordnet. Sobald die Führungsbahn 11 fertiggestellt ist, schwenkt die Motorspindel 19 um die Schwenkachse 12 um einen Winkel von 90°. Dadurch wird die Rotationsachse 15' des Werkzeugs 9 parallel zur Rotationsachse 15 der Kugelnabe 7 ausgerichtet. Dann erfolgt die Weiterschaltung von der Führungsbahn 11 zur Führungsbahn 11'. Bei dieser Schwenkbewegung wird das Teilsegment 17 bearbeitet. Bei einer vorteilhaften Ausführung fallen Schwenkachse 12 und Symmetrieachse 18 zusammen. Außerdem kreuzen beide die Rotationsachse 15 der Kugelnabe 7. Aufgrund dieser Anordnung kann die Kugelnabe 7 durch alleiniges Verfahren entlang ihrer Rotationsachse 15 vom Werkzeug 8 zum Werkzeug 9 und umgekehrt wechseln.
  • Nach diesem Verfahren kann die komplette Lagerfläche 16 innerhalb der Nebenzeiten, die zwangsläufig bei der Bearbeitung der Führungsbahnen 11, 11' anfallen, bearbeitet werden. Dadurch ergibt sich eine deutlich verbesserte Zykluszeit für die Bearbeitung der Kugelnaben.
    • 1
    Maschinengestell
    2
    Führungen
    3
    Horizontalschlitten
    4
    Vertikalschlitten
    5
    Führungen
    6
    Werkstückspindel
    7
    Kugelnabe
    8
    Werkzeug
    9
    Werkzeug
    10
    Transportvorrichtung
    11 11'
    Führungsbahn
    12
    Schwenkachse
    13
    Halter
    14
    Motor
    15 15' 15''
    Rotationsachse
    16
    Lagerfläche
    17
    Teilsegment
    18
    Symmetrieachse
    19
    Motorspindel
    A
    Abstand
    α
    Winkel
    V
    Breite des Teilsegments
    W
    Breite der Führungsbahn

Claims (11)

  1. Verfahren zur Bearbeitung von Kugelnaben (7) für Gleichlaufgelenke mit Führungsbahnen (11, 11') und kugelringförmigen Lagerflächen (16) in einer Aufspannung in einer Werkzeugmaschine mit folgenden, zeitlich nacheinander ablaufenden Verfahrensschritten: a) Positionieren der von einer Werkstückspindel (6) gehaltenen Kugelnabe (7) im Wirkbereich eines Werkzeugs (8) zur Bearbeitung der Führungsbahnen (11, 11'); b) Bearbeiten der Führungsbahn (11) wobei die Werkstückspindel (6) und das Werkzeug (8) zum Zweck der Positionierung und/oder einer Vorschubbewegung und/oder einer Zustellbewegung relativ zueinander entlang von Führungen (2, 5) bewegt werden; c) Positionieren der Kugelnabe (7) im Wirkbereich eines Werkzeugs (9) zur Bearbeitung der Lagerfläche (16); d) Bearbeiten der Lagerfläche (16) mit dem Werkzeug (9), wobei die Kugelnabe (7) in Rotation versetzt wird; e) Wiederholen der Verfahrensschritte a) bis d) bis die Lagerfläche (16) und alle Führungsbahnen (11, 11') vollständig bearbeitet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Verfahrensschritten zur Bearbeitung von zwei aufeinanderfolgenden Führungsbahnen (11, 11') beim Weiterschalten der Kugelnabe (7) durch Drehen um einen Winkel (α) jeweils ein Teilsegment (17) der Lagerfläche (16) bearbeitet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelnabe (7) mit einer linearen Bewegung aus dem Wirkbereich des Werkzeugs (8) heraus zum Werkzeug (9) zugestellt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkbewegung um einen Winkel α zum Weiterschalten von einer Führungsbahn (11) zur nachfolgenden Führungsbahn (11') als Vorschubbewegung für die Bearbeitung der Lagerfläche (16) dient.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Werkzeuge (8, 9) gemeinsam auf einer schwenkbaren Motorspindel (19) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeuge (8, 9) zum wahlweisen Ausrichten der Rotationsachsen (15', 15'') orthogonal oder parallel zur Rotationsachse (15) um die Schwenkachse (12) geschwenkt werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die. Werkstückspindel (6) als Pick-up-Spindel ausgeführt ist und die Kugelnaben (7) von der Transportvorrichtung (10) entnimmt und sie nach erfolgter Bearbeitung wieder auf der Transportvorrichtung (10) ablegt.
  6. Werkzeugmaschine zu Durchführung des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einer Werkstückspindel (6) zum Aufnehmen, Spannen, Antreiben und Ablegen von Kugelnaben (7), mit zwei drehantreibbaren Werkzeugen (8, 9), wobei die Werkstückspindel (6) zum Zweck der Positionierung und/oder Durchführung einer Vorschubbewegung und/oder einer Zustellbewegung am Maschinengestell (1) entlang von Führungen (2, 5) beweglich geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bearbeitung von Führungsbahnen (11) die Rotationsachse (15'') des Werkzeugs (8) orthogonal zur Rotationsachse (15) der Kugelnabe (7) angeordnet ist und dass zur Bearbeitung der Lagerfläche (16) die Rotationsachse (15') des Werkzeugs (9) parallel zur Rotationsachse (15) der Kugelnabe (7) angeordnet ist.
  7. Werkzeugmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse (15') des Werkzeugs (8), die Symmetrieachse (12) und die Rotationsachse (15) der Kugelnabe (7) in einer Ebene angeordnet sind.
  8. Werkzeugmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse (15') des Werkzeugs (8), zur Ebene der Symmetrieachse (12) und der Rotationsachse (15) der Kugelnabe (7) um einen Betrag (A) versetzt angeordnet ist.
  9. Werkzeugmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag (A) etwa der Hälfte der Breite (W) der Führungsbahnen (11, 11') oder der Hälfte der Breite (V) der Teilsegmente (17) entspricht.
  10. Werkzeugmaschine nach Anspruch 6, wobei die Werkzeuge (8, 9) gemeinsam auf Motorspindel (19) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeuge (8, 9) zum wahlweisen Ausrichten der Rotationsachsen (15', 15'') orthogonal oder parallel zur Rotationsachse (15) um die Schwenkachse (12) schwenkbar gelagert sind.
  11. Werkzeugmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachse (12) und die Symmetrieachse (18) des Werkzeugs (8) zusammenfallen.
DE102007037164A 2007-08-07 2007-08-07 Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung von Kugelnaben für Gleichlaufgelenke Active DE102007037164B3 (de)

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