DE102007041366B4

DE102007041366B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung von Kugelkäfigen

Info

Publication number: DE102007041366B4
Application number: DE200710041366
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: EMAG Holding GmbH
Current assignee: EMAG Holding GmbH
Priority date: 2007-08-30
Filing date: 2007-08-30
Publication date: 2011-12-08
Anticipated expiration: 2027-08-31
Also published as: DE102007041366A1

Abstract

Verfahren zur Bearbeitung von Fenstern in Kugelkäfigen für Gleichlaufgelenke, mit einer Werkstückspindel (2) und mindestens einem rotatorisch angetriebenen Werkzeug (4), wobei die Rotationsachse (10) der Werkstückspindel (2) und die Rotationsachse (11) des Werkzeugs (4) orthogonal zueinander angeordnet sind und die Werkstückspindel (2) alle Positionier-, Vorschub- und/oder Zustellbewegungen zur Bearbeitung der Fenster (6, 9) durchführt, mit folgenden Verfahrensschritten:
a) Positionieren des von der Werkstückspindel (2) gehaltenen Kugelkäfigs (3) im Wirkbereich mindestens eines Werkzeugs (4)
b) Bearbeiten mindestens einer ersten Seite (7) des Fensters (6) durch das Werkzeug (4)
c) Bearbeiten der der mindestens ersten Seite (7) gegenüberliegenden Seite (8) durch das Werkzeug (4)
d) Positionieren eines unbearbeiteten Fensters (9) im Wirkbereich des Werkzeugs (4)
e) Bearbeiten der ersten Seite (7) des Fensters (9) durch das Werkzeug (4)
f) Bearbeiten der der ersten Seite (7) gegenüberliegenden Seite (8) durch das Werkzeug (4)
g) Wiederholen der...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Öffnungen in Werkstücken, insbesondere von Fenstern in Kugelkäfigen für Gleichlaufgelenke für Kraftfahrzeuge. Die Fenster in den Kugelkäfigen dienen zur Aufnahme von Drehmoment übertragenden Kugeln. Zur spielfreien Führung der Kugeln sind sehr enge Fertigungstoleranzen erforderlich. üblicherweise werden die Fenster vorgestanzt und anschließend durch Schleifen oder Hartfräsen fertigbearbeitet. Aus der EP 1 160 036 A1 ist ein Verfahren bekannt, wobei die gegenüberliegenden Seiten der Fenster mit zwei Schneiden eines schräggestellten Werkzeugs gleichzeitig bearbeitet werden. Zum Ausgleich des Schneidenverschleißes wird der Schrägungswinkel des Werkzeugs verringert. Bei diesem ganz speziellen Fräsverfahren sind die Bearbeitungsformen erheblich eingeschränkt. Die US 4,367,611 beschreibt eine Schleifmaschine für die Bearbeitung von Kugelkäfigen mit zwei Schleifspindeln. Mit dieser Maschine können jeweils zwei Fenster gleichzeitig bearbeitet werden. Die Schleifspindeln sind jeweils auf Kreuzschlitten verfahrbar. Für die Positionier-, Vorschub- und Zustellbewegungen sind also vier Achsen vorgesehen. Eine weitere Schleifmaschine zur Bearbeitung von Kugelkäfigen zeigt die WO 98/25731 A1 . Bei dieser Maschine ist zur Halterung der Werkstücke ein Drehtisch vorgesehen, der gegenüber der ortsfesten Schleifspindel vertikal und horizontal verfahrbar ist. Da die Verfahrachsen des Drehtisches und die Rotationsachse der Schleifspindel in einer Ebene liegen, muss der Drehtisch zur Bearbeitung verschwenkt werden. Ein entsprechendes Schleifverfahren ist in der DE 43 27 016 C1 beschrieben. Dabei ist entweder das Werkzeug schwenkbar oder das Werkstück führt bei ortsfest stehendem Werkzeug eine Schwenkbewegung durch. Der Steg erhält dadurch einen größeren Querschnitt und eine höhere Festigkeit. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Bearbeitung von Fenstern in Kugelkäfigen bereitzustellen, welches eine einfache und kostengünstige Fertigbearbeitung ermöglicht. Es ist auch eine Aufgabe, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens aufzuzeigen. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Verfahrensschritten nach Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung nach Anspruch 7 bzw. 9. Ein vorteilhafter Aspekt der Erfindung liegt darin, dass ein angetriebenes Werkzeug ortsfest am Maschinengestell angebracht ist und die Werkstückspindel alle Positionier-, Vorschub- und/oder Zustellbewegungen zur Bearbeitung der Fenster ausführt. Diese Anordnung ermöglicht ein besonders flexibles Verfahren, dass sowohl mit einem als auch synchron mit zwei Werkzeugen durchgeführt werden kann. Außerdem können nach diesem Verfahren Kugelkäfige mit ungleichförmigen Wanddicken bearbeitet wenden, deren Fenster aus technischen Gründen nicht vorgestanzt werden. Bei einer kostengünstigen Ausführung mit nur einer Werkzeugspindel ist diese mit ihrer Rotationsachse orthogonal zu einer Ebene durch die beiden Hauptachsen des Maschinenkoordinatensystems angeordnet. Damit können Fenster beliebiger Form bearbeitet werden. Wird das Verfahren mit zwei Werkzeugspindeln durchgeführt, sind diese unter einem Winkel gegeneinander geneigt, so dass mit einer einzigen linearen Bewegung des Kugelkäfigs zwei Fenster gleichzeitig bearbeitet werden können. Die Bearbeitung erfolgt bei den Verfahren durch Schleifen, Fräsen oder Hartfräsen.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Werkzeugmaschine mit einem Werkzeug in Seitenansicht
2 eine Werkzeugmaschine in Frontansicht
3 einen Kugelkäfig
4a bis 4b Verfahrensschritte mit einer Werkzeugspindel
5 Anordnung mit zwei Werkzeugspindeln
6 Bearbeitung zweier Fenster gleichzeitig
1 zeigt eine Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von Kugelkäfigen 3 mit einem angetriebenen Werkzeug 4. Nicht erfindungswesentliche Details des Antriebs, der Steuerung und des Gehäuses sind nicht dargestellt. An der Oberseite des Maschinengestells 1 sind zwei voneinander beabstandete Führungen 12, auf welchen der Horizontalschlitten 13 in Richtung der X-Achse hin und her beweglich geführt ist. Am Horizontalschlitten 13 ist der Vertikalschlitten 14 in Richtung der Z-Achse verfahrbar. Der Vertikalschlitten 14 nimmt die Werkstückspindel 2 auf. Diese trägt an ihrem unteren Ende ein Spannmittel für die Kugelkäfige 3. Die Werkstückspindel 2 ist als Pick-up-Spindel ausgeführt, d. h. sie entnimmt die Kugelkäfige 3 von der Transportvorrichtung 15, führt sie der Bearbeitung zu und legt sie anschließend wieder auf der Transportvorrichtung ab. Das Werkzeug 4 ist über die Motorspindel 16 ortsfest am Maschinengestell 1 angeordnet.
In 3 ist ein Kugelkäfig 3 mit den Fenstern 6 und 9 dargestellt. Er ist zur Rotationsachse 10 symmetrisch. An die Fertigungstoleranzen der Seiten 7, 8 werden besonders hohe Anforderungen gestellt. Der Innenradius ist mit R bezeichnet.
Die 4a bis 4c zeigen einzelne Verfahrensschritte zur Kugelkäfigbearbeitung mit einem ortsfesten Werkzeug 4. Nach 4a wurde der Abstand A des Werkzeugs 4 zur Rotationsachse 10 so gewählt, dass dieser kleiner als der Innenradius R des Kugelkäfigs 3 ist. Mit dieser Anordnung können die Fenster 6, 9 usw. durch eine lineare Bewegung des Kugelkäfigs 3 entlang der X-Achse kombiniert mit einer Schwenkbewegung um die Rotationsachse 10 bearbeitet werden. Bei Bearbeitungsbeginn liegt das Werkzeug 4 am Steg 17 an. Wie aus 4b ersichtlich wird die lineare Bewegung entlang der X-Achse bei gleichzeitigem Schwenken um die Rotationsachse 10 fortgeführt. Der Pfeil 18 gibt die Schwenkrichtung an. In 4c ist die Seite 7 des Fensters 6 fertig bearbeitet. Insgesamt wurde der Kugelkäfig 3 um die Wegstrecke W linear bewegt und um die Rotationsachse 10 um den Schwenkwinkel (α) geschwenkt. Die Strecke W entspricht dabei der Summe aus der Stegbreite S und dem Durchmesser D des Werkzeugs 4. Im Vergleich zum Stand der Technik ist der erforderliche maschinenbauliche Aufwand wesentlich geringer, da die Bewegungen der Werkstückspindel 2 in Richtung der X- und Z-Achse sowohl für die Positionier-, Zustell- und Vorschubbewegungen als auch für die Be- und Entladung verwendet werden. Die Werkzeugmaschine nach 2 ist für die Bearbeitung mit zwei Werkzeugen vorgesehen. Die Motorspindeln 16, 16' mit den Werkzeugen 4, 4' sind in der Zeichenebene hintereinander angeordnet. Ansonsten ist die Maschine aufgebaut wie die Werkzeugmaschine nach 1. Weitere Details sind in 5 dargestellt. Der Abstand der beiden Spitzen der Werkzeuge 4, 4' wurde so gewählt, dass die Stege 17 gerade noch dazwischen passen. Weil die Rotationsachsen 11, 11' um einen Winkel β gegeneinander geneigt sind, genügt eine lineare Bewegung des Kugelkäfigs 3 um die Seiten 7, 7' der beiden Fenster 6, 9 gleichzeitig zu bearbeiten. Die durch die beiden Rotationsachsen 11, 11' definierte Ebene ist orthogonal zur Rotationsachse 10 der Werkstückspindel 2 angeordnet. Zur besseren Verständlichkeit sind in 6 Beginn und Ende der Bearbeitung eines Fensterpaares dargestellt. Zur Bearbeitung wurde der Kugelkäfig 3 um die Strecke W' entlang der X-Achse verfahren.
Bezugszeichenliste

1: Maschinengestell
2: Werkstückspindel
3: Kugelkäfig
4 4': Werkzeug
6: Fenster
7 7': erste Seite
8: Seite (der ersten Seite gegenüberliegend)
9: Fenster
10: Rotationsachse (des Kugelkäfigs bzw. der Werkstückspindel)
11 11': Rotationsachse (des Werkzeugs)
12: Führungen
13: Horizontalschlitten
14: Vertikalschlitten
15: Transporteinrichtung
16 16': Motorspindel
17: Steg
18: Pfeil
A: Abstand
D: Durchmesser
S: Stegbreite
R: Innenradius
W: Strecke
α: Schwenkwinkel
β: Winkel

Claims

Verfahren zur Bearbeitung von Fenstern in Kugelkäfigen für Gleichlaufgelenke, mit einer Werkstückspindel (2) und mindestens einem rotatorisch angetriebenen Werkzeug (4), wobei die Rotationsachse (10) der Werkstückspindel (2) und die Rotationsachse (11) des Werkzeugs (4) orthogonal zueinander angeordnet sind und die Werkstückspindel (2) alle Positionier-, Vorschub- und/oder Zustellbewegungen zur Bearbeitung der Fenster (6, 9) durchführt, mit folgenden Verfahrensschritten: a) Positionieren des von der Werkstückspindel (2) gehaltenen Kugelkäfigs (3) im Wirkbereich mindestens eines Werkzeugs (4) b) Bearbeiten mindestens einer ersten Seite (7) des Fensters (6) durch das Werkzeug (4) c) Bearbeiten der der mindestens ersten Seite (7) gegenüberliegenden Seite (8) durch das Werkzeug (4) d) Positionieren eines unbearbeiteten Fensters (9) im Wirkbereich des Werkzeugs (4) e) Bearbeiten der ersten Seite (7) des Fensters (9) durch das Werkzeug (4) f) Bearbeiten der der ersten Seite (7) gegenüberliegenden Seite (8) durch das Werkzeug (4) g) Wiederholen der Schritte d) bis f) bis alle Fenster bearbeitet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bearbeitung der Seiten (7, 7', 8) des Fensters (6) die Werkstückspindel (2) um eine Strecke (W) in einer Richtung orthogonal zur Rotationsachse (11) bewegt wird und gleichzeitig um einen Winkel (α) um die Rotationsachse (10) geschwenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Abstand (A) des Werkzeugs (4) zur Rotationsachse (10) der Werkstückspindel (2) kleiner oder gleich dem Innenradius (R) des Kugelkäfigs (3) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Strecke (W) der Summe aus der Stegbreite (S) und dem Werkzeugdurchmesser (D) entspricht und der Schwenkwinkel (α) dem Winkel, unter welchem die Fenster (6, 9) gegeneinander versetzt sind, entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei Seiten (7, 7') zweier Fenster (6, 9) von zwei Werkzeugen (4, 4') gleichzeitig bearbeitet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüberliegenden Seiten (7, 8) der Fenster (6, 9) gleichzeitig bearbeitet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitung durch Fräsen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitung durch Schleifen erfolgt.
Werkzeugmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1, 2, 5 oder 6 mit einem Maschinengestell (1), mit einer Werkstückspindel (2), die alle Positionier-, Vorschub- und/oder Zustellbewegungen zur Bearbeitung der Fenster ausführt, wobei die Werkstückspindel (2) in zwei Richtungen beweglich am Maschinengestell (1) geführt ist, mit einem rotatorisch angetriebenen Werkzeug (4) und mit einer Maschinensteuerung, die zur Bearbeitung der Seiten (7, 7', 8) der Fenster (6, 9) gleichzeitig eine Schwenkbewegung der Werkstückspindel (2) und eine Linearbewegung orthogonal zur Rotationsachse (11) generiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse (11) des Werkzeugs (4) orthogonal zur Ebene (E) durch die beiden Hauptachsen des Maschinenkoordinatensystems angeordnet ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (A) des Werkzeugs (4) zur Rotationsachse (10) kleiner ist als der Innenradius (R) des Kugelkäfigs (3). 9 Werkzeugmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3 oder 4 mit einem Maschinengestell (1), mit einer Werkstückspindel (2), die alle Positionier-, Vorschub- und/oder Zustellbewegungen zur Bearbeitung der Fenster ausführt, wobei die Werkstückspindel (2) in zwei Richtungen beweglich am Maschinengestell (1) geführt ist, mit zwei rotatorisch angetriebenen Werkzeugen (4, 4') und mit einer Maschinensteuerung, die zur Bearbeitung der Seiten (7, 7', 8) der Fenster (6, 9) gleichzeitig eine Schwenkbewegung der Werkstückspindel (2) und eine Linearbewegung orthogonal zur Rotationsachse (11) generiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeuge (4, 4') unter einem Winkel β gegeneinander geneigt ortsfest am Maschinengestell (1) angeordnet sind.