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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausrichten eines Werkstücks mit zumindest einer rotationssymmetrischen Bearbeitungsfläche, insbesondere einer Verzahnung, auf einer Hartfeinbearbeitungsmaschine, insbesondere auf einer Verzahnungsschleifmaschine, wobei die Hartfeinbearbeitungsmaschine einen drehbaren Rundtisch zur Aufnahme des Werkstücks aufweist und wobei mit dem Verfahren die rotationssymmetrische Bearbeitungsfläche möglichst konzentrisch zur Drehachse des Rundtisches ausgerichtet wird. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Hartfeinbearbeitungsmaschine.
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Wird ein Werkstück, das beispielsweise eine zu bearbeitende Verzahnung aufweist, auf einer Verzahnungsschleifmaschine feinbearbeitet, muss es vor der Bearbeitung zunächst in die exakte Bearbeitungsposition gebracht werden. Während dies bei kleineren Werkstücken meist problemlos ist, gilt dies nicht für große Verzahnungen, die oft zusammen mit einem Wellenteil feinbearbeitet werden müssen. Derartige Bauteile mit großen Verzahnungen (teilweise mit über 2.000 mm Außendurchmesser) werden zumeist auf einem Rundtisch platziert, der eine vertikale Drehachse aufweist. Dann wird das Werkstück so auf dem Rundtisch ausgerichtet, dass die Werkstückdrehachse und die Drehachse des Rundtisches möglichst identisch sind. Erst dann kann die eigentliche Hartfeinbearbeitung der Verzahnung vorgenommen werden.
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Das Ausrichten eines derartig großen Werkstücks auf einem Rundtisch ist mitunter problematisch, wobei insbesondere die Aspekte der Spannqualität und die Ausrichtgüte relevant sind.
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Bekannt ist es, dass sehr große Räder (etwa ab einem Außendurchmesser von 2.000 mm) bevorzugt im auf der Getriebewelle montierten Zustand zur abschließenden Bearbeitung, also dem Verzahnungsschleifen, auf die Schleifmaschine aufgebaut werden. Dabei besteht zunächst die Aufgabe, die Getriebewelle entsprechend ihren Lagersitzflächen koaxial zum Rundtisch auszurichten. Der klassischen Ausrichtmethode, an beiden Lagersitzen von einer stehenden Basis aus je eine Messuhr anzusetzen und über geeignete Ausrichtvorrichtungen sowohl Rundlauf als auch Planschlag (in der Summe als Taumel bezeichnet) in ausreichender Qualität herzustellen, widerspricht die an sich sehr sinnvolle Abstützung des Werkstücks etwa auf dem Durchmesser kurz unterhalb des Fußkreises der Verzahnung.
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Es ist jedoch auch folgende Methode bekannt, dieses Problem zu lösen:
Am Radkörper wird eine Hilfsfläche als Planfläche angebracht, so dass der Ausrichtvorgang nun an dieser „Ersatzfläche” erfolgen kann, die jedoch eine zusätzliche Unsicherheit und Genauigkeitseinbuße in sich birgt. Außerdem ist diese Zusatzfläche oft nur schwer und teuer herzustellen.
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Im erstgenannten Fall, also ohne Unterstützung des Radkörpers am Außendurchmesser, sind zwei wesentliche Nachteile hinzunehmen.
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Zum eine „hängt” der Radkörper durch sein Eigengewicht, d. h. er ist entsprechend deformiert. Diese Haltung entspricht nicht der Nutzlage der Getriebewelle im Getriebe. Daraus resultieren kaum vorhersagbare Verzahnungsfehler trotz fehlerfreier Bearbeitung.
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Zum anderen ist die Verbindung Maschine – Werkstück, konkret Rundtisch zum Werkstück, deutlich weicher, da hier die gesamte Drehmitnahme am Durchmesser der Welle bewerkstelligt werden muss. Insgesamt ist eine solche Spannung der Getriebewelle daher deutlich labiler als die Auflage der Verzahnung auf einem äußeren Durchmesser und kann in vielen Fällen ungeeignet sein.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Ausrichtgüte und die Spannqualität von insbesondere großen Werkstücken auf Hartfeinbearbeitungsmaschinen zu verbessern, insbesondere beim Ausrichten und Spannen von Getriebewellen mit großen Radkörpern. Es soll damit ein präzises und einfaches Ausrichten und optimales Spannen des Werkstücks auf dem Rundtisch möglich werden. Dabei soll bevorzugt auf das Ausrichten unter Zuhilfenahme zweier Lagersitzflächen abgestellt werden.
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Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist verfahrensgemäß dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich einer zentrischen Ausnehmung im Rundtisch ein Trägerelement ortsfest angeordnet wird und nicht wie bisher üblich außerhalb des Rundtisches, so dass auf oder an dem ortsfesten Trägerelement nun ein Messinstrument angeordnet werden kann und vom ortsfesten Trägerelement aus mit dem Messinstrument eine der beiden Referenzflächen durch Drehen des Werkstücks auf dem Rundtisch vermessen und das Werkstück auf dem Rundtisch so positioniert bzw. ausgerichtet wird, dass die Referenzfläche möglichst konzentrisch zur Drehachse des Rundtisches liegt.
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Dabei ist die Drehachse des Rundtisches bevorzugt vertikal ausgerichtet.
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Die Hartfeinbearbeitungsmaschine, insbesondere die Verzahnungsschleifmaschine, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass der Rundtisch eine zentrische Ausnehmung aufweist, wobei im Bereich derselben ein Trägerelement ortsfest angeordnet ist, wobei auf oder an dem ortsfesten Trägerelement ein Messinstrument angeordnet ist, das zur Vermessung einer Referenzfläche geeignet ist.
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Die Ausnehmung im Rundtisch ist vorzugsweise als eine zentrische Bohrung für das Trägerelement ausgebildet, die den Rundtisch vollständig durchsetzt. Das Trägerelement kann insbesondere mit dem Maschinenbett verbunden sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Trägerelement topfförmig ausgestaltet, wobei die Öffnung der topfförmigen Struktur nach oben gerichtet ist. Das obere Ende des Trägerelements kann die Auflagefläche des Rundtisches vertikal nach oben überragen.
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Zwischen dem Trägerelement und dem Rundtisch kann eine Dichtung angeordnet sein.
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Das Messinstrument umfasst bevorzugt eine Messuhr. Möglich ist es ferner, dass das Messinstrument Messsignale drahtlos an eine Empfangsstation übertragen kann.
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Mit dieser Ausgestaltung wird die oben genannte Aufgabe vollumfänglich gelöst, so dass sich eine verbesserte Ausrichtmöglichkeit für insbesondere sehr große zu bearbeitende Zahnräder ergibt.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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1 zeigt die Seitenansicht einer Verzahnungsschleifmaschine, teilweise geschnitten dargestellt, auf der eine Großverzahnung aufgespannt ist, wobei ein Zahnflankenschleifen erfolgen soll, und
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2 zeigt in der Darstellung gemäß 1 eine Variante dieser Verzahnungsschleifmaschine.
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Nachfolgend wird zunächst die Lösung gemäß 1 beschrieben.
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Die Verzahnungsschleifmaschine 3 zum Schleifen der Zahnflanken eines Zahnrades weist die an sich bekannten Komponenten auf. Links in der Figur ist ein drehbarer Rundtisch 4 mit vertikal ausgerichteter Drehachse 5 zu erkennen. Auf dem Rundtisch 4 ist ein Werkstück 1 in Form einer Großverzahnung mit einer zu bearbeitenden rotationssymmetrischen Bearbeitungsfläche 2, d. h. mit der Verzahnung (hier als Pfeilverzahnung), platziert. Im rechten Bereich der Figur befindet sich der Ständer 14 samt Schleifwerkzeug 15 (z. B. Formschleifscheibe).
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Zur Verbesserung des Ausrichtvorganges des Werkstücks 1 auf dem Rundtisch 4 ist folgende Ausgestaltung vorgesehen:
Der Rundtisch 4 weist in seiner Spannfläche eine Ausnehmung 6 in Form einer Bohrung auf, die den Rundtisch 4 komplett, d. h. über die gesamte Höhe durchsetzt. In der Ausnehmung 6 ist ein Trägerelement 7 angeordnet. Das Trägerelement 7 ist im Ausführungsbeispiel ein topfförmiges Bauteil, das mit seiner Unterseite fest auf dem Maschinenbett 10 aufliegt. D. h. das Trägerelement 7 ist ortsfest angeordnet. Um es herum kann sich der Rundtisch 4 drehen.
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Auf der Auflagefläche 12 des Rundtisches 4 sind geeignete Spannelemente 16 platziert, die eine gute Auflage für den scheibenförmigen Werkstückabschnitt am Zahnrad darstellen. Das Zahnrad wird also optimal auf dem Rundtisch gelagert. Die Welle 17 des Werkstücks 1 ragt beiderseits des Zahnrads vertikal nach oben bzw. unten. Der Durchtritt nach unten ist problemlos dank der topfförmigen Ausgestaltung des Trägerelements 7, das – ebenso wie die Ausnehmung 6 – so dimensioniert ist, dass Wellen in dem erwarteten Größenbereich aufgenommen werden können. Der Rundtisch 4 der Verzahnungsmaschine 1 besitzt also in der Spannfläche eine Bohrung 6, welche größer ist als der Erwartungsbereich der Wellen- und Flanschdurchmesser der zu bearbeitenden Getriebewellen.
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Wesentlich ist, dass im Bereich der zentrischen Ausnehmung 6, also der Bohrung, im Rundtisch 4 das Trägerelement 7 ortsfest angeordnet wird und dass weiterhin auf oder an dem ortsfesten Trägerelement 7 ein Messinstrument 8 – hier in Form einer Messuhr – angeordnet wird. Wie zu erkennen ist, wird das Messinstrument 8 auf dem oberen Ende 11 des Trägerelements 7 aufgesetzt. Es ist so ausgebildet, dass die Messuhr eine Referenzfläche 9 des Werkstücks 1, hier also den unteren Lagersitz der Welle 17, vermessen kann. Es sei angemerkt, dass als Referenzfläche 9 hier eine solche Fläche zu verstehen ist, nach der die genaue Lage der Verzahnung 2 bestimmt werden kann.
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Dabei ist es wesentlich, dass die Vermessung der Referenzfläche 9 vom ortsfesten Trägerelement 7 aus mit dem Messinstrument 8 durch Drehen des Werkstücks 1 auf dem Rundtisch 4 erfolgt. D. h. bei ortsfester Messuhr wird der Umfang der Welle 17 abgetastet. In Abhängigkeit des gemessenen Ergebnisses erfolgt dann in bekannter Weise eine Verschiebung des Werkstücks 1 auf dem Rundtisch 4, um zu erreichen, dass die Drehachse 5 des Rundtisches 4 möglichst identisch ist mit der Werkstückachse.
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Zwischen dem Trägerelement 7 und dem Rundtisch 4 kann eine Dichtung 13 vorgesehen sein, um zu verhindern, dass Kühlschmierstoff durch den Spalt zwischen Trägerelement und Rundtisch abfließt. Es erfolgt also eine Abdichtung zum drehenden Rundtisch 4 gegen Schleiföl, welches anderenfalls bis zum Fundament abfließt und dort in einem Sammelbecken aufgefangen werden kann.
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Die Verzahnmaschine 1 ist also derart gestaltet, dass vom Maschinenbett 10 bzw. Fundament aus eine feststehende unbewegliche Plattform in Form des Trägerelements 7 in die Bohrung 6 des Rundtischs 4 hineinragt, welche die Befestigung eines Messstativs bequem möglich macht, an welchem wiederum die Messuhr geklemmt wird und direkt an den unteren, innerhalb der Radauflage liegenden Lagersitz angesetzt werden kann.
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Durch die topfförmige Ausgestaltung des Trägerelements 7 wird es ermöglicht, dass Wellen ggf. unter die Oberfläche des Rundtischs 4 abgesenkt werden können.
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Auf dem Rundtisch 4 können derartige Spannmittel aufgebaut bzw. eingesetzt werden, die sowohl das Spannen des Radkörpers als auch das nachträgliche Ansetzen einer auf der Ring- oder Topfplattform stehenden Messuhr an den unteren Lagersitz der Welle ermöglichen. Das Werkstück 1 wird zum Zweck des Ausrichten vom Rundtisch 4 gedreht, während die Messuhr 8 innerhalb des Spannaufbaus bewegungslos bleibt und damit den Rundlauffehler des unteren Lagersitzes anzeigt.
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Ist die Ablesbarkeit des Anzeigewertes der Messuhr 8 bei drehendem Rundtisch 4 nicht ausreichend gewährleistet, so kann vorzugsweise ein anderer geeigneter Sensor mit einer Auswerte- und Anzeigeeinheit außerhalb des Rundtisches verwendet werden. Jedoch sollte bei einer geschlossenen Bauweise der Plattform, z. B. als Topf, eine drahtlose Übertragung der Messsignale eingesetzt werden.
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Es sei noch darauf hingewiesen, dass die Welle 17 in ihrem vom Zahnrad aufwärts ragenden Abschnitt an der Referenzfläche 18 mit einem Messinstrument 19 (Messuhr) in bekannter Weise vermessen wird.
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Mit dem beschriebenen Aufbau bzw. der erläuterten Vorgehensweise kann nun das Ausrichten der Getriebewelle in konventioneller Art und Weise erfolgen.
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Nunmehr wird die alternative Lösung gemäß 2 beschrieben:
Auch in 2 ist eine Hartfeinbearbeitungsmaschine 3' in Form einer Verzahnungsschleifmaschine dargestellt. Sie weist wieder den drehbaren Rundtisch 4' zur Aufnahme des Werkstücks 1' mit der rotationssymmetrischen Bearbeitungsfläche 2' auf, bei der es sich wieder um eine Verzahnung handelt. Auf dem Rundtisch 4' ist eine Vermessungsvorrichtung 6' angeordnet, die aus zwei Bauteilen 7' und 8' besteht, die ringförmig ausgebildet sind. Die beiden ringförmigen Bauteile 7' und 8' können relativ zueinander konzentrisch um eine gemeinsame Achse 5' drehen. Dabei ist ein erstes der beiden Bauteile 7' mit dem Rundtisch 4' verbunden, wobei am oder im zweiten der beiden Bauteile 8' ein Messinstrument 9' angeordnet ist. Das Messinstrument 9' ist dabei zur Vermessung einer Referenzfläche 10' der rotationssymmetrischen Bearbeitungsfläche 2' ausgebildet.
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Mittels nicht näher dargestellten Antriebsmitteln kann das zweite Bauteil 8' der Vermessungsvorrichtung 6' relativ zum ersten Bauteil 7' der Vermessungsvorrichtung 6' drehangetrieben werden. Diese Antriebsmittel umfassen im Regelfall einen Elektromotor.
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Die Vermessungsvorrichtung 6' ist nach Art eines Wälzlagers mit zwei Ringen als erstem und zweiten Bauteil 7', 8' aufgebaut. Die Drehachse 5' des Rundtisches 4' und die gemeinsame Achse der beiden Bauteile 7', 8' sind identisch.
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Auch hier ist wieder vorgesehen, dass das Messinstrument 8' eine Messuhr umfasst. Ferner kann das Messinstrument 8' wieder Messsignale drahtlos an eine Empfangsstation übertragen.
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Das Verfahren zum Ausrichten des Werkstücks 1' setzt wieder den drehbaren Rundtisch 4' zur Werkstück-Aufnahme ein, wobei mit dem Verfahren die rotationssymmetrische Bearbeitungsfläche 2' möglichst konzentrisch zur Drehachse 5' des Rundtisches 4' ausgerichtet wird.
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Jetzt ist indes alternativ zu dem vorstehend beschriebenen Verfahren vorgesehen, dass auf oder an dem Rundtisch 4' das Werkstück 1' und die Vermessungsvorrichtung 6' angeordnet sind, die aus den beiden ringförmigen Bauteilen 7' und 8' besteht. Die beiden Bauteile 7', 8' können relativ zueinander konzentrisch um die gemeinsame Achse 5' drehen. Eines der beiden Bauteile 7' wird mit dem Rundtisch 4' verbunden, während am oder im zweiten der beiden Bauteile 8' das Messinstrument 9' angeordnet wird, Anschließend wird das zweite Bauteil 8' bei feststehendem Rundtisch 4' und feststehendem ersten Bauteil 7' relativ zum ersten Bauteil 7' gedreht und gleichzeitig vom zweiten Bauteil 8' aus mit dem Messinstrument 9' eine Referenzfläche 10' der rotationssymmetrischen Bearbeitungsfläche 2' vermessen und das Werkstück 1' auf dem Rundtisch 4' dann so positioniert bzw. ausgerichtet, dass die Referenzfläche 2' möglichst konzentrisch zur Drehachse 5' des Rundtisches 4' liegt.
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Die Drehachse ist dabei bevorzugt vertikal ausgerichtet. Die Drehachse 5' des Rundtisches 4' und die gemeinsame Achse der beiden Bauteile 7', 8' sind dabei identisch.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Werkstück
- 2
- rotationssymmetrische Bearbeitungsfläche (Verzahnung)
- 3
- Hartfeinbearbeitungsmaschine (Verzahnungsschleifmaschine)
- 4
- drehbarer Rundtisch
- 5
- Drehachse
- 6
- zentrische Ausnehmung (Bohrung)
- 7
- Trägerelement
- 8
- Messinstrument
- 9
- Referenzfläche (Wellendurchmesser)
- 10
- Maschinenbett
- 11
- oberes Ende des Trägerelements
- 12
- Auflagefläche des Rundtisches
- 13
- Dichtung
- 14
- Ständer
- 15
- Schleifscheibe
- 16
- Spannelement
- 17
- Welle
- 18
- Referenzfläche (Wellendurchmesser)
- 19
- Messinstrument
- 1'
- Werkstück
- 2'
- rotationssymmetrische Bearbeitungsfläche (Verzahnung)
- 3'
- Hartfeinbearbeitungsmaschine (Verzahnungsschleifmaschine)
- 4'
- drehbarer Rundtisch
- 5'
- Drehachse
- 6'
- Vermessungsvorrichtung
- 7'
- erstes Bauteil der Vermessungsvorrichtung (Ring)
- 8'
- zweites Bauteil der Vermessungsvorrichtung (Ring)
- 9'
- Messinstrument
- 10'
- Referenzfläche
