DE102011050499A1

DE102011050499A1 - Vorrichtung und Verfahren zur spanabhebenden Bearbeitung von Zahnrädern

Info

Publication number: DE102011050499A1
Application number: DE102011050499A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Profilator GmbH and Co KG
Current assignee: Profilator GmbH and Co KG
Priority date: 2011-05-19
Filing date: 2011-05-19
Publication date: 2012-11-22
Anticipated expiration: 2031-05-20
Also published as: DE102011050499B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur spanabhebenden Bearbeitung von Zahnrädern (4) mit einer Werkstückspindel (1), die von einem Spindelantrieb (2) antreibbar ist, mit einer von einem Spindelantrieb (12) drehantreibbaren ersten Werkzeugspindel (11), mit einem ersten Schneidkantenwerkzeug (14) für einen ersten Bearbeitungsschritt des Zahnrades (4), und einem zweiten, in Achsrichtung der Werkzeugspindel (12) dazu in Richtung des Stirnendes des Werkzeugträgers (13) versetzt angeordneten Schneidkantenwerkzeug (15), mit Linearachsantrieben, um das erste Schneidkantenwerkzeug (14) entlang Linearführungen (18, 6, 8) in Richtung der Drehachse der Werkstückspindel (1) zuzustellen und in Radialrichtung zur Drehachse der Werkstückspindel (1) vorzuschieben. Zur Verbesserung der Bearbeitung von Zahnrädern und insbesondere von Schiebemuffen, wird vorgeschlagen, dass das zweite Schneidkantenwerkzeug (15) ein Abdachwerkzeug ist, das an der freien Stirnseite des ersten Werkzeugträgers (13) sitzt und dass die Spindelachsen (2, 12) mittels eines ersten Schwenkachsenantriebs zum Erzeugen von Abdachungen an den Stirnflanken (33) der Zähne (30) des Zahnrades (4) im zweiten Bearbeitungsschritt um eine Schwenkachse (16) in eine andere Winkelstellung zueinander bringbar sind, und dass die Linearachsantriebe beim zweiten Bearbeitungsschritt derart angesteuert werden, dass der Vorschub in Achsrichtung einer der beiden Spindelachsen (2, 12) erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur spanabhebenden Bearbeitung von Zahnrädern mit einer Werkstückspindel aufweisend eine Werkstückaufnahme zur Aufnahme des zu bearbeitenden Zahnrades, die von einem Spindelantrieb um ihre Drehachse antreibbar ist, mit einer von einem Spindelantrieb drehantreibbaren ersten Werkzeugspindel aufweisend einen ersten Werkzeugträger, der ein erstes, auf einer ersten Umlauffläche umlaufendes Schneidkantenwerkzeug für einen ersten Bearbeitungsschritt des Zahnrades, bei dem Rastnuten oder Hinterlegungen erzeugt werden, und der ein zweites, in Achsrichtung der Werkzeugspindel dazu in Richtung des Stirnendes des Werkzeugträgers versetzt angeordnetes, auf einer zweiten Umlauffläche umlaufendes Schneidkantenwerkzeug für einen zweiten Bearbeitungsschritt des Zahnrades aufweist, mit Linearachsantrieben, um das erste Schneidkantenwerkzeug beim ersten Bearbeitungsschritt in Richtung der Drehachse der Werkstückspindel zuzustellen und in Radialrichtung zur Drehachse der Werkstückspindel vorzuschieben, und mit einer elektronischen Steuerung zum Ansteuern der Linearachsantriebe und der Spindelantriebe, die derart eingerichtet ist dass die Spindelantriebe beim ersten Bearbeitungsschritt in einem ersten Drehzahlverhältnis im Synchronlauf drehen und beim zweiten Bearbeitungsschritt in einem zweiten, vom ersten verschiedenen Drehzahlverhältnis im Synchronlauf drehen.
Eine derartige Vorrichtung ist bekannt aus der EP 0 625 399 B1 . Die dort beschriebene Vorrichtung besitzt eine Werkstückspindel, die ein innenverzahntes Zahnrad trägt, dessen Zähne mit Hinterlegungen und Rastnuten versehen werden sollen. Hierzu ist eine Werkzeugspindel vorgesehen, die von einer elektronischen Steuerung gegenüber der Werkstückspindel in einem festen Drehzahlverhältnis im Synchronlauf angetrieben wird. Die Werkzeugspindel trägt einen Messerkopf. Dieser Werkzeugträger trägt zwei in Achsrichtung hintereinander auf verschiedenen Umlaufradien angeordnete Schneidkantenwerkzeuge, mit denen in zwei voneinander verschiedenen Zustellpositionen und zwei voneinander verschiedenen Drehzahlverhältnissen Rastnuten bzw. Hinterlegungen in das innenverzahnte Werkstück eingearbeitet werden können. Die Werkzeugspindelachse verläuft parallel zur Werkstückspindelachse und ist in Achsrichtung auf das Werkstück zustellbar. Aus der zugestellten Position erfolgt ein Vorschub in Radialrichtung, bezogen auf die Werkstückspindelachse.
Die DE 19518 483 C2 beschreibt eine Werkzeugmaschine zur stirnseitigen Bearbeitung von Zahnrädern, insbesondere zur Fertigung von Abdachungen an den stirnflankenseitigen Zahnkanten der Zahnflanken der Zahnräder. Derartige innenverzahnte Zahnräder werden als Schiebemuffen in Schaltgetrieben verwendet. Die bekannte Werkzeugmaschine besitzt ein Maschinenbett, welches eine Werkstückspindel trägt, die um ihre Achse drehantreibbar ist. Die Werkstückspindel besitzt eine Werkstückaufnahme in Form eines Futters zur Aufnahme des zu bearbeitenden Zahnrades. Das Maschinenbett trägt zwei Kreuzschlitten, die unabhängig voneinander in einer Horizontalrichtung verlagerbar sind. Die Kreuzschlitten sind so ausgelegt, dass eine von jedem Kreuzschlitten getragene Tragsäule in beiden Horizontalrichtungen unabhängig voneinander verlagert werden kann. Die Tragsäule kann um ihre Vertikalachse gedreht werden. An der Tragsäule ist eine Vertikalführung vorgesehen, an der je ein Spindelträger für jeweils eine Werkzeugspindel in Vertikalrichtung verlagerbar ist. Jeder Spindelträger trägt eine Werkzeugspindel, die um ihre Spindelachse von einem Spindelantrieb drehangetrieben werden kann. Jede Spindelachse besitzt einen Werkzeugträger, der an seinem Stirnende ein Schlagmesser trägt, mit dem Abdachungen an den Zahnflanken erzeugt werden können.
Dabei werden die beiden Werkzeugspindeln im selben synchronen Drehzahlverhältnis, bezogen auf die Werkstückspindel, angetrieben, wobei sich die beiden Werkzeugspindeln aber auch gegensinnig drehen können. Das erste und das zweite Schneidkantenwerkzeug bearbeiten gleichzeitig die Zahnkanten verschiedener Zahnflanken voneinander verschiedener Zähne des Zahnrades.
Vorrichtungen sowie Verfahren zum Bearbeiten der Zähne verzahnter Werkstücke beschreiben auch die DE 33 12 984 C2 , DE 3721 610 C2 , EP 0 107 826 , DE 38 32 612 A1 und DE 4126 934 .
Die DE 78 33 000 U1 beschreibt ein kombiniertes Bohr- und Fräswerkzeug in Form eines Messerkopfes, der eine Vielzahl von Schneidkantenwerkzeugen trägt, wobei Fräswerkzeuge in Radialrichtung zum Werkstück zugestellt werden und ein Bohrwerkzeug in Axialrichtung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bearbeitung von Zahnrädern und insbesondere von Schiebemuffen zu verbessern.
Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung. Zunächst und im Wesentlichen ist vorgesehen, dass das zweite Schneidkantenwerkzeug, welches dem freien Ende des Werkzeugträgers zugeordnet ist, ein Abdachwerkzeug ist. Während das erste Schneidkantenwerkzeug eine Umlauffläche beschreibt, die im Wesentlichen eine Zylindermantelfläche ist, beschreibt das zweite Schneidkantenwerkzeug eine Umlauffläche, die eine Kegelmantelfläche oder eine Ebene ist. Wesentlich ist ferner, dass die beiden Spindelachsen, also die Werkzeugspindel und die Werkstückspindel, nicht nur parallel zueinander angeordnet sein können, sondern auch in einen Neigungswinkel zueinander gebracht werden können. Hierzu ist ein erster Schwenkachsenantrieb vorgesehen, mit dem die elektronische Steuereinrichtung eine der beiden Spindeln gegenüber der anderen verschwenken kann. Bevorzugt ist die Schwenkachse der Werkzeugspindel zugeordnet, so dass mit Hilfe des Schwenkachsenantriebs der Neigungswinkel der Werkzeugspindel gegenüber der Werkstückspindel im Wesentlichen frei variiert werden kann. Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Linearachsantriebe beim zweiten Bearbeitungsschritt derart angesteuert werden, dass der Vorschub in Achsrichtung einer der beiden Spindelachsen erfolgt. Zum Vorschub kann entweder die Werkzeugspindel in Richtung auf das Werkstück oder die Werkstückspindelachse in Richtung auf das Werkzeug verlagert werden. Mit der erfindungsgemäßen Weiterbildung ist eine Werkzeugmaschine gegeben, bei der in aufeinander abfolgenden Bearbeitungsschritten ohne Umspannen des Werkstücks oder einen Werkzeugwechsel an einem innenverzahnten Werkstück Hinterlegungen oder Rastnuten erzeugt werden können. In einem zweiten Bearbeitungsschritt werden die Zahnkanten der Zahnflanken der Zähne mit Abdachungen versehen. Hierzu muss die Werkstückspindel gegenüber der Werkzeugspindel einen Neigungswinkel besitzen. In einer Weiterbildung der Erfindung ist eine zweite Werkzeugspindel vorgesehen, die von einem ihr zugeordneten Spindelantrieb drehantreibbar ist. Die zweite Werkzeugspindel besitzt einen zweiten Werkzeugträger, der an seiner freien Stirnseite ein drittes Schneidkantenwerkzeug trägt, bei dem es sich ebenfalls um ein Abdachwerkzeug handelt. Es ist zumindest ein weiterer Linearachsantrieb vorgesehen, um die zweite Werkzeugspindel in einer Raumrichtung zu verlagern. Es ist ferner ein zweiter Schwenkantrieb vorgesehen, um die zweite Werkzeugspindel gegenüber der Werkstückspindel zu neigen. Beide Werkzeugspindeln werden beim zweiten Bearbeitungsschritt, also beim Erzeugen der Abdachungen, gleichzeitig verwendet. Die Steuereinrichtung ist so eingerichtet, dass sie zur Bearbeitung des Werkstücks im zweiten Bearbeitungsschritt beide Werkzeugspindeln jeweils in eine vorbestimmte Winkelstellung zur Werkstückachse bringt. Die elektronische Steuereinrichtung ist weiter so eingerichtet, dass die Linearachsantriebe derart angesteuert werden, dass ein axialer Vorschub erfolgt. Die zweite Werkzeugspindel wird in Achsrichtung der zweiten Werkzeugspindel entweder zugestellt oder vorgeschoben. Bevorzugt erfolgt der Vorschub aber durch eine Verlagerung der Werkstückspindelachse in Richtung ihrer Drehachse. Beim zweiten Bearbeitungsschritt werden somit die beiden Werkzeugspindeln in ihrer vorbestimmten Neigungsstellung und Raumlage festgehalten und lediglich drehangetrieben, wobei die elektronische Steuerung derart eingerichtet ist, dass das dritte Schneidwerkzeug beim zweiten Bearbeitungsschritt im selben synchronen Drehzahlverhältnis, gegebenenfalls in entgegengesetzter Drehrichtung zur Werkstückspindelachse dreht, wie die erste Werkzeugspindel. Das erste und zweite Schneidkantenwerkzeug bearbeiten gleichzeitig die Zahnkanten verschiedener Zahnflanken voneinander verschiedener Zähne des Zahnrades. Hierzu sind die Schneidkantenwerkzeuge an zwei verschiedenen Positionen in der Umlaufebene des Werkstücks positioniert. Die Schneidkantenwerkzeuge sind vorzugsweise Einzahnschlagmesser. In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der zweite Werkzeugträger, der der zweiten Werkzeugspindel zugeordnet ist, ein viertes, in Achsrichtung der zweiten Werkzeugspindel zum dritten Schneidkantenwerkzeug versetzt angeordnetes Schneidkantenwerkzeug besitzt. Auch dieses Schneidkantenwerkzeug läuft auf einer Umlauffläche um. Diese vierte Umlauffläche entspricht, wie die erste Umlauffläche, im Wesentlichen einer Zylindermantelfläche. Sie besitzt aber einen anderen Radius. Unter Zylindermantelfläche wird hier auch eine solche Fläche verstanden, die ganz allgemein eine Rotationssymmetrie besitzt, also eine Mantelfläche, die in verschiedenen Axialabständen unterschiedliche Radien besitzt, so dass profilierte Hinterlegungen und profilierte Rastnuten erzeugt werden können. Mit dem vierten Schneidkantenwerkzeug wird in einem dritten Bearbeitungsschritt entweder eine Hinterlegung oder eine Rastnut erzeugt. Bevorzugt wird mit dem ersten Schneidkantenwerkzeug eine Hinterlegung und mit dem zweiten Schneidkantenwerkzeug eine Rastnut erzeugt oder umgekehrt.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zur spanabhebenden Bearbeitung von Zahnrädern, bei dem unter Verwendung der zuvor beschriebenen Vorrichtung in zwei aufeinander abfolgenden Bearbeitungsschritten Hinterlegungen und Zahnflankenabdachungen erzeugt werden, wobei zwischen den beiden Bearbeitungsschritten im Wesentlichen lediglich die Raumkoordinaten der beiden Spindeln relativ zueinander und der Neigungswinkel der beiden Spindeln relativ zueinander geändert wird. Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft ein aus drei Bearbeitungsschritten bestehendes Bearbeitungsverfahren, bei dem die Bearbeitungsschritte einen Bearbeitungsschritt beinhalten, bei dem Hinterlegungen erzeugt werden, einen Bearbeitungsschritt, bei dem Rastnuten erzeugt werden und einen Bearbeitungsschritt, bei dem Abdachungen erzeugt werden, wobei zwischen den einzelnen Bearbeitungsschritten weder das Werkstück umgespannt, noch ein Werkzeugwechsel stattfindet, sondern lediglich die Raumpositionen der einzelnen Spindeln und Neigungswinkel relativ zueinander geändert wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 schematisch die wesentlichen Elemente einer Werkzeugmaschine in einem Bearbeitungsschritt, bei dem die Abdachungen erzeugt werden;
2 einen vergrößerten Ausschnitt gemäß der Linie II in 1;
3 eine andere perspektivische Darstellung der Werkzeugmaschine beim zweiten Bearbeitungsschritt, bei dem Hinterlegungen erzeugt werden;
4 den Ausschnitt N in 3;
5 eine weitere perspektivische Darstellung der Werkzeugmaschine, bei der in einem dritten Bearbeitungsschritt Rastnuten erzeugt werden;
6 den vergrößerten Ausschnitt VI in 5.
Bei der in den Zeichnungen dargestellten Werkzeugmaschine ist die Anzahl der Achsen auf ein Minimum reduziert. Die Linearachsen sind derart auf die einzelnen Spindeln der Werkzeugmaschine verteilt, dass jede der insgesamt drei senkrecht aufeinander stehenden Raumrichtungen jeweils genau zwei unabhängig voneinander betätigbare Linearantriebsmotoren zugeordnet sind, um die entsprechenden Spindeln, also die Werkzeugspindeln 11, 21 oder die Werkstückspindel 1 in der entsprechenden Raumrichtung zu verlagern. Bezeichnet man die Achsrichtung der Werkstückspindel 1 mit X-Richtung und die Ebene des Maschinenbettes als XZ-Ebene, so ist die Werkstückspindel 1 in der X-Richtung und in der Z-Richtung verlagerbar. Die erste Werkzeugspindel 11 ist hingegen nur in der Y-Richtung verlagerbar, aber um eine sich in Y-Richtung erstreckende Schwenkachse 16 verschwenkbar. Die zweite Werkzeugspindel 21 ist hingegen in allen drei Raumrichtungen X, Y, Z verlagerbar und zusätzlich in eine in der X-Richtung verlaufenden Schwenkachse schwenkbar.
Die Z-Richtung, die durch die Drehachse der Werkstückspindel 1 definiert ist, kann in jeder beliebigen Raumrichtung liegen. Sie kann bspw. in der Horizontalebene liegen. Bevorzugt liegt die Z-Achse aber in Vertikalrichtung, so dass die erzeugten Späne nach unten aus dem Werkstück 4 herausfallen. Die Werkzeugspindeln 11, 21 sind somit unterhalb der Werkstückaufnahme 3 angeordnet.
Bei dem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt das Maschinenbett 5 zwei sich in Z-Richtung ertreckende Linearführungen 6, 9. Auf der Linearführung 6 ist ein Schlitten 7 verschieblich. Auf der Linearführung 9 ist ein Schlitten 10 verschiebbar. Die Verschiebung der Schlitten 7, 10 entlang der ihnen zugeordneten Linearführungen 6, 9 erfolgt mittels nicht dargestellten Linearachsantrieben, die von einer nicht dargestellten elektronischen Steuerung angesteuert werden.
Der Schlitten 7 ist als Kreuzschlitten ausgebildet und trägt eine weitere Linearführung 8, die in X-Richtung weist und entlang der ein Spindelantrieb 2 für eine Werkstückspindel 1 verlagert werden kann. Auch dies erfolgt mittels eines nicht dargestellten Linearachsantriebs, der von der Steuereinrichtung angesteuert wird. Der Spindelantrieb 2 besitzt einen Spindelmotor, der ebenfalls von der elektronischen Steuerung drehangetrieben wird. Die Werkstückspindel 1 trägt an ihrem Stirnende ein Futter 3, welches ein innenverzahntes Zahnrad 4 trägt, dessen Zähne bearbeitet werden sollen.
Der bereits erwähnte Schlitten 10, der entlang der Linearführung 9 verlagerbar ist, trägt eine sich in Y-Richtung erstreckende Säule 19, an der eine sich in Y-Richtung erstreckende Linearführung 20 vorgesehen ist. Ein weiterer Schlitten 29 ist in Y-Richtung entlang der Linearführung 20 an der Säule 19 verlagerbar.
Der Schlitten 29 trägt einen Spindelträger 27, der um eine Schwenkachse 26 gegenüber dem Schlitten 29 verschwenkbar ist. Die Schwenkachse 26 verläuft in der X-Richtung.
Der Spindelträger 27 besitzt eine L-förmigen Arm. Am L-Schenkel ist eine weitere Linearführung 28 vorgesehen, die in Y-Richtung verläuft und an der ein Spindelantrieb 22 einer Werkzeugspindel 21 verlagerbar ist. Die Verlagerung des Schlittens 29 entlang der Linearführung 20 und des Spindelantriebs 22 entlang der Linearführung 28 erfolgt mittels nicht dargestellter Linearachsantriebe, die von der nicht dargestellten Steuerungseinrichtung angesteuert werden. Der Spindelantrieb 22 besitzt einen Spindelmotor, der ebenfalls von der Steuereinrichtung angesteuert wird.
Das Maschinenbett 5 trägt einen weiteren L-förmigen Spindelträger 17, der um eine in Y-Richtung weisende Schwenkachse 16 verschwenkt werden kann. Der Spindelträger 17 besitzt eine Linearführung 18, die in Y-Richtung weist und entlang welcher ein Spindelantrieb 12 verlagert werden kann, der eine Werkzeugspindel 11 antreibt.
Die Schwenkantriebe, mit denen die beiden Spindelträger 17, 27 um ihre jeweilige Schwenkachse 16, 26 verschwenkt werden können, werden ebenfalls von Antriebsmotoren angetrieben, die von der elektronischen Steuerung angesteuert werden. Ebenso wird der Spindelantrieb 21 mit einem nicht dargestellten Linearachsantrieb entlang der Linearführung 18 verschoben. Der diesbezügliche Linearachsantrieb wird ebenfalls von der Steuereinrichtung angesteuert.
Jede der beiden Werkzeugspindeln 11, 21 trägt einen Werkzeugträger 13, 23, wobei jeder der beiden Werkzeugträger 13, 23 mit zwei Werkzeugen bestückt ist. An der Stirnseite jedes Werkzeugträgers 13, 23 befindet sich ein Abdachwerkzeug 15 in Form einer Schneidplatte, die eine Schneidkante ausbildet, welche entlang einer gedachten Stirnfläche umläuft. Beim Ausführungsbeispiel beschreiben die Schneidkanten der Abdachwerkzeuge 15, 25 beim Umlauf eine Ebene oder einen flach geneigten Konus.
In Achsrichtung zum Spindelantrieb 12 bzw. 22 versetzt gegenüber dem Abdachwerkzeug 15, 25 trägt jede der beiden Werkzeugträger 13, 23 ein weiteres Schneidkantenwerkzeug 14, 24. Dieses Schneidkantenwerkzeug 14, 24 besitzt eine Schneidkante, die auf einer Rotationsfläche umläuft, die im Wesentlichen eine Zylindermantelfläche beschreiben kann, der bevorzugt eine Konturlinie ausbildet.
Die beiden Schneidkantenwerkzeuge 14, 15 unterscheiden sich dahingehend, dass sie auf voneinander verschiedenen Radien umlaufen. So hat die Schneidkante des Hinterlegungswerkzeuges 14 einen anderen Abstand zur Drehachse der ihr zugeordneten Werkzeugspindel 11 als die Schneidkante des Werkzeuges 24 zur Achse der ihr zugeordneten Werkzeugspindel 21.
Mit dem Schneidkantenwerkzeug 14 können Hinterlegungen in die Zahnflanken 31, 32 der Zähne des Zahnrades 4 eingearbeitet werden. Mit dem Schneidkantenwerkzeug 24 können in die Zahnflanken 31, 32 Rastnuten eingearbeitet werden.
Mit der in den Zeichnungen dargestellten Werkzeugmaschine sind im Wesentlichen drei voneinander verschiedene Bearbeitungsschritte an einem innen verzahnten, aber auch außen verzahnten Zahnrad 4 möglich.
Die 1 und 2 beschreiben einen ersten Bearbeitungsschritt, bei dem die Kanten zwischen der Stirnflanke 33 und jeder Zahnflanke 31, 32 mit einer Abdachung versehen wird. Dies erfolgt mit Hilfe der Abdachwerkzeuge 15, 25, die im Synchronlauf zur Werkstückdrehung drehangetrieben werden. Bearbeitet bspw. das Abdachwerkzeug 15 die Zahnflanke 32 eines Zahnes 30 im Bereich ihrer Stirnflanke 33, so bearbeitet das Abdachwerkzeug 25 die Zahnflanke 31 eines anderen Zahnes 30 im Bereich ihrer Stirnflanke 33. Es können symmetrische und asymmetrische Abdachungen hergestellt werden. Die Form der Abdachungen wird im Wesentlichen durch den Neigungswinkel, den die Werkzeugspindel 11, 21 gegenüber der Werkstückspindel 1 besitzt, bestimmt. Ein weiterer Parameter für die Form der Abdachungen ist die Position des Werkzeugs 25, 15 in der Umlaufebene des Werkstücks 4. Diese Positionen bzw. Neigungswinkel können durch die Schwenkachsantriebe sowie die Linearachsantriebe eingestellt werden. Die Neigungswinkel können im Bereich zwischen etwa 5 und 85° liegen.
Die Abdachung erfolgt unter stetigem Vorschub des Werkstücks 4 in Z-Richtung, also in Erstreckungsrichtung der Werkstückspindel 1. Die Schwenkstellung und die Raumpositionen der Werkzeugspindeln 11, 21 bleiben während der Abdachbewegung konstant.
In einem zweiten Bearbeitungsschritt, der vor dem ersten oder aber auch nach dem ersten Bearbeitungsschritt stattfinden kann, werden die Zahnflanken 31, 32 der Zähne 30 mit Hinterlegungen versehen. Bei diesem Bearbeitungsverfahren, das in den 3 und 4 dargestellt wird, wird nur die erste Werkzeugspindel 11 verwendet. Die zweite Werkzeugspindel 21 wird hierzu in eine Position verlagert, in der sie nicht stört.
Die Werkzeugspindel 11 wird zum Herstellen der Hinterlegungen in eine Position gebracht, in der die Werkzeugspindel 11 parallel zur Werkstückspindel 1 verläuft. Dies erfolgt im Wesentlichen dadurch, dass der Spindelträger 17 um die Schwenkachse 16 verschwenkt wird. Sodann erfolgt eine Zustellbewegung, die im Ausführungsbeispiel durch eine Verlagerung der Werkstückspindel 1 in Richtung auf das Werkzeug 13 erfolgt, also entlang der Linearführung 6. Werkstück 4 und Werkzeugträger 13 werden in einem vorbestimmten Drehzahlverhältnis zueinander angetrieben. Der Vorschub erfolgt in Radialrichtung, bezogen auf die Erstreckungsrichtung der Werkstückspindel 1, bspw. durch Verlagern des Spindelantriebs 2 entlang der Linearführung 8 oder durch Verlagern des Spindelantriebs 12 entlang der Linearführung 18.
In einem dritten Bearbeitungsschritt, der hinsichtlich der zeitlichen Reihenfolge an beliebiger Stelle durchgeführt werden kann, werden mit dem Schneidkantenwerkzeug 24 des Werkzeugträgers 23 Rastnuten in die Zahnflanken 31, 32 der Zähne 30 eingearbeitet. Die Werkzeugmaschine wird hierzu in die in den 5 und 6 dargestellte Stellung gebracht, wobei die erste Werkzeugspindel 11 an eine Position gefahren wird, wo sie nicht stört und die zweite Werkzeugspindel 21 in eine Parallellage zur Werkstückspindel 1 gebracht wird. Hierzu wird der Spindelträger 27 um seine Schwenkachse 26 derart verschwenkt, dass die zweite Werkzeugspindel 21 parallel zur Werkstückspindel 1 verläuft.
Die Zustellung erfolgt auch hier in Richtung der Werkstückspindelachse, also bspw. durch Verlagern der Werkstückspindel 1 entlang der Linearführung 6. Es ist aber auch möglich, den Schlitten 10 entlang der Linearführung 9 zu verlagern. Der Vorschub erfolgt auch hier in Radialrichtung, bezogen auf die Drehung des Werkstücks 4, also innerhalb der Umlaufebene des Werkstücks 4. Der Vorschub kann durch eine Verlagerung der Werkstückspindel 1 entlang der Linearführung 8 oder durch eine Verlagerung der Werkzeugspindel 21 entlang der Linearführungen 20, 28 erfolgen.
Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen. Die Unteransprüche charakterisieren in ihrer fakultativ nebengeordneten Fassung eigenständige erfinderische Weiterbildung des Standes der Technik, insbesondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen.
Bezugszeichenliste

1: Werkstückspindel
2: Spindelantrieb/Spindelachse
3: Werkstückaufnahme/Futter
4: Werkstück/Zahnrad
5: Maschinenbett
6: Linearführung
7: Schlitten
8: Linearführung
9: Linearführung
10: Schlitten
11: Werkzeugspindel
12: Spindelantrieb/Spindelachse
13: Werkzeugträger
14: Schneidkantenwerkzeug
15: Schneidkantenwerkzeug
16: Schwenkachse
17: Spindelträger
18: Linearführung
19: Säule
20: Linearführung
21: Werkzeugspindel
22: Spindelantrieb
23: Werkzeugträger
24: Schneidkantenwerkzeug
25: Schneidkantenwerkzeug
26: Schwenkachse
27: Spindelträger
28: Linearführung
29: Schlitten
30: Zähne
31: Zahnflanken
32: Zahnflanken
33: Stirnflanken

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0625399 B1 [0002]
DE 19518483 C2 [0003]
DE 3312984 C2 [0005]
DE 3721610 C2 [0005]
EP 0107826 [0005]
DE 3832612 A1 [0005]
DE 4126934 [0005]
DE 7833000 U1 [0006]

Claims

Vorrichtung zur spanabhebenden Bearbeitung von Zahnrädern (4) mit einer Werkstückspindel (1) aufweisend eine Werkstückaufnahme (3) zur Aufnahme des zu bearbeitenden Zahnrades (4), die von einem Spindelantrieb (2) um ihre Drehachse antreibbar ist, mit einer von einem Spindelantrieb (12) drehantreibbaren ersten Werkzeugspindel (11) aufweisend einen ersten Werkzeugträger (13), der ein erstes, auf einer ersten Umlauffläche umlaufendes Schneidkantenwerkzeug (14) für einen ersten Bearbeitungsschritt des Zahnrades (4), bei dem Rastnuten oder Hinterlegungen in den Zahnflanken (31, 32) der Zähne (30) des Zahnrades (4) erzeugt werden, und der ein zweites, in Achsrichtung der Werkzeugspindel (12) dazu in Richtung des Stirnendes des Werkzeugträgers (13) versetzt angeordnetes, auf einer zweiten Umlauffläche umlaufendes Schneidkantenwerkzeug (15) für einen zweiten Bearbeitungsschritt des Zahnrades (4) aufweist, mit Linearachsantrieben, um das erste Schneidkantenwerkzeug (14) beim ersten Bearbeitungsschritt entlang Linearführungen (18, 6, 8) in Richtung der Drehachse der Werkstückspindel (1) zuzustellen und in Radialrichtung zur Drehachse der Werkstückspindel (1) vorzuschieben, und mit einer elektronischen Steuerung zum Ansteuern der Linearachsantriebe und der Spindelantriebe (2, 12), die derart eingerichtet ist, dass die Spindelantriebe (2, 12) beim ersten Bearbeitungsschritt in einem ersten Drehzahlverhältnis im Synchronlauf drehen und beim zweiten Bearbeitungsschritt in einem zweiten, vom ersten verschiedenen Drehzahlverhältnis im Synchronlauf drehen, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schneidkantenwerkzeug (15) ein Abdachwerkzeug ist, das an der freien Stirnseite des ersten Werkzeugträgers (13) sitzt und dass die Spindelachsen (2, 12) mittels eines ersten Schwenkachsenantriebs zum Erzeugen von Abdachungen an den Stirnflanken (33) der Zähne (30) des Zahnrades (4) im zweiten Bearbeitungsschritt um eine Schwenkachse (16) in eine andere Winkelstellung zueinander bringbar sind, und dass die Linearachsantriebe beim zweiten Bearbeitungsschritt derart angesteuert werden, dass der Vorschub in Achsrichtung einer der beiden Spindelachsen (2, 12) erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder insbesondere danach, gekennzeichnet durch eine von einem Spindelantrieb (22) drehantreibbare zweite Werkzeugspindel (21) mit einem zweiten Werkzeugträger (23), der an seiner freien Stirnseite ein drittes Schneidkantenwerkzeug (25) trägt, das ein Abdachwerkzeug ist, und zumindest einen weiteren Linearachsantrieb und einen zweiten Schwenkantrieb, um die zweite Werkzeugspindel (21) beim zweiten Bearbeitungsschritt in eine Winkelstellung zur Werkstückspindel (1) zu bringen und in Achsrichtung der zweiten Werkzeugspindel (21) zuzustellen oder vorzuschieben, wobei die elektronische Steuerung derart eingerichtet ist, dass das dritte Schneidkantenwerkzeug (25) beim zweiten Bearbeitungsschritt im selben synchronen Drehzahlverhältnis zur Werkstückspindel (1) dreht, wie die erste Werkzeugspindel (11), und dass erste und zweite Schneidkantenwerkzeuge (15, 25) gleichzeitig verschiedene Zahnflanken (31, 32) voneinander verschiedener Zähne (30) des Zahnrades zugeordnete Stirnflanken (33) bearbeiten.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Werkzeugträger (21) ein viertes, in Achsrichtung der Werkzeugspindel (21) zum dritten Schneidkantenwerkzeug (25) versetzt angeordnetes, auf einer vierten Umlauffläche umlaufendes Schneidkantenwerkzeug (24) für einen dritten Bearbeitungsschritt, bei dem Hinterlegungen oder Rastnuten erzeugt werden, trägt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Umlauffläche von der vierten Umlauffläche verschieden ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Werkstückspindel (1) in Vertikalrichtung erstreckt und mit Werkzeugspindeln (11, 21) unterhalb der Werkstückaufnahme (3) angeordnet sind.
Verfahren zur spanabhebenden Bearbeitung von Zahnrädern (4) mit einer Werkstückspindel (1) aufweisend eine Werkstückaufnahme (3) die das zu bearbeitenden Zahnrades (4) aufnimmt, die von einem Spindelantrieb (2) um ihre Drehachse drehgangetrieben wird, mit einer von einem Spindelantrieb (12) drehangetriebenen ersten Werkzeugspindel (11) aufweisend einen ersten Werkzeugträger (13), der ein erstes, auf einer ersten Umlauffläche umlaufendes Schneidkantenwerkzeug (14) und ein zweites, in Achsrichtung der Werkzeugspindel (12) dazu in Richtung des Stirnendes des Werkzeugträgers (13) versetzt angeordnetes, auf einer zweiten Umlauffläche umlaufendes Schneidkantenwerkzeug (15) trägt, und mit Linearachsantrieben, mit denen die Schneidkantenwerkzeuge (14,15) beim entlang Linearführungen (18, 6, 8) in Richtung der Drehachse der Werkstückspindel (1) und in Radialrichtung zur Drehachse der Werkstückspindel (1) verlagert werden, wobei in einem ersten Bearbeitungsschritt des Zahnrades (4), bei dem mit dem ersten Schneidkantenwerkzeug (14) nach einer Zustellung in Achsrichtung und bei einem Vorschub in Radialrichtung bezogen auf die Werkstückachse mit parallel zueinander stehenden Drehachsen der Werkstück- und Werkzeugspindel Rastnuten oder Hinterlegungen in den Zahnflanken (31, 32) der Zähne (30) des Zahnrades (4) erzeugt werden, die Spindelantriebe (2, 12) in einem ersten Drehzahlverhältnis im Synchronlauf drehen, und wobei in einem zweiten Bearbeitungsschritt des Zahnrades (4), bei dem mit dem zweiten Schneidkantenwerkzeug (15) die Zähne (30) des Zahnrades (4) bearbeitet werden, in einem zweiten, vom ersten verschiedenen Drehzahlverhältnis im Synchronlauf drehen, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem zweiten Bearbeitungsschritt die Spindelachsen (2, 12) mittels eines ersten Schwenkachsenantriebs um eine Schwenkachse (16) in eine Winkelstellung zueinander gebracht werden, und dass beim zweiten Bearbeitungsschritt die Linearachsantriebe derart angesteuert werden, dass der Vorschub in Achsrichtung einer der beiden Spindelachsen (2, 12) erfolgt und mit dem das zweite Schneidkantenwerkzeug (15), das ein Abdachwerkzeug ist, das an der freien Stirnseite des ersten Werkzeugträgers (13) sitzt, Abdachungen an den Stirnflanken (33) der Zähne (30) des Zahnrades (4) erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass beim zweiten Bearbeitungsschritt ein drittes Schneidkantenwerkzeug (25), das ein an der freien Stirnseite eines zweiten Werkzeugträger (23) angeordnetes Abdachwerkzeug ist, der an einer von einem Spindelantrieb (22) drehangetriebenem zweite Werkzeugspindel (21) sitzt, die in eine Winkelstellung zur Werkstückspindel (1) gebracht ist, und im selben synchronen Drehzahlverhältnis zur Werkstückspindel (1) dreht, wie die erste Werkzeugspindel (11), gleichzeitig mit dem zweiten Schneidkantenwerkzeug (15) verschiedenen Zahnflanken (31, 32) voneinander verschiedener Zähne (30) des Zahnrades zugeordnete Stirnflanken (33) bearbeitet werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass in einem dritten Bearbeitungsschritt des Zahnrades (4), mit einem vierten, in Achsrichtung der Werkzeugspindel (21) zum dritten Schneidkantenwerkzeug (25) versetzt am zweiten Werkzeugträger (21) angeordneten, auf einer vierten Umlauffläche umlaufenden Schneidkantenwerkzeug (24) nach einer Zustellung in Achsrichtung und bei einem Vorschub in Radialrichtung bezogen auf die Werkstückachse mit parallel zueinander stehenden Drehachsen der Werkstück- und Werkzeugspindel Hinterlegungen oder Rastnuten erzeugt werden, wobei die Spindelantriebe (22, 12) beim in einem dritten Drehzahlverhältnis im Synchronlauf drehen.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den einzelnen Bearbeitungsschritten weder das Werkstück (4) umgespannt wird, noch ein Werkzeugwechsel stattfindet.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitung des Zahnrades (3) bei sich in Vertikalrichtung erstreckender Werkstückspindel (1) von unten erfolgt.