DE102011118312A1

DE102011118312A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung von Zahnkanten

Info

Publication number: DE102011118312A1
Application number: DE201110118312
Authority: DE
Inventors: Hansjörg Geiser
Original assignee: Liebherr Verzahntechnik GmbH
Current assignee: Liebherr Verzahntechnik GmbH
Priority date: 2011-11-11
Filing date: 2011-11-11
Publication date: 2013-05-16
Also published as: US20130121779A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung von Zahnkanten eines verzahnten Werkstücks, bei welchem ein auf einer Werkzeugspindel aufgespanntes Werkzeug zum Bearbeiten einer Zahnkante des Werkstücks zum Einsatz kommt, wobei die Bearbeitung der Zahnkante durch eine Wälzbewegung des Werkzeugs und des Werkstücks erfolgt, wobei das Heranfahren des Werkzeuges an die Zahnkante über die Bewegung eines Trägerarms erfolgt, an welchem die Werkzeugspindel angeordnet ist und welcher mindestens zwei Drehachsen aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung von Zahnkanten eines verzahnten Werkstücks, bei welchem ein auf einer Werkzeugspindel aufgespanntes Werkzeug zum Bearbeiten einer Zahnkante des Werkstücks zum Einsatz kommt, wobei die Bearbeitung der Zahnkante durch eine Wälzbewegung des Werkzeugs und des Werkstücks erfolgt.
Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine entsprechende Vorrichtung zur Bearbeitung von Zahnkanten.
Ein solches Verfahren und eine Vorrichtung sind aus der DE 103 30 474 B4 bekannt. Dabei sitzt das Werkzeug zum Bearbeiten der Zahnkante auf der gleichen Werkzeugwelle wie der Wälzfräser zur Fertigung der Verzahnung, so dass die Verfahrachsen des Bearbeitungskopfes der Verzahnmaschine gleichzeitig zum Bearbeiten der Zahnkanten des verzahnten Werkstücks eingesetzt werden können. Die Anordnung des Anfaswerkzeugs auf der Welle des Wälzfräsers begrenzt jedoch dessen Länge. Weiterhin sind der Durchmesser des Anfaswerkzeugs und der Durchmesser des Wälzfräsers nicht unabhängig voneinander wählbar. Zudem ist der Einsatz des Anfaswerkzeugs äußerst unflexibel und erzwingt eine sequentielle Bearbeitung der Werkstücke.
Aus der DE 10 2009 019 433 A1 ist daher einer Vorrichtung bekannt, bei welcher das Anfaswerkzeug auf einem separaten Bearbeitungskopf angeordnet ist, was eine flexiblere Verfahrensführung ermöglicht. Zum Zustellen des Anfaswerkzeugs an die Zahnkante werden dabei zwei Linearantriebe eingesetzt, so dass die Bewegungsführung beim Anfasen der üblicher Weise zum Verzahnen von Zahnrädern eingesetzten Bewegungsführung entspricht. Diese auf die Erzeugung von Verzahnungen ausgerichtete Kinematik ist jedoch wenig flexibel und aufwendig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Zahnkanten zur Verfügung zu stellen, bei welcher die Bearbeitung der Zahnkante weiterhin durch eine Wälzbewegung des Werkzeugs und des Werkstückes erfolgt und die Kinematik der Bearbeitungsvorrichtung eine flexible Bearbeitung der Zahnkanten ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung gemäß Anspruch 7 gelöst.
Die vorliegende Erfindung zeigt dabei ein Verfahren zur Bearbeitung von Zahnkanten eines verzahnten Werkstücks, bei welchem ein auf einer Werkzeugspindel aufgespanntes Werkzeug zum Bearbeiten einer Zahnkante des Werkstücks zum Einsatz kommt, wobei die Bearbeitung der Zahnkante durch eine Wälzbewegung des Werkzeugs und des Werkstückes erfolgt. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass das Heranfahren des Werkzeugs an die Zahnkante über die Bewegung eines Trägerarms erfolgt, an welchem die Werkzeugspindel angeordnet ist und welcher mindestens zwei Drehachsen aufweist. Die mindestens zwei Drehachsen des Trägerarms erlauben damit eine erheblich flexiblere und einfachere Einstellung der Position des Werkzeugs gegenüber der Zahnkante des Werkstücks.
Insbesondere können die mindestens zwei Drehachsen dabei dazu eingesetzt werden, um das Werkzeug nach einer Bearbeitung einer ersten Zahnkante von dieser weg in eine Eingriffsposition mit einer zweiten Zahnkante des Werkstückes zu bewegen. Vorteilhafterweise werden dabei durch die Überlagerung der Drehbewegungen mehrere Drehachsen translatorische Bewegungen der Zahnspindel in Breitenrichtung des Werkstückes erzeugt.
Dabei haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung erkannt, dass die im Stand der Technik aus dem Bereich der Verzahnmaschinen übernommene lineare Bewegungsachse für diese Bewegung bei der Bearbeitung nur der Zahnkanten nicht mehr notwendig ist, und durch die erheblich flexibleren Drehachsen ersetzt werden kann. Die flexibleren Drehachsen lassen weitere Anwendungen des Trägerarmes zu. Damit entsteht ein Mehrwert der Entgrateinrichtung, der mit den rein linearen Bewegungen nicht so ohne weiteres realisierbar wäre.
Zur Erzeugung einer möglichst gleichmäßigen Form der Zahnkante wird erfindungsgemäß jedoch weiterhin eine Wälzbewegung des Werkzeugs eingesetzt, um eine optimale Zahnkantenkontur und hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten zu erreichen.
Vorteilhafterweise erlaubt der Trägerarm dabei zudem eine translatorische Bewegung der Werkzeugspindel tangential zum Werkstück. Hierdurch können unterschiedliche Bereiche des Werkzeugs mit der Zahnkante des Werkstücks in Eingriff gebracht werden. Insbesondere erlaubt dies den Einsatz unterschiedlicher Werkzeugbereiche für die obere und die untere Zahnkante.
Vorteilhafterweise weist der Trägerarm dabei mindestens drei Drehachsen auf. Insbesondere kann dabei auch die translatorische Bewegung der Werkzeugspindel tangential zum Werkstück durch die Bewegung mindestens einer Drehachse erzeugt werden, vorteilhafterweise durch die Überlagerung der Drehbewegungen mehrerer Drehachsen.
Besonders bevorzugt weist der Trägerarm dabei mindestens vier, weiterhin vorteilhafterweise mindestens fünf Drehachsen auf. Insbesondere kann der Trägerarm dabei mindestens sechs Drehachsen aufweisen.
In einer besonders bevorzugten Ausführung kann ein Roboterarm eingesetzt werden, an dessen Endstück die Werkzeugspindel angeordnet ist. Ein solcher Roboterarm ermöglicht eine ebenso flexible wie genau Positionierung der Werkzeugspindel an der Zahnkante.
Weiterhin kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der Trägerarm eine Bewegung der Werkzeugspindel mit mindestens drei translatorischen Freiheitsgraden und/oder mindestens einem rotatorischen Freiheitsgrad erlaubt. Dies erlaubt eine Zustellung des Werkzeugs an die Zahnkante in drei Richtungen, sowie gegebenenfalls eine Ausrichtung des Werkzeugs zur Anpassung an Schrägverzahnungen. Weiterhin können neben den drei translatorischen Freiheitsgraden aber auch mindestens zwei oder mindestens drei rotatorische Freiheitsgrade gegeben sein, um eine noch flexiblere Einstellung zu gewährleisten.
Erfindungsgemäß kann die Drehachse der Werkzeugspindel weiterhin in einer Ebene angeordnet sein, welche senkrecht auf der letzten Drehachse des Trägerarms steht. Diese Anordnung ermöglicht eine optimale Durchführung der Bearbeitung der Zahnkante durch eine Wälzbewegung des Werkzeugs. Weiterhin erlaubt sie ein einfaches Schrägstellen des Werkzeugs für die Bearbeitung von Schrägverzahnungen.
Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks mit zwei Zahnkanten eingesetzt werden, wobei das Werkzeug einen ersten Bereich zur Bearbeitung der ersten Zahnkante und einen zweiten Bereich zum Bearbeiten der zweiten Kante des Werkstücks aufweist. Dies erlaubt eine individuelle Bearbeitung beispielsweise der oberen und der unteren Zahnkante eines Zahnrades.
Der erste und der zweite Bereich des Werkzeuges können dabei insbesondere für umgekehrte Drehrichtungen des Werkzeuges ausgelegt sein. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass die beiden Bereiche unterschiedliche Geometrien erzeugen.
Vorteilhafterweise kann dabei nach dem Bearbeiten der ersten Zahnkante durch den ersten Bereich das Werkzeug über den Tägerarm an die zweite Zahnkante des Werkstücks herangefahren werden, wobei die zweite Zahnkante durch den zweiten Bereich mit einer im Vergleich zur ersten Zahnkante umgekehrten Drehrichtung des Werkzeugs bearbeitet wird. Dies ermöglicht es insbesondere, beide Zahnkanten mit der gleichen Schneidrichtung zu bearbeiten, beispielsweise an beiden Zahnkanten eine Schneidrichtung von innen nach außen zu ermöglichen oder eine Schneidrichtung von außen nach innen.
Durch die Verwendung zweier Bereiche kann so auch auf eine Drehung der Werkzeugspindel zwischen der Bearbeitung der ersten und der zweiten Zahnkante verzichtet werden.
Weiterhin vorteilhafterweise erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Herstellung und/oder Bearbeitung der Verzahnung und die Bearbeitung der Zahnkanten über unabhängig voneinander bewegbare Werkzeuge. Insbesondere kann dabei ein Bearbeitungskopf zum Herstellen oder Bearbeiten der Verzahnung eingesetzt werden, und ein hiervon unabhängiger Bearbeitungskopf zum Bearbeiten der Zahnkanten.
Erfindungsgemäß kann die Herstellung und/oder Bearbeitung der Verzahnung und die Bearbeitung der Zahnkanten gleichzeitig in unterschiedlichen Abschnitten des Werkstückes erfolgen. Alternativ kann die Herstellung und/oder Bearbeitung der Verzahnung und die Bearbeitung der Zahnkanten jedoch auch nacheinander erfolgen.
Dabei kann in einer ersten Variante der vorliegenden Erfindung die Bearbeitung der Zahnkanten auf der gleichen Aufspannung erfolgen wie die Erzeugung und/oder Bearbeitung der Verzahnung des Werkstücks. Dies hat insbesondere bei großen Werkstücken mit entsprechend langen Bearbeitungszeiten Vorteile, da hier das Aufspannen und das Wechseln der Werkstücke viel Zeit in Anspruch nimmt, so dass die Zusatzzeit zum Bearbeiten der Zahnkanten kaum ins Gewicht fällt.
In einer zweiten Alternative kann die Bearbeitung der Zahnkanten dagegen auf einer separaten Werkstückaufnahme erfolgen, so dass zwischen dem Erzeugen und/oder Bearbeiten der Verzahnung und dem Bearbeiten der Zahnkanten das Werkstück von einer ersten Werkstückaufnahme abgenommen und auf einer zweiten Werkstückaufnahme eingespannt wird. Vorteilhafterweise erfolgt der Bearbeitungsprozess der Zahnkanten damit zwar an separaten Bearbeitungsstationen, aber ebenfalls innerhalb einer gemeinsamen Verzahnmaschine. Eine komplett separate Bearbeitungsstation für die Zahnkanten wäre jedoch ebenfalls denkbar. Möglich wäre es auch, bei Großmaschinen Wechseltische einzusetzen.
Vorteilhafterweise kommt die erste Alternative, bei welcher die beiden Bearbeitungsschritte an einem auf der gleichen Werkstückaufnahme eingespannten Werkstück erfolgen, dabei bei Werkstücken mit einem Durchmesser von über 800 mm zum Einsatz. Weiterhin vorteilhafterweise kommt die zweite Alternative, bei welcher zwei Werkstückaufnahmen eingesetzt werden, dagegen bei Werkstücken mit einem Durchmesser von unter 800 mm, vorteilhaft von unter 500 mm, zum Einsatz.
Die erfindungsgemäße Bearbeitung der Zahnkanten umfasst vorteilhafterweise ein Entgraten und/oder ein Anfasen der Zahnkanten. Vorteilhafterweise werden die Zahnkanten hierfür spanabtragend bearbeitet.
Insbesondere kann dabei zur Bearbeitung der Zahnkanten ein Fräswerkzeug zum Einsatz kommen. Werden dabei zur Bearbeitung einer ersten und einer zweiten Zahnkante des Werkstücks unterschiedliche Bereiche des Werkzeugs eingesetzt, ist das Werkzeug vorteilhafterweise zweiteilig aufgebaut.
Insbesondere können dabei zwei baugleiche Fräswerkzeuge eingesetzt werden, welche vorteilhafterweise mit umgekehrter Drehrichtung auf dem Werkzeugdorn aufgespannt sind. Insbesondere können über solche Werkzeuge zylindrische grat- oder schrägverzahnte Werkstücke sowohl an der Unterkante als auch an der Oberkante bearbeitet werden.
Es gibt jedoch auch besondere Anwendungsfälle, bei denen sich die Flankenkante zwischen der Oberseite und der Unterseite unterscheidet. In diesem Fall sind zwei unterschiedliche Fräswerkzeuge notwendig, welche nebeneinander angeordnet sind, z. B. bei der Bearbeitung von Beveloid-Zahnrädern.
Weiterhin vorteilhafterweise weist das erfindungsgemäße Werkzeug dabei um seinen Umfang verteilt Schneidzähne und dazwischen angeordnete Spannuten auf. Insbesondere kennen diese Schneidzähne dabei mehrgängig angeordnet sein und damit bei der Bearbeitung der Zahnkanten unterschiedlichen Zahnlücken zugeordnet sein.
Der erfindungsgemäße Trägerarm kann durch seine erfindungsgemäß gegebene Beweglichkeit über das Bearbeiten der Werkzeugkanten hinaus auch für andere Tätigkeiten eingesetzt werden. Besonders bevorzugt weist der Trägerarm dabei eine automatische Wechselschnittstelle zur Aufnahme unterschiedlicher Werkzeugeinrichtungen auf.
Weiter kann dabei ein Magazin im Bewegungsbereich des Trägerarms angeordnet sein, in welchem mindestens zwei unterschiedliche Werkzeugeinrichtungen angeordnet oder anordenbar sind. Vorteilhafterweise kann der Trägerarm sich dabei zum Magazin bewegen und selbsttätig die Werkzeugeinrichtung wechseln.
Vorteilhafterweise stellt die Werkzeugspindel dabei eine solche Werkzeugeinrichtungen dar, welche demgemäß abgelegt und durch eine andere Werkzeugeinrichtung ersetzt werden kann. Alternativ kann jedoch auch die Werkzeugspindel so aufgebaut sein, dass sie neben dem eigentlichen Werkzeug noch weitere Werkzeuge automatisch aufnehmen kann.
Weiterhin kann als Werkzeugeinrichtung eine Bürsteinrichtung vorgesehen sein, durch welche eine Nachbürstung der Zahnkanten erfolgt.
Alternativ oder zusätzlich kann als Werkzeugeinrichtung auch ein Werkzeuggreifer vorgesehen sein, mit welchem das Werkzeug einer weiteren Bearbeitungsvorrichtung gewechselt wird. Insbesondere kann dabei das Werkzeug einer Bearbeitungsvorrichtung, über welche die Verzahnung hergestellt und/oder bearbeitet wird, gewechselt werden.
Weiterhin alternativ oder zusätzlich kann als Werkzeugeinrichtung auch ein Werkstückgreifer vorgesehen sein, mit welchem ein Werkstück be- oder entladen wird. Der Trägerarm kann so auch zum Be- oder Entladen der Werkstücke auf die Werkstückaufnahme der Vorrichtung eingesetzt werden, und/oder zum Be- oder Entladen der Werkstücke auf die Werkstückaufnahme einer weiteren Bearbeitungsvorrichtung.
Die vorliegende Erfindung umfasst weiterhin eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Zahnkanten eines verzahnten Werkstücks, mit einer Werkzeugspindel, an welcher ein Werkzeug zum Bearbeiten einer Zahnkante des Werkstücks einspannbar ist und mit einer Werkstückaufnahme, an welcher ein Werkstück einspannbar ist, wobei jeweils ein Antrieb zur rotatorischen Bewegung der Werkzeugspindel und der Werkstückaufnahme vorgesehen ist und die Steuerung der Vorrichtung eine Funktion aufweist, welche eine Wälzbewegung des Werkzeugs und des Werkstücks zur Bearbeitung des Werkstücks erzeugt.
Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Werkzeugspindel an einem Trägerarm angeordnet ist, welcher mindestens zwei Drehachsen aufweist. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ergeben sich dabei die gleichen Vorteile, welche bereits oben im Hinblick auf das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben wurden.
Insbesondere kann die erfindungsgemäße Vorrichtung dabei zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden.
Vorteilhafterweise ist der Trägerarm dabei so ausgebildet, wie dies oben bereits im Hinblick auf das Verfahren dargestellt wurde. Weiterhin vorteilhafterweise ist auch die Vorrichtung insgesamt so ausgebildet, wie dies oben bereits im Hinblick auf das Verfahren dargestellt wurde.
Vorteilhafterweise ist dabei die Werkzeugspindel zum Bearbeiten der Zahnkanten des Werkstücks unabhängig von einer Werkzeugaufnahme einer weiteren Bearbeitungsvorrichtung bewegbar, die zum Erzeugen und/oder Bearbeiten der Verzahnung des Werkstücks einsetzbar ist. Wie bereits oben dargestellt, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bearbeiten der Zahnkanten des Werkstücks dabei komplett separat von einer Verzahnmaschine eingesetzt werden, oder als Teil einer solchen Verzahnmaschine, welche jedoch zum Erzeugen und/oder Bearbeiten der Verzahnung eine weitere Bearbeitungsvorrichtung aufweist.
In einer ersten Alternative ist die Bearbeitungsvorrichtung dabei zum Erzeugen und/oder Bearbeiten der Verzahnung eines Werkstücks einsetzbar, welches auf der Werkstückaufnahme der Vorrichtung zur Bearbeitung von Zahnkanten eingespannt ist. Hierdurch wird die gleiche Werkstückaufnahme sowohl für die Bearbeitungsvorrichtung zum Erzeugen und/oder Bearbeiten der Verzahnung als auch für die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bearbeitung der Zahnkanten eingesetzt.
Alternativ kann die Bearbeitungsvorrichtung dagegen eine zweite Werkstückaufnahme aufweisen, so dass ein in der Werkzeugaufnahme eingespanntes Werkzeug zum Erzeugen und/oder Bearbeiten der Verzahnung eines auf der zweiten Werkstückaufnahme aufgespannten Werkstücks einsetzbar ist.
Weiterhin vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass der Trägerarm eine automatische Wechselschnittstelle zur Aufnahme unterschiedlicher Werkzeugeinrichtungen aufweist, insbesondere zur Aufnahme einer Bürsteinrichtung und/oder zur Aufnahme eines Werkzeuggreifers und/oder zur Aufnahme eines Werkstückgreifers. Vorteilhafterweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dabei so ausgestattet, wie dies bereits oben im Hinblick auf das Verfahren dargestellt wurde. insbesondere kann dabei ein Magazin für mindestens zwei Werkzeugeinrichtungen vorgesehen sein, welches im Bewegungsbereich des Trägerarms angeordnet ist.
Weiterhin kann die Vorrichtung ein Werkzeug umfassen, wie dies bereits oben beschrieben wurde.
Weiterhin vorteilhafterweise umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Steuerung, welche Funktionen aufweist, durch die ein erfindungsgemäßes Verfahren durchgeführt wird. Die entsprechenden Funktionen implementieren damit die erfindungsgemäßen Verfahren in der Steuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Vortelihafterweise erlaubt die Steuerung dabei eine automatische Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der oben dargestellten unterschiedlichen Aspekte der erfindungsgemäßen Verfahren.
Die vorliegende Erfindung umfasst weiterhin eine Verzahnungsmaschine mit einer Bearbeitungsvorrichtung zum Erzeugen und/oder Bearbeiten der Verzahnung eines Werkstücks und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bearbeitung von Zahnkanten eines verzahnten Werkstücks, wie sie oben dargestellt wurde. Bei der Bearbeitungsvorrichtung kann es sich dabei insbesondere um eine Verzahnungsfräsmaschine oder um eine Verzahnungsstoßmaschine handeln.
Wie bereits oben näher erläutert, kann die Erzeugung und/oder Bearbeitung der Verzahnung des Werkstücks dabei auf der gleichen Werkstückaufnahme erfolgen, auf welcher auch die Bearbeitung der Zahnkanten erfolgt, oder auf separaten Werkstückaufnahmen.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels sowie Zeichnungen näher dargestellt. Dabei zeigen:
1: ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Seitenansicht,
2: das Ausführungsbeispiel in einer perspektivischen Ansicht,
3: den Trägerarm der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der erfindungsgemäßen Werkstückspindel,
4: eine vergrößerte Ansicht der erfindungsgemäßen Werkstückspindel und
5: eine vergrößerte Ansicht eines erfindungsgemäß eingesetzten Werkzeuges mit zwei Werkzeugbereichen zur Bearbeitung der oberen und der unteren Zahnkante.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren erlauben eine spanabtragende Bearbeitung an verzahnten Werkstücken, welche ermöglicht, in relativ kurzer Bearbeitungszeit Entgrat- bzw. Anfasbearbeitungen entlang der Zahnkontur einer verzahnten Werkstückkante durchzuführen.
Bei der Bearbeitungsvorrichtung kann es sich dabei um eine eigenständige Einrichtung handeln, es ist aber auch vorstellbar, diese Bearbeitungsvorrichtung an oder in einer Verzahnmaschine anzuordnen, um im Anschluss an den Verzahnvorgang das verzahnte Werkstück auf der gleichen Aufspannung zu bearbeiten, auf der es verzahnt wurde.
Dies kann vor allem bei großen Werkstücken über 500 mm, vorteilhaft 800 mm, verzahnter Durchmesser mit entsprechend langen Bearbeitungszeiten von Interesse sein. Werkstücke dieses Durchmessers werden häufig nicht mehr automatisch aufgespannt, so dass die Zusatzzeit zum Entgraten und Anfasen dieser Verzahnung nicht so stark ins Gewicht fällt. Hier wäre ein weiterer Aufspannvorgang deutlich länger als die eigentliche Entgratzeit. Außerdem kommen so fertig verzahnte und entgratete Werkstücke von der Maschine.
Bei kleineren Werkstücken steht dagegen die Zykluszeit für die Bearbeitung der Verzahnung im Vordergrund, so dass der Entgratprozess vorzugsweise an einer separaten Entgratstation stattfindet. Der Entgratprozess kann dabei jedoch ebenfalls Innerhalb der Verzahnmaschine stattfinden.
Alternativ wäre jedoch für alle Werkstückdurchmesser auch eine separate Entgratstation denkbar.
Erfindungsgemäß wird dabei ein spezielles Werkzeug zum Bearbeiten der Zahnkanten eingesetzt, insbesondere ein speziell an die zu bearbeitende Verzahnung angepasstes Werkzeug.
Das Bearbeiten der Zahnkanten erfolgt dabei durch eine Wälzbewegung des Werkzeugs und des Werkstücks, welche durch eine entsprechend gekoppelte Drehbewegung der Werkzeugspindel und der Werkstückaufnahme erzeugt wird. Die Form der Fase an der Zahnkante wird damit im wesentlichen über die Form des eingesetzten Werkzeugs bestimmt.
Zum Heranfahren des Werkzeuges und zum Positionieren des Werkzeugs an der Zahnkante wird nun aber erfindungsgemäß ein Trägerarm eingesetzt, welcher mindestens zwei Drehachsen aufweist.
Während des Bearbeitungsprozesses der jeweiligen Zahnkante wird die Ausrichtung der Werkzeugspindel zum Werkstück dagegen vorteilhafterweise nicht verändert, sondern höchstens eine Zustellbewegung des Werkzeugs zum Werkstück vorgenommen.
1 bis 3 zeigen nun ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher ein Roboterarm 20 eingesetzt wird, an dessen Endstück die Motorspindel 30 zur Aufnahme des Werkzeugs angeordnet ist. Der Roboterarm 20 weist dabei im Ausführungsbeispiel sechs Drehachsen 21–26 auf, über welche die Werkzeugspindel 30 mit drei translatorischen und drei rotatorischen Freiheitsgraden bewegt werden kann.
Dies erlaubt zum einen eine Zustellbewegung des Werkzeugs zur Zahnkante sowie ein Bewegen des Werkzeugs von der oberen Zahnkante zur unteren Zahnkante und umgekehrt. Weiterhin erlaubt der dritte translatorische Freiheitsgrat, unterschiedliche Bereiche des Werkzeugs mit der Zahnkante in Eingriff zu bringen. Die rotatorischen Freiheitsgrade erlauben dagegen die korrekte Ausrichtung des Werkzeugs zur Zahnkante.
Im Ausführungsbeispiel ist der Roboter dabei so aufgebaut, dass der gesamte Roboterarm 20 über eine vertikale Drehachse 21 auf einem Maschinenständer 27 angeordnet ist. Die jeweils horizontal ausgerichteten Drehachsen 22 und 23 erlauben dann jeweils ein Verschwenken eines ersten Armteils 28 bzw. eines zweiten Armteils 29. Eine in Längsrichtung des zweiten Armteils 29 ausgerichtete weitere Drehachse 24 erlaubt dessen Drehung. Am Ende des zweiten Armteils ist eine weitere Drehachse 25 und an dieser über eine wiederum in Armrichtung verlaufende Drehachse 26 ein Endstück des Roboterarms angeordnet.
Am Endstück des Roboterarms ist nun die Motorspindel 30 angeordnet. Dabei ist die Drehachse 31 der Motorspindel in einer Ebene angeordnet, welche senkrecht zu der letzten Drehachse 26 des Roboterarms verläuft. Dies erlaubt ein besonders einfaches Verschwenken des Werkzeugs beispielsweise zur Anpassung an Schrägverzahnungen.
Neben dem Trägerarm 20, welcher die Werkzeugspindel 30 trägt, umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung weiterhin eine Werkstückaufnahme 50. In 1 und 2 ist auf dieser Werkstückaufnahme 50 ein Zahnrad 40 eingespannt. Der Trägerarm mit der Werkzeugspindel ist dabei neben der Werkstückaufnahme 50 angeordnet.
Im Ausführungsbeispiel wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Anfasen bzw. Entgraten eines außenverzahnten Werkstücks eingesetzt. Der Einsatz bei einem innenverzahnten Werkstück wäre jedoch ebenfalls möglich. Hierzu müsste gegebenenfalls die Werkzeugspindel 30 kleiner gebaut bzw. mit einem Werkzeug 60 eines größeren Durchmessers gearbeitet werden. Durch die Flexibilität des Roboterarms könnte aber mit der gleichen Anordnung sowohl eine Bearbeitung von innen- als auch von außenverzahnten Werkstücken erfolgen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann dabei eine separate Entgratstation darstellen, oder aber in eine Verzahnungsfräsmaschine oder eine Verzahnungsstoßmaschine integriert sein.
Wie bereits oben dargestellt kann dabei die Bearbeitung der Zahnkanten des Werkstücks 40 erfolgen, während es auf der Werkstückaufnahme 50 eingespannt ist, auf welcher auch die Verzahnbearbeitung erfolgte. Die Bearbeitung der Verzahnung und der Zahnkanten kann in diesem Fall auch gleichzeitig an unterschiedlichen Stellen des Werkstücks erfolgen.
Alternativ kann das Werkstück jedoch auch von einer Werkstückaufnahme, auf welcher der Verzahnprozeß durchgeführt wird, zu einer zweiten Werkstückaufnahme transportiert werden, auf welcher die Bearbeitung der Zahnkanten erfolgt.
Der erfindungsgemäße Trägerarm bietet vor allem bei der Integration in eine Maschine noch weitere Möglichkeiten. Insbesondere kann dabei der Kopf des Trägerarms mit einer automatischen Wechselschnittstelle versehen sein, durch welche der Roboter eigenständig weitere Aufgaben durch Wechsel der Werkzeugeinrichtung übernehmen kann.
Durch einen Wechselkopf können dabei die Werkzeuge zum Bearbeiten der Zahnkanten, insbesondere die Entgratfräser, gewechselt werden, um mit dieser Einrichtung auch Mehrfachverzahnungen zu entgraten. Durch ein Einwechseln einer Bürsteinrichtung könnte die Anfasung gegebenenfalls auch nachgebürstet werden.
Weiterhin könnte der Roboter durch ein Anwechseln eines Werkstückgreifers die Maschine mit Werkstücken be- oder entladen. Insbesondere kann der Trägerarm dabei dazu eingesetzt werden, um die Werkstücke von einer externen Transporteinrichtung auf die Werkstückaufnahme der Entgrateinrichtung zu be- bzw. entladen und/oder um bei zwei getrennten Werkstückaufnahmen den Wechsel des Werkstücks von der einen Bearbeitungsstation auf die andere Bearbeitungsstation vorzunehmen.
Durch die Verwendung eines Werkzeuggreifers am Trägerarm kann der Roboter auch einen automatischen Werkzeugwechsel an der Bearbeitungsvorrichtung zur Herstellung und/oder Bearbeitung der Verzahnung durchführen.
Die Schnittstelle zum Wechseln der Bearbeitungseinrichtung ist dabei in 2 mit dem Bezugszeichen 80 versehen. Insbesondere kann an dieser Schnittstelle die erfindungsgemäße Werkzeugspindel 30 angebaut bzw. angewechselt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist dabei vortelihafterweise eine Steuerung auf, welche Funktionen für die entsprechenden Verfahrensschritte zur Verfügung stellt. Vorteilhafterweise erlaubt die Steuerung dabei eine automatische Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In 5 ist nun das bevorzugt eingesetzte Werkzeug, welches beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Einsatz kommt, näher dargestellt.
Das Werkzeug weist dabei mindestens einen Fräsbereich 70 auf, auf welchem mehrere Schneidzähne in Umfangsrichtung beabstandet angeordnet sind. Insbesondere können dabei die einzelnen Schneidzähne aufeinanderfolgenden Zahnlücken eines Zahnrades entsprechen und bei der Abwälzbewegung mit den Zahnkanten aufeinander folgender Zähne des Zahnrades in Eingriff kommen.
In der in 5 gezeigten besonders vorteilhaften Ausgestaltung der vorlegenden Erfindung weist das Werkzeug dabei zwei Werkzeugbereiche 70 und 70' auf, welche jeweils zur Bearbeitung der oberen bzw. der unteren Zahnkante eingesetzt werden. Erfindungsgemäß weisen dabei die Schneidkanten der beiden Werkzeugbereiche jeweils in entgegengesetzte Richtungen, so dass diese mit entgegengesetzten Drehrichtungen zur Bearbeitung der oberen und der unteren Zahnkante eingesetzt werden können.
Dabei können insbesondere zwei blaugleiche Fräswerkzeuge 70 und 70' eingesetzt werden, welche mit umgekehrter Drehrichtung auf den Werkzeugdorn 60 aufgespannt sind und so das erfindungsgemäße Werkzeug bilden. Hierdurch unterscheidet sich zwar die Schnittrichtung an der Unterseite und der Oberseite der Verzahnung, während aber die Verzahngeometrie auf beiden Seiten die gleiche ist. Ein entsprechendes Werkzeug kann insbesondere bei zyliridrischen gerad- oder schrägverzahnten Werkstücken eingesetzt werden.
Es gibt aber auch besondere Anwendungsfälle, bei denen sich die Flankenkante zwischen der Ober- und der Unterseite des Zahnrades unterscheidet. In diesem Fall sind zwei Entgratfräser mit unterschiedlichen Schneidkanten notwendig, beispielsweise bei der Bearbeitung von Beveloid-Zahnrädern.
Bei einem solchen erfindungsgemäßen Werkzeug mit zwei unterschiedlichen Bereichen für die Ober- und die Unterkante wird vorzugsweise zunächst eine der beiden Kanten bearbeitet, woraufhin das Werkzeug über den Trägerarm von dieser Kante wegbewegt und der andere Werkzeugbereich mit der anderen Kante in Eingriff gebracht wird, woraufhin diese Kante bearbeitet wird. Auf eine komplette Drehung der Werkzeugspindel kann daher erfindungsgemäß verzichtet werden.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine äußerst flexible Bearbeitung der Zahnkanten eines Zahnrades bei gleichzeitig relativ kurzen Bearbeitungszeiten für die Entgrat- und Anfasbearbeitung entlang der Zahnkontur der verzahnten Werkstückkante.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10330474 B4 [0003]
DE 102009019433 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Bearbeitung von Zahnkanten eines verzahnten Werkstücks, bei welchem ein auf einer Werkzeugspindel aufgespanntes Werkzeug zum Bearbeiten einer Zahnkante des Werkstücks zum Einsatz kommt, wobei die Bearbeitung der Zahnkante durch eine Wälzbewegung des Werkzeugs und des Werkstücks erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass das Heranfahren des Werkzeuges an die Zahnkante über die Bewegung eines Trägerarms erfolgt, an welchem die Werkzeugspindel angeordnet ist und welcher mindestens zwei Drehachsen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Trägerarm eine translatorische Bewegung der Werkzeugspindel tangential zum Werkstück erlaubt, wobei der Trägerarm vorteilhafterweise mindestens drei Drehachsen aufweist, und vorteilhafterweise mindestens vier, fünf oder sechs Drehachsen und/oder wobei der Trägerarm eine Bewegung der Werkzeugspindel mit mindestens drei translatorischen Freiheitsgraden und/oder mindestens einem rotatorischen Freiheitsgrad, weiterhin vorteilhafterweise mit drei translatorischen Freiheitsgraden und mindestens zwei oder drei rotatorischen Freiheitsgraden erlaubt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Drehachse der Werkzeugspindel in einer Ebene angeordnet ist, welche senkrecht auf der letzten Drehachse des Trägerarms steht.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Werkstück zwei Zahnkanten aufweist und das Werkzeug einen ersten Bereich zum Bearbeiten der ersten Zahnkante und einen zweiten Bereich zum Bearbeiten der zweiten Kante des Werkstücks aufweist, wobei vorteilhafterweise nach dem Bearbeiten der ersten Zahnkante durch den ersten Bereich das Werkzeug über den Tägerarm an die zweite Zahnkante des Werkstücks herangefahren wird und die zweite Zahnkante durch den zweiten Bereich mit einer im Vergleich zur ersten Zahnkante umgekehrten Drehrichtung des Werkzeugs bearbeitet wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Herstellung und/oder Bearbeitung der Verzahnung und die Bearbeitung der Zahnkanten über unabhängig voneinander bewegbare Werkzeuge erfolgt, wobei vorteilhafterweise die die Herstellung und/oder Bearbeitung der Verzahnung und die Bearbeitung der Zahnkanten gleichzeitig an unterschiedlichen Abschnitten des Zahnrades erfolgt oder wobei vorteilhafterweise die Herstellung und/oder Bearbeitung der Verzahnung und die Bearbeitung der Zahnkanten nacheinander erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Trägerarm eine automatische Wechselschnittstelle zur Aufnahme unterschiedlicher Werkzeugeinrichtungen aufweist, wobei vorteilhafterweise eine Bürsteinrichtung aufgenommen wird, durch welche eine Nachbürstung erfolgt, und/oder wobei vorteilhafterweise ein Werkzeuggreifer aufgenommen wird, mit welchem das Werkzeug einer weiteren Bearbeitungsvorrichtung gewechselt wird, und/oder wobei vorteilhafterweise ein Werkstückgreifer aufgenommen wird, mit welchem ein Werkstück be- oder entladen wird.
Vorrichtung zur Bearbeitung von Zahnkanten eines verzahnten Werkstücks, mit einer Werkzeugspindel, an welcher ein Werkzeug zum Bearbeiten einer Zahnkante des Werkstücks einspannbar ist, und mit einer Werkstückaufnahme, an welcher ein Werkstück einspannbar ist, wobei jeweils ein Antrieb zur rotatorischen Bewegung der Werkzeugspindel und der Werkstückaufnahme vorgesehen ist und die Steuerung der Vorrichtung eine Funktion aufweist, welche eine Wälzbewegung des Werkzeugs und des Werkstücks zur Bearbeitung des Werkstücks erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugspindel an einem Trägerarm angeordnet ist, welcher mindestens zwei Drehachsen aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Werkzeugspindel zum Bearbeiten der Zahnkanten des Werkstücks unabhängig von einer Werkzeugaufnahme einer Bearbeitungsvorrichtung bewegbar ist, die zum Erzeugen und/oder Bearbeiten der Verzahnung des Werkstücks einsetzbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Bearbeitungsvorrichtung zum Erzeugen und/oder Bearbeiten der Verzahnung eines Werkstücks einsetzbar ist, welches auf der Werkstückaufnahme der Vorrichtung zur Bearbeitung von Zahnkanten eingespannt ist, oder wobei die Bearbeitungsvorrichtung eine zweite Werkstückaufnahme aufweist, so dass ein in der Werkzeugaufnahme eingespanntes Werkzeug zum Erzeugen und/oder Bearbeiten der Verzahnung eines auf der zweiten Werkstückaufnahme aufgespannten Werkstücks einsetzbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Trägerarm eine automatische Wechselschnittstelle zur Aufnahme unterschiedlicher Werkzeugeinrichtungen aufweist, insbesondere zur Aufnahme einer Bürsteinrichtung und/oder zur Aufnahme eines Werkzeuggreifers und/oder zur Aufnahme eines Werkstückgreifers.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche mit einer Steuerung, welche Funktionen aufweist, welche ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchführen.
Verzahnungsmaschine mit einer Bearbeitungsvorrichtung zum Erzeugen und/oder Bearbeiten der Verzahnung eines Werkstücks und einer Vorrichtung zur Bearbeitung von Zahnkanten eines verzahnten Werkstücks nach einem der Ansprüche 7 bis 11.