DE102012008296A1

DE102012008296A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen, Bearbeiten und/oder Prüfen profiltragender Segmente

Info

Publication number: DE102012008296A1
Application number: DE201210008296
Authority: DE
Inventors: Felix Bucksch
Original assignee: Klingelnberg GmbH
Current assignee: Klingelnberg GmbH
Priority date: 2012-04-26
Filing date: 2012-04-26
Publication date: 2013-10-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen, Bearbeiten und/oder Prüfen profiltragender Segmente mit einem drehbar um eine Maschinentischachse angeordneten Maschinentisch und mit einem radial zur Maschinentischachse und normal zur Ebene der Oberfläche des Maschinentischs zustellbaren Werkzeugträger sowie ein Verfahren zum Erzeugen, Bearbeiten und/oder Prüfen profiltragender Segmente. Auf dem Maschinentisch ist ein Werkstück-Aufspanntisch angeordnet. Der Werkstück-Aufspanntisch ist drehbar um eine Werkstück-Aufspanntischachse gelagert. Außerdem sind die Maschinentischachse und die Werkstück-Aufspanntischachse zueinander versetzt und parallel zueinander angeordnet. Mit der vorliegenden Erfindung wird eine platzsparende und genaue Vorrichtung zum Erzeugen, Bearbeiten und/oder Prüfen profiltragender Segmente sowie ein entsprechendes Verfahren entwickelt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen, Bearbeiten und/oder Prüfen profiltragender Segmente mit einem drehbar um eine Maschinentischachse angeordneten Maschinentisch und mit einem radial zur Maschinentischachse und normal zur Ebene der Oberfläche des Maschinentischs zustellbaren Werkzeugträger sowie ein Verfahren zum Erzeugen, Bearbeiten und/oder Prüfen profiltragender Segmente.
Aus der DE 10 2009 023 830 B3 ist eine Werkzeugmaschine für Verzahnungssegmente bekannt, bei der ein Maschinentisch quer zur Zustellrichtung des Maschinenständers verfahrbar ist. Diese Maschine erfordert einen großen Bauraum.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Problemstellung zugrunde, eine platzsparende und genaue Vorrichtung zum Erzeugen, Bearbeiten und/oder Prüfen profiltragender Segmente sowie ein entsprechendes Verfahren zu entwickeln.
Diese Problemstellung wird mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Dazu ist auf dem Maschinentisch ein Werkstück-Aufspanntisch angeordnet. Der Werkstück-Aufspanntisch ist drehbar um eine Werkstück-Aufspanntischachse gelagert. Außerdem sind die Maschinentischachse und die Werkstück-Aufspanntischachse zueinander versetzt und parallel zueinander angeordnet.
Zum Erzeugen, Bearbeiten und/oder Prüfen wird ein Werkstück auf dem Werkstück-Aufspanntisch aufgespannt. Aus dem Versatz der Maschinentischachse zur Werkstück-Aufspanntischachse und einer gedachten Profilachse des zu erzeugenden, zu bearbeitenden oder zu prüfenden Profils oder Profilabschnitts des Werkstücks wird eine Referenzachse ermittelt oder gewählt, bei der die drei Achsen auf einer die Referenzachse durchdringenden Geraden liegen. Der Maschinentisch und der Werkstück-Aufspanntisch werden in Bezug auf die Profilachse derart in eine Bearbeitungsposition geschwenkt, dass die Summe der Schwenkwinkel um ihre Tischachsen dem Einstellwinkel zwischen den sich in der Profilachse schneidenden Geraden durch die Maschinentischachse und die Werkstück-Aufspanntischachse entspricht. Außerdem stellt in der Bearbeitungsposition der Werkzeugträger ein Werkzeug zu, wobei die Zustellung um den schwenkwinkelabhängigen Versatzbetrag zwischen der Referenzachse und der Profilachse erhöht oder erniedrigt wird.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung schematisch dargestellter Ausführungsformen.
1: Arbeitsraum einer Verzahnungsschleifmaschine;
2: Ausschnitt eines Arbeitsraums;
3: Draufsicht auf 2;
4: Werkstück- und Werkzeugposition beim Bearbeiten einer außermittigen Zahnlücke;
5: Werkstück- und Werkzeugposition beim Bearbeiten einer weiteren außenliegenden Zahnlücke;
6: Geometrische Zusammenhänge zur Ermittlung der Schwenkwinkel;
7: Werkzeug- und Werkstückposition vor der Bearbeitung eines Werkstücks mit einem kleinen Segmentwinkel;
8: Arbeitsraum einer Verzahnungsschleifmaschine zum Bearbeiten einer Außenverzahnung;
9: Ausschnitt eines Arbeitsraumes vor dem Schleifen einer Außenverzahnung;
10: Bearbeiten einer Zahnstange;
11: Geometrische Zusammenhänge beim Bearbeiten einer Zahnstange.
Die 1 zeigt beispielsweise den Arbeitsraum einer Verzahnungsschleifmaschine (10). Die Maschine (10) umfasst ein Maschinenbett (11), auf dem ein Maschinenständer (12) in Längsführungen (13) in den axialen Zustellrichtungen (14), den x-Richtungen, linear verfahrbar angeordnet ist. Außerdem trägt das Maschinenbett (11) einen in den Drehrichtungen (32) drehbar gelagerten und antreibbaren Maschinentisch (30). Die Maschinentischachse (31) ist vertikal im Raum angeordnet. Der Maschinenständer (12) ist radial zu dieser Maschinentischachse (31) verfahrbar. Die Oberfläche (33) des Maschinentischs (30) ist horizontal angeordnet.
Der Maschinenständer (12) hat vertikal angeordnete Führungsschienen (15). Auf diesen ist ein Werkzeugträger (16) in den Hubrichtungen (17), den z-Richtungen, linear verfahrbar angeordnet. Diese Verfahrrichtungen (17) sind parallel zur Maschinentischachse (31) und normal zur Ebene der Oberfläche (33) des Maschinentischs (30). Der Antriebsmotor (18) zum Verstellen des Werkzeugträgers (16) ist beispielsweise auf dem Maschinenständer (12) angeordnet.
Der Werkzeugträger (16) umfasst im Ausführungsbeispiel einen mittels einer in den Schwenkrichtungen (29) schwenkbaren Schwenkvorrichtung (19) schwenkbaren Werkzeugkopf (21) mit einem Werkzeughalter (22). Die Schwenkachse (25) ist normal zur Verfahrrichtung (17) des Werkzeugträgers (16) und parallel zur x-Richtung (14) angeordnet. Gegebenenfalls kann die Schwenkachse (25) auch normal zur Maschinentischachse (31) angeordnet sein.
Der Werkzeughalter (22) trägt das Werkzeug (24). Im Ausführungsbeispiel ist dies eine Schleifscheibe (24), deren Rotationsachse (26) parallel zur Führungsebene der Führungsschienen (15) des Maschinenständers (12) liegt. Der Antriebsmotor (27) der Schleifscheibe (24) ist am Werkzeughalter (22) angeordnet. In der Darstellung der 1 ist der Werkzeughalter (22) zusätzlich normal zur Schwenkachse (25) in den Shiftrichtungen (23) linear verfahrbar. Die Maschine (10) kann auch ohne diese Linearachse (28) ausgeführt sein. Die in den 1–5 dargestellte Schleifscheibe (24) ist eine Schleifscheibe (24) für Innenverzahnungen (63). Beispielsweise am Werkzeughalter (22) kann eine Abrichtvorrichtung angeordnet sein.
Auf dem Maschinentisch (30) ist exzentrisch ein Werkstück-Aufspanntisch (40) angeordnet. Dies ist ein Drehtisch (40), der um eine Werkstück-Aufspanntischachse (41) in den Drehrichtungen (42) antreibbar drehbar gelagert ist. Der Werkstück-Aufspanntisch (40) hat im Ausführungsbeispiel einen kleineren Durchmesser als der Maschinentisch (30). Die Werkstück-Aufspanntischachse (41) durchdringt in den Darstellungen der 1–5 den Maschinentisch (30) außermittig. Die Maschinentischachse (31) und die Werkstück-Aufspanntischachse (41) sind parallel zueinander angeordnet. Beispielsweise ist der Werkstück-Aufspanntisch (40) mittels Nutensteinen lösbar und abnehmbar in den T-Nuten (34) des Maschinentisches (30) befestigt.
In der Darstellung der 1 steht der Werkstück-Aufspanntisch (40) nicht über den Maschinentisch (30) über. Je nach den Platzverhältnissen im Arbeitsraum kann der Werkstück-Aufspanntisch (40) auch über den Maschinentisch (30) hinausstehen. Der Durchmesser des Werkstück-Aufspanntischs (40) kann auch größer sein als der Durchmesser des Maschinentischs (30). Es ist auch denkbar, dass die Werkstück-Aufspanntischachse (41) außerhalb des Maschinentischs (30) liegt.
Der Antriebsmotor des Werkstück-Aufspanntischs (40) ist beispielsweise im Werkstück-Aufspanntisch (40) angeordnet. Die Energie- und Steuerungsanschlüsse für den Werkstück-Aufspanntisch (40) sind z. B. an der dem Werkzeug (24) abgewandten Seite der Werkzeugmaschine (10) angeordnet. Beispielsweise umfassen die Leitungen am Übergang zum feststehenden Teil der Werkzeugmaschine (10) trennbare Steckverbindungen.
Auf dem Werkstück-Aufspanntisch (40) ist ein Werkstückhalter (50) befestigt, der ein Werkstück (60) trägt, vgl. 2. Das Werkstück (60) steht in der Draufsicht der 3 beispielsweise symmetrisch zur Werkzeuglängsachse.
Das Werkstück (60) ist in der Darstellung der 1–5 ein Segment (60) mit einem Verzahnungsprofil (61). Der Teilkreisdurchmesser der Verzahnung (61) ist größer als der Durchmesser des Maschinentischs (30). Dieses ringabschnittsförmige Segment (60) umfasst im Ausführungsbeispiel einen Winkelbereich von 60 Grad. Es hat eine gerade Innenverzahnung (63) mit einem konstanten Modul. Anstatt der dargestellten Gradverzahnung kann das Werkstück auch eine Schrägverzahnung aufweisen. Die Verzahnung (61) kann eine Profilverschiebung aufweisen, der Zahnkopf (64) oder der Zahnfuß (65) kann zurückgenommen sein. Auch können die einzelnen Zähne (66) höhen- oder breitenballig ausgeführt sein. Die Endbereiche (67) des Segments (60) sind ohne Verzahnung (61) ausgeführt. Der Segmentkörper (68) weist im Ausführungsbeispiel fünf Durchgangsbohrungen (69) zur Befestigung des Segments (60) auf.
Das Werkzeug (24) ist im Ausführungsbeispiel eine Profilschleifscheibe, mit der beide eine Zahnlücke (71) begrenzenden Zahnflanken (72) gleichzeitig bearbeitet werden können. Es ist aber auch denkbar, die beiden Zahnflanken (72), die an eine Zahnlücke (71) angrenzen, nacheinander zu bearbeiten. Die Schleifscheibe (24) liegt dann nur an einer Zahnflanke (72) an.
Die Durchdringungspunkte der Werkstück-Aufspanntischachse (41) und der Maschinentischachse (31) durch die Ebene der Oberfläche (33) des Maschinentischs (30) liegen in der Darstellung der 3 beispielsweise auf einer gemeinsamen Geraden mit der Werkzeuglängsrichtung. Außerdem liegt in diesem Ausführungsbeispiel eine Profilachse (75) des Werkstücks (60), beispielsweise die geometrische Mittelachse (75) des Verzahnungsprofils (61), auf dieser Geraden. Diese Profil-Mittelachse (75) des Werkstücks (60) ist hier z. B. eine Gerade durch den Teilkreismittelpunkt. Bei dieser Lage der Drehtische (30, 40) bildet die Werkstückachse (75) eine Referenzachse (81) der Werkzeugmaschine (10) für die Bearbeitung eines Verzahnungssegments (60). Der für die Bearbeitung der Verzahnung genutzte werkstückspezifische Bezugspunkt kann aber auch um einen konstanten Betrag in x-Richtung (14) und/oder y-Richtung und/oder z-Richtung (17) zum Referenzpunkt (81) versetzt sein.
Die Referenzposition (81) kann bei beliebiger Drehlage des Maschinentischs (30), des Werkstück-Aufspanntischs (40) sowie des Werkstücks (60) auf dem Werkstück-Aufspanntisch (40) ermittelt werden. Dies kann geometrisch oder numerisch erfolgen. Für die nachfolgenden Betrachtungen wird von einem ein karthesischen Maschinenkoordinatensystem ausgegangen, dessen Nullpunkt auf der Maschinentischachse (31) liegt. Ausgehend von der Darstellung der 3 und 6 ist im Koordinatensystem für die nachfolgenden Betrachtungen die positive x-Achse nach rechts und die positive y-Achse nach oben definiert. Die mathematisch positive Drehrichtung ist gegen den Uhrzeigersinn gerichtet.
Unter diesen Voraussetzungen ergibt sich die Lage des Referenzpunkts (81) zu M_Ref,x = a + b; M_Ref,y = 0 mit

a:: Abstand der Maschinentischachse (31) zur Werkstück-Aufspanntischachse (41);
b:: Abstand der Werkstück-Aufspanntischachse (41) zur Profilachse (75).

Die 3 zeigt die Position der Schleifscheibe (24) zum Bearbeiten der Verzahnung (61) vor dem Eintauchen des Werkzeugs (24) in die Zahnlücke (71). Um die vor der Schleifscheibe (24) befindliche Zahnlücke (71) zu bearbeiten, wird der Maschinenständer (12) mit dem Werkzeugträger (16) in der Richtung der Maschinentischachse (31) zugestellt. Beispielsweise steht die Schleifscheibe (24) zunächst oberhalb der Zahnlücke (71). Zur Bearbeitung verfährt der Werkzeugträger (16) mit der rotierenden Schleifscheibe (24) z. B. nach unten normal zur Ebene der Oberfläche (33) des Maschinentischs (30). Es ist auch denkbar, die Bearbeitung an einem der Werkstückenden (67) zu beginnen.
Um die nächste Zahnlücke (71) zu bearbeiten, ist im Ausführungsbeispiel beispielsweise eine theoretische Drehung der Werstückachse (75) um den Teilungswinkel von z. B. 3 Grad erforderlich, vgl. 4. Die beiden Tische (30, 40) werden jetzt so verdreht, dass die neu zu bearbeitende Zahnlücke (71) zum Werkzeug (24) zeigt. Wie die 6 zeigt, ergibt die Summe des Drehwinkels C_H (35) des Maschinentischs (30) und des Drehwinkels C_Z (45) des Werkstück-Aufspanntischs (40) den jeweiligen Einstellwinkel φ (82), der beispielsweise ein ganzzahliges Vielfaches des Teilungswinkels der Verzahnung (61) ist. Das bedeutet, dass in einer gemeinsamen horizontalen Ebene, die parallel zur oder in der Ebene der Oberfläche (33) des Maschinentischs (30) liegt, die Gerade durch die Mitteltischachse (31) und die Profil-Mittelachse (75) sowie die Gerade durch die Werkstück-Aufspanntischachse (41) und die Profil-Mittelachse (75) diesen Winkel φ (82) einschließen.
Der Drehwinkel C_H (35) des Maschinentisches (30) ergibt sich zu C_H = arcsin(b/a·sinφ) mit

C_H:: Drehwinkel des Maschinentischs;
φ:: Theoretischer Verdrehwinkel des Werkstücks (60) um die Profilachse (75). In der Darstellung der 6 hat dieser Winkel ein positives Vorzeichen.

Der Werkstück-Aufspanntisch (40) wird in entgegengesetzter Richtung um den Drehwinkel C_Z = –φ – C_H mit

C_Z:: Drehwinkel des Werkstück-Aufspanntischs.

3

4

30

40

_Z

45

40

_H

35

30

40

4

Beim Schwenken des Maschinentischs (30) und des Werkstück-Aufspanntischs (40) verlagert sich die Werkstückachse (75). Im Ausführungsbeispiel wird die Mittelachse (75) des Teilkreises (62) in Richtung des Koordinatenursprungs verschoben. Diese Verlagerung erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel auf einer Radialen zur Maschinentischachse (31). Das Werkzeug (24) wird daher zur Bearbeitung um diesen Versatzbetrag Δx (83) zusätzlich zugestellt, vgl. 6. Der Versatzbetrag (83) ergibt sich zu Δx = a·(1 – cosC_H) + b·(1 – cosφ) mit

Δx:: Versatzbetrag des Teilkreismittelpunktes
Π:: Kreiszahl.

Je nach Krümmung des Profils (61) relativ zum Werkzeug (24) kann der Wert des Versatzbetrages (83) positiv oder negativ sein. Im Ausführungsbeispiel der 1–6 ist der Wert des Versatzbetrags (83) negativ, das Werkzeug (24) wird damit weiter in Richtung des Koordinatenursprungs zugestellt. Die Zustellung in x-Richtung (14) erfolgt beispielsweise durch Verfahren des Maschinenständers (12) entlang der Führung (13).
Nach der Bearbeitung der Zahnlücke (71) wird der Maschinentisch (30) beispielsweise weiter in der gleichen Drehrichtung (32) gedreht. Die Drehlage des Werkstück-Aufspanntischs (40) wird werkstückspezifisch in Abhängigkeit des Einstellwinkels (82) ermittelt und eingestellt. Die jeweiligen Tischdrehungen werden beispielsweise wie oben beschrieben berechnet.
Die 5 zeigt das Werkzeug (24) im Eingriff mit dem Werkstück (60) in einer weiteren Zahnlücke (71). Der Maschinentisch (30) ist hier, ausgehend von der in der 3 dargestellten Ausgangslage, in mathematisch negativer Richtung gedreht. Beispielsweise steht er im vierten Quadranten. Der Werkstück-Aufspanntisch (40) ist in der Gegenrichtung, also in mathematisch positiver Richtung geschwenkt.
Auch zur Bearbeitung der weiteren Zahnlücken (71) können die beiden Drehtische (30, 40) nach den obigen Formeln in Abhängigkeit der Lage des Werkstücks (60) auf dem Werkstück-Aufspanntisch (40) gedreht werden. Zur Bearbeitung kann gegebenenfalls zusätzlich der Werkzeughalter (22) normal zur Schwenkachse (25) verfahren werden. Es ist auch denkbar, den Werkzeughalter (22) um den Maschinentisch (30) oder um eine parallel zur Maschinentischachse (15) angeordnete Achse zu schwenken.
Anstatt des Teilkreises (62) kann auch eine andere, das Profil bestimmende Größe zur Ermittlung der Profilachse (75) verwendet werden. Bei einer Verzahung kann dies z. B. der Grundkreis, der Fußkreis, der Wälzkreis oder der Kopfkreis sein.
Der Maschinentisch (30) kann statt im ersten und vierten Quadranten auch im zweiten und dritten Quadranten geschwenkt werden. Die oben genannten Formeln zur Berechnung gelten dort ebenso. Der Betrag des für die Bearbeitung genutzten Schwenkwinkels (35) des Maschinentischs (30) ist im Allgemeinen kleiner als 180 Grad. Auch der Betrag des zur Bearbeitung genutzen Schwenkwinkels (45) des Werkstück-Aufspanntischs (40) ist im Allgemeinen kleiner als 180 Grad.
Die 7 zeigt die Werkzeug- und Werkstückposition zeitlich vor der Bearbeitung eines kleinen Segments (60). Der Segmentwinkel beträgt hier beispielsweise 30 Grad. Der Maschinentisch (30), der Werkstück-Aufspanntisch (40) und der Teilkreis (62) der Verzahnung (61) entsprechen den Darstellungen der 1–5. Der Werkzeughalter (22) ist in diesem Ausführungsbeispiel nicht linear relativ zur Schwenkachse (25) verfahrbar. Das auf dem Werkstück-Aufspanntisch (40) aufgespannte Werkstück (60) hat z. B. sieben zu bearbeitende Zahnlücken (71). Um die beiden äußeren Zahnlücken (71) zu bearbeiten, muß die Position des Werkstücks (60) relativ zum Werkzeug (24) um den Betrag der Länge der Sehne (77) beispielsweise zwischen den Punkten am Teilkreis an den äußeren Zahnflanken (73, 74), reduziert um die Dicke des Werkzeugs (24), verstellbar sein. Der resultierende Betrag kann kleiner oder gleich dem doppelten Abstand zwischen der Maschinentischachse (31) und der Werkstück-Aufspanntischachse (41) sein.
Die Bearbeitung des in der 7 dargestellten Werkstücks (60) erfolgt, wie im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel der 1–5 beschrieben.
Der Werkstück-Aufspanntisch (40) kann auch kleiner als dargestellt ausgeführt sein. Auch kann die Werkstück-Aufspanntischachse (41) außerhalb des Maschinentischs (30) liegen. Der Werkstück-Aufspanntisch (40) umfasst dann beispielsweise einen Adapter, der auf dem Maschinentisch (30) befestigt ist.
In den in den 1–7 dargestellten Vorrichtungen (10) erfolgt die axiale Zustellung des Maschinenständers (12) beispielsweise in Richtung der Maschinenrückseite. Das Werkstück (60) ist bei der Bearbeitung also zwischen dem Werkzeug (24) und dem Maschinenständer (12) angeordnet. Es ist auch denkbar, die lineare Zustellung des Maschinenständers (12) in Richtung weg von der Maschinenrückseite auszuführen. In diesem Fall ist bei der Bearbeitung das Werkzeug (24) zwischen dem Werkstück (60) und dem Maschinenständer (12) angeordnet. Zur Bearbeitung der Innenverzahnung kann der Werkzeughalter (22) dann entweder wie in der 1 oder wie in der 7 dargestellt ausgebildet sein.
Die 8 und 9 zeigen eine Vorrichtung (10) zum Bearbeiten einer Außenverzahnung (76). Die Werkzeugmaschine (10) ist weitgehend ähnlich aufgebaut wie die in der 1 dargestellte Werkzeugmaschine (10). Der Werkzeughalter (22) trägt eine Schleifscheibe (24) für das Außenschleifen. Dies kann eine Einflanken- oder Zweiflanken-Profilscheibe sein.
Um das vorverzahnte Segment (60) zu schleifen, wird auch in diesem Ausführungsbeispiel zunächst eine Referenzachse ermittelt. Hierauf werden der Maschinentisch (30) und der Werkstück-Aufspanntisch (40) in die Bearbeitungsposition für die einzelne Zahnlücke (71) geschwenkt. Dann wird das Werkzeug (24) unter Berücksichtigung des Versatzbetrags zur Bearbeitung zugestellt. Nach dem Bearbeiten der ersten Zahnlücke (71) werden die beiden Tische (30, 40), wie oben beschrieben, zur Bearbeitung der nächsten Zahnflanken (72) geschwenkt.
Auch in dieser Ausführungsform kann die Werkzeugmaschine (10) ohne Shiftachse arbeiten, wenn die Sehne des zu bearbeitenden Profils, reduziert um die Dicke des Werkzeugs (24), kleiner ist als der doppelte Abstand der Maschinentischachse (31) zur Werkstück-Aufspanntischachse (41).
Die Bearbeitung einer Außenverzahnung (76) kann auch mit einer Vorrichtung erfolgen, die einen Werkzeughalter (22) nach 1 umfasst.
Die 10 und 11 zeigen die Bearbeitung eines Zahnstangensegments. Auch hier liegt das Werkstück (60) gegebenenfalls mittels eines Werkstückhalters (50) auf dem Werkstück-Aufspanntisch (40) auf. Die Verzahnung (61) kann in der Zeichnugsebene der 10 zunächst frei ausgerichtet sein. Bei einer Zahnstange liegt die gedachte Mittelachse (75) des Teilkreises im Unendlichen.
Zur Ermittlung der Referenzachse (81) werden der Maschinentisch (30) und der Werkstück-Aufspanntisch (40) so um ihre jeweiligen Achsen (31, 41) gedreht, dass die Verbindungsgerade der beiden Drehachsen (31, 41) normal zur Teilgeraden (62) der Verzahnung (61) ist. Dies kann geometrisch oder rechnerisch erfolgen. Die Verbindungsgerade liegt beispielsweise in der Ebene der Oberfläche (33) des Maschinentischs (30) oder in einer hierzu parallelen Ebene. Die Referenzachse (81) ist normal zu dieser Ebene angeordnet und schneidet die Verbindungsgerade. Ihr Abstand zur Maschinentischachse (31) ist konstant.
Nun können beispielsweise die Zahnflanken (72) der ersten Zahnlücke (71) bearbeitet werden.
Um die nächste Zahnlücke (71) zu bearbeiten, muß das Werkstück (60) relativ zum Werkzeug (24) z. B. um einen Teilungsbetrag (84) als Teil oder Vielfaches einer Teilungslänge verschoben werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel müßte das Werkstück (60) in negativer y-Richtung verschoben werden. Der Maschinentisch (30) und der Werkstück-Aufspanntisch (40) werden derart in eine Bearbeitungsposition geschwenkt, dass die Summe der beiden Schwenkwinkel (35, 45) Null ergibt. In einer parallel zur oder in der Oberfläche (33) des Maschinentischs (40) liegenden Ebene entspricht diese Winkelsumme dem Einstellwinkel zwischen den sich in der gedachten Profilachse (75) schneidenden Geraden durch die Maschinentischachse (31) und die Werkstück-Aufspanntischachse (41). Die Geraden durch die Maschinentischachse (31) und die gedachte Profilachse (75) sowie die Gerade durch die Werkstück-Aufspanntischachse (41) und die gedachte Profilachse (75) sind parallel zueinander und schneiden sich somit im Unendlichen.
Der Verdrehwinkel (35) des Maschinentisches (30) ergibt sich zu: C_H = arcsin(t/a) mit

t:: Teilungslänge. Die Teilungslänge hat im Ausführungsbeispiel einen negativen Wert.

45

40

C_Z = –C_H

In der so eingestellten neuen Bearbeitungsposition wird mittels des Werkzeugträgers (16) das Werkzeug (24) zugestellt. Im Ausführungsbeispiel, in dem die Zustellung entgegen der positiven x-Richtung erfolgt, wird der Zustellungshub um einen schwenkwinkelabhängigen Versatzbetrag vermindert. Der Versatzbetrag, der sich auch als Änderung des Abstandes der Referenzachse (81) zur gedachten Profilachse (75) ergibt, beträgt Δx = a·(1 – cosC_H).
Die Zahnflanken (72) der weiteren Zahnlücken (71) werden analog bearbeitet.
Sowohl bei einer Innenverzahnung nach den 1–7, bei einer Außenverzahnung nach den 8 und 9 als auch bei einer Zahnstange nach den 10 und 11 können beispielsweise auch mehrere Zahnlücken (71) mittels eines Werkzeugs (24) gemeinsam bearbeitet werden. Das Werkzeug (24) kann beispielsweise mehrere parallel zueinander angeordnete Scheiben umfassen, die bei gleicher Rotationsachse (26) jeweils eine auf die zu bearbeitende Zahnlücke (71) abgestimmte Gestalt haben. Auch können mehrere Profile auf einem Werkzeug (24) angeordnet sein. Mit einem derartigen Werkzeug kann ohne Verdrehung der Tische (30, 40) eine Gruppe von beispielsweise fünf Zahnlücken (71) bearbeitet werden, bevor die beiden Tische (30, 40) so verdreht werden, dass die nächste Gruppe von z. B. fünf Zahnlücken (71) bearbeitet wird.
Es ist auch denkbar, die Verzahnung (61) in einem Wälzschleifverfahren zu bearbeiten. Hierzu wird beispielsweise als Werkzeug (24) eine Schleifschnecke eingesetzt. Dies kann bei einer Innenverzahnung (63) beispielsweise eine Globoidschnecke und bei einer Außenverzahnung (76) eine zylindrische Schnecke sein.
Das zu bearbeitende Profil (61) kann anstatt der in den Figuren dargestellten Evolventenverzahnung eine Zykloidenverzahnung, Triebstockverzahnung, etc. aufweisen. Die Verzahnung kann unterbrochen oder durchgängig ausgebildet sein. Das Profil kann unsymmetrisch zur Profilachse ausgebildet sein. Das Profil kann auch einzelne Nuten aufweisen, die z. B. rechteckförmig, U-förmig, V-förmig, etc. ausgebildet sind. Die geraden oder schräg ausgebildeten Nuten können regelmäßig oder unregelmäßig angeordnet sein. Auch eine kreuzförmige Ausbildung ist denkbar.
Das dem Schleifwerkzeug (24) zugewandte Profil (61) kann auch waagerechte Nuten, Gewindeabschnitte, etc. aufweisen. Die Bearbeitung erfolgt dann wie oben beschrieben, wobei die Drehwinkelermittlung und -einstellung beider Tische (30, 40) für jeden Punkt des Profils (61) erfolgt. Das Werkzeug (24) kann hierbei z. B. so geschwenkt sein, dass seine Rotationsachse (26) vertikal steht.
Die Hauptabmessungen der Vorrichtung (10), z. B. der Werkzeugmaschine, entsprechen den Hauptabmessungen einer konventionellen Werkzeugmaschine (10), die ohne einen Werkstück-Aufspanntisch (40) ausgerüstet ist. Die Werkzeugmaschine (10) ist somit kompakt. Zudem kann der Werkstück-Aufspanntisch (40) auf eine konventionelle Werkzeugmaschine nachgerüstet werden und auch wieder demontiert werden. Mittels des nachrüstbaren Werkstück-Aufspanntischs (40) lässt sich eine konventionelle Werkzeugmaschine zusätzlich zur Bearbeitung profiltragender Segmente (60) einsetzen. Der Einsatzbereich der Werkzeugmaschine (10) wird damit erweitert um Werkstücke (60), deren Radius größer ist als der Radius des Maschinentischs. Es können damit auch Segmente (60) kreisförmiger Bauteile bearbeitet werden, wobei die kreisförmigen Bauteile größer sind als der Arbeitsraum.
Je nach Größe des zu bearbeitenden Werkstücks (60) kann der Abstand der Maschinentischachse (31) und der Werkstück-Aufspanntischachse (41) größer oder kleiner gewählt werden. Sollen beispielsweise mit einer Maschine (10) große und kleine Segmente (60) bearbeitet werden, kann der Werkstück-Aufspanntisch (40) werkstückspezifisch ausgetauscht werden, um eine ausreichend große Werkstückauflage zu ermöglichen. Da ein Werkstück-Aufnahmetisch (40) mit einem kleinen Durchmesser ein geringeres Massenträgheitsmoment aufweist als ein Werkstück-Aufspanntisch (40) mit einem großen Durchmesser, kann die Schwenkwinkeleinstellung schneller und/oder mit einem geringeren Energieaufwand als bei einem Werkstück-Aufspanntisch (40) großen Durchmessers erfolgen.
Das einzelne Segment (60), kann, wie in den 1–7 dargestellt, einen konstanten Krümmungsradius aufweisen. Das Profil (61) hat dann genau eine gedachte Profilachse (75). Es ist aber auch denkbar, Profile mit einem progressiven oder degressiven Krümmungsradius zu bearbeiten. Für jeden Profilabschnitt ergibt sich so eine eigene Profilachse. Ebenfalls können Segmente mit Profilen (61) bearbeitet werden, die positive und negative Krümmungsradien aufweisen. Die Segmente können dann beispielsweise die Gestalt einer Welle haben. Auch in diesem Fall ist das Profil (61) abschnittsweise definierbar. Für jeden Profilabschnitt ergibt sich eine eigene gedachte Profilachse (75).
Die beschriebene Vorrichtung und das Verfahren können auch zum Erzeugen von Profilen (61) an Segmenten (60) eingesetzt werden. Das Werkzeug (24) ist hierbei beispielsweise ein spanendes Werkzeug, beispielsweise ein Fräswerkzeug, ein Stoßwerkzeug, ein Schälwerkzeug, etc. Die Ermittlung der Referenzachse und das Einstellen der Bearbeitungspositionen erfolgen wie oben beschrieben. Die Zustellung auf das Fertigmaß dieser Bearbeitungsstufe kann stufenweise oder stufenlos erfolgen. Beispielsweise bei einer Verzahnungsherstellung werden nach der Bearbeitung der Zahnflanken (72) einer Zahnlücke (71) die beiden Tische (30, 40) verdreht und die Zahnflanken (72) der nächsten Zahnlücke (71) erzeugt. Sowohl bei einer Innenverzahnung (63) als auch bei einer Außenverzahnung (76) können die Zahnflanken (72) mehrerer Zähne gemeinsam bearbeitet werden. Auch die Herstellung der Verzahnung in einem Wälzverfahren ist denkbar.
Es ist auch denkbar, andere regelmäßig oder unregelmäßig angeordnete Profile mittels der beschriebenen Vorrichtung und des beschriebenen Verfahrens zu erzeugen. Diese Profile entsprechen beispielsweise den Profilen, die z. B. wie oben beschrieben mittels eines Schleifverfahrens bearbeitet werden können.
Es ist auch denkbar, anstatt eines Bearbeitungswerkzeugs ein Prüfwerkzeug einzusetzen. Das Prüfwerkzeug ist beispielsweise ein messender oder prüfender Taster, um z. B. Abweichungen des Ist-Profils einer Zahnflanke vom Soll-Profil dieser Zahnflanke zu ermitteln. Die Vorrichtung (10) kann dann eine Bearbeitungsmaschine mit Prüfadapter, eine Messmaschine oder eine Prüfmaschine sein.
Das Drehen des Maschinentischs (30) und des Werkstück-Aufspanntischs (40) beim Messen oder Prüfen erfolgt, wie im Zusammenhang mit dem Bearbeiten oder Erzeugen des Profils (61) beschrieben. Der gedachte Durchmesser des Werkstücks (60) kann in allen Fällen größer sein als der Durchmesser des Maschinentischs (30).
Auch Kombinationen der verschiedenen Ausführungsbeispiele sind denkbar.
Bezugszeichenliste

10: Vorrichtung, Verzahnungsschleifmaschine, Werkzeugmaschine
11: Maschinenbett
12: Maschinenständer
13: Längsführungen
14: Verfahrrichtungen von (12), x-Richtungen, axiale Zustellrichtungen
15: Führungsschienen
16: Werkzeugträger
17: Verfahrrichtungen von (16), z-Richtungen, Hubrichtungen
18: Antriebsmotor
19: Schwenkvorrichtung
21: Werkzeugkopf
22: Werkzeughalter
23: Verfahrrichtungen von (22), Shiftrichtungen
24: Werkzeug, Schleifscheibe
25: Schwenkachse
26: Rotationsachse von (24)
27: Antriebsmotor, Schleifmotor
28: Linearachse, Shiftachse
29: Schwenkrichtungen von (19)
30: Maschinentisch, Drehtisch
31: Maschinentischachse
32: Drehrichtungen von (30)
33: Oberfläche von (30)
34: T-Nuten
35: Schwenkwinkel von (30), C_H
40: Werkstück-Aufspanntisch, Drehtisch
41: Werkstück-Aufspanntischachse
42: Drehrichtungen von (40)
45: Schwenkwinkel von (40), C_Z
50: Werkstückhalter
60: Werkstück, Segment
61: Profil, Verzahnung
62: Teilkreis, Teilgerade
63: Innenverzahnung
64: Zahnkopf
65: Zahnfuß
66: Zähne
67: Endbereiche von (60)
68: Segmentkörper
69: Durchgangsbohrungen
71: Zahnlücke
72: Zahnflanken
73: äußere Zahnflanke
74: äußere Zahnflanke
75: Profilachse, Profil-Mittelachse, Werkstückachse, Mittelachse des Teilkreises
76: Außenverzahnung
77: Sehne
81: Referenzachse, Referenzposition
82: Winkel φ, Einstellwinkel
83: Versatzbetrag Δx von (75) zu (81)
84: Einstellbetrag Δy
a: Abstand zwischen (31) und (41)
b: Abstand zwischen (41) und (75)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009023830 B3 [0002]

Claims

Vorrichtung (10) zum Erzeugen, Bearbeiten und/oder Prüfen profiltragender Segmente (60) mit einem drehbar um eine Maschinentischachse (31) angeordneten Maschinentisch (30) und mit einem radial zur Maschinentischachse (31) und normal zur Ebene der Oberfläche (33) des Maschinentischs (30) zustellbaren Werkzeugträger (16), dadurch gekennzeichnet, – dass auf dem Maschinentisch (30) ein Werkstück-Aufspanntisch (40) angeordnet ist, – dass der Werkstück-Aufspanntisch (40) drehbar um eine Werkstück-Aufspanntischachse (41) gelagert ist und – dass die Maschinentischachse (31) und die Werkstück-Aufspanntischachse (41) zueinander versetzt und parallel zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugträger (16) eine Schwenkvorrichtung (19) umfasst, deren Schwenkachse (25) parallel zur Verfahrrichtung des Maschinenständers (12) und normal zur Verfahrrichtung des Werkzeugträgers (16) angeordnet ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugträger (16) einen normal zur Schwenkachse (25) verfahrbaren Werkzeughalter (22) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Maschinentischachse (31) und der Werkstück-Aufnahmetischachse (41) größer ist als der Radius des Maschinentischs (30).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstück-Aufspanntisch (40) lösbar und abnehmbar auf dem Maschinentisch (30) befestigt ist.
Verfahren zum Erzeugen, Bearbeiten und/oder zum Prüfen profiltragender Segmente (60) mittels einer Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass ein Werkstück (60) auf dem Werkstück-Aufspanntisch (40) aufgespannt wird, – dass aus dem Versatz der Maschinentischachse (31) zur Werkstück-Aufspanntischachse (41) und einer gedachten Profilachse (75) des zu erzeugenden, zu bearbeitenden oder zu prüfenden Profils (60) oder Profilabschnitts des Werkstücks (60) eine Referenzachse (81) ermittelt oder gewählt wird, bei der die drei Achsen (31, 41, 75) auf einer die Referenzachse (81) durchdringenden Geraden liegen, – dass der Maschinentisch (30) und der Werkstück-Aufspanntisch (40) in Bezug auf die Profilachse (75) derart in eine Bearbeitungsposition geschwenkt werden, dass in einer parallel zur oder in der Oberfläche (33) des Maschinentischs (40) liegenden Ebene die Summe der Schwenkwinkel (35, 45) um ihre Tischachsen (31, 41) dem Einstellwinkel (82) zwischen den sich in der Profilachse (75) schneidenden Geraden durch die Maschinentischachse (31) und die Werkstück-Aufspanntischachse (41) entspricht und – dass in der Bearbeitungsposition der Werkzeugträger (16) ein Werkzeug (24) zustellt, wobei die Zustellung um den schwenkwinkelabhängigen Versatzbetrag (83) zwischen der Referenzachse (81) und der Profilachse (75) erhöht oder erniedrigt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine gedachte Profilachse (75) des Profils (60) außerhalb des Maschinentischs (40) liegt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (24) ein spanendes Werkzeug ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (60) ein Verzahnungsprofil ist.