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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wälzstoßmaschine zur Herstellung oder Bearbeitung von Zahnrädern, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren zur Herstellung von Verzahnungen und Profilen mittels einer Wälzstoßmaschine gemäß Anspruch 8 sowie gemäß Anspruch 10.
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Verzahnungen und Profile werden bekannterweise durch Wälzstoßen hergestellt. Dabei werden die sogenannten Wälzstoßmaschinen, wie in 1 dargestellt, verwendet. Ein solches Verzahnungsverfahren wird besonders bevorzugt bei Werkstückgeometrien mit Störkonturen, wie zum Beispiel benachbarte Verzahnungen oder Schultern, sowie Innenverzahnungen und Sonderanwendungen, wie unrunden Konturen.
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Die Hauptschnittbewegung bei den Wälzstößen wird durch die lineare Oszillation des Schneidrades realisiert. Die Zerspanung des Werkstückwerkstoffes wird im Arbeitshub durchgeführt. Das Schneidrad befindet sich über dem Werkstück und führt eine Hubbewegung parallel zur Werkstückdrehachse aus. Das Werkstück und das Schneidrad drehen sich dabei kontinuierlich um ihre Achsen, so dass beide ineinander abwälzen. Der Rückhub erfolgt mit abgehobenem Werkzeug, um ein Streifen des Schneidrades und Werkstückes aneinander zu verhindern, da nach dem Zerspannungsprozess die Wälzkopplung von Schneidrad und Werkstück weiterläuft.
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Ein Abheben des Schneidrades vom Werkstück ist notwendig, um die Schneidkanten bei der Aufwärtsbewegung zu schonen und eine Kollision mit dem weiterwälzenden Werkstück zu vermeiden. Ein Rückhub ohne Abhebebewegung des Schneidrades hätte aufgrund der fortfahrenden Wälzbewegung von Schneidrad und Werkstück ein Streifen derselbigen aneinander zur Folge. Daraus können unerwünschte Streifenbildungen am Werkstück und damit eine Beschädigung des Werkzeugs resultieren. Massivere Zerstörungsbilder, wie Zerstörung der Werkzeugbeschichtung bis hin zu Schädigung der Flanken könnten beim Streifen, unter anderem auch mit hohen Geschwindigkeiten in der Wälzbewegung auftreten. Ebenso kommt es durch eine Schnittdruckbelastung zu einer Stoßspindelauslenkung. Vor allem bei langen Stoßspindeln kommt es zur einer großen Auslenkung am unteren Ende der Spindel, da durch die geringere Steifigkeit durch die zunehmende Länge der Spindel die Auslenkbewegung immer größer wird und damit bei einem Rückhub ohne Abhebebewegung es zur Kollision zwischen Schneidrad und Werkstück führen würde.
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Das bisher bekannte Wälzstoßverfahren zeichnet sich durch eine Vorschub- und Zustellbewegung aus. Die Vorschubbewegung erfolgt dadurch, dass das Schneidrad und das Werkstück, die mechanisch gekoppelt sind, eine Wälzbewegung durchführen, welche elektronisch gesteuert wird.
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Die Qualität der Verzahnung hängt also in erster Linie von der Synchronisierung der Vorschub- und Zustellbewegungen sowie von deren Geschwindigkeitsverhältnis ab. Bei modernen Geräten erfolgt die Synchronisierung über eine NC-Steuerung (Numeric-Control-Steuerung) und über einen elektronisch gesteuerten Achsantrieb. Dieser spielt im Rückhub eine besonders große Rolle. Hier kann z. B. durch spezielle Abhebenocken das Schneidrad vom Werkstück abgehoben werden. Somit wird ein Streifen des Schneidrads am Werkstück vermieden und eine Beschädigung des Werkstückes oder der Verzahnungsmaschine vorgebeugt.
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Das oben erwähnte Prinzip der Schneidradabhebung durch Abhebenocken gehört zum Stand der Technik und wird durch entsprechende Konstruktionen an den Stoßmaschinen auf unterschiedliche Weise realisiert. Bei Wälzstoßen ist dies ein gängiges Verfahren, bei welchem die Abhebebewegung über die NC-Steuerung realisiert wird.
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Aus dem Stand der Technik ist die
DE 10 78 851 A bekannt, in der eine Vorrichtung zum Anheben des Stoßrades einer Zahnradstoßmaschine beim Rücklauf der Stoßspindel offenbart ist. Hierdurch wird das Werkzeug und das Werkstück geschont. Ein Werkzeugträger ist in der Druckschrift in einer hohlen Stoßspindel längs verschiebbar und verschwenkbar, jedoch nicht drehbar geführt. Aufgabe der Entgegenhaltung ist es, eine Abhebeeinrichtung für eine insbesondere mit Schneidrad nach dem Wälzverfahren arbeitende Verzahnungsmaschine zu schaffen, die einfach aufgebaut ist und einen verringerten Verschleiß der Zentrierflächen bei einwandfreier Maßhaltigkeit gewährleistet.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Wälzstoßmaschine bereitzustellen sowie ein Verfahren zur Herstellung von Verzahnungen und Profilen anzugeben, durch welche bzw. durch welches eine technisch vereinfachte Schneidradabhebung für Großverzahnungen mit langen Hüben und keine Schrägverzahnung für Innen- und Außenverzahnungen auf eine einfache und kostengünstige Weise realiserbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Wälzstoßmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie verfahrensmäßig durch ein Verfahren gemäß Anspruch 10 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Wälzstoßmaschine zur Herstellung von Verzahnungen und Profilen weist ein Maschinenbett oder einen Maschinentisch zur Aufspannung eines zu bearbeitenden Werkstückes, ein Stoßwerkzeug, insbesondere ein Schneidrad, sowie einen das Stoßwerkzeug tragenden Stoßkopf auf. Erfindungsgemäß ist ein Stoßkopfschlitten vorgesehen, an welchem der Stoßkopf angebracht und auf welchem der Stoßkopf verfahren werden kann. Dabei ist der Stoßkopfschlitten abgeschrägt ausgebildet, so dass beim Abheben oder Absenken des Stoßwerkzeugs in Richtung der Z-Achse, eine horizontale Verschiebung desselben in Richtung der X-Achse realisiert werden kann. Durch das Verschieben des Stoßkopfes entlang der Schräge des Stoßkopfschlittens kann beim geringfügigen Abheben des Stoßwerkzeugs eine horizontale Verschiebung desselben generiert werden, so dass das Entstehen von Rückhubstreifen vermieden wird.
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Des Weiteren wird bei einer horizontalen Verschiebung des gesamten Stoßkopfes die Genauigkeit für eine unveränderte Verzahnungsqualität mit geringen Toleranzen verbunden, so dass die Rückhubbewegung das Stoßergebnis nicht beeinflusst. Es wird außerdem mit der erfindungsgemäßen Wälzstoßmaschine erreicht, dass geringere Massen bewegt werden müssen. Die erfindungsgemäße Wälzstoßmaschine braucht keine Abhebeeinheit und weist somit eine wesentlich einfachere Gestaltung als die bisher bekannten Wälzstoßmaschinen auf, da die erzeugte Abhebebewegung in der horizontalen Ebene durch die Verschiebung der Stoßspindel durch eine Z-Achsenverstellung generiert wird.
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Erfindungsgemäß ist der Stoßkopfschlitten an dem Maschinenständer der Wälzstoßmaschine in einer Schrägstellung angebracht, so dass sich der Stoßkopf zwischen dem Stoßkopfschlitten und dem zu bearbeitenden Werkstück befindet und durch die Verschiebung in vertikaler Richtung eine gleichzeitige Verschiebung in horizontaler Richtung des Stoßwerkzeugs erreicht wird.
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Es ist aber durchaus möglich, den Stoßkopfschlitten nicht in einer Schrägstellung an dem Maschinenständer anzubringen, sondern lediglich mit einer Abschrägung zu versehen, so dass die oben genannte Verschiebungen ebenfalls realisiert werden können.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wälzstoßmaschine sieht vor, dass die Abschrägung des Stoßkopfschlittens derart gewählt ist, dass bei einer Rückhubbewegung des Stoßkopfes, das mit ihm verbundene Stoßwerkzeug von einer im Werkstück eingearbeiteten Zahnlücke oder von einem im Werkstück eingearbeiteten Profil in horizontaler Richtung und weg von dieser bzw. von diesem verschiebbar ist, so dass die Schneidkanten bei der Aufwärtsbewegung geschont werden und keine Rückhubstreifen im Werkstück entstehen.
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Vorzugsweise ist die Schräge derart gewählt, dass bei einer Schrägstellung des Stoßkopfschlittens von vorzugsweise 1:40, eine Abhebung des Stoßwerkzeugs von 500/100 mm realisiert wird, wenn die Werkzeugachse in Richtung der Z-Achse des Stoßkopfschlittens und entlang der Z-Achse des damit verbundenen Stoßkopfes beim Rückhub verstellt wird. Durch das Versehen der Wälzstoßmaschine mit dem abgeschrägten Stoßkopfschlitten wird erreicht, dass die dadurch generierte horizontale Bewegung mit verbesserter Genauigkeit in das Stoßkopfergebnis eingeht. Damit können auch größere Toleranzen in der Zustellbewegung nach dem Rückhub ermöglicht werden.
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Das Stoßwerkzeug und das zu bearbeitende Werkstück sind zueinander und einander gegenüber drehbar gelagert, wobei das Stoßwerkzeug mittels eines ersten Direktantriebes, welcher vorzugsweise mit dem Maschinenständer verbunden ist oder in Verbindung steht, angetrieben wird. Das zu bearbeitende Werkstück wird dabei mittels eines zweiten Direktantriebes, welcher am Maschinentisch angebracht bzw. befestigt ist, angetrieben.
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Es wird besonders bevorzugt, wenn wenigstens eine Steuervorrichtung zur Steuerung des ersten und/oder des zweiten Direktantriebes vorgesehen ist, wobei die durchgeführten Bewegungen des Stoßwerkzeuges und des Werkstückes automatisch und programmgesteuert erfolgen.
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Vorzugsweise wird beim Erreichen einer Endtiefe, oder eines unteren Totpunktes, die Wälzkopplung des Stoßwerkzeugs, welches insbesondere ein Schneidrad ist, und des Werkstücks angehalten, um sich mit umgekehrten Vorzeichen weiter in Richtung eines oberen Totpunktes zu bewegen.
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Die oben genannte Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Herstellung von Verzahnungen und Profilen mittels der erfindungsgemäßen Wälzstoßmaschine gelöst. Um ein Profil, insbesondere einen Zahn eines Zahnrades herzustellen, führen der Stoßkopf mit der Stoßkopfspindel und das zu bearbeitende Werkstück eine Vorschub- und eine Zustellbewegung aus, wobei der Stoßkopf die Zustellbewegung und die Stoßkopfspindel die Schnittbewegung ausführt, wobei der Stoßkopf mit der Stoßkopfspindel eine Rückhubbewegung innerhalb der entstandenen Lücke durchführt, und wobei der Stoßkopf entlang der Schräge eines abgeschrägt ausgebildeten Stoßkopfschlittens verschoben wird, so dass der Stoßkopf in horizontaler Richtung und weg von der entstandenen Lücke verschoben wird.
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Es wird vorzugsweise nach Ausführen der Vorschub- und der Zustellbewegung die Wälzkopplung des Stoßwerkzeugs und des Werkstückes am unteren Totpunkt angehalten, um mit umgekehrten Vorzeichen sich weiter nach oben zu bewegen, wobei das Stoßwerkzeug in der in dem Werkstück geformten Lücke zurückfährt, bis ein oberer Totpunkt erreicht wird, und wobei sich die Wälzkopplung wieder um die vertikale Achse weiterdreht, so dass der Weg für die benachbarte Lücke zurückgelegt wird.
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Des Weiteren wird die oben genannte Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung von Verzahnungen und Profilen in einem zu bearbeitenden Werkstück mittels einer Wälzstoßmaschine gelöst, welche einen Stoßkopf, eine Stoßkopfspindel sowie ein damit verbundenes Stoßwerkzeug aufweist, wie in Anspruch 10 beansprucht.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass nach Ausführen einer Vorschub- und einer Zustellbewegung, die Wälzkopplung des Stoßwerkzeugs und des Werkstückes am unteren Totpunkt angehalten wird, um mit umgekehrten Vorzeichen sich weiter nach oben zu bewegen, wobei das Stoßwerkzeug in einer in das Werkstück geformten Lücke, insbesondere in einer Zahnlücke, zurückfährt, bis ein oberer Totpunkt erreicht wird, und wobei sich die Wälzkopplung wieder um die vertikale Achse weiterdreht, so dass der Weg für eine benachbarte Lücke zurückgelegt wird.
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Vorzugsweise werden das Stoßwerkzeug mittels des ersten Direktantriebes und das zu bearbeitende Werkstück mittels eines zweiten Direktantriebes, welcher auf einem Maschinenständer angebracht oder mit diesem verbunden ist, zueinander und einander gegenüber gedreht, so dass eine Wälzkopplung realisiert wird und eine Rotationsbewegung um die eigene Achse sowohl des Stoßwerkzeugs als auch des zu bearbeitenden Werkstückes realisiert werden kann.
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Die vorliegende Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1: eine vereinfachte schematische Darstellung einer Wälzstoßmaschine nach dem Stand der Technik;
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2: eine vereinfachte schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Wälzstoßmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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3a, 3b: vereinfachte schematische Darstellungen des Wälzstoßens und einer Rückhubbewegung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
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4: vereinfachte schematische Darstellung einer Rückhubbewegung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
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5: vereinfachte schematische Darstellung einer Rückhubbewegung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer Wälzstoßmaschine 10 nach dem Stand der Technik. Die Wälzstoßmaschine 10 weist einen Maschinentisch 12 auf, auf welchem das zu bearbeitende Werkstück 20 angebracht ist. Die Wälzstoßmaschine weist einen NC-Abhebenocken auf, welcher in horizontaler Richtung verschiebbar ist, wie mit der B4-Achse gezeigt ist. Mit der B5-Achse ist ein Hinterschwenken einer Stoßspindel 30, an welcher das Werkzeug 14 angebracht ist, gezeigt. Das Werkzeug führt eine Rotationsbewegung um die eigene Achse, die C1-Achse. Das Werkstück 20 ist derart auf dem Maschinentisch 12 angebracht, dass es geeignet ist, ebenfalls eine Rotationsbewegung um die eigene Achse, nämlich die C2-Werkstückachse, durchzuführen.
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In 1 sind auch die weiteren Achsen, die die unterschiedlichen Bewegungen der Maschinenteile während des Bearbeitungsprozesses zeigen, wie folgt dargestellt: Mit der C3-Achse ist die Ringladerdrehung bezeichnet; die X1-Achse ist die Radialachse Bearbeitungskopf; die Y1-Achse zeigt den Ständerseitenversatz; die Z1-Achse ist die Axialachse Bearbeitungskopf; die Z2-Achse zeigt die Hublängenverstellung; die Z3-Achse zeigt den Werkzeughauptantrieb; die Z4-Achse – die Gegenhalterarmbewegung; die Z5-Achse – die Werkstücktaschenabsenkung im Arbeitsraum; und die Z6-Achse – die NC-Hubstation Übergabe Werkstück RL-Band.
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2 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Wälzstoßmaschine 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Wälzstoßmaschine 10 weist in an sich bekannter Weise einen Maschinenständer 22 auf, welcher auf einem Maschinentisch 12 angebracht ist, wobei ein zu bearbeitendes Werkstück 20 ebenfalls auf dem Maschinentisch 12 befestigt ist.
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Die Wälzstoßmaschine 10 weist des Weiteren einen Stoßkopf 16 mit einer Stoßkopfspindel 30 auf, auf welchem ein Stoßwerkzeug, hier ein Schneidrad 14, befestigt ist.
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Der Stoßkopf 16 ist erfindungsgemäß an einem Stoßkopfschlitten 18 angebracht und auf diesem verfahrbar. Der Stoßkopfschlitten 18 ist, wie aus der 2 ersichtlich, in einem oberen Endbereich des Maschinenständers 22 befestigt und zwar in einer Schrägstellung, so dass hier eine schräge Fläche 18', auf der der Stoßkopf 16 in vertikaler Richtung verfahren wird, entsteht. Der Stoßkopf 16 ist dabei entsprechend abgeschrägt ausgebildet. Der Winkel zwischen der Drehachse Z1' des Stoßkopfschlittens 18 und der Drehachse Z3 des Stoßkopfes 16 ist ein Spitzwinkel, welcher im Bereich von vorzugsweise 30° bis 60° liegt, so dass die vertikale Verschiebung des Stoßkopfes 16 während des Rückhubes zu einer minimalen Verschiebung des damit verbundenen Schneidrads 14 in horizontaler Richtung, wie in 2 gezeigt, in Richtung der X1-Achse führt.
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Mit C1 ist in 2 die Achse des Schneidrads 14 gekennzeichnet und mit C2 – die Werkstückachse. Die Hauptschnittbewegung wird durch eine lineare Oszillation des Schneidrades 14 realisiert. Die Vorschubbewegung erfolgt dadurch, dass das Schneidrad 14 und das Werkstück 20 eine Wälzbewegung durchführen und die Zustellbewegung eine radiale Zustellbewegung ist.
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3a zeigt das Prinzip des Wälzstoßens, welches bis zum Erreichen eines unteren Totpunktes (UT) 26 zwar zum Stand der Technik gehört, wird jedoch auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit der erfindungsgemäßen Wälzstoßmaschine 10 verwendet. Mit „A” ist hier die Ausgangsposition vor dem Arbeitshub gezeigt. Das Schneidrad 14 und das Werkstück 20 drehen sich um ihre Achsen C1 bzw. C2 in entgegengesetzter Richtung, wie in 3a gezeigt ist. Im Arbeitshub bewegt sich das Schneidrad 14 vertikal nach unten entlang der Z3-Achse, wie in der Position B dieser Figur gezeigt ist. Die Position C zeigt dann das Erreichen des unteren Totpunktes (UT) 26.
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3b zeigt die Rückhubbewegung, welche das Schneidrad 14 mit der erfindungsgemäßen Wälzstoßmaschine 10, gezeigt in 2, und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durchführt. Die Abhebebewegung wird nach Erreichen des unteren Totpunktes (UT) 26, wie in der Position D1 gezeigt, durchgeführt. Dabei drehen sich das Stoßrad 14 und das Werkstück 20 um ihre Achsen C1 und C2 in die entgegengesetze Richtung, nämlich im Uhrzeigersinn bzw. gegen den Uhrzeigersinn. Die Drehrichtungen bleiben bis zum Erreichen des oberen Totpunktes (OT) 28 in diesem Ausführungsbeispiel unverändert.
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Beim Rückhub wird die Werkzeugachse C1 in Richtung der Z3-Achse entlang der Z1'-Achse verstellt. Die Rückhubbewegung wird hier, wie in der Position E1 der 3b gezeigt, in Richtung der Z1'-Achse durchgeführt. Dies wird durch das Verschieben der Stoßkopfspindel 30 entlang der Schräge 18' des Stoßkopfschlittens 18 realisiert. Somit wird eine X1-Bewegung, wie in der Position E1 gezeigt, generiert, so dass größere Toleranzen in der Zustellbewegung nach dem Rückhub möglich sind. Die Position F1 zeigt die Endposition in einem oberen Totpunkt (OT) 28.
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4 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer Rückhubbewegung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Für diese Rückhubbewegung wird eine Wälzstoßmaschine mit einem einfacheren Aufbau als die in 2 gezeigte verwendet. Dabei weist die Wälzstoßmaschine einen ersten Direktantrieb im Stoßkopf und einen zweiten Direktantrieb im Maschinentisch auf. Die Wälzkopplung des Schneidrads 14 und des Werkstücks 20 kommt dabei in der Position D2, wenn der untere Totpunkt (UT) 26 erreicht wird, zum kurzzeitigen Stehen, um nun mit umgekehrten Vorzeichen sich weiter zu bewegen. Währenddessen fährt das Schneidrad 14 in der entstandenen Lücke 24 in Richtung der Z3-Achse zurück in Richtung des oberen Totpunktes (OT) 28, wie in der Position E2 gezeigt. Sobald der obere Totpunkt (OT) 28 erreicht wird, wie in der Position F2 gezeigt, kehrt sich die Wälzkopplung wieder über ein kurzzeitiges „Stehen” um, damit sie sich anschließend wieder in positiver Richtung weiterbewegt. Für den erneuten Zerspannungsprozess der nächsten Zahnlücke muss jetzt der Weg der gerade gestoßenen Lücke und zusätzlich der Weg bis zum Punkt für die nächste neue Zahnlücke zurückgelegt werden.
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5 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer Rückhubbewegung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, in welchem die Rückhubbewegung eine Kombination der ersten und zweiten Ausführungsbeispiele darstellt. Das Werkzeug 14 und das Werkstück 20 bewegen sich in der Position D3 und E3, d. h. bis zum Erreichen des unteren Totpunktes (UT) 26 und in der Rückhubbewegung jeweils gegen den Uhrzeigersinn und im Uhrzeigersinn, wie beim zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 4 gezeigt ist. In der Position E3 wird dabei die Werkzeugachse C1 in Richtung der Z3-Achse entlang der Z1'-Achse verstellt. Die Rückhubbewegung wird hier, genau wie in der Position E1 der 3b gezeigt, in Richtung der Z1'-Achse durchgeführt. Nach Erreichen des oberen Totpunktes (OT) 28, kehrt sich die Wälzkopplung wieder über ein kurzzeitiges „Stehen” um, damit sie sich anschließend wieder in positiver Richtung weiterbewegt, wie in der Position F3 gezeigt ist. Dieses Verfahren wird mittels einer erfindungsgemäßen Wälzstoßmaschine 10, wie in 2 gezeigt durchgeführt.
