DE102013003964A1

DE102013003964A1 - Verzahnmaschine mit Doppelbearbeitungskopf

Info

Publication number: DE102013003964A1
Application number: DE201310003964
Authority: DE
Inventors: Thomas Zeller
Original assignee: Liebherr Verzahntechnik GmbH
Current assignee: Liebherr Verzahntechnik GmbH
Priority date: 2013-03-07
Filing date: 2013-03-07
Publication date: 2014-09-11
Also published as: US20140255118A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verzahnmaschine mit einem in eine erste Richtung verfahrbaren Fahrschlitten und wenigstens zwei Bearbeitungsköpfen, die an dem Fahrschlitten angeordnet sind. Die Bearbeitungsköpfe sind am Fahrschlitten unabhängig voneinander in eine zweite Richtung verfahrbar angeordnet. Erfindungsgemäß umfassen die Bearbeitungsköpfe eine Motorspindel zur Aufnahme eines Bearbeitungswerkzeuges.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verzahnmaschine mit Doppelbearbeitungskopf und zwei Motorspindeln zur Aufnahme je eines Bearbeitungswerkzeuges für Hart-Feinbearbeitung, insbesondere zum Fräsen und Schleifen, zur Herstellung unterschiedlicher Verzahnungsgeometrien. Die Verzahnmaschine ist dabei zur Herstellung von echten und unechten Pfeilverzahnungen oder auch Normalverzahnungen wie Gerad- und Schrägverzahnungen bei Großverzahnungen ausgelegt.
Zum Erzeugen von Verzahnungen, wie z. B. echten oder unechten Pfeilverzahnungen sind verschiedene Bearbeitungsverfahren bekannt, wie z. B. das Stoßen, Hobeln, Schleifen, insbesondere auch das Fräsen. So können Profilfräser ein- oder beidflankig eingesetzt werden, bei denen bereits das Profilwerkzeug das herzustellende Profil aufweist oder es können zylindrische Werkzeuge eingesetzt werden, bei denen das Verzahnungsprofil erst während des Bearbeitungsprozesses erkennbar wird.
Ein Vorteil der Bearbeitung mittels Profilwerkzeugen ist dabei, dass die Zähne oder Zahnflanken der Verzahnungen in einem Schritt fertiggestellt werden können, nachdem das Material der Lücken zuvor entfernt worden ist. Bei der Verwendung zylindrischer Werkzeuge muss dagegen die Lücke zunächst mittels mehrerer Hüllschnitte generiert werden. Diese Vorgehensweise ist zeitaufwendiger als ein Verfahren, welches Profilwerkzeuge nutzt.
Der Vorteil zylindrischer Werkzeuge liegt darin, dass diese ein einfacher verfügbares Standardwerkzeug sind, wohingegen Profilfräser theoretisch für jede Verzahnung neu beschafft oder hergestellt werden müssen. Auch können Korrekturen des Zahnprofils mit zylindrischen Werkzeugen jederzeit während des Herstellungsprozesses durchgeführt werden.
Die Herstellung von Verzahnungen, vor allem Großverzahnungen mit geringen Losgrößen, im Fräsverfahren mit Profilwerkzeugen als auch mit zylindrischen Werkzeugen stellt dabei einen verhältnismäßig komplexen Vorgang dar, bei dem sowohl das zu bearbeitende Werkstück als auch das eingesetzte Werkzeug in mehreren Richtungen kontrolliert verfahren wird. Eine entsprechende Verzahnmaschine mit der typischen Vorgehensweise, bei der zum einen das Werkstück sowohl um eine Längsachse gedreht wird, als auch entlang dieser Längsachse linear bewegt werden kann und zum anderen das Werkzeug sowohl um eine Drehachse gedreht wird als auch linear bewegt wird, führt aufgrund der mehrfach benötigten Hüllschnitte bei zylindrischen Werkzeugen einen nachteilig zeitaufwendigen Herstellungsvorgang durch. Profilwerkzeuge hingegen sind bei kurzfristigen Werkstückwechseln, vor allem bei Großverzahnungen, oft keine Alternative aufgrund ihrer langen Herstellungs- und Lieferzeiten, da diese für die entsprechenden Verzahnungsprofile erzeugt werden müssen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Verzahnmaschine der eingangs genannten Art vorteilhaft weiterzubilden, insbesondere so, dass schnellere Bearbeitungszeiten ermöglicht werden und sogar eine Halbierung dieser Bearbeitungszeiten möglich ist Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Danach ist eine Verzahnmaschine vorgesehen, mit einem in eine erste Richtung verfahrbaren Fahrschlitten und wenigstens zwei Bearbeitungsköpfen, die an dem Fahrschlitten angeordnet sind, wobei die Bearbeitungsköpfe am Fahrschlitten unabhängig voneinander in eine zweite Richtung verfahrbar angeordnet sind und die Bearbeitungsköpfe Motorspindeln zur Aufnahme wenigstens je eines Bearbeitungswerkzeuges umfassen Die Bearbeitungswerkzeuge können dabei z. B Fräser, Schleifwerkzeuge, Bohrer, Drehwerkzeuge, Wälzschäler oder auch Flächenfräser umfassen. Hierbei verfügen die Bearbeitungsköpfe über je eine Werkzeugdrehachse um die die Bearbeitungsköpfe zur Durchführung eines zerspanenden Bearbeitungsprozesses in bekannter Weise drehbar sind. Eine derart gestaltete Verzahnmaschine erlaubt es zum Beispiel vorteilhafterweise beide Bearbeitungsköpfe gleichzeitig oder auch nacheinander zur Bearbeitung eines Werkstücks einzusetzen. Dabei kann im Idealfall eine verdoppelte Bearbeitungsgeschwindigkeit erreicht werden, ohne gleichzeitig die Anzahl der Verzahnmaschinen oder aller Verzahnmaschinenkomponenten zu verdoppeln. Da der zweite Bearbeitungskopf erfindungsgemäß auf mit dem ersten Bearbeitungskopf gemeinsame Verzahnmaschinenkomponenten zurückgreift, ist es so möglich, diese doppelt genutzten Verzahnmaschinenkomponenten effektiver, das heißt im Idealfall parallel durch zwei Bearbeitungsköpfe zu nutzen und Bearbeitungszeiten zu halbieren.
Dabei kann die erste Verfahrrichtung des Fahrschlittens eine vertikale Richtung sein, so dass der Fahrschlitten nach oben und nach unten verfahrbar ist. Denkbar sind aber, je nach Bedarf, generell alle Richtungen, wie auch zum Beispiel horizontal angeordnete Verzahnmaschinen, bei denen der Fahrschlitten horizontal verfahrbar ist und so die erste Richtung eine horizontale Richtung sein kann.
In einem Ausführungsbeispiel, in dem die erste Richtung eine vertikale Richtung ist, ist es denkbar, dass die zweite Richtung, in welche die Bearbeitungsköpfe unabhängig voneinander verfahrbar sind, eine horizontale Richtung ist. Dies ist dahingehend vorteilhaft, dass die Bearbeitungsköpfe in eine möglichst große Anzahl verschiedener Positionen verfahren werden können und so eine möglichst große Bandbreite unterschiedlicher Werkstückgeometrien hergestellt werden kann.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann dabei zusätzlich vorgesehen sein, dass die Bearbeitungsköpfe am Fahrschlitten unabhängig voneinander in die erste Richtung verfahrbar angeordnet sind.
Hierdurch wird vorteilhafterweise die Bandbreite der zur Herstellung der Werkstückgeometrien in Frage kommenden Herstellungsabläufe vergrößert. In einem Ausführungsbeispiel, in dem die erste Richtung eine vertikale Richtung ist, können so die Bearbeitungsköpfe zum Beispiel zur gleichzeitigen Bearbeitung des Werkstücks an unterschiedlichen Höhen des Werkstücks eingesetzt werden.
In einem weiterhin bevorzugten Ausführungsbeispiel ist es ferner möglich, dass die Bearbeitungsköpfe am Fahrschlitten unabhängig voneinander in eine dritte Richtung verfahrbar angeordnet sind.
Vorteilhafterweise kann so die Bandbreite der zur Herstellung der Werkstückgeometrien in Frage kommenden Herstellungsabläufe weiterhin gesteigert werden. In einem Ausführungsbeispiel, in dem die erste Richtung eine vertikale Richtung ist und die zweite Richtung eine erste horizontale Richtung ist, kann dann die dritte Richtung eine zweite horizontale Richtung sein. Sind die Bearbeitungsköpfe also entlang der zweiten horizontalen Richtung unabhängig voneinander verfahrbar, so können sie auch in dieser Richtung an unterschiedlichen Stellen am Werkstück angreifen.
Ferner ist gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel möglich, in dem die Bearbeitungsköpfe parallel zueinander angeordnet sind.
Vorteilhaft kann so die Steuerung der parallel angeordneten Bearbeitungsköpfe vereinfacht werden, da sie nunmehr dazu ausgelegt sein können, Bearbeitungsabläufe parallel auszuführen. Es entfällt die Notwendigkeit, unterschiedliche Bearbeitungsabläufe für die unterschiedlichen Bearbeitungsköpfe bereitstellen zu müssen.
In einem weiterhin bevorzugten Ausführungsbeispiel ist es dabei möglich, dass die Bearbeitungsköpfe schwenkbar um andere Achsen als ihre Werkzeugdrehachsen am Fahrschlitten angeordnet sind. Vorteilhafterweise können sie dabei sowohl zueinander parallel schwenkbar als auch zueinander nicht parallel schwenkbar angeordnet sein. Eine solche schwenkbare Anordnung der Bearbeitungsköpfe steigert weiterhin in vorteilhafter Weise die Bandbreite der zur Herstellung der Werkstückgeometrien in Frage kommenden Herstellungsabläufe.
Hierzu ist in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel denkbar, dass die Bearbeitungsköpfe separat in horizontaler und/oder vertikaler Richtung schwenkbar angeordnet sind.
Diese separat schwenkbare Anordnung, bei der die Bearbeitungsköpfe in horizontaler und vertikaler Richtung schwenkbar sind stellt eine beispielhafte Ausgestaltungsmöglichkeit der Verzahnungsmaschine beziehungsweise ihrer Bearbeitungsköpfe dar. Selbstverständlich können die Bearbeitungsköpfe auch in anderen Ebenen schwenkbar angeordnet sein ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
Die geschilderte Bauweise der Verzahnmaschine erlaubt es somit in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, dass die Bearbeitungsköpfe gleichzeitig oder abwechselnd an zwei Flanken von unterschiedlichen Zähnen oder an einer Flanke oder zwei Flanken des gleichen Zahns angreifen.
Auch dieses Merkmal bedeutet eine Vergrößerung der Bandbreite der von der Verzahnmaschine herstellbaren Werkstückgeometrien und der von der Verzahnmaschine darstellbaren Herstellungsprozesse.
Dabei ist es in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel möglich, dass die Bearbeitungsköpfe zur Aufnahme von Bearbeitungswerkzeugen, insbesondere für Fräswerkzeuge wie Kugelfräser und/oder Fingerfräser und/oder Profilfräser ausgebildet sind.
Da vorteilhaft somit flexibel unterschiedliche Bearbeitungsköpfen verwendet werden können, ist die vorliegende Erfindung nicht auf einen bestimmten Fräsprozess beschränkt, sondern umfasst alle denkbaren Fräsprozesse, die sinnvollerweise von zwei erfindungsgemäß gekoppelten Bearbeitungsköpfen durchgeführt werden können. Ferner ist es auch möglich, dass zwei unterschiedliche Bearbeitungsköpfe erfindungsgemäß miteinander gekoppelt sind und somit auch zwei unterschiedliche Fräsprozesse parallel oder zeitlich versetzt von der Verzahnmaschine durchführbar sind.
In einem weiterhin vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass die erfindungsgemäße Verzahnmaschine mit einer Werkzeugmaschine nach dem herkömmlichen Stand der Technik, insbesondere zum Fräsen und Drehen, und/oder mit einer Verzahnmaschine nach dem herkömmlichen Stand der Technik, insbesondere zum Fräsen, Stoßen und Schleifen kombinierbar ist.
So ist vorteilhaft sichergestellt, dass die vorliegende Erfindung als zusätzlicher Bearbeitungsschritt oder als zusätzliche Bearbeitungsmöglichkeit innerhalb einer aus dem Stand der Technik bekannten Fräsen-Anordnung integrierbar ist und diese bekannte Fräser-Anordnung in erfindungsgemäß vorteilhafter Weise weiterbildet.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1: eine Schrägansicht einer Fräsmaschine nach dem Stand der Technik;
2: eine Schrägansicht einer Fräsmaschine mit Doppelbearbeitungskopf;
3a–c: unterschiedliche Fräswerkzeuge; und
4a–c: unterschiedliche Eingriffsmöglichkeiten der Fräswerkzeuge.
1 zeigt eine Fräsmaschine nach dem Stand der Technik, bei der ein Bearbeitungskopf 6 zur Bearbeitung eines nicht gezeigten Werkstücks vorgesehen ist.
2 zeigt eine Verzahnmaschine 1, bei der an einem Trägerabschnitt 2 ein daran verfahrbarer Fahrschlitten 4 angeordnet ist. Trägerabschnitt 2 und Fahrschlitten 4 können beispielsweise wie in 2 gezeigt über Schienen 3 und eine Antriebsvorrichtung 5 so miteinander gekoppelt sein, dass sie relativ zueinander verfahrbar sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel können der Fahrschlitten 4 und der Trägerabschnitt 2 in eine vertikale Richtung Z1 relativ zueinander bewegt werden.
Am Fahrschlitten 4 sind zwei Bearbeitungsköpfe 6 bereitgestellt. Diese sind im gezeigten Ausführungsbeispiel in eine zweite, horizontale Richtung Y1 entlang des Fahrschlittens 4 gegeneinander verfahrbar. Die Bearbeitungsköpfe 6 können unterschiedliche Bearbeitungswerkzeuge 7 aufweisen.
Die Bearbeitungsköpfe 6 können dabei die Bearbeitungswerkzeuge 7 um die Werkzeugdrehachsen B1 und B2 angetrieben und so die spanende Bearbeitung eines in den folgenden Figuren gezeigten Werkstückes 10 bewerkstelligen.
3a–3c zeigen drei Paare unterschiedlicher Bearbeitungswerkzeuge 7, die im Eingriff mit einem Werkstück 10 stehen, wobei es sich bei den Bearbeitungswerkzeugen 7 beispielsweise um zylindrische Werkzeuge mit Rundkuppe (3a), kugelförmige (3b) Werkzeuge und um Profilwerkzeuge (3c) handelt. Zu erkennen ist dabei der beidseitige Eingriff der Bearbeitungswerkzeuge 7. In den in den 3a–3c gezeigten Ausführungsbeispielen liegen die Paare von Bearbeitungswerkzeugen 7 zueinander parallel angeordnet vor.
Die 4b–4c zeigen Ausführungsbeispiele, in welchen die Paare von Bearbeitungswerkzeugen 7 im Unterschied zu 4a nicht parallel während eines Bearbeitungsprozesses angeordnet sind. Das Ausführungsbeispiel der 4a ist dabei ein Beispiel für ein 0°-Fräsverfahren, wohingegen die 4b und 4c ein Fräsverfahren zeigen, in dem die Bearbeitungswerkzeuge 7 um bis zu 30° gegeneinander geneigt sind.
4b zeigt dabei Profilwerkzeuge, welche zueinander angewinkelt angeordnet sind und so einen Bearbeitungsprozess am Werkstück 10 ausführen. 4c zeigt weiterhin ein Paar von Kugelfingerfräsern, die in gegeneinander angewinkelten Eingriff mit einem zu bearbeitenden Werkstück 10 stehen.

Claims

Verzahnmaschine (1) mit einem in eine erste Richtung (Z1) verfahrbaren Fahrschlitten (4) und wenigstens zwei Bearbeitungsköpfen (6), die an dem Fahrschlitten (4) angeordnet sind, wobei die Bearbeitungsköpfe (6) am Fahrschlitten (4) unabhängig voneinander in eine zweite Richtung (Y1) verfahrbar angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsköpfe (6) Motorspindeln zur Aufnahme wenigstens je eines Bearbeitungswerkzeuges (7) umfassen.
Verzahnmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsköpfe (6) am Fahrschlitten (4) unabhängig voneinander in die erste Richtung (Z1) verfahrbar angeordnet sind.
Verzahnmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsköpfe (6) am Fahrschlitten (4) unabhängig voneinander in eine dritte Richtung verfahrbar angeordnet sind.
Verzahnmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsköpfe (6) parallel zueinander angeordnet sind.
Verzahnmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsköpfe (6) schwenkbar um andere Achsen, als ihre Werkzeugdrehachsen (B1, B2) am Fahrschlitten (4) angeordnet sind.
Verzahnmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsköpfe (6) separat in horizontaler und/oder vertikaler Richtung schwenkbar angeordnet sind.
Verzahnmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsköpfe (6) gleichzeitig oder abwechselnd an zwei Flanken von unterschiedlichen Zähnen oder an einer Flanke oder zwei Flanken des gleichen Zahnes eines Werkstücks (10) angreifen.
Verzahnmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsköpfe (6) zur Aufnahme von Bearbeitungswerkzeugen (7), insbesondere für Fräswerkzeuge wie Kugelfräser und/oder Fingerfräser und/oder Profilfräser ausgebildet sind.
Verzahnmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnmaschine (1) mit einer Werkzeugmaschine nach dem herkömmlichen Stand der Technik, insbesondere zum Fräsen und Drehen, und/oder einer Verzahnungsmaschine nach dem herkömmlichen Stand der Technik zum Fräsen, Stollen und Schleifen kombinierbar ist.