DE102017107999A1

DE102017107999A1 - Entgratvorrichtung sowie CNC-Verzahnmaschine mit einer solchen Entgratvorrichtung

Info

Publication number: DE102017107999A1
Application number: DE102017107999.8A
Authority: DE
Inventors: Ji Kyung Yoon; Jürgen Weber; Karl-Martin Ribbeck
Original assignee: Klingelnberg AG
Current assignee: Klingelnberg AG
Priority date: 2017-04-13
Filing date: 2017-04-13
Publication date: 2018-10-18
Also published as: US20180297134A1; CN108723510A

Abstract

Entgratvorrichtung (50) zum Entgraten von Kegelrädern, mit
- einer ersten Entgratspindel (51) zum Anbringen eines ersten Entgratwerkzeugs (60.1), wobei die erste Entgratspindel (51) mittels eines Antriebs um eine erste Entgratspindelachse (Q1) drehantreibbar ist, wobei die Entgratvorrichtung (50) zusätzlich
- eine zweite Entgratspindel (52) zum Anbringen eines zweiten Entgratwerkzeugs (60.2) umfasst, die mittels eines Antriebs um eine zweite Entgratspindelachse (Q2) drehantreibbar ist,
und wobei die erste Entgratspindelachse (Q1) und die zweite Entgratspindelachse (Q2) parallel zueinander verlaufen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Entgratvorrichtung zum Entgraten von Kegelrädern und eine CNC-Verzahnmaschine, die mit einer solchen Entgratvorrichtung ausgestattet ist.
Stand der Technik
Beim Fertigen von Kegelrädern kann z.B. am äußeren Zahnende durch die spanabhebende Bearbeitung ein Grat (hier auch als Primärgrat bezeichnet) entstehen. Wegen der Verletzungsgefahr, aber auch wegen der Gefahr des Durchhärtens beim Härten der Kegelräder, werden diese Zahnkanten häufig im Rahmen eines Anfasens durch eine Fase gebrochen.
Bei dem erwähnten Anfasen kann, je nach Konstellation, beim Entfernen des Primärgrats am Kegelrad ein Sekundärgrat entstehen. Falls das Primärentgraten mit einem Entgratwerkzeug erfolgt, dessen Schneid(en) aus einer Zahnlücke kommend nach außen geführt werden, so entsteht der Sekundärgrat am äußeren Umfang des Kegelrads, wie in 1A gezeigt. Falls hingegen das Entgratwerkzeug beim Primärentgraten vom Fuß F zum Kopf K des Kegelrads 10 (in eine Zahnlücke 14 hinein) geführt wird, so entsteht der Sekundärgrat im Funktionsbereich des Kegelrads 10. In der Serienfertigung wird daher in den meisten Fällen das Primärentgraten von Innen nach Außen, wie in 1A durch den Blockpfeil P1 symbolisiert, durchgeführt.
Ein entsprechendes Beispiel ist in 1A gezeigt. Ein Primärgrat tritt hauptsächlich an der Zahnkante 11.r der konkaven Flanke 16.r auf, da diese Flanke 16.r mit der Rückenfläche 17 des Kegelradzahnes 10 in der Regel einen relativ spitzen Winkel δ bildet. Würde man an dieser Zahnkante 11.r nur den Primärgrat 20 entfernen (z.B. durch dein Einsatz einer Bürste), bliebe eine sehr scharfe Zahnkante 11.r stehen. Daher wird mindestens im Bereich der Zahnkante 11.r durch Anfasen eine Fase erzeugt.
In 1B ist anhand des Kegelrads 10 der 1A die Situation nach dem Anfasen der Zahnkante 11.r gezeigt. Man kann in 1B schematisch den Verlauf der ersten Fase 12 erkennen. Wie in 1B auch zu erkennen ist, kann sich entlang der ersten Fase 12 ein Sekundärgrat 21 bilden.
Sekundärgrat 21 tritt jedoch nicht immer auf. Es zeigen sich hier Zusammenhänge z.B. mit der Qualität der Schneiden des Entgratwerkzeugs. Solange das Entgratwerkzeug scharfe Schneiden hat, verläuft das Primärentgraten relativ zuverlässig. Mit stumpfer werdenden Schneiden wird das Material des Kegelrads nicht mehr geschnitten sondern verdrängt. In diesem Fall steigt die Tendenz zur Bildung von Sekundärgrat. Da die Zahnkante zwischen Kegelradzähnen und z.B. dem Fuß des Kegelrads meist keinen geraden Verlauf hat, variiert die Dicke der beim Anfasen abzuhebenden Späne. Auch aus diesem Grund können teilweise Sekundärgrate entstehen.
Sekundärgrat kann man z.B. durch den Einsatz von Nylon- oder Messingbürsten entfernen, wobei diese Werkzeuge jedoch einem Verschleiß unterliegen. Sie müssen daher von Zeit zu Zeit ausgewechselt werden. Um das Entstehen von Sekundärgrat zu vermeiden, könnte man auch die Schneiden der Entgratwerkzeuge des Öfteren nachschleifen, was aber auch mit einem Zeit- und Kostenaufwand verbunden ist, zumal man früh genug einschreiten muss, bevor sich Sekundärgrat überhaupt ansatzweise ausbilden kann.
Es gibt einen weiteren Aspekt, der bei der Kegelradfertigung eine wichtige Rolle spielt. Aufgrund wirtschaftlicher Rahmenbedingungen, sollte die Kegelradfertigung - zumindest wenn es um die Serienproduktion geht - in all ihren Abläufen optimiert werden, um einerseits schonend mit den Ressourcen umzugehen und um andererseits pro Zeiteinheit möglichst viele Kegelräder bearbeiten zu können.
Das eingangs beschriebene Entgraten ist ein Teilprozess der Kegelradfertigung. Auch in diesem Teilprozess scheint es Potential für weitere Verbesserungen der Abläufe zu geben.
Es gibt daher einerseits den Bedarf Kegelräder so anzufasen, dass sämtliche Grate zuverlässig und sicher entfernt werden. Speziell in der Serienherstellung von Kegelrädern - zum Beispiel im Automobilbau - müssen die Probleme, die sich im Zusammenhang mit Primärgrat und Sekundärgrat ergeben, vermieden werden.
Andererseits gibt es den Bedarf das Entgraten effizienter zu gestalten. Dieser Bedarf gilt nicht nur im Zusammenhang mit den Entfernen von Primärgrat und/oder Sekundärgrat, sondern gilt allgemein für die gesamten Entgratvorgang.
Es treten vor allem bei Kegelrädern immer wieder Situationen auf, bei denen es zu einer Kollision eines Entgratwerkzeugs mit den Zähnen einer Kegelrades kommen würden, wenn man nicht auf eine Kollisionsvermeidung durch gezieltes Bewegen des Entgratwerkzeugs und des Kegelrades setzen würde. Teilweise müssen komplizierte Bewegungen im dreidimensionalen Raum ausgeführt werden, um die Schneiden des Entgratwerkzeugs ohne Kollision in die Zahnlücken des Kegelrades einzuführen, um von dort zum Beispiel von Innen nach Außen einen Entgratvorgang auszuführen.
Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Entgratvorrichtung und eine Kegelrad-Verzahnmaschine mit einer solchen Entgratvorrichtung so auszugestalten, dass mit geringem Aufwand an verschiedenartigen Kegelrädern Grate zuverlässig und möglichst effizient entfernt werden können
Die Aufgaben werden erfindungsgemäss durch eine Entgratvorrichtung gemäss Patentanspruch 1 und eine Kegelrad-Verzahnmaschine mit Entgratvorrichtung gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Gegenstände der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Entgratvorrichtung zum Entgraten von Kegelrädern bereit gestellt wird, mit

- einer ersten Entgratspindel zum Anbringen eines ersten Entgratwerkzeugs, wobei die erste Entgratspindel mittels eines Antriebs um eine erste Entgratspindelachse drehantreibbar ist,

- einer zweiten Entgratspindel zum Anbringen eines zweiten Entgratwerkzeugs, wobei die zweite Entgratspindel mittels eines Antriebs um eine zweite Entgratspindelachse drehantreibbar ist,

Vorzugsweise kommt bei allen Ausführungsformen mindestens ein Entgratmesserkopf als Entgratwerkzeug zum Einsatz. Im Folgenden wird Entgratwerkzeug als der allgemeinere Begriff verwendet, wobei jeweils das Wort Entgratwerkzeug durch das Wort Entgratmesserkopf ersetzt werden kann, falls nicht explizit etwas anderes erwähnt ist.
Vorzugsweise wird vor dem Durchführen des zweiten Durchgangs das Entgratwerkzeug, das bereits zuvor beim Entfernen von Primärgrat eingesetzt wurde, steiler angestellt, um dann am selben Kegelrad auch den Sekundärgrat entfernen zu können. Alternativ kann beim Entfernen der Sekundärgrate aber auch das jeweils andere Entgratwerkzeug zum Einsatz kommen. D.h. beim Entfernen der Primärgrate wird ein anderes Entgratwerkzeug zum Einsatz gebracht als beim Entfernen der Sekundärgrate.
Es wird gemäss Erfindung vorzugsweise bei allen Ausführungsformen eine Entgratvorrichtung mit zwei Entgratspindeln zum Entfernen der Primär- und Sekundärgrate eingesetzt.
Vorzugsweise kommt bei allen Ausführungsformen eine Entgratvorrichtung zum Einsatz, die ein erstes Entgratwerkzeug für den ersten Durchgang und ein zweites Entgratwerkzeug für den zweiten Durchgang umfasst.
Vorzugsweise sitzen bei allen Ausführungsformen das erste Entgratwerkzeug und das zweite Entgratwerkzeug koaxial auf einer gemeinsamen Entgratachse.
Vorzugsweise kommen bei allen Ausführungsformen ein erstes Entgratwerkzeug und ein zweites Entgratwerkzeug zum Einsatz, wobei diese beiden Entgratwerkzeuge durch eine gemeinsame Antriebswelle solidarisch angetrieben werden.
Vorzugsweise kommen bei allen Ausführungsformen Entgratmesserköpfe zum Einsatz, die mit Messereinsätzen (z.B. in Form von Stabmessern) aus Hartmetall bestückt sind. Die Verwendung von Hartmetallmessereinsätzen bietet Freiheitsgrade bei der Gestaltung der Scheiden dieser Messereinsätze.
Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass eine entsprechende Kegelrad-Verzahnmaschine flexibel einsetzbar ist und dass das Entfernen von Primär- und Sekundärgraten zuverlässig und mit gleichbleibender Genauigkeit erfolgt, wobei je nach Bedarf das eine oder das andere Entgratwerkzeug zum Einsatz gebracht werden kann.
Die wesentlichen Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass mit den mittels einer programmierbaren CNC Steuerung numerisch steuerbaren Achsen (NC-Achsen) nahezu beliebig geformte Profilkanten von Kegelrädern mit den Schneiden der beiden Entgratwerkzeuge erreichbar sind. Somit kann auch bei einer gekrümmten Profilkante eine Doppelfacette erzeugt werden.
Es ist ein weiterer Vorteil der Erfindung, dass man beim Entgraten und/oder Anfasen mehr Freiheitsgrade zum Optimieren der einzelnen Verfahrensabläufe hat, als bei Verfahren oder Vorrichtung, die lediglich einen Entgrater umfassen. D.h. es müssen beim Entgraten und/oder Anfasen weniger Kompromisse gemacht werden als sonst.
Es ist auch ein Vorteil der Erfindung, dass z.B. beim Entgraten an der Ferse ein anderes Entgratwerkzeug zum Einsatz kommen kann als beim Entgraten der Zehe eines Werkstücks.
Die Erfindung lässt sich besonders vorteilhaft in einer 6-achsigen, CNC gesteuerten Kegelrad-Verzahnmaschine implementieren, die eine Entgratvorrichtung umfasst, der mindestens eine zusätzliche Achse zugeteilt ist. Vorzugsweise sind der Entgratvorrichtung bei allen Ausführungsformen mindestens eine Linearachse und eine Entgratspindelachse zugeordnet.
Der Entgratvorrichtung können bei allen Ausführungsformen auch eine Linearachse, eine Schwenkachse und eine Entgratspindelachse zugeordnet sein.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

1A zeigt eine schematische Perspektivansicht eines beispielhaften Kegelrads, wobei eine einzelne Zahnlücke nach dem Verzahnen angedeutet ist, an deren Profilkante sich Primärgrat gebildet hat;
1B zeigt eine schematische Perspektivansicht des Kegelrads der 1A, nachdem an der Profilkante eine erste Fase erzeugt wurde, wobei sich an der neu entstandenen Fasenkante im oberen Bereich Sekundärgrat gebildet hat;
1C zeigt eine schematische Perspektivansicht des Kegelrads der 1A, nachdem im Bereich der ersten Fase eine zweite Fase erzeugt wurde;
2 zeigt eine perspektivische Teilansicht einer beispielhaften Verzahnmaschine, die mit einer Entgratvorrichtung der Erfindung ausgestattet ist;
3 zeigt eine schematische Ansicht einer beispielhaften erfindungsgemäßen Entgratvorrichtung;
4A zeigt eine schematische Schnittansicht einer weiteren beispielhaften erfindungsgemäßen Entgratvorrichtung;
4B zeigt eine schematische Perspektivansicht der Entgratvorrichtung der 6A.

Detaillierte Beschreibung
In den 1A bis 1C ist eine schematische Perspektivansicht eines Kegelrads 10 gezeigt, wobei anhand dieser drei Figuren beispielhafte Schritte eines Verfahrens erläutert werden, die mit einer Entgratvorrichtung 50 der Erfindung ausgeführt werden können. Anhand der 1A bis 1C werden auch die Elemente und Begriffe definiert, die hierin verwendet werden.
In den genannten Figuren ist in schematischer Form nur ein Teil des Grundkörpers eines Kegelradritzels 10 zu erkennen. Eine einzelne Zahnlücke 14 ist im Material des Grundkörpers angedeutet. Es handelt sich bei dem gezeigten Beispiel um ein Kegelrad 10 mit gebogener Flankenlängslinie, wie man an dem Verlauf der Zähne 15.r. und 15.l erkennen kann. Die Erfindung lässt sich aber auch auf andere Kegelräder 10 anwenden.
Das Kegelradritzel 10 weist im gezeigten Beispiel einen Grundkörper auf, der durch zwei Kegelstümpfe mit entsprechenden Kegelmantelflächen definiert wird. Bei diesen Kegelmantelflächen handelt es sich, um genau zu sein, um Kegelstumpfmantelflächen. Die beiden Kegelstümpfe sind koaxial zur Werkstückspindelachse B angeordnet. Die Werkstückspindelachse B ist in 2 zu erkennen.
Die Zähne 15.r. und 15.l des Kegelradritzels 10 verlaufen entlang der Kopfkegelstumpfmantelfläche. Die in den 1A - 1C mit dem Bezugszeichen 17 bezeichnete Kegelstumpfmantelfläche wird hier allgemein als (ringförmige) fersenseitige Mantelfläche 17 bezeichnet. Bei Kegelrädern werden auch die Begriff Kegelradkopf oder einfach Kopf K und Kegelradfuß bzw. Fuß F verwendet. Der Kopf K des Kegelrads 10 befindet sich in den 1A - 1C auf der linken Seite und der Fuß F befindet sich auf der Seite der Kegelstumpfmantelfläche 17.
Im Übergangsbereich von den Zähnen 15.r. und 15.l zu der Kegelstumpfmantelfläche 17, können bei der spanabhebenden Bearbeitung (hier als Verzahnen oder Verzahnungsbearbeitung bezeichnet) Primärgrate 20 entstehen (siehe 1A). Im Übergangsbereich der konkaven Zahnflanke 16.r zur Kegelstumpfmantelfläche 17 ergibt sich beim Verzahnen eine rechte Zahnkante 11.r (auch rechte Profilkante genannt) und im Übergangsbereich der konvexen Zahnflanke 16.l zur Kegelstumpfmantelfläche 17 ergibt sich beim Verzahnen eine linke Zahnkante 11.l (auch linke Profilkante genannt).
Die Primärgrate 20 bilden sich vor allem an den konkaven Zahnflanken 16.r, respektive im Übergangsbereich der konkaven Zahnflanken 16.r zur Kegelstumpfmantelfläche 17. Es ist jedoch anzumerken, das Primärgrate 20 sowohl an den Zahnflanken als auch am Zahnfuß 18 vorkommen können.
Ein Primärgrat 20 entsteht meist dann im genannten Bereich, wenn beim Verzahnen von innen nach außen gefräst wird, d.h. wenn ein Werkzeug vom Kopf K zum Fuß F durch die Zahnlücke 14 kommend im Bereich der Kegelstumpfmantelfläche 17 aus dieser Zahnlücke 14 austritt. In 1A ist in der Zahnlücke 14 ein Blockpfeil P1 eingezeichnet, der die Schnittrichtung eines Verzahnungswerkzeugs beim Austreten aus dieser Zahnlücke 14 andeutet.
Um nun den Primärgrat 20 entfernen zu können, wird das Kegelrad 10 in einer Kegelrad-Verzahnmaschine 200 (siehe beispielweise 2) angefast. Das Anfasen umfasst gemäß Erfindung beispielsweise die folgenden beiden Durchgänge, wie folgt:

- Bei einem ersten Durchgang werden durch den Einsatz eines ersten Entgratwerkzeugs 60.1 in einem kontinuierlichen Vorgang erste Fasen 12 an den Zahnkanten 11.r und/oder 11.l bereitgestellt, wie in 1B beispielhaft und schematisch gezeigt. Ein kontinuierlicher Vorgang ist ein Vorgang, bei dem sich das Kegelrad 10 und das erste Entgratwerkzeug 60.1 gekoppelt im Eingriff miteinander drehen. Das Kegelrad 10 dreht sich dabei um die Werkstückspindelachse B und das Entgratwerkzeug 60.1 um die Entgratspindelachse Q1.
- Bei einem zweiten Durchgang werden z.B. durch Einsatz eines zweiten Entgratwerkzeugs 60.2 in einem kontinuierlichen Vorgang zweite Fasen 13 im Bereich der ersten Fasen 12 bereitgestellt, wie in 1C beispielhaft und schematisch gezeigt.
- Bevor der zweite Durchgang beginnt, kann die Entgratvorrichtung 50 der Erfindung z.B. eine Drehbewegung um die Achse D und/oder eine Linearverschiebung der X2 Achse ausführen.

Um im zweiten Durchgang eine zweite Fase 13 entlang der entstandenen Fasenkante 12.1 (siehe 1C) erzeugen zu können, wird das Entgratwerkzeug 60.2 im Rahmen des zweiten Durchgangs beispielsweise steiler in Bezug zu den zu entgratenden Zahnkanten des Kegelrad 10 angestellt als im Rahmen des ersten Durchgangs.
2 zeigt in perspektivischer Darstellung den Grundaufbau einer ersten erfindungsgemässen CNC-Verzahnmaschine 200 zum Herstellen und Anfasen von bogenverzahnten Kegelrädern 10. Eine solche Maschine 200 ist erfindungsgemäss so ausgelegt oder umgerüstet, dass ein Entgraten oder Anfasen des Kegelrades 10 mittels der speziellen Entgratvorrichtung 50 vorgenommen werden kann, die zwei Entgratwerkzeuge 60.1, 60.2 umfasst.
Das Prinzip der Erfindung lässt sich jedoch auch auf anderen CNC-Verzahnmaschine 200 anwenden, die mit der speziellen Entgratvorrichtung 50 der Erfindung ausgestattet sind.
Die CNC-Verzahnmaschine 200 kann wie folgt aufgebaut sein. Die Maschine 200 kann ein Maschinengehäuse 201 umfassen, das es ermöglicht eine Werkzeugspindel 204 entlang einer Koordinatenachse X (1. Achse) linear vertikal, entlang einer Koordinatenachse Y (2. Achse) linear horizontal sowie entlang einer Koordinatenachse Z (3. Achse) linear horizontal zu führen. Die genannte Werkzeugspindel 204 kann beispielsweise hängend an der Maschine 200 angeordnet sein, wobei die entsprechende Werkzeugspindelachse A (4. Achse) vertikal im Raum hängt. Die Werkzeugspindel 204 trägt ein Werkzeug, hier beispielshalber einen Messerkopf 202 mit mehreren Stabmessern (die Stabmesser sind nicht zu sehen).
An der Maschine 200 kann beispielsweise eine erste Schwenkvorrichtung 203 vorgesehen sein, die eine Werkstückspindel 205 mit einer Werkstückspindelachse B (5. Achse) trägt. Die Werkstückspindel 205 samt Werkstückspindelachse B kann um eine Schwenkachse (C-Achse; 6. Achse) der ersten Schwenkvorrichtung 203 geschwenkt werden. Die Schwenkachse C steht senkrecht zur Werkzeugspindelachse A und verläuft hier horizontal im Raum. Wenn man von vorne in Richtung der Schwenkachse C auf die Maschine 200 der 2 schaut, steht die Werkstückspindel 205 in dem gezeigten Moment schräg in einer 14 Uhr-Stellung. In dieser Stellung kann z.B. ein erstes Entgratwerkzeug 60.1 der Entgratvorrichtung 50 mit dem Kegelrad-Werkstück 10 in Wechselwirkung gebracht werden.
Die Werkstückspindel 205 trägt im gezeigten Beispiel ein bogenverzahntes Kegelradritzel als Werkstück 10. Die erste Schwenkvorrichtung 203 ist so um die C-Achse schwenkbar, dass das Werkstück 10 in eine Bearbeitungsposition unterhalb des Verzahnwerkzeugs 202 schwenkbar ist. Ausserdem kann das Werkstück 10 durch die erste Schwenkvorrichtung 203 zum Entgraten in die in 2 gezeigte Stellung überführt werden.
Ausserdem ist die Entgratvorrichtung 50 zum Beispiel mit Zustellvorrichtung(en) versehen, um gemäss Erfindung das Entgratwerkzeug 60.1 oder das Entgratwerkzeug 60.2 relativ zum Kegelrad-Werkstück 10 bewegen und mit diesem in Wechselwirkung bringen zu können.
Die Zustellvorrichtung kann bei allen Ausführungsformen z.B. eine Schwenkachse D (hier in einer hängenden Konstellation) und/oder eine Linearachse X2 umfassen, wie in 2 bespielhaft gezeigt.
Die Schwenkachse D kann bei allen Ausführungsformen mit der Rotationsachse einer zentralen Welle 71 zusammenfallen, wie in 4A gezeigt ist.
Die Entgratvorrichtung 50 der Erfindung, die einen Entgratmesserkopf 60.1 und einen Entgratmesserkopf 60.2 umfasst, kann z.B. eine Linearachse X2 (7. Achse) und Entgratspindelachsen Q1 (8. Achse) und Q2 (9. Achse) umfassen, wie in 2 gezeigt.
Vorzugsweise liegen die beiden Entgratspindelachsen Q1 und Q2 bei allen Ausführungsformen koaxial zueinander. Es sind aber auch Ausführungsformen möglich, bei denen die beiden Entgratspindelachsen Q1 und Q2 parallel zueinander verlaufen, aber einen leichten räumlichen Versatz zueinander haben.
Vorzugsweise werden die Entgratspindelachsen Q1 (8. Achse) und Q2 (9. Achse) bei allen Ausführungsformen gegenläufig angetrieben.
Unter Einsatz einer oder mehrerer der genannten Achsen, kann das Entgratwerkzeug 60.1 oder 60.2 relativ zum Kegelrad-Werkstück 10 in eine für das Entgraten geeignete Ausgangsposition gebracht werden.
Dann werden das Werkstück 10 um die Werkstückspindelachse B und das Entgratwerkzeug 60.1 und/oder 60.2 um die Entgratspindelachse Q1 oder Q2 gekoppelt drehangetrieben und relativ zueinander bewegt. In einem kontinuierlichen Verfahren führen die Schneiden des Entgratwerkzeugs 60.1 oder 60.2 (z.B. die Schneiden der Entgratmesser 61 des Entgratmesserkopfes 60.1 oder des Entgratmesserkopfes 60.2) an den vorbestimmten Kanten 11.r und/oder 11.l des Kegelrads 10 entsprechende Anfasbewegungen aus. Im Rahmen dieses Vorgangs, der als erster Durchgang bezeichnet wird, werden die ersten Fasen 12 erzeugt. Das Ergebnis dieses ersten Durchgangs ist in 1B beispielhaft gezeigt, wobei hier nur an der rechten Kante 11.r eine erste Fase 12 erzeugt wurde.
Im Rahmen eines zweiten Durchgangs, der bei allen Ausführungsformen auf derselben Maschine 200 durchgeführt wird, wird im Bereich der ersten Fase 12 eine zweite Fase 13 erzeugt. Das erfolgt entweder mit demselben Entgratwerkzeug 60.1 oder mit einem anderen (zweiten) Entgratmesserkopf 60.2. Das Ergebnis dieses zweiten Durchgangs ist in 1C beispielhaft gezeigt, wobei auch hier nur im Bereich der ehemaligen rechten Kante 11.r eine zweite Fase 13 erzeugt wurde.
Wie bereits erwähnt, kann bei dem zweiten Durchgang ein anderes Entgratwerkzeug zum Einsatz kommt als beim ersten Durchgang. Beim ersten Durchgang kann z.B. ein Entgratwerkzeug 60.1 und beim zweiten Durchgang z.B. ein Entgratwerkzeug 60.2 zum Einsatz gebracht werden. Es ist bei allen Ausführungsformen aber auch möglich beim ersten Durchgang z.B. das Entgratwerkzeug 60.2 und beim zweiten Durchgang z.B. das Entgratwerkzeug 60.1 zum Einsatz zu bringen.
Um alternativ (je nach Bedarf) entweder das erste Entgratwerkzeug 60.1 oder das zweite Entgratwerkzeug 60.2 zum Einsatz bringen zu können, kann die Maschine 200, respektive die Entgratvorrichtung 50, eine Schwenkachse D aufweisen, wie in 2 und 4A, 4B gezeigt. Diese Schwenkachse D kann z.B. vertikal hängend angeordnet sein, wie man in 2 und 4A, 4B erkennen kann.
Die Schwenkachse D kann aber bei allen Ausführungsformen der Erfindung auch eine andere Orientierung im Raum haben. Die konkrete Anordnung der optionalen Schwenkachse D hängt von der Gesamtkonstellation aller Achsen der Maschine 200 ab, da es letztendlich darauf ankommt das Werkstück 10 und das momentan zum Einsatz kommende Entgratwerkzeug 60.1 oder 60.2 so relativ zueinander zu bewegen, dass eine geeignete Entgratbewegung ausgeführt werden kann.
Um das Anfasen/Entgraten im kontinuierlichen Verfahren realisieren zu können, werden Kegelrad-Verzahnmaschinen 200 mit mindestens sechs numerisch gesteuerten Achsen, wie beispielhaft in den 2 gezeigt, bevorzugt.
Es können jedoch auch andere CNC-Kegelrad-Verzahnmaschinen 200 gemäss Erfindung umgerüstet oder ausgestattet werden, wobei Maschinen mit sieben, acht oder neun numerisch gesteuerten Achsen bevorzugt sind, wie bereits anhand der 2 erläutert wurde.
Im Folgenden wird eine weitere Entgratvorrichtung 50 beschrieben. Die in 3 gezeigte Entgratvorrichtung 50 kann z.B. in einer Kegelrad-Verzahnmaschine 200 nach 2 eingesetzt werden.
Es ist an einem Maschinenständer und/oder an einem Gehäuse (z.B. am Gehäuse 201 der Maschine 200) ein Schlitten 30 mit einer Entgratvorrichtung 50 vorgesehen. Der Schlitten 30 ermöglicht eine lineare Verschiebung der Entgratvorrichtung 50 relativ zum Kegelrad 10. Die entsprechende Linearachse wird hier als X2-Achse bezeichnet und verläuft beispielweise parallel zur X-Achse (siehe 2).
Die Entgratvorrichtung 50 umfasst vorzugsweise bei allen Ausführungsformen eine erste Entgratspindel 51 mit der bereits erwähnten Entgratspindelachse Q1, die hier im gezeigten Beispiel eine horizontale Orientierung hat. An der Entgratspindel 51 kann ein Entgratwerkzeug befestigt sein, das als erstes Entgratwerkzeug 60.1 bezeichnet wird, wie in 3 gezeigt. Bei dem in 3 gezeigten ersten Entgratwerkzeug 60.1 handelt es sich konkret um einen Entgratmesserkopf 60.1, der mit Messereinsätzen (z.B. in Form von Stabmessern 61) so bestückt ist, dass diese radial aus dem Umfang des Entgratwerkzeugs 60.1 heraus ragen.
Vorzugsweise handelt es sich bei den beiden Achsen X2 und D, die der Entgratvorrichtung 50 zugeordnet sind, um CNC-gesteuerte Zusatzachsen. Eine Kegelrad-Verzahnmaschine 200 mit einer Entgratvorrichtung 50 kann somit insgesamt 8 numerisch gesteuerte Achsen A, B, C, X, Y, Z, X2 und Q1/Q2 aufweisen. Bei der in 2 gezeigten Konstellation, weist die Maschine 200 insgesamt 9 numerisch gesteuerte Achsen A, B, C, X, Y, Z, X2, Q1/Q2 und D auf, wobei es sich bei der D-Achse um eine Schwenkachse der Entgratvorrichtung 50 handelt.
Numerisch steuerbare Achsen sind in diesem Zusammenhang Achsen, die über eine programmierbare Steuerung ansteuerbar sind. Die numerisch steuerbaren Achsen sind so ausgebildet und angeordnet, dass durch das Verstellen mindestens einer der Achsen die Werkstückspindel 205 samt des Kegelrads 10 relativ zu dem Entgratwerkzeug 60.1 oder 60.2 so bewegbar ist, dass Schneiden des Entgratwerkzeugs 60.1 oder 60.2 bei gleichzeitigem gekoppeltem Rotieren der Werkstückspindel 205 um die Werkstückspindelachse B und des Entgratwerkzeugs 60.1 oder 60.2 um die Entgratspindelachse Q1 oder Q2 nacheinander in Zahnzwischenräume 14 benachbarter Zähne 15.r, 15.l des Kegelrads 10 eintauchen und eine Anfas- oder Entgratungsbewegung in Bezug auf die vorgegebenen Zahnkanten 11.r, 11.l und Fasenkanten 12.1 des Kegelrads 10 ausführen.
Wie in 2 angedeutet, kann die Entgratspindelachse Q1/Q2 der Entgratvorrichtung 50 zum Beispiel parallel zur Y-Achse verlaufen. Es sind aber andere Achskonstellationen möglich.
Gemäss Erfindung kommen vorzugsweise bei allen Ausführungsformen eine oder mehrere der numerisch gesteuerten Achsen zum Einsatz, um die Schneiden des Entgratwerkzeugs 60.1 oder 60.2 relativ zu dem Werkstück 10 zu bewegen. Vor dem Durchführen des zweiten Durchgangs des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Maschineneinstellung der Kegelrad-Verzahnmaschine 200 so verändert, dass die Schneiden z.B. des zweiten Entgratwerkzeugs 60.2 relativ zu den betroffenen Kanten des Werkstücks 10 steiler stehen als im Rahmen des ersten Durchgangs.
Da sich das Kegelradwerkstück 10 mit einer vorgegebenen ersten Winkelgeschwindigkeit um die Werkstückachse B und das Entgratwerkzeug 60.1 mit einer zweiten Winkelgeschwindigkeit um die Entgratspindelachse Q1 dreht und da die beiden Drehbewegungen (elektronisch) gekoppelt erfolgen, ergeben sich für die Messereinsätze 61 des Entgratwerkzeug 60.1 komplexe schraubenförmige Flugbahnen im 3-dimensionalen Raum.
Entsprechend beschreibt das zweite Entgratwerkzeug 60.2 im zweiten Durchgang auch eine komplexe schraubenförmige Flugbahnen im 3-dimensionalen Raum.
Die Entgratvorrichtung 50 der 3 umfasst die beiden Entgratspindeln 51, 52 und die beiden Entgratwerkzeuge 60.1 und 60.2. Die beiden Entgratspindeln 51, 52 und die beiden daran befestigten Entgratwerkzeuge 60.1 und 60.2 sind bei der gezeigten Ausführungsform koaxial angeordnet. Das Entgratwerkzeug 60.1 kann um die Entgratspindelachse Q1 und das Entgratwerkzeug 60.2 kann um die Entgratspindelachse Q2 drehangetrieben werden.
In der in 2 gezeigten Schwenkstellung der Entgratvorrichtung 50, kann das Entgratwerkzeug 60.1 mit dem Kegelrad 10 zum Durchführen des ersten Engrat- oder Anfasvorgangs in Kontakt gebracht werden. Um das zweite Entgratwerkzeug 60.2 mit dem Kegelrad 10 in Kontakt bringen zu können, wird die Entgratvorrichtung 50 um die Vertikalachse D geschwenkt.
Die Kegelrad-Verzahnmaschine 200 der 2 kann beispielsweise auch mit einer Entgratvorrichtung 50 ausgestattet, wie sie in 4A und 4B beispielhaft im Detail gezeigt ist.
In 3 ist ein unterer Bereich des Schlittens 30 zu erkennen. Unterhalb des Schlittens 30 sitzen hier eine Schwenkvorrichtung 53 und eine Antriebseinheit 54, die relativ zu der Schwenkvorrichtung 53 um die Vertikalachse D geschwenkt werden kann. Bei der in 3 gezeigten 1. Stellung, zeigen das erste Entgratwerkzeug 60.1 samt erster Entgratspindel 51 nach links und das zweite Entgratwerkzeug 60.2 samt zweiter Entgratspindel 52 nach rechts.
In 3 ist gut zu erkennen, dass die beiden Entgratspindeln 51, 52 und die beiden daran befestigten Entgratwerkzeuge 60.1 und 60.2 koaxial angeordnet sind. Die Entgratspindelachsen Q1 und Q2 bilden eine gemeinsame Achse. Die Drehbewegung des ersten Entgratwerkzeugs 60.1 samt der ersten Entgratspindel und des zweiten Entgratwerkzeugs 60.2 samt der zweiten Entgratspindel 52 können miteinander gekoppelt sein (z.B. indem nur ein Drehantrieb in der Antriebseinheit 54 vorgesehen ist). Die Antriebseinheit 54 kann aber auch zwei separate Drehantriebe umfassen.
Jeder Entgratmesserkopf 60.1, 60.2 kann nach dem folgenden Prinzip aufgebaut sein, wobei die folgenden Angaben lediglich als Beispiel zu verstehen sind. Dieses Prinzip wird anhand des in 3 links gezeigten Entgratmesserkopfs 60.1 erläutert.
Das Beispiel eines geeigneten Entgratfräsers ist dem erteilten Europäischen Patent EP1598137 B1 zu entnehmen.
Der Entgratmesserkopf 60.1 kann über eine Platte 62 und Schrauben (nicht gezeigt) an der Entgratspindel 51 verschraubt sein. Es ist ein Grundhalter 63 vorgesehen, der verschiedenen Elemente zur Aufnahme von Messereinsätzen 61 (z.B. in Form von stabförmigen Entgratmessern) aufweist. In 3 sind drei Messereinsätze 61 sichtbar. Der Entgratmesserkopf 60.1 kann mehrere Messereinsätze 61 aufweisen, die in Ausnehmungen des Entgratmesserkopfs 60.1 einsetzbar sind, wobei die Messereinsätze 61 im Wesentlichen radial zu der Entgratspindelachse Q1 gerichtet sind. Jeder der Messereinsätze 61 weist mindestens eine Schneide zum Anfasen und/oder Entgraten des Werkstücks 10 auf. Statt den Ausnehmungen am Entgratmesserkopf 60.1, können auch andere Befestigungsmittel zum Festklemmen oder Befestigen der Messereinsätze 61 vorgesehen sein.
Der Entgratmesserkopf 60.2 kann bei allen Ausführungsformen ähnlich oder genauso aufgebaut sein wie der Entgratmesserkopf 60.1. In 3 ist zu erkennen, dass der zweite Entgratmesserkopf 60.2 vorzugsweise bei allen Ausführungsformen kleiner ist als der erste Entgratmesserkopf 60.1. Dies liegt einerseits daran, dass die Schneiden der Messereinsätze 64 des zweiten Entgratmesserkopfs 60.2 nur kürzere zweite Fasen 13 schneiden müssen als die Schneiden der Messereinsätze 61 des ersten Entgratmesserkopfs 60.1. Ausserdem muss der zweite Entgratmesserkopf 60.2 vorzugsweise steiler angestellt werden, um die zweite Fasen 13 schneiden zu können. Um eine Kollision mit dem Werkstück 10 zu vermeiden, sollte der zweite Entgratmesserkopf 60.2 daher weniger ausladend sein als der erste Entgratmesserkopf 60.1.
Gemäss Erfindung können bei allen Ausführungsformen Messereinsätze 61, 64 entweder aus Hartmetall, aus Werkzeugstahl oder aus Schneidkeramik eingesetzt werden. Dies ist ein wesentlicher Unterschied zu herkömmlichen Entgratfräsern. In einer bevorzugten Ausführungsform wird micro-grain Hartmetall verwendet, weil dann die Scheiden der Messereinsätze 61, 64 lange scharf bleiben und sauber schneiden.
In 6A ist der Schnitt durch eine weitere Entgratvorrichtung 50 der Erfindung gezeigt. Bei dieser Ausführungsform sitzt der eigentliche CNgesteuerte Antrieb oberhalb einer zentralen Welle 71. Diese zentrale Welle 71 umfasst ein Kegelrad 72 am untersten Ende. Die Welle 71 ist drehbar in dem Gehäuse 30 gelagert. Links ist in 4A zu erkennen, dass eine senkrecht zur Welle 71 verlaufende Spindelwelle 55 als erster Abtrieb vorgesehen. An der Spindelwelle 55 ist am rechten Ende ein Kegelrad 56 vorgesehen, das zusammen mit dem Kegelrad 72 ein Kegelradpaar bildet. Je nach Bedarf kann dieses Kegelradpaar eine geeignete Unter- oder Übersetzung zum Drehantreiben des ersten Entgratwerkzeugs 60.1 vorgeben. Die beiden Kegelräder 56 und 72 bilden hier ein Winkelgetriebe ohne Achsversatz, d.h. die beiden Achsen Q1 und D schneiden sich, wie in 4A gezeigt.
Am linken Ende der Spindelwelle 55 ist ein Entgratwerkzeug 60.1 vorgesehen, das mehrere Messereinsätze 61 mit Schneiden am äusseren Umfang aufweist. Das Entgratwerkzeug 60.1 hat hier eine Zentralbohrung 66 durch die hindurch eine Befestigungsschraube 67 in die Spindelwelle 55 geschraubt ist.
Im Bereich des Kegelrades 56 ist an der Spindelwelle 55 eine weitere Zentralbohrung 68 vorgesehen. Eine zweite Spindelwelle 57 ist mit einem zapfenförmigen Fortsatz 58 mit Aussengewinde in diese Zentralbohrung 68 eingeschraubt. Durch diese Art der Verbindung werden die beiden Spindelwellen 55 und 57 solidarisch von der Welle 71 drehangetrieben.
Am rechten Ende der Spindelwelle 57 ist ein Entgratwerkzeug 60.2 vorgesehen, das mehrere Messereinsätze 64 mit Schneiden am äusseren Umfang aufweist. Das Entgratwerkzeug 60.2 hat hier eine Zentralbohrung 68 durch die hindurch eine Befestigungsschraube 69 in die Spindelwelle 57 geschraubt ist.
Anstatt beide Entgratspindeln 60.1, 60.2 mit demselben Entgratwerkzeug zu bestücken (wie in den 3, 4A, 4B gezeigt), kann auch jeder der Entgratspindeln 60.1, 60.2 ein anderes Entgratwerkzeug umfassen.
Die ersten Entgratspindel kann z.B. bei allen Ausführungsformen einen Entgratmesserkopf 60.1 mit Messereinsätzen 61 umfassen, während die zweite Entgratspindel bei allen Ausführungsformen zum Beispiel ein Vollwerkzeug umfasst, oder umgekehrt.
Die Entgratvorrichtung 50 kann bei allen Ausführungsformen beispielsweise eine Ölwanne umfassen, die von einem unteren Deckel oder Gehäuse 59 abgeschlossen wird.
Vorzugsweise werden das erste Entgratwerkzeug 60.1 und das zweite Entgratwerkzeug 60.2 bei allen Ausführungsformen durch einen gemeinsamen Antrieb 70 (siehe 4A) solidarisch drehangetrieben. Wenn die zentrale Welle 71 von dem Antrieb 70 im Uhrzeigersinn angetrieben wird, dann dreht sich auch die Spindelwelle 55 im Uhrzeigersinn. Die Spindelwelle 57 hingegen dreht sich in der umgekehrten Drehrichtung.
In 4B ist die Entgratvorrichtung 50 der 4A von außen gezeigt.

Es entstehen für das Entgraten auf der Verzahnmaschine in zwei Durchgängen keine nennenswerten Zeitverluste, da durch die Verwendung von zwei Entgratwerkzeugen 60.1, 60.2 im kontinuierlichen Verfahren mit relativ hohen Schnittgeschwindigkeiten gearbeitet werden kann und da bei Bedarf der eine, der andere oder abwechselnd beide Entgratwerkzeuge 60.1, 60.2 zum Einsatz gebracht werden können.

Bezugszeichen :
Kegelrad / Werkstück	10
rechte Zahnkante / rechte Profilkante	11.r
linke Zahnkante / linke Profilkante	11.l
erste Fase(n)	12
Fasenkante	12.1
zweite Fase(n)	13
Zahnlücke	14
rechter Zahn	15.r
linker Zahn	15.l
konkave Zahnflanke	16.r
konvexe Zahnflanke	16.l
Kegelstumpfmantelfläche / Rückenfläche	17
Zahnfuß	18

Primärgrat(e)	20
Sekundärgrat(e)	21

Schlitten	30

Entgratvorrichtung	50
Entgratspindel	51
Entgratspindel	52
Ölwanne	53
Antriebseinheit	54
Spindelwelle	55
Kegelrad	56
Spindelwelle	57
Zapfen	58
Deckel/Gehäuse	59

Erster Entgratmesserkopf / erstes Entqratwerkzeuq	60.1
zweiter Entgratmesserkopf / zweites Entgratwerkzeug	60.2
Messereinsätze	61
Platte	62
Grundhalter	63
Messereinsätze	64
Zentralbohrung	66
Schraube	67
Zentralbohrung	68
Schraube	69
(gemeinsamer) Antrieb (z.B. E-Motor)	70
Welle/Motorwelle	71
Kegelrad	72

Keqelrad-Verzahnmaschine / CNC-Verzahnmaschine	200
Maschinengehäuse	201
(Verzahn-)Werkzeug / Messerkopf	202
Schwenkvorrichtung	203

Werkzeugspindel	204
Werkstückspindel	205

Werkzeugspindelachse	A
Werkstückspindelachse	B
Schwenkachse/Drehachse	C
Vertikalachse / Schwenkachse	D
Winkel	δ
Keqelradfuß	F
Kegelradkopf	K
Schnittrichtung	P1
Entgratspindelachsen	Q1, Q2
Koordinatenachse / Linearachse	X
Koordinatenachse / Linearachse	X2
Koordinatenachse / Linearachse	Y
Koordinatenachse / Linearachse	Z

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1598137 B1 [0073]

Claims

Entgratvorrichtung (50) zum Entgraten von Kegelrädern (10), mit - einer ersten Entgratspindel (51) zum Anbringen eines ersten Entgratwerkzeugs (60.1), wobei die erste Entgratspindel (51) mittels eines Antriebs um eine erste Entgratspindelachse (Q1) drehantreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgratvorrichtung (50) zusätzlich - eine zweite Entgratspindel (52) zum Anbringen eines zweiten Entgratwerkzeugs (60.2) umfasst, wobei die zweite Entgratspindel (52) mittels eines Antriebs um eine zweite Entgratspindelachse (Q2) drehantreibbar ist, wobei die erste Entgratspindelachse (Q1) und die zweite Entgratspindelachse (Q2) parallel zueinander verlaufen.
Entgratvorrichtung (50) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Entgratspindelachse (Q1) und die zweite Entgratspindelachse (Q2) koaxial zueinander verlaufen.
Entgratvorrichtung (50) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Antrieb um einen gemeinsamen Antrieb (70) handelt, der dazu ausgelegt ist sowohl die erste Entgratspindelachse (Q1) als auch die zweite Entgratspindelachse (Q2) drehanzutreiben.
Entgratvorrichtung (50) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Antrieb (70) ein Getriebe (56, 72) umfasst, das für eine Umsetzung der Drehbewegung einer zentralen Welle (71) auf eine Drehbewegung der ersten Entgratspindelachse (Q1) und der zweiten Entgratspindelachse (Q2) sorgt.
Entgratvorrichtung (50) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (71) ein Kegelrad (72) und die erste Entgratspindel (51) eine erste Spindelwelle (55) mit einem Kegelrad (56) umfasst, wobei die beiden Kegelräder (56, 72) ineinander greifen und miteinander abrollen, dass die erste Entgratspindelachse (Q1) eine Drehachse (D) der zentralen Welle (71) schneidet.
Entgratvorrichtung (50) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Entgratspindelachse (Q2) eine zweite Spindelwelle (57) umfasst, die mechanisch mit einer ersten Spindelwelle (55) der ersten Entgratspindelachse (Q1) verbunden ist.
Entgratvorrichtung (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Schwenkachse (D) aufweist, die ein solidarisches Drehen der ersten Entgratspindelachse (Q1) und der zweiten Entgratspindelachse (Q2) um diese Schwenkachse (D) ermöglicht.
Entgratvorrichtung (50) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachse (D) senkrecht zu der ersten Entgratspindelachse (Q1) und der zweiten Entgratspindelachse (Q2) steht.
Entgratvorrichtung (50) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachse (D) mit einer Drehachse (D) der zentralen Welle (71) zusammenfällt.
CNC-Verzahnmaschine (200) mit einer Werkzeugspindel (204) zum Aufnehmen und Drehantreiben eines Verzahnungswerkzeugs (202), einer Werkstückspindel (205) zum Aufnehmen und Drehantreiben eines Werkstücks (10), mit mindestens 6 Achsen (X, Y, Z, A, B, C) und mit einer Entgratvorrichtung (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
CNC-Verzahnmaschine (200) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Entgratwerkzeug (60.1) und das zweite Entgratwerkzeugs (60.2) durch einen gemeinsamen Antrieb (70) solidarisch drehangetrieben werden.
CNC-Verzahnmaschine (200) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das die CNC-Verzahnmaschine (200) dazu ausgelegt ist durch eine Dreh- oder Schwenkbewegung entweder das erste Entgratwerkzeug (60.1) oder das zweite Entgratwerkzeug (60.2) zum Einsatz zu bringen.