DE102020116893A1

DE102020116893A1 - Verfahren zum herstellen von zahnrädern

Info

Publication number: DE102020116893A1
Application number: DE102020116893.4A
Authority: DE
Inventors: Karl-Martin Ribbeck; Jürgen Weber
Original assignee: Klingelnberg AG
Current assignee: Klingelnberg AG
Priority date: 2020-06-26
Filing date: 2020-06-26
Publication date: 2021-12-30
Also published as: CN113843457A; US20210402495A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen von Zahnrädern, mit den Verfahrensschritten: Verzahnen einer Mehrzahl von Zahnrädern (400) mit einem Verzahnwerkzeug (520) im Einzelteilverfahren, wobei das Verzahnwerkzeug (520) an jedem Zahnrad (400) der Mehrzahl von Zahnrädern (400) eine Mehrzahl von Zahnlücken (413) durch spanabhebende Bearbeitung herstellt und wobei für die Mehrzahl von Zahnrädern (400) eine Teilungskompensation mit Kompensationsparametern vorgegeben wird; wobei die Kompensationsparameter in Abhängigkeit von einem Verschleißzustand des Verzahnwerkzeugs (520) von einer Maschinensteuerung (540) vorgegeben werden.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen von Zahnrädern, mit den Verfahrensschritten: Verzahnen einer Mehrzahl von Zahnrädern mit einem Verzahnwerkzeug im Einzelteilverfahren, wobei das Verzahnwerkzeug an jedem Zahnrad der Mehrzahl von Zahnrädern eine Mehrzahl von Zahnlücken durch spanabhebende Bearbeitung herstellt und wobei für die Mehrzahl von Zahnrädern eine Teilungskompensation mit Kompensationsparametern vorgegeben wird.
Im Rahmen der Herstellung von Kegelradverzahnungen wird zwischen dem kontinuierlichen Teilverfahren und dem Einzelteilverfahren unterschieden.
Das kontinuierlichen Teilverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das zu bearbeitende Zahnrad während der spanabhebenden Bearbeitung eine kontinuierliche Teilbewegung ausführt. Diese kontinuierliche Teilbewegung ist derart mit der Rotation eines den Spanabtrag bewirkenden Werkzeugs gekoppelt, dass das Werkzeug an dem zu bearbeitenden Zahnrad einzelne Schnitte an aufeinanderfolgenden Zahnlücken ausführt. Das zu bearbeitende Zahnrad rotiert daher während des kontinuierlichen Spanabtrags kontinuierlich und mehrfach um die eigene Achse, bis das Werkzeug die volle Zahntiefe an dem Zahnrad erzeugt hat. Das Werkzeug befindet sich daher kontinuierlich im spanabhebenden Schneidkontakt mit dem zu bearbeitenden Zahnrad.
Im Gegensatz zum kontinuierlichen Teilverfahren wird beim Einzelteilverfahren mit dem Werkzeug immer erst eine Zahnlücke vollständig hergestellt, das Zahnrad um eine Zahnteilung weitergedreht, und dann in gleicher Weise die nächste Zahnlücke gefräst, bis alle Lücken gefertigt sind. Beim Einzelteilverfahren werden die Zahnlücken des Zahnrads daher nacheinander in ein zu bearbeitendes Zahnrad bzw. einen Verzahnungsrohling eingebracht. Das bedeutet mit anderen Worten, dass zunächst eine erste Zahnlücke des Zahnrads durch ein Zustellen und ein anschließendes Zurückziehen des Verzahnwerkzeugs an dem Verzahnungsrohling fertiggestellt wird, bevor der Verzahnungsrohling um eine Zahnteilung gedreht und anschließend eine zweite Zahnlücke durch ein Zustellen und ein anschließendes Zurückziehen des Verzahnwerkzeugs in den Verzahnungsrohling fertiggestellt wird. Das Werkzeug befindet sich daher nicht im kontinuierlichen spanabhebenden Schneidkontakt, sondern wird Zahnlücke für Zahnlücke immer wieder neu zugestellt.
Sowohl beim Einzelteilverfahren als auch beim kontinuierlichen Teilverfahren können spiralverzahnte Kegelräder wälzend, d.h. im Wälzverfahren, oder tauchend, d.h. im Tauchverfahren, hergestellt werden.
Beim Wälzverfahren werden die Zahnlücken von Ritzel und Tellerrad eines Kegelradpaares jeweils in Wälzprozessen erzeugt, während im sogenannten Form- oder Tauchverfahren die Zahnlücken des Tellerrades nur durch einen Tauchprozess des rotierenden Werkzeugs in das nicht wälzende Werkstück hergestellt werden, wogegen die Ritzellücken in einem speziellen Wälzprozess mit zur Wälzachse geneigtem Werkzeug erzeugt werden. Während sich beim Tauchverfahren die Form des Werkzeugs auf die Zahnflanken überträgt, werden beim Wälzprozess, bei dem sich Werkzeug und Werkstück nach einer bestimmten Gesetzmäßigkeit relativ zueinander bewegen, die Zahnflanken durch Hüllschnitte der einzelnen Werkzeugschneiden ausgebildet.
Kegelräder können daher im Einzelverfahren wälzend oder tauchend hergestellt werden oder im kontinuierlichen Teilverfahren wälzend oder tauchend hergestellt werden.
Im Einzelteilverfahren kommt es insbesondere beim Trockenfräsen, d.h. beim Weichverzahnen ohne Kühlschmierstoff, zu einer Erwärmung des bearbeiteten Zahnrads auf bis zu 50 °C. Ausgehend von einer Raumtemperatur von beispielsweise 20 °C erwärmt sich das Zahnrad durch den Schneidkontakt mit dem Verzahnwerkzeug daher während der spanabhebenden Bearbeitung um bis zu 30 °C. Durch diese Erwärmung kommt es zu Teilungsabweichungen, da sich das Zahnrad aufgrund des Wärmeeintrags ausdehnt. Die Teilung bzw. Kreisteilung definiert den Abstand zweier benachbarter Linksflanken oder Rechtsflanken der Zähne eines Zahnrads. Die Teilungsabweichung beschreibt daher vereinfacht formuliert, ob sich ein Zahn des Zahnrads bezogen auf einen Referenzzahn des Zahnrads an der richtigen Stelle befindet.
Für Kegelräder sind die Teilungsabweichungen in der Norm ISO 17485:2006 definiert. Für Stirnräder sind die Teilungsabweichungen in der Norm DIN ISO 1328-1 :2018-03 definiert. Wenn im vorliegenden Text von Teilungsabweichungen gesprochen wird, so werden insbesondere die Definitionen der vorgenannten Normen angewandt.
Um für Kegelräder die vorgegebenen Toleranzen für die zulässigen Teilungsabweichungen einzuhalten, ist es bekannt, eine sogenannte Teilungskompensation vorzunehmen, um die Teilungsabweichungen aufgrund der Wärmeausdehnung des Zahnrads während der Fertigung auszugleichen.
Dabei wird z.B. die jeweilige Tiefenposition des Verzahnwerkzeugs bezogen auf das zu fertigende Zahnrad für jede einzelne Zahnlücke des Zahnrads angepasst. Soweit ein Zahnrad beispielsweise zwanzig Zahnlücken hat, kann für jede einzelne Zahnlücke eine individuelle Korrektur der jeweiligen Tiefenposition des Verzahnwerkzeugs zur Teilungskompensation angegeben werden. Die Teilungskompensation umfasst in diesem Beispiel daher zwanzig Korrekturparameter - und zwar einen für jede Zahnlücke.
Weiter kann z.B. eine Drehposition des Zahnrads bezogen auf das Verzahnwerkzeug für jede Zahnlücke angepasst werden. Bezogen auf das zuvor genannte Beispiel kann die Teilungskompensation demnach zwanzig weitere Korrekturparameter für die Drehposition des Zahnrads bezogen auf das Verzahnwerkzeug aufweisen - wiederum individuell für jede zu fertigende Zahnlücke. Die Korrekturwerte für eine von den eigentlichen Solldaten abweichende Tiefenposition und/oder Drehposition dienen daher als Kompensationsparameter für die Teilungskompensation.
Alternativ kann für jede Zahnlücke ein individueller Parametersatz vorgegeben sein, wobei jeder Parametersatz eine Mehrzahl von Parametern enthalten kann. Die Teilungskompensation umfasst für das voranstehende Beispiel daher zwanzig Parametersätze - und zwar einen Parametersatz für jede Zahnlücke.
Die Europäische Patentschrift EP 1 981 674 B1 beschreibt eine solche Teilungskompensation für Kegelräder, die im Einzelteilverfahren hergestellt werden. Aus der Europäischen Patentschrift EP 1 981 674 B1 ist es bekannt, Teilungsabweichungen für jeden Zahn eines Kegelrads individuell zu kompensieren, in dem die Teilungsfehler für ein Referenzwerkstück für jeden Zahn bzw. für jede Zahnlücke ermittelt und auf dieser Grundlage korrigiert werden. Durch diese Vorgehensweise wird im Vergleich zu einer linearen, d.h. über alle Zähne gemittelten Teilungskompensation vermieden, dass Zähne korrigiert werden, die keine Teilungsfehler aufweisen bzw. für die eine lineare Kompensation zu einer Vergrößerung des Teilungsfehlers führen würde.
Es hat sich gezeigt, dass es in der Serienfertigung von Kegelradverzahnungen trotz einer vorgegebenen Teilungskompensation zu Teilungsabweichungen kommen kann, die außerhalb des geforderten Toleranzbereichs liegen. Dies kann in der betrieblichen Praxis dazu führen, dass Kompensationsparameter der vorgegebenen Teilungskompensation manuell von einem Maschinenbediener angepasst werden, um die erforderlichen Toleranzen für den Teilungsfehler einzuhalten. Hierbei kann es zu längeren Stillstandszeiten einer Verzahnmaschine und auch zu einem erhöhten Anteil von Schlechtteilen kommen.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die technische Problemstellung zugrunde, ein Verfahren anzugeben, dass eine zuverlässige Teilungskompensation in der Serienfertigung ermöglicht. Die voranstehend beschriebene technische Problemstellung wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von Zahnrädern, mit den Verfahrensschritten: Verzahnen einer Mehrzahl von Zahnrädern mit einem Verzahnwerkzeug im Einzelteilverfahren, wobei das Verzahnwerkzeug an jedem Zahnrad der Mehrzahl von Zahnrädern eine Mehrzahl von Zahnlücken durch spanabhebende Bearbeitung herstellt und wobei für die Mehrzahl von Zahnrädern eine Teilungskompensation mit Kompensationsparametern vorgegeben wird. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Kompensationsparameter in Abhängigkeit von einem Verschleißzustand des Verzahnwerkzeugs von einer Maschinensteuerung vorgegeben werden.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die zu kompensierenden Teilungsabweichungen mit zunehmendem Werkzeugverschleiß des Verzahnwerkzeugs ändern.
Soweit mit dem Verzahnwerkzeug beispielsweise dreihundert Zahnräder verzahnt werden sollen, bevor das Verzahnwerkzeug erneut geschärft bzw. aufbereitet wird, kann es beispielsweise ab dem hundertsten oder zweihundertsten gefertigten Zahnrad zu inakzeptablen Teilungsabweichungen kommen. Versuche der Anmelderin haben gezeigt, dass mit steigendem Werkzeugverschleiß, d.h. mit „stumpfer“ werdenden Werkzeugschneiden, auch der Wärmeeintrag in die gefertigten Zahnräder steigt. Daraus resultiert eine steigende Wärmeausdehnung der Zahnräder während der Bearbeitung, so dass sich auch die zu kompensierenden Teilungsabweichungen ändern.
Soweit ein Verzahnwerkzeug im Neuzustand bzw. neu aufbereiteten Zustand ist, wählt die Maschinensteuerung daher andere Kompensationsparameter aus, als es für ein Verzahnwerkzeug der Fall wäre, dessen Schneiden bereits eingesetzt worden sind. Beispielsweise kann ein Verzahnwerkzeug für eine vorgegebene Anzahl von zerspanten Zahnrädern noch als „neu“ gelten, so dass Kompensationsparameter für den Neuzustand verwendet werden können, während nach dem Überschreiten dieser Anzahl andere Kompensationsparameter verwendet werden.
Dadurch, dass erfindungsgemäß nunmehr der Werkzeugverschleiß beim Festlegen der Kompensationsparameter berücksichtigt wird, kann eine zuverlässige Kompensation des Teilungsfehler in der Serienfertigung erfolgen. Ein manueller Eingriff durch einen Maschinenbediener ist nicht mehr erforderlich bzw. kann vermieden werden.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Kompensationsparameter in Abhängigkeit von einem Verschleißzustand des Verzahnwerkzeugs automatisiert von der Maschinensteuerung vorgegeben werden. Soweit sich der von der Maschinensteuerung überwachte Verschleißzustand des Werkzeugs z.B. derart ändert, dass für nachfolgend zu fertigende Zahnräder eine Teilungsabweichung außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs zu erwarten ist, können die Kompensationsparameter automatisiert von der Maschinensteuerung angepasst werden, um Ausschuss zu vermeiden.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Kompensationsparameter für eine vorgegebene Losgröße der Mehrzahl von Zahnrädern mindestens einmal, insbesondere mindestens zweimal, weiter insbesondere mindestens dreimal angepasst werden, insbesondere höchstens einmal für jedes Zahnrad der vorgegebenen Losgröße der Mehrzahl von Zahnrädern angepasst werden.
Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Losgröße der Mehrzahl von Zahnrädern bis zu 500 Stück beträgt, insbesondere bis zu 400 Stück beträgt, weiter insbesondere bis zu 300 Stück beträgt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die vorgegebene Losgröße vollständig mit einem einzelnen Verzahnwerkzeug bearbeitet wird, bevor das Verzahnwerkzeug aufbereitet bzw. geschärft wird. Die Losgröße entspricht daher vorliegend insbesondere der vorgegebenen Stückzahl der Mehrzahl von Zahnrädern, die mit einem Verzahnwerkzeug ohne eine Aufbereitung des Werkzeugs verzahnt werden sollen.
Wenn vorliegend von Kompensationsparametern gesprochen wird, so handelt es sich dabei insbesondere um Korrekturwerte für die Zustelltiefe bzw. Tiefenposition des Verzahnwerkzeugs relativ zum Zahnrad und/oder um Korrekturwerte der relativen Drehposition des Zahnrads bezüglich des Verzahnwerkzeugs. Dabei wird für jeden Zahn des Zahnrads ein Korrekturwert für die Zustelltiefe bzw. Tiefenposition und/oder ein Korrekturwert der relativen Drehposition des Zahnrads angegeben. Die Kompensationsparameter können für jede Zahnlücke bzw. jeden Zahn einzelne Korrekturwerte oder Parameter enthalten, oder einen Parametersatz umfassen. Für jede Zahnlücke kann daher insbesondere ein individueller Parametersatz angegeben werden, der eine Mehrzahl von Korrekturwerten oder Parametern enthalten kann.
Die Korrekturwerte können durch eine lineare, gemittelte Korrektur oder individuell für jeden Zahn bestimmt werden. Für ein Zahnrad mit zehn Zähnen umfassen die Kompensationsparameter daher beispielsweise zwanzig Korrekturwerte soweit für jeden Zahn ein Korrekturwert für die Zustelltiefe bzw. Tiefenposition des Verzahnwerkzeugs relativ zum Zahnrad und ein Korrekturwert der relativen Drehposition des Zahnrads bezüglich des Verzahnwerkzeugs angegeben wird.
Alternativ können die Kompensationsparameter für jeden Zahn bzw. jede Zahnlücke einen Parametersatz aufweisen, wobei jeder Parametersatz eine Mehrzahl von Korrekturwerten oder Parametern enthalten kann. Dabei kann es sich beispielsweise für jeden Zahn um angepasste Einstellungen für eine, zwei, oder mehr Achsen einer CNC-gesteuerten Werkzeugmaschine bzw. Verzahnmaschine handeln, mit der das Zahnrad hergestellt wird.
Wenn vorliegend von geänderten Kompensationsparametern oder zweiten Kompensationsparametern gesprochen wird, so kann es sich z.B. um eine Anpassung bestehender Kompensationsparameter handeln. Soweit erste Kompensationsparameter für eine dritte Zahnlücke beispielsweise eine Korrektur der Tiefenposition um 10 Mikrometer vorsehen, kann diese Korrektur der Tiefenposition beispielsweise um 5% erhöht werden, um dem erhöhten Werkzeugverschleiß Rechnung zu tragen. Gleichermaßen können alle weiteren Korrekturwerte um 5% erhöht werden, um dem erhöhten Werkzeugverschleiß Rechnung zu tragen.
Es kann vorgesehen sein, dass zweite Kompensationsparameter von einer Maschinensteuerung automatisiert aus ersten Kompensationsparametern berechnet werden, in dem in der Maschinensteuerung eine Umrechnungsformel hinterlegt ist, um erste Kompensationsparameter in zweite Kompensationsparameter umzurechnen.
Es versteht sich, dass für einen bestimmten Zahn oder mehrere Zähne eines Zahnrads einer der Korrekturwerte Null sein kann oder beide Korrekturwerte Null sein können, so dass für einen oder mehrere Zähne keine Kompensation erforderlich ist oder lediglich ein Korrekturwert ungleich Null vorgegeben wird.
Die Korrekturwerte stellen Abweichungen von Prozessdaten dar, die bei der Auslegung des Zahnrads auf Grundlage der theoretischen Sollgeometrie der Verzahnung erzeugt worden sind. So wird in der theoretischen Prozessauslegung zunächst für jede Zahnlücke die gleiche Zustelltiefe bzw. Tiefenposition der Werkzeugs relativ zum Zahnrad festgelegt, da hierbei keine thermischen Effekte berücksichtigt werden. Gleichermaßen wird zunächst für jede Zahnlücke das dasselbe Inkrement für eine nach der Fertigung einer Zahnlücke erfolgende Werkstückspindelrotation festgelegt, was einer Werkstückdrehung um die eigene Achse entsprechend dem Betrag der Sollteilung entspricht. Die Korrekturwerte passen diese Prozessdaten für jeden Zahn bzw. für jede Zahnlücke an, um dem Wärmeeintrag durch das Verzahnwerkzeug Rechnung zu tragen.
Wenn vorliegend davon gesprochen wird, dass ein Verzahnwerkzeug aufbereitet oder geschärft wird, so kann dies bedeuten, dass Schneideinsätze eines Verzahnwerkzeugs ausgetauscht und/oder geschliffen und ggf. neu beschichtet werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Verzahnwerkzeug eine Mehrzahl von austauschbaren Stabmessern aufweist, deren Schneidkanten und Spanflächen durch Ausbrüche oder Abrieb beim Spanabtrag verschlissen sind. Diese Stabmesser können in einer Schleifmaschine geschliffen werden, um an den Stabmessern erneut definierte Schneidkanten und Spanflächen zu erzeugen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Schneidkanten mit einer definierten Schneidkantenverrundung ausgestattet werden, um die Werkzeugstandzeit zu erhöhen. Weiter kann vorgesehen sein, dass eine CVD- oder PVD-Beschichtung der Stabmesser vorgesehen oder erneuert wird, um die Werkzeugstandzeit zu erhöhen.
Das Verzahnwerkzeug kann ein Stabmesserkopf sein, wobei der Stabmesserkopf einen Grundköper mit Messerschächten aufweisen kann und wobei in den Messerschächten Stabmesser lösbar gehalten sind.
Um den Werkzeugverschleiß während der Fertigung größerer Stückzahlen zu berücksichtigen, kann vorgesehen sein, dass für einen ersten Verschleißzustand des Verzahnwerkzeugs erste Kompensationsparameter für die Teilungskompensation vorgegeben werden, dass für einen zweiten Verschleißzustand des Verzahnwerkzeugs zweite Kompensationsparameter für die Teilungskompensation vorgegeben werden, dass das Verzahnwerkzeug im ersten Verschleißzustand einen geringeren Werkzeugverschleiß aufweist als im zweiten Verschleißzustand und dass die ersten Kompensationsparameter von den zweiten Kompensationsparametern verschieden sind. Mithilfe der Maschinensteuerung können daher die Kompensationsparameter dem Werkzeugverschleiß entsprechend angepasst werden. So kann eine zuverlässige Einhaltung vorgegebener Teilungstoleranzen auch mit steigendem Werkzeugverschleiß sichergestellt werden, ohne dass ein Benutzereingriff erforderlich ist.
Es kann daher vorgesehen sein, dass die Teilungskompensation für eine erste Teilmenge der Mehrzahl von Zahnrädern mit den ersten Kompensationsparametern durchgeführt wird und dass die Teilungskompensation für eine zweite Teilmenge der Mehrzahl von Zahnrädern mit den zweiten Kompensationsparametern durchgeführt wird.
Gemäß weiterer Ausgestaltungen des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass für einen dritten, vierten oder n-ten Verschleißzustand des Verzahnwerkzeugs dritte, vierte oder n-te Kompensationsparameter für die Teilungskompensation vorgegeben werden, wobei „n“ höchstens einer vorgegebenen Stückzahl bzw. Losgröße der Mehrzahl von Zahnrädern entspricht.
Es kann somit vorgesehen sein, dass die Teilungskompensation für eine dritte Teilmenge der Mehrzahl von Zahnrädern mit den dritten Kompensationsparametern durchgeführt wird, dass die Teilungskompensation für eine vierte Teilmenge der Mehrzahl von Zahnrädern mit den vierten Kompensationsparametern durchgeführt wird und dass die Teilungskompensation für eine n-te Teilmenge der Mehrzahl von Zahnrädern mit den n-ten Kompensationsparametern durchgeführt wird. Für den Fall, dass „n“ der Stückzahl oder Losgröße der Mehrzahl von Zahnrädern entspricht, werden daher für jedes Zahnrad angepasste Kompensationsparameter vorgegeben.
Die zu fertigenden Zahnräder können Kegelräder sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass jedes der Mehrzahl von Zahnrädern ein Kegelrad ist, insbesondere ein Tellerrad ist.
Der Werkzeugverschleiß kann gemessen oder anhand von Versuchsreihen abgeschätzt werden.
Wenn vorliegend von der Berücksichtigung des Werkzeugverschleißes gesprochen wird, so wird der Werkzeugverschleiß insbesondere nicht unmittelbar bestimmt oder gemessen, sondern bevorzugt mittelbar durch die Überwachung von Messwerten oder Prozessgrößen berücksichtigt, die den Werkzeugverschleiß beeinflussen oder durch den Werkzeugverschleiß beeinflusst werden.
Beispielsweise beeinflusst die Anzahl der mit einem Verzahnwerkzeug zerspanten Zahnräder den Verschleiß des Werkzeugs. Es kann daher davon ausgegangen werden, dass ein Verzahnwerkzeug, mit dem zehn Zahnräder zerspant worden sind, einen geringeren Verschleiß aufweist als dasselbe Verzahnwerkzeug, mit dem bereits einhundert dieser Zahnräder zerspant worden sind. Der Verschleißzustand kann daher beispielsweise in der Einheit „Anzahl zerspanter Zahnräder“ gemessen bzw. bestimmt werden. Gleichermaßen könnte der Werkzeugverschleiß in den Einheiten „Anzahl zerspanter Zahnlücken“, „zerspantes Volumen“ oder „zerspante Wegstrecke“ gemessen werden.
Beispielsweise wird eine Strom- und/oder Leistungsaufnahme eines Werkzeugspindelantriebs durch den Verschleiß des Verzahnwerkzeugs beeinflusst, da die zum Spanabtrag erforderliche Spanbildungs- und Umformenergie mit zunehmendem Verschleiß des Verzahnwerkzeugs ansteigt. Der zunehmende Verschleiß des Verzahnwerkzeugs führt daher zu einem messbaren Anstieg der Strom- und/oder Leistungsaufnahme eines Werkzeugspindelantriebs, so dass der Verschleiß des Verzahnwerkzeugs in den Einheiten „Änderung der Stromaufnahme“ oder „Änderung der Leistungsaufnahme“ des Werkzeugspindelantriebs gemessen werden kann.
Es kann daher vorgesehen sein, dass die Anzahl der mit dem Verzahnwerkzeug verzahnten Zahnräder bestimmt wird, wobei die Anzahl der mit dem Verzahnwerkzeug verzahnten Zahnräder den Verschleißzustand des Verzahnwerkzeugs repräsentiert. Mit anderen Worten wird der Verschleißzustand des Verzahnwerkzeugs in der Einheit „Anzahl der mit dem Verzahnwerkzeug verzahnten Zahnräder“ bestimmt bzw. gemessen.
Soweit beispielsweise bekannt ist, dass ein Verzahnwerkzeug jeweils nach mehr als einem Drittel und erneut nach mehr als zwei Dritteln der zu erwartenden Standzeit üblicherweise Zahnräder produziert, deren Teilungsabweichungen außerhalb einer vorgegebenen Toleranz liegen, können die Kompensationsparameter entsprechend angepasst werden. Wird einem Verzahnwerkzeug beispielsweise eine Standzeit von 300 Zahnrädern zugeordnet, können die Kompensationsparameter beispielsweise einmal nach dem hundertsten gefertigten Zahnrad und noch einmal nach dem zweihundertsten gefertigten Zahnrad automatisiert durch die Maschinensteuerung angepasst werden. Die Anzahl der mit einem Verzahnwerkzeug gefertigten Zahnräder lässt daher mittelbar einen Rückschluss bzw. eine Abschätzung zum Verschleißzustand des Verzahnwerkzeugs zu.
Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass eine Stromaufnahme und/oder eine Leistungsaufnahme eines Werkzeugspindelantriebs, mit dem das Verzahnwerkzeug drehangetrieben wird, gemessen wird, wobei eine Änderung der Stromaufnahme und/oder Leistungsaufnahme den Verschleißzustand des Verzahnwerkzeugs (520) repräsentiert. Mit anderen Worten wird der Verschleißzustand des Verzahnwerkzeugs in der Einheit „Änderung der Stromaufnahme und/oder Leistungsaufnahme des Werkzeugspindelantriebs“ bestimmt bzw. gemessen.
Wie voranstehend bereits erwähnt, lässt die Stromaufnahme bzw. die Leistungsaufnahme des Werkzeugspindelantriebs, mit dem das Verzahnwerkzeug drehangetrieben wird, insofern einen Rückschluss auf den Verschleißzustand des Verzahnwerkzeugs zu, als dass die Stromaufnahme bzw. die Leistungsaufnahme des Werkzeugspindelantriebs mit zunehmendem Werkzeugverschleiß ansteigen. Denn je stärker das Verzahnwerkzeug verschlissen ist bzw. umso „stumpfer“ das Verzahnwerkzeug ist, umso mehr Energie muss der Werkzeugspindelantrieb für den Spanabtrag mit dem Verzahnwerkzeug aufwenden, um die Zähne des Zahnrads zu fertigen.
Demnach kann die Strom- und/oder Leistungsaufnahme gemessen werden, um den Verschleißzustand oder verschiedene Abstufungen des Werkzeugverschleißes zu erfassen, wobei jeder Verschleißstufe ein eigener Datensatz von Kompensationsparametern zugeordnet sein kann.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass für die Fertigung einer Zahnlücke eine Kurve der Strom- und/oder Leistungsaufnahme für einen Neuzustand des Verzahnwerkzeugs bekannt ist oder im Neuzustand des Verzahnwerkzeugs gemessen wird. So kann beispielsweise die zum Herstellen einer Lücke geleistete Arbeit als Integral der Leistungskurve über der Bearbeitungsdauer bestimmt werden. Soweit sich die zum Herstellen einer Lücke erforderliche Arbeit z.B. um mehr als 10% oder um mehr als 20% ansteigt, werden die Kompensationsparameter angepasst. Eine derartige Vorgehensweise kann gleichermaßen für die Stromaufnahme erfolgen.
Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass die Kompensationsparameter durch die Maschinensteuerung angepasst werden, sobald eine mittlere bzw. gemittelte Strom- und/oder Leistungsaufnahme des Werkzeugspindelantriebs während der Fertigung eines Zahnrads einen vorgegebene Sollwert für die mittlere Strom- und/oder Leistungsaufnahme um mehr als 10% übersteigt, insbesondere um mehr als 20% übersteigt. Soweit während der Fertigung eines Kegelrads eine mittlere Leistungsaufnahme von 30 kW als Sollwert vorgegeben ist, werden die Kompensationsparameter durch die Maschinensteuerung angepasst, sobald die gemessene mittlere Leistungsaufnahme mehr als 33 kW (10%) oder mehr als 36 kW (20 %) beträgt.
Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass auf den Verschleißzustand des Verzahnwerkzeugs anhand mindestens einem der nachfolgend aufgelisteten Betriebsparameter oder Kenngrößen geschlossen wird: Schwingungs- oder Geräuschanregung durch einen Schneidkontakt des Verzahnwerkzeugs, Temperatur eines zu verzahnenden Zahnrads, Verfärbung der abgehobenen Späne, Form der angehobenen Späne.
Demnach können die Betriebsparameter oder Kenngrößen gemessen werden, um den Verschleißzustand bzw. verschiedene Abstufungen des Werkzeugverschleißes abzuschätzen, wobei jeder Verschleißstufe ein eigener Datensatz von Kompensationsparametern zugeordnet sein kann oder für jede Verschleißstufe ein eigener Datensatz von Kompensationsparametern innerhalb der Maschinensteuerung berechnet werden kann.
Beispielsweise können mit steigendem Werkzeugverschleiß die Schwingungs- oder Geräuschanregung ansteigen, die der Schneidkontakt des Verzahnwerkzeugs verursacht. Diese können beispielsweise mit Körperschallsensoren, Mikrofonen oder dergleichen erfasst werden.
Die Temperatur des jeweils verzahnten Zahnrads kann nach oder während der zerspanenden Bearbeitung gemessen werden, um den Verschleißzustand des Verzahnwerkzeugs zu erfassen.
Die Form und Farbe der abgehobenen Späne lässt ebenfalls einen Rückschluss auf den Zerspanvorgang zu, da insbesondere die Farbe der Späne, die während des Spanabtrags im Schneidkontakt auftretenden Temperaturen anzeigen kann.
Alternativ oder ergänzend kann nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahren vorgesehen sein, eine Teilungsabweichung mindestens eines Zahnrads der Mehrzahl von Zahnrädern bestimmt wird, dass das mindestens eine Zahnrad, an dem die Teilungsabweichung gemessen wird, insbesondere eines der fünf zuletzt gefertigten Zahnräder einer Teilmenge der Mehrzahl von Zahnrädern ist und dass die Teilmenge der Mehrzahl von Zahnrädern insbesondere zwanzig Zahnräder oder mehr umfasst, wobei die Teilungsabweichung den Verschleißzustand des Verzahnwerkzeugs repräsentiert. Mit anderen Worten wird der Verschleißzustand des Verzahnwerkzeugs in der Einheit „Änderung der Teilungsabweichung“ bestimmt bzw. gemessen. Auf dieser Grundlage können von der Maschinensteuerung neue Kompensationsparameter berechnet oder bestehende Kompensationsparameter umgerechnet werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Teilungsmessung innerhalb einer Werkzeugmaschine durchgeführt wird, mit der auch das Verzahnen der Mehrzahl von Zahnrädern mit dem Verzahnwerkzeug erfolgt. So kann der Rückschluss auf den Verschleißzustand des Verzahnwerkzeugs unmittelbar innerhalb derjenigen Werkzeugmaschine erfolgen, die auch das Zerspanen der Zahnräder durchführt. Auf diese Weise können eine effiziente Erfassung des Verschleißzustands des Verzahnwerkzeugs und eine Anpassung der Kompensationsparameter innerhalb der Werkzeugmaschine erfolgen.
Die Teilungsmessung bzw. die Messung der Teilungsabweichung können mithilfe taktiler Messverfahren erfolgen. So kann ein Messtaster alle Rechts- und/oder Linksflanken einzeln antasten, um die Teilungsabweichungen zu bestimmen. Die taktile Teilungsmessung ist robust und weniger Fehleranfällig als optische Messverfahren.
Alternativ oder ergänzend kann die Messung der Teilungsabweichung optisch erfolgen. Die Teilungsmessung mittels optischer Messung dauert lediglich wenige Sekunden.
Die Teilungsmessung kann in einer Aufspannung erfolgen, in dem sowohl das Verzahnen des zu vermessenden Zahnrads mit dem Verzahnwerkzeug als auch das Messen des Zahnrads erfolgt während das Zahnrad an einer Weckstückspindel der Werkzeugmaschine aufgespannt ist und das Zahnrad nach dem Verzahnen und vor dem Messen nicht von der Weckstückspindel gelöst wird. So kann ein zügiges Erfassen von Teilungsabweichungen erfolgen.
Es kann vorgesehen sein, dass die Messung der Teilungsabweichungen an jedem zwanzigsten, jedem zehnten, jedem fünften, jedem vierten, jedem dritten, jedem zweiten oder an jedem einzelnen Zahnrad durchgeführt wird, um den Verlauf der Teilungsabweichung mit zunehmendem Werkzeugverschleiß zu erfassen und in der Folge die Teilungskompensation anzupassen, falls die Teilungsabweichungen zu groß werden und die Produktion von Ausschuss droht.
Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass der Verschleißzustand des Verzahnwerkzeugs durch eine Verschleißmessung an Schneiden des Verzahnwerkzeugs bestimmt wird. Dabei können z.B. die Dimensionen von Ausbrüchen oder Abrieb an Schneidkanten und/oder Spanflächen des Verzahnwerkzeugs erfasst werden. Insbesondere kann die Verschleißmessung an Schneiden und/oder Spanflächen des Verzahnwerkzeugs optisch erfolgen.
Das Vorgeben der Kompensationsparameter kann den folgenden Verfahrensschritt umfasst: Auslesen von gespeicherten Kompensationsparametern aus einem Datenspeicher der Maschinensteuerung. In dem Datenspeicher können für ein Verzahnwerkzeug verschiedene Datensätze von Kompensationsparametern hinterlegt sein, wobei jedem Datensatz ein Verschleißzustand des Verzahnwerkzeugs zugeordnet ist.
Beispielsweise können die Kompensationsparameter anhand von Messungen und/oder Simulationen ermittelt worden sein.
Es kann vorgesehen sein, dass zum Bestimmen von Kompensationsparametern eine Interpolation zwischen gespeicherten Kompensationsparametern erfolgt, die in dem Datenspeicher der Maschinensteuerung gespeichert sind.
Es kann vorgesehen sein, dass für ähnliche Zahnrad-Verzahnwerkzeug-Paarungen ähnliche Kompensationsstrategien angewandt werden. Soweit beispielsweise ein Verschleißverhalten eines Verzahnwerkzeugs für ein aus einem bestimmten Werkstoff bestehendes Zahnrad bekannt ist, kann daraus ein Rückschluss auf das Verschleißverhalten eines ähnlichen Verzahnwerkzeugs gezogen werden, mit dem ebenfalls ein Zahnrad aus diesem Werkstoff zerspant werden soll.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:

1 ein Zahnrad im Stirnschnitt mit Messvorrichtungen zur Teilungsmessung;
2 ein Messergebnis einer Teilungsabweichung mit und ohne Teilungskompensation;
3A ein Tellerrad in einer perspektivischen Ansicht von oben;
3B eine Ausschnittvergrößerung des Tellerrads aus 3B;
4 eine Verzahnmaschine;
5 ein Verzahnwerkzeug und ein Tellerrad;
6 ein Stabmesser und eine Zahnlücke;
7A ein Stabmesser im Neuzustand;
7B das Stabmesser aus 7A in einem Verschleißzustand;
8 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

In 1 ist ein Zahnrad 100 dargestellt, dessen Zähne mit den Ziffern 1 - 12 nummeriert sind. Die Geometrie des Zahnrads 100 wird mithilfe eines optischen Messsystems 200 und eines taktilen Messsystems 300 erfasst. Dabei ist die Messung von Teilungs-Einzelabweichungen f_pt für die Rechtsflanken 110 des Zahnrads 100 exemplarisch dargestellt.
Eine Sollteilung P_SOLL ist der theoretisch vorgegebene Abstand zweier benachbarter Rechtsflanken 110 oder zweier benachbarter Linksflanken 120 auf Höhe eines Durchmessers D. Die Teilungs-Einzelabweichung f_pt ergibt sich für jeden Zahn jeweils als Differenz der tatsächlich gemessenen Teilung P_IST minus der Sollteilung P_SOLL.
Die Teilungs-Einzelabweichungen f_pt ist für den Zahn 6 positiv, da die gemessene Teilung P_IST größer ist als die Sollteilung P_SOLL. Die Teilungs-Einzelabweichungen f_pt ist für den Zahn 8 negativ, da die gemessene Teilung P_IST kleiner ist als die Sollteilung P_SOLL. Die theoretisch zu erzeugende Flanke ist jeweils durch eine gestrichelte Linie angedeutet. Es versteht sich, dass es sich hier um stark schematische Darstellungen handelt, um die im Mikrometerbereich auftretenden Abweichungen zu veranschaulichen.
In 2 ist ein Beispiel für ein Ergebnis einer solchen Teilungsmessung für die Rechtsflanken gezeigt. Der Summenteilungsfehler F veranschaulicht einerseits eine Teilungs-Gesamtabweichung F_P und zeigt ebenfalls die Teilungs-Einzelabweichungen f_pt von Zahn zu Zahn. In dem Diagramm werden hierzu die Teilungs-Einzelabweichungen f_pt nacheinander entsprechend der Nummerierung der Zähne aufsummiert. Die Summenabweichung F für den Zahn 7 repräsentiert in dem Diagramm daher die Summe aller Teilungs-Einzelabweichungen f_pt bis zum Zahn 7.
Die schraffierten Balken zeigen in 2 exemplarisch Teilungsabweichungen, nachdem für das Zahnrad 100 eine Teilungskompensation durchgeführt worden ist. Die Teilungsabweichungen konnten durch die Teilungskompensation daher maßgeblich reduziert werden.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand der Herstellung von Tellerrädern 400 für eine Kegelrad-Laufverzahnung beschrieben. Wenn vorliegend von einer Kegelrad-Laufverzahnung gesprochen wird, so handelt es sich dabei um eine Paarung aus einem Ritzel und einem zugeordneten Tellerrad, die zur Wandlung von Drehzahlen und Drehmomenten zwischen sich kreuzenden oder windschiefen Achsen durch ein Abwälzen der Zähne im wechselseitigen Zahneingriff eingerichtet sind.
3A zeigt exemplarisch ein Tellerrad 400 in einer perspektivischen Ansicht von oben. 3B zeigt eine Ausschnittvergrößerung des Tellerrads 400, wobei der vergrößerte Ausschnitt in 3A mit III-B bezeichnet ist.
Das Tellerrad 400 hat Zähne 410, wobei jeder Zahn 410 eine konkave Flanke 411 und eine konvexe Flanke 412 aufweist und zwischen den Zähnen 410 Zahnlücken 413 gebildet sind. In der vergrößerten Darstellung gemäß 2B ist eine Ist-Teilung P_IST exemplarisch für zwei benachbarte konvexe Flanken 412 dargestellt.
4 zeigt eine Verzahnmaschine 500 zum Herstellen von Kegelrädern, wie z.B. einem Tellerrad 400 gemäß 3A. Die Verzahnmaschine 500 hat eine Werkzeugspindel 510 zum Aufnehmen eines Stabmesserkopfs 520. Der Stabmesserkopf 520 ist ein Verzahnwerkzeug 520 und zum einzelteilenden Herstellen der Zähne 410 eines jeweiligen Tellerrads 400 eingerichtet. Die Verzahnmaschine 500 hat einen Maschinensteuerung 540. Ein Werkzeugspindelantrieb 550 dient zum Drehantreiben des Verzahnwerkzeugs 520 um die eigene Achse.
Das zu bearbeitende Tellerrad 400 ist an einer Werkstückspindel 530 der Verzahnmaschine 500 gehalten.
Die Relativbewegung bzw. Zustellbewegung des Messerkopfs 520 relativ zum Tellerrad 400 wird durch drei Linearachsen X, Y und Z, eine Schwenkachse C und eine Werkstückdrehachse B bewirkt. Die Schenkachse C bewirkt im Wesentlichen eine Rotation bzw. ein Schwenken der Werkstückspindel 530 um die Z-Achse. Die B-Achse bewirkt die Rotation des Tellerrads 400 um die eigene Achse L. Der Werkzeugspindelantrieb 550 zum Erzeugen der Werkzeugrotation bzw. Schnittgeschwindigkeit bewirkt eine Rotation um die X-Achse, wobei diese Rotation mit A bezeichnet ist.
5 zeigt exemplarisch das Tellerrad 400 mit dem Messerkopf 520. Der Messerkopf 520 hat eine Mehrzahl von Stabmessern 521, die zum Erzeugen der konkaven und konvexen Flanken 411, 412 eingerichtet sind.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Herstellen von Zahnrädern 400 angegeben, mit den Verfahrensschritten: Verzahnen einer Mehrzahl von Zahnrädern 400 mit dem Verzahnwerkzeug 520 im Einzelteilverfahren, wobei das Verzahnwerkzeug 520 an jedem Zahnrad 400 der Mehrzahl von Zahnrädern 400 eine Mehrzahl von Zahnlücken 413 durch spanabhebende Bearbeitung herstellt und wobei für die Mehrzahl von Zahnrädern 400 eine Teilungskompensation mit Kompensationsparametern vorgegeben wird. Die Kompensationsparameter werden in Abhängigkeit von einem Verschleißzustand des Verzahnwerkzeugs 520 von der Maschinensteuerung 540 der Werkzeug- bzw. Verzahnmaschine 500 vorgegeben.
Beispielsweise werden für jeden Zahn 410 bzw. für jede Zahnlücke 413 eine theoretische Tiefenposition des Werkzeugs 520 in X-Richtung um einen Wert Kx und eine theoretische Drehposition des Tellerrads 400 um einen Wert Kb korrigiert, wie in 6 exemplarisch dargestellt. Dabei zeigt die gestrichelte Linie in 6 die unkompensierte Position der Lücke während die durchgezogene Linie die kompensierte Position der Lücke darstellt.
Die Maschinensteuerung 540 berücksichtigt dabei den Verschleißzustand des Verzahnwerkzeugs 520.
Es kann vorgesehen sein, dass für einen ersten Verschleißzustand des Verzahnwerkzeugs 520 erste Kompensationsparameter für die Teilungskompensation vorgegeben werden, dass für einen zweiten Verschleißzustand des Verzahnwerkzeugs 520 zweite Kompensationsparameter für die Teilungskompensation vorgegeben wird, dass das Verzahnwerkzeug 520 im ersten Verschleißzustand einen geringeren Werkzeugverschleiß aufweist als im zweiten Verschleißzustand und dass die ersten Kompensationsparameter von den zweiten Kompensationsparametern verschieden sind.
7A zeigt ein Stabmesser 521 des Verzahnwerkzeugs 520 im Neuzustand. Der Neuzustand gemäß 7A entspricht dem vorgenannten ersten Verschleißzustand. 7B zeigt ein Stabmesser 521 des Verzahnwerkzeugs 520 nach der Fertigung einiger Tellerräder 400 in einem teilweise verschlissenen Zustand. Der teilweise verschlissene Zustand gemäß 7B entspricht dem vorgenannten zweiten Verschleißzustand.
In 7B ist exemplarisch dargestellt, dass im Bereich einer Kopfschneide 522, einer Hauptschneide 523 und einer Spanfläche 524 des Stabmessers Ausbrüche 525 gebildet sind. Durch diese Ausbrüche 525 erhöhen sich die Reibung und die Umformarbeit beim Spanabtrag.
Soweit die Stabmesser 521 des Verzahnwerkzeugs 520 sich in dem teilweise verschlissene Zustand befinden, erhöht sich daher der Wärmeeintrag während der Fertigung eines Tellerrads 400 im Vergleich zur Fertigung mit dem Verzahnwerkzeug 520 im Neuzustand. Dementsprechend erhöht sich auch die Ausdehnung des Materials des Tellerrads 400 während der Fertigung, so dass eine Teilungskompensation mit den ersten Kompensationsparametern, die für den Neuzustand des Verzahnwerkzeugs 520 eine zuverlässige Einhaltung vorgegebener Toleranzen ermöglicht, für den verschlissenen Zustand des Verzahnwerkzeugs 520 nicht mehr effektiv ist. Für den verschlissenen Zustand des Verzahnwerkzeugs 520 wird daher eine im Vergleich zum Neuzustand abweichende Teilungskompensation mit zweiten Kompensationsparametern durch die Maschinensteuerung 540 vorgegeben.
Gemäß der vorliegenden Ausgestaltung der Erfindung ist demnach vorgesehen, dass die Teilungskompensation für eine erste Teilmenge der Mehrzahl von Zahnrädern 400 mit den ersten Kompensationsparametern durchgeführt wird und dass die Teilungskompensation für eine zweite Teilmenge der Mehrzahl von Zahnrädern 400 mit den zweiten Kompensationsparametern durchgeführt wird.
Dabei kann die Mehrzahl von Zahnrädern 400 eine vorgegebene Stückzahl aufweisen, die zur Fertigung mit dem Verzahnwerkzeug 520 vorgesehen ist, bevor das Verzahnwerkzeug aufbereitet wird. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass mit dem Verzahnwerkzeug 520 eine Stückzahl von dreihundert Zahnrädern 400 gefertigt wird, bevor das Verzahnwerkzeug 520 aufbereitet wird. Dabei kann die erste Teilmenge, für die die Teilungskompensation mit ersten Kompensationsparametern durchgeführt wird, beispielsweise zweihundert Stück betragen, so dass die zweite Teilmenge, für die die Teilungskompensation mit zweiten Kompensationsparametern durchgeführt wird, einhundert Stück beträgt.
Um die geeigneten Kompensationsparameter auszuwählen, wird der Verschleißzustand des Verzahnwerkzeugs 520 bestimmt. Dabei werden insbesondere Einflussgrößen oder Parameter berücksichtigt, die einen mittelbaren Rückschluss auf den Verschleißzustand des Verzahnwerkzeugs zulassen.
Gemäß einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass auf den Verschleißzustand des Verzahnwerkzeugs 520 anhand der Anzahl der mit dem Verzahnwerkzeug 520 verzahnten Zahnräder 400 geschlossen wird. Soweit beispielsweise für die Zahnräder 400 bekannt ist, dass die Teilungskompensation ab einer Stückzahl von ca. zweihundert gefertigten Zahnrädern 400 nicht mehr die geforderten Toleranzen ermöglicht, kann die Maschinensteuerung 540 automatisiert ab dem zweihundertsten oder hundertachzigsten gefertigten Bauteil statt der ersten Kompensationsparametern zweite Kompensationsparametern verwenden, die dem zu erwartenden Werkzeugverschleiß Rechnung tragen. Demnach können in einer Datenbank der Maschinensteuerung Kompensationsparameter für die verschiedenen Verschleißzustände des Verzahnwerkzeugs 520 Kompensationsparameter hinterlegt sein.
Der Ablauf der ersten Verfahrensvariante ist gemäß 8 demnach wie folgt: Im Schritt a wird ein Zahnrad 400 mit ersten Kompensationsparametern gefertigt. Im Schritt b wird geprüft, ob die Anzahl der gefertigten Zahnräder kleiner oder gleich z.B. 180 ist. Falls die Überprüfung im Schritt b ergibt, dass die Anzahl der gefertigten Zahnräder kleiner oder gleich 180 ist, wird erneut ein Zahnrad 400 mit ersten Kompensationsparametern gefertigt. Falls die Überprüfung im Schritt b ergibt, dass die Anzahl der gefertigten Zahnräder größer 180 ist, werden ein nachfolgendes Zahnrad 400 und die weiteren folgenden Zahnräder 400 mit zweiten Kompensationsparametern gemäß Schritt c gefertigt.
Gemäß einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass auf den Verschleißzustand des Verzahnwerkzeugs 520 anhand einer Strom- und/oder Leistungsaufnahme des Werkzeugspindelantriebs 550 der Werkzeugspindel 510, mit dem das Verzahnwerkzeug 520 drehangetrieben wird, geschlossen wird.
Vorliegend werden die Strom- und/oder Leistungsaufnahme des Werkzeugspindelantriebs 550 der Werkzeugspindel 510, mit dem das Verzahnwerkzeug 520 drehangetrieben wird, während der Fertigung der Zahnräder 400 kontinuierlich erfasst und mittels der Maschinensteuerung 540 ausgewertet. Soweit innerhalb der Maschinensteuerung 540 festgestellt wird, dass eine mittlere Leistungsaufnahme während der Zerspanung eines Zahnrads 400 um mehr als mehr als 20 % im Vergleich zu zuvor gefertigten Zahnrädern oder einem vorgegebenen Sollwert angestiegen ist, kann eine Anpassung der Kompensationsparameter für die nachfolgenden Bauteile durch die Maschinensteuerung 540 erfolgen. Denn die erhöhte Leistungsaufnahme deutet auf ein Abstumpfen bzw. einen Verschleiß des Verzahnwerkzeugs 520 hin.
Der Ablauf der zweiten Verfahrensvariante ist gemäß 8 demnach z.B. wie folgt: In einem Schritt a wird ein Zahnrad 400 mit ersten Kompensationsparametern gefertigt. Anschließend wird in einem Schritt b überprüft, ob die mittlere Strom- und/oder Leistungsaufnahme des Werkzeugspindelantriebs 550 der Werkzeugspindel 510 um mehr als 20 % im Vergleich zu einem vorgegebenen Sollwert angestiegen ist. Falls die mittlere Strom- und/oder Leistungsaufnahme des Werkzeugspindelantriebs 550 der Werkzeugspindel 510 nicht oder um weniger als 20 % im Vergleich zu dem vorgegebenen Sollwert angestiegen ist, wird ein weiteres Zahnrad 400 mit den ersten Kompensationsparametern gefertigt. Falls die mittlere Strom- und/oder Leistungsaufnahme des Werkzeugspindelantriebs 550 der Werkzeugspindel 510 um mehr als 20 % im Vergleich zu dem vorgegebenen Sollwert angestiegen ist, werden ein nachfolgendes Zahnrad 400 und weitere folgende Zahnräder 400 mit den zweiten Kompensationsparametern gemäß Schritt c gefertigt.
Gemäß einer dritten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass auf den Verschleißzustand des Verzahnwerkzeugs 520 anhand einer Messung einer Teilungsabweichung mindestens eines Zahnrads 400 der Mehrzahl von Zahnrädern 400 geschlossen wird, dass das mindestens eine Zahnrad 400, an dem die Teilungsabweichung gemessen wird, insbesondere eines der fünf zuletzt gefertigten Zahnräder einer Teilmenge der Mehrzahl von Zahnrädern 400 ist und dass die Teilmenge der Mehrzahl von Zahnrädern insbesondere 20 Zahnräder oder mehr umfasst. So kann in vorgegebenen Abständen überprüft werden, in wie weit die aktuell verwendeten Kompensationsparameter eine wirksame Kompensation der Teilungsabweichungen ermöglichen, oder ob der Werkzeugverschleiß bereits derart fortgeschritten ist, dass die Maschinensteuerung 540 eine Anpassung der Kompensationsparameter vornehmen muss, um die vorgegebenen Toleranzen zuverlässig einzuhalten.
Die Teilungsmessung wird hier innerhalb der Werkzeugmaschine bzw. Verzahnmaschine 500 durchgeführt. Die Teilungsmessung erfolgt daher in einer Aufspannung, in dem sowohl das Verzahnen des Zahnrads 400 der Mehrzahl von Zahnrädern 400 mit dem Verzahnwerkzeug 520 als auch das Messen des Zahnrads 400 erfolgt während das Zahnrad 400 an der Weckstückspindel 530 der Werkzeugmaschine 500 aufgespannt ist und das Zahnrad 400 nach dem Verzahnen und vor dem Messen nicht von der Weckstückspindel 530 gelöst wird. Die Messung der Teilungsabweichung erfolgt vorliegend taktil.
Der Ablauf der dritten Verfahrensvariante ist gemäß 8 demnach z.B. wie folgt: In einem Schritt a wird ein Zahnrad 400 mit ersten Kompensationsparametern gefertigt. Anschließend wird in einem Schritt b überprüft, ob die Teilungsabweichung des zu vermessenden Zahnrads 400 innerhalb der vorgegebenen Toleranzen liegt. Falls die Teilungsabweichung innerhalb der Toleranz liegt, werden weitere Zahnräder 400 mit ersten Kompensationsparametern gefertigt, bis eine erneute Messung eines weiteren Zahnrads im Schritt b erfolgt. Falls die Teilungsabweichung dann außerhalb der Toleranz liegt, werden die nachfolgenden weiteren Zahnräder 400 mit den zweiten Kompensationsparametern gemäß Schritt c gefertigt.
Gemäß einer vierten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, das der Verschleißzustand des Verzahnwerkzeugs 520 durch eine Verschleißmessung an Schneiden 521, 522, 523 des Verzahnwerkzeugs 520 bestimmt wird. Die Verschleißmessung kann optisch erfolgen.
Der Ablauf der vierten Verfahrensvariante ist gemäß 8 demnach z.B. wie folgt: In einem Schritt a wird ein Zahnrad 400 mit ersten Kompensationsparametern gefertigt. Anschließend wird in einem Schritt b überprüft, ob der Werkzeugverschleiß des Verzahnwerkzeugs 520 innerhalb der vorgegebenen Toleranzen liegt. Falls der Werkzeugverschleiß innerhalb der Toleranz liegt, werden weitere Zahnräder 400 mit ersten Kompensationsparametern gefertigt, bis eine erneute Messung des Werkzeugverschleißes im Schritt b erfolgt. Falls der Werkzeugverschleiß dann außerhalb der Toleranz liegt, werden die nachfolgenden weiteren Zahnräder 400 mit den zweiten Kompensationsparametern gemäß Schritt c gefertigt.
Das Vorgeben der Kompensationsparameter umfasst vorliegend ein Auslesen von gespeicherten Kompensationsparametern aus einem Datenspeicher der Maschinensteuerung.
Die voranstehend beschriebenen Verfahrensvarianten können miteinander kombiniert werden.
Ab Schritt c kann der Werkzeugverschleiß analog zu analog zu 8 weiterhin überwacht werden, um, falls erforderlich, dritte oder vierte Kompensationsparameter zu verwenden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1981674 B1 [0014]

Claims

Verfahren zum Herstellen von Zahnrädern, mit den Verfahrensschritten: - Verzahnen einer Mehrzahl von Zahnrädern (400) mit einem Verzahnwerkzeug (520) im Einzelteilverfahren, - wobei das Verzahnwerkzeug (520) an jedem Zahnrad (400) der Mehrzahl von Zahnrädern (400) eine Mehrzahl von Zahnlücken (413) durch spanabhebende Bearbeitung herstellt und - wobei für die Mehrzahl von Zahnrädern (400) eine Teilungskompensation mit Kompensationsparametern vorgegeben wird; dadurch gekennzeichnet, dass - die Kompensationsparameter in Abhängigkeit von einem Verschleißzustand des Verzahnwerkzeugs (520) von einer Maschinensteuerung (540) vorgegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - dass für einen ersten Verschleißzustand des Verzahnwerkzeugs (520) erste Kompensationsparameter für die Teilungskompensation vorgegeben werden, - dass für einen zweiten Verschleißzustand des Verzahnwerkzeugs (520) zweite Kompensationsparameter für die Teilungskompensation vorgegeben wird, - dass das Verzahnwerkzeug (520) im ersten Verschleißzustand einen geringeren Werkzeugverschleiß aufweist als im zweiten Verschleißzustand und - dass die ersten Kompensationsparameter von den zweiten Kompensationsparametern verschieden sind.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, - dass die Teilungskompensation für eine erste Teilmenge der Mehrzahl von Zahnrädern (400) mit den ersten Kompensationsparametern durchgeführt wird und - dass die Teilungskompensation für eine zweite Teilmenge der Mehrzahl von Zahnrädern (400) mit den zweiten Kompensationsparametern durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass - die zweite Kompensationsparameter von der Maschinensteuerung (540) automatisiert aus den ersten Kompensationsparametern berechnet werden, - wobei in der Maschinensteuerung (540) eine Umrechnungsformel hinterlegt ist, um erste Kompensationsparameter in zweite Kompensationsparameter umzurechnen.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - die Anzahl der mit dem Verzahnwerkzeug (520) verzahnten Zahnräder (400) bestimmt wird, - wobei die Anzahl der mit dem Verzahnwerkzeug (520) verzahnten Zahnräder (400) den Verschleißzustand des Verzahnwerkzeugs (520) repräsentiert.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - eine Stromaufnahme und/oder einer Leistungsaufnahme eines Werkzeugspindelantriebs (-550), mit dem das Verzahnwerkzeug (520) drehangetrieben wird, gemessen wird, - wobei eine Änderung der Stromaufnahme und/oder der Leistungsaufnahme den Verschleißzustand des Verzahnwerkzeugs (520) repräsentiert.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - eine Teilungsabweichung mindestens eines Zahnrads (400) der Mehrzahl von Zahnrädern (400) bestimmt wird, - dass das mindestens eine Zahnrad (400), an dem die Teilungsabweichung gemessen wird, insbesondere eines der fünf zuletzt gefertigten Zahnräder (400) einer Teilmenge der Mehrzahl von Zahnrädern (400) ist und - dass die Teilmenge der Mehrzahl von Zahnrädern (400) insbesondere zwanzig Zahnräder (400) oder mehr umfasst, - wobei die Teilungsabweichung den Verschleißzustand des Verzahnwerkzeugs (520) repräsentiert.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, - dass die Teilungsmessung innerhalb einer Werkzeugmaschine (500) durchgeführt wird, mit der auch das Verzahnen der Mehrzahl von Zahnrädern (400) mit dem Verzahnwerkzeug (520) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, - dass die Teilungsmessung in einer Aufspannung erfolgt, - in dem sowohl das Verzahnen des zu vermessenden Zahnrads (400) mit dem Verzahnwerkzeug (520) als auch das Messen des zu vermessenden Zahnrads (400) erfolgt während das zu vermessende Zahnrad an einer Weckstückspindel (530) der Werkzeugmaschine (500) aufgespannt ist und - das zu vermessende Zahnrad (400) nach dem Verzahnen und vor dem Messen nicht von der Weckstückspindel (530) gelöst wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass der Verschleißzustand des Verzahnwerkzeugs (520) durch eine Verschleißmessung an Schneiden (522, 523) des Verzahnwerkzeugs (520) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass das Vorgeben der Kompensationsparameter den folgenden Verfahrensschritt umfasst: - Auslesen von gespeicherten Kompensationsparametern aus einem Datenspeicher der Maschinensteuerung (540).