DE10230148B4

DE10230148B4 - Verfahren zum Bearbeiten von mittels Wälzfräsen hergestellten Zahnrädern

Info

Publication number: DE10230148B4
Application number: DE2002130148
Authority: DE
Inventors: Gerd Dr. Sulzer; Claus Dr. Kobialka
Original assignee: Liebherr Verzahntechnik GmbH
Current assignee: Liebherr Verzahntechnik GmbH
Priority date: 2002-07-04
Filing date: 2002-07-04
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2022-07-05
Also published as: DE10230148C5; DE10230148A1

Abstract

Verfahren zum Bearbeiten von mittels Wälzfräsen hergestellten Zahnrädern, wobei im Anschluß an das Wälzfräsen der Verzahnung die Zahnenden an ihrer oberen und/oder ihrer unteren Stirnfläche angefast werden, wobei die Zahnräder während der gesamten Bearbeitung in der Wälzfräsmaschine eingespannt bleiben, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anfasen mittels einer geeigneten Steuerung als Einstellkoordinaten der Wälzfräsmaschine die Schwenk-Achse (A), die Radial-Achse (X), die Tangential-Achse (V) und die Vorschub-Achse (Z) zusätzlich zu der Wälzkoppelung von Fräserdrehung (B) und Werkstückdrehung (C) entsprechend eingestellt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten von mittels Wälzfräsen hergestellten Zahnrädern, wobei im Anschluß an das Wälzfräsen der Verzahnung die Zahnenden an ihrer oberen und/oder ihrer unteren Stirnfläche angefast werden, wobei die Zahnräder während der gesamten Bearbeitung in der Walzfräsmaschine eingespannt bleiben.
Das Wälzfräsen erfolgt mittels sogenannter Wälzfräsmaschinen. Hier werden zylindrische Verzahnungen im kontinuierlichen Wälzschraubverfahren hergestellt. Das Werkstück ist auf einem Drehtisch und das Werkzeug in einer Werkzeugspindel eingespannt. Zum Antrieb dieser Spindeln dienen Elektromotoren. Übliche Wälzfräsmaschinen sind CNC-Maschinen mit einer Anzahl programmierbarer Achsen, so daß ihre Bewegungen nach einer bestimmten Funktion miteinander gekoppelt werden können. Zur Herstellung von Zahnrädern mit einer bestimmten Verzahnungsart müssen die jeweiligen Achsen der CNC-Maschinen entsprechend programmiert werden.
Die in entsprechenden Wälzfräsmaschinen hergestellten Zahnräder werden je nach Anforderung nach ihrer Herstellung in gesondert vorzusehenden Zusatzmaschinen eingespannt, um die entsprechenden Zahnenden bzw. Zahnkanten abzuschrägen, d. h. anzufasen. Hierdurch werden scharfe Grate an der Zahnkante des fertigen Zahnrades vermieden.
Die DE 2 142 235 A beschreibt einen Anfasvorgang eines Werkstückes im Anschluß an das Verzahnungswalzfräsen, wobei das Werkstück in der Maschine eingespannt bleibt und mit demselben Walzfräser, der zuvor das Zahnrad ausgewälzt hat, angefast wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren zum Bearbeiten von mittels Wälzfräsen hergestellten Zahnrädern dahin zu vereinfachen, daß der Bearbeitungsschritt des Anfasens wesentlich beschleunigt, vereinfacht und kostengünstiger gestaltet wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Demnach bleiben die Zahnräder in der Wälzmaschine eingespannt, wenn im Anschluß an das Wälzfräsen der Verzahnung die Zahnenden an ihrer oberen und/oder ihrer unteren Stirnfläche angefast werden, wobei zum Anfasen mittels einer geeigneten Steuerung als Koordinaten des Wälzfräsers die Schwenk-Achse (A), die Radial-Achse (X), die Tangential-Achse (V) und die Vorschub-Achse (Z) zusätzlich zu der Wälzkoppelung von Fräserdrehung (B) und Werkstückdrehung (C) eingestellt werden.
Das erfindungsgemäße Anfasen eignet sich besonders für große Verzahnungen mit langen Hauptzeiten und aufwendigem Handling. Der Zeitaufwand für das Anfasen steht hier in einem guten Verhältnis zum Fräsaufwand. Außerdem wird eine gleichbleibende Fasengeometrie an allen Kanten erreicht.
Alternativ kann der Arbeitsschritt des Anfasens der Zahnenden mit einem Entgratwälzfräser durchgeführt werden, der neben dem für das Wälzfräsen eingesetzten Werkzeug eingesetzt ist und dessen Steigungswinkel im wesentlichen dem Schrägungswinkel der zu entgratenden Verzahnung entspricht, so daß beim Anfasen die Werkzeugachse annähernd horizontal steht.
Die Bearbeitung der rechten und linken Zahnkanten kann getrennt mit jeweils anderen Einstelldaten der Wälzfräsmaschine erfolgen.
Zum Anfasen kann nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung nach Verstellung der Radial-Achse (X) eine Werkstückumdrehung ausgewälzt werden.
Vorzugsweise wird der Fräser in Richtung der Radial-Achse (X) ca. 0,2 bis 1,0 mm tiefer eingestellt als beim letzten Schnitt.
Der Fräser wird in Richtung der Tangential-Achse (V) vorzugsweise jeweils ca. 0,6 bis 1,2 mm gegenüber dem letzten Schnitt versetzt eingestell, um rechte und linke Flanken anzufasen.
In Richtung der Schwenkachse kann der Fräser vorteilhaft um ca. 3 bis 7 Grad verschwenkt werden.
Wird das erfindungsgemäße Anfasen vor dem letzten Schnitt des Wälzfräsens angewendet, kann mit dem letzten Schnitt, dem sogenannten Schlichtschnitt, ein eventueller Sekundär-Grat vom Anfasen an der oberen Fase entfernt werden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der beigefügten Zeichnung erläutert. Es zeigen:
1 und 2: eine vergrößerte Darstellung eines Teils eines Zahnrades zur Erläuterung der geometrischen Zusammenhänge,
3: eine schematische Darstellung eines Werkzeuges und eines Werkstücks und
4: eine schematische Darstellung einer CNC-gesteuerten Wälzfräsmaschine zur Erläuterung der programmierbaren Achsen- bzw. Bewegungsrichtungen.
In 1 ist der Teil eines Zahnrades 10 vor der erfindungsgemäßen Bearbeitung gezeigt, wobei hier die obere Stirnfläche 12 mit der Zahnkante 14 dargestellt ist.
Weiter sind zu erkennen die linke Zahnflanke 16, die rechte Zahnflanke 18, der Zahnkopf 20 sowie der Zahnfuß 22. In 2 ist entlang der Zahnkante 14 die jeweilige Fase 24 nach Durchlaufen des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt, wobei hier jeweilige Abstände der Fasen mit den Buchstaben A, B, C, D und E eingezeichnet sind.
In der 3 ist schematisch ein Fräser 30 und ein Zahnrad 32, dessen Verzahnung mit dem Fräser 30 hergestellt wird, dargestellt. Mit dem Pfeil B ist die Drehrichtung des Fräsers 30 und mit dem Pfeil C ist die Drehrichtung des zu bearbeitenden Zahnrades 32 dargestellt. Diese Bewegungen finden sich in der schematischen Darstellung der CNC-Wälzfräsmaschine 40 gemäß 4 wieder. Die hier dargestellte CNC-Maschine ist bekannten Aufbaus und wird daher im einzelnen nicht nochmals erläutert. In dieser schematischen perspektivischen Darstellung der CNC-gesteuerten Wälzfräsmaschine 40 sind jedoch die unterschiedlichen Bewegungsrichtungen eingezeichnet. So erkennt man hier zunächst die Drehbewegungsrichtung B des hier nicht näher dargestellten Fräsers 30 sowie die Drehrichtung C des hier ebenfalls nicht dargestellten zu bearbeitenden Zahnrades. Zusätzlich sind hier die Schwenk-Achse A für den Fräser, die Radial-Achse X, die Vorschub-Achse Z sowie die Tangential-Achse V des Fräsers dargestellt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden im Anschluß an das Wälzfräsen der Verzahnung die Zahnenden an ihrer oberen und/oder unteren Stirnfläche vorzugsweise mit demselben Fräser 30 angefast, so daß sich eine Fase entsprechend 2 ergibt. Dabei erfolgt die Bearbeitung der rechten und linken Zahnkanten getrennt mit jeweils anderen Einstelldaten der Wälzfräsmaschine. Zur entsprechenden Endenbearbeitung werden zusätzlich zur Wälzkopplung von Fräserdrehung B und Werkstückdrehung C die Schwenk-Achse A, die Radial-Achse X, die Tangential-Achse V und die Vorschub-Achse Z verwendet (vgl. 4).
Vorzugsweise wird der Fräser 30 in Radial-Achse X um ca. 0,2 bis 1,0 mm verglichen zum letzten Schnitt tiefer eingestellt, um auch im Zahngrund eine Fase zu erreichen, wie dies mit C in 2 dargestellt ist. Mit X kann die Neigung der Fase vom Zahnkopf 20 zum Zahnfuß 22 beeinflusst werden, was durch die Größen A und B in 2 wiedergegeben ist. Kleine Einstellwerte für die Radial-Achse X bewirken eine eher stirnschnitt-parallele Fase. Durch Einstellung der Tangential-Achse V wird im wesentlichen der Betrag der sogenannten Rücknahme, die mit B in 2 eingezeichnet ist, eingestellt. Ein zu großer Wert der Rücknahme kann zu einer Stufe in der Flanke führen. Unter Rücknahme wird das Maß verstanden, um welches der Zahn in der Anfaszone im Vergleich zur sonstigen Zahnbreite dünner ist.
Mittels der Variationen der Schwenk-Achse A wird im wesentlichen die Neigung der Fase definiert, d. h. das Verhältnis D zu A in 2. Würde der Wert für die Schwenk-Achse zu groß gewählt, kann dies zu einem unerwünschten Verschnitt auf der gegenüberliegenden Flanke führen. Vorzugsweise sind Werte von 3 bis 7 Grad einzusetzen. Mit der Vorschub-Achse Z wird nun prinzipiell die Länge der Fase eingestellt, d. h. die Werte A und B in 2. Die Verstellung der Vorschubl-Achse Z hat aber auch einen Einfluß auf den Rücknahmebetrag D entsprechend 2. Dieser Wert für die Einstellung der Z-Achse ist empirisch zu ermitteln.
Bei entsprechender Auslegung des Wälzfräsers 30 kann nicht nur an den Zahnkanten 14 und am Zahnfuß 22 eine Fase erzeugt werden, sondern auch am Zahnkopf 20, was in 2 durch die Fase E gezeigt ist.
Bei Schrägverzahnungen werden wegen des Schwenkwinkels des Fräsers die Flankenpunkte entlang der Zahnkante von Zahnfuß 22 zum Zahnkopf 20 in unterschiedlichen Höhen Z erzeugt. Um hier mit dem gleichen Fräser eine Zahnkante 14 anzufasen, muß mit gekoppelter X- und Z-Bewegung der Fräser 30 entlang der Zahnkante 14 bewegt werden. Dadurch erfolgt der Anfasvorgang über mehrere Werkstückumdrehungen.
Alternativ kann hier ein mehrgängiger Entgratwälzfräser eingesetzt werden, dessen Steigungswinkel im wesentlichen dem Schrägungswinkel der zu entgratenden Verzahnung entspricht. Bei dessen Verwendung ist die Schwenkachse A annähernd horizontal (vgl. 4), wodurch die erzeugten Punkte an der Zahnkante im wesentlichen in der Stirnfläche der Verzahnung liegen. Mit einem größeren Eingriffswinkel kann dessen Breite reduziert werden, wodurch der Bauraum für den eigentlichen Fräser nicht unnötig eingeschränkt wird.

Claims

Verfahren zum Bearbeiten von mittels Wälzfräsen hergestellten Zahnrädern, wobei im Anschluß an das Wälzfräsen der Verzahnung die Zahnenden an ihrer oberen und/oder ihrer unteren Stirnfläche angefast werden, wobei die Zahnräder während der gesamten Bearbeitung in der Wälzfräsmaschine eingespannt bleiben, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anfasen mittels einer geeigneten Steuerung als Einstellkoordinaten der Wälzfräsmaschine die Schwenk-Achse (A), die Radial-Achse (X), die Tangential-Achse (V) und die Vorschub-Achse (Z) zusätzlich zu der Wälzkoppelung von Fräserdrehung (B) und Werkstückdrehung (C) entsprechend eingestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsschritt des Anfasens der Zahnenden mit einem Entgratwälzfräser durchgeführt wird, dessen Steigungswinkel im wesentlichen dem Schrägungswinkel der zu entgratenden Verzahnung entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitung der rechten und linken Zahnkanten getrennt mit jeweils anderen Einstelldaten der Wälzfräsmaschine erfolgen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Verstellung der Radial-Achse (X) eine Werkstückumdrehung ausgewälzt wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Fräser in Richtung der Radial-Achse (X) ca. 0,2 bis 1,0 mm tiefer eingestellt wird als beim letzten Schnitt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Fräser in Richtung der Tangential-Achse (V) ca. 0,6 bis 1,2 mm versetzt eingestellt wir als beim letzten Schnitt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Fräser in Richtung der Schwenkachse um ca. 3 bis 7 Grad verschwenkt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem letzten Schnitt (Schlichtschnitt) des Wälzfräsers ein eventueller Sekundär-Grat an der oberen Fase entfernt wird.