-
Die
vorliegende Erfindung betrifft Verzahnmaschinen und das Verzahnen
sowie Entgraten der Zahnkanten von Kegelrädern.
-
Stand der Technik
-
Beim
Fertigen von Kegelrädern
entsteht, je nach verwendetem Werkzeug und verwendeter Technologie,
am äußeren Zahnende
durch die spanabhebende Bearbeitung ein Grat.
-
Für das Entgraten
von Kegelrädern
und speziell von Tellerrädern
sind Vorrichtungen bekannt, die für konventionelle mechanische
Kegelrad-Verzahnmaschinen
entwickelt wurden. Schon während
des Fräsens der
Kegelräder
im diskontinuierlichen Teilverfahren wird eine bereits vorher bearbeitete
Zahnlücke
an den Zahnenden entgratet. Oder beim kontinuierlichen Fräsverfahren
wird nach dem Verzahnen des gesamten Bauteils in einem separaten
Arbeitsgang das Entgraten vorgenommen.
-
Es
kommen vielfach auch separat stehende Entgratvorrichtungen zum Einsatz.
Bei diesen Vorrichtungen wird der Nachteil der zusätzlichen
Werkstückaufspannung
in Kauf genommen. In der Nähe
des Werkstücks
ist mehr Platz zur Verfügung,
als in einer Verzahnmaschine, weil sich dann die Entgratwerkzeuge
vielseitiger und einfacher auf die jeweiligen Werkstückabmessungen
einstellen lassen. Ausserdem können
auf einer Verzahnmaschine in gleicher Zeit mehr Kegelräder verzahnt
werden, wenn sie dort nicht auch noch entgratet werden müssen.
-
Bei
einer bekannten Entgratvorrichtung, die direkt auf einer Verzahnmaschine
eingesetzt wird, kommt ein mehrgängiger
Fräser
zum Einsatz, dessen Drehachse so eingestellt wird, dass sich die
Schneide entlang der anzufasenden Profilkante eines Kegelradzahnes
bewegt. Dabei wird nicht im Teilverfahren, sondern bei konstanter
Werkstückdrehung
gearbeitet, so dass nacheinander jede folgende Schneide in die nächste Kegelradlücke eingreift.
Der entscheidende Nachteil ist jedoch, dass nicht alle Kegelräder auf
ihrer Verzahnmaschine mit einem Fräser entgratet werden können. Es
wird als ein weiterer Nachteil angesehen, dass spezielle Fräser eingesetzt
werden müssen.
-
Beim
Herstellen von Kegelradritzeln ist das Entgraten speziell an der
Fersenseite des Kegelradritzels besonders problematisch, da die
Rückseite
des Kegelradritzels in einer konventionellen Verzahnmaschine häufig nur
teilweise oder nicht zugänglich
ist.
-
Von
daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kegelrad-Verzahnmaschine so
auszugestalten, dass mit geringem apparativem Aufwand sehr verschiedenartige
Kegelradritzel entgratet werden können, wobei es hier primär um das
Entgraten auf der Fersenseite/Rückseite
am großen
Durchmesser des Kegelradritzels geht.
-
Eine
weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Kegelrad-Verzahnmaschine so
auszugestalten, dass die durch das Entgraten bedingte längere Verweildauer
des Werkstücks
in der Verzahnmaschine relativ kurz ist und dass das Entgraten genau
und präzise
ausgeführt
werden kann.
-
Die
Aufgaben werden Erfindungsgemäß durch
eine Verzahnmaschine gemäss
Schutzanspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Gegenstände der
abhängigen
Schutzansprüche.
-
Erfindungsgemäß ist diese
Aufgabe dadurch gelöst,
dass eine Kegelrad-Verzahnmaschine bereit gestellt wird, die in
einem Bearbeitungsmodus und in einem Entgratungsmodus betreibbar
ist. Im Bearbeitungsmodus wird das Kegelrad von einer Werkstückspindel
der Kegelrad-Verzahnmaschine in einer Bearbeitungsaufspannung gehalten.
Im Entgratungsmodus wird das Kegelrad von der Werkstückspindel
in einer Entgratungsaufspannung gehalten, wobei in der Entgratungsaufspannung
das Kegelrad relativ zur Bearbeitungsaufspannung parallel zur Spindelachse
aus der Werkstückspindel
heraus verschoben eingespannt ist.
-
In
einer ersten bevorzugten Ausführungsform
kommt ein Greifer zum Einsatz, der vorzugsweise auch zum Beschicken
der Kegelrad-Verzahnmaschine
mit einem zu bearbeitenden Werkstück und zur Entnahme des fertig
bearbeiteten Kegelradritzels eingesetzt wird. Der Greifer wird ein
gesetzt und so angesteuert, dass das Werkstück automatisch von der Bearbeitungsaufspannung
in die Entgratungsaufspannung überführt werden
kann.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
kommt eine spezielle Werkstückspindel
zum Einsatz, die einerseits das Werkstück automatisch einspannen und
lösen kann
und die eine Verschiebung des Werkstücks bewirkt, um das Werkstück von der
Bearbeitungsaufspannung in die Entgratungsaufspannung zu überführen.
-
Es
ist ein Vorteil der Erfindung, dass eine entsprechende Kegelrad-Verzahnmaschine,
die mit diesen Mitteln zum Überführen des
Werkstücks
von der Bearbeitungsaufspannung in die Entgratungsaufspannung ausgestattet
ist, für
das vollautomatische Entgraten der fersenseitigen Grate an Kegelradritzeln
einsetzbar ist. Dieses Entgraten geschieht relativ schnell und mit
hoher Präzision,
da das Kegelradritzel nicht komplett umgespannt werden muss, sondern
da es nur aus der Bearbeitungsaufspannung in die Entgratungsaufspannung verschoben/verlagert
wird.
-
Dabei
nutzt die Erfindung die Erkenntnis aus, dass die Kräfte, die
beim Entgraten auftreten, deutlich geringer sind als die bei der
Verzahnung auftretenden Kräfte.
Außerdem
sind die Genauigkeitsanforderungen beim Entgraten nicht so hoch
wie beim Verzahnen. Daher kann man ein und derselben Werkstückspindel
für beide
Zwecke einsetzen, nämlich
in der Bearbeitungsaufspannung zum Verzahnen und in der Entgratungsaufspannung
zum Entgraten.
-
Ein
wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mit den mittels
einer programmierbaren Steuerung numerisch steuerbaren Achsen (NC-Achsen) auch die
Rückseite
eines Kegelradritzels mit den Schneiden eines Entgratmesserkopfs
erreichbar ist, wenn vorher die Überführung in
die Entgratungsaufspannung erfolgt ist.
-
ZEICHNUNGEN
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigen:
-
1 eine
schematische Seitenansicht eines Kegelradritzels;
-
2 eine
perspektivische Ansicht einer ersten Verzahnmaschine gemäss der vorliegenden
Erfindung;
-
3 eine
perspektivische Ansicht einer zweiten Verzahnmaschine gemäss der vorliegenden
Erfindung;
-
4A einen
Ausschnitt der in 3 gezeigten zweiten Verzahnmaschine,
gemäss
der vorliegenden Erfindung;
-
4B einen
Ausschnitt der in 3 gezeigten zweiten Verzahnmaschine,
gemäss
der vorliegenden Erfindung, wobei ein Greifer zum Einsatz kommt;
-
4C einen
Ausschnitt der in 3 gezeigten zweiten Verzahnmaschine,
gemäss
der vorliegenden Erfindung, wobei ein Greifer zum Einsatz kommt,
um das Werkstück
in eine Entgratungsaufspannung zu überführen;
-
4D einen
Ausschnitt der in 3 gezeigten zweiten Verzahnmaschine,
gemäss
der vorliegenden Erfindung, wobei sich das Werkstück in der
Entgratungsaufspannung befindet und ein Entgratmesserkopf zum Einsatz
kommt;
-
5A eine
schematische Schnittansicht einer Spannvorrichtung mit Werkstück in Bearbeitungsaufspannung,
gemäss
der vorliegenden Erfindung;
-
5B eine
schematische Schnittansicht einer Spannvorrichtung mit Werkstück in Entgratungsaufspannung,
gemäss
der vorliegenden Erfindung;
-
6A eine
schematische Schnittansicht einer Spannvorrichtung mit Werkstück in Bearbeitungsaufspannung,
gemäss
der vorliegenden Erfindung, wobei ein erfindungsgemässes Hebelelement
gezeigt ist;
-
6B eine
schematische Schnittansicht der Spannvorrichtung mit Hebelelement
in der Entgratungsaufspannung;
-
7 eine
perspektivische Ansicht eines beispielhaften Entgratmesserkopfes
zur Verwendung in einer Verzahnmaschine gemäss der vorliegenden Erfindung;
-
8 ein
Flussdiagramm, das die wesentlichen Schritte des erfindungsgemässen Verfahren
zeigt.
-
Detaillierte Beschreibung
-
Im
Zusammenhang mit der vorliegenden Beschreibung werden Begriffe verwendet,
die auch in einschlägigen
Publikationen und Patenten Verwendung finden. Es sei jedoch angemerkt,
dass die Verwendung dieser Begriffe lediglich dem besseren Verständnis dienen
soll. Der erfinderische Gedanke und der Schutzumfang der Patentansprüche soll
durch die spezifische Wahl der Begriffe nicht in der Auslegung eingeschränkt werden.
Die Erfindung lässt
sich ohne weiteres auf andere Begriffssysteme und/oder Fachgebiete übertragen. In
anderen Fachgebieten sind die Begriffe sinngemäß anzuwenden.
-
In 1 ist
die schematische Seitenansicht eines Kegelradritzels 31 gezeigt,
wobei anhand dieser Seitenansicht Elemente und Begriffe definiert
werden, die im Rahmen der vorliegenden Anmeldung gebraucht werden.
Es handelt sich um ein Kegelradritzel 31 mit gebogener
Flankenline. Die Erfindung lässt
sich aber auch auf andere Kegelradritzel 31 anwenden. Das
Kegelradritzel 31 weist im gezeigten Beispiel zwei Kegelflächen auf.
Die Schnittlinien der Rückenkegelfläche mit
der Zeichenebene sind durch die Hilfslinien 61 dargestellt.
Die Schnittlinien der Kopfkegelfläche mit der Zeichenebene sind
durch die Hilfslinien 62 dargestellt. Die Zähne des
Kegelradritzels 31 verlaufen entlang der Kopfkegelfläche. Die
Bezugsstirnfläche
wird mit 63 und die rückseitige
Stirnfläche
mit 64 bezeichnet. Die grau dargestellte Kegelfläche, die
ein Teil der Rückenkegelfläche darstellt,
wird mit Rückenfläche 65 bezeichnet.
Im Übergangsbereich
von den Zähnen
zu der Rückenfläche 65 können bei
der spanabhebenden Bearbeitung (hier als Verzahnen oder Verzahnungsbearbeitung 71 bezeichnet)
Grate entstehen. Der Übergangsbereich
ist in 1 mit P bezeichnet, wobei anzumerken ist, das
Grate an allen Zähnen
vorkommen können.
Ein Grat entsteht meist nur an der Ferse (hier im Bereich P), wenn
von innen nach außen
gefräst
wird. Hier sei angemerkt, dass die Ferse noch zum Zahn gehört, d. h.
sie ist quasi das äußere Ende
des Zahns. Oft besteht der Wunsch neben dem Grat auch die spitzen
Kanten an Ferse und Zehe quasi anzufasen, um die Verletzungsgefahr
und die Gefahr des Durchhärtens
zu vermeiden. In diesem Fall wünscht
man also möglichst
die gesamte Lücke
an der Ferse zu entgraten, was die Umsetzung erheblich komplizierter
macht. Die genannten Grate werden hier auch als fersenseitige Grate
bezeichnet, da es die rückseitige
Stirnfläche 64 auch
als Ferse bezeichnet wird.
-
In
der vorliegenden Erfindung geht es speziell um die Entfernung der
fersenseitigen Grate solcher Kegelradritzel 31.
-
2 zeigt
in perspektivischer Darstellung den Grundaufbau einer ersten erfindungsgemäßen CNC-Maschine 20 (auch
Kegelrad-Verzahnmaschine genannt) zum Verzahnen von Kegelrädern 31,
vorzugsweise von bogenverzahnten Kegelradritzeln 31. Eine
solche Maschine 20 kann erfindungsgemäß ausgelegt oder umgerüstet werden,
um ein Entgraten des Kegelrades 31 mittels spezieller Entgratmessereinsätze 43.1 (siehe
z. B. 7) zu ermöglichen,
die Teil eines Entgratmesserkopfes 43 sind, der über eine
Zustellvorrichtung 40 bewegbar ist. Die CNC-Maschine 20 ist
so ausgelegt, dass auch die fersenseitigen Grate von Kegelradritzeln 31 entfernt
werden können,
wie im Folgenden erläutert
wird.
-
Die
CNC-Maschine 20 kann wie folgt aufgebaut sein. Auf einem
Maschinenbett 27 ist ein Maschinengehäuse 26 entlang einer
geraden Koordinatenachse X (1. Achse) horizontal und linear geführt. Ein
erster Schlitten 24 ist auf einer Führung 10, die an einer
Seitenfläche
des Maschinengehäuses 26 angebracht
ist, entlang einer geraden Koordinatenachse Z (2. Achse) mittels
eines Spindeltriebs 21 in der Höhe verfahrbar. Auf dem Maschinenbett 11 ist
ein Werkstückspindelträger 14 mit
einem zweiten Schlitten 25 entlang einer geraden Koordinatenachse
Y (3. Achse), die bei der in 1 gezeigten
CNC-Maschine 20 zur X-Achse rechtwinkelig ist, auf einer
Führung 13 horizontal
und linear geführt.
Auf dem Schlitten 25 befindet sich eine erste Schwenkvorrichtung 28 mit
vertikaler Achse C (4. Achse). Die Führung 10 des ersten
Schlittens 24 und die Z-Achse sind bei der in 1 gezeigten
CNC-Maschine 20 gegen die Vertikale geneigt.
-
Der
erste Schlitten 24 trägt
eine um eine Werkzeugspindelachse 23 (5. Achse) drehbar
gelagerte Werkzeugspindel 12. Die Werkzeugspindel 12 trägt ein Werkzeug,
hier beispielsweise einen Messerkopf 22 mit mehreren Stabmessern.
Durch den zweiten Schlitten 25 und durch die erste Schwenkvorrichtung 28 ist eine
Werkstückspindel 30 auf
dem Maschinenbett 27 horizontal geführt und linear verschiebbar
bzw. schwenkbar. Die erste Schwenkvorrichtung 28 trägt die Werkstückspindel 30,
die um eine Werkstückspindelachse 32 (6.
Achse) drehbar ist. Die Werkstückspindel 30 trägt ein Werkstück 31,
im vorliegenden Beispiel ein bogenverzahntes Kegelradritzel 31.
Die erste Schwenkvorrichtung 28 ist um die C-Achse horizontal
geführt
schwenkbar, um das Werkstück 31 in
eine Bearbeitungsposition zu schwenken. Zum Aufspannen des Werkstücks 31 kann
die Werkstückspindel 30 mit
einer Spannvorrichtung versehen sein. Details zur Spannvorrichtung
(Werkstückspannaufnahme 34 genannt)
sind den 3, 4A–4D, 5A, 5B und 6A sowie 6B zu
entnehmen.
-
Außerdem ist
zum Beispiel eine Zustellvorrichtung vorgesehen, um gemäß Erfindung
eine relative Schwenk- und/oder Zustellbewegungen zwischen dem Entgratmesserkopf 43 und
dem Werkstück 31 ausführen zu
können.
Diese zweite Zustellvorrichtung ist in 2 nicht
zu erkennen. Die erwähnten
Schwenk- und/oder
Zustellbewegungen dienen dazu die Entgratmesser 43.1 des
Entgratmesserkopfes 43 in eine Ausgangsposition zum Entgraten
zu bringen. Dann werden das Werkstückstück 31 um die Werkstückspindelachse 32 und
der Entgratmesserkopf 43 um eine Rotationsachse E (7. Achse)
gedreht und in einem kontinuierlichen Verfahren führen die
Entgratmesser 43.1 des Entgratmesserkopfes 43 an
den vorbestimmten Kanten (z. B. die in 1 mit P
bezeichneten Kanten) des Kegelradritzels 31 entsprechende
Entgratungsbewegungen aus, um fersenseitige Grate entfernen zu können.
-
Es
kann aber auch eine Zustellvorrichtung 40 eingesetzt werden,
die eine vorgebbare Bahnkurve (z. B. in Form einer mechanischen
Kulisse) aufweist. Diese Art der Zustellvorrichtung 40 ermöglicht durch
das Abfahren der Bahnkurve eine genau vorgegebene Fahrbewegung.
-
Eine ähnliche
CNC-Maschine 20 ist in 3 ausschnittweise
gezeigt. Soweit möglich,
wurden hier dieselben Bezugzeichen für ähnliche oder gleichwirkende
Mittel verwendet. Die Bearbeitung des Werkstücks 31 (hier ein Kegelradritzel)
erfolgt dadurch, dass das Werkzeug (Messerkopf 22) mit
dem Werkstück 31 in
Wechselwirkung gebracht wird. Werkzeug 22 und Werkstück 31 können durch
Bewegungen entlang der Achsen X, Y, Z und durch Drehbewegungen um
die Achsen C relativ zueinander bewegt werden. Bei der Verzahnungsbearbeitung
rotiert das Werkzeug 22 um die Rotationsachse 23 und
das Werkstück 31 um
die Rotationsachse 32 (entspricht der Werkstückspindelachse 32).
In der gezeigten Abbildung sitzt der Entgratmesserkopf 43 seitlich
hinter der eigentlichen Bearbeitungszone, wo die beschriebene Verzahnungsbearbeitung
des Werkstücks 31 statt
findet. Durch ein Schwenken um die Achse C und ein Zustellen parallel
zur Y-Achse, kann der Entgratmesserkopf 43 in Eingriff
gebracht werden.
-
Bevor
nun an der rückwärtigen Seite
(auch Rückenfläche 65 genannt)
des Werkstücks 31 fersenseitige
Grate entfernt werden können,
wird gemäß Erfindung
das Werkstück 31 aus
seiner ursprünglichen
Aufspannung (Bearbeitungsaufspannung genannt) temporär in eine
zweite Aufspannung (Entgratungsaufspannung genannt) überführt. Dieser
Zwischenschritt ist notwendig, da ein Entgraten an der Ferse oder
Rückenfläche 65 eines
Kegelradritzels 31 in der Bearbeitungsaufspannung nicht
möglich
ist. Würde
man bei der gezeigten Konfiguration der Achsen und Elemente versuchen
mit dem Entgratmesserkopf 43 an der Ferse oder Rückenfläche 65 Grate
zu entfernen, so würde
der Entgratmesserkopf 43 mit seinen Entgratmessern 43.1 unweigerlich
in die Spannhülse 30.1 oder
ein anderes Element der Werkstückspannaufnahme 34 der
Werkstückspindel 30,
oder in die Werkstückspindel 30 selbst
hinein schneiden.
-
In 2 ist
das Werkstück 31 in
der ersten CNC-Maschine 20 in der Bearbeitungsaufspannung
gezeigt, wohingegen in 3 das Werkstück 31 in der zweiten
CNC-Maschine 20 in der Erfindungsgemäßen Entgratungsaufspannung
gezeigt ist.
-
Unter
Bezugnahme auf die 4A bis 4C wird
das Überführen des
Werkstücks 31 von
der Bearbeitungsaufspannung in die Entgratungsaufspannung gezeigt.
In 4D ist das Entgraten des Werkstücks 31 mittels
des Entgratmesserkopfs 43 gezeigt, wobei sich das Werkstück 31 während des
Entgratens der fersenseitigen Grate in der Entgratungsaufspannung
befindet.
-
In 4A ist
das Werkstück 31 in
der Bearbeitungsaufspannung gezeigt, wobei die Ferse oder Rückenfläche 65 des
Werkstücks 31 flächig an
der Spannhülse 30.1 oder
einem anderen Teil der Werkstückspannaufnahme 34 der
Werkstückspindel 30 anliegt,
oder sich sehr nahe an der Spannhülse 30.1 oder Werkstückspannaufnahme 34 befindet.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel
hat die Spannhülse 30.1 oder
Werkstückspannaufnahme 34 einen
Enddurchmesser D1 (∅D1 in 5B), der
etwas kleiner ist als der Durchmesser D2 (∅D2 in 1 und 5B)
der rückseitigen
Stirnfläche 64 des
Kegelradritzels 31. Nach hinten hin (d. h. auf den Werkstückspindel 30 zu)
kann der Durchmesser D1 der Spannhülse 30.1 oder Werkstückspannaufnahme 34 zunehmen,
wie in 3A und in den 5A, 5B gezeigt.
An der Umfangsfläche
der Spannhülse 30.1 oder
Werkstückspannaufnahme 34 können Riefen 30.2 oder
zahnlückenartige
Ausnehmungen vorgesehen sein, die bei der Bearbeitung des Werkstücks 31 mit
dem Werkstück 22 Platz
bieten für
die Messer des Messerkopfes 22.
-
Bei
der in 4A gezeigten Konstellation der
Achsen und Elemente, wäre
man nicht in der Lage mit den Entgratmessern 43.1 des Entgratmesserkopfes 43 fersenseitige
Grate an der Ferse 65 des Kegelradritzels 31 zu
entfernen, da diese Grate wegen der unmittelbaren Nähe zu der
Spannhülse 30.1 oder
anderen Elementen der Werkstückspannaufnahme 34 nicht
zugänglich
sind.
-
Gemäß Erfindung
wird nun, vor dem Entgraten an der Ferse 65, in einem Zwischenschritt
das Werkstück 31 in
die Entgratungsaufspannung überführt (Schritte 72, 73 und 74 in 8).
Dieses Überführen geschieht
dadurch, dass das Werkstück 31 aus
seiner Bearbeitungsaufspannung gelöst (Schritt 72 in 8)
und dann parallel zur Richtung der Rotationsachse 32 von
der Werkstückspindel 30 weg,
respektive aus der Werkstückspannaufnahme 34 heraus
bewegt wird (Schritt 73 in 8). Nach
dieser Bewegung wird das Werkstück 31 dann
wieder mittels der Werkstückspannaufnahme 34 fest
gespannt (Schritt 74 in 8) und befindet
sich nun in der Entgratungsaufspannung. Das Entgraten der fersenseitigen
Grate findet in der Entgratungsaufspannung statt (Schritt 75 in 8).
-
Im
Folgenden werden zwei erfindungsgemäße Ansätze beschrieben, die geeignet
sind, um das Überführen in
die Entgratungsaufspannung zu bewerkstelligen.
-
Gemäß eines
ersten erfindungsgemäßen Ansatzes,
der in den 4B und 4C illustriert
ist, kommt ein Greifer 50 zu Einsatz, der das Werkstück 31 fasst,
wie in 4B gezeigt. Nachdem das Werkstück 31 gefasst
wurde, wird die Aufspannung gelöst
(Schritt 72 in 8), indem die Werkstückspannaufnahme 34 entsprechend
(z. B. hydraulisch, mechanisch, oder pneumatisch) betätigt wird.
Dann wird eine Relativbewegung parallel zur Richtung der Rotationsachse 32 (d.
h. parallel zu Y-Achse) ausgeführt
(Schritt 73 in 8). Durch diese Relativbewegung
wird ein Mindestabstand Y1 der Ferse 65 des Werkstücks 31 in
Bezug auf die Spannhülse 30.1.
oder anderen Elemente der Werkstückspannaufnahme 34,
bzw. die Werkstückspindel 30, hergestellt.
In 4C ist der Endpunkt dieser Relativbewegung gezeigt.
In dem Zwischenraum (die Breite des Zwischenraums beträgt Y1, wie
in 4C und 5B gut
zu erkennen ist) zwischen der rückseitigen
Stirnfläche 64 an
der Ferse 65 des Werkstücks 31 und
der Stirnfläche 30.3 am
Ende der Spannhülse 30.1 oder
Werkstückspannaufnahme 34 oder
der Werkstückspindel 30 ist
ein Stück
der Ritzelwelle 31.2 des Werkstücks 31 zu erkennen.
Nun wird das verbleibende Ende der Ritzelwelle 31.2, das
sich noch im Greifbereich der Werkstückspannaufnahme 34 befindet,
wieder eingespannt (Schritt 74 in 8), indem
die Werkstückspannaufnahme 34 entsprechend
(z. B. hydraulisch, mechanisch, oder pneumatisch) betätigt wird.
Nun ist das Werkstück 31 erneut
fest eingespannt, aber es befindet sich ein Zwischenraum mit dem
Abstand Y1 zwischen der Stirnfläche 30.3 der
Spannhülse 30.1 oder
Werkstückspannaufnahme 34 und
der rückwärtigen Stirnfläche 64 an
der Ferse 65 des Werkstücks 31.
Nachdem der Schritt (Schritt 74 in 8) des Festspannens
des Werkstücks 31 vollzogen
wurde, kann nun der Greifer 50 loslassen und wegbewegt
werden, oder die Werkstückspindel 30 samt
eingespanntem Werkstück 31 kann
wegbewegt werden.
-
Der
automatische Greifer 50 umfasst vorzugsweise mindestens
zwei Greifbacken 53, um das Kegelrad 31 am Umfang
packen zu können,
wie in den 4B und 4C gezeigt.
Es kann aber auch ein magnetischer Greifer eingesetzt werden, der
eine Greifbacke aufweist.
-
In 4D ist
nun das Werkstück 31 in
seiner Entgratungsaufspannung gezeigt. Die Achsen wurden so eingestellt,
dass nun das Entgraten an der Ferse 65 mit dem Entgratmesserkopf 43 vorgenommen
werden kann, ohne dass dabei die Entgratmesser 43.1 des
Entgratmesserkopfes mit der Spannhülse 30.1 oder mit anderen
Elementen der Werkstückspannaufnahme 34 oder
der Werkstückspindel 30 kollidieren.
In 4D ist zu erkennen, wie eines der Entgratmesser 43.1 soeben
in den Fersenbereich einer Zahnlücke
des Werkstücks 31 eintaucht,
um einen eventuellen fersenseitigen Grat (nicht zu erkennen) zu
entfernen, der sich auf der rückwärtigen Stirnfläche 64 des
Werkstücks 31 befindet.
-
In
den 5A und 5B ist
eine schematische Seiten-, respektive Schnittansicht einer Werkstückspannaufnahme 34 mit
aufgespannten Kegelradritzel 31 gezeigt. In 5A ist
die sogenannte Bearbeitungsaufspannung gezeigt, bei welcher das
Kegelradritzel 31 samt Welle 31.2 ganz in einer
Ausnehmung der Werkstückspannaufnahme 34 sitzt.
Zwischen der rückwärtigen Stirnfläche 64 des
Werkstücks 31 und
der Stirnfläche 30.3 am
Ende der Spannhülse 30.1 ist
kein Zwischenraum oder nur ein sehr kleiner Zwischenraum vorhanden.
Idealerweise liegen die beiden Stirnfläche 64 und Stirnfläche 30.3 plan
aufeinander, um dem Werkstück 31 bei
der Bearbeitung mit dem Werkzeug 22 einen stabilen und
präzisen
Halt zu geben. In den 5A und 5B ist
eine Ausführungsform
einer Werkstückspannaufnahme 34 gezeigt,
die einen Fortsatz 33 aufweist, der zum Einsetzen in die
Werkstückspindel 30 ausgelegt
ist. Vorzugsweise kommt an dieser Stelle eine Bajonettverbindung
zum Einsatz, die hier aber nicht gezeigt ist.
-
In 5B ist
die sogenannte Entgratungsaufspannung gezeigt, bei welcher das Kegelradritzel 31 samt
Welle 31.2 aus der Werkstückspannaufnahme 34 herausgezogen
oder gedrückt
wurde und sich ein Zwischenraum mit einem Abstand Y1 ergeben hat.
Das Überführen in
diese Entgratungsstellung kann erfolgen, indem mit einem Greifer 50 (siehe 4B und 4C)
das Werkstück 31 gefasst
und aus der Werkstückspannaufnahme 34 herausgezogen
wird. Alternativ kann die Werkstückspannaufnahme 34 so
ausgelegt sein, dass das Werkstück 31 ein
Stück aus
der Werkstückspannaufnahme 34 herausgeschoben
wird.
-
In
den 6A und 6B ist
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Lösung gezeigt,
bei der mittels mechanischer und/oder hydraulischer Mittel die Welle 31.2 des
Werkstücks
aus der Bearbeitungsaufspannung in die Position der Entgratungsaufspannung
gedrückt
wird. Vorzugsweise kommt ein Hebelelement 51 zum Einsatz,
das um eine Hebelachse 52 geschwenkt werden kann. Diese
Bewegung wird hier als Hebelbewegung bezeichnet. In 6A ist
dieses Hebelelement 51 in seiner Nullstellung gezeigt und das
Werkstück
befindet sich in der Bearbeitungsaufspannung. Wird nun das Hebelelement 51 in
die Richtung K bewegt, wie in 6B durch
den Pfeil angedeutet, so drückt
ein Ende des Hebelelements 51 gegen das untere Stirnende
der Welle 31.2 des Werkstücks 31. Wenn vorher
die Werkstückspannaufnahme 34 gelöst oder
entriegelt wurde (Schritt 72 in 8), so kann
durch das Betätigen
des Hebelelements 51 das Werkstück in die Position der Entgratungsaufspannung
gedrückt
werden (Schritt 73 in 8). Nachdem
diese Position erreicht ist, kann Werkstückspannaufnahme 34 festgezogen
oder verriegelt werden (Schritt 74 in 8),
um die Welle 31.2 festzuhalten. Das Hebelelement 51 kann
mechanisch, hydraulisch, elektro-magnetisch, oder pneumatisch bewegt
werden.
-
Alternativ
kann im Inneren der Werkstückspannaufnahme 34 ein
elektro-magnetisches Stellelement oder ein Hydraulikzylinder vorgesehen
sein, der die gleiche Wirkung hervorruft und das/der durch direkte Wechselwirkung
mit der Welle 31.2 das Werkstück 31 verlagert.
-
Erfindungsgemäße Werkstückspannaufnahmen 34 werden
hier als automatische Werkstückspannaufnahmen 34 bezeichnet
und sind so ausgelegt, dass sie das Kegelrad 31 nach dem
Verzahnen (Schritt 71 in 8) parallel
zur Spindelachse 32 aus der Werkstückspannaufnahme 34 heraus
schieben (Schritt 73 in 8), um das
Kegelrad 31 selbsttätig
von der Bearbeitungsaufspannung in die Entgratungsaufspannung zu überführen. Vor
dem eigentlichen Verzahnen (hier auch als Verzahnungsbearbeitung
bezeichnet), wird das Werkstück
mittels der automatischen Werkstückspannaufnahme 34 aufgespannt
(Schritt 70 in 8). Diese Position wird hier
als Bearbeitungsaufspannung bezeichnet, wiem bereits erwähnt.
-
Wie
in 2 angedeutet, kann die Rotationsachse E des Entgratmesserkopfs 43 zum
Beispiel parallel zur C-Achse verlaufen. Es ist aber auch möglich, die
Rotationsachse E des Entgratmesserkopfs 43 mit einem Winkel
in Bezug auf die C-Achse vorzusehen, wie in 3 gezeigt.
Weitere beispielhafte Details zu dem Entgratmesserkopf 43 werden
in einem der folgenden Abschnitte beschrieben.
-
Insgesamt
weist die Maschine 20 in den gezeigten Beispielen also
sieben numerisch gesteuerte Achsen auf, wenn man für die Schwenkbewegung,
die mit der zweiten Schwenkvorrichtung erzielt wird, keine eigene
numerische Steuerung vorsieht. Vorzugsweise wird jedoch auch für diese
Schwenkbewegung eine numerisch steuerbare Achse vorgesehen. Es können aber
auch Maschinen 20 mit einer anderen Anzahl Achsen eingesetzt
werden, wobei mindestens fünf
numerisch gesteuerten Achsen (für
ein diskontinuierlich arbeitendes Verfahren) vorhanden sein müssen.
-
Um
das erfindungsgemäße Entgraten
im kontinuierlichen Verfahren realisieren zu können, werden besonders Maschinen 20 mit
mindestens sechs numerisch gesteuerten Achsen bevorzugt.
-
Es
können
jedoch auch andere CNC-Verzahnmaschinen 20 gemäß Erfindung
umgerüstet
oder ausgestattet werden, wobei Maschinen mit sieben oder acht numerisch
gesteuerten Achsen bevorzugt sind.
-
Es
besteht auch die Möglichkeit
eine CNC-Verzahnmaschine 20 mit einer speziellen Werkstückspannaufnahme 34 auszustatten,
wobei diese Werkstückspannaufnahme 34 so
ausgelegt ist, dass die Werkstückspannaufnahme 34 durch
Elemente, die in diese Werkstückspannaufnahme 34 integriert
oder an die Werkstückspannaufnahme 34 angebaut
sind, für
das Herausdrücken
des Werkstücks 31 sorgt.
In diesem Fall ist es nicht notwendig einen externen Greifer 50 vorzusehen.
-
Gemäß Erfindung
werden vorzugsweise eine oder mehrere eigene NC-Achsen für die Schnittbewegung
der Entgratmesser 43.1 des Entgratmesserkopfs 43 vorgesehen.
Diese NC-Achse(n) dienen dazu den Entgratmesserkopf 43 relativ
zu dem Werkstück 31 zu
bewegen. Der Entgratmesserkopf 43 kann z. B. über eine
Platte und Schrauben an einer Entgratspindel verschraubt sein. Es
ist ein Grundhalter 42 vorgesehen, der verschiedenen Elemente
zur Aufnahme von Entgratmessern 43.1 aufweist. Der Entgratmesserkopf 43 weist mehrere
stabmesserartige Messereinsätze 43.1 auf,
die in Ausnehmungen des Entgratmesserkopfs 43 einsetzbar
sind, wobei die Messereinsätze 43.1 im
Wesentlichen radial zu der Entgratspindelachse E des Entgratmesserkopfs 43 und
ggfs. der Entgratspindel gerichtet sind, wie zum Beispiel in 6 zu erkennen ist. Jeder der Messereinsätze 43.1 weist
Schneiden zum Entgraten des Werkstücks 31 auf. Besonders
vorteilhaft ist eine Ausführungsform,
die mit vier Messereinsätzen 43.1 ausgestattet
ist, wobei diese Messereinsätze 43.1 in
einem gegenseitigen Winkel von 90 Grad angeordnet sind. Statt den
Ausnehmungen am Entgratmesserkopf 43 können auch andere Befestigungsmittel
zum Festklemmen oder Befestigen der Messereinsätze 43.1 vorgesehen
sein.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist ein Klemmdeckel 44 vorgesehen, der den unteren Bereich
des Entgratmesserkopfs 43 abdeckt, wie in 7 zu
erkennen ist. Der Klemmdeckel 44 kann zum Beispiel durch
eine Steck- oder Klemmverbindung mit dem Grundhalter 42 verbunden
werden. Der Klemmdeckel 44 kann vier Löcher 48 aufweisen,
die einen Zugang zu Schrauben ermöglichen, die den Klemmdeckel 44 halten,
der als Gegenhalter für
die Messereinsätze 43.1 dient.
In der Mitte des Klemmdeckels 44 ist eine Öffnung 49 vorgesehen,
um zum Beispiel den Schaft einer optionalen Schleifbürste oder
dergleichen einstecken oder einschrauben zu können. Der Schaft der Schleifbürste sitzt
dann koaxial zur Entgratspindelachse E.
-
Es
entstehen für
das Entgraten auf der erfindungsgemäßen Maschine 20 keine
nennenswerten Zeitverluste, da dank der Verwendung spezieller Messereinsätze 43.1 im
kontinuierlichen Verfahren mit relativ hohen Schnittgeschwindigkeiten
gearbeitet werden kann. Das Überführen des
Werkstücks 31 von
einer Bearbeitungsposition in die Entgratungsposition erfolgt automatisiert
und schnell.
-
Vorzugsweise
handelt es sich bei der Werkstückspannaufnahme
34 um
eine Schnellwechselvorrichtung, vorzugsweise eine hydraulische Schnellwechselvorrichtung.
Eine solche Werkstückspannaufnahme
34 weist
typischerweise, aber nicht notwendigerweise, eine Spannhülse
30.1 auf,
die werkstückspezifisch
ist. Es können
als Teil der Werkstückspannaufnahme
auch Anlageringe und dergleichen zum Einsatz kommen.
| 10 | Führung |
| 11 | Maschinenbett |
| 12 | Werkzeugspindel |
| 13 | Führung |
| 14 | Werkstückspindelträger |
| 20 | CNC-Maschine |
| 21 | Spindeltrieb |
| 22 | Messerkopf |
| 23 | Werkzeugspindelachse
(5. Achse) |
| 24 | erster
Schlitten |
| 25 | zweiter
Schlitten |
| 26 | Maschinengehäuse |
| 27 | Maschinenbett |
| 28 | erste
Schwenkvorrichtung |
| 30 | Werkstückspindel |
| 30.1 | Spannhülse oder
anderes Element der Werkstückspannaufnahme |
| 30.2 | Riefen |
| 30.3 | Stirnfläche der
Spannhülse |
| 31 | Kegelrad/Werkstück |
| 65 | Ferse |
| 31.2 | Ritzelwelle
des Werkstücks |
| 31.3 | rückwärtige Stirnfläche |
| 32 | Werkstückspindelachse
(6. Achse) |
| 33 | Bajonettverbindung |
| 34 | Werkstückspannaufnahme |
| 40 | Zustellvorrichtung |
| 43 | Entgratmesserkopf |
| 43.1 | Entgratmessereinsätze |
| 50 | Greifer |
| 51 | Hebelmechanismus |
| 52 | Hebelachse |
| 53 | Greifbacken |
| 70 | Automatisches
Aufspannen |
| 71 | Verzahnen |
| 72 | Automatisches
Lösend
er Aufspannung |
| 73 | Automatische
Verschiebung |
| 74 | Automatisches
Aufspannen |
| 75 | Automatisches
Entgraten |
| C | vertikaler
Achse (4. Achse) |
| E | Rotationsachse
(7. Achse) |
| X | Koordinatenachse
(1. Achse) |
| Y | Koordinatenachse
(3. Achse) |
| Z | Koordinatenachse
(2. Achse) |