DE202019001722U1

DE202019001722U1 - Anfasanordnung

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Publication number: DE202019001722U1
Application number: DE202019001722.4U
Authority: DE
Original assignee: Gleason Pfauter Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Gleason Pfauter Maschinenfabrik GmbH
Priority date: 2019-04-15
Filing date: 2019-04-15
Publication date: 2019-05-07
Anticipated expiration: 2029-04-16

Abstract

Anfasanordnung (110) zum schneidenden Anfasen von Werkstückverzahnungen, mit wenigstens vier jeweils eine Drehachse aufweisenden Anfaswerkzeugen (4, 104, 114), dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachsen aller Anfaswerkzeuge zusammenfallen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anfasanordnung zum Anfasen von Werkstückverzahnungen.
Bekannterweise entstehen bei der spanenden Herstellung von Verzahnungen an den endseitigen Zahnkanten Grate, die aus diversen Gründen zu beseitigen sind. Zudem reicht es für zahlreiche Anwendungsfälle nicht aus, nur den Grat zu beseitigen. Denn bei ansonsten unbearbeiteter Zahnkante bestünde die Gefahr, dass letztere beim nachfolgenden Härten der Verzahnung durch Überkohlung glashart wird und dann unter Belastung ausbricht. Aus diesen Gründen soll die Zahnkante in eine Fase gearbeitet werden, wozu zahlreiche Techniken entwickelt wurden.
Eine heutzutage vielfach genutzte Technik besteht in einer plastischen Umformung der Zahnkante in eine Fase, bei der Material des Werkstücks im Bereich der Zahnkante durch ein damit im Zahneingriff abwälzendes Anfasrad verdrängt wird, wie etwa in der EP 1 279 127 A1 offenbart. Das verdrängte Material wird dann geeignet beseitigt, beispielsweise wie in der DE 10 2009 018 405 A1 beschrieben.
Zudem gibt es schneidende Verfahren, bei denen die Fase an der Zahnkante durch Schneiden erzeugt wird. Hierfür sind Fly-Cutter (10) mit von der Verzahnung unabhängiger Schneidkantenform einsetzbar, deren Positionierung einschließlich Achsabstand und Schwenkwinkel während des Anfasens passend geführt werden, um den schneidenden Eingriff der Profilform der Werkstückverzahnung in einer Abwälzbewegung folgen zu lassen. Eine vom Aussehen einem Fly-Cutter zwar ähnliche Form eines schneidenden Anfaswerkzeugs ist der in EP 1 495 824 B1 offenbarte sogenannte „Chamfer-Cutter“, der zwar ebenfalls scheibenförmig ist, allerdings Zähne aufweist, deren Schneidkantenform von der Verzahnung abhängig sind. Bei einem solchen Profilfräser ist die Profilform der Fräserzähne auf das Zahnlückenprofil der Werkstückverzahnung abgestimmt. Beim Anfasen schneidet ein Fräserzahn die gesamte Fasenkontur einer Zahnlücke. Dabei wird zwischen Profilfräser und Verzahnung eine Abwälzbewegung derart hergestellt, dass der einem Fräserzahn unmittelbar folgende Fräserzahn die der zuerst geschnittenen Zahnlücke unmittelbar folgende Zahnlücke schneidet, usw. Derartige Anfaswerkzeuge sind auch in der DE 10 2013 015 240 A1 angesprochen.
Des Weiteren sind auch Varianten von Anfaswerkzeugen vorgeschlagen worden, die mit geometrisch unbestimmter Schneide abtragen, wie in DE 10 2016 004 112 A1 offenbart ist, also schleifend anfasen. Diese Variante hat den Vorteil, dass durch eine Umprofilierung des Anfaswerkzeugs eine höhere Flexibilität erreicht ist, so dass wenn beispielsweise Parameter der gewünschten Fase geändert werden, keine Konstruktion eines neuen Anfaswerkzeugs im Ganzen erforderlich ist. Zudem ergibt sich beim schleifenden Anfasen eine hohe Oberflächenqualität der Fasenfläche.
Alle derartigen Anordnungen haben ihre speziellen Stärken und Schwächen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anfasanordnung bereitzustellen, die in Betrachtung des gesamten Anfasprozesses einen zufriedenstellenden und insbesondere variablen Einsatz erlaubt.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung eine Anfasanordnung zum schneidenden Anfasen von Werkstückverzahnungen bereit, die wenigstens vier jeweils eine Drehachse aufweisende Anfaswerkzeuge aufweist und im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, dass die Drehachsen all ihrer Anfaswerkzeuge zusammenfallen. Dies erlaubt günstige und flexible Gestaltungen hinsichtlich eines oder mehrerer z.T. unterschiedlicher Aspekte, wie eine Referenzierung der Relativdrehlagen bezüglich der gemeinsamen Drehachse, der Fähigkeit, nicht nur eine Werkstückverzahnung, sondern auch zwei oder mehr unterschiedliche Werkstückverzahnungen anfasen zu können, wie auch den Einsatz unterschiedlicher Anfaswerkzeuge innerhalb einer Anordnung, oder auch spezielle Konfigurationen von z.B. vier Anfaswerkzeugen für eine einzige Werkstückverzahnung.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind wenigstens vier der Anfaswerkzeuge drehfest miteinander gekoppelt. Dies begünstigt einige der oben angegeben Aspekte und sorgt für einen einfach realisierbaren Antrieb, indem es genügt, einen gemeinsamen Träger, über den die wenigstens vier Anfaswerkzeuge drehfest miteinander gekoppelt sind, in geeigneter Weise in einen Werkzeugkopf aufzunehmen bzw. über einen gemeinsamen Dorn aufzuspannen.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Anfaswerkzeuge für ein Anfasen der Zahnstirnkanten von wenigstens zwei jeweils voneinander verschiedenen Werkstückverzahnungen ausgelegte Anfaswerkzeuge umfassen. Das heißt, wenigstens zwei Anfaswerkzeuge sind zum Anfasen einer Werkstückverzahnung mit einer ersten Verzahnungsgeometrie mit z.B. erstem Schrägungswinkel, erster Profilgestaltung der Verzahnung in ihrem Stirnschnitt, erster Zahnhöhe usw. ausgelegt, wohingegen wenigstens zwei unterschiedlich ausgelegte Anfaswerkzeuge, die nämlich zum Anfasen der Zahnstirnkanten einer zweiten Werkstückverzahnung ausgelegt sind, welche sich von der ersten Werkstückverzahnung unterscheidet, beispielsweise in einem zweiten vom ersten Schrägungswinkel unterschiedlichen Schrägungswinkel, einer zweiten, von der ersten Profilform unterschiedlichen zweiten Profilform, und/oder einer zweiten gegenüber der ersten Zahnhöhe unterschiedlichen Zahnhöhe, etc. Hat man in einer bevorzugten Ausgestaltung jeweils zwei Anfaswerkzeuge für je eine Werkstückverzahnung der zwei unterschiedlichen Werkstückverzahnungen, kann die gemeinsame Drehachse für eine Anfasbearbeitung an der anderen Stirnseite an der Werkstückverzahnung verschwenkt werden (ca. 180° Verschwenkung). Hinsichtlich der Reihenfolge der Bearbeitungen unterliegt die Erfindung keinen besonderen Einschränkungen, ist das Werkstück beispielsweise eine die zwei unterschiedlichen Werkstückverzahnungen tragende Welle, könnten z.B. zunächst nacheinander beide Werkstückverzahnungen an ihrer ersten Stirnseite bearbeitet werden, und nach einem Verschwenken der Anfasanordnung an ihrer zweiten Stirnseite, es könnte jedoch auch zuerst eine Werkstückverzahnung an beiden Seiten fertig angefast werden und danach die zweite Werkstückverzahnung angefast werden, oder andere Bearbeitungsreihenfolgen vorgenommen werden.
In einer anderen Ausgestaltung können bis zu vier Anfaswerkzeuge zum Anfasen einer Werkstückverzahnung vorgesehen werden, oder Anfaswerkzeuge unterschiedlichen Typs, um je nach Anforderungen die geeignetere Anfastechnik zu wählen, ohne jedes Mal die Anfaswerkzeuge/Anfasanordnung austauschen zu müssen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen wenigstens zwei, insbesondere wenigstens vier, insbesondere alle der Anfaswerkzeuge eine schneckenförmigen, pro Schneckengang mehrere Zähne mit geometrisch bestimmter Schneide aufweisende Verzahnung mit einem für eine Einflankenbearbeitung im abwälzenden Bearbeitungseingriff mit der Werkstückverzahnung ausgelegten, im Axialschnitt des Werkzeugs gesehen asymmetrischen Zahnprofil auf.
Ein solches Anfaswerkzeug steht beim Anfasen mit der anzufasenden Verzahnung in einem abwälzenden Bearbeitungseingriff, in dem allerdings nur eine schneidende Seite des Profils anfast, während auf der Gegenflanke der angefasten Zahnlücke nicht gearbeitet wird. Hierzu ist das Zahnprofil (=Werkzeug-Bezugsprofil) asymmetrisch gestaltet. Zudem sind mehrere Zähne pro Schneckengang vorgesehen, bevorzugt wenigstens 2, weiter bevorzugt wenigstens 4, insbesondere wenigstens 6 Zähne, so dass nicht ein Zahn die ganze Fase zwischen Zahnkopf und Zahnfuß der Werkstückverzahnung erzeugt; vielmehr wird die Fase an einer Flanke der Werkstückverzahnung durch mehrere aufeinanderfolgende Eingriffe unterschiedlicher Zähne erzeugt und setzt sich somit aus mehreren Hüllschnitten der Anfasschnecke zusammen. Aufgrund der schneidenden Bearbeitung ergeben sich bessere Bearbeitungszeiten als beispielsweise beim schleifenden Anfasen. Die Werkzeuggestaltung mit mehreren Zähnen pro Schneckengang verteilt die Werkzeugabnutzung auf mehrere Zähne, was zu günstigeren Belastungsverhältnissen führt. Zudem kann aufgrund des abwälzenden Bearbeitungseingriffs mit konstantem Achsabstand gearbeitet werden, was das Bearbeitungsverfahren erleichtert. Die Einflankenbearbeitung erlaubt zudem eine höhere Flexibilität in der Fasengestaltung von Links- und Rechtsflanke der angefasten Verzahnung. So kann für die andere Flanke ein anders ausgelegtes Anfaswerkzeug herangezogen werden. Die Gestaltung der erfindungsgemäßen asymmetrischen Anfasschnecke unterscheidet sich somit auch grundlegend von für das Wälzfräsen eingesetzten Wälzfräsern mit zahnstangenartigem Werkzeugprofil. Im Folgenden werden weitere bevorzugte Eigenschaften eines Anfaswerkzeugs von diesem Typ beschrieben.
Bei dem asymmetrischen Zahnprofil eines solchen Anfaswerkzeugs hat die schneidende Seite bevorzugt eine gegenüber der nicht schneidenden Seite flachere Zahnflanke. Bei einer bevorzugten Gestaltung eines solchen Anfaswerkzeugs ist das Verhältnis der axialen Länge der nicht bearbeitenden Zahnflankenseite des Zahnprofils zu der axialen Länge der bearbeitenden Seite geringer als 1, bevorzugt geringer als 0,9, insbesondere geringer als 0,8, und/oder größer als 0,05, bevorzugt als 0,1, insbesondere als 0,2. Dies erlaubt günstige Profilgestaltungen der schneidenden Seite bei dennoch stabiler Zahnform.
Insbesondere für ein die stumpfe Kante eines Werkstücks anfasendes Anfaswerkzeug kann dieses Verhältnis auch kleiner sein als 0,7, sogar als 0,6, insbesondere als 0,5.
Insbesondere für das Anfasen evolventischer Verzahnungen und ihrer Fußausrundung setzt sich das Zahnprofil an der bearbeitenden Zahnflankenseite bevorzugt aus einem konkaven und einem konvexen Teil zusammen. Der konkave Teil besteht vom Fuß bis zum Wendepunkt hin gesehen aus stetig kleiner werdenden Krümmungen. Diese Gestaltung ermöglicht einen Übergang von der Fasenflanke in die Zahnradflanke in einer zur Zahnrad-Stirnfläche parallelen Ebene.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Änderung des Eingriffswinkels am Zahnprofil an der bearbeitenden Zahnflankenseite zwischen Zahnfuß nach der Zahnfußrundung und Übergang in den konvexen Bereich (Wendepunkt) abfällt, mit einem relativen Änderungsfaktor von größer als 0,1, bevorzugt größer als 1, insbesondere größer als 2 und/oder kleiner als 10. Beispielsweise kann so der Eingriffswinkel am Wendepunkt 3-mal so klein sein wie nach der Zahnfußrundung.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform geht die axiale Länge des Anfaswerkzeugs über die wenigstens zwei Werkzeugzähne umfassende Eingriffslänge des Bearbeitungseingriffs hinaus. Die Eingriffslänge bezeichnet diejenige auf die Werkzeugachse projizierte Länge, über die das Werkzeug im Bearbeitungseingriff (ohne Tangentialverschiebungen) beansprucht ist. Bei dieser sind wenigstens zwei Zähne involviert, je nach Mittigkeit der Bearbeitungsposition und Zähnezahl können es durchaus auch drei oder mehr Zähne sein. Durch die größere axiale Länge des Anfaswerkzeugs können bei einer Umpositionierung der Relativlage von Werkzeug und Werkstück wenigstens zum Teil andere Werkzeugzähne in Bearbeitungseingriff mit dem Werkstück kommen. Diese Umpositionierung könnte unmittelbar eine Verschiebung des Werkzeugs entlang seiner Achse sein, oder im Effekt einer solchen Verschiebung gleichkommen, beispielsweise durch Überlagerung von Linearachsbewegungen. Bevorzugt haben alle schneidfähigen Zähne des Werkzeugs hierzu das gleiche Profil und auch die gleiche Zahnhöhe. Bevorzugt sind die Werkzeugzähne hinsichtlich ihrer Schneidwirkung gleich ausgelegt, insbesondere ist vorgesehen, auf Vorschneidezähne, speziell gestaltete Anfangszähne oder inaktive Zähne zu verzichten. Dies ergibt ein effizientes Anfaswerkzeug.
In diesem Zusammenhang ist vorgesehen, dass die axiale Länge des Anfaswerkzeugs wenigstens 50%, insbesondere wenigstens 100% der Eingriffslänge über die Eingriffslänge hinausgeht. Der Vorteil dieser Gestaltung liegt in einer erreichbaren längeren Werkzeugstandzeit, da beispielsweise bei Erreichen eines gewissen Verschleißes in einem Werkzeugbereich das Werkzeug noch nicht durch ein Nachfolgewerkzeug ersetzt werden muss, sondern mit einem anderen Werkzeugbereich des Anfaswerkzeugs weiter angefast werden kann.
Für die Auslegung des Zahnprofils auf eine gewünschte Fase (mit Fasenbreite (es wird beim Anfasen, einer Zahnkantenbearbeitung, die Zahndicke des Werkstücks an der Stirnfläche um weniger als 20% verjüngt, je nachdem auch um weniger als 15% oder auch weniger als 10%, anders als beim sogenannten Anspitzen oder Abdachen einer Verzahnung, bei dem die Werkstückzähne an der Stirnseite mehr als 50% ihrer Zahndicke verlieren, also der ganze Zahn bearbeitet wird) und Fasenwinkel) sind mehrere Varianten denkbar. Zunächst ist es sinnvoll, Parameter des Anfaswerkzeugs festzulegen wie etwa den Außendurchmesser der schneckenförmigen Verzahnung (Anfasschnecke bzw. Anfas-Wälzfräser) und die Gangzahl. Hier kann man sich am Wälzfräsen orientieren, d.h. geeignete Außendurchmesser und Gangzahlen können in einem Bereich liegen, in dem der Fachmann typischerweise einen Wälzfräser zur Erzeugung der anzufasenden Verzahnung wählen würde. Zudem ist es sinnvoll, bei der Werkzeugauslegung zu berücksichtigen, in welcher Achskonstellation der Bearbeitungseingriff stattfinden soll, also in welchem Schwenkwinkel der Werkzeugachse gearbeitet werden soll, entlang der Werkstückachse gesehen, welcher Abstand zwischen Werkzeugdrehachse auf Höhe des Eingriffs und der Lage der Stirnseite der Werkzeugverzahnung bestehen soll (Hobbing Offset Angle). Soweit auf diese Weise eine Mehrzahl der auftretenden Parameter festgelegt ist, ließe sich die Profilform der bearbeitenden Seite des Werkzeugprofils experimentell ausgehend von einem Startprofil über Beobachtung der Anfasergebnisse optimieren. Alternativ lässt sich eine Profilform auch rechnerisch bzw. durch Simulation auslegen, indem das zu bearbeitenden „halbe Profil“ (nur eine Flanke an einer Lücke) der Werkstückverzahnung betrachtet wird und man die Hüllschraube des Werkzeugs in derjenigen Stirnebene des Werkstücks betrachtet, die um die gewünschte Fasenbreite von der Stirnseite der Werkstückverzahnung beabstandet ist, da an dieser Stelle Übereinstimmung mit dem Profil der Werkstückverzahnung bestehen soll. Für die nicht schneidende Seite ist lediglich zu beachten, dass es durch deren Durchdringungskurve mit der anderen Werkstückflanke (anderes Halbprofil) nicht zur Kollision kommt. Stellt man fest, dass sich ein größerer als der gewünschte Fasenwinkel ergibt/ergäbe, wählt man z.B. den Schwenkwinkel etwas kleiner und vice versa. Hinsichtlich des Steigungswinkels des/der Schneckengänge ist bevorzugt ein Wert von kleiner als 30° vorgesehen.
Wie oben bereits angesprochen, kann ein bevorzugtes Anfaswerkzeug der Anfasanordnung für die Links- und Rechtsflanke der Werkstückverzahnung jeweils unterschiedlich geformt sein. Demgemäß können bei der Anfasanordnung zwei oder mehrere Anfaswerkzeugen nach einem der vorgenannten Aspekte vorgesehen sein, bei dem ein erstes Anfaswerkzeug für das Einflanken-Anfasen der Zahnflanken an den Linksflanken an einer Seite der Werkzeugverzahnung und ein zweites, insbesondere unterschiedlich gebildetes Anfaswerkzeug für das Einflanken-Anfasen der Zahnkanten an den Rechtsflanken dieser Seite der Werkstückverzahnung ausgelegt ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist diese Gestaltung verdoppelt, indem ein zweites Paar von Anfaswerkzeugen auf dem gleichen Wekzeugträger mitvorgesehen ist, welches allerdings zum Anfasen einer anderen unterschiedlichen Werkzeugverzahnung ausgelegt ist.
Demnach sind bevorzugt sind wenigstens vier Anfaswerkzeuge auf einer gemeinsamen Werkzeugspindel eines Werkzeugkopfes angeordnet und werden von einer Anfaseinheit von dem gleichen Spindelantrieb angetrieben. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass das Anfassystem vier Anfaswerkzeuge aufweist, jeweils ein Werkzeug für jeweils Links- und Rechtsflanke an einer bzw. der anderen Stirnseite der Werkstückverzahnung.
Herstellungstechnisch ist das Anfaswerkzeug bevorzugt aus Vollmaterial durch Materialabtrag hergestellt, also einstückig, und auch die mehreren Werkzeuge mit gleichem Träger, also die aus mehreren solchen Anfasfräsern gebildete Anfasanordnung kann insgesamt aus Vollmaterial hergestellt sein.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ein vier oder mehrere Anfaswerkzeuge tragender und zu deren drehendem Antrieb ausgelegter Werkzeugkopf einer Anfaseinheit gegenüber der Werkstückdrehachse in wenigstens einer, bevorzugt wenigstens zwei, insbesondere drei linear unabhängigen Raumachsen verfahrbar und für einen Neigungswinkel der Werkzeugachse gegenüber der Werkstückachse verschwenkbar ist.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung erlaubt die Verschwenkeinrichtung ein Verschwenken um mehr als 220° oder mehr als 240° etwa +/-120° oder mehr, insbesondere +/-160° oder mehr. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise zwei der Anfaswerkzeuge der Anfasanordnung mit gemeinsamen Träger nach dessen Verschwenken auch die Zahnkanten an der anderen Stirnseite der Werkstückverzahnung anfasen. Eine Bearbeitungsreihenfolge ist dabei in weitem Maße frei einstellbar, bevorzugte Varianten sind zunächst das Anfasen von Links- und Rechtsflanke an einer Stirnseite (beispielsweise der nicht-bewegungsauslaufenden Stirnseite der Erzeugung der Werkstückverzahnung, wenn diese insbesondere bereits zeitparallel an einer gegenüber der Anfasposition versetzten Hauptbearbeitungsposition stattfindet), und anschließend das Anfasen an der anderen Stirnseite. Insbesondere bei einer separaten Anfasstation kann jedoch auch vorgesehen werden, zunächst ein Anfaswerkzeug die ihm zugeordneten Flanken an beiden Stirnseiten anfasen zu lassen, und dann das andere Anfaswerkzeug einzusetzen. In der Variante 2x2, dh. jeweils zwei Anfaswerkzeuge für jeweils eine von zwei unterschiedlichen Werkstückverzahnungen gelingt deren Anfasen ohne Werkzeugtausch.
In einer weiteren Ausgestaltung der Anfasanordung kann vorgesehen sein, dass als zusätzliches weiteres Anfaswerkzeug/-werkzeuge noch ein oder mehrere Fly-Cutter vorgesehen sind. Fly Cutter sind scheibenförmige Werkzeuge, die wenigstens eine, bevorzugt mehrere Schneiden in gleichem Abstand am Umfang aufweisen, zum Schneiden einer Fasenflanke in einer Abwälzbewegung mit der Verzahnung stehen, auf einer räumlichen Bahnkurve entlang der Profilform der Verzahnung geführt werden und dabei eine sich ändernde Position zur Verzahnung einnehmen in der alle drei Linearachsen X, Y und Z sowie die Schwenkachse A und Werkstückachse C kontinuierlich verstellt werden. Es kann vorgesehen sein, einen oder mehrere Fly-Cutter einzusetzen, die ebenfalls noch in demselben Werkzeugkopf angeordnet sind, also auf einem gemeinsamen Träger drehfest vorliegen sind, und wobei die Anfasanordnung gesteuert ist, in einer ersten Betriebsart mit den oben erläuterten erfindungsgemäßen schneckenförmigen Anfaswerkzeugen anzufasen und in einer zweiten Betriebsart mit wenigstens einem Fly-Cutter anzufasen. Dies erhöht die beim Anfasen erreichte Flexibilität, in dem je nach Bedarf auf die Vorteile der Fly-Cutter bzw. auf die Vorteile der erfindungsgemäßen Anfaswerkzeuge zurückgegriffen werden kann. Arbeitet man beispielsweise mit sehr großen Werkstück-Chargen, die von den erfindungsgemäßen Anfaswerkzeugen angefast werden sollen, deren Bearbeitung jedoch von einer anderen Werkstück-Charge unterbrochen wird, zu der die Anfaswerkzeuge nicht ausgelegt sind, könnte dennoch ohne zeitaufwändigen Werkzeugwechsel diese andere Werkstück-Charge mit Fly-Cuttern angefast werden. In diesem Zusammenhang ist auch vorgesehen, dass der gemeinsame Träger auch eine zum Aufspannen von insgesamt wenigstens vier Anfaswerkzeugen, etwa auch sechs oder sogar acht, ausreichende Länge aufweist und dazu eine wirksame Aufspannlänge von bevorzugt wenigstens 300 mm, insbesondere wenigstens 400 mm aufweist. Zudem kann je nach wirksamer Aufspannlänge auch eine beidseitige Lagerung der Werkzeugspindel vorgesehen sein.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Anfasanordung mit wenigstens vier Anfaswerkzeugen ist über die drehfeste Kopplung eine relative axiale Lage und/oder eine relative Drehlage bezüglich der gemeinsamen Drehachse für wenigstens zwei, insbesondere bevorzugt wenigstens vier, insbesondere alle Anfaswerkzeuge jeweils zwischen einem vorgegebenen Referenzzahn der Anfaswerkzeuge definiert festgelegt. Die Vorteile dieser Gestaltung ergeben sich aus den nachfolgenden Erläuterungen.
So existieren die Zahnflanken an den Werkstücken bereits, an denen die Fasen im abwälzenden Bearbeitungseingriff erzeugt werden. Das heißt, nicht nur die Profile des/der Anfaswerkzeuge sind auf die Werkstückverzahnung angepasst, sondern die Relativlage zwischen Anfaswerkzeug und anzufasendem Werkstück ist in die für den Bearbeitungseingriff ausgelegte Einstellung zu bringen. Ähnlich wie beim Einmittvorgang im Verzahnungsschleifen ist daher zu gewährleisten, dass die Positionen der Werkzeugzähne relativ zur anzufasenden Verzahnung bekannt sind. Üblicherweise erfolgt dies direkt über Bezugsflächen an der Maschine, beispielsweise die Tischfläche der Werkstückspindel und die Planfläche der Frässpindel, wobei jede Spindel pro Umdrehung eine definierte Null-Position durchläuft.
Die relative Lage der anzufasenden Verzahnung zur Maschine ergibt sich aus der Aufspannhöhe über der Tischfläche oder anderer geeigneten Referenz und Positionen der Zahnlücken der anzufasenden Verzahnung relativ zur Drehlage der Tischspindel und sind in dem Fachmann bekannter Weise über kalibrierte Messsysteme wie Einmittsensoren erfassbar.
Aufgrund der Ausführungen der oben beschriebenen Anfaswerkzeuge über die Schneckenform mit regelmäßiger Teilung am Umfang (Spannuten) sind die Positionen der Werkzeugzähne eines Anfaswerkzeugs untereinander bekannt. Somit genügt es, die relative Lage eines Referenzzahns des Anfaswerkzeugs zur Maschine zu bestimmen, die sich etwa aus ihrem Abstand zur Planfläche der Frässpindel und ihrer Position relativ zur Drehlage der Frässpindel ergibt. Auf diese Weise kann dann der Bezug zwischen den Positionen der Anfaswerkzeugzähne relativ zur anzufasenden Verzahnung über die Maschinenbasis hergestellt werden. Die zur Erreichung der richtigen Positionierung erforderlichen Bewegungen können dann von der Maschinensteuerung über die von ihr gesteuerten Maschinenachsen eingestellt/erreicht werden.
Durch die bevorzugt vorgesehene Montageeinheit ergibt sich trotz des Einsatzes der mehreren Anfaswerkzeuge und dem eigentlich dadurch zu erwartenden höheren Aufwand zur Positionsbestimmung, nämlich je eine pro Werkzeug, eine deutliche Aufwandsverringerung für den Einrichter, da über die drehfeste Kopplung durch die vordefinierte Festlegung der Zahnlage eines Anfaswerkzeugs gegenüber einem anderen Anfaswerkzeug eine Positionsherstellung etwa durch die oben erläuterte Methode dennoch nur einmal stattfinden muss. Aus der definierten Vorfestlegung ist diese dann automatisch für das oder die anderen Anfaswerkzeuge rein rechnerisch bestimmbar und somit ohne zusätzlichen Aufwand über bedienerseitig vorgenommene Positionier- oder Kalibriermaßnahmen erreichbar.
So wird der Einsatz der Anfasanordnung auch weniger fehleranfällig, aufgrund der vorab bereitgestellten voreingestellten definierten Drehkopplung ist z.B. zudem auch eine fehlerhafte Anordnungsreihenfolge der Anfaswerkzeuge in der Maschine nicht mehr zu befürchten.
In einer besonders bevorzugten Gestaltung können die wenigstens vier Anfaswerkzeuge über einen gemeinsamen Grundkörper verfügen und wenigstens zwei von ihnen oder jeweils paarweise über definierte Bezugsflächen fest miteinander verbunden sein. Eine ebenfalls nochmals weiter bevorzugte Ausführungsform kann vorsehen, dass die vier oder noch mehr Anfaswerkzeuge aus einem gemeinsamen Grundkörper gefertigt sind. Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung liegt in einer „Quattro“-Montageeinheit mit vier solchermaßen oder von einem anderen Typ gestalteten Anfaswerkzeugen.
Eine einmalig vorbestimmte Relativlage der Anfaswerkzeuge mit ihren Verzahnungen untereinander kann somit beibehalten werden und bleibt somit selbst nach einem Nachschliff der Anfaswerkzeuge erhalten. Zudem erlauben der gemeinsame Grundkörper oder die einstückige Ausgestaltung vernünftige, ggf. sogar bessere Rundlaufeigenschaften.
Zudem kann vorgesehen werden, eine Zuordnung der Relativpositionsinformation zwischen den einzelnen Anfaswerkzeugen der Anfasanordung und dieser selbst herzustellen. Diese könnte beispielsweise über einen an der Anfasanordung angebrachten Datenträger erfolgen, oder beispielsweise über einen der Anfasanordung zugewiesenen und über ein Identifikationskennzeichen der Anfasanordung zugeordneten Speicherplatzbereich eines zentralen Speichers. Auf diese Weise kann auch eine Werkzeugverwaltung der einzelnen Anfasanordungen realisiert werden, zudem können beispielsweise auch zusätzlich Prozessdaten einzelner Anfaswerkzeuge oder eines solchen Satzes von Anfaswerkzeugen einer Anfasanordung zugeordnet gesichert/abgespeichert werden.
In bautechnischer Hinsicht sind mehrere Realisierungsmöglichkeiten denkbar. So kann ein gemeinsamer Werkzeugkörper bereits alle zwischen einzelnen Anfaswerkzeugen und vor und hinter ihnen vordefinierten Distanzen beinhalten. Wie oben bereits erläutert, ist durchaus denkbar, dass ein gemeinsamer Werkzeugkörper mehrere Werkzeuge unterschiedlicher Anfastechnologien enthalten kann. Zudem ist es nicht zwingend erforderlich, dass die Schnittrichtungen einzelner Anfaswerkzeuge auf dem gemeinsamen Werkzeugkörper gleichgerichtet sein müssen, da zwischen dem Gebrauch unterschiedlicher Anfaswerkzeuge auch die Drehrichtung um die gemeinsame Drehachse geändert werden kann. Bevorzugt sind formschlüssige Verbindungen zur Werkzeugspindel vorgesehen, sollten mehrere Werkzeuggrundkörper zum Einsatz kommen, die beispielsweise jeweils zwei Anfaswerkzeuge tragen, kann eine formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Werkzeuggrundkörpern vorgesehen werden. Grundsätzlich ist es möglich, einen Schneidstoff gezielt zu wählen, beispielsweise können Schneiden aus unterschiedlichen Schneidstoffen eingesetzt werden. In einer bevorzugten Gestaltung ist vorgesehen, die Standzeit aller Werkzeuge auf möglichst gleichmäßigem Niveau zu halten, und dies ggf. durch eine die Verschleißfestigkeit der Werkzeuge erhöhende Beschichtung zu beeinflussen. Der gemeinsame Werkzeugkörper/-träger kann eine zentrale axiale Bohrung aufweisen, mit der er auf Fräsdornen aufgenommen werden kann. Eine alternativere Gestaltung wäre eine Massivausführung als Schaft-Werkzeug. Die Lagerung des gemeinsamen Werkzeugkörpers im Werkzeugkopf der eingesetzten Maschine kann einseitig (fliegend) gelagert erfolgen, eine bevorzugte Alternative ist eine beidseitige Lagerung, welche sich insbesondere für Gestaltungen mit nicht nur vier sondern auch mehr als vier Anfaswerkzeugen eignet.
Neben dem Einsatz der Anfaswerkzeuge vom oben erläuterten Typ ist auch denkbar, dass wenigstens zwei, bevorzugt vier, insbesondere alle Anfaswerkzeuge der Anfasanordnung vom Typ der sogenannten „Chamfer-Cutter“ sind, wie oben mit Bezug auf EP 1 495 824 B1 erläutert, allerdings zur Einflankenbearbeitung modifiziert. Das heißt, die Profilform der Fräserzähne an der schneidenden Seite ist weiterhin auf das Zahnlückenprofil der Werkstückverzahnung abgestimmt, die Profilform an der anderen Seite ist jedoch nicht für ein Schneiden vorgesehen, sondern vielmehr gegenüber dem Profil eines beidseitig schneidenden Profilfräsers kollisionsvermeidend zurückgenommen. Bei diesem Anfaswerkzeug handelt es sich somit um eines, das ähnlich einem Scheibenfräser geformt ist, mit in gleichen Umfangsabständen angeordneten Schneidzähnen und Spannuten, die einen schraubenlinienförmigen Verlauf aufweisen und mehrgängig angeordnet sind, wobei pro Gang ein Zahn vorgesehen ist und die in Drehrichtung an der vorderen Seite der Zähne an der schneidenden Seite gebildeten Schneidkanten auf einem gemeinsamen Flugkreis angeordnet sind. Im Gegensatz zu den oben erläuterten schneckenförmigen Anfaswerkzeugen schneidet bei dieser „Chamfer-Cut“-Gestaltung ein Werkzeugzahn beim Durchgang durch eine Zahnlücke der Werkstückverzahnung die gesamte Fase an einer Flanke. Ein zweiter Einflanken-„Chamfer-Cut“-Fräser ist dann für die Bearbeitung der anderen Zahnflankenseite der Zahnlücke ausgebildet.
Die obigen Beschreibungen hinsichtlich Anzahl und Einsatz der Anfaswerkzeuge gelten, sofern sie nicht den konkreten Unterschied im Typ des einzelnen Anfaswerkzeugs betreffen, ebenfalls für die Anfaswerkzeuge vom „Chamfer-Cut“-Typ.
Zudem wird von der Erfindung auch eine Verzahnungsmaschine mit einer Hauptbearbeitungsstation zur Erzeugung einer Werkstückverzahnung in spanender Bearbeitung unter Schutz gestellt, die eine Anfaseinheit aufweist, welche mit wenigstens einer Anfasanordung nach einem der weitergehend genannten Aspekte ausgestattet ist. Bei der Hauptbearbeitungsstation könnte es sich etwa um eine Wälzfrässtation oder eine Wälzschälstation (Power-Skiving) handeln, denkbar sind auch Wälzstoßstationen. Es kann vorgesehen sein, dass sich Hauptbearbeitungsstation und Anfaseinheit den gleichen Werkstücktisch/Werkstückspindel teilen, so dass Parallelbearbeitungen möglich sind. Denkbar und bevorzugt sind aber auch Varianten, in denen ein Werkstückwechselsystem die erzeugten Verzahnungen von der Werkstückspindel der Hauptbearbeitungsstation zu einer getrennten Werkstückspindel der Anfaseinheit verbringt. Zudem sind denkbar auch Mehrspindel-, insbesondere Zweispindel-Lösungen, bei denen die Werkstückspindeln auf einem Drehträger angeordnet sind und zwischen Hauptbearbeitungsstation und Anfaseinheit durch Drehung des Drehträgers bewegt werden können. Zudem lässt sich die Erfindung auch für Pick-up-Systeme verwenden, bei denen ein oder mehrere Werkstückspindeln als Pick-up-Spindeln vorgesehen sind.
In verfahrenstechnischer Hinsicht offenbart die Erfindung ein Verfahren bei dem eine Werkstückverzahnung mit einem oder mehreren der Anfaswerkzeuge einer Anfasanordnung nach einem der vorgenannten Aspekte schneidend angefast wird, und entsprechend Steuerprogramm für eine Anfaseinheit nach einem der vorgenannten Aspekte, das, wenn auf der Steuereinrichtung selbiger ausgeführt, die Anfaseinheit ein Verfahren ausführen lässt, bei dem eine Werkstückverzahnung mit einem oder mehreren der Anfaswerkzeuge einer Anfasanordnung nach einem der vorgenannten Aspekte schneidend angefast wird.
Zudem wird ein Verfahren offenbart, bei dem die Zahnkanten an beiden Zahnflankenseiten einer Stirnseite der Werkstückverzahnung mit einer erfindungsgemäßen Anfasanordnung angefast werden, durch Ausführen von wenigstens zwei Einflankenbearbeitungen. Es können auch durch weitere Einflankenbearbeitungen and der anderen Stirnseite der Werkstückverzahnung Fasen an beiden Stirnseiten erzeugt werden.
Besonders bevorzugt ist ein Steuerprogramm, das die Anfaseinheit ein Verfahren ausführen lässt, bei dem zwei voneinander verschiedene Werkstückverzahnungen insbesondere eines Werkstücks von wenigstens vier Anfaswerkzeugen der Anfasanordnung angefast werden, und es wird ein entsprechendes Verfahren offenbart.
In einer bevorzugten Gestaltung wird mit einem Anfaswerkzeug, dessen axiale Länge größer ist als die axiale Länge die für das Schneiden der jeweiligen Fasenflanke erforderlich ist, eine Werkstückverzahnung mit einer bezüglich der axialen Länge des Anfaswerkzeugs gesehen ersten Werkzeugbereich angefast, und eine andere Werkstückverzahnung vom gleichen Typ mit einem wenigstens zum Teil andere Werkzeugzähne aufweisenden zweiten Werkzeugbereich angefast. Dies erhöht, wie oben bereits erläutert, die Standzeit der Anfaswerkzeuge der Anfasanordnung.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung, das beim Anfasen schrägverzahnter Werkstückverzahnungen zum Einsatz kommen kann, erfolgt das Anfasen an den jeweiligen Kanten (der spitzen und der stumpfen Kante) der Schrägverzahnung in unterschiedlichen Schwenkstellungen der Werkzeugdrehachse, wobei an der spitzen Seite bezogen auf die in Achsabstandsrichtung gesehen orthogonale Lage bevorzugt mit einem Schwenkwinkel von betragsmäßig kleiner 10°, insbesondere kleiner 5° gearbeitet wird und/oder an der stumpfen Seite mit einem Schwenkwinkel von betragsmäßig bevorzugt größer als 5°, insbesondere größer als 10° und bevorzugt kleiner als 35°, insbesondere kleiner als 30°. Diese Einstellungen tragen dazu bei, dass eine möglichst gleichmäßige Fase zu den gewünschten Fasenparametern erzeugt werden kann. der Hobbing-Offset Angle HOA ist bevorzugt größer als 10°, insbesondere als 20° und/oder bevorzugt kleiner als 70°, insbesondere als 60°.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass man beim Anfasen der stumpfen Seite tangential gesehen weiter außermittig arbeitet als beim Anfasen der spitzen Seite, insbesondere um wenigstens 5 mm, bevorzugt wenigstens 10 mm, weiter außen. Dies erlaubt eine günstige Ausnutzung der verbleibenden Freiheitsgrade bei der Auslegung der Werkzeuge, wie etwa dem Steigungswinkel der Schneckengangsteigung/-steigungen oder axial gesehen dem Strecken oder Stauchen des Zahnprofils.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Figuren, von denen

1 schematisch eine Anfasanordnung und ein Werkstück mit zwei Verzahnungen
2 ein Werkzeug-Zahnprofil im Achsschnitt
3 ein Werkzeug-Zahnprofil im Achsschnitt
4 schematisch im Achsschnitt einen Anfas-Wälzfräser im Eingriff mit einem Zahnrad
5 eine Position eines Anfas-Wälzfräsers beim Schneiden der spitzen Fasenflanke eines schrägverzahnten Zahnrades
6 eine Position eines Anfas-Wälzfräsers beim Schneiden der stumpfen Fasenflanke eines schrägverzahnten Zahnrades
7 einen Anfas-Wälzfräser mit asymmetrischem Zahnprofil
8 einen Bearbeitungskopf mit vier Anfas-Wälzfräsern
9 eine Achsanordnung einer Anfaseinheit
10 einen Fly-Cutter, sowie
11 eine erläuternde Skizze einer Anfasanordnung mit vier Anfaswerkzeugen

In den Figuren werden unter anderem die folgenden Kurzzeichen verwendet:

A: Schwenkachse A
B: Werkzeugspindelachse B
C: Werkstückachse C
X: Radialachse X
Y: Tangentialachse Y
Z: Axialachse Z
HOA: Hobbing Offset Angle
TCP: Tool Center Point
PCP: Part Center Point
b_f: Fasenbreite
d_a2: Zahnrad-Kopfkreisdurchmesser
d_f2: Zahnrad-Fußkreisdurchmesser
r₀: Werkzeug-Kopfkreisradius
η: Schwenkwinkel
Δx: radiale Distanz zwischen TCP und PCP
Δy: tangentiale Distanz zwischen TCP und PCP
Δz: axiale Distanz zwischen TCP und PCP
ϱ_aP0/1: Werkzeugprofil-Kopfradius der nicht schneidenden Zahnflanke
ϱ_fP0/1: Werkzeugprofil-Fußradius der nicht schneidenden Zahnflanke
ϱ_aP0/2: Werkzeugprofil-Kopfradius der schneidenden Zahnflanke
ϱ_fP0/2: Werkzeugprofil-Fußradius der schneidenden Zahnflanke
α_P0/1: Werkzeug-Profilwinkel der nicht schneidenden Zahnflanke
p: Axialteilung des Werkzeug-Bezugsprofils
a_p/1: Teil der Axialteilung des Werkzeug-BP der nicht schneidenden Zahnflanke
a_p/2: Teil der Axialteilung des Werkzeug-BP der schneidenden Zahnflanke
h_aP0: Kopfhöhe des Werkzeug-Bezugsprofils
h_fP0: Fußhöhe des Werkzeug-Bezugsprofils
L: Werkzeuglänge

Bei dem in 1 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst eine Anfasanordnung 110 einen wellenartigen Träger 101, auf dem insgesamt vier Anfaswerkzeuge 104a, 104b sowie 114a, 114b drehfest angeordnet sind. Die Anfasanordnung ist an der in 1 linken Seite durch eine Werkzeugspindel 120 drehend antreibbar. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Träger 101 an seinem der Werkzeugspindel 120 abgewandten Ende von einer Gegenhalterung 130 drehend gehalten.
In diesem Ausführungsbeispiel hat der Träger 101 einen ersten Bereich 102 mit einem ersten Durchmesser D2, auf dem die beiden Anfaswerkzeuge 104a und 104b festgelegt sind, sowie einen weiteren Bereich 103 mit einem gegenüber dem Durchmesser D2 verringerten Durchmesser D3, an dem die beiden Anfaswerkzeuge 114a und 114b festgelegt sind. Ebenfalls in 1 dargestellt ist ein Werkstück 200, das in diesem Ausführungsbeispiel eine Welle 201 mit zwei Zahnrädern 204 und 214 aufweist.
Die Anfaswerkzeuge 104a und 104b fasen die Zahnstirnkanten an einer Stirnseite des Zahnrads 204 an (und überkreuz an der anderen Stirnseite des Zahnrads 204), wohingegen die Anfaswerkzeuge 114a, 114b entsprechend das andere Zahnrad 214 anfasen.
Dabei wird die Anfasanordnung 110 zwischen den Bearbeitungen der jeweiligen Stirnseiten verschwenkt, so dass mit Bezug auf 1 die Werkzeugspindel 120 rechts und die Gegenhalterung 130 links angeordnet ist. Alternativ kann auch an Ausführungsformen gedacht werden, in denen das Werkstück 200 in axial umgekehrter Richtung aufgespannt wird.
Der konische Bereich 123 zwischen den beiden Bereichen 102 und 103 unterschiedlichen Durchmessers wird für das dargestellte Ausführungsbeispiel bevorzugt, es können jedoch auch Träger 101 mit einheitlichem Durchmesser herangezogen werden, wie etwa in den 8 und 11 dargestellt.
Ebenfalls könnte die in 1 dargestellte Anfasanordnung eingesetzt werden, um scheibenförmige Verzahnungen anzufasen, beispielsweise unterschiedliche Chargen zweier unterschiedlicher Typen von Zahnrädern, ohne zwischenzeitlich das Anfaswerkzeug austauschen zu müssen.
Weiter wird mit Bezug auf 9 eine Anfaseinheit 100 nebst zugehörigen Bewegungsachsen dargestellt, die eine mögliche und bevorzugte Ausgestaltung darstellt. Werkstückseitig erkennbar ist eine auf einem Maschinenbett 40 der Anfaseinheit 100 drehbar gelagerte Werkstückspindel 50 zur Aufnahme eines nicht gezeigten Werkstücks, wobei die Drehachse der Werkstückspindel (Werkstückachse) mit C bezeichnet ist.
Werkzeugseitig ist ein Ständer 60 vorgesehen, der eine Schlittenanordnung zur Realisierung von linearen Relativbewegungen zwischen Werkzeug und Werkstück, in diesem Ausführungsbeispiel in Form senkrecht zueinander stehenden Bewegungsachsen X, Y, Z, trägt. So ist ein Axialschlitten 70 vorgesehen, dessen Bewegungsrichtung Z parallel zur Werkstückdrehachse verläuft und somit in diesem Ausführungsbeispiel vertikal. Der Schlitten 70 trägt wiederum einen Tangentialschlitten 72 mit Bewegungsrichtung Y. In einer Öffnung des Tangentialschlittens 72 ist ein Radialschlitten 74 geführt. Der Radialschlitten 74 trägt in schwenkbarer Weise (mit Schwenkachse A) einen Werkzeugkopf 80. Der Werkzeugkopf 80 weist eine in diesem Ausführungsbeispiel indirekt (CNC) angetriebene Werkzeugspindel 82 auf, mit Spindelachse B. Denkbar sind neben solchen indirekten Antrieben mit Riementrieb zwischen Motor und Spindel auch eine direkt CNC angetriebene Spindel. In dem in 9 dargestellten Ausführungsbeispiel trägt die Werkstückspindel 82 vier Anfaswerkzeuge, die nachstehend mit Bezug auf weitere Figuren genauer erläutert werden.
Durch die Anordnung des Radialschlittens X, dessen Bewegung den Achsabstand zwischen der Werkzeugdrehachse B und der Werkstückachse C ändert, als nur noch die Schwenkeinrichtung mit Schwenkachse A, aber keine der anderen Linearbewegungsachsschlitten tragenden Schlitten ist die Maschinenachse für die Schwenkbewegung und auch Radialbewegung nur geringen Tragelasten und -momenten ausgesetzt.
Der Werkzeugkopf 80 ist in 8 nochmals vergrößert dargestellt. Man erkennt die beidseitige Lagerung, und dass neben den vier Anfaswerkzeugen 4a, 4b, 4c, 4d ggf. auch eine höhere Anzahl von getragenen Werkzeugen vorgesehen sein kann, auch wenn dies nicht dargestellt ist.
Bei all diesen Anfaswerkzeugen 4a, 4b, 4c und 4d könnte es sich um die schneckenförmigen Einflanken-Anfas-Wälzfräser handeln, es ist jedoch auch denkbar, dass z.B. zwei der Werkzeuge erfindungsgemäß Anfas-Wälzfräser sind, während zwei andere in Form von in 10 dargestellten Fly Cuttern vorgesehen sind, oder andere Kombinationen der oben erläuterten Typen von Anfaswerkzeugen
In einem Fall könnte beispielsweise je ein asymmetrischer Anfas-Wälzfräser für das Anfasen von jeweils Links- und Rechtsflanke an oberer und unterer Stirnseite eines Werkstücks vorgesehen sein. In diesem Fall mag einen Verschwenkbarkeit für die Schwenkachse A aus der Horizontalen um +-80° oder geringer für die Zwecke des Anfasens ausreichend sein. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass eine Verschwenkbarkeit um mehr als 160°, insbesondere mehr als 180° gegeben ist, so dass beispielsweise für die Gestaltung des Werkzeugkopfs 80' von 8 die beiden Anfaswerkzeuge 4a, 4b, die beispielsweise für die bei einem schräg verzahnten Werkstück stumpfe und spitze Kante vorgesehen sind, an einer Stirnseite arbeiten und bei Bedarf nach entsprechendem Umschwenken an der anderen Stirnseite, und die Werkzeuge 4c, 4d gleiches bei einer anderen Werkstückverzahnung leistet.
Bei jedem der Anfaswerkzeuge 4a, 4b, 4c, 4d kann es sich um ein wie in 6 dargestelltes Werkzeug mit schneckenförmig angeordneten Zähnen 5 handeln. In 6 ist ein eingängiger Anfas-Wälzfräser 4 dargestellt, es sind jedoch auch mehrgängige Varianten denkbar. Allgemein ist es bevorzugt, wenn weniger als 8, insbesondere weniger als 6 Schneckengänge vorgesehen sind.
Gut erkennbar ist das im Axialschnitt des Werkzeugs 4 asymmetrische Zahnprofil. So sind die Zähne 5 mit einem deutlich asymmetrischen Profil versehen, und weisen eine bearbeitende Zahnflanke 6 und eine nicht bearbeitende Zahnflanke 7 auf. Der Anfasfräser 4 ist somit für eine reine Einflankenbearbeitung vorgesehen. In 8 wäre dann ein weiterer Anfas-Wälzfräser auf Werkzeugspindel 82 für die Bearbeitung der anderen Flanke des Werkstücks ausgelegt.
Das asymmetrische Zahnprofil des Anfas-Wälzfräsers 4 für ein Ausführungsbeispiel ist in 2 detaillierter dargestellt. Das Profil 8 der bearbeitenden Zahnflanke 6 ist in 2 in dem Teil a_p/2 der Axialteilung des Werkzeugs dargestellt. Ausgehend von der Krümmung im Fußbereich verläuft das Profil 8 in konkaver Weise, bis es nahe dem Übergang zum Teil der Axialteilung der nicht-schneidenden Zahnflanke a_p/1 vor Übergang in die Zahnkopfrundung einen Wendepunkt durchläuft. Man erkennt, dass der Profilverlauf 9 im Bereich der nicht-schneidenden Zahnflanke 7 zwischen Kopfrundung und Fußrundung deutlich steiler verläuft als das Profil 8 an der schneidenden Zahnflanke 6.
Für dieses Ausführungsbeispiel ist das Werkzeugprofil des Anfaswerkzeugs, das die spitze Kante des Werkstücks (beispielsweise schrägverzahnt mit Schrägungswinkel β zwischen 10° und 35°) bearbeitet, in 3 dargestellt. Auch hier ist eine deutliche Asymmetrie gut erkennbar, der Profilverlauf 8' an der schneidenden Zahnflanke verläuft deutlich weniger steil als der Profilverlauf 9' an der nicht-schneidenden Zahnflanke des Werkzeugs. Der Unterschied ist jedoch weniger stark ausgeprägt wie bei dem in 2 dargestellten Profilverlauf 8, 9 für die Bearbeitung der stumpfen Kante des Werkstücks.
Die Asymmetrien der Zahnprofile lassen sich als Quotienten aus den Verhältnissen (a_p/2:a_p/1) jeweils für die stumpfe und spitze Seite darstellen. Es wird bevorzugt, wenn der Quotient aus dem Verhältnis (a_p/2:a_p/1)_stumpf bei dem die stumpfe Kante anfasenden Werkzeugprofil und dem Verhältnis (a_p/2': a_p/1)_spitz, bei dem die spitze Kante anfasenden Werkzeugprofil größer ist als 1,1, bevorzugt als 1,25, insbesondere als 1,4 und/oder kleiner ist als 3,0, bevorzugt als 2,5, insbesondere als 2,0.
Die Relativlage des Bearbeitungseingriffs ist in schematischer Weise in 4 dargestellt, die Papierebene von 3 ist dabei die Radial-Axialebene und die Blickrichtung somit die Tangentialrichtung Y für das in 9 dargestellte Koordinatensystem.
Die Maschinenachseinstellungen für das Anfasen werden dabei so gewählt, dass der Anfas-Wälzfräser an seinem Kopfkreis bei tiefster radialer Zustellung (ΔX minimal) bei einem eingestellten Hobbing-Offset Angle HOA im Abstand der Fasenbreite b_F von der dem Werkzeug zugewandten Stirnseite des Werkstücks auf den Zahnfuß des Werkstücks 20 trifft. Als Zustellungs- und Vorschubachsen kommen dabei bevorzugt die Axialachse Z und die Radialachse X in Betracht. In einer bevorzugten Gestaltung wird die Z-Achsposition der Werkzeugmitte TCP auf die in 4 dargestellte Höhe (mit Abstand ΔZ von der Anfasebene) eingestellt und die Relativbewegung zwischen Werkzeug 4 und Werkstück 20 kann sich auf eine rein radiale Bewegung X beschränken. Es sind jedoch auch kombinierte XZ-Bewegungen denkbar.
In 5 ist eine bevorzugte Relativlage zwischen Werkzeug 4 und Werkstück (Zahnrad) 20 in der Tangential-/Axialebene dargestellt, die Blickrichtung ist hier die Radialrichtung X. In 5 ist zu erkennen, dass der Schwenkwinkel A auf Null eingestellt ist, als ein konkretes Ausführungsbeispiel, wie oben erläutert, für das Anfasen der spitzen Zahnkante des Werkstücks bei geringem Schwenkwinkel η.
Für das Anfasen der stumpfen Zahnkante des Werkstücks 20 wird dagegen ein deutlich von Null verschiedener Schwenkwinkel η als Einstellung für die Schwenkachse A bevorzugt. Zudem wird das Werkzeug 4, wie deutlich aus einem Vergleich der 4 und 5 hervorgeht, außermittig angeordnet, die die Werkzeugmitte TCP bzw. die Werkstückmitte PCP enthaltenden Ebenen orthogonal zur Tangentialrichtung Y sind um ΔY voneinander beabstandet.
Gegenüber dem in 10 dargestellten Fly-Cutter hat der in 7 dargestellte Anfas-Wälzfräser 4 einen deutlich größeren Bereich schneidender Kanten, aufgrund der Mehrzahl der Zähne pro Gang. Auch wenn nicht alle Zahnkanten in einer Bearbeitungsstellung bearbeitend wirken, kann durch Axialverschiebung bezüglich der Werkzeugachse der Bearbeitungsbereich entlang der Axialachse verschoben werden und somit immer neue noch unabgenutzte Schneidkanten zur Bearbeitung herangezogen werden, bevor das Anfaswerkzeug aufzubereiten oder auszutauschen ist. Es ergeben sich somit auch Vorteile in der Werkzeugstandzeit.
Der in 7 dargestellte Anfas-Wälzfräser bzw. auch die in den 2 und 3 dargestellten Werkzeugprofile sind auf das anzufasende Werkstück bei den vorgesehenen Bearbeitungsrelativlagen abgestimmt und somit werkstückgebunden. Der in 10 dargestellte Fly-Cutter 14 ist dagegen mit seiner symmetrischen Gestaltung der durch Wendeschneidplatten 15 gebildeten Schneidkanten werkstückungebunden einsetzbar, bei dessen Einsatz erfolgt die Bildung der Fase am Werkstück über gekoppelte Maschinenachsbewegungen, die je nach anzufasendem Werkstück individuell vorgenommen werden.
Bei einer Ausgestaltung des in 8 dargestellten Werkzeugkopfes 80' wird in einer Gestaltungsvariante eine Ausführungsform mit äußerst flexibler Anwendungsmöglichkeit geschaffen, indem zwei Anfas-Wälzfräser und zwei Fly-Cutter miteinander kombiniert werden. So kann beispielsweise eine größere Charge identischer Werkstücke, für die die Anfas-Wälzfräser ausgelegt sind, bearbeitet werden, zwischendurch jedoch auch nicht zu dieser Werkstück-Charge passenden Werkstücke angefast werden, indem die Fly-Cutter herangezogen werden. In einer anderen Gestaltungsvariante sind je 2 Anfaswerkzeuge für eine von zwei unterschiedlichen Werkstückverzahnungen vorgesehen.
In 11 ist die Anfasanordnung unter dem Aspekt der definierten Bezüge nochmals kurz erläutert. Dargestellt ist schematisch eine Montageeinheit 200 mit einem gemeinsamen Grundkörper 202, der vier Anfaswälzfräser 204a, 204b, 204c und 204d trägt. Die Abstände zwischen den einzelnen Anfaswerkzeugen sind definiert festgelegt und ändern sich im Gebrauch der Montageeinheit 200 nicht mehr. Die rechteckigen Kästen mit dem Bezugszeichen 206a, 206b, 206c und 206d deuten schematisch den definiert festgelegten Abstand zwischen einer Planfläche der Frässpindel 208 und der Axialposition des ersten vollen Zahns eines jeden Anfaswerkzeugs an, die Drehlagenposition dieses Zahns ist in diesem Ausführungsbeispiel jeweils gleich ausgerichtet. Sowohl diese Axialpositionen als auch die Drehlagenpositionen liegen abgespeichert vor und stehen einem Bediener einer Anfasmaschine bei Einsatz der Montageeinheit 200 zur Verfügung, um die Positionseinstellungen zur Anfasbearbeitung jedes einzelnen Anfaswerkzeugs der Montageeinheit 200 etwa wie oben erläutert vornehmen zu können.
Die Erfindung ist nicht auf die in den vorgenannten Ausführungsbeispielen dargestellten Merkmale und Einzelheiten eingeschränkt. Vielmehr können die Merkmale der nachstehenden Ansprüche und der voranstehenden Beschreibung einzeln und in Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1279127 A1 [0003]
DE 102009018405 A1 [0003]
EP 1495824 B1 [0004, 0036]
DE 102013015240 A1 [0004]
DE 102016004112 A1 [0005]

Claims

Anfasanordnung (110) zum schneidenden Anfasen von Werkstückverzahnungen, mit wenigstens vier jeweils eine Drehachse aufweisenden Anfaswerkzeugen (4, 104, 114), dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachsen aller Anfaswerkzeuge zusammenfallen.
Anfasanordnung nach Anspruch 1, bei der wenigstens vier der Anfaswerkzeuge drehfest miteinander gekoppelt sind.
Anfasanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Anfaswerkzeuge für ein Anfasen von wenigstens zwei jeweils voneinander verschiedenen Werkstückverzahnungen (204, 214) ausgelegte Anfaswerkzeuge (104a, 104b, 114a, 114b) umfassen.
Anfasanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Anfaswerkzeuge wenigstens zwei Anfaswerkzeuge umfassen, die für ein ohne zwischenzeitlichen Lagewechsel der zwei Stirnseiten einer Werkstückverzahnung sowie der anfasenden Profilseite des jeweils anfasenden Werkzeugs ausgeführtes Anfasen an jeweils unterschiedlicher Zahnflanke und Stirnseite im Einflankenverfahren ausgelegt sind, insbesondere identisch ausgebildet, aber in entgegengesetzter axialer Orientierung drehfest miteinander gekoppelt.
Anfasanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der wenigstens zwei, insbesondere wenigstens vier, insbesondere alle der Anfaswerkzeuge aufweisen eine schneckenförmige, pro Schneckengang mehrere Zähne (5) mit geometrisch bestimmter Schneide aufweisenden Verzahnung mit einem für eine Einflankenbearbeitung im abwälzenden Bearbeitungseingriff mit der Werkstückverzahnung (22) ausgelegten, im Axialschnitt des Werkzeugs gesehen asymmetrischen Zahnprofil (8, 9; 8', 9').
Anfasanordnung nach Anspruch 5, bei der wenigstens eines der Anfaswerkzeuge mit der schneckenförmigen Verzahnung eine axiale Länge (L) aufweist, die über eine wenigstens zwei Werkzeugzähne umfassende Eingriffslänge des Bearbeitungseingriffs hinausgeht, so dass bei einer Verschiebung des Werkzeugs entlang seiner Achse gleichkommenden Umpositionierung der Relativlage von Werkzeug und Werkstück wenigstens zum Teil andere Werkzeugzähne in Bearbeitungseingriff mit dem Werkstück kommen können, wobei die axiale Länge (L) wenigstens 50%, insbesondere wenigstens 100% über die Eingriffslänge hinausgeht.
Anfasanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der über die drehfeste Kopplung eine relative axiale Lage und/oder eine relative Drehlage bezüglich der gemeinsamen Drehachse für wenigstens zwei, insbesondere bevorzugt wenigstens vier, insbesondere alle Anfaswerkzeuge jeweils zwischen einem vorgegebenen Referenzzahn der Anfaswerkzeuge definiert festgelegt ist.
Anfaseinheit mit einer Anfasanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einer Steuereinrichtung zur Steuerung der Dreh- und Positionierachsen der Anfasanordnung.
Anfaseinheit nach Anspruch 8, mit einem motorischen Antrieb zum drehenden Antreiben der drehfest gekoppelten Anfaswerkzeuge.
Anfaseinheit nach Anspruch 8 oder 9, mit einem motorischen Antrieb zum Verschwenken der Drehachse der Anfaswerkzeuge bevorzugt um mehr als 220°, insbesondere um mehr als 240°.
Verzahnungsmaschine zum Bearbeiten und/oder Erzeugen von Verzahnungen an Werkstücken, mit einer Werkstückhalterung zur drehend angetriebenen Halterung des zu bearbeitenden Werkstücks, insbesondere auch eines wellenartigen Werkstücks, sowie einer Anfasanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Steuerprogramm für eine Anfaseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das, wenn auf der Steuereinrichtung selbiger ausgeführt, die Anfaseinheit ein Verfahren ausführen lässt, bei dem eine Werkstückverzahnung mit einem oder mehreren der Anfaswerkzeuge einer Anfasanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 schneidend angefast wird.
Steuerprogramm nach Anspruch 12, bei dem das Anfasen ein einflankiges Anfasen ist.
Steuerprogramm nach Anspruch 12 oder 13, das die Anfaseinheit ein Verfahren ausführen lässt, bei dem zwei voneinander verschiedene Werkstückverzahnungen insbesondere eines Werkstücks von wenigstens vier Anfaswerkzeugen einer Anfasanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 7 angefast werden.