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Verfahren zum Bearbeiten eines vorverzahnten Werkstückroh-
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lings mittels eines schneckenförmigen Werkzeuges im Abwälzverfahren
und Bearbeitungsmaschine zur Durchführung dieses Verfahrens Die vorliegende Erfindung
betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines vorverzahnten Werkstückrohlings mittels
eines schneckenförmigen Werkzeugs im Abwälzverfahren, wobei die Werkzeugspindel
und die Werkstückspindel mindestens während der Bearbeitung in einem starren Uebersetzungsverhältnis
gekuppelt sind. Solche Bearbeitungsverfahren mittels schneckenförmiger Abwälzfräser
oder Abwälz-Schleifschnecken sind bekannt. Hierbei besteht solange kein Bedürfnis
zu einer bestimmten Positionierung oder Ausrichtung des Werkstückrohlings auf seiner
Spindel bezüglich des Werkzeuges, als die Bearbeitung aus dem vollen rotationssymmetrischen
Rohling erfolgt. Neuerdings gewinnt das sogenannte Hartmetall- Schlichtwälzfräsen
an Bedeutung, bei welchem vorverzahnte Werkstücke in einem separaten Arbeitsgang
und in einer separaten Aufspannung - beispielsweise infolge einer vorangehenden
thermischen Behandlung - fertig bearbeitet werden. In diesem Falle muss eine genaue
Relation zwischen der Position des Werkstückrohlinges auf seiner Spindel und derjenigen
des nachträglich eingreifenden Werkzeuges sichergestellt werden. Das Problem einer
genauen Ausrichtung des Werkstücks stellt sich aber auch beim Fertigschleifen vorverzahnter
Werkstücke mittels Abwälz-Schleifschnecke.
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Das Ausrichten des vorverzahnten Werkstückes erfolgt bisher im allgemeinen
von Hand, indem bei stillstehender Maschine das Werkstück mit geeigneten Hilfsmitteln
auf seiner Spindel gerichtet und dann gespannt wird. Hierauf wird die Maschine zur
Bearbeitung in Betrieb gesetzt. Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde,
das Ausrichten des vorverzahnten Werkstückrohlings in den automatischen Arbeitszyklus
der Bearbeitungsmaschine miteinzubeziehen und damit ein bedienungsunabhängiges Arbeiten
zu gewährleisten. Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1
umschrieben.
Diese Lösung zeichnet sich auch insofern durch besondere
Einfachheit aus, als ohnehin vorhandene Einrichtungsteile weitgehend zum Ausrichten
des Werkstückes benützt werden können, nämlich die Werkzeugspindel sowie die automatische
Maschinensteuerung, vorzugsweise digitale Steuerung, mittels welcher die erforderlichen
Relativbewegungen zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug bzw. dem Richtorgan gemäss
einem starr vorgegebenen Programm ablaufen können.
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Eine besondere Aufgabe besteht darin, das Ausrichten bei laufender
Maschine bzw. laufender Werkstück- und Werkzeugspindel vorzunehmen. Damit wird ein
ganz besonders wirtschaftlicher Betrieb mit kurzen unproduktiven Zeiten zwischen
aufeinanderfolgenden Bearbeitungsvorgängen erreicht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird zum Ausrichten des vorverzahnten
Werkstückrohlings eine mit der Werkzeugspindel verbundene Schnecke gleicher Ganghöhe
wie das Werkzeug als Richtorgan in den Werkstückrohling eingerückt, und zwar bei
drehender Werkzeugspindel. Zugleich kann die Werkstückspindel mit einer etwas von
der Bearbeitungsdrehzahl abweichenden Drehzahl angetrieben werden, um den Einrückvorgang
zu erleichtern. Für den Fall, dass trotzdem beim Einrücken noch Schwierigkeiten
auftreten, kann die erfindungsgemässe Maschine vorzugsweise so ausgeführt werden,
dass das Richtorgan, insbesondere die soeben erwähnte Schnecke, radial elastisch
nachgiebig, aber axial und gegen Drehung gesichert auf der Werkzeugspindel angebracht
ist. Damit können Ueberbeanspruchungen oder gar Zerstörungen vermieden werden.
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Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert, die ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel darstellt.
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Figur 1 zeigt den Werkstückrohling, das Richtorgan und einen Abwälzfräser
in Seitenansicht und Figur 2 zeigt einen teilweisen Längsschnitt durch die Werkzeugspindel.
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Figur 1 zeigt einen vorverzãhnten Zahnradrohling 1, der auf einer
nicht dargestellten Werkstückspindel sitzt. Auf der Werkzeug spindel 2 sitzt ein
Abwälzfräser 3 üblicher Bauart mit schraubenförmig angeordneter Verzahnung. Auf
der Werkzeugspindel 2 ist ferner eine Richtschnecke 4 fest montiert, deren Ganghöhe
gleich derjenigen des Abwälzfräsers 3 ist. Figur 1 zeigt die Richtschnecke 4 im
Eingriff in die Verzahnung des Werkstückrohlings 1. Das Profil der Gänge der Schnecke
4 ist so gestaltet, dass es beim vollen Eingriff in die Verzahnung gemäss Figur
1 derart spielfrei eingreift, dass der Werkstückrohling 1 in ganz bestimmter Drehlage
ausgerichtet ist.
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Während Figur 1 die Elemente 3 und 4 mehr oder weniger schematisch
darstellt, zeigt Figur 2 weitere Einzelheiten des Aufbaus der Werkzeugspindel. Der
Fräser 3 ist in üblicher Weise mit der Werkzeugspindel 2 verkeilt. Dagegen weist
die Richtschnecke 4 eine zylindrische Bohrung 5 auf, deren Durchmesser den Aussendurchmesser
einer auf die Spindel 2 aufgesetzten Hülse 6 erheblich übersteigt. Die Schnecke
4 ist also mit radialem Spiel auf der Spindel 2 angeordnet. Einseitig weist die
Schnecke 4 eine kegelstumpfförmige Fläche 7 auf, gegen welche ein durch eine Druckfeder
8 belasteter Konus 9 angepresst wird. Zwischen dem Fräser 3 und der Schnecke 4 ist
auf der Spindel 2 eine Mitnehmerscheibe 10 verkeilt, die mit einer diametral verlaufenden
Nut 11 versehen ist. Zwischen die der Schnecke 4 zugewandte Stirnseite der Mitnehmerscheibe
10 und den Grund einer Ausnehmung 12 an der benachbarten Stirnseite der Schnecke
4 ist ein kardanischer Kupplungsring 13 eingesetzt. Er greift mit zwei Klauen 14,
von welchen in Figur 2 nur eine dargestellt ist, in die diametrale Nut 11 der Mitnehmerscheibe
10. Auf der anderen Seite und um je 900 versetzt, weist der Mitnehmerring Klauen
15 auf, die in eine diametrale Nut 16 am Grund der Ausnehmung 12 greifen. Damit
ist die Richtschnecke 4 gegen Relativdrehung auf der Spindel 2 gesichert und durch
den Anschlag gegen die Mitnehmerscheibe 10 in axial eindeutiger Position gehalten,
aber sie kann sich relativ zur Spindel 2 radial bewegen, indem sie den Konus 9
in
Figur 2 etwas nach links verdrängt. Der Zweck dieser Anordnung wird sogleich ersichtlich
sein.
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Wie bereits erwähnt, zeigt Figur 1 diejenige Phase des Arbeitszyklus
der Maschine, bei welchem die Richtschnecke 4 voll in den vorverzahnten Werkstückrohling
1 eingerückt ist.
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Der Werkstückrohling 1 sitzt hierbei lose auf der Werkstückspindel
bzw. in einer Werkstückzange. Die Werkzeugspindel 2 wird mit der Arbeitsdrehzahl
angetrieben, so dass die Schnekke 3 den Werkstückrohling 1 genau mit dessen Arbeitsdrehzahl
mitnimmt, da die Richtschnecke 4 genau die gleiche Ganghöhe aufweist wie der Fräser
3. Es wird angenommen, dass damit der Richtvorgang abgeschlossen sei, dass das Werkstück
auf seiner Spindel nun festgespannt sei und dass ausserdem die Drehzahlen der Werkstückspindel
und der Werkzeugspindel durch ein dazwischenliegendes Getriebe starr bestimmt seien.
In diesem Stadium wird nun die Richtstrecke 4 radial aus dem Werkstückrohling 1
ausgerückt, also in Figur 1 nach unten. Hierauf wird die Werkzeugspindel 2 axial
vorgeschoben, bis sich der Fräser 3 in Bearbeitungsstellung befindet. Dann erfolgt
die radiale Zustellung des Fräsers 3 zur Bearbeitung des Werkstückes. Diese Bewegungen
werden durch eine automatische Maschinensteuerung, insbesondere digitale Steuerung,
in eindeutiger Relation zum vorher erfolgten Richtvorgang durchgesteuert. Nach Beendigung
der Bearbeitung wird der Fräser radial ausgerückt, und es wird ein neuer Werkstückrohling
eingesetzt.
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Zugleich wird die Werkzeugspindel 2 nach rechts zurückgeschoben, um
die Richtstrecke 4 in den Bereich des Werkstückrohlings zu bringen. Das zwischen
der Werkzeugspindel 2 und der Werkstückspindel befindliche Getriebe ist umgeschaltet
worden, so dass die Werkstückspindel mit einer etwas von ihrer Arbeitsdrehzahl abweichenden
Drehzahl angetrieben wird. Der Werkstückrohling sitzt vorderhand ungespannt, lose,
aber spielarm auf seiner Spindel oder in seiner Zange. In diesem Zustande wird nun
die Richtschnecke 4 in die Verzahnung des Werkstückrohlings 1 eingerückt, bis sie
die in Figur 1 dargestellte Lage erreicht hat. Ergeben sich beim Einrücken Schwierigkeiten,
indem ein Gang der Richtschnecke direkt auf einen
Zahn des Werkstückrohlings
1 auftrifft, kann die Richtschnekke 4 auf der Werkzeugspindel 2 vorerst etwas radial
ausweichen, und da damit mit grösster Wahrscheinlichkeit auch eine gewisse Kippbewegung
der Richtschnecke verbunden ist, und weil ausserdem der Werkstückrohling von seiner
Spindel mit etwas abweichender Drehzahl angetrieben wird, erfolgt bald das Eingreifen
eines Ganges der Richtschnecke 4 in eine Zahnlücke des Werkstückrohlings 1. Nach
dem vollen Eingreifen der Richtschnecke 4 ist der Werkstückrohling in der erwähnten
Weise gerichtet. Er dreht nun auch wieder mit seiner Arbeitsdrehzahl. Nun erfolgt
die Umschaltung des Getriebes, so dass auch die Werkstückspindel mit der Arbeitsdrehzahl
angetrieben wird. Sodann erfolgt die Spannung des Werkstückrohlings auf seiner Spindel
in nach wie vor durch die voll eingreifende Richtschnecke 4 gerichteter Position.
Die Richtschnecke wird nun wieder ausgerückt, der Fräser vorgeschoben und eingerückt
und das Werkstück bearbeitet.
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Das Einrücken der Richtschnecke 4 kann auch anders als in radialer
Richtung erfolgen. Sie könnte beispielsweise in Richtung der Achse der Werkstückspindel,
also von der Stirnseite des Werkstückrohlings 1 her, eingerückt werden oder aber
sie könnte tangential in die Verzahnung des Rohlings eingeführt werden.
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Fräser der dargestellten Art werden vorzugsweise relativ lang ausgebildet,
damit der Fräser wegen der auftretenden Schneidekantenabnützung zwischen zwei oder
mehreren Arbeitszyklen sukzessive um einen vorgegebenen Betrag achsial verschoben
werden kann. Dieses Shiften des Werkzeuges würde eine Richtschnecke 4 entsprechender
Länge bzw. Windungszahl wie der Fräser erfordern. Es kann jedoch auch mit einer
kürzeren Richtschnecke gearbeitet werden, wie dies in Figur 1 angedeutet ist, wobei
allerdings die Maschinensteuerung den Ausgleich für die fehlende Länge bzw. Windungszahl
schaffen muss.
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Derartige Kompensationen sind jedoch mit modernen digitalen Steuerungen
ohne weiteres vorzunehmen.
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Die oben beschriebene bevorzugte Ausführungsform hat den besonderen
Vorteil, dass der Richtvorgang ohne jedes Stillsetzen von Maschinenteilen erfolgen
kann. Es wäre dagegen eine bezüglich mechanischem Aufwand erheblich einfachere Lösung
in dem Sinne denkbar, dass anstelle einer Richtschnecke 4 direkt die Schleifschnecke
bzw. bei in bestimmter Position stillstehender Werkstückspindel der Wälzfräser in
die Verzahnung des Rohlings 1 eingerückt würde, wobei dieses Einrücken wiederum
in radialer oder tangentialer Richtung oder von der Stirnseite her erfolgen kann.
Beim Einrücken des Werkzeuges sitzt wiederum der Werkstückrohling lose auf seiner
Spindel, wobei diese Spindel während des Richtvorganges angetrieben werden kann
oder nicht. Nach dem Einführen des Werkzeuges wird jedenfalls auch die Werkstückspindel
stillgesetzt, falls sie angetrieben worden war, und dann wird das Werkstück auf
seiner Spindel festgespannt. Hierauf kann sogleich die normale Nachbearbeitung beginnen.
Dieses Vorgehen kann allerdings zu Toleranzschwierigkeiten führen. Es kann also
erforderlich sein, das Werkzeug zum eigentlichen Richten mit einem bestimmten begrenzten
Druck radial in die Verzahnung einzudrükken und erst zu Beginn der Bearbeitung die
Werkzeugspindel endgültig in ihre Bearbeitungsposition zu bringen.