DE69712607T2

DE69712607T2 - Verfahren zum bearbeiten von zahnrädern während des teilens

Info

Publication number: DE69712607T2
Application number: DE69712607T
Authority: DE
Inventors: D. Mc Glasson; J. Stadtfeld; D. Yunker
Original assignee: Gleason Works
Current assignee: Gleason Works
Priority date: 1996-02-29
Filing date: 1997-02-12
Publication date: 2002-12-12
Anticipated expiration: 2017-02-13
Also published as: CN1211208A; EP0883460B1; JP3367678B2; ES2176693T3; US5800103A; KR100291167B1; CA2246714A1; KR19990082006A; BR9707799A; AU2120497A; CN1134319C; AU711471B2; EP0883460A1; WO1997031746A1; DE69712607D1; JP2000503602A; ATE217557T1; CA2246714C

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 auf ein Verfahren zum spanabhebenden Bearbeiten von Zahnrädern und dergleichen, insbesondere von Kegel- und Hypoidrädern (siehe z. B. EP-A-0 059 992), und im Speziellen richtet sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum spanabhebenden Bearbeiten, in welchem das Werkstück spanabhebend bearbeitet wird, während das Werkstück weitergeschaltet wird.

Hintergrund der Erfindung

Im Kontext dieser Beschreibung und ihrer Ansprüche, wird Bezug auf Kegelräder genommen. Dieser Verweis zielt darauf ab, Zahnräder, die im Allgemeinen eine konische Form aufweisen und auf sich überschneidenden Achsen arbeiten, zu umfassen, zielt aber auch weiters darauf ab, jene Zahnräder zu umfassen, die auf nicht parallelen, nicht überschneidenden Achsen arbeiten, so z. B. Hypoidräder.
Die Bildung von Kegelrädern durch nicht-generierende Prozesse, d. h. Prozesse, die keine Maschinenschlittenwalzen oder dergleichen verwenden und in welchen die Profilgestalt des Werkzeugs auf das Werkstück übertragen wird, kann durch eine Vielzahl verschiedener Verfahren ausgeführt werden, darunter auch das Stirnfräsen und Stirnabwälzfräsen.
Nichtgenerierendes Stirnabwälzfräsen umfasst Schneidklingen, die in Gruppen, gewöhnlicherweise in Paaren, um den Schneidkopf herum angeordnet sind. Das Stirnabwälzfräsen umfasst jede Gruppe von Schneidklingen, die durch einen Zahnschlitz geführt werden, wobei jede Klinge in der Gruppe einen vollständigen Schnitt entlang des Längsabschnitts des Zahnschlitzes ausführt. Der Vorgang des Stirnabwälzfräsens läuft so ab, dass mehr als eine Klinge zu einem beliebigen Zeitpunkt im Zahnschlitz vorhanden ist. Der Schneider und das Werkstück rotieren in einer zeitlich bestimmten Beziehung zu einander, wodurch ein kontinuierliches Weiterschalten des Werkstücks und eine kontinuierliche Bildung jedes Zahnschlitzes eines Zahnrades ermöglicht wird.
In nicht-generierenden Stirnabwälzfräsverfahren wird das Werkstück gegen eine Rotation gehalten, und das Schneidewerkzeug sticht bis zur vollen Tiefe in das Werkstück ein, um einen Zahnschlitz (d. h. einen Zahnfreiraum) auszubilden, wodurch einander gegenüberliegende Seiten angrenzender Zähne hergestellt werden. Nach einer kurzen Verweilzeit in voller Tiefe, um die Ausbildung des erwünschten Schlitzes zu gewährleisten, wird das Werkzeug aus dem Schlitz zurückgezogen, woraufhin das Werkstück durch Drehen des Werkstücks zur Position des nächsten Zahnschlitzes weitergeschaltet und der Schneidevorgang wiederholt wird. Es ist anzumerken, dass das Werkstück, das am häufigsten für nicht-generierende Schneidvorgänge verwendet wird, Schneidklingen umfasst, die in einem Kreis um einen Schneidkopf herum angeordnet sind, wobei die Schneidklingen in einer Linie ausgerichtet sind, wodurch ein Kreis aus den Spitzen der Schneidklingen gebildet wird, wenn sich das Werkzeug dreht.
Nach dem Schneidvorgang wird das stirngefräste Werkstück gewöhnlich wärmebehandelt und danach endbearbeitet, indem es geläppt oder geschliffen wird, obwohl in manchen Fällen auch Endschneidvorgänge zum Einsatz kommen.
Ein Verfahren des Schleifens von Kegelrädern wird mit einer allgemein schalenförmigen Schleifscheibe durchgeführt, wobei die Prozessstufen zu dem Stirnfräsen analog sind. Dieselben Prozessstufen laufen ab: die Schleifscheibe wird in einen Zahnschlitz eingestochen, verweilt darin über eine gewisse Zeitspanne, damit die Schleifscheibe alles Material entfernen oder "ausfunken" kann, die Schleifscheibe wird zurückgezogen und das Werkstück zum nächsten Zahnschlitz weitergeschaltet.
Die Zeit, die sowohl der Vorgang des Schneidens als auch jener des Schleifens beim Stirnfräsen erfordern, um das Werkstück zur nächsten Zahnschlitzanordnung weiterzuschalten, ist beträchtlich. Beim Schleifen schätzt man, dass die Zeit für das Weiterschalten etwa 30 bis 60% der Schleifzeit entspricht. Die Zeit für das Weiterschalten stellt eine Stillstandszeit dar, in welcher keine spanabhebende Bearbeitung erfolgt und somit die Produktion eines erwünschten Teils einer bestimmten Maschine zum Stillstand kommt, während weitergeschaltet wird. Betrachtet man die Zeit für das Weiterschalten insgesamt, etwa die Gesamtzeit, die während eines gesamten Tages, einer gesamten Woche oder eines Monats, etc. weitergeschaltet wird, so ist die Zeit, in welcher keine spanabhebende Bearbeitung erfolgt, beträchtlich, und damit auch die Kosten, die mit dieser nicht produktiven Zeit in Beziehung stehen.
Es ist aus diesem Grund ein Ziel dieser vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur spanabhebenden Bearbeitung bereit zu stellen, in welchem die spanabhebende Bearbeitung zugleich mit zumindest einem Teil des Weiterschaltens erfolgt, wodurch diese frühere Stillstandszeit produktiv verwendet werden kann und die Zykluszeit als auch Prozessqualität sich verbessern.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zum spanabhebenden Bearbeiten eines oder mehrerer Zahnschlitze in einem Werkstück mit der Gestalt eines Kegelrads mit einem allgemein schalenförmigen Werkzeug, das eine oder mehrere Material entfernende Oberflächen aufweist. Die Zahnschlitze umfassen einen Fußabschnitt mit einer Längskrümmung in der Form eines Kreisbogens.
Das Verfahren umfasst das Weiterschalten von Werkstücken durch das Drehen rund um eine Werkstück-Drehachse, um einen der Zahnschlitze in eine Bearbeitungsendposition zu führen. Gleichzeitig wird während zumindest eines Abschnitts des Weiterschaltens das Werkzeug so positioniert, dass es das Werkstück berührt, um mit dem spanabhebenden Bearbeiten des Schlitzes zu beginnen. Das Werkzeug wird in den Schlitz während des Weiterschaltens eingestochen, während das Werkzeug mit dem in Weiterschaltbewegung befindlichen Werkstück bewegt wird, um das im Schlitz positionierte Werkzeug zu halten. Die Vorschubbewegung des Werkzeugs und das Weiterschalten werden so lange fortgesetzt, bis die Bearbeitungsendposition erreicht ist.
Das Werkzeug kann entweder ein Schneidwerkzeug oder eine Schleifscheibe sein, und das Weiterschalten kann entweder intermittierend oder kontinuierlich verlaufen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt vereinfacht eine Maschine für die Ausführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 veranschaulicht grafisch die Position und Geschwindigkeit der Werkstückachse (W) während des Weiterschaltens in Einklang mit der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 stellt grafisch die Position und Geschwindigkeit der Werkzeugzufuhr-Achse (Z) während des Weiterschaltens in Einklang mit der vorliegenden Erfindung dar.
Fig. 4 zeigt graphisch die repräsentative Position und Geschwindigkeit der Maschinenachsen (X), (Y) und (B) während des Weiterschaltens gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5 ist eine grafische Abbildung einer alternativen Position und Geschwindigkeit der Werkstückachse (W) während des Weiterschaltens in Einklang mit der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Das vorliegende Verfahren der Erfindung kann auf jeder Maschine ausgeführt werden, die fähig ist, ein Werkzeug und ein Werkstück in Bezug zueinander entlang und/oder über drei zueinander normale Achsen zu positionieren. Eine bevorzugte Maschine zur Erzeugung von Kegelrädern, die das vorliegende Verfahren der Erfindung ausführt, ist in Fig. 1 dargestellt. Die Maschine ist vom Typ, der in US-A-4.981.402, an Krenzer et al. erteilt, offenbart ist, umfassend eine relative Linear- und Rotationsbewegung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück entlang und/oder um drei zueinander orthogonale Achsen, und verfügt über eine nummerische Computersteuerung (CNC).
Die ein Kegelrad erzeugende Maschine umfasst eine Basis 10 und einen auf der Basis 10 positionierten Werkzeug- und Werkstücksupport 12 bzw. 26. Der Werkzeugsupport 12 umfasst einen Werkzeugschlitten 14, der entlang der Breite (X-Achse) der Maschinenbasis 10 auf Schienen 16 beweglich ist, und einen Werkzeugkopf 18, der senkrecht (Y-Achse) auf die Maschinenbasis 10 auf Schienen 20 auf einem Schlitten 14 positioniert ist. Eine Werkzeugspindel 22 ist drehbar im Werkzeugkopf 18 positioniert, und ein Werkstück 24 ist entfernbar auf der Werkzeugspindel 22 für eine Drehung um die Werkzeugachse (T) montiert. In der Fig. 1 wird das Werkzeug 24 als eine allgemein schalenförmiges Schleifscheibe dargestellt, doch berücksichtigt die vorliegende Erfindung auch ein Werkzeug 24 des Schneidtyps umfassend eine Vielzahl von Schneidklingen.
Der Werkstücksupport 12 umfasst einen Aufspanntisch 28, der auf Schienen 30 entlang der Länge (Z-Achse) der Maschinenbasis 10 beweglich ist, und einen Arbeitskopf 32, der in einer Bogenbahn auf der Schiene 34 bewegt werden kann, um eine Drehung um eine Drehachse (B-Achse) vorzunehmen. Das Werkstück 36 ist entfernbar auf einer drehbaren Arbeitsspindel 38 montiert, die im Arbeitskopf 32 für eine Drehung des Werkstücks um eine Bearbeitungsachse (W) positioniert ist.
Die Werkzeugspindel 22, die Arbeitsspindel 38, der Arbeitskopf 32, der Tisch 28, der Werkzeugkopf 18 und der Schlitten 14 werden durch getrennte Antriebsmotoren (nicht gezeigt) in Bewegung gesetzt. Die oben angeführten Komponenten können eine von einander unabhängige Bewegung ausführen und können sich gleichzeitig miteinander bewegen. Jeder der jeweiligen Motoren ist mit einer Rückkopplungsvorrichtung verbunden, z. B. entweder einem linearen oder einem Dreh-Kodierer (nicht gezeigt) als Teil eines CNC-Systems, das den Betrieb der Antriebsmotoren in Einklang mit Eingabebefehlen an einen Computer (nicht gezeigt) steuert. Die Kodierer stellen Rückmeldungs- Information an den Computer bezüglich der tatsächlichen Positionen jeder der beweglichen Komponenten bereit. Maschinen, wie jene in Fig. 1 dargestellte, können ein Werkzeug in Bezug auf ein Werkstück in beinahe jeder Position innerhalb der Betriebsgrenzen der Maschine positionieren. Weiters sind diese Maschinen fähig, Komponenten entlang oder um lineare oder Rotationsachsen sehr schnell und genau zu positionieren.
In der spanabhebenden Bearbeitung von Kegelrädern mittels nicht-generierender Stirnabwälzfräsung war es bis dato allgemeine Praxis, das Werkstück in eine Position in Bezug auf das Werkzeug anzuordnen, so dass eine bestimmte Schlitzstelle auf dem Werkstück durch das Einstechen des Werkzeugs bis in eine spezifizierte Tiefe in das Werkstück bearbeitet wird. In dieser Vorgangsweise bildet die Profilgestalt der Material entfernenden Oberfläche (oder Oberflächen) des Werkzeugs einen Zahnschlitz mit derselben Profilgestalt wie das Werkzeug aus.
Um die korrekten Zahnoberflächen auf dem Werkstück auszubilden, folgt, dass ein korrekter Zahnschlitz ausgebildet werden muss. Die erwünschte Geometrie der Zahnoberflächen kann nur erzeugt werden, wenn sich die Werkzeugachse und die Werkstückachse zu einander in der richtigen Position befinden. Es gibt nur eine einzige und präzise Position für die Werkzeugachse, in welcher das Werkzeug in einer Position mit voller Tiefe im Werkstück den erwünschten, geometrisch korrekten Zahnschlitz ausbildet. In dieser Position ist der Spitzenabschnitt des Werkzeugs mit dem Fußabschnitt des erwünschten Zahns komplementär. Für nicht-generierende Stirnabwälzfräsvorgänge ist diese Bearbeitungsposition als "Einstech"-Position bekannt und wird z. B. in Position 1 der Fig. 1 dargestellt.
Nach dem Stand der Technik wird die obig beschriebene Einstechposition 1 vom Werkstück 36 angenommen. Das Werkzeug 24 wird daraufhin relativ in das Werkstück 36 in eine Position mit voller Tiefe vorgeschoben, um den erwünschten Zahnschlitz auszubilden. Daraufhin wird das Werkzeug 24 zurückgezogen, und das Werkstück 36 wird weitergeschaltet, um den nächsten Zahnschlitz von der Position 2 in dieselbe Bearbeitungsposition 1, die vom vorherigen Zahnschlitz belegt ist, gebracht, und der Zahnschlitz an der Position 3 würde demgemäß in die Position 2 weitergeschaltet werden. Das Werkzeug 24 wird daraufhin erneut in das Werkstück 36 eingestochen und zurückgezogen. Der Schlitz, der sich ursprünglich an der Position 3 befand, wird anschließend in die Bearbeitungsposition 1 weitergeschaltet, und die Bearbeitung beginnt erneut. Der Vorgang des Weiterschaltens, Bearbeitens und Rückziehens wird wiederholt, bis alle Zahnschlitze auf dem Werkstück ausgebildet sind.
Nach dem Stand der Technik war die Zeit, die für das Weiterschalten aufgewendet wurde, beträchtlich. Während des Weiterschaltens erfolgte keine spanabhebende Bearbeitung, und diese Stillstandszeit ist nicht produktiv. Die Erfinder haben nun herausgefunden, dass die unproduktive Weiterschaltzeit enorm reduziert werden kann, indem der Bearbeitungsvorgang während des tatsächlichen Weiterschaltens des Werkstücks einsetzt.
Wie bereits zuvor ausgeführt, gibt es nur eine Position der Werkzeugachse relativ zum beabsichtigten zu bearbeitenden Zahnschlitz im Werkstück, die das korrekte Zahnschlitzprofil in der vollen Tiefe ausführt. Die Erfinder haben jedoch entdeckt, dass ein anfänglicher Kontakt und ein Vorschieben des Werkzeug mit Bezug auf das Werkstück erfolgen können, wenn das Werkstück in die "Einstechposition" 1, wie dies in Fig. 1 ersichtlich ist, weitergeschaltet wird. Da im Kontext der vorliegenden Erfindung das spanabhebende Bearbeiten vor dem Einnehmen der "Einstechposition" erfolgt, wird die Position 1 hierin nachfolgend passender als "Endbearbeitungsposition" bezeichnet. Es ist jedoch zu verstehen, dass die relative Positionierung des Werkzeugs und Werkstücks in der Endbearbeitungsposition gleich der relativen Position in der "Einstechposition" ist.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass ein Beginnen des Vorschiebens des Werkzeugs vor dem Erreichen der Endbearbeitungsposition 1 die Stillstandszeit verkürzt, wodurch der Bearbeitungsprozess produktiver wird, wobei ebenfalls die Fähigkeit zur Verkürzung der Zeit, die für eine spanabhebende Bearbeitung des Werkstücks erforderlich ist, bereit gestellt wird. Diese verkürzte Zykluszeit resultiert aus der Verkürzung des Weiterschaltwegs, der für das Werkstück zwischen Werkzeugkontakt mit nachfolgender Ausbildung von Zahnschlitzen erforderlich ist, d. h. die Länge des Weiterschaltwegs des Werkstücks, während es nicht mit dem Werkzeug in Kontakt steht, wird verkürzt.
In der Praxis wird das Werkzeug 24, wenn die Drehung des Werkstücks 36 einsetzt, um eine Positionierung des Zahnschlitzes weiterzuschalten, so etwa von Position 2 in die Endbearbeitungsposition 1, relativ entlang oder um eine oder mehrere geeignete Maschinenachsen bewegt, um das Werkzeug an einem Punkt entlang des Weiterschaltwegs zum Werkstück 36 hin und in Kontakt mit diesem zu bewegen. Wird das Weiterschalten des Werkstücks fortgesetzt, wird das Werkzeug in das Werkstück vorgeschoben, während es gleichzeitig dem rotierenden Werkstück in Bewegungen entlang einer oder mehrerer der X-, Y- und B-Achsen folgt, um den Mittelpunkt des Werkzeugs in einer Bewegung in Bezug auf den Mittelpunkt des Zahnschlitzes konstant zu erhalten, um auf diese Weise die erwünschte Materialentfernung auszuführen, ohne die Endgestalt des Zahnschlitzes, welche in der Endbearbeitungsposition hergestellt wird, zu verletzen.
Ist die Endbearbeitungsposition 1 erreicht, gibt es zwei Verfahren, denen gefolgt werden kann. Das erste Verfahren umfasst, dass das Weiterschalten des Werkstücks unterbrochen wird und das Werkzeug nach einem zusätzlichen Vorschub, der für das Erreichen einer Position mit voller Tiefe im Zahnschlitz erforderlich ist, vorzugsweise für eine vorbestimmte Zeitspanne im Zahnschlitz verweilen darf, um zu gewährleisten, dass alles Material aus dem Schlitz entfernt wird. Das Werkzeug wird daraufhin zurückgezogen, und das Weiterschalten des Werkstücks wird erneut begonnen, wobei das Werkzeug über die lineare und Drehachse repositioniert wird, um das Werkstück an der nächsten Zahnschlitzpositionierung zu berühren, während weitergeschaltet wird, wie dies oben bereits ausgeführt wurde. Mit diesem Verfahren wird die Bearbeitungszeit, die für das Werkstück erforderlich ist, verkürzt, da ein Abschnitt des Weiterschaltens in die tatsächliche Bearbeitungszeit aufgenommen wird.
Ein Beispiel für das oben beschriebene Verfahren für das spanabhebende Bearbeiten eines Zahnschlitzes wird in den Fig. 2, 3 und 4 grafisch veranschaulicht, welche die Position und Geschwindigkeit in Einheiten von der Größenordnung der angezeigten Maschinenachsen relativ auf die Zeiteinheiten darstellen. Für die erste Zeiteinheit ist die einzige Achse in Bewegung die Vorschubachse (Z), wie in Fig. 3 ersichtlich, die sich in die negative Richtung bewegt, um das Werkzeug aus einem bearbeiteten Zahnschlitz zurückzuziehen. Sobald das Zurückziehen des Werkzeugs aus dem Zahnschlitz beginnt, setzt die Bewegung der Werkstückachse (W), wie in Fig. 2 dargestellt, und der verbleibenden Maschinenbewegungsachsen (X), (Y) und (B), die in der Fig. 4 veranschaulicht sind, ein, um das Weiterschalten zu beginnen, wie dies durch die ansteigende Geschwindigkeits- und Positionswerte des Werkstücks in Fig. 2 dargestellt ist, und das Werkzeug (Fig. 4) für den Kontakt mit dem nächsten Zahnschlitz zu repositionieren, während es zur Endbearbeitungsposition 1 hin, wie in Fig. 1 abgebildet, weitergeschaltet wird. Klarerweise ist zu verstehen, dass für das Weiterschalten und Repositionieren das Werkzeug ausreichend zurückgezogen werden muss, um einen adäquaten Abstand zwischen dem Werkzeug und den Flankenflächen der Zähne zu erlauben, damit eine Behinderung verhindert wird, wenn die Bewegung des Weiterschaltens und Repositionierens einsetzt.
Betrachtet man die Fig. 2, so ist erkennbar, dass die Geschwindigkeit des Weiterschaltens des Werkstück konstant bleibt, was eine konstante Drehänderung (positive Neigung) in der Werkstückposition ergibt, bis die Endbearbeitungsposition bei etwa 10 Zeiteinheiten erreicht wird, in welcher eine Verlangsamung der Drehgeschwindigkeit ausgemacht wird wie auch ein Einpendeln in der Änderung der Drehposition des Werkstücks (d. h. das Weiterschalten des Werkstücks wird unterbrochen).
Während das Werkstück in einer konstanten Geschwindigkeit, wie in Fig. 2 dargestellt, weitergeschaltet wird, wird die Vorschubachse Z (Fig. 3) vor zwei Zeiteinheiten zurückgezogen. Es kann eine kurze Unterbrechung der Vorschubbewegung auftreten, während andere Maschinenachsen repositioniert werden (Fig. 4), und danach bewegt sich das Werkzeug fort, zuerst schnell, wie dies durch den Anstieg in der Geschwindigkeit gezeigt wird, und danach verlangsamt, nachdem es das Werkstück bei etwa 4 Zeiteinheiten berührt hat, auf eine konstante Geschwindigkeit und einen begleitenden gleichmäßigen Vorschub, bis die Endbearbeitungsposition schließlich bei etwa 10 Zeiteinheiten erreicht wird. Die in Fig. 4 abgebildeten verbleibenden Maschinenachsen werden schnell repositioniert, was in der steilen Neigung sowohl der Position als auch der Geschwindigkeit von etwa 1 Zeiteinheit bis etwa 4 Zeiteinheiten erkennbar ist, und danach zeigen die Achsen eine stetige Änderung sowohl in der Position als auch in der Geschwindigkeit, da dieser Abschnitt der Fig. 4 das konstante Repositionieren des Werkzeug darstellt, das für das Folgen des Weiterschaltens des Werkstücks erforderlich ist.
Fig. 5 illustriert eine Alternative zum stetigen Weiterschalten der Fig. 2. Nach dem Zurückziehen des Werkzeugs, steigt die Weiterschaltgeschwindigkeit rasch an und so auch die begleitende Positionsänderung zum Werkstück. In dieser Weise erfolgt der Großteil des Weiterschaltens vor dem Kontakt mit dem Werkzeug bei etwa 4 Zeiteinheiten, zu welchem Zeitpunkt eine stetige Änderung in Geschwindigkeit und Position einsetzt und bis zur Endbearbeitungsposition bei etwa 10 Zeiteinheiten fortgesetzt wird. Die Änderungen der Z-Achse und der X-, Y- und B-Achsen, die das Weiterschalten begleiten, sind im Wesentlichen dieselben wie jene in den Fig. 3 und 4 veranschaulichten.
Das zweite Verfahren, das ausgeführt werden kann, nachdem das Werkzeug und das Werkstück ihre Endbearbeitungsposition 1 erreicht haben, umfasst ein unmittelbares Zurückziehen des Werkzeugs, während sich das Weiterschalten des Werkstücks fortsetzt, gefolgt von einem raschen Repositionieren des Werkzeugs über die Maschinenachsen, um das Werkstück an der nächsten Zahnschlitzposition zu berühren, bevor die bestimmte Schlitzposition, wie bereits ausgeführt, die Endbearbeitungsposition 1 erreicht. Natürlich ist mit diesem Verfahren zu verstehen, dass der Vorschub des Werkzeugs in eine volle Tiefe gemeinsam mit dem Erreichen des Werkzeugs und des Werkstücks an der Bearbeitungsposition 1 abgeschlossen wird, da das Zurückziehen des Werkzeugs unmittelbar ausgeführt und das Werkstück weitergeschaltet wird. Somit gibt es im Wesentlichen keine Möglichkeit für einen weiteren Vorschub des Werkzeugs, wenn die Endbearbeitungsposition 1 erreicht ist. Mit diesem kontinuierlichen Verfahren erfolgt eine spanabhebende Bearbeitung des Werkstücks schneller als im obigen ersten Verfahren, wobei die Zeit für das Bearbeiten eines Werkstücks etwa um die Hälfte der Zeit verkürzt werden kann, die für ein Bearbeiten nach dem Stand der Technik notwendig ist.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass mit dem anfänglichen Kontakt des Werkzeugs und dem Einstechen vor der Endbearbeitungsposition die großen Kräfte beim anfänglichen spanabhebenden Bearbeiten aufgewendet werden, während das Werkstück sich dreht (weitergeschaltet wird), und nicht in der Endbearbeitungsposition auftreten. Angesichts dessen können Fehler in der Arbeitsposition, so etwa ein Ausweichen der Arbeitsspindel oder ein Totgang aufgrund großer Drehmomentbelastung, gemessen und durch die Computersteuerung korrigiert werden, bevor der Zahnschlitz die Endbearbeitungsposition erreicht, wodurch das schwierigere Verfahren des Messens und Korrigierens von Positionsfehlern während der Unterbrechung der Rotation des Werkstücks vermieden wird. Ist die Endbearbeitungsposition erreicht, ist die Masse an Material vom Zahnschlitz entfernt und somit sind die Bearbeitungskräfte beträchtlich geringer, wodurch der Antriebsmechanismus der Arbeitsspindel das Werkstück genau in die Endbearbeitungsposition positionieren kann, was sowohl die Zahngeometrie als auch die Genauigkeit der Zwischenräume verbessert.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Bewegung des Werkzeugs für das Halten seiner Position bezüglich des drehenden Werkstücks, während das Weiterschalten und das spanabhebende Bearbeiten gleichzeitig stattfinden, eine Änderung in der Winkelposition des Werkzeugs in Bezug auf die Flanken der Zähne, die spanabhebend bearbeitet werden, verursacht wird. Diese Bewegung führt eine Art Wälzbewegung ein, was so zu verstehen ist, dass dies die Form der Zahnflanken, die erzeugt werden, generiert. Der Grund für diese Wälzbewegung liegt darin, dass der Beginn des spanabhebenden Bearbeitens unterhalb oder oberhalb der exakten Einstechposition (d. h. Bearbeitungsposition 1) erfolgt. Durch diese Wälzbewegung ist der Kontakt zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück auf eine oder mehrere elliptische Flächen beschränkt und findet nicht in der gesamten Flankenfläche statt. Diese Art des Kontakts reduziert den Brand während der Schleifvorgänge.
Die vorliegende Erfindung kann auch zur Verringerung des Werkzeugverschleißes wirksam sein. In vielen Zahnrädern sind ungleiche Druckwinkel auf gegenüber liegenden Oberflächen weit verbreitet. In nicht-generierenden Stirnabwälzfräsverfahren umfassen die Druckwinkel der gegenüberliegenden Seiten des Werkzeugs auch ungleiche Druckwinkel. In dieser Situation mit Einstechverfahren nach dem Stand der Technik wurde ungleichmäßiger Werkzeugverschleiß aufgrund ungleicher Druckwinkel der Werkzeugseiten beobachtet. Die vorliegende Erfindung ermöglicht, dass Werkzeugverschleiß aufgrund ungleicher Druckwinkel verringert wird, indem die Drehrichtung des Werkzeug während des Weiterschaltens umgekehrt werden kann, wodurch der Verschleiß auf dem Werkzeug ausgeglichen wird. So zeigt z. B. Fig. 1 eine Drehung des Werkstücks 36 im Uhrzeigersinn, wenn die Schlitzposition 2 in die Endbearbeitungsposition 1 weitergeschaltet wird. Mit der vorliegenden Erfindung könnte die Richtung des Weiterschaltens des Werkstücks 36 auch in die Richtung gegen den Uhrzeigersinn erfolgen. Das Werkzeug 24 berührt das Werkstück 36 in einer Position oberhalb der Endbearbeitungsposition 1 und folgt der Richtung des Werkstücks gegen den Uhrzeigersinn zur Endbearbeitungsposition 1.
Während des Einstechens und Vorschiebens ist die Ebene, die den kreisförmigen Weg der Werkzeugspitzen enthält, im Wesentlichen nicht parallel zum Abschnitt des Zahnfußes, wie dies normalerweise bei Erreichen der Endbearbeitungsposition 1 der Fall ist. Da das Werkstück und das Werkzeug jedoch sich in die Endbearbeitungsposition 1 bewegen, ändert sich ihre relative Position, so dass in dem Moment, in dem die Endbearbeitungsposition erreicht wird, das Werkzeug und das Werkstück sich in den geeigneten Positionen befinden, um diese Bedingung zu erfüllen. Falls erwünscht, kann eine zusätzliche Einstellung der Drehachse (B) erfolgen, um den Kreis der Werkzeugspitze im Wesentlichen während des gesamten Vorschubs des Werkzeugs parallel zu halten.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, das Berühren des Werkzeugs mit einer Zahnschlitzposition in einer Weiterschaltposition während der Drehung des Werkstücks zu umfassen. Mit Bezug auf die Fig. 1 kann das Werkzeug eine Zahnschlitzposition vor oder gleichzeitig mit Beginn des Weiterschaltens berühren. Auf diese Weise berührt das Werkzeug 24 das Werkstück 36 in der Position 2, und das Weiterschalten setzt ein, wenn das Werkzeug 24 der Drehung des Werkstücks 36 in die Endbearbeitungsposition 1 folgt. In einem anderen und noch bevorzugteren Beispiel beginnt das Weiterschalten des Werkstücks 36 unmittelbar, wenn das Werkzeug 24 von einem endbearbeiteten Zahnschlitz in der Position 1 zurückgezogen wird, und gleichzeitig wird das Werkzeug repositioniert, um den nächsten Zahnschlitz in einer Weiterschaltposition zwischen den Positionen 2 und 1 zu berühren und danach der Drehung des Werkstücks in die Endbearbeitungsposition 1 zu folgen. Natürlich wird letzterem dieser Beispiele gefolgt, wenn ein kontinuierliches Verfahren, wie das eben beschriebene, verwendet wird. Es ist ebenfalls zu verstehen, dass der Kontakt mit dem Werkstück auch an einer Zahnschlitzposition erfolgen könnte, in welcher der berührte Zahnschlitz nicht der benachbarte Zahnschlitz ist. So kann z. B. in Fig. 1 das Werkzeug so bewegt werden, dass es den in Position 3 gezeigten Schlitz in jeder der vorab beschriebenen Weise berührt, nachdem der Schlitz in der Position 1 endbearbeitet wurde.
Falls erwünscht, können zusätzliche relative Bewegungen zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück gleichzeitig mit dem Weiterschalten ausgeführt werden, um die Geometrie der Zahnoberfläche zu modifizieren und andere Zahnoberflächen zu erzeugen als jene, die zur Profilform des Werkzeugs komplementär sind. Auch können zusätzliche relative Bewegungen zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück ausgeführt werden, nachdem die Endbearbeitungsposition erreicht wurde, um die Zahngeometrie durch Modifizierung der mit dem Werkzeug komplementären oder "Einstech"-Form des Zahnschlitzes zu ändern.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit nicht-generierenden Stirnabwälzfräsverfahren beschrieben wurde, erweist sich das Konzept der Erfindung auch in generierenden Stirnabwälzfräsverfahren als vorteilhaft. In generierenden Verfahren wird ein rotierendes Werkzeug in das Werkstück bis zu einer vorbestimmten Tiefe vorgeschoben. Ist diese Tiefe erreicht, führen das Werkzeug und das Werkstück gemeinsam eine Wälzbewegung (d. h. eine generierende Wälzung) entlang eines Weges durch, der die Rotation des Werkstücks in Eingriff mit einer theoretischen generierenden Zahnraddrehung um eine genierende Zahnradachse emuliert, welche sich durch die Material entfernenden Oberflächen des Werkzeugs manifestiert. Die Profilgestalt des Zahns wird durch die relative Bewegung des Werkzeugs und des Werkstücks während des generierenden Wälzens ausgebildet. Dieser Vorgang wird für jeden Zahnschlitz auf dem Werkstück wiederholt.
In allen generierenden Stirnabwälzfräsverfahren ist es erforderlich, eine getrennte Weiterschaltstufe vorzusehen, wenn ein Werkstück für das Generieren jedes Zahnschlitzes positioniert wird. Bei den vorab beschriebenen Stirnabwälzfräsverfahren nach dem Stand der Technik erfolgt während des Weiterschaltens keine spanabhebende Bearbeitung und somit wird Bearbeitungszeit vergeudet. Indem das vorliegende Verfahren der Erfindung eine Anwendung findet, wird das Werkzeug während des Weiterschaltens bis in eine volle Tiefe in den Schlitz vorgeschoben, wodurch die bis dato getrennten Stufen des Weiterschaltens und Vorschiebens in einer Stufe vereinigt werden. Mit diesem Verfahren werden Zykluszeit und Stillstandszeit der Maschine verkürzt.

Claims

1. Verfahren zur spanabhebenden Bearbeitung eines oder mehrerer Zahnschlitze in einem Werkstück (36) mit der Gestalt eines Kegelrads mit einem allgemein schalenförmigen Werkzeug (24), das eine oder mehrere Material entfernende Oberflächen aufweist, wobei das Verfahren umfasst:

das Weiterschalten des Werkstücks durch Drehung um eine Werkstück-Rotationsachse (W), um einen der Zahnschlitze in eine Bearbeitungsendposition zu bringen, dadurch gekennzeichnet, dass

gleichzeitig mit zumindest einem Abschnitt des Weiterschaltens das Werkzeug so positioniert wird, dass es das Werkstück berührt, um mit der Bearbeitung des Schlitzes zu beginnen.

2. Verfahren nach Anspruch 2, weiters umfassend den Schritt der Vorschubbewegung des Werkzeugs während des Weiterschaltens, während das Werkzeug mit dem in Weiterschaltbewegung befindlichen Werkstück bewegt wird, um das Werkzeug im Schlitz angeordnet zu belassen, wobei die Vorschubbewegung, das Bewegen des Werkzeugs und das Weiterschalten zumindest so lange fortgesetzt werden, bis die Bearbeitungsendposition erreicht ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, worin zumindest eines aus der Vorschubbewegung, dem Bewegen des Werkzeugs und dem Weiterschalten fortgesetzt wird, nachdem die Bearbeitungsendposition erreicht worden ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2, weiters folgende Schritte umfassend: das Zurückziehen des Werkzeugs in Bezug auf den Schlitz aus diesem heraus, und das Wiederholen der Schritte des Weiterschaltens, des Anordnens, des In-Kontakt- Bringens, der Vorschubbewegung, des Bewegens und des Zurückziehens für aufeinanderfolgende Zanschlitze des Werkstücks.

5. Verfahren nach Anspruch 4, worin das Weiterschalten des Werkstücks kontinuierlich erfolgt und das Werkzeug in Bezug auf den Schlitz aus diesem heraus zurückgezogen wird, unmittelbar nachdem die Fertigbearbeitung erreicht ist.

6. Verfahren nach Anspruch 4, worin das Weiterschalten des Arbeitsstücks intermittierend erfolgt, wodurch nach dem Erreichen der Bearbeitungsendposition die Rotation des Werkstücks unterbrochen wird und das Werkzeug für eine vorbestimmte Zeitspanne im Schlitz verbleibt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, worin nach dem Erreichen der Bearbeitungsendposition das Werkzeug weiter in den Schlitz in eine Position voller Tiefe vorgeschoben wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Werkzeug und das Werkstück in Bezug auf einander linear entlang von drei zueinander senkrechten Achsen und im Winkel um eine Schwenkachse beweglich sind.

9. Verfahren zur spanabhebenden Bearbeitung eines oder mehrerer Zahnschlitze in einem Werkstück mit Gestalt eines Kegelrads mit einem allgemein schalenförmigen Werkzeug, das eine oder mehrere Material entfernende Oberflächen aufweist, wobei das Verfahren umfasst:

das Weiterschalten des Werkstücks durch intermittierende Drehung um eine Werkstück- Rotationsachse, um einzelne Zahnschlitze der Reihe nach in eine Bearbeitungsendposition zu bringen,

das Anordnen des Werkzeugs gleichzeitig mit zumindest einem Abschnitt des Weiterschaltens, so dass es das Werkstück berührt, um mit der Bearbeitung eines solchen in Position gebrachten Schlitzes zu beginnen,

die Vorschubbewegung des Werkzeugs während des Weiterschaltens, während das Werkzeug mit dem in Weiterschaltbewegung befindlichen Werkstück bewegt wird, um das Werkzeug im Schlitz angeordnet zu halten, wobei die Vorschubbewegung, das Bewegen des Werkzeugs und das Weiterschalten zumindest so lange fortgesetzt werden, bis die Bearbeitungsendposition erreicht ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, weiters folgende Schritte umfassend:

das Zurückziehen des Werkzeugs in Bezug auf den Schlitz aus diesem heraus, und

das Wiederholen der Schritte des Weiterschaltens, des Anordnens, des In-Kontakt- Bringens, der Vorschubbewegung, des Bewegens und des Zurückziehens für aufeinanderfolgende Zahnschlitze des Werkstücks.

11. Verfahren nach Anspruch 9, worin nach dem Erreichen der Bearbeitungsendposition das Werkzeug weiter in den Schlitz in eine Position voller Tiefe vorgeschoben wird.

12. Verfahren nach einem der vorangegangenen Abschnitte, worin das Werkzeug ein Schneidwerkzeug ist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, worin das Werkzeug eine Schleifscheibe ist.