DE69901004T2

DE69901004T2 - Verfahren und vorrichtung zur bearbeitung von vorbearbeiteten, verzahnten werkstücken wie zahnräder

Info

Publication number: DE69901004T2
Application number: DE69901004T
Authority: DE
Inventors: Armin Feisel
Original assignee: Reishauer AG
Current assignee: Reishauer AG
Priority date: 1998-12-14
Filing date: 1999-12-08
Publication date: 2002-10-17
Anticipated expiration: 2019-12-09
Also published as: JP4475817B2; EP1146983B1; KR20010103714A; CZ20012132A3; CN1330579A; WO2000035621A1; EP1146983A1; TW434072B; ATE213984T1; RU2212315C2; EP1146983B8; CZ296988B6; BR9916112A; DE69901004D1; JP2002532265A; CN1121921C; US6565418B1; DE19857592A1; KR100660765B1; DE69901004C5

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Maschine zur Bearbeitung von vorverzahnten Werkstücken gemäss Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 3. Das Verfahren und die Vorrichtung lassen sich insbesondere für Zahnräder verwenden.
Im gesamten Bereich der Technik werden verzahnte Werkstücke gebraucht. In vielen Fällen werden die Verzahnungen vorbearbeitet und nach einer Wärmebehandlung durch z. B. Schleifen fertigbearbeitet. Bei automatisierter Bearbeitung besteht das Problem, die vorbearbeitete Zahnlücke zu finden, um kollisionsfrei mit dem Fertigbearbeitungswerkzeug, in der Regel eine Schleifscheibe oder eine Schleifschnecke, in dieselbe eintauchen zu können. Bei bisherigen Maschinen, welche nur eine einzige das Werkstück aufnehmende Spindel aufweisen, ist diese Aufgabe mit bekannten Mitteln gelöst, z. B. Abtastung des Verzahnungsaussendurchmessers mittels induktivem Sensor. Während dieser sogenannten Einzentrieroperation dreht die Werkstückspindel mit im allgemeinen gegenüber der Bearbeitung reduzierter Drehzahl, um die Istpositionen aller oder zumindest mehrerer Zahnflanken, und zwar rechte wie linke Zahnflanke, zu messen. In einem anschliessenden Auswerteprozess wird der Mittelwert der Istpositionen gebildet, um in Umfangsrichtung variierende Aufmassabweichungen oder Härteverzüge auszugleichen. Diese so ermittelte Position wird als Sollposition der Steuerung vorgegeben, um mit der Schleifscheibe in die Mitte der zu bearbeitenden Zahnlücke einzutauchen. Danach kann erst der eigentliche Bearbeitungprozess aufgenommen werden.
DE-A-3'615'365 offenbart eine Fertigungsmaschine, welche ebenfalls nur eine Spindel zum Aufspannen des Werkstückes aufweist. Die Zentrierung erfolgt nur für das erste Werkstück einer Serie.
Bei Maschinen, die nach dem kontinuierlichen Wälzschleifprinzip arbeiten, muss die Werkstückspindel vor dem Eintauchen der Schleifschnecke in die Zahnlücken des Werkstückes zuerst noch auf Bearbeitungsdrehzahl beschleunigt und entsprechend der Winkellage der Schleifspindel synchronisiert werden, bevor mit der Bearbeitung begonnen werden kann.
Alle diese Einzelprozesse, nämlich Werkstückwechsel, Messen der Zahnflankenpositionen, Berechnung der Mittelwerte, Verdrehen des Werkstückes in die Sollposition und Beschleunigen auf Bearbeitungsdrehzahl, sind unproduktive Nebenzeiten, welche die geschliffenen Werkstücke verteuern.
Zum Schleifen der Verzahnung von Zahnrädern im kontinuierlichen Wälzschleifen sind Schleifmaschinen mit einer Vielzahl von NC-Achsen erforderlich. Das Abrichten der Schleifschnecke erfordert bei herkömmlichen Abrichtgeräten noch eine Anzahl zusätzlicher Abricht-NC-Achsen. Eine Reduktion der Anzahl Achsen reduziert den Herstellpreis und damit den Amortisationsaufwand, welcher auf die geschliffenen Werkstücke abgewälzt werden muss.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kosten der Feinbearbeitung von vorverzahnten Werkstücken zu reduzieren.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Bearbeitung von vorverzahnten Werkstücken, auf einer Feinbearbeitungssmaschine, die einen Maschinenständer, einen auf dem Maschinenständer beweglichen ersten Schlitten, eine auf dem ersten Schlitten angeordnete Werkzeugspindel zum Aufspannen eines Feinbearbeitungswerkeuges, einen am Maschinenständer beweglich gelagerten Träger, der in mindestens zwei Stellungen bewegbar ist, mindestens zwei Werkstückspindeln, die auf dem Träger drehbar gelagert und durch je einen Motor angetrieben sind, und mindestens eine Einzentriersonde umfasst, wobei die zum kollisionsfreien Eintauchen des Werkzeuges in die Zahnlücken des Werkstücks notwendige Einzentrieroperation an einem auf der einen Werkstückspindel neu aufgesetzten Rohling erfolgt, bevor der Träger in eine Stellung gelangt, in welcher dieser Rohling in Eingriff mit dem Werkzeug gebracht ist.
In einem anderen Aspekt wird diese Aufgabe erzielt durch eine Maschine zur Bearbeitung von vorverzahnten Werkstücken, umfassend einen Maschinenständer, eine um eine erste Achse drehbare und mittels eines ersten Motors antreibbare Werkzeugspindel zum Aufspannen eines Feinbearbeitungswerkzeuges, einen mittels eines zweiten Motors in mindestens zwei Stellungen bewegbaren Träger, mindestens zwei im Abstand voneinander auf dem Träger um zweite Achsen drehbar gelagerte Werkstückspindeln zum Aufspannen eines Werkstücks mit je einem dritten Motor, wobei beide Werkstückspindeln mit je einem Winkelfühler verbunden sind und mindestens eine Einzentriersonde zum Vermessen der Zahnflanken eines der Werkstücke ausserhalb der Stellung des Trägers, in welches dieses Werkstück mit dem Feinbearbeitungswerkzeug in Eingriff bringbar ist.
Weitere Aspekte der Erfindung werden anhand der Beschreibung erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine Zahnradschleifmaschine;
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht;
Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 2.
Auf einem Maschinenständer 1 befindet sich ein Schleifschlitten 2 mit einem Schleifkopf 3, welcher eine Schleifschnecke 4 trägt. Die Schleifschnecke 4 bearbeitet ein Werkstück 5, welches auf einer Werkstückspindel 6a aufgenommen wird, wobei die Werkstückspindel 6a auf einem Drehteller 7 dreh- und antreibbar gelagert ist. Auf dem Drehteller 7 befindet sich eine zweite Werkstückspindel 6b, welche einerseits dazu dient, mit einem Lader 10 während der Bearbeitung des Werkstückes 5 ein bereits bearbeitetes Werkstück 8a gegen ein neues Rohteil 8b auszutauschen, andererseits aber erfindungsgemäss zusätzlich dazu dient, auch das Einzentrieren ohne Zeitverlust vorzunehmen. Das Einzentrieren erfolgt mit den auf dem Drehteller 7 angeordneten Sensoren 9a oder 9b, je nachdem welche der Werkstückspindeln 6a,b sich gerade in Schleif- beziehungsweise in Ladeposition befindet. Das Einzentrieren findet statt, sobald der Ladevorgang abgeschlossen ist und ein neues Rohteil 8b auf der Werkstückspindel 6b gespannt ist. Insbesondere bei den heutigen kurzen Bearbeitungszeiten bedeutet dies, dass für das Einzentrieren keine unproduktive Nebenzeit entsteht, da das Einzentrieren als echter Parallelprozess während des Schleifprozesses am Werkstück 5 oder während des Schwenkens des Dtehtellers 7 erfolgen kann.
Eine weitere Nebenzeitreduktion lässt sich erreichen, indem beiden Werkstückspindeln 6a,b während der Drehtellerschwenkung eine Zusatzdrehung überlagert wird, welche der Drehtellerbewegung entgegengerichtet ist, aber betragsmässig derart mit der Bewegung des Drehtellers synchronisiert wird, dass das Werkstück 5 kollisionsfrei in die bzw. aus der Schleifschnecke 4 hinein resp. hinauswälzt. Damit kann sowohl unmittelbar nach dem Schleifen als auch vor Aufnahme des Schleifens am neuen Rohteil eine Rückzugs- bzw. Zustellbewegung des Schleifschlittens 2 entfallen. Es ist lediglich eine kleine Abhebebewegung nötig, um Aufmassschwankungen beim neuen Rohteil 8b zu berücksichtigen.
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist der Schleifschlitten 2 ein Kreuzschlitten. Ein erster Schlitten 15 ist auf dem Ständer 1 senkrecht zur Achse 16 der Schleifspindel 17 in Zustellrichtung x verschiebbar und wird durch einen Motor 18 mit einer Wegrückführung 19 bewegt. Auf dem Schlitten 15 ist ein Träger 20 mittels einer Spindel 21 um eine Achse 22 schwenkbar gelagert, welche die Achse 16 senkrecht schneidet. Die Spindel 21 kann eine manuelle Einstellvorrichtung zur Einstellung des Schwenkwinkels haben oder, wie dargestellt, einen Servomotor 23 mit Winkelrückführung 24. Auf dem Träger 20 ist ein zweiter Schlitten 25 parallel zur Achse 16 verschiebbar gelagert. Diese y-Bewegung der Schleifschnecke 4 wird zum Shiften ausgenützt. Der Schlitten 25 wird durch einen weiteren Servomotor 26 mit Wegrückführung 27 bewegt. Auf dem Schlitten 25 ist die Schleifspindel 17 drehbar gelagert und durch einen Servomotor 29 mit Winkelrückführung 30 angetrieben.
Die beiden Spindeln 6a,b sind ebenfalls durch Servomotoren 31a,b mit Winkelfühlern 32a,b um die Spindelachsen 33a,b angetrieben. Der Drehteller 7 ist auf einer im Ständer 1 um eine zu den Achsen 33a,b parallele Achse 34 gelagerten Welle 35 befestigt. Die Welle 35 wird durch einen Motor 36 angetrieben und ist mit einem Winkelfühler 37 verbunden.
Alle Motoren, Winkelfühler und Weggeber sind mit einer Steuereinrichtung 38 verbunden.
Um die zur Bearbeitung über die Zahnbreite erforderliche Relativbewegung zwischen Werkstück 5 und Werkzeug 4 in Achsrichtung des Werkstücks 5 (z-Richtung) zu erreichen, sind die beiden Werkstückspindeln 6a,b auf je einem Schlitten 41a,b drehbar gelagert, die in z-Richtung auf dem Drehteller 7 verschiebbar gelagert sind. Die Schlittenführung hat einen unteren Anschlag 42, der den Weg der Schlitten 41a,b nach unten begrenzt. Auf jedem Schlitten 41a,b ist eine um eine horizontale Achse drehbare Rolle 43 gelagert. Beim Schlitten 41a, der in Schleifposition ist, ist ein weiterer Schlitten 44 auf dem Ständer 1 geneigt zu den Achsen 33a,b und 34 verschiebbar gelagert. Der Schlitten 44 wird ebenfalls durch einen Servomotor 45 mit Wegrückführung 46 bewegt. Er hat eine horizontale, senkrecht zu den Achsen 33a,b verlaufende Auflauffläche 47. Beim Vorfahren des Schlittens 44 mittels des Motors 45 läuft die Rolle 43 auf der Fläche 47 auf und der Schlitten 41a wird von seinem Anschlag 42 abgehoben und in z-Richtung verschoben. Die Drehbewegung des Drehtellers 7 ist gesperrt, solange der Schlitten 44 nicht in seine Grundstellung zurückgezogen ist, in welcher die Rolle 43 Spiel gegenüber der Fläche 47 hat.
Weil die z-Schlitten 41a,b vom Kreuzschlitten 15, 25 getrennt sind, kann dieser einfacher und starrer, weniger ausladend ausgebildet werden. Dadurch wird der Herstellungsaufwand und der Platzbedarf reduziert. Es ist bloss ein einziger Antrieb für die beiden z-Schlitten 41a,b erforderlich, was ebenfalls die Kosten senkt.
Auf dem Drehteller 7 ist zusätzlich ein Abrichtgerät 54 befestigt. Es umfasst einen Motor 55, auf dessen Abtriebswelle 56 eine Abrichtscheibe 57 montiert ist. Die Abrichtscheibe 57 kann z. B. gemäss der DE-A-196 24 842 ausgebildet sein. Das Abrichtgerät 54 kann zusätzlich mittels eines nicht dargestellten Motors um eine zur Achse 34 parallele Achse 58 schwenkbar sein. Der Drehteller 7 ist also in drei Stellungen schwenkbar, nämlich in die dargestellte erste Stellung, in welcher das Zahnrad 5 im Eingriff mit der Schleifschnecke 4 ist, in eine um 180º gedrehte Stellung zum Eingriff des Zahnrades 8 und in eine um 90º gedrehte Stellung zum Abrichten der Schleifschnecke 4 mittels des Abrichtgerätes 54.
Weil das Abrichten im Gegensatz zu heute üblichen Abrichtverfahren an derselben Stelle erfolgt, an welcher auch der Eingriff des Zahnrades 5 ist, wird eine höhere Abrichtgenauigkeit erreicht, weil Abweichungen vom Rundlauf der Schleifschnecke 4 automatisch ausgeglichen werden. Das Abrichten kann mit den zum Schleifen ohnehin erforderlichen Schlittenachsen x, y, z erfolgen, allenfalls mit zusätzlichen Schwenkbewegungen des Abrichtgerätes 54 um die Achse 58.
Abweichend von der dargestellten Ausführungsform kann der Träger 7 der beiden Werkstückspindeln 6a,b statt um die Achse 34 drehbar auch linear in zwei bzw. drei Stellungen verschiebbar sein. Bei dieser Ausführungsform sind allerdings zwei Lader 10 erforderlich.
Falls das Einzentrieren des Zahnrades 8 ausschliesslich bei stillstehendem Drehteller 7 erfolgt, also während des Schleifprozesses am Zahnrad 5 beim Zahnrad 8, genügt u. U. auch eine einzige Einzentriersonde 9, die in diesem Fall fest am Maschinenständer 1 montiert ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann auch mit anderen Schleifwerkzeugen als zylindrischen Schleifschnecken 4 ausgeführt werden, z. B. mit Schleifscheiben, wobei in diesem Fall das Werkstück 5 indexiert wird, oder mit globoidartigen Schleifschnecken, mit welchen das Zahnrad 5 über seine ganze Breite gleichzeitig bearbeitet wird. Es lässt sich auch in andere Feinbearbeitungsverfahren für Zahnräder einsetzen, wie beispielsweise Honen oder Schaben, in welchen das Werkzeug mit dem vorverzahnten Werkstück in Eingriff stehen muss. In diesen Fällen ist die Schleifschnecke 4 durch ein Honrad oder ein Schabzahnrad ersetzt.

Claims

1. Verfahren zur Bearbeitung von vorverzahnten Werkstücken (5, 8) auf einer Feinbearbeitungssmaschine, die einen Maschinenständer (1), einen auf dem Maschinenständer (1) beweglichen ersten Schlitten (2), eine auf dem ersten Schlitten (2) angeordnete Werkzeugspindel (17) zum Aufspannen eines Feinbearbeitungswerkeuges (4), einen am Maschinenständer (1) beweglich gelagerten Träger (7), der in mindestens zwei Stellungen bewegbar ist, mindestens zwei Werkstückspindeln (6a,b), die auf dem Träger (7) drehbar gelagert und durch je einen Motor (33a,b) angetrieben sind, und mindestens eine Einzentriersonde (9a,b) umfasst, wobei die zum kollisionsfreien Eintauchen des Werkzeuges (4) in die Zahnlücken des Werkstücks (5, 8) notwendige Einzentrieroperation an einem auf der einen Werkstückspindel (6b) neu aufgesetzten Rohling (8b) erfolgt, bevor der Träger (7) in eine Stellung gelangt, in welcher dieser Rohling (8b) in Eingriff mit dem Werkzeug (4) gebracht ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei während der Bewegung des Trägers (7) der Drehbewegung der Werkzeugspindeln (6a,b) relativ zur Drehbewegung der Werkzeugspindel (17) eine Zusatzdrehbewegung überlagert wird, welche derart zur Trägerbewegung synchronisiert wird, dass eine Wälzbewegung entsteht, welche die Werkstücke (5, 8) kollisionsfrei zum Bereich des Feinbearbeitungswerkzeuges hinein- und heraus bringt.

3. Maschine zur Bearbeitung von vorverzahnten Werkstücken, umfassend einen Maschinenständer (1), eine um eine erste Achse (16) drehbare und mittels eines ersten Motors (29) antreibbare Werkzeugspindel (17) zum Aufspannen eines Feinbearbeitungswerkzeuges (4), einen mittels eines zweiten Motors (36) in mindestens zwei Stellungen bewegbaren Träger (7), mindestens zwei im Abstand voneinander auf dem Träger (7) um zweite Achsen (33a,b) drehbar gelagerte Werkstückspindeln (6a,b) zum Aufspannen eines Werkstücks (5, 8) mit je einem dritten Motor (31a,b), wobei beide Werkstückspindeln (6a,b) mit je einem Winkelfühler (32a,b) verbunden sind, mindestens eine Einzentriersonde (9a,b) zum Vermessen der Zahnflanken eines der Werkstücke (8) ausserhalb der Stellung des Trägers (7), in welches dieses Werkstück (8) mit dem Feinbearbeitungswerkzeug (4) in Eingriff bringbar ist.

4. Maschine nach Anspruch 3, wobei jeder Werkstückspindel (6a,b) eine separate Einzentriersonde (9a,b) zugeordnet ist und die Einzentriersonden (9a,b) auf dem Träger (7) montiert sind.

5. Maschine nach Anspruch 3, wobei der Träger (7) um eine dritte Achse (34) drehbar ist, und wobei die zweiten Achsen (6a,b) und die dritte Achse (34) parallel zueinander sind.

6. Maschine nach Anspruch 3, wobei sie zusätzlich einen automatischen Werkstückwechsler (10) aufweist, um ein fertig bearbeitetes Werkstück (8a) gegen einen Rohling (8b) auf einer Werkstückspindel (6b) auszuwechseln, auf welcher das Werkstück (8a) nicht in einer Position zum Eingriff mit dem Werkzeug (4) ist.

7. Maschine nach Anspruch 3, wobei auf dem Träger (7) zusätzlich eine Abrichteinrichtung (54) montiert ist und der Träger (7) in mindestens drei Stellungen bewegbar ist, wobei in einer dieser Stellungen ein Abrichtwerkzeug (57) zum Abrichten des Werkzeuges (4) verwendbar ist.

8. Maschine nach Anspruch 3, wobei die Werkstückspindeln (6a,b) auf je einem ersten Schlitten (41a,b) gelagert sind, der parallel zur betreffenden zweiten Achse (33a,b) verschiebbar auf dem Träger (7) gelagert ist, wobei von jedem ersten Schlitten (41a,b) ein Tragelement (43) absteht, das in der Bearbeitungsposition dieses Schlittens (41a,b) mit einem am Ständer (1) verschiebbaren zweiten Schlitten (44) in Eingriff ist.