WO2014135140A2 - Verfahren und vorrichtung zum entgraten und anfasen verzahnter werkstücke - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum entgraten und anfasen verzahnter werkstücke Download PDF

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
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    • B23Q15/007—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work while the tool acts upon the workpiece
    • B23Q15/12—Adaptive control, i.e. adjusting itself to have a performance which is optimum according to a preassigned criterion
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    • G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49077—Control of feed and spindle, cutting speed

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for deburring and chamfering toothed workpieces according to the preambles of claims 1 and 4. From DE 20 2007 016 740 U1 is a device for deburring
  • Workpieces such as gears known.
  • the workpieces are rotated and deburred with an end mill.
  • the cutter can be pivoted about a pendulum axis and is delivered by the action of an adjustable biasing force to the workpiece.
  • the space available at the base of the tooth is limited to small diameter endmills. Therefore, the removal rate is limited by the low cutting speed.
  • the inertia of the preloaded tool spindle also has a negative effect on the maximum possible
  • Gears are held stationary in the machine frame rotatably drivable.
  • Tool spindle can be moved controlled in two axis directions. It is also pivotable about a pivot axis.
  • the machining tool is cylindrical and is pivoted when changing from one tooth flank to the opposite. Since deburring occurs during hobbing, the axes of the deburring spindle and workpiece are coupled together.
  • the axis coupling necessarily requires a gear adapted to the geometry of each gear variant.
  • the object of the invention is to provide a simplified method and apparatus for deburring and chamfering toothed workpieces. It is also the task of a low-cost, high-speed tool,
  • Fig. 1 shows a machine tool for deburring and chamfering
  • Fig. 2 and Figures 3a to 3d show the engagement of the tool on the workpiece partially enlarged
  • Fig. 1 shows a machine tool 1 in a schematic representation.
  • Machine frame 2 is designed as a column with square cross-section and vertical walls. On the front wall 6 vertical Z-guides 4 are arranged for a vertical slide 3. The numerically controlled drive for the
  • the vertical slide 3 extends with the X-guides 5 laterally over the
  • the workpiece spindle 7 can be moved by the motor 15 'via the ball screw 16' on the vertical slide 3 along the X-guides 5 out of the working space 17 into a receiving and depositing position 12, 13 above a transport device 11.
  • the workpiece spindle 7 rotates about the spindle axis 9.
  • a chuck 10 for gripping and clamping of workpieces 8 is provided on its underside.
  • Measuring sensor 33 is provided which detects the angular position of the workpieces 8 and transmitted to a machine control.
  • tool 14 is a grinding wheel
  • Workpiece spindle 7 is superimposed by a linear pendulum motion by methods along the X-guides 5. Particularly advantageously, the controlled movement of the workpiece spindle 7 is used several times along the X-guides, for loading and unloading, for detecting the angular position of the workpiece with a measuring probe and for carrying out feed movements.
  • Vertical slide 3 are movable in the vertical direction. So that the workpiece spindle 7 can be moved out of the working space 17 into the receiving or depositing position 12, 13, a sliding door 19 is provided in the protective wall 18. This can be moved with a pneumatic cylinder 21 in a direction orthogonal to the X-Z plane from a closed position to an open position.
  • a horizontal guard 25 also protects the area above the receiving 12 and storage position 13 from contamination.
  • the chip collecting trough 20 widens in a funnel shape upwards.
  • the two protective walls 18 extend down to the chip collecting trough 20 and direct the resulting chips directly into them.
  • FIG. 1 shows the engagement of the tool 14 on a straight-toothed workpiece 8 in a perspective view.
  • the workpiece 8 rotates in the direction of the arrow 29 and is simultaneously linearly movable in the direction of the double arrow 27. With this superimposed movement, the angular position of the workpiece 8 on the measuring sensor 33 is detected.
  • the workpiece 8 executes a reciprocating oscillating movement in the direction of the double arrow 27, whereby the distance traveled thereby corresponds to the tooth height H.
  • the rotational movement of the workpiece 8 and the pendulum motion are electronically coupled to each other, so that the tool 14 by a superposition of both movements of the
  • Figures 3a to 3c show the engagement of the tool 14 on the workpiece 8 in sections in an enlarged view.
  • Fig. 3a the position of the tool 14 to the workpiece 8 is seen from above.
  • the workpiece 8 is provided with a toothing with the pitch P.
  • the teeth each have tooth roots 30 of width B and tooth heads 31.
  • the tool 14 is arranged symmetrically to the workpiece 8 and intersects the spindle axis 9.
  • the grinding surface, which comes into looping engagement with the workpiece 8, is curved and has radii of curvature R at the transition to the end faces. These are significantly smaller than half the pitch P of the workpiece 8.
  • the radii of curvature R are smaller than the width B of the tooth roots 30.
  • the end edge 26 extends in the region of the tooth roots 30 and the tooth heads 31 in tangential direction to the workpiece 8 and in the areas between the
  • Fig. 3b illustrates the chamfering along the end edge 26.
  • the tool 14 is connected to the Schleifspindelachse 32 by an offset V to
  • Toothed foot 30 is arranged offset and projects beyond the end edge 26 for producing the chamfer with a penetration depth T.
  • offset V and penetration depth T are chosen so that a desired chamfer width F is achieved.
  • FIG. 3c cut along the line A-A in FIG. 3a.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entgraten und Anfasen von Stirnkanten (26) verzahnter Werkstücke (8) mit mindestens einem Werkzeug (14), mit einer um eine Spindelachse (9) rotierenden Werkstückspindel (7), wobei das Werkstück (8) von der Werkstückspindel (7) in Rotation versetzt wird und wobei das Werkzeug (14) durch eine der Rotationsbewegung überlagerte lineare Relativbewegung zwischen Werkstück (8) und Werkzeug (14) der Stirnkante (26) folgend eine gesteuerte Vorschubbewegung ausführt, wobei die Rotationsgeschwindigkeit des Werkstücks (8) zur Erzielung einer gleichmäßigen Vorschubgeschwindigkeit dem Verlauf der Stirnkante (26) entsprechend angepasst wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Entgraten und Anfasen verzahnter Werkstücke
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entgraten und Anfasen verzahnter Werkstücke nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 bzw. 4. Aus der DE 20 2007 016 740 U1 ist eine Vorrichtung zum Entgraten von
Werkstücken, beispielsweise Zahnrädern bekannt. Dabei werden die Werkstücke in Rotation versetzt und mit einem Schaftfräser entgratet. Der Fräser kann um eine Pendelachse geschwenkt werden und wird durch Einwirken einer einstellbaren Vorspannkraft zum Werkstück zugestellt. Die Platzverhältnisse am Zahnfuß lassen nur Schaftfräser mit kleinem Durchmesser zu. Deshalb ist die Abtragsleistung durch die geringe Schnittgeschwindigkeit begrenzt. Auch die Massenträgheit der vorgespannten Werkzeugspindel wirkt sich negativ auf die maximal mögliche
Werkstückdrehzahl aus. Die DE 10 2009 019 433 A1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bearbeiten der Zahnkanten stirnverzahnter Zahnräder. Die
Zahnräder sind ortsfest im Maschinengestell drehantreibbar gehalten. Die
Werkzeugspindel kann in zwei Achsrichtungen gesteuert bewegt werden. Sie ist außerdem um eine Schwenkachse schwenkbar. Das Bearbeitungswerkzeug ist zylinderförmig und wird beim Wechsel von einer Zahnflanke zur gegenüberliegenden verschwenkt. Da das Entgraten während des Wälzfräsens erfolgt, sind die Achsen von Entgratspindel und Werkstück miteinander gekoppelt. Die Achskopplung erfordert zwingend für jede Zahnradvariante ein an deren Geometrie angepasstes Werkzeug.
Aufgabe der Erfindung ist es ein vereinfachtes Verfahren und eine Vorrichtung zum Entgraten und Anfasen verzahnter Werkstücke anzugeben. Es ist auch Aufgabe ein preisgünstiges, für hohe Schnittgeschwindigkeiten geeignetes Werkzeug,
aufzuzeigen.
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung wird darin gesehen, zum Entgraten und Anfasen ein scheibenförmiges Werkzeug zu verwenden und mit einer hin und her pendelnden Relativbewegung der Werkstückkontur folgend die Zahnkanten zu bearbeiten. Im Folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Werkzeugmaschine zum Entgraten und Anfasen
Fig. 2 und die Figuren 3a bis 3d zeigen den Eingriff des Werkzeugs am Werkstück ausschnittsweise vergrößert
Fig. 1 zeigt eine Werkzeugmaschine 1 in schematischer Darstellung. Das
Maschinengestell 2 ist als Säule mit quadratischem Querschnitt und vertikalen Wänden ausgeführt. An der Vorderwand 6 sind vertikale Z-Führungen 4 für einen Vertikalschlitten 3 angeordnet. Der numerisch gesteuerte Antrieb für die
Bewegungen in Z-Richtung erfolgt über den Motor 15 und die Kugelrollspindel 16. Der Vertikalschlitten 3 erstreckt sich mit den X-Führungen 5 seitlich über den
Arbeitsraum 17 hinaus. Somit kann die Werkstückspindel 7 vom Motor 15' über die Kugelrollspindel 16' am Vertikalschlitten 3 entlang der X-Führungen 5 aus dem Arbeitsraum 17 heraus in eine Aufnahme- und Ablageposition 12, 13 oberhalb einer Transporteinrichtung 11 bewegt werden. Die Werkstückspindel 7 rotiert um die Spindelachse 9. An ihrer Unterseite ist ein Spannfutter 10 zum Greifen und Spannen von Werkstücken 8 vorgesehen. Damit werden Werkstücke 8 in der
Aufnahmeposition 12 ergriffen, im Arbeitsraum 17 entgratet bzw. angefast und in der Ablageposition 13 wieder abgelegt. Bei vollautomatischer Bearbeitung ist ein
Messfühler 33 vorgesehen, der die Winkellage der Werkstücke 8 erfasst und an eine Maschinensteuerung übermittelt. Als Werkzeug 14 ist eine Schleifscheibe
vorgesehen, die vom ortfesten Antriebsmotor 22 in Rotation versetzt wird. Während der Bearbeitung der Werkstücke 8 wird die Rotationsbewegung der
Werkstückspindel 7 von einer linearen Pendelbewegung durch Verfahren entlang der X-Führungen 5 überlagert. Besonders vorteilhaft wird die gesteuerte Bewegung der Werkstückspindel 7 entlang der X-Führungen mehrfach genutzt, für das Be- und Entladen, für das Erfassen der Winkellage des Werkstücks mit einem Messfühler und zur Durchführung von Vorschubbewegungen.
Auf beiden Seiten des Vertikalschlittens 3 sind vertikale Abschirmungen 23, 23' angeordnet, welche an der Vorderseite miteinander verbunden sind und zusammen mit dem Vertikalschlitten 3 einen nach oben offenen Kasten bilden. Die Unterseite des Kastens wird aus mehreren sich überlappenden und teleskopartig
gegeneinander verschiebbaren Abdeckteilen 24 gebildet, aus denen die Werkstückspindel 7 nach unten herausragt. Der Arbeitsraum 17 wird auf beiden Seiten von Schutzwänden 18 abgeschirmt, die ebenfalls zusammen mit dem
Vertikalschlitten 3 in vertikaler Richtung verfahrbar sind. Damit die Werkstückspindel 7 aus dem Arbeitsraum 17 heraus in die Aufnahme- oder Ablageposition 12, 13 bewegt werden kann, ist in der Schutzwand 18 eine Schiebetür 19 vorgesehen. Diese kann mit einem Pneumatikzylinder 21 in einer Richtung orthogonal zur X-Z- Ebene aus einer Geschlossenstellung in eine Offenstellung bewegt werden. Ein horizontales Schutzblech 25 schützt den Bereich oberhalb der Aufnahme- 12 und Ablageposition 13 zusätzlich vor Verunreinigungen. Die Späneauffangwanne 20 erweitert sich trichterförmig nach oben hin. Die beiden Schutzwände 18 reichen bis zur Späneauffangwanne 20 hinunter und leiten die anfallenden Späne direkt in diese hinein.
Der Vorgang des Entgratens und Anfasens wird anhand der Fig. 2 näher erläutert. Diese zeigt den Eingriff des Werkzeugs 14 an einem geradverzahnten Werkstück 8 in perspektivischer Darstellung. Das Werkstück 8 rotiert in Richtung des Pfeils 29 und ist gleichzeitig in Richtung des Doppelpfeils 27 linear bewegbar. Mit dieser überlagerten Bewegung wird die Winkellage des Werkstücks 8 am Messfühler 33 erfasst. Während des Entgratens und Anfasens führt das Werkstück 8 eine hin- und hergehende Pendelbewegung in Richtung des Doppelpfeils 27 aus, wobei die dabei zurückgelegte Wegstrecke der Zahnhöhe H entspricht. Die Rotationsbewegung des Werkstücks 8 und die Pendelbewegung sind elektronisch miteinander gekoppelt, so dass das Werkzeug 14 durch eine Überlagerung beider Bewegungen an der
Stirnkante 26 entlang geführt wird und diese dabei entgratet und anfast. Die Figuren 3a bis 3c zeigen den Eingriff des Werkzeugs 14 am Werkstück 8 ausschnittsweise in vergrößerter Darstellung.
In Fig. 3a ist die Lage des Werkzeugs 14 zum Werkstück 8 von oben her gesehen dargestellt. Das Werkstück 8 ist mit einer Verzahnung mit der Teilung P versehen. Die Zähne weisen jeweils Zahnfüße 30 der Breite B und Zahnköpfe 31 auf. Das Werkzeug 14 ist symmetrisch zum Werkstück 8 angeordnet und schneidet die Spindelachse 9. Die Schleiffläche, die mit dem Werkstück 8 in Schleifeingriff kommt, ist gekrümmt und weist am Übergang zu den Stirnflächen Krümmungsradien R auf. Diese sind deutlich kleiner als die halbe Teilung P des Werkstücks 8. Besonders vorteilhaft sind die Krümmungsradien R kleiner als die Breite B der Zahnfüße 30. Die Stirnkante 26 verläuft im Bereich der Zahnfüße 30 und der Zahnköpfe 31 in tangentialer Richtung zum Werkstück 8 und in den Bereichen zwischen den
Zahnfüßen 30 und Zahnköpfen 31 überwiegend radial zur Spindelachse 9. Deshalb würde die Vorschubgeschwindigkeit bei konstanter Rotationsgeschwindigkeit des Werkstücks 8 unerwünscht großen Schwankungen unterliegen. Um solche
Schwankungen zu vermeiden wird die Rotationsgeschwindigkeit der Werkstücke 8 verfahrensgemäß dem Verlauf der Stirnkante 26 entsprechend angepasst. Das heißt zwischen den Zahnfüßen 30 und Zahnköpfen 31 wird die Rotationsgeschwindigkeit jeweils verlangsamt. Fig. 3b veranschaulicht das Anfasen entlang der Stirnkante 26. Das Werkzeug 14 ist mit der Schleifspindelachse 32 um einen Versatz V zum
Zahnfuß 30 versetzt angeordnet und überragt die Stirnkante 26 zur Herstellung der Fase mit einer Eindringtiefe T. Dabei werden Versatz V und Eindringtiefe T so gewählt, dass eine gewünschte Fasenbreite F erzielt wird. Um den Schleifeingriff des Werkzeugs 14 besser zu verdeutlichen, ist in Fig. 3c das Werkzeug 14 entlang der Linie A-A gemäß Fig. 3a geschnitten dargestellt.
Bei schrägverzahnten Werkstücken 8 gemäß Fig. 3d ist das Werkzeug 14 zur Vermeidung unerwünschter Hinterschneidungen dem Schrägungswinkel der
Verzahnung entsprechend geneigt.
Bezugszeichenliste
1 Werkzeugmaschine
2 Maschinengestell
3 Vertikalschlitten
4 Z-Führung
5 X-Führung
6 Vorderwand
7 Werkstückspindel
8 Werkstück
9 Spindelachse
10 Spannfutter
11 Transporteinrichtung
12 Aufnahmeposition
13 Ablageposition
14 Werkzeug
15 15' Motor
16 16' Kugelrollspindel
17 Arbeitsraum
18 Schutzwand
19 Schiebetür
20 Späneauffangwanne
21 Pneumatikzylinder
22 Antriebsmotor
23 23' Abschirmung
24 Abdeckteil
25 Schutzblech
26 Stirnkante
27 Doppelpfeil
28 Drehrichtung
29 Pfeil
30 Zahnfuß
31 Zahnkopf
32 Schleifspindelachse
33 Messfühler H Zahnhöhe
R Krümmungsrad
P Teilung
F Fasenbreite
B Breite
T Eindringtiefe
V Versatz

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Entgraten und Anfasen von Stirnkanten (26) verzahnter Werkstücke (8) mit mindestens einem Werkzeug (14), mit einer um eine Spindelachse (9) rotierenden Werkstückspindel (7), wobei das Werkstück (8) von der Werkstückspindel (7) in Rotation versetzt wird und wobei das Werkzeug (14) durch eine der Rotationsbewegung überlagerte lineare Relativbewegung zwischen Werkstück (8) und Werkzeug (14) der
Stirnkante (26) folgend eine gesteuerte Vorschubbewegung ausführt, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsgeschwindigkeit des
Werkstücks (8) zur Erzielung einer gleichmäßigen
Vorschubgeschwindigkeit dem Verlauf der Stirnkante (26) entsprechend angepasst wird.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1 , wobei das Werkstück (8) an der
Werkstückspindel (7) in einem Spannfutter (10) eingespannt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkellage des Werkstücks (8) mit einem Messfühler (33) erfasst wird.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei das Werkstück (8) Zähne mit Zahnfüßen (30) und Zahnköpfen (31 ) aufweist, wobei die Stirnkante (26) im Bereich der Zahnfüße (30) und der Zahnköpfe (31 ) in tangentialer Richtung zum Werkstück (8) und in den Bereichen zwischen den
Zahnfüßen (30) und Zahnköpfen (31 ) überwiegend radial zur Spindelachse (9) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschubgeschwindigkeit in den Bereichen zwischen den Zahnfüßen (30) und den Zahnköpfen (31 ) verlangsamt wird.
4. Werkzeugmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Patentansprüche 1 bis 3 mit mindestens einem als Schleifscheibe ausgeführten Werkzeug (14), mit einer um die Spindelachse (9) rotatorisch antreibbaren Werkstückspindel (7) zum Halten und Antreiben von
Werkstücken (8), wobei die Werkstückspindel (7) zur Durchführung von Vorschubbewegungen relativ zum Werkzeug (14) linear bewegbar ist, wobei die Rotationsbewegung der Werkstückspindel (7) und die lineare Bewegung kinematisch miteinander gekoppelt sind, wobei das Werkstück (8) mit einer Verzahnung mit der Teilung (P) versehen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Werkstück (8) im
Schleifeingriff befindliche Schleiffläche des Werkzeugs (14) gekrümmt ist und dass die Krümmungsradien (R) kleiner sind als halbe Teilung (P).
Werkzeugmaschine nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Winkellage des Werkstücks (8) ein Messfühler (33) vorgesehen ist.
Werkzeugmaschine nach Patentanspruch 4 oder 5, wobei die Zahnfüße (30) eine Breite (B) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die
Krümmungsradien (R) kleiner sind als die Breite (B).
Werkzeugmaschine nach einem der Patentansprüche 4 bis 6, wobei die Schleifspindelachse (32) des Werkzeugs (14) relativ zum Zahnfuß (30) um einen Versatz (V) versetzt angeordnet ist und wobei das Werkzeug (14) die Stirnkante (26) mit einer Eindringtiefe (T) überragt, dadurch
gekennzeichnet, dass Versatz (V) und Eindringtiefe (T) so gewählt sind, dass Fase mit der gewünschten Fasenbreite (F) herstellbar ist.
Werkzeugmaschine nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückspindel (7) auf einem Vertikalschlitten (3) entlang von X-Führungen (5) in horizontaler Richtung und am
Maschinengestell (2) entlang von Z-Führungen (4) verfahrbar angeordnet ist.
Werkzeugmaschine nach Patentanspruch 8 mit einer Transporteinrichtung (11 ) für die Werkstücke (8), dadurch gekennzeichnet, dass die
Werkstückspindel (7) entlang der X-Führungen aus einer Aufnahme- und Ablageposition (12, 13) in einen Arbeitsraum (17) verfahrbar ist.
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