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DE102017129613A1 - Verfahren zur Verzahnbearbeitung eines Werkstücks - Google Patents

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DE102017129613A1
DE102017129613A1 DE102017129613.1A DE102017129613A DE102017129613A1 DE 102017129613 A1 DE102017129613 A1 DE 102017129613A1 DE 102017129613 A DE102017129613 A DE 102017129613A DE 102017129613 A1 DE102017129613 A1 DE 102017129613A1
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DE
Germany
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tool
workpiece
axis
rotation
toothing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102017129613.1A
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English (en)
Inventor
Oliver Winkler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Liebherr Verzahntechnik GmbH
Original Assignee
Liebherr Verzahntechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Liebherr Verzahntechnik GmbH filed Critical Liebherr Verzahntechnik GmbH
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23FMAKING GEARS OR TOOTHED RACKS
    • B23F9/00Making gears having teeth curved in their longitudinal direction
    • B23F9/08Making gears having teeth curved in their longitudinal direction by milling, e.g. with helicoidal hob
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23FMAKING GEARS OR TOOTHED RACKS
    • B23F17/00Special methods or machines for making gear teeth, not covered by the preceding groups
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23FMAKING GEARS OR TOOTHED RACKS
    • B23F5/00Making straight gear teeth involving moving a tool relatively to a workpiece with a rolling-off or an enveloping motion with respect to the gear teeth to be made
    • B23F5/20Making straight gear teeth involving moving a tool relatively to a workpiece with a rolling-off or an enveloping motion with respect to the gear teeth to be made by milling

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Gear Processing (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung zeigt ein Verfahren zur Verzahnbearbeitung eines Werkstücks mit einem Werkzeug mit einer kreiszylinderförmigen oder konischen Mantelfläche, bei welchem das Werkzeug zur Erzeugung einer Evolventenverzahnung mit seiner Mantelfläche tangential zu der zu erzeugenden Sollkontur an einer Zahnflanke des Werkstücks entlang geführt wird. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung der Drehachse des Werkzeugs relativ zur Drehachse des Werkstücks in Abhängigkeit von dem Verlauf einer die Evolventenverzahnung erzeugenden Gerade gewählt wird, und/oder dass ein Winkel zwischen einer Eingriffslinie der Mantelfläche des Werkzeugs mit der Verzahnung und einer Ebene senkrecht zur Drehachse des Werkstücks in Abhängigkeit von einem Grundschrägungswinkel und/oder Grundsteigungswinkel der Verzahnung gewählt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verzahnbearbeitung eines Werkstücks mit einem Werkzeug mit einer kreiszylinderförmigen oder konischen Mantelfläche, bei welchem das Werkzeug zur Erzeugung einer Evolventenverzahnung mit seiner Mantelfläche tangential zu der zu erzeugenden Sollkontur an einer Zahnflanke des Werkstücks entlang geführt wird. Insbesondere kann als Werkzeug ein Fingerfräser zum Einsatz kommen, welcher mit einer tangentialen Ausrichtung in mindestens einem Bearbeitungshub entlang der Zahnflanke geführt wird.
  • Die Verzahnbearbeitung von Werkstücken mit einem Fingerfräser hat insbesondere im Bereich der Kleinserien, Prototypen oder Einzelanfertigungen von verzahnten Werkstücken besondere Vorteile, da Fingerfräser als Universalwerkzeug die Bearbeitung von Verzahnungen bei einer beliebigen Geometrie erlauben. Zwar ist die Verzahnbearbeitung mit einem Fingerfräser erheblich langwieriger als die Verzahnbearbeitung mit einem in seiner Geometrie auf das herzustellende Werkstück angepassten Werkzeug. Es entfallen jedoch die Kosten und die Lieferzeiten für die Bereitstellung eines solchen Werkzeugs.
  • Die Verzahnbearbeitung kann beispielsweise in einem 5-Achs-Bearbeitungszentrum erfolgen, durch welches die Position und Ausrichtung des Fingerfräsers relativ zum Werkstück frei bestimmt werden kann.
  • Druckschrift EP 2 314 404 B1 zeigt den Einsatz eines Fingerfräsers zur Hart-Feinbearbeitung einer vorgefertigten Zahnflanke, bei welchem das Werkzeug in einer Erzeugungsbewegung tangential in mehreren Spuren entlang der Zahnflanke geführt wird. Die Erzeugungsbewegung folgt dabei Bewegungsvektoren, welche virtuellen Messerspuren, die bei einer Bearbeitung mittels Wälzfräsen entstehen würden, entsprechen oder angenähert sind. Hierdurch soll trotz des Einsatzes eines Fingerfräsers ein Bearbeitungsbild erzeugt werden, welches vom Wälzfräsen bekannt ist. Die Spuren verlaufen dabei schräg über die Zahnflanke, wobei die Drehachse des Fingerfräsers mit einem Winkel zwischen 45° und 135° relativ zu den Spuren ausgerichtet ist.
  • Aus der WO 2008/133517 A1 ist ein Verfahren zur Verzahnbearbeitung eines Werkstückes mittels eines Fingerfräsers bekannt, dessen Mantellinien leicht gekrümmt sind, um hierdurch eine Annäherung an die gewünschte Flankenform des Werkstückes mit weniger Bearbeitungshüben zu erreichen.
  • Der Einsatz von 5-Achs-Bearbeitungszentren ist auch aus folgenden Artikeln bekannt: Uwe Gaiser, 5-axis gear manufacturing gets practical, Gear Technology, March/April 2017, Seite 32 und Julian Staudt, Performance of gears manufactured by 5-axis milling, Gear Technology March/April 2017, Seite 58.
  • 1 und 2 zeigen die Verzahnbearbeitung von Werkstücken mittels eines Kugelkopffräsers bzw. eines Fingerfräsers gemäß dem Stand der Technik. In 1A und 2A ist der Einsatz eines Kugelkopffräsers gezeigt. Dieser wird in einer Vielzahl von Bearbeitungshüben entlang der Zahnflanke geführt, um hierdurch die gewünschte Verzahnungsgeometrie anzunähern. Der in 1B und 2B gezeigte Einsatz eines Fingerfräsers mit einer kreiszylinderförmigen Mantelfläche ermöglicht die Herstellung der Verzahnungsgeometrie mit etwas weniger Bearbeitungshüben, da der Fingerfräser tangential zur Verzahnung ausgerichtet wird. Hierdurch ist die Annäherung an die gewünschte Verzahnungsgeometrie über Tangenten an die gewünschte Verzahnungsgeometrie möglich. Dennoch ist die Verzahnbearbeitung mittels Fingerfräsern weiterhin sehr aufwendig. Insbesondere wenn hohe Oberflächengüten erreicht werden sollen, ist auch hier weiterhin eine hohe Anzahl an Bearbeitungshüben notwendig.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verzahnbearbeitung eines Werkstückes mittels eines Werkzeugs mit einer kreiszylinderförmigen oder konischen Mantelfläche dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Bearbeitung mit einer geringeren Anzahl an Bearbeitungshüben und/oder verbesserter Oberflächenqualität erfolgt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Verfahren gemäß Anspruch 1 und Anspruch 3 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die vorliegende Erfindung umfasst in einem ersten Aspekt ein Verfahren zur Verzahnbearbeitung eines Werkstücks mit einem Werkzeug mit einer kreiszylinderförmigen oder konischen Mantelfläche, bei welchem das Werkzeug zur Erzeugung einer Evolventenverzahnung mit seiner Mantelfläche tangential zu der zu erzeugenden Sollkontur an einer Zahnflanke des Werkstücks entlang geführt wird. Dabei ist vorgesehen, dass die Ausrichtung der Drehachse des Werkzeugs relativ zur Drehachse des Werkstücks in Abhängigkeit von dem Verlauf einer die Evolventenverzahnung erzeugenden Gerade gewählt wird.
  • Die Erfindung macht sich hierbei zunutze, dass Evolventenverzahnungen durch eine Geradenschar von die Evolvente erzeugenden Geraden beschreibbar sind. Durch Berücksichtigung dieser Tatsache kann das Werkzeug so ausgerichtet werden, dass die Abweichung zwischen der Eingriffslinie der Mantelfläche in die Verzahnung, welche die tatsächlich erzeugte Kontur der Zahnflanke definiert, und der Sollkontur der Zahnflanke gegenüber Verfahren aus dem Stand der Technik verringert wird.
  • Gemäß einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass ein Winkel zwischen einer Eingriffslinie der Mantelfläche des Werkzeugs mit der Verzahnung und der die Evolventenverzahnung erzeugenden Gerade von kleiner 40 Grad gewählt wird, bevorzugt von kleiner 20 Grad, weiter bevorzugt kleiner 10 Grad. Bevorzugt steht die Eingriffslinie dabei steiler als die erzeugenden Geraden auf der Zahnflanke oder verläuft parallel zu diesen.
  • Je kleiner der Winkel, desto geringer sind die Abweichungen zwischen der tatsächlich erzeugten Kontur und der Sollkontur der Zahnflanke. Entsprechend weniger Bearbeitungshübe werden benötigt. Verläuft die Eingriffslinie entlang der erzeugenden Gerade, kann ein einziger Bearbeitungshub zur Bearbeitung der Zahnflanke über ihre gesamte Höhe ausreichen, und theoretisch sogar eine exakte Evolventenform erzeugt werden.
  • Die vorliegende Erfindung umfasst in einem zweiten Aspekt ein Verfahren zur Verzahnbearbeitung eines Werkstücks mit einem Werkzeug mit einer kreiszylinderförmigen oder konischen Mantelfläche, bei welchem das Werkzeug zur Erzeugung einer Evolventenverzahnung mit seiner Mantelfläche tangential zu der zu erzeugenden Sollkontur an einer Zahnflanke des Werkstücks entlang geführt wird. Dabei ist vorgesehen, dass ein Winkel zwischen einer Eingriffslinie der Mantelfläche des Werkzeugs mit der Verzahnung und einer Ebene senkrecht zur Drehachse des Werkstücks in Abhängigkeit von einem Grundschrägungswinkel und/oder Grundsteigungswinkels der Verzahnung gewählt wird. Der Grundschrägungswinkel definiert den Verlauf der erzeugenden Geraden der Zahnflanke, so dass sich durch ein Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt die gleichen Vorteile ergeben wie durch ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt.
  • Bevorzugt liegt der Winkel zwischen der Eingriffslinie der Mantelfläche des Werkzeugs mit der Verzahnung und einer Ebene senkrecht zur Drehachse des Werkstücks in einem Bereich von ± 30° zum Grundschrägungswinkel, weiter bevorzugt in einem Bereich von ± 20° zum Grundschrägungswinkel liegt, weiter bevorzugt in einem Bereich von ± 10° zum Grundschrägungswinkel liegt. Bevorzugt ist der Winkel dabei größer oder gleich dem Grundschrägungswinkel. Entspricht der Winkel dem Grundschrägungswinkel, so verläuft die Eingriffslinie entlang der erzeugenden Geraden.
  • Wird ein Werkzeug mit einer kreiszylinderförmigen Mantelfläche eingesetzt, gelten die gleichen Winkelangaben, welche oben für den ersten Aspekt und den zweiten Aspekt für die Eingriffslinie gemacht wurden, auch für die Drehachse des Werkzeugs, da diese parallel zu der Eingriffslinie verläuft. Bei einer konischen Mantelfläche ist dagegen der Konuswinkel hinzuzurechnen.
  • Es versteht sich, dass mit der Mantelfläche des Werkzeugs nicht notwendigerweise die gesamte Seitenfläche des Werkzeugs gemeint ist, sondern dass das Werkzeug beispielweise in Kopfbereich eine von einer kreiszylinderförmigen oder konischen Form abweichende Gestaltung aufweisen kann.
  • Der erste und der zweite Aspekt können bevorzugt in Kombination verwirklicht werden. Bevorzugte Ausgestaltungen, welche sich sowohl auf den ersten, als auch den zweiten Aspekt beziehen, werden im folgenden näher beschrieben.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann bevorzugt folgende Schritte umfassen:
    • - Vorgabe eines Grundschrägungswinkels und/oder Grundsteigungswinkels und
    • - Ausrichtung der Werkzeugdrehachse relativ zur Drehachse des Werkstücks und/oder einer Ebene senkrecht zur Drehachse des Werkstücks in Abhängigkeit von dem Grundschrägungswinkel und/oder Grundsteigungswinkel.
  • Alternativ oder zusätzlich kann das erfindungsgemäße Verfahren folgende Schritte umfassen:
    • - Ermittlung der die Evolventenfläche erzeugenden Geraden und
    • - Ausrichtung der Drehachse des Werkzeugs und/oder der Eingriffslinie zwischen der Mantelfläche des Werkzeugs und der Zahnflanke in Abhängigkeit den erzeugenden Geraden.
  • Bevorzugt wird die Abweichung zwischen dem Winkel der Eingriffslinie der Mantelfläche des Werkzeugs mit der Verzahnung und einer Ebene senkrecht zur Drehachse des Werkstücks und dem Grundschrägungswinkel und/oder der Winkel zwischen einer Eingriffslinie der Mantelfläche des Werkzeugs mit der Verzahnung und der die Evolventenverzahnung erzeugenden Gerade in Abhängigkeit von der Länge des Werkzeugs bestimmt. Denn je kleiner die Abweichung bzw. der Winkel gewählt wird, desto länger muss das Werkzeug sein. Steht daher nur ein kürzeres Werkzeug zur Verfügung, muss mit einer größeren Abweichung bzw. einem größeren Winkel zur erzeugenden Gerade gearbeitet werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Winkel zwischen der Drehachse des Werkzeugs und einer Ebene senkrecht zur Drehachse des Werkstücks während eines Bearbeitungshubs und/oder während der Bearbeitung konstant ist. Dies ist darin begründet, dass der Winkel der erzeugenden Geraden zu einer Ebene senkrecht zur Drehachse des Werkstücks über die gesamte Zahnflanke identisch ist.
  • Gemäß einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Werkzeug in mindestens einem relativ zur Drehachse des Werkstücks radialen oder axialen oder schrägen Bearbeitungshub entlang der Zahnflanke bewegt wird.
  • Bevorzugt werden das Werkzeug und/oder Werkstück über den Bearbeitungshub so bewegt, dass die Eingriffslinie der Mantelfläche des Werkzeugs mit der Verzahnung in einem Schnitt mit mindestens einer und bevorzugt im Schnitt mit jeder Stirnebene der Verzahnung einer Evolvente folgt.
  • Gemäß einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass zur Erzeugung einer Geradverzahnung das Werkzeug in einem Bearbeitungshub zumindest auch in Höhenrichtung entlang der Zahnflanke geführt wird, während das Werkstück gedreht wird, um die Evolventenform der Zahnflanke zu erzeugen. Bevorzugt wird das Werkzeug hierzu in einem relativ zur Drehachse des Werkstücks radialen Bearbeitungshub geführt.
  • Gemäß einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass zur Erzeugung einer Schrägverzahnung das Werkzeug in einem Bearbeitungshub zumindest auch in Breitenrichtung entlang der Zahnflanke geführt wird, während das Werkstück gedreht wird, um dem Schrägungswinkel der Zahnflanke zu folgen. Bevorzugt wird das Werkzeug hierzu in einem relativ zur Drehachse des Werkstücks axialen Bearbeitungshub entlang der Zahnflanke geführt.
  • Gemäß einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass durch einen zumindest auch in Breitenrichtung erfolgenden, bevorzugt relativ zur Drehachse des Werkstücks axial geführten einen Teils eines Bearbeitungshubs nur ein Teil der Zahnflanke bearbeitet wird, wobei zum Bearbeiten eines anderen Teils der Zahnflanke das Werkzeug in einem anderen Teil des Bearbeitungshubs in einer anderen Richtung zumindest auch in Höhenrichtung entlang der Zahnflanke und bevorzugt radial zu einer Drehachse des Werkstücks geführt wird.
  • Bevorzugt wird während des zumindest auch in Breitenrichtung erfolgenden, bevorzugt relativ zur Drehachse des Werkstücks axialen einen Teils des Bearbeitungshubs das Werkstück zumindest gedreht, um dem Schrägungswinkel der Zahnflanke zu folgen.
  • Bevorzugt wird während des zumindest auch in Höhenrichtung und bevorzugt radial zu einer Drehachse des Werkstücks erfolgenden anderen Teils des Bearbeitungshubs das Werkstück zumindest gedreht, um die Evolventenform der Zahnflanke zu erzeugen und dem Schrägungswinkel der Zahnflanke zu folgen.
  • Gemäß einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Bearbeitung der Zahnflanke über ihre gesamte Höhe und/oder Breite in maximal 10 Bearbeitungshüben erfolgt, bevorzugt in maximal 5 Bearbeitungshüben, weiter bevorzugt in maximal 3 Bearbeitungshüben und bevorzugt in nur einem Bearbeitungshub.
  • Werden mehrere Bearbeitungshübe eingesetzt, so verlaufen diese bevorzugt zumindest über eine Teilbereich der Flanke in axialer Richtung zur Drehachse des Werkstücks, so dass sich Bearbeitungsspuren ergeben, welche entlang von Höhenlinien der Verzahnung verlaufen.
  • Gemäß einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Verzahnbearbeitung in mindestens zwei Bearbeitungshüben erfolgt, wobei ein erster Bearbeitungshub mit einem kürzeren Werkzeug erfolgt als ein zweiter Bearbeitungshub. Hierdurch können Stabilitätsprobleme bei langen Werkzeugen verringert werden.
  • Gemäß einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Verzahnbearbeitung in mindestens zwei Bearbeitungshüben erfolgt, wobei ein erster Bearbeitungshub mit einer Eingriffsrichtung des Werkzeugs von einer ersten Stirnseite des Werkstücks in die Verzahnung und ein zweiter Bearbeitungshub mit einer Eingriffsrichtung des Werkzeugs von einer zweiten Stirnseite des Werkstücks in die Verzahnung erfolgt. Hierdurch kann die für die Verzahnbearbeitung benötigte Länge des Werkzeugs verringert werden.
  • Gemäß einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Ausrichtung der Drehachse des Werkzeugs relativ zur Drehachse des Werkstücks nur zur Bearbeitung eines Teils der Zahnflanke in Abhängigkeit von dem Verlauf einer die Evolventenverzahnung erzeugenden Gerade gewählt wird, und zur Bearbeitung eines zweiten Teils andere Ausrichtung der Drehachse gewählt wird, bevorzugt um eine Störkontur auf dem Werkstück zu berücksichtigen. Hierdurch wird berücksichtigt, dass beim Vorliegen von Störkonturen in bestimmten Fällen nicht die gesamte Zahnflanke gemäß der vorliegenden Erfindung bearbeitet werden kann.
  • Bevorzugt werden zur Bearbeitung des einen Teils der Zahnflanke weniger in Höhenrichtung versetzte Bearbeitungshübe eingesetzt als zur Bearbeitung des anderen Teils.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere zur Hart-Fein-Bearbeitung eines vorverzahnten Werkstücks eingesetzt werden.
  • Alternativ oder zusätzlich kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung einer schrägen Evolventenverzahnung und/oder zur Erzeugung einer Evolventenverzahnung mit oder ohne Modifikationen eingesetzt werden.
  • Gemäß einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Verzahnbearbeitung in einer Werkzeugmaschine mit mindestens vier und bevorzugt fünf unabhängigen Achsen erfolgt, über welche das Werkzeug relativ zu dem Werkstück bewegt werden kann. Zusätzlich erfolgt eine Rotationsbewegung des Werkzeugs zur Erzeugung einer Schneidbewegung. Insbesondere kann es sich bei der Werkzeugmaschine um ein Bearbeitungszentrum handeln.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere zur Herstellung von Zahnrädern, insbesondere zur Herstellung von Zahnrädern mit einer Stirnradverzahnung oder einer Beveloidverzahnung und/oder von Zahnrädern mit einer zylindrischen oder kegelstumpfförmigen Grundform eingesetzt werden.
  • Die vorliegende Erfindung umfasst weiterhin eine Werkzeugmaschine mit einer Aufnahme für mindestens ein Werkzeug, einer Aufnahme für mindestens ein Werkstück und einer Mehrzahl von Maschinenachsen zur Einstellung der Relativposition zwischen Werkzeug und Werkstück. Insbesondere handelt es sich dabei um eine Mehrzahl von NC-Maschinenachsen. Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine ist durch eine Steuerung gekennzeichnet, welche so programmiert ist, dass die Verzahnmaschine ein Verfahren durchführt, wie es oben beschrieben wurde. Insbesondere ist die Steuerung so programmiert, dass die Verzahnmaschine ein solches Verfahren automatisch durchführen kann, d.h. ohne dass ein Benutzer während der laufenden Verzahnbearbeitung in diese eingreifen muss.
  • Die Steuerung umfasst bevorzugt einen Mikroprozessor, einen Speicher, auf welchem das Steuerprogramm gespeichert ist, und Steuerleitungen zur Ansteuerung der Maschinenachsen.
  • Bei der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine handelt es sich bevorzugt um ein Mehr-Achs-Bearbeitungszentrum, insbesondere um ein Bearbeitungszentrum mit vier oder mehr Achsen, insbesondere um ein Bearbeitungszentrum mit vier Achsen zusätzlich zu der Drehachse der Werkzeugaufnahme und der Drehachse der Werkstückaufnahme.
  • Insbesondere kann es sich bei der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine um eine Verzahnmaschine und/oder bei dem Bearbeitungszentrum um ein Verzahnungszentrum handeln.
  • Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine weist bevorzugt eine Eingabefunktion und/oder eine Steuerungsfunktion auf, durch welche die erfindungsgemäßen Verfahren durchführbar sind.
  • Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine kann insbesondere eine Eingabefunktion aufweisen, über welche der Grundschrägungswinkel und/oder Grundsteigungswinkel der zu erzeugenden Verzahnung eingebbar ist. Dies kann beispielsweise über eine Eingabemaske, und/oder durch eine elektronische Übertragung von Verzahnungsdaten auf die Werkzeugmaschine erfolgen.
  • Weiterhin bevorzugt umfasst die Werkzeugmaschine eine Steuerungsfunktion, welche die Ausrichtung der Drehachse der Werkzeugaufnahme relativ zur Drehachse der Werkstückaufnahme und/oder eine Ebene senkrecht zur Drehachse der Werkstückaufnahme in Abhängigkeit von einem Grundschrägungswinkel und/oder Grundsteigungswinkel einstellt.
  • Die Werkzeugmaschine kann weiterhin eine Eingabefunktion aufweisen, durch welche ein Winkel zwischen einer Eingriffslinie der Mantelfläche des Werkstücks mit der Verzahnung und einer erzeugenden Gerade der Verzahnung eingebbar und/der veränderbar ist. Beispielsweise kann die Eingabefunktion eine Eingabemaske aufweisen, durch welche der Winkel eingebbar und/oder veränderbar ist.
  • Weiterhin kann eine Eingabemaske vorgesehen sein, durch welche der Winkel zwischen der Drehachse der Werkzeugaufnahme und dem Grundschrägungswinkel und/oder Grundsteigungswinkel bzw. die Abweichung hiervon eingebbar und/oder verstellbar ist.
  • Die Werkzeugmaschine weist bevorzugt eine Funktion auf, durch welche bestimmt wird, wie groß der Winkel zwischen Eingriffslinie und erzeugenden Gerade und/oder die Abweichung vom Grundschrägungswinkel und/oder Grundsteigungswinkel gewählt werden muss, um bei einem vorgegebenen Werkzeug und einer vorgegebenen zu erzeugenden Verzahnung eine Verzahnbearbeitung durchführen zu können.
  • Alternativ oder zusätzlich kann die Anzahl der Bearbeitungshübe in Abhängigkeit von dem Winkel bzw. der Abweichung, mit welcher gearbeitet werden soll, und in Abhängigkeit von einer einzuhaltenden Toleranz berechnet werden.
  • Alternativ oder zusätzlich kann die Werkzeugmaschine eine Eingabefunktion aufweisen, mit welcher die Breite der durch die einzelnen Bearbeitungshübe erzeugten Bearbeitungsspuren einstellbar ist.
  • Bei der Werkzeugmaschine kann es sich insbesondere um ein 5-Achs-Bearbeitungszentrum handeln. Bevorzugt ist die Werkzeugaufnahme über mindestens drei Linearachsen und mindestens eine Schwenkachse relativ zum Werkstück verfahrbar. Die Werkzeugaufnahme und die Werkstückaufnahme sind jeweils durch Antriebe um ihre Drehachsen antreibbar. Bei der Drehachse der Werkstückaufnahme handelt es sich bevorzugt um eine NC-Achse.
  • Wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung von einer Bewegung des Werkzeugs, insbesondere von einer Bewegung relativ zum Werkstück, gesprochen, so umfasst dieser Begriff auch ein Vorgehen, bei welchem die absolute Position des Werkzeuges unverändert bleibt, und stattdessen das Werkstück bewegt wird, um die entsprechende Relativbewegung zu erzeugen. Weiterhin umfasst dies auch ein Vorgehen, bei welchem sowohl das Werkstück, als auch das Werkzeug bewegt werden, um die entsprechende Relativbewegung zu erzeugen.
  • Bevorzugt wird jedoch die absolute Position des Werkzeugs verändert, um die Relativposition zwischen Werkstück und Werkzeug zu verändern, und das Werkstück lediglich um seine Drehachse gedreht.
  • Die vorliegende Erfindung wird nun anhand von Zeichnungen sowie Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
  • Dabei zeigen:
    • 1A und 1B: zwei Verfahren zur Verzahnbearbeitung eines Werkstücks gemäß dem Stand der Technik in einem Stirnschnitt;
    • 2A und 2B: die in 1 gezeigten Verfahren in einer perspektivischen Ansicht;
    • 3: die erzeugenden Geraden einer schrägen Evolventenverzahnung;
    • 4: eine weitere Darstellung, aus welcher sich die erzeugenden Geraden einer schrägen Evolventenverzahnung ergeben;
    • 5: den Verlauf der Flankenlinien auf einem Teilzylinder abgerollt in eine Teilebene bei einer Schrägverzahnung;
    • 6: ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Stirnschnitt und in einer perspektivischen Ansicht;
    • 7: ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welchem die Eingriffslinie entlang der erzeugenden Geraden verläuft und
    • 8: ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welchem die Eingriffslinie in einem Winkel ungleich Null zu den erzeugenden Geraden verläuft.
  • Die verzahntechnischen Grundlagen, auf welchen die vorliegende Erfindung beruht, werden zunächst anhand der 3 und 4 näher beschrieben. Beide Figuren zeigen ein Zahnrad mit einer Evolventen-Verzahnung. Das Zahnrad weist zwei Stirnkanten 1 und 2 und eine Drehachse 20 auf. Von der Verzahnung ist zur besseren Übersicht nur eine Zahnflanke 4 dargestellt. Mit dem Bezugszeichen 3 wird der Grundkreis der Verzahnung bezeichnet. In 4 ist die tatsächliche Zahnflanke zur Verdeutlichung der Evolventenform über den Kopfkreisradius hinaus verlängert dargestellt.
  • Ein Evolventen-Profil hat die Eigenschaft, dass in jeder Schnittebene die Normalen auf die Zahnflanke tangential zum Grundkreisradius verlaufen. Bildlich gesprochen kann eine Evolvente daher dadurch erzeugt werden, indem eine Mantelfläche des Grundkreises vom Grundkreis abgerollt wird. Bei einer Geradverzahnung weist diese Mantelfläche, welche abgerollt wird, eine Vorderkante auf, welche parallel zur Drehachse 20 verläuft. Bei Schrägverzahnungen weist die gerade Vorderkante der abgerollten Mantelfläche dagegen einen Winkel β bezüglich der Drehachse 20 auf, welcher dem Grundschrägungswinkel der Schrägverzahnung entspricht.
  • Dies hat zur Folge, dass die Zahnflanke einer Evolventen-Verzahnung durch eine Geradenschar aus die Zahnflanke erzeugenden Geraden 6 beschrieben werden kann, wobei diese Geraden jeweils der Vorderkante der die Evolvente durch Abrollen auf dem Grundkreis erzeugenden Mantelfläche entsprechen. Die erzeugenden Geraden 6 weisen daher alle einen Winkel β zur Drehachse 20 des Werkstückes auf, welche dem Grundschrägungswinkel der Verzahnung entspricht. Anders ausgedrückt weisen alle erzeugenden Geraden 6 einen Winkel γ bezüglich einer Ebene, welche senkrecht auf der Drehachse 20 des Werkstückes steht auf, welche dem Grundsteigungswinkel der Verzahnung entspricht.
  • Mit dem Bezugszeichen 5 sind dabei jeweils die stirnseitigen Seitenkanten der Mantelfläche in der entsprechenden abgerollten Stellung bezeichnet. Der Schnitt zwischen der Evolvente und dem Grundkreiszylinder bildet eine Schraubenlinie 8 auf dem Grundkreiszylinder.
  • 5 zeigt noch einmal die abgerollte Mantelfläche eines Teilkreiszylinders 3' mit den Flankenlinien 8' auf dem Teilkreiszylinder 3' und den entsprechenden Flankenlinien 8" in der abgerollten Mantelebene. Weiterhin ist eine parallel zur Drehachse 20 verlaufende Wälzachse 7 sowie der Grundschrägungswinkel β mit den Flankenlinien 8" in der abgerollten Teilebene gezeigt.
  • Die vorliegende Erfindung macht sich die oben beschriebene Tatsache zu Nutze, dass die Evolvente durch eine Geradenschar erzeugt wird, indem sie ein Werkzeug einsetzt, dessen Mantelfläche ebenfalls durch eine Geradenschar beschreibbar ist, und die Ausrichtung jener die Mantelfläche des Werkzeugs beschreibenden Gerade, welche mit der Zahnflanke in Eingriff kommt, an dem Verlauf der die Evolventenform erzeugenden Geraden auf der Zahnflanke ausrichtet.
  • Insbesondere kann ein Werkzeug mit einer kreiszylinderförmigen Mantelfläche eingesetzt werden, bei welcher die die kreiszylinderförmige Mantelfläche erzeugenden Geraden jeweils parallel zur Drehachse des Werkzeugs verlaufen. Alternativ kann jedoch auch ein Werkzeug mit einer konusförmigen Mantelfläche eingesetzt werden, bei welchem die die Mantelfläche erzeugenden Geraden jeweils mit dem Konuswinkel zur Drehachse des Werkzeugs ausgerichtet sind.
  • Im Idealfall wird das Werkzeug mit seiner Drehachse 10 so relativ zur Drehachse 20 des Werkstückes ausgerichtet und so an die Zahnflanke angestellt, dass die Eingriffslinie der Mantelfläche mit der Verzahnung eine die Mantelfläche erzeugende Gerade ist und mit einer die Evolvente erzeugenden Gerade der Zahnflanke übereinstimmt.
  • Dies hat zum einen den Vorteil, dass die gesamte Zahnflanke in nur einem Bearbeitungshub bearbeitet werden kann, und zum anderen den Vorteil, dass die Evolvente exakt erzeugt wird.
  • Bei einem zylindrischen Werkzeug 11, wie es in 6 dargestellt ist, kann eine solche Ausrichtung dadurch erreicht werden, dass die Drehachse 10 des Werkzeugs zu einer Ebene 9, welche senkrecht auf der Drehachse steht, mit einem Winkel α ausgerichtet wird, welcher dem Grundsteigungswinkel γ der Verzahnung entspricht. Hierdurch ist sowohl die Drehachse 10, als auch die entsprechende Eingriffslinie der Mantelfläche mit der Verzahnung parallel zu den jeweiligen erzeugenden Geraden der Evolventenverzahnung ausgerichtet.
  • Für den Spezialfall einer geraden Verzahnung ist die Drehachse 10 daher parallel zur Drehachse 20 des Werkstücks ausgerichtet. Um die gesamte Zahnflanke zu bearbeiten, wird das Werkzeug dann in radialer Richtung zu der Drehachse des Werkstückes bewegt, während das Werkstück um seine Drehachse so gedreht wird, dass die Eingriffslinie mit der Mantelfläche des Werkzeugs eine Evolvente beschreibt.
  • Insbesondere wird die radiale Bewegung des Werkzeugs und die Drehbewegung des Werkstücks so aufeinander abgestimmt, dass in jeder Stirnschnittebene des Werkstücks eine Gerade, welche die Drehachse 10 des Werkzeugs und einen Schnittpunkt zwischen der Eingriffslinie zwischen Werkzeug 11 und Verzahnung verbindet, tangential zum Grundkreis der Verzahnung verläuft.
  • Das Werkzeug 11 kann während der radialen Bewegung zusätzlich axial bewegt werden, was jedoch keinen Einfluss auf die erzeugte Verzahnung hat, und lediglich unterschiedliche Bereiche der Mantelfläche mit der Verzahnung in Eingriff bringt.
  • Bei einer Schrägverzahnung ergibt sich dagegen ein Winkel α ungleich 90 Grad zwischen der Drehachse 10 des Werkzeugs und einer Ebene 9, welche senkrecht auf der Drehachse 20 des Werkstücks steht, welcher im Idealfall dem Grundsteigungswinkel γ entspricht.
  • Bevorzugt wird das Werkzeug in diesem Fall so an der Flanke positioniert, dass es über deren gesamten Höhe mit der Flanke 4 in Eingriff steht. Das Werkzeug kann daraufhin in axialer Richtung bezüglich der Drehachse 20 des Werkstücks an der Zahnflanke entlang geführt werden, während gleichzeitig das Werkstück gedreht wird, um der Schrägverzahnung zu folgen. Gegebenenfalls kann zusätzlich hierzu eine radiale Bewegung des Werkzeugs relativ zur Drehachse 20 des Werkstücks erfolgen, welche durch eine entsprechende zusätzliche Drehbewegung des Werkstücks kompensiert wird, um der Evolvente in Höhenrichtung zu folgen. Gegebenenfalls kann auch eine Bewegung nur in radialer Richtung erfolgen.
  • Besteht auf einer Seite der Verzahnung eine Störkontur, durch welche das Werkzeug auf einer Stirnfläche der Verzahnung nur eine geringe Strecke aus der Verzahnung heraustreten kann, so kann es sich beispielsweise anbieten, mit dem Werkzeug von der anderen Stirnseite ausgehend in die Verzahnung einzugreifen und das Werkzeug solange axial entlang der Zahnflanke zu führen, bis dieses auf der anderen Stirnseite mit der Störkontur aus der Verzahnung austritt. Daraufhin wird das Werkzeug radial von der Drehachse des Werkstücks wegbewegt, und behält daher seine axiale Position relativ zur Verzahnung bei. Hierdurch kann trotz der Störkontur die gesamte Zahnflanke mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeitet werden.
  • Befindet sich die Störkontur allerdings auf der anderen Seite der Verzahnung, so kann es sich anbieten, nur einen Teil der Zahnflanke mit einem erfindungsgemäßen Verfahren zu bearbeiten. Der durch das erfindungsgemäße Verfahren nicht zugängliche Teil der Zahnflanke kann dann mit einem konventionellen Verfahren, wie es in 1 und 2 dargestellt ist, bearbeitet werden. Insbesondere kann die Bearbeitung in diesem Bereich mit einer Ausrichtung der Werkzeugdrehachse erfolgen, bei welcher der Winkel α zu der Stirnschnittebene 9 kleiner ist als der Grundsteigungswinkel und gegebenenfalls gleich 0 ist, sodass die Achse 10 des Werkzeugs in der Stirnschnittebene verläuft. In diesem Fall wird jedoch eine Mehrzahl von Bearbeitungshüben benötigt, um die Verzahnung über die gesamte Höhe zu bearbeiten.
  • Da der Verlauf der erzeugenden Geraden auf gegenüberliegenden Zahnflanken umgekehrt ist, kann eine einseitige Störkante dazu führen, dass die Zahnflanken auf einer Zahnseite komplett mit einem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt werden können, die anderen Zahnflanken dagegen nur teilweise. Gemäß einem möglichen Aspekt der Erfindung können daher nur die linken oder die rechten Zahnflanken einer Verzahnung komplett mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens bearbeitet werden, während die jeweils anderen Zahnflanken nur teilweise erfindungsgemäß bearbeitet werden, und bevorzugt der verbleibende Teil mit einem anderen Verfahren, beispielsweise einem Verfahren gemäß dem Stand der Technik, bei welchem die Form der Zahnflanke zeilenweise erzeugt wird, bearbeitet werden.
  • Das prinzipielle Vorgehen bei der erfindungsgemäßen Erzeugung einer evolventischen Zahnflanke 4 mit einem Werkzeug 11 mit einer kreiszylinderförmigen Mantelfläche ist noch einmal in 7 für den Fall einer Schrägverzahnung dargestellt. Die Drehachse des Werkzeugs 11 wird dabei so ausgerichtet, dass die Eingriffslinie der Mantelfläche des Werkzeugs mit der Zahnflanke einer erzeugenden Gerade 6 entspricht. Bevorzugt reicht das Werkzeug dabei in Höhenrichtung über die gesamte Zahnflanke. Das Werkzeug wird daraufhin in einer Richtung Z parallel zur Drehachse des Werkstücks bewegt, während das Werkstück um einen Winkel φ gedreht wird, welcher der Schrägung der Verzahnung entspricht.
  • Handelt es sich um einen Werkstück mit relativ geringer Breite, kann jedoch gegebenenfalls auch mit einer rein radialen Zustellbewegung des Werkzeugs relativ zur Drehachse bearbeitet werden. In diesem Fall muss die gleichzeitige Drehung des Werkstücks um den Winkel φ so mit der radialen Zustellbewegung koordiniert werden, dass eine Evolvente entsteht. Gemischte Verfahren mit axialer und radialer Zustellung sind ebenfalls möglich.
  • Je höher jedoch der Zahn und je breiter das Werkstück ist, und je größer der Schrägungswinkel β der Verzahnung ausgebildet ist, desto länger muss das Werkzeug 11 sein, um über die gesamte Höhe bzw. Breite der Zahnflanke zu reichen und die Zahnflanke in einem Arbeitsgang bearbeiten zu können. Bei einer Geradverzahnung muss die Länge des Werkzeugs mindestens der Zahnbreite entsprechen.
  • Wird ein zu langes Werkzeug eingesetzt, können hierdurch jedoch Stabilitätsprobleme entstehen, sodass die Zahnflanke nicht mehr in einem einzigen Arbeitsgang bearbeitet werden kann.
  • Gemäß einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung kann die Bearbeitung der Zahnflanke daher beispielsweise in zwei Bearbeitungshüben erfolgen, wobei im ersten Bearbeitungshub das Werkzeug ausgehend von einer ersten Stirnseite des Werkstücks in die Verzahnung eingeführt wird, und in einem zweiten Bearbeitungshub ausgehend von der anderen Stirnseite.
  • Weiterhin ist es denkbar, zwei Fräser mit einer unterschiedlichen Länge einzusetzen. Ein oberer Bereich der Zahnflanke kann dann mit dem kürzeren, stabileren Werkzeug bearbeitet werden. Der restliche Teil der Zahnflanke bis zum Zahnfuß wird dann mit einem längeren Werkzeug bearbeitet. Hierdurch würde man zwar nicht mehr wie im Optimalfall die volle Evolvente in einem Arbeitsgang erzeugen können. Trotz des mehrhubigen Verfahrens könnte die Evolvente jedoch weiterhin weitgehend exakt erzeugt werden und immer noch eine enorme Zeitersparnis gegenüber herkömmlichen Bearbeitungsmethoden erreicht werden.
  • Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Durchmesser des Werkzeugs zu erhöhen, um die Stabilitätsprobleme durch eine entsprechend größere Breite des Werkzeugs zu vermeiden. Dieser Methode sind durch die Gegenflanke jedoch enge Grenzen gesetzt.
  • Gemäß einer Weiterentwicklung kann statt eines Werkzeugs mit einer kreiszylinderförmigen Mantelfläche jedoch ein Werkzeug mit einer konischen Mantelfläche eingesetzt werden, bei welchem der Durchmesser des Werkzeugs zur Spitze des Werkzeugs hin abnimmt.
  • Durch ein solches Werkzeug ist exakt das gleiche Verfahren, wie es oben für ein Werkzeug mit einer kreiszylinderförmigen Mantelfläche beschrieben wurde, durchführbar. Hier muss lediglich der Konuswinkel zwischen der Mantelfläche und der Drehachse bei der Ausrichtung der Drehachse des Werkzeugs berücksichtigt werden. Bei dem konischen Werkzeug ergibt sich durch die Konusform eine höhere Stabilität, ohne dass die für ein kreiszylinderförmiges, dickes Werkzeug bestehenden Kollisionsprobleme mit der Gegenflanke auftreten.
  • Die exakte Ausrichtung der Eingriffslinie zwischen Werkzeug und Verzahnung entlang der erzeugenden Geraden der Zahnflanke, welche bisher beschrieben wurde, stellt lediglich den optimalen Fall im Hinblick auf die Schnelligkeit des Verfahrens und die erzielbare Oberflächenqualität dar. Die vorliegende Erfindung ist hierauf jedoch nicht beschränkt.
  • Wie in 8 gezeigt, kann die Eingriffslinie der Mantelfläche des Werkzeugs mit der Verzahnung auch mit einem Winkel δ bezüglich der erzeugenden Geraden 6 der Zahnflanke 4 ausgerichtet werden. Bei einem Werkzeug mit einer kreiszylinderförmigen Mantelfläche entspricht der Winkel δ der Differenz zwischen dem Winkel zwischen der Drehachse 10 des Werkzeuges 11 und einer Ebene senkrecht zu der Drehachse des Werkzeugs und dem Grundsteigungswinkel γ der Verzahnung. Bei einem konischen Werkzeug ist zusätzlich der Konuswinkel zu berücksichtigen. Je kleiner der Winkel δ ist, desto größer sind die erfindungsgemäß erzielbaren Effekte. Es ergeben sich jedoch auch noch bei einem relativ großen Winkel δ erhebliche Vorteile gegenüber Verfahren gemäß dem Stand der Technik.
  • Während nämlich gemäß dem Stand der Technik im schlechtesten Fall ein Winkel von 90 Grad auf die erzeugende Gerade besteht, beispielsweise bei einer Geradeverzahnung und einer in einer Stirnschnittebene des Werkstücks verlaufenden Drehachse des Werkzeugs, kann dieser Winkel δ erfindungsgemäß kleiner als 90 Grad und bevorzugt kleiner als 40 Grad gewählt werden. Hierdurch ist die Länge des Abschnitts auf der Eingriffslinie, welcher innerhalb einer vorgegebenen Toleranz zur gewünschten Evolvente liegt, erheblich länger als bei Verfahren gemäß dem Stand der Technik. Daher werden weniger Bearbeitungshübe benötigt, um die Zahnflanke mit der zulässigen Toleranz bezüglich der Solloberfläche herzustellen.
  • Wir dabei mit einem Winkel δ gearbeitet, welcher so klein ist, dass sich die hierdurch ergebenden Abweichungen von der idealen Evolventenform noch innerhalb der zulässigen Toleranzen liegen, so kann weiterhin mit nur einem einzigen Bearbeitungshub gearbeitet werden. Übersteigen die Abweichungen jedoch die zulässigen Toleranzen, so muss mit mehreren Bearbeitungshüben gearbeitet werden. Bevorzugt sind diese zumindest in Höhenrichtung versetzt.
  • Bei solchen mehreren Bearbeitungshüben sind grundsätzlich die gleichen Verfahrstrategien für jeden einzelnen Bearbeitungshub denkbar, welche oben bereits näher beschrieben wurden. Auch die Überlagerung zwischen der Bewegung des Werkzeugs und der Drehbewegung des Werkstücks gelten dabei in gleicher Weise für die einzelnen Hübe wie dies bereits oben beschrieben wurde.
  • Besonders bevorzugt erfolgt ein Verfahren des Werkzeugs zumindest über einen Teilbereich der Zahnflanke für mehrere und bevorzugt alle Hübe ausschlie0lich in axialer Richtung bezüglich der Drehachse des Werkstücks, so dass die Bearbeitungsspuren parallel zu den Höhenlinien der Verzahnung verlaufen.
  • Die Eingriffslinie der Mantelfläche des Werkzeugs mit der Zahnflanke steht bevorzugt steiler auf der Zahnflanke als die erzeugenden Geraden, da hierdurch die für die Werkzeuglänge verringert werden kann. Steht daher kein Werkzeug zur Verfügung, durch welches eine Bearbeitung über die gesamte Zahnflanke mit einer Ausrichtung der Eingriffslinie entlang der erzeugenden Geraden zur Verfügung, kann das Werkzeug steiler angestellt werden, um eine Bearbeitung zu ermöglichen, bei welcher allerdings ggf. mehrere Hübe und/oder Abweichungen in Kauf genommen werden müssen.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die Ausrichtung des Werkzeugs während eines Bearbeitungshubs und/oder während der Bearbeitung üblicherweise nicht verändert. Vielmehr erfolgt bevorzugt eine lineare Bewegung des Werkzeugs in axialer und/oder radialer Richtung, kombiniert mit einer Drehbewegung des Werkstücks. Dies gilt insbesondere für einen Winkel δ = 0, da in diesem Fall die Eingriffslinie entlang der erzeugenden Geraden gehalten wird.
  • Wird mit einem Winkel δ ≠ 0 zur erzeugenden Gerade gearbeitet, so kann in bestimmten Situationen jedoch eine Änderung dieses Winkels, insbesondere zwischen den Bearbeitungshüben, vorgenommen werden.
  • Beispielsweise kann dabei zur Bearbeitung eines unteren Bereiches der Zahnflanke mit einem größeren Winkel δ gearbeitet werden als zur Bearbeitung eines oberen Bereiches der Zahnflanke. Eine Abweichung von der eigentlich idealen Ausrichtung entlang der erzeugenden Gerade ist üblicherweise dadurch bedingt, dass das Werkzeug keine für eine solche Ausrichtung ausreichende Länge aufweist. Insbesondere zur Bearbeitung eines unteren Teils der Zahnflanke, für welchen der obere Teil der Zahnflanke eine Störkontur darstellt, bedarf es daher gegebenenfalls eines Winkels δ zwischen der Eingriffslinie zwischen Werkzeug und Zahnflanke und der erzeugenden Gerade ungleich Null. Im oberen Bereich der Zahnflanke kann dagegen mit einem kleineren Winkel δ oder sogar mit einem Winkel δ = 0 gearbeitet werden.
  • Werden mehrere Bearbeitungshübe eingesetzt, muss die Breite der hierdurch erzeugten Bearbeitungsspuren in Höhenrichtung nicht für alle Bearbeitungsspuren gleich groß sein. Beispielsweise kann eine in Höhenrichtung in einem mittleren Bereich der Zahnflanke angeordnete Bearbeitungsspur eine größere Breite in Höhenrichtung aufweisen als darüber und/oder darunter liegende Bearbeitungsspuren. Hierdurch werden die durch den Anschluss zweier Bearbeitungsspuren aneinander entstehenden Kanten aus dem hoch belasteten mittleren Bereich der Verzahnung heraus verlegt.
  • Wird erfindungsgemäß von einer Eingriffslinie zwischen der Mantelfläche des Werkzeugs und der Verzahnung bzw. der Zahnflanke gesprochen, so ist dabei jene im Eingriff mit der Zahnflanke stehende Linie der Mantelfläche gemeint, welche die Geometrie der durch die Bearbeitung erzeugten Zahnflanke bestimmt. Dadurch, dass das Werkzeug Material von der Zahnflanke abträgt, ist es auf der in Vorschubrichtung vorderen Seite flächig mit der Zahnflanke in Eingriff. Für die spätere Form der Zahnflanke ist jedoch lediglich jene in einer radial zur Werkzeugdrehachse verlaufenden Ebene liegende Eingriffslinie relevant, welche bei einer Vorschubbewegung zuletzt in Kontakt mit der Verzahnung steht. Diese Linie wird erfindungsgemäß als Eingriffslinie bezeichnet. Es handelt sich dabei um jene Linie, mit welcher das Werkzeug, würde die Bearbeitung ohne Materialabtrag noch einmal auf der fertig bearbeiteten Flanke mit gleicher Verfahrensführung erfolgen, mit dem Werkstück in Kontakt stehen würde.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl für eine Weichbearbeitung, als auch für eine Hart-Feinbearbeitung des Werkstücks eingesetzt werden. Besonders bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren jedoch für eine Hart-Feinbearbeitung eingesetzt, da erfindungsgemäß hervorragende Oberflächenqualitäten erzielbar sind.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiterhin sowohl für eine Schrupp-Bearbeitung, als auch für eine Schlichtbearbeitung eingesetzt werden. Bei der Schrupp-Bearbeitung wird aus dem Rohling unter hohem Materialabtrag die Verzahnung erzeugt. Bei der Schlichtbearbeitung wird dagegen ein bereits schruppbearbeitetes Werkstück zur Erziehung einer besseren Oberflächenqualität noch einmal bearbeitet. Dabei erfolgt üblicherweise nur ein relativ geringer Materialabtrag.
  • Wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Schlichtbearbeitung eingesetzt, so kann die Länge der Eingriffslinie zwischen Werkzeug und Werkstück durch die erfindungsgemäße Verfahrensführung erheblich verlängert werden, ohne die Abweichungen von der Soll-Geometrie zu erhöhen. Dementsprechend sind bei gleicher Oberflächenqualität weniger Bearbeitungshübe bzw. bei gleicher Anzahl von Bearbeitungshüben eine höhere Oberflächenqualität möglich.
  • Weiterhin ist insbesondere dann, wenn mit einem kleinen Winkel δ gearbeitet wird, eine Oberflächenqualität möglich, welche mit konventionellen Verfahren mit dem gleichen Werkzeug kaum oder nicht erzielbar wären.
  • Als Werkzeug kommt bevorzugt ein Fräswerkzeug, insbesondere ein Fingerfräser zum Einsatz. Alternativ kann jedoch auch ein Schleifwerkzeug, insbesondere ein Schleifstift eingesetzt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2314404 B1 [0004]
    • WO 2008/133517 A1 [0005]

Claims (14)

  1. Verfahren zur Verzahnbearbeitung eines Werkstücks mit einem Werkzeug mit einer kreiszylinderförmigen oder konischen Mantelfläche, bei welchem das Werkzeug zur Erzeugung einer Evolventenverzahnung mit seiner Mantelfläche tangential zu der zu erzeugenden Sollkontur an einer Zahnflanke des Werkstücks entlang geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung der Drehachse des Werkzeugs relativ zur Drehachse des Werkstücks in Abhängigkeit von dem Verlauf einer die Evolventenverzahnung erzeugenden Gerade gewählt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Winkel zwischen einer Eingriffslinie der Mantelfläche des Werkzeugs mit der Verzahnung und der die Evolventenverzahnung erzeugenden Gerade von kleiner 40 Grad gewählt wird, bevorzugt von kleiner 20 Grad, weiter bevorzugt kleiner 10 Grad, wobei die Eingriffslinie bevorzugt steiler auf der Flanke steht als die erzeugenden Geraden oder entlang der erzeugenden Geraden verläuft.
  3. Verfahren insbesondere nach Anspruch 1 zur Verzahnbearbeitung eines Werkstücks mit einem Werkzeug mit einer kreiszylinderförmigen oder konischen Mantelfläche, bei welchem das Werkzeug zur Erzeugung einer Evolventenverzahnung mit seiner Mantelfläche tangential zu der zu erzeugenden Sollkontur an einer Zahnflanke des Werkstücks entlang geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkel zwischen einer Eingriffslinie der Mantelfläche des Werkzeugs mit der Verzahnung und einer Ebene senkrecht zur Drehachse des Werkstücks in Abhängigkeit von einem Grundschrägungswinkel und/oder Grundsteigungswinkel der Verzahnung gewählt wird, wobei der Winkel zwischen der Eingriffslinie der Mantelfläche des Werkzeugs mit der Verzahnung und der Ebene senkrecht zur Drehachse des Werkstücks bevorzugt in einem Bereich von ± 30° zum Grundschrägungswinkel liegt, weiter bevorzugt in einem Bereich von ± 20° zum Grundschrägungswinkel liegt, weiter bevorzugt in einem Bereich von ± 10° zum Grundschrägungswinkel liegt, wobei der Winkel bevorzugt größer als oder gleich groß wie der Grundschrägungswinkel ist.
  4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei ein Winkel zwischen der Drehachse des Werkzeugs und einer Ebene senkrecht zur Drehachse des Werkstücks während eines Bearbeitungshubs und/oder der Bearbeitung konstant ist.
  5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Werkzeug in mindestens einem relativ zur Drehachse des Werkstücks radialen oder axialen oder schrägen Bearbeitungshub entlang der Zahnflanke bewegt wird, wobei bevorzugt das Werkzeug und/oder Werkstück über den Bearbeitungshub so bewegt werden, dass die Eingriffslinie der Mantelfläche des Werkzeugs mit der Verzahnung in einem Schnitt mit mindestens einer und bevorzugt im Schnitt mit jeder Stirnebene der Verzahnung einer Evolvente folgt.
  6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei zur Erzeugung einer Geradverzahnung das Werkzeug in einem Bearbeitungshub zumindest auch in Höhenrichtung entlang der Zahnflanke geführt wird, während das Werkstück gedreht wird, um die Evolventenform der Zahnflanke zu erzeugen, wobei das Werkzeug bevorzugt in einem relativ zur Drehachse des Werkstücks radialen Bearbeitungshub geführt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei zur Erzeugung einer Schrägverzahnung das Werkzeug in einem Bearbeitungshub zumindest auch in Breitenrichtung entlang der Zahnflanke geführt wird, während das Werkstück gedreht wird, um dem Schrägungswinkel der Zahnflanke zu folgen, wobei das Werkzeug bevorzugt in einem relativ zur Drehachse des Werkstücks axialen Bearbeitungshub entlang der Zahnflanke geführt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei durch einen zumindest auch in Breitenrichtung erfolgenden, bevorzugt relativ zur Drehachse des Werkstücks axial geführten einen Teils eines Bearbeitungshubs nur ein Teil der Zahnflanke bearbeitet wird, wobei zum Bearbeiten eines anderen Teils der Zahnflanke das Werkzeug in einem anderen Teil des Bearbeitungshubs in einer anderen Richtung zumindest auch in Höhenrichtung entlang der Zahnflanke und bevorzugt radial zu einer Drehachse des Werkstücks geführt wird, wobei bevorzugt während des zumindest auch in Breitenrichtung erfolgenden, bevorzugt relativ zur Drehachse des Werkstücks axialen einen Teils des Bearbeitungshubs das Werkstück zumindest gedreht, um dem Schrägungswinkel der Zahnflanke zu folgen, und/oder wobei bevorzugt während des zumindest auch in Höhenrichtung und bevorzugt radial zu einer Drehachse des Werkstücks erfolgenden anderen Teils des Bearbeitungshubs das Werkstück zumindest gedreht, um die Evolventenform der Zahnflanke zu erzeugen und dem Schrägungswinkel der Zahnflanke zu folgen.
  9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Verzahnbearbeitung in mindestens zwei Bearbeitungshüben erfolgt, wobei ein erster Bearbeitungshub mit einem kürzeren Werkzeug erfolgt als ein zweiter Bearbeitungshub und/oder wobei ein erster Bearbeitungshub mit einer Eingriffsrichtung des Werkzeugs von einer ersten Stirnseite des Werkstücks in die Verzahnung und ein zweiter Bearbeitungshub mit einer Eingriffsrichtung des Werkzeugs von einer zweiten Stirnseite des Werkstücks in die Verzahnung erfolgt.
  10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Ausrichtung der Drehachse des Werkzeugs relativ zur Drehachse des Werkstücks nur zur Bearbeitung eines Teils der Zahnflanke in Abhängigkeit von dem Verlauf einer die Evolventenverzahnung erzeugenden Gerade gewählt wird, und zur Bearbeitung eines zweiten Teils andere Ausrichtung der Drehachse gewählt wird, bevorzugt um eine Störkontur auf dem Werkstück zu berücksichtigen, wobei bevorzugt zur Bearbeitung des einen Teils der Zahnflanke weniger in Höhenrichtung versetzte Bearbeitungshübe eingesetzt werden als zur Bearbeitung des anderen Teils.
  11. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche zur Hart-FeinBearbeitung eines vorverzahnten Werkstücks und/oder zur Erzeugung einer schrägen Evolventenverzahnung und/oder zur Erzeugung einer Evolventenverzahnung mit oder ohne Modifikationen.
  12. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Verzahnbearbeitung in einer Werkzeugmaschine mit mindestens vier und bevorzugt fünf unabhängigen Achsen erfolgt, über welche das Werkzeug relativ zu dem Werkstück bewegt werden kann.
  13. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche zur Herstellung von Zahnrädern, insbesondere zur Herstellung von Zahnrädern mit einer Stirnradverzahnung oder einer Beveloidverzahnung und/oder von Zahnrädern mit einer zylindrischen oder kegelstumpfförmigen Grundform.
  14. Werkzeugmaschine, insbesondere Mehr-Achs-Bearbeitungszentrum, mit einer Aufnahme für mindestens ein Werkzeug, einer Aufnahme für mindestens ein Werkstück und einer Mehrzahl von Maschinenachsen zur Einstellung der Relativposition zwischen Werkzeug und Werkstück, gekennzeichnet durch eine Steuerung, welche programmiert ist, um ein Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche durchzuführen.
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