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Verzahnung - Verzahnungsmaschinen

Wälzfräsmaschinen

Auszug aus

Handbuch Spanen

Herausgeber: Günter Spur
10/2014, 1392 Seiten, € 239,99
ISBN: 978-3-446-43699-2
S. 947-951

Das Wälzfräsen zählt zu den kontinuierlich arbeitenden Verzahnungsverfahren. Durch Variation der Maschineneinstellungen ist es möglich, sämtliche Zähnezahlen, Profilverschiebungen sowie beliebige Schrägungswinkel mit nur einem Wälzfräser zu fertigen.

Wälzfräsmaschinen sind kontinuierlich arbeitende Verzahnmaschinen. Im Hinblick auf seine Geometrie stellt das Werkzeug, der Wälzfräser, eine zylindrische Evolventenschnecke dar, deren Schneckengänge durch Spannuten unterbrochen sind. Die seitlichen Flanken und der Kopf der Schneidzähne sind hinterarbeitet, um einen für die Zerspanung notwendigen Freiwinkel zu erreichen.

Der Bewegungsablauf beim Wälzfräsen und die notwendigen Bestimmungsgrößen des Wälzfräsers sind schematisch in Bild 1 dargestellt. Während der Bearbeitung wälzen Werkzeug und Werkrad wie in einem Schneckenradgetriebe miteinander. Durch die Fräserdrehung wird hierbei neben der eigentlichen Schnittbewegung auch die translatorische Wälzkomponente durch das tangentiale Verschrauben der Schneidflanken eingebracht.

Bild 1: Kenngrößen und Bezeichnungen von Fräser und Werkstück beim Wälzfräsen

Der Schwenkwinkel des Fräsers resultiert hierbei aus der Richtung und dem Betrag des Schrägungswinkels des zu fertigenden Zahnrades β2 und des Steigungswinkels γ0 der Fräserschnecke. Die Vorschubbewegung beim Wälzfräsen wird durch das Verfahren des Werkzeuges in Zahnbreitenrichtung erzeugt (Axialfräsen).

Durch ein kontinuierliches oder regelmäßiges, schrittweises Verschieben des Werkzeugs in Tangentialrichtung zum Werkstück wird gewährleistet, dass alle Fräserzähne gleichmäßig belastet werden und so dem vorzeitigen Verschleiß einzelner Zähne vorgebeugt wird. Die genannte tangentiale Verschiebung zum Werkstück wird realisiert, indem der Wälzfräser parallel zu seiner Rotationsachse axial verschoben wird. Durch diesen Vorgang, der auch als „Shiften“ bezeichnet wird, gelangen auch bisher nicht am Fräsprozess beteiligte Zähne mit dem Werkstück in Eingriff. Läuft der Tangentialvorschub für das Shiften kontinuierlich und parallel zum Axialvorschub, spricht man vom Diagonalfräsen.

Durch Variation der Maschineneinstellungen ist es möglich sämtliche Zähnezahlen, Profilverschiebungen sowie beliebige Schrägungswinkel, für den zugehörigen Modul, mit nur einem Wälzfräser zu fertigen. Im Allgemeinen stellt einzig der Arbeitsbereich der jeweiligen Maschine eine Begrenzung dar.

Bild 2 zeigt die Gesamtansicht einer 6-Achsen-NC-Wälzfräsmaschine mit Werkstücktischantrieb. Eingezeichnet sind alle zum Wälzfräsen erforderlichen Maschinenachsen.

Bild 2: Aufbau und Maschinenachsen NC-gesteuerter Wälzfräsmaschinen (Quelle: Liebherr)

Die Radialvorschubachse X gibt die Tauchtiefe des Fräsers vor und die Fräserschwenkachse A bestimmt die Schrägstellung des Werkzeugs gegenüber der Werkradmittelachse. Die Shiftbewegung wird durch die Tangentialvorschubachse V ermöglicht. Über die Kopplung der Achsen von Tischdrehung C1, Axialvorschub Z1 und Fräserdrehung B wird die eigentliche Wälzbewegung realisiert.

Die in Abbildung 2 gezeigten Wälzfräsmaschinen eignen sich sowohl für die Nass- als auch für die Trockenbearbeitung. Durch die ortsfeste, vertikale Anordnung des Maschinentisches haben die Maschinen einen relativ geringen Platzbedarf. Bei der größeren Bauform der Maschine ist im Antrieb der Tischdrehung C1 ein geteiltes, zweistufiges Stirnradgetriebe mit einer spielfreien Vorspannung, welche sich durch axiales Verschieben einer Zwischenwelle ergibt, enthalten.

Bei der rechts im Bild dargestellten Variante wird der Werkzeugtisch hingegen direktgetrieben. Unabhängig von der Bauform kann ein Gegenhalter (Z2-Achse) vorgesehen werden. Dieser dient zur Abstützung von Wellen und ermöglicht außerdem das automatisierte Werkstückhandling, indem um den Ständer des Gegenhalters ein Werkstückwechsler rotiert (C2-Achse).

Die in Bild 3 abgebildete Wälzfräsmaschine mit horizontaler Werkstückachse ermöglicht ebenfalls die Herstellung von Verzahnungen. Der Fräskopf (B-Achse) und die Werkstückspindel (C-Achse) sind mit direktgetriebenen, wartungsfreien Antrieben versehen. Dank der horizontalen Werkstückspindelanordnung können die Späne ungehindert auf den Späneförderer fallen. Die Aufnahme von kurzen Werkstücken ist ohne Gegenhalter (fliegend) möglich. Lange Werkstücke können unter Zuhilfenahme der Z2-Achse zwischen Spitzen aufgenommen werden. Axialvorschub, Tangentialvorschub und die Fräserschwenkbewegung werden auch bei dieser Maschine über die Z1-Achse, V-Achse und A- Achse ermöglicht.

Bild 3: NC-Zylinderrad-Wälzfräsmaschine mit Arbeitsraum (Quelle: Gleason-Pfauter)


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Handbuch Spanen

Herausgeber: Günter Spur
10/2014, 1392 Seiten, € 239,99
ISBN: 978-3-446-43699-2
S. 947-951
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