nach oben
Verzahnung - Verzahnungsmaschinen

Wälzhobel- und Wälzstoßmaschinen

Auszug aus

Handbuch Spanen

Herausgeber: Günter Spur
10/2014, 1392 Seiten, € 239,99
ISBN: 978-3-446-43699-2
S. 951-954

Beim Wälzhobeln führt das Werkzeug eine oszillierende Hubbewegung durch, durch welche die Zahnlücken am Werkstück herausgearbeitet werden. Das Wälzstoßen ist ein kontinuierliches Verfahren. Parallel zum Abwälzvorgang führt das Schneidrad eine Hubbewegung in Achsrichtung aus, wodurch es zur Spanabnahme kommt.

Beim Wälzhobeln führt das Werkzeug eine oszillierende Hubbewegung durch, durch welche die Zahnlücken am Werkstück herausgearbeitet werden. Die Bezeichnung Hobeln widerspricht an dieser Stelle dem traditionellen Verständnis des Begriffes Hobeln. Als Hobelmaschinen werden normalerweise diejenigen Maschinen bezeichnet, die mit einem bewegten Werkstück und nicht mit bewegtem Werkzeug arbeiten. Im Falle eines bewegten Werkzeugs spricht man üblicherweise von sogenannten Stoßmaschinen bzw. dem „Stoßen“. Stellt man sich das Hobelwerkzeug als Ausschnitt eines vielfach vergrößerten Stoßrades vor, erkennt man sofort, dass die hier betrachtete, traditionsgemäß als Wälzhobelmaschine bezeichnete, Verzahnmaschine lediglich eine abgewandelte Bauart der Wälzstoßmaschine ist. Anstelle eines runden wird hier lediglich ein zahnstangenförmiges Werkzeug verwendet (Bild 1).

Bild 1: Prinzip des Wälzhobelns

Das Wälzstoßen ist ein kontinuierliches Verfahren. Die für das Stoßen auftretende, charakteristische Wälzkinematik zwischen Werkrad und Werkzeug kann, wie in Bild 2 dargestellt, modellhaft als ein Getriebe mit parallelen Achsen nachgebildet werden, wobei sich Werkzeug und Werkrad jeweils entsprechend ihrer Zähnezahlen drehen. Parallel zum Abwälzvorgang führt das Schneidrad eine Hubbewegung in Achsrichtung aus, wodurch es zur Spanabnahme kommt. Wie schon beim Wälzhobeln wird auch hier das Schneidrad während des Rückhubes vom Werkrad abgehoben. Dadurch wird eine Kollision mit dem wälzenden Verzahnwerkstück verhindert. Die Flanken des Werkzeugs sind in der Regel evolventenförmig und hinterschliffen.

Bild 2: Prinzip des Wälzstoßens

In Bild 3 sind der Aufbau und das Antriebsschema zweier unterschiedlicher Wälzstoßmaschinen dargestellt. Im Gegensatz zu früheren Bauformen, bei denen meist vorgelagerte Getriebe eingesetzt wurden, sind bei heutigen NC-gesteuerten Fräsmaschinen die Vorschubachsen direktgetrieben. Die Erzeugung einer evolventischen Zahnflankenform auf einer Wälzstoßmaschine erfordert die Koordination und Ausführung der folgenden vier Bewegungsabläufe:

  • Hubbewegung des Schneidrades (Z3-Achse)
  • Drehung des Werkstückes (C2-Achse)
  • Drehung des Werkzeuges (C1-Achse)
  • Einstellung der Tauchtiefe (X-Achse).

Die hier ablaufende Hubbewegung wird in den Arbeitshub und den Rückhub unterteilt, wobei es durch den Arbeitshub zur eigentlichen Spanabnahme kommt. Beim Rückhub wird der Eingriff zwischen Werkrad und Werkzeug getrennt, um einer Durchdringung und der daraus resultierenden Kollision zwischen Werkrad und Werkzeug, die einen Werkzeugbruch zur Folge hätte, vorzubeugen. Beim Hubvorgang wird die Kraft direkt vom Kurbelantrieb auf den Stößel und damit auch auf das Werkzeug übertragen. Im Fall von Schrägverzahnungen ist die Schrägführungsbuchse verantwortlich für die Erzeugung der nötigen Schraubbewegung.

Bild 3: Antriebsschema und Aufbau einer Wälzstoßmaschine (Quelle: Liebherr)

Bei NC-Stoßmaschinen wird die Drehbewegung von Werkzeug und Werkrad durch die elektronische Wälzkopplung koordiniert. Die gewünschte Eintauchtiefe kann über den Radialvorschubantrieb realisiert werden.

In Bild 3 ist die Achsanordnung bei zwei Maschinen unterschiedlicher Baugröße dargestellt, wobei die Achsen C1, C2, Z3 und X die bereits beschriebenen, für den Wälzprozess im Wesentlichen verantwortlichen Bewegungen realisieren. Bei den Achsen C1 und C2 sind die Antriebe möglichst kurz konzipiert und direkt mit den jeweiligen Teilgetrieben verknüpft. An den Enden der Motoren befinden sich jeweils rotatorische Messsysteme. Die in Bild 3 rechts dargestellte Maschine kleinerer Bauform verfügt über eine direktgetriebene Spindel, welche für die Werkstückrotation verantwortlich ist. Zusätzlich ist es möglich, ihre Funktionen mit Zusatzmodulen, wie z. B. einem integrierten Werkstückwechsler (Achse C3) oder einem steuerbaren Werkstückgegenhalter (Achse Z4), zu erweitern. Genau wie bei den übrigen Linearachsen wird auch die Bewegung der X-Achse, welche zur Radialzustellung des Ständers dient, über eine Kugelrollspindel durch den zugehörigen Antriebsmotor ausgeführt. Zur Wegmessung kommen Linearmesssysteme zum Einsatz.

Die Hublage kann über die Vertikalbewegung des Stoßkopfschlittens (Z1-Achse) verändert werden. Bei der Bearbeitung unterschiedlicher Zahnbreiten ist eine Justierung der Exzentrizität des Exzenterantriebes über die Z2-Achse erforderlich, was wiederum direkten Einfluss auf die Hublänge hat. Die beim Rückhub notwendige Abhebebewegung und ggf. auch ein Wechsel der Abheberichtung, der es ermöglicht sowohl Innen- als auch Außenverzahnungen zu bearbeiten, wird durch die B4-Achse ermöglicht. Die Ständerseitverstellung erfolgt über die Y-Achse. Sie ermöglicht die Bearbeitung von Sonderprofilen durch die Realisierung eines gezielten Abhebewinkels. Sollen Verzahnungsabweichungen, wie z. B. Härteverzüge, auf Grund der anschließenden Wärmebehandlung im Vorhinein ausgeglichen werden, müssen Profil-Richtungskorrekturen bei der Fertigung berücksichtigt werden. Ermöglicht wird die Fertigung dieser Korrekturen durch eine Verstellung der Stoßspindelausrichtung über die B3-Achse.

Die Schnittgeschwindigkeit beim Wälzstoßen ist nicht konstant. Grund hierfür ist die Erzeugung der Hubbewegung durch eine Kurbelschwinge. Sie lässt die Schnittgeschwindigkeit bis zur Hubmitte steigen und von dort bis zum unteren Totpunkt wieder abfallen. Diesem Geschwindigkeitsunterschied wird durch das Vorschalten einer speziellen Doppelkurbel entgegengewirkt, wodurch die Arbeitsgeschwindigkeit nahezu konstant gehalten wird und der Rückhub mit erhöhter Geschwindigkeit erfolgt.

Bei Maschinen kleinerer Baugrößen ist ein Verzicht auf die mechanische Schrägführungsbuchse möglich, da hier Direktantriebe zum Einsatz kommen können. In diesem Falle wird die, für die Fertigung von Schrägverzahnungen erforderliche, Zusatzdrehung mit der reinen Stoßspindeldrehung überlagert. Dies geschieht auf elektronischem Wege durch eine geeignete Softwaresteuerung. Dadurch entfällt der aufwendige Wechsel mechanischer Schrägführungen und das Fertigen von Flankenlinienwinkelkorrekturen wird erheblich vereinfacht.

Auszug aus

Handbuch Spanen

Herausgeber: Günter Spur
10/2014, 1392 Seiten, € 239,99
ISBN: 978-3-446-43699-2
S. 951-954
Weiterführende Information
  • Verzahnung - Verzahnungsmaschinen

    Wälzfräsmaschinen

    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.   weiterlesen

  • Verzahnung - Verzahnungsfertigung

    Grundlagen der spanenden Verzahnungsfertigung

    Zur Herstellen von Verzahnungen kommen Werkzeugmaschinen mit oft komplexen kinematischen Bewegungskopplungen der Maschinenachsen zum Einsatz. Die verschiedenen Verzahnverfahren können in formende und wälzende Herstellverfahren unterteilt werden.   weiterlesen

Diese Beiträge könnten Sie auch interessieren
Newsletter

Sie wollen immer top-aktuell informiert sein? Dann abonnieren Sie jetzt den kostenlosen Newsletter!

Hier kostenlos anmelden

Aktuellen Newsletter ansehen

Basics
Zur Übersicht aller Basics