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antriebstechnik 3/2018

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Schneidwerkzeug

Schneidwerkzeug erschließt Potenzial bei der 5-Achs-Zahnradfertigung Die 5-Achs-Bearbeitung von Verzahnungen wird immer bedeutsamer und stellt eine flexible Ergänzung zu alt eingesessenen etablierten konventionellen Herstellverfahren dar [1]. Hierbei stehen neben den wirtschaftlichen Aspekten auch die qualitativen Anforderungen im Fokus. Durch eine neue Technologie können gerade im frühen Entwicklungsstadium durch die immense Flexibilität zeitliche Vorteile neu erschlossen bzw. ausgeschöpft werden. 01 Neu entwickelte Schneidwerkzeuge Das von Sandvik Coromant entwickelte Invomilling-Bearbeitungsverfahren bietet durch die Kombination von Werkzeugund Softwarelösung diese Flexibilität. Die CAD/CAM-Software, die speziell für die Bearbeitung von Verzahnungen entwickelt wurde, vereint die drei grundlegendsten Funktionen die für die wirtschaftliche Herstellung funktionsfähiger Zahnräder gegeben sein müssen. Diese Funktionen bilden die Berechnung der exakten Verzahnungsgeometrie inkl. Makro- und Mikromodifikationen, die automatische Berechnung der Fräsbahnen mit Vorgabe der zulässigen Formabweichungen sowie Materialabtrags- und Maschinensimulation in einem Programm und nicht zuletzt die hohe Anwenderfreundlichkeit. Mit diesem Softwarepaket können neben der namensgebenden Invomilling-Strategie auch Bearbeitungsstrategien mit Standard Schaft-, Kugel- und Torusfräsern erstellt werden. Durch Weiterentwicklungen im Bereich der Werkzeuge wird das M. Eng. Thomas Glaser ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Antriebstechnik der Hochschule Aalen und Jochen Sapparth ist Product Manager Invomilling bei der Sandvik Tooling Deutschland GmbH in Düsseldorf Verfahren auch für die Einbringung von Mikroflankenmodifikationen interessant. Ein mehrjähriges Kooperationsprojekt zwischen Sandvik Coromant und dem Institut für Antriebstechnik Aalen beschäftigt sich mit der Untersuchung diverser Aspekte dieses Herstellverfahrens. Die Problemstellung In der Regel werden Verzahnungen nach der Wärmebehandlung üblicherweise geschliffen bzw. wird eine Feinbearbeitung durchgeführt. Ziel dieser Feinbearbeitung ist es, die fertigungsbedingten Maß- und Formabweichungen in Form von Flankenlinien-, Profillinien-, Rundlauf- und Teilungsabweichungen aus der Vorbearbeitung und der Wärmebehandlung zu korrigieren [2]. Zudem werden bei der Feinbearbeitung nach heutigem Stand der Technik häufig Zahnflankenmodifikationen eingebracht. Diese Modifikationen sollen das Geräusch- und Tragfähigkeitsverhalten der Verzahnungen verbessern und die lastbedingten Verformungen des Zahnrad- Welle-Lagersystems kompensieren. Diese Mikrozahnflankenmodifikationen treten sowohl in Profil- oder Flankenrichtung als auch in Kombination beider auf. In diesem Artikel werden Ergebnisse aus der Praxis bezogen auf Bearbeitungszeit und Verzahnungsqualität beim Einsatz dieses Mehrachs-Bearbeitungsverfahrens beschrieben. 48 antriebstechnik 3/2018

ZAHNRADFERTIGUNG 02 Übersicht Zahnflankenmodifikation Profil Flanke A ROOT Cα B f Ha C TIP C a C β BOTTOM TOP E F G H X 2 X 1 X 2 L 1 L 2 X 03 Bearbeitungsschritte Verzahnungsbearbeitung Vorgeschruppte Zahnlücke Schlichten Flanke Links Frontside-Tool Schlichten Flanke Rechts Backside-Tool Zahnlücke mit Modifikationen Dieses Bearbeitungsverfahren verwendet ausschließlich Standardwerkzeug. Änderungen an der Makro- und Mikrogeometrie der Verzahnung werden über die Anpassung der Fräsbahnen und nicht über Anpassungen des Werkzeuges wie bei der konventionellen Verzahnungsherstellung realisiert bzw. umgesetzt. Ausgangssituation und Zielsetzung Neue Entwicklungen im Bereich der Werkzeuge und Strategien zur 5-Achs-Bearbeitung von Verzahnungen machen diese Technologie auch für den Prototypenbau nutzbar. Ziel hierbei ist es, die exakte Verzahnungsgeometrie identisch zur konventionellen Serienherstellung zu erzeugen. Hierzu müssen u. U. nach dem Härten Mikroflankenmodifikationen eingebracht werden. Ziel ist es, das Potenzial in Bezug auf diese Flankenmodifikation bei der 5-Achs-Bearbeitung in wirtschaftlicher und technischer Hinsicht aufzuzeigen. Die Vorgehensweise Es wurde eine Verzahnung mit den in der Tabelle aufgeführten Verzahnungsdaten hergestellt. Diese Verzahnung findet im Automotive-Bereich Anwendung und wird mit einer Höhenballigkeit von Cα 3 ± 3 µm (L1 = 11,305 mm) und einer Breitenballigkeit Cβ von 6 ± 4 µm (X = 18,1 mm und X1 = 14,48 mm) gemäß Bild 02 ausgeführt. Die Verzahnung wurde komplett auf einem 5-Achs-Bearbeitungszentrum vom Typ DMU80P Duoblock mit Heidenhain iT- NC530-HSCI-Steuerung weich fertigbearbeitet. Die Bearbeitungsstrategie wurde mit der CAD/CAM-Software Invomilling erstellt. Beim Invomilling-Verfahren verläuft die Vorschubgeschwindigkeit entlang des Zahnprofils und die Zustellung wird in Zahnbreiten- Übersicht Verzahnungsdaten Verzahnungsdaten Zähnezahl 35 Normalmodul 1,680 Eingriffswinkel 19° Schrägungswinkel 31,458° Kopfkreis 74,500 / 74 ,400 Profilmodifikation, Cα 3 ± 3 µm Flankenmodifikation, Cβ 6 ± 4 µm antriebstechnik 3/2018 49

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