Kegelradverzahnen leicht gemacht
Dreh-Fräszentren von Index sorgen für Furore
Index hat ein Paket Kegelradabwälzfräsen entwickelt, das aus einem speziell entwickelten Steuerungszyklus und vier Index-Messerköpfen mit modulabhängigen Schneidplatten besteht. Damit ausgestattet, werden die Dreh-Fräszentren Index R200 und Index R300 zu Verzahnungsmaschinen, auf denen sich Spiralkegelräder (Modul 0,6 bis 4 mm) herstellen lassen – von der Stange, mit Vorder- und Rückseitenbearbeitung, komplett in einer Aufspannung oder alternativ als reine doppelspindlige Verzahnungsmaschine.
Die INDEX-Werke als reinen Drehmaschinenhersteller zu bezeichnen, wird dem innovativen Esslinger Unternehmen nicht gerecht. Denn vielfach werden andere Technologien zur Metallbearbeitung in die INDEX-Maschinen integriert: Schon lange gibt es Dreh-Fräszentren, die beide Zerspanungstechniken annähernd gleich gut beherrschen. Auch die Schleiftechnologie ist auf verschiedensten INDEX-Maschinen voll integriert.
Seit Kurzem bietet der Werkzeugmaschinenhersteller nun ein Technologiepaket an, das aus den Dreh-Fräszentren INDEX R200/R300 auch vollwertige Verzahnungsmaschinen macht. Durch Abwälzfräsen im kontinuierlichen Teilverfahren – das entspricht dem Klingelnberg-Zyklo-Palloid-Verfahren 1) – lassen sich spiralverzahnte Kegelräder mit konstanter Zahnhöhe im Modulbereich 0,6 bis 4 mm produzieren.
Der Ausgangspunkt der von INDEX betriebenen Entwicklung liegt in der eigenen Fertigung, für die der Grundsatz gilt: Qualitätsbestimmende Bauteile werden selbst hergestellt. Als die Werkzeughalterproduktion vor einigen Jahren neu organisiert wurde, fiel die Entscheidung, auch die benötigten Kegelräder selbst zu fertigen. Schließlich ist deren Qualität für die Laufruhe, das übertragbare Moment und den Verschleiß maßgeblich verantwortlich. Da für diese Teile keine ausreichend produktive, moderne Verzahnungsmaschine am Markt gefunden wurde, beschlossen die Verantwortlichen, ein eigenes Dreh-Fräszentrum technologisch entsprechend aufzurüsten.
Um es vorweg zu nehmen: Die Technologieintegration gelang derart erfolgreich, dass INDEX seinen hausinternen Bedarf an Kegelrädern mittlerweile durch eine INDEX R200 abdeckt und nun die Technik dem breiten Markt anbietet. Dr.-Ing. Volker Sellmeier, Leiter der Technologieentwicklung, erklärt: „Mein Team beschäftigt sich damit, durch die Integration von Bearbeitungsverfahren wie dem Verzahnen den Kunden einen erheblichen Mehrwert zu bieten. Mit dem neuen INDEX-Verfahren zum Kegelradabwälzfräsen, das die Komplettbearbeitung auf einer Maschine ermöglicht, ist uns das gelungen. Denn es lassen sich deutliche Vorteile hinsichtlich Stückzeit, Prozess und Qualität erzielen.“
Basismaschinen für das Kegelradverzahnen
Das Kegelradverzahnen benötigt als Grundlage eine Maschine mit hoher Steifigkeit und B-Achse. Aufgrund ihrer ausgezeichneten statischen, dynamischen und thermischen Eigenschaften bieten sich die innovativen Dreh-Fräszentren der INDEX R-Baureihe an, sofern sie mit dem Technologiepaket „Kegelradabwälzfräsen“ ausgestattet sind. Ihre Achskonfiguration und die Ausstattung mit zwei Frässpindeln auf hydrostatisch gelagerten Y-B-Achsen ermöglichen es, an Haupt- und Gegenspindel gleichzeitig fünfachsig zu zerspanen.
Laut Dr.-Ing. Volker Sellmeier ist man jedoch nicht gänzlich auf die R-Maschinen festgelegt: „Grundsätzlich ist es möglich, diese Technologie auf andere Maschinen zu übertragen, wie zum Beispiel auf die INDEX G220. Für die Massenfertigung ist es ebenfalls denkbar, das Technologiepaket auf einen Mehrspindler zu portieren.“
Besondere Bedeutung kommt den Werkzeugen zu, die von INDEX entwickelt und vertrieben werden. Pro Kegelrad werden zwei Messerköpfe benötigt, die sich zur Erzeugung der Längsballigkeit im Flugkreisradius leicht unterscheiden. INDEX bietet die Messerköpfe in vier verschiedenen Größen an, die mit bis zu sechs Hartmetall-Schneidplatten bestückt werden können und über eine Innenkühlung verfügen.
Im Gegensatz zum klassischen Zyklo-Palloid-Verfahren mit zweiteiligem Messerkopf werden beim INDEX-Verfahren zwei separate Messerköpfe pro Kegelrad eingesetzt. Dr.-Ing. Sellmeier erklärt: „Durch die zwei separaten Messerköpfe können wir höhere Messerkopfgängigkeiten realisieren und erreichen dadurch eine höhere Zerspanleistung und eine größere Freiheit bei der Tragbildkorrektur.“
Ein weiterer unerlässlicher Bestandteil des Technologiepakets ist ein von INDEX entwickelter Steuerungszyklus. Der Benutzer gibt dort die gleichen Parameter ein wie bei einer konventionellen Verzahnungsmaschine. Dazu zählen zum Beispiel Maschinendistanz, Exzentrizität und Hilfswinkel. Der Zyklus übersetzt diese Werte in die Verfahrbewegungen der einzelnen Achsen, so dass am Ende die gleichen Relativbewegungen entstehen wie bei einer herkömmlichen Verzahnungsmaschine.
Komplettbearbeitung auf einer einzigen Maschine
Während in der klassischen Verzahnungsprozesskette das Werkstück zum Drehen, Bohren und Fräsen, Verzahnen sowie Entgraten auf mehreren einzelnen Maschinen gespannt werden muss, verfolgt INDEX den Ansatz, alle Operationen auf dem Dreh-Fräszentrum ablaufen zu lassen. Die Kegelräder werden dort gedreht, gebohrt, gefräst und schließlich verzahnt.
Es lassen sich sogar Bürsten zum Entgraten einwechseln. Die Weichbearbeitung ist damit komplett abgeschlossen, laut INDEX mit einer prozesssicheren Verzahnungsqualität von IT5. Im Anschluss daran erfolgt das Härten. Eine abschließende Feinbearbeitung ist in der Regel nur noch für das Einbaumaß und die polygonale Welle/Nabe-Verbindung erforderlich.
Die Vorteile beginnen bereits beim Materialeinsatz. Da die INDEX R-Baureihe Stangenmaterial verarbeiten kann, ist ein automatisierter Betrieb auch ohne Werkstückhandhabungssystem möglich. Zur automatischen Teileabführung steht ein integriertes Portalabnahmesystem zur Verfügung. Durch die vorder- und rückseitige Komplettbearbeitung mit verschiedenen Zerspanungstechniken ergeben sich kürzere Durchlaufzeiten und ein eindeutiger Stückzeitvorteil.
Dr.-Ing. Volker Sellmeier nennt Zahlen: „Wenn wir die für unsere Werkzeughalter typischen Kegelräder mit Modul 1,15 mm und ca. 25 Zähnen von der Stange komplett bearbeiten, erreichen wir mittlerweile eine Stückzeit von unter 3 min. Der Anteil der Verzahnung beträgt dabei rund 30 Sekunden.“
Während herkömmliche Verzahnungsmaschinen kein Werkzeugwechselmagazin besitzen, lassen sich bei der INDEX R200/R300 unter anderem Geschwisterwerkzeuge bevorraten und bei Bedarf einwechseln, wodurch eine autonome Fertigung über mehrere Stunden möglich wird. Die Komplettbearbeitung bringt außerdem Qualitätsvorteile mit sich. Dadurch, dass die Verzahnung und die (bei INDEX übliche) polygonale Welle/Nabe-Verbindung in einer Aufspannung entstehen, werden Umspannfehler vermieden und enge Form- und Lagetoleranzen eingehalten.
Ideale Lösung für Klein- und Großserien
INDEX spricht mit seiner Verzahnungstechnologie sowohl Lohnfertiger an, die kleine Losgrößen sehr flexibel fertigen müssen, als auch Serienfertiger, die Kegelräder in großen Stückzahlen zu minimalen Kosten produzieren wollen. Die Investition ist gegenüber Spezialmaschinen verhältnismäßig gering. Auch die Verbrauchskosten halten sich in überschaubaren Grenzen, da die Messerköpfe mit austauschbaren Schneidplatten bestückt sind.
Dafür ist die Flexibilität hoch: Neben der Stangenbearbeitung, die sich in erster Linie für kleine Stückzahlen anbietet, empfiehlt es sich für eine Serienfertigung die R-Maschine als reine Verzahnungsmaschine zu nutzen und auf Haupt- und Gegenspindel zeitgleich zu verzahnen. Dr.-Ing. Volker Sellmeier erklärt: „Hierfür ist der Einsatz einer automatisierten Werkstückbe- und entladeeinrichtung notwendig, die die Rohlinge einwechselt und die Fertigteile schonend abführt. Wir bieten einen Vierfachgreifer an, der mit zwei Stationen an Haupt- und Gegenspindel die fertigen Teile abgreift, schwenkt und sie dann mit Rohlingen bestückt. So nutzen wir die Maschine quasi als Doppelspindler und halbieren die Stückzeit.“ Und letzten Endes bleibt die INDEX-„Verzahnungsmaschine“ natürlich auch als Dreh-Fräszentrum vielseitig einsetzbar.
INDEX bietet diverse Schulungen für den Umgang mit den Dreh-Fräszentren und das Technologiepaket „Kegelradabwälzfräsen“ an und gibt das in der Technologieentwicklung und der eigenen Fertigung erworbene Know-how gerne an seine Kunden weiter. Unterstützende Software bietet INDEX in Kooperation mit der GWJ Technology GmbH (www.gwj.de), einem Ingenieurbüro aus Braunschweig. Das Unternehmen hat eine Software namens eAssistant entwickelt, mit der sich Kegelräder auslegen lassen.
Ebenfalls hilfreich ist das separate Modul GearEngineer von GWJ, mit dem sich die Sollmessdaten der Flankentopologie berechnen lassen. Sie werden zum Soll-Ist-Vergleich auf eine 3D-Koordinatenmessmaschine gespielt. Die gemessenen Abweichungen lassen sich in den INDEX-Steuerungszyklus einpflegen, der automatisiert die Korrekturdaten der Maschineneinstelldaten errechnet.
