Verzahnungstechnologien als flexible und hochproduktive Optionen

Bauteile in einer Aufspannung zu bearbeiten hat viele Vorteile: Die Bearbeitungsgenauigkeit nimmt ebenso zu wie die Produktivität und Aufwendungen im Bauteilhandling werden reduziert. Damit Kunden diese Potenziale erschließen können, integriert HELLER sukzessive weitere Technologien in seine Bearbeitungszentren. Jüngstes Beispiel: Mit Wälzschälen und Wälzfräsen können Anwender*innen von 5-Achs-Fräszentren künftig Bauteile auch verzahnen – ohne umzuspannen.

Wälzschälen

Insbesondere beim Power Skiving gibt es kaum Zahnformen, die sich nicht herstellen lassen. Ob gerade oder schräge Verzahnung, Außen- oder Innenverzahnung – alles ist problemlos machbar. Selbst Profilmodifikationen lassen sich einfach umsetzen. Die relativ kostengünstigen Verzahnungswerkzeuge, die schnellen Bearbeitungs- sowie die kurzen Taktzeiten machen das Verfahren gegenüber spezialisierten Räum- oder Stoßmaschinen zusätzlich attraktiv. Einzige Voraussetzung: Die eingesetzte 5-Achs-Maschine muss über die Drehfunktionen der HELLER Mill-Turn-Option mit dem direkt angetriebenen DDT (Direct Drive Turning) Rundtisch verfügen.

Ist dies der Fall, lässt sich die Technologie Wälzschälen einfach in moderne Siemenssteuerungen integrieren und ebenso einfach programmieren. Selbst Maschinenbediener*innen mit wenig Verzahnungserfahrung werden keine Probleme haben, ein zuverlässig funktionierendes Programm zu erstellen. Basis dafür ist ein Technologiezyklus mit klarer Gliederung und grafisch unterstützter Eingabemaske. Die Programmierenden geben hierzu schrittweise alle relevanten Verzahnungsdaten ein und bestätigen diese am Ende. Dann führt der Zyklus automatisch eine umfangreiche Plausibilitätsprüfung durch. Ist diese erfolgreich, lässt sich der Produktionsprozess starten.

Die Bearbeitung selbst setzt eine hohe Genauigkeit aller Maschinenachsen voraus. Im Mittelpunkt stehen hierbei der Rundtisch mit dem Werkstück und die Spindel mit dem Werkzeug. Diese beiden Rundachsen sind generisch gekoppelt, da sie exakt synchron rotieren müssen. Bei diesem simultanen Ablauf rollt sich der Fräser auf dem Werkstück ab. Gleichzeitig führt die Maschine entlang der Verzahnungsachse einen gleichmäßigen Vorschub aus und trägt so den Span ab. Die Zahnform ergibt sich letztlich aus der synchronen Rotation und der Form des jeweils eingesetzten Fräsers.

Am Beispiel eines Planetenträgers hat HELLER auf seiner diesjährigen Hausmesse die vielfältigen Möglichkeiten der neuen Option „Power Skiving“ gezeigt – umgesetzt mit dem 5-Achs-Bearbeitungszentrum HF 5500. Das Bauteil mit 85 Millimeter Durchmesser wird in einer Aufspannung gedreht, gefräst, gebohrt und bekommt schließlich via Wälzschälen eine Innenverzahnung mit Modul 2 (41 Zähne). Letztere Bearbeitung nimmt lediglich 160 Sekunden in Anspruch und wird nach DIN 3961 mindestens in Qualität 7 umgesetzt.

Wälzfräsen

Auch das Gear Hobbing ermöglicht es Anwenderinnen und Anwendern, gerade und schräge Zahnformen herzustellen, in ähnlich hoher Qualität und mit nur geringfügig längeren Bearbeitungszeiten. Allerdings lassen sich nur Außenverzahnungen fräsen, Profilmodifikationen sind schwieriger umsetzbar. Ein Vorteil dieses Verfahrens gegenüber dem Wälzschälen: Die Option lässt sich mit Standard-5-Achs-Bearbeitungszentren der HF-Baureihe ohne Mill-Turn-Technologie umsetzen.

Die Integration des Technologiezyklus in die Siemenssteuerung und die Programmierung der Verzahnungen funktionieren genauso einfach und sicher wie beim Power Skiving. Die Form der Werkzeuge und der Bearbeitungsvorgang unterscheiden sich jedoch deutlich. Beim Wälzfräsen bilden Werkstück und Werkzeug eine Art Schneckengetriebe, das sich synchron zueinander bewegt. Durch eine gleichmäßige Vorschubbewegung entlang der Verzahnungsachse erfolgt die kontinuierliche Zerspanung ohne Rückhübe. Für hohe Werkzeugstandzeiten sorgt das in den Zyklus integrierte sogenannte Shiften. Darunter versteht man das tangentiale Versetzen des Werkzeugs zum Werkstück entlang der Werkzeugachse.

Die Komplettbearbeitung beispielsweise einer Zahnwelle macht deutlich, welche Möglichkeiten die Option Gear Hobbing bietet. Das Bauteil hat eine Evolventen-Verzahnung mit Modul 3 und wurde mit dem 5-Achs-Bearbeitungszentrum HF 3500 in einer Aufspannung zirkulargefräst, gebohrt und nach DIN 3961 in Qualität 7 wälzgefräst (25 Zähne). Die Bearbeitungszeit für die Verzahnung beträgt rund 200 Sekunden.

Ob Wälzschälen oder Wälzfräsen: Beide Verfahren erweitern das Spektrum der Komplettbearbeitung auf einfache und zuverlässige Weise. Dabei halten sich die Zusatzinvestitionen in Grenzen, da lediglich die jeweiligen Werkzeuge, Software-Features für die CNC und der Technologiezyklus benötigt werden. Die im Paket integrierte Sicherheitsoption ESR sorgt dafür, dass das Werkzeug im Störfall sofort aus dem Werkstück springt und kein Schaden entsteht.