PWS Präzisionswerkzeuge GmbH

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Wälzschälen und Werkzeugauslegung in Abhängigkeit des
Achskreuzwinkels im Anforderungsprofil von I4.0
●
Wälzschälen auf Bearbeitungszentren mit Werkzeugwechsel im
Anforderungsprofil von I4.0
●
Einfluss des Verzahnungsauslaufs auf den Achskreuzwinkel
●
Eingriffsverhältnisse bei einem Standard-Achskreuzwinkel (20°)
●
Eingriffsverhältnisse bei kleinem Achskreuzwinkel (5°)
●
Wälzschälen mit kleinem Achskreuzwinkel
●
Zusammenfassung
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Wälzverfahren
Hobeln
V
Schnittbewegung
sa
Axialvorschub
sr
Radialvorschub
st
Tangentialvorschub
sw
Wälzvorschub
Fräsen
Stoßen
Quelle: Prof. Höfler Vorlesungsskript
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Wälzschälen
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Wälzschälen
●
Schnittgeschwindigkeit
Relativkomponente der Werkzeugumfangsgeschwindigkeit in Richtung
der Werkstückachse
●
Vorschub
Verfahren ist kinematisch gleich
dem Wälzfräsen
Quasi mehrgängiger Wälzfräser mit
einem Zahn pro Gang
Werkzeugvorschub pro Werkstückumdrehung
Quelle: Prof. Höfler Vorlesungsskript
●
●
Vorteil -> hohe Tischdrehzahlen
Nachteil -> keine natürliche Spanaufteilung und negative Spanwinkel beim
Schneidenaustritt -> Mehrschnittstrategie
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Wälzschälen auf Bearbeitungszentren mit Werkzeugwechsel im
Anforderungsprofil von I4.0
Werkzeugmaschine
●
Möglichkeiten:
Auswertung der Stromaufnahme
aller relevanter Achsen
Messung Kugelmaß,
Fußdurchmesser u.a.
Prozess-/ Werkzeugüberwachung
z.B. mittels ARTIS
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Wälzschälen auf Bearbeitungszentren mit Werkzeugwechsel im
Anforderungsprofil von I4.0
Wälzfräser
●
Möglichkeiten:
Auswertung der Stromaufnahme
aller relevanter Achsen
Messung Kugelmaß,
Fußdurchmesser u.a.
Prozess-/ Werkzeugüberwachung
z.B. mittels ARTIS
Im Gegensatz zum Wälzfräser
mit seinen vielen Schneiden
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Wälzschälen auf Bearbeitungszentren mit Werkzeugwechsel im
Anforderungsprofil von I4.0
Schälrad
●
Möglichkeiten:
Auswertung der Stromaufnahme
aller relevanter Achsen
Messung Kugelmaß,
Fußdurchmesser u.a.
Prozess-/ Werkzeugüberwachung
z.B. mittels ARTIS
Im Gegensatz zum Wälzfräser
mit seinen vielen Schneiden
Sind Schälradzähne besser
zugänglich und ihre Anzahl
beträgt nur ca. 1/10 die des
Wälzfräsers
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Wälzschälen auf Bearbeitungszentren mit Werkzeugwechsel im
Anforderungsprofil von I4.0
Werkzeugsystem
Wendeplatten-Schälrad
bestückt mit VBMT-Platten
●
Möglichkeiten:
Der Grundkörper wird nach
Fertigstellung durch keinen
Beschichtungsprozess mehr
erhitzt
Einbringung von Sensoren in
Schneidennähe
Barcode für Technologiedaten
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Wälzschälen auf Bearbeitungszentren mit Werkzeugwechsel im
Anforderungsprofil von I4.0
Schälrad zum Schlichten
aus PM + AlCrN
Werkzeugsystem
●
●
Möglichkeiten:
Das Werkzeug wird während der
Instandsetzung durch einen
Beschichtungsprozess erhitzt
Einbringung von Sensoren nicht
sinnvoll.
Barcode für Technologiedaten
muss erneuert werden.
aber:
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Wälzschälen auf Bearbeitungszentren mit Werkzeugwechsel im
Anforderungsprofil von I4.0
Werkzeugsystem
Werkzeugwechsel
●
Möglichkeiten:
Arbeiten mit Schlicht- bzw.
Schwesterwerkzeugen
Anbringung von Kameras
und/oder optischer Messtechnik.
• Kontrolle Schneidenzustand
• Verschleißmessung
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Zusammenfassung Wälzschälen im Anforderungsprofil von
I4.0
Mittels Wälzschälen ist bei Nutzung des Werkzeugsystems und
in Kombination der genannten Möglichkeiten:
Optimale Prozess- und Werkzeugüberwachung möglich
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Wälzschälen auf Bearbeitungszentren mit Werkzeugwechsel im
Anforderungsprofil von I4.0
Werkzeugsystem
Wendeplatten-Schälrad
bestückt mit VBMT-Platten
Schälrad zum Schlichten
aus PM + AlCrN
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Wälzschälen auf Bearbeitungszentren mit Werkzeugwechsel
Aufmaße + Profilform nach dem Schruppen
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Wälzschälen auf Bearbeitungszentren mit Werkzeugwechsel
konturnahe Profilform nach dem Schruppen durch Werkstückverdrehung von Schnitt zu Schnitt
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Wälzschälen auf Bearbeitungszentren mit Werkzeugwechsel
Wie gestaltet sich der optimale
Einsatz des Werkzeugsystems
aus Schrupp- und Schlichtwerkzeug bei kleinem Achskreuzwinkel ?
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Einfluss des Verzahnungsauslaufs auf den Achskreuzwinkel
Freistich
Kollision mit
Innendurchmesser
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Notwendige Breite des Freistichs in Abhängigkeit des
Achskreuzwinkels
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Eingriffsverhältnisse bei einem Standard-Achskreuzwinkel (20°)
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Eingriffsverhältnisse bei einem Standard-Achskreuzwinkel (20°)
vereinfachte 2D-Darstellung der Werkzeugkopfbahn
2
De = D0 * sin ε
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Eingriffsverhältnisse bei einem Standard-Achskreuzwinkel (20°)
Berechnung Kopfspanungsdicke h1
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Eingriffsverhältnisse bei kleinem Achskreuzwinkel (5°)
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Eingriffsverhältnisse bei kleinem Achskreuzwinkel (5°)
vereinfachte 2D-Darstellung der Werkzeugkopfbahn
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Eingriffsverhältnisse bei kleinem Achskreuzwinkel (5°)
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Wälzschälen mit kleinem Achskreuzwinkel
●
Nachteile:
Extrem negative Spanwinkel -> ungünstige Zerspanungsbedingungen
Negative Wirkfreiwinkel -> ungünstige Zerspanungsbedingungen
Zeitlich sehr kurzer Schneideneingriff -> „Wälzstanzen“
Relativ große Vorschubmarkentiefe -> raue Oberfläche
●
Zu welchen Konsequenzen führen diese Nachteile?
Drastische Reduzierung der Schnittgeschwindigkeit
Drastische Reduzierung der Zustelltiefen
Reduzierung des Vorschubes vor allem beim Schlichten
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Wälzschälen mit kleinem Achskreuzwinkel
Erhöhung der Fertigungszeit und Reduzierung der Werkzeugstandzeit
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Wälzschälen mit kleinem Achskreuzwinkel
Verschleiß nach wenigen Werkstücken
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Wälzschälen mit kleinem Achskreuzwinkel
Welche Alternative haben wir ?
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Wälzschälen der kompletten Verzahnung
Kopfpunktbahn
Erzeugende
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Wälzschälen – Profilierung des Zahnfußes
Kopfpunktbahn
Erzeugende
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Notwendige Breite des Freistichs in Abhängigkeit des
Achskreuzwinkels
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Wälzschälen mit kleinem Achskreuzwinkel und Werkzeugwechsel
Nutzung des Werkzeugsystems aus Schrupp- und Schlichtwerkzeug
Wendeplatten-Schälrad
bestückt mit VBMT-Platten
Schälrad zum Schlichten
aus PM + AlCrN
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Wälzschälen mit kleinem Achskreuzwinkel und Werkzeugwechsel
Nutzung des Werkzeugsystems aus Schrupp- und Schlichtwerkzeug
Schruppen:
• Einsatz des Wendeplattenschälrades
• Wälzschälen mit größerem Achskreuzwinkel – 10° bis 12°
verbesserte Zerspanungsbedingungen
Schlichten:
• Schälrad aus PM + AlCrN
• Wälzschälen mit dem erforderlichen Achskreuzwinkel
Schonung des PM-Schälrades
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Wälzschälen mit kleinem Achskreuzwinkel und Werkzeugwechsel
Nutzung des Werkzeugsystems aus Schrupp- und Schlichtwerkzeug
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Wälzschälen mit kleinem Achskreuzwinkel und Werkzeugwechsel
Akzeptable Fertigungszeit und Werkzeugstandzeit / Standmenge
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Wälzschälen mit kleinem Achskreuzwinkel und Werkzeugwechsel
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Zusammenfassung Wälzschälen mit kleinem Achskreuzwinkel
Ohne Werkzeugwechsel:
• Achskreuzwinkel kleiner 10° vermeiden
Breite des Freistiches vergrößern oder alternativ
Wälzstoßen
Mit Werkzeugwechsel:
• Alternative - Schruppen mit Achskreuzwinkel 10° bis 12°
• Sinnvoll vor allem:
bei langen Verzahnungen
im etwas größeren Modulbereich (über 3mm)
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