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WO2009030575A1 - Fertigungsverfahren für einen kugelkäfig eines gelenks - Google Patents

Fertigungsverfahren für einen kugelkäfig eines gelenks Download PDF

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WO2009030575A1
WO2009030575A1 PCT/EP2008/060327 EP2008060327W WO2009030575A1 WO 2009030575 A1 WO2009030575 A1 WO 2009030575A1 EP 2008060327 W EP2008060327 W EP 2008060327W WO 2009030575 A1 WO2009030575 A1 WO 2009030575A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
workpiece
manufacturing
machining
tool
clamping
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2008/060327
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English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Stanik
Werner Harscher
Moshe Israel Meidar
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MAG IAS GmbH Eislingen
Original Assignee
Ex Cell O GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Ex Cell O GmbH filed Critical Ex Cell O GmbH
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Priority to BRPI0816203-4A priority patent/BRPI0816203B1/pt
Priority to CN2008801054815A priority patent/CN101827677B/zh
Publication of WO2009030575A1 publication Critical patent/WO2009030575A1/de
Priority to US12/581,496 priority patent/US20100088874A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23C3/00—Milling particular work; Special milling operations; Machines therefor
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    • Y10T82/00—Turning
    • Y10T82/25—Lathe
    • Y10T82/2511—Vertical

Definitions

  • WO 2005/089992 A1 discloses a method for producing profiled webs for joint parts, in which a cutting tool acts on the workpiece. It is a workpiece machining with the cutting tool in the relative forward process between the workpiece and the tool and a Workpiece machining performed with the same cutting tool in the subsequent forward driving process reverse.
  • DE 10 2005 015 649 A1 discloses a method for turning and microfinishing a workpiece, wherein a workpiece carrier removes the workpiece from a conveying device, clamps it for turning machining, the geometry of the workpiece being dimensionally stable and dimensionally stable and the workpiece being rotated is placed back on the conveyor after processing. It is a Feinstbearbeitungsvorraum provided and the turning and finishing takes place in the same setting.
  • the ball cage is clamped by means of the cylindrical clamping surfaces and the frontal abutment surface and there is a hard turning of the ball cage to form the outer spherical ring bearing surface and trainees in the ball pockets bearing surfaces for each one ball, which face each other in the axial direction.
  • This object is achieved in accordance with the invention by the fact that a blank is clamped to a workpiece vice of a machine tool, wherein a clamping range of the blank is outside a processing range, and by the same machine tool, the inside, the outside and the window without re-clamping Workpiece are processed.
  • ball cages have a ring area or cylinder area, which is suitable as a clamping range.
  • the clamping force is adjusted so that the workpiece is held against rotation in the forces occurring, no workpiece vibrations occur and is not deformed by the clamping and in particular is not crushed. It is an optimization process that takes counteracting effects into account got to; the harder a workpiece is clamped, the lower the workpiece vibrations and the more torsionally it is held. However, a too large clamping force can lead to deformation and thus to a deterioration of the workpiece quality. By a controlled adjustment of the clamping force, an optimization process can be carried out here.
  • An increased adhesive force can be achieved, for example, in that clamping surfaces of the workpiece clamp and / or the workpiece are or are coated with a material having high static friction.
  • clamping surfaces of the workpiece and / or the workpiece clamp
  • clamping surfaces of the workpiece and / or the workpiece clamp
  • inner side machining and outer side machining are done with the same tool. This gives a time-optimized processing, since no tool-Umspannvorgang is necessary.
  • the inner side machining and the outer side machining can be carried out with different tools.
  • the tool is rotationally held in the inner side machining and the outer side machining and the workpiece is rotated. It is thus carried out a turning of the workpiece.
  • the workpiece machining is carried out as dry machining. This results in effective process performance optimized workpiece qualities. Basically, it is arbitrary whether the window processing is performed after the inner side machining or outer side machining. In order to prevent burrs on the manufactured component, it is favorable if the window processing is performed before the inner side machining and the outer side machining.
  • the blank is hardened before being clamped in the machine tool. Hard machining operations are then performed on the machine tool.
  • Figure 1 is a schemat ⁇ sche representation of an embodiment of a machine tool, on which the inventive method is feasible;
  • FIGS. 7 (a) to (e) schematically show various intermediate steps for an inner section machining
  • the tool holders 42, 44 are also displaceable in the Y direction; the rocker 46 is held on a displaceable carriage 49, which is displaceably guided on a guide device 51.
  • the Y-direction is perpendicular to the X-direction and Z-direction.
  • the spindle slides 14 and 18 are guided displaceably in the X direction relative to the Z direction above the tool receiving device 38.
  • a first guide 50 is provided, which in particular comprises a guide rail, which is arranged at a distance to the tool holder device 38 above this.
  • a second guide 52 is provided, which is arranged parallel spaced from the first guide 50 in particular at the same height in the Z direction over the tool receiving device 38 as the first guide 50.
  • the second guide 52 in turn in particular comprises a guide rail.
  • the two guides 50 and 52 are in particular arranged horizontally.
  • the guides 50, 52 are seated on the attachment stand 13. It can also be provided that the guides 50, 52 are arranged offset in the Z direction, so as to stiffen, for example, a spindle slide in its height direction, if necessary.
  • the machining process is a turning milling process.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Milling Processes (AREA)

Abstract

Es wird ein Fertigungsverfahren für einen Kugelkäfig (66: fig 9) eines Gelenks (56: fig 9), welcher eine Innenseite (70: fig 9), eine Außenseite (68: fig 9) und Fenster (74: fig 9) zwischen der Innenseite und der Außenseite aufweist, bereitgestellt, bei dem ein Rohling (76) an einem Werkstückspanner (78) einer Werkzeugmaschine (10: fig 1) eingespannt wird, wobei ein Einspannbereich (80) des Rohlings außerhalb eines Bearbeitungsbereichs Siegt, und durch dieselbe Werkzeugmaschine die Innenseite, die Außenseite und die Fenster ohne Umspannen des Werkstücks (76) bearbeitet werden.

Description

B E S C H R E I B U N G
Fertigungsverfahren für einen Kugelkäfig eines Gelenks
Die Erfindung betrifft ein Fertigungsverfahren für einen Kugeikäfig eines Gelenks, welcher eine Innenseite, eine Außenseite und Fenster zwischen der Innenseite und der Außenseite aufweist.
Kugelkäfige sind Teife von Gelenken wie beispielsweise homokinetischen Gelenken, die zum Halten von Kugeln zwischen einer Kugeischale und einem Innenstern dienen.
Aus der WO 2004/012888 Al ist eine Mehrspindel-Werkzeugmaschine bekannt, welche ein Maschinengestell, einen ersten Spindelschlitten mit einer ersten Werkstückspϊndel und einen zweiten Spindelschlitten mit einer zweiten Werkstückspinde! umfasst, wobei der erste Spindelschlitten und der zweite Spindelschlitten linearverschieblich am Maschinengestell geführt sind. Femer ist eine Werkzeugaufnahmevorrichtung vorgesehen. Am Maschinengestell sind eine erste Führung und eine beabstandete zweite Führung angeordnet, an welchen sowohl der erste Spindelschlitten als auch der zweite Spindelschlitten geführt sind. Die erste Werkstückspindel und die zweite Werkstückspindel sind zwischen den beiden Führungen angeordnet.
Die in dieser Druckschrift beschriebene Werkzeugmaschine ist prinzipiell zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet.
Aus der WO 2005/089992 Al ist ein Verfahren zur Herstellung von ProfÜ- bahnen für Gelenkteile bekannt, bei dem ein Schneidwerkzeug auf das Werkstück wirkt. Es wird eine Werkstückbearbeitung mit dem Schneidwerkzeug beim relativen Vorwärtsverfahren zwischen Werkstück und Werkzeug und eine Werkstückbearbeitung mit dem gleichen Schneidwerkzeug beim sich an den Vorwärtsfahrvorgang anschließenden Rückwärtsfahren durchgeführt.
Aus der DE 10 2005 059 696 Al ist ein Verfahren zur Herstellung eines Kugel- käfigs für ein Gleichlaufdrehgeienk bekannt, weiches ein Gelenkaußenteil mit einer innenzylindrischen Führungsfläche und ein Gelenkinnentei! mit einer äußeren sphärischen Führungsfläche und in dem Kugelkäfig gehaltenen zur Drehmomentübertragung dienenden Kugeln aufweist. Es wird ein vorgeformtes ringförmiges Vorteil mit einer Außenfläche, einer Innenfläche, einer ersten Endfläche und einer zweiten Endfläche bereitgestellt, wobei die Außenfläche eine sphärische Fläche und eine konische Fläche umfasst. Es erfolgt ein Weichbearbeiten der konischen Fläche zur Erzeugung einer konischen Freifläche, wobei die sphärische Fläche zunächst unbearbeitet bleibt. Anschließend wird das weichbearbeitete Bauteil gehärtet. Es erfolgt ein Hartbearbeiten der sphä- rischen Fläche zur Erzeugung einer Steuerfläche, wobei die konische Freifläche unbearbeitet bleibt.
Aus der DE 10 2005 015 649 Al ist ein Verfahren zum Drehen und Feinst- bearbeiten eines Werkstücks bekannt, wobei ein Werkstückträger das Werk- stück von einer Fördereinrichtung entnimmt, zur Drehbearbeitung einspannt, wobei die Geometrie des Werkstücks maßhaltig und formhaltig gedreht wird und das Werkstück nach erfolgter Bearbeitung wieder auf die Fördereinrichtung abgelegt wird. Es ist eine Feinstbearbeitungsvorrichtung vorgesehen und die Dreh- und Feinstbearbeitung erfolgt in der gleichen Aufspannung.
Aus der DE 100 56 132 C2 ist ein Verfahren zur Bearbeitung von Naben homokinetischer Gelenke bekannt, bei dem sowohl die als Käfigbahn dienende Außenkontur als auch die Kugellaufbahnen spanabhebend bearbeitet werden. Die Bearbeitung der Außenkontur und die Bearbeitung der Kugellaufbahnen erfolgen bei einer gleichbleibenden Aufspannung des Werkstücks und die Bearbeitung der Kugellaufbahnen erfolgt durch ein scheibenförmiges Werkzeug mit senkrecht zur Kugellaufbahn stehender Rotationsachse, dessen Durchmesser ein Mehrfaches der Kugeliaufbahnbreite beträgt. Aus der EP O 952 364 B2 ist ein Verfahren zur Fertigbearbeitung von gehärteten Kugelkäfigen, die für Gleichlaufgelenke bestimmt sind und die mit kugelförmigen inneren und äußeren Lagerflächen und Kugeltaschen für die Aufnahme von drehmomentübertragenden Kugeln versehen sind, bekannt. Es erfolgt ein Hartdrehen des Kugelkäfigs zur Ausbildung der inneren kugelringförmigen Lagerfläche, einer stirnseitigen Anlagefläche und zweier die innere Lagerfläche begrenzenden ringförmigen zylindrischen Spannflächen. Der Kugelkäfig wird mittels der zylindrischen Spannflächen und der stirnseitigen Anlagefläche umgespannt und es erfolgt ein Hartdrehen des Kugelkäfigs zur Ausbildung der äußeren kugelringförmigen Lagerfläche und in den Kugeltaschen auszubildenden Anlageflächen für jeweils eine Kugel, die einander in Achsrichtung gegenüberliegen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fertigungsverfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit dem sich auf effektive Weise Kugelkäfige hoher Werkstückqualität herstellen lassen.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Fertigungsverfahren erfin- dungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Rohling an einem Werkstückspanner einer Werkzeugmaschine eingespannt wird, wobei ein Eϊnspannbereich des Rohlings außerhalb eines Bearbeitungsbereichs liegt, und durch dieselbe Werkzeugmaschine die Innenseite, die Außenseite und die Fenster ohne Umspannen des Werkstücks bearbeitet werden.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung erfolgt eine Komplettbearbeitung des Kugelkäfigs an der gleichen Werkzeugmaschine. Für die einzelnen Bearbeitungsschritte erfolgt kein Umspannen des Werkstücks. Umspannvorgänge führen grundsätzlich zu unterschiedlicher Verformung eines Werkstücks und damit zum Entstehen unterschiedlicher Spannungszustände. Dies kann zu einer Verringerung der Werkstücksqualität führen. Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird die Bearbeitung an einer Aufspannung durchgeführt, so dass sich die Werkstücksquaütät erhöhen lässt Weiterhin wird bevorzugterweise an einer einzigen Werkzeugmaschine die Komplettbearbeitung durchgeführt. Dadurch lässt sich die Fertigung effektiv durchführen. Es ist beispielsweise nicht mehr nötig, eine Aniagefläche zu be- arbeiten, welche als Referenz für unterschiedliche Bearbeitungsverfahren dient. Durch die Einspannung in einen einzigen Werkstückspanner ohne Umspannen ist gewissermaßen eine Maschinenreferenz ("Softwarereferenz") festgelegt.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich zeit- und kostenminimiert Kugelkäfige hoher Werkstückqualität fertigen.
Insbesondere ist der Einspannbereich ein Bereich außerhalb von Berührungsflächen des Kugelkäfigs mit anderen Gelenkteilen. Dadurch ist eine Bearbei- tung dieses Einspannbereichs nicht mehr notwendig.
Üblicherweise haben Kugelkäfige einen Ringbereich oder Zylinderbereich, welcher geeignet ist als Spannbereich.
Insbesondere ist das Werkstück über den Werkstückspanner an dem Einspannbereich geklemmt gehalten. Es lässt sich dadurch auch eine axiale Anschlagsposition zur Definierung einer Axiaireferenz erhalten.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn das Werkstück mit einer eingestellten Spannkraft an dem Werkstückspanner gehalten wird. Dadurch ergeben sich optimierte Bearbeitungsmöglichkeiten und es lassen sich hohe Werkstückqualitäten erzielen.
Es ist dabei vorgesehen, dass die Spannkraft so eingestellt wird, dass das Werkstück bei den auftretenden Kräften verdrehsicher gehalten wird, keine Werkstückschwingungen auftreten und nicht durch die Einspannung verformt wird und insbesondere nicht zerdrückt wird. Es handelt sich dabei um einen Optimierungsprozess, welcher entgegenwirkende Effekte berücksichtigen muss; je stärker ein Werkstück eingeklemmt wird, desto geringer sind die Werkstückschwingungen und desto verdrehsicherer ist es gehalten. Jedoch kann eine zu große Klemmkraft zu einer Verformung und damit zu einer Verschlechterung der Werkstückqualität führen. Durch eine gesteuerte Einstellung der Spannkraft kann hier ein Optimierungsvorgang durchgeführt werden.
Günstig ist es, wenn Spannflächen zum Einspannen des Werkstücks mit erhöhter Haftreibung hergestellt werden. Dadurch lässt sich eine verdrehsichere Haltung mit Minimierung der Verformung des Werkstücks erreichen.
Eine erhöhte Haftkraft lässt sich beispielsweise dadurch erreichen, dass Spannflächen des Werkstückspanners und/oder des Werkstücks mit einem Material mit hoher Haftreibung beschichtet sind oder werden.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass Spannflächen (des Werkstücks und/oder des Werkstückspanners) beispielsweise durch Sandstrahlen auf- geraut werden.
Bei einer Ausführungsform ist es vorgesehen, dass der Rohling ein gehärteter Rohling ist. Es lässt sich dann durch Hartfeinbearbeitung eine Komplettbearbeitung (Endbearbeitung) zur Herstellung des Kugelkäfigs durchführen. Dieser lässt sich dadurch zeiteffektiv und kosteneffektiv fertigen. Wenn das Werkstück die Werkzeugmaschine verlässt, ist es komplett bearbeitet und verwendbar,
Insbesondere erfolgt dann eine Hartfeinbearbeitung an der Werkzeugmaschine ohne Umspannen. Es wird eine Komplettbearbeitung ohne Umspannvorgänge durchgeführt.
Günstig ist es, wenn die Innenseitenbearbeitung durch Schleifen und/oder Drehen und insbesondere Hartdrehen erfolgt. Dadurch lässt sich auf effektive Weise eine hohe Oberflächengüte an der Innenseite des Kugelkäfigs erreichen. Aus dem gleichen Grund ist es günstig, wenn die Außenseitenbearbeitung durch Schleifen und/oder Drehen und insbesondere Hartdrehen erfolgt.
Es ist dabei möglich, dass die Innenseitenbearbeitung und die Außenseiten- bearbeitung gleichzeitig oder nacheinander erfolgt. Die Reihenfolge von Innenseitenbearbeitung und Außenseitenbearbeitung ist dabei grundsätzlich beliebig.
Bei einer Ausführungsform erfolgt die Innenseitenbearbeitung und die Außen- Seitenbearbeitung mit dem gleichen Werkzeug. Dadurch erhält man eine zeitoptimierte Bearbeitung, da kein Werkzeug-Umspannvorgang notwendig ist.
Insbesondere weist das Werkzeug eine erste Schneide für die Innenseitenbearbeitung und eine zweite Schneide für die Außenseitenbearbeitung auf. Dadurch lässt sich mit dem gleichen Werkzeug sowohl die Innenseitenbearbeitung als auch die Außenseitenbearbeitung durchführen.
Insbesondere sind die erste Schneide und die zweite Schneide höhenversetzt zueinander angeordnet und auch quer zur Höhenrichtung versetzt zueinander angeordnet. Dadurch stört die zweite Schneide bei der Innenseitenbearbeitung nicht.
Das Werkzeug ist so ausgebildet, dass die erste Schneide in einen Innenraum des Kugelkäfigs bis zu einer maximalen Eintauchtiefe eintauchbar ist, ohne dass ein weiterer Bereich des Werkzeugs das Werkstück oder einen Werk- stückhalter berührt. Durch entsprechende Formanpassung lässt sich so das gleiche Werkzeug sowohl für die Innenseitenbearbeitung als auch die Außenseitenbearbeitung verwenden.
Es ist grundsätzlich auch möglich, dass die Innenseitenbearbeitung und die Außenseitenbearbeitung mit unterschiedlichen Werkzeugen durchgeführt wird. Bei einer Ausführungsform wird das Werkzeug bei der Innenseitenbearbeitung und der Außenseitenbearbeitung drehfest gehalten und das Werkstück wird rotiert. Es wird damit eine Drehbearbeitung des Werkstücks durchgeführt.
Es kann vorgesehen sein, dass der Werkstückspanner an einer in mindestens einer Richtung verschieblichen Werkstückspindel angeordnet ist. Dadurch ergeben sich optimierte Bearbeitungsmögiichkeiten.
Günstig ist es, wenn die Werkstückspindel eine Vertikalspindel ist, welche eine Längsachse aufweist, welche bezogen auf die Schwerkraftrichtung vertikal orientiert ist. Dadurch ergibt sich ein optimierter Späneabfluss und es ist beispielsweise möglich, eine Trockenbearbeϊtung durchzuführen.
Es ist dann günstig, wenn die Werkstückspindel in vertikaler Richtung ver- schieblich ist. Dadurch lässt sich eine Verschiebungsbewegung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück ermöglichen, um beispielsweise ein Werkzeug in einen Innenraum des Werkstücks einzutauchen.
Es kann vorgesehen sein, dass das Werkstück und ein Werkzeug in min- destens einer bezogen auf die Schwerkraftrichtung horizontalen Richtung zueinander verschieblich sind. Beispielsweise ist das Werkstück über eine entsprechende Werkstückspinde! in einer X-Richtung senkrecht zu einer vertikalen Z-Richtung verschieblich und ein oder mehrere Werkzeuge sind in einer Y-Richtung senkrecht zur X-Richtung und zur Z-Richtung verschieblich. Es er- geben sich dadurch umfangreiche Bearbeitungsmögiichkeiten. Durch eine Verschiebung in X-Richtung und Z-Richtung lässt sich beispielsweise eine Drehbearbeitung des Werkstücks durchführen. Durch eine Verschiebung in Y-Richtung lässt sich eine effektive Fensterbearbeitung durchführen.
Günstig ist es, wenn die Werkstückbearbeitung als Trockenbearbeitung durchgeführt wird. Dadurch ergeben sich bei effektiver Verfahrensdurchführung optimierte Werkstücksqualitäten. Grundsätzlich ist es beliebig, ob die Fensterbearbeitung nach der Innenseitenbearbeitung oder Außenseitenbearbeitung durchgeführt wird. Zur Verhinderung von Graten an dem hergestellten Bauteil ist es günstig, wenn die Fensterbearbeitung vor der Innenseitenbearbeitung und Außenseitenbearbeitung durchgeführt wird.
Günstig ist es, wenn eine Fensterbearbeitung über Fräsen und/oder Schleifen erfolgt. Dadurch lässt sich in dem Bereich von Kugelberührstellen eine optimierte Oberflächengüte erhalten.
Es kann vorgesehen sein, dass bei der Fensterbearbeitung ein Werkzeug und das Werkstück gedreht werden. Insbesondere wird das Werkzeug rotiert. Das Werkstück kann ebenfalls rotiert werden (der Bearbeitungsvorgang ist dann insbesondere ein Drehfräsvorgang) oder in einem endlichen Winkelbereich ge- dreht bzw. verschwenkt werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel sind eine Drehachse des Werkzeugs und eine Drehachse des Werkstücks parallel zueinander. Insbesondere wird dabei das Werkstück rotiert und das Werkzeug rotiert.
Es ist dann vorgesehen, dass das Werkzeug n-mal schneller gedreht wird als das Werkstück, wenn das Werkstück n Fenster aufweist. Dadurch erhält man eine Synchronisierung des Werkzeugs mit dem Werkstück bezüglich der zu bearbeitenden Fenster.
Es ist auch möglich, dass eine Drehachse des Werkzeugs und eine Drehachse des Werkstücks zueinander senkrecht sind. Insbesondere erfolgt dann eine Bearbeitung, bei der das Werkzeug rotiert wird und das Werkstück nur in einem endlichen Winkelbereich gedreht bzw. verschwenkt wird.
Es ist auch möglich, dass bei der Fensterbearbeitung das Werkstück relativ zum Werkzeug in einer Richtung parallel zu einer Drehachse des Werkzeugs linear verschoben wird. Insbesondere wird dann das Werkstück nicht rotiert. Es kann vorgesehen sein, dass der Rohling, welcher dem erfindungsgemäßen Fertigungsverfahren zugrunde liegt, aus einem Rohr hergestellt wird, weiches gerollt und an einer Innenseite gedreht wird und aus dem Fenster ausgestanzt werden. Die genannten Bearbeitungsvorgänge sind dabei insbesondere Weich- bearbeitungsvorgänge.
Es kann vorgesehen sein, dass der Rohling vor dem Einspannen in die Werkzeugmaschine gehärtet wird. An der Werkzeugmaschine werden dann Hart- bearbeitungsvorgänge durchgeführt.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen ;
Figur 1 eine schematϊsche Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Werkzeugmaschine, auf weicher das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist;
Figur 2 eine schematische Darstellung von Schritten zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Figuren 3(a), (b) eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels zur Fensterbearbeitung; Figur 3(a) zeigt schematisch eine Seitenansicht der Werkstückbearbeitung und Figur 3(b) eine Schnittansicht ϊängs der Linie b-b in Figur 3(a);
Figuren 4(a), (b) schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel zur Fensterbearbeitung; Figur 4(a) zeigt schematisch eine Seitenansicht der Werkstückbearbeitung und Figur 4(b) eine Schnittansicht längs der Linie b-b in Figur 4(a); Figuren 5(a), (b) schematisch ein drittes AusführungsbeispieJ zur
Fensterbearbeitung; Figur 5(a) zeigt schematisch eine Seitenansicht der Werkstückbearbeitung und Figur 5(b) eine Schnittansicht längs der Linie b-b in Figur 5(a);
Figur 6 eine schematische Darstellung eines Werkzeugs zur ϊnnenseitenbearbeitung und Außenseitenbearbeitung;
Figur 7(a) bis (e) schematisch verschiedene Zwischenschritte für eine Innenseätenbearbeitung;
Figur 8(a) bis (c) verschiedene Teilschritte für eine Außenseitenbearbeitung; und
Figur 9 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines homokinetischen Gelenks mit einem Kugelkäfig.
Ein Ausführungsbeispiel einer Mehrspindel-Werkzeugmaschine, mittels welcher das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist, ist in Figur 1 als Ganzes mit 10 bezeichnet ist; sie umfasst ein Maschinengestel! 12, über welches die Mehrspindel-Werkzeugmaschine 10 (hier gezeigt als Zweispindler) ausgerichtet auf einer Unterlage positionierbar ist. An dem Maschinengestell 12 ist auf einem Aufsatzständer 13 ein erster Spindelschlitten 14 in einer Richtung X linear- verschieblich geführt. Diese Richtung X ist insbesondere eine horizontale Richtung. In Figur 1 ist sie senkrecht zur Zeichenebene orientiert. Der erste Spindelschlitten 14 trägt eine erste Werkstockspindel 16, an welcher ein zu bearbeitendes Werkstück drehbar fixierbar ist. Die erste Werkstückspindel 16 ist an dem ersten Spindelschlitten 14 in einer Querrichtung Z zur Richtung X verschieblich geführt, so dass der Abstand eines an der ersten Werkstückspindel 16 gehaltenen Werkstücks relativ zum Maschinengestel! 12 einstellbar ist. Eine Drehachse der ersten Werkstückspindei 16, um die ein gehaltenes Werkstück drehbar ist, ist parallel zu der Z-Richtung. Weiterhin ist ein zweiter Spindelschiitten 18 vorgesehen, welcher ebenfalls in der X-Richtung linearverschiebiich am Maschinengestell 12 geführt ist. Dieser zweite Spindelschlitten 18 hält eine zweite Werkstückspindel 20, die in der Z-Richtung linearverschiebiich an dem zweiten Spindelschlitten 18 gehalten ist.
Die beiden Werkstückspindein 16 und 20 sind insbesondere im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet.
Zum Antrieb der ersten Werkstückspindel 16 in ihrer Verschiebungsbewegung längs der Z-Achse ist ein erster Antrieb 22 vorgesehen. Es kann sich dabei beispielsweise um einen hydraulischen Antrieb, einen Kugeigewindetrieb oder einen Linearmotor handeln. Eine Antriebseinheϊt des ersten Antriebs 22 sitzt an dem ersten Spindelschiitten 14 und ist mit diesem in X-Richtung mitbewegt.
Zur Führung der ersten Werkstückspindei 16 weist der erste Spindelschütten 14 eine als Ganzes mit 24 bezeichnete Führungsvorrichtung auf, an welcher die erste Werkstückspindel 16 durch den ersten Antrieb 22 angetrieben in Z-Richtung verschiebbar ist. Die Z-Richtung äst dabei insbesondere vertikal ausgerichtet, das heißt parallel zur Schwerkraftrichtung. Die erste Werkstückspindel 16 und die zweite Werkstückspindel 20 sind dann Vertikalspindeln.
Zur Bewegung der zweiten Werkstückspindel 20 relativ zum zweiten Spindelschiitten 18 ist ein zweiter Antrieb 26 vorgesehen, welcher die Linearverschiebung der zweiten Werkstückspindei 20 an einer Führungsvorrichtung 28 in Z-Richtung relativ zum zweiten Spindelschiitten 18 antreibt.
An ihren unteren Enden sind die Werkstückspindeln 16 und 20 jeweils mit einem Werkstückhalter 30, 32 versehen, an welchem die jeweiligen Werkstücke um Längsachsen 34, 36 der jeweiligen Werkstückspindeln 16, 20 rotierbar fixϊerbar sind. An dem Maschinengestell 12 ist eine Werkzeugaufnahmevorrichtung 38 schwenkbar um eine Achse B angeordnet, wobei diese Schwenkachse 40 quer zur Z-Richtung und X-Richtung orientiert ist und insbesondere horizontal aus- gerichtet ist. Die Werkzeugaufnahmevorrichtung 38 umfasst bei einer Zweispindel-Werkzeugmaschine eine erste Werkzeugaufnahme 42 und eine zweite Werkzeugaufnahme 44, welche beabstandet zueinander sind. Die Werkzeugaufnahmen 42, 44 sitzen an rotierbar angetriebenen Werkzeugspindeln 43, 45, so dass die entsprechend gehaltenen Werkzeuge wie Fräswerkzeuge oder Bohrwerkzeuge um eine Spindelachse rotierbar sind. Es Sassen sich dann gleichzeitig mittels jeweiliger Werkzeuge zwei Werkstücke bearbeiten, wobei ein erstes Werkstück an der ersten Werkstückspindel 16 gehalten ist und ein zweites Werkstück an der zweiten Werkstückspindel 20 gehalten ist.
Die beiden Werkzeugaufnahmen 42 und 44 sitzen an einer jochförmigen
Schwinge 46, welche um die Schwenkachse 40 (B-Achse) schwenkbar ist. Zur Durchführung der Schwenkbewegung ist ein Antrieb 47 vorgesehen. Innerhalb eines bestimmten Schwenkbereichs ist dabei jede SchwenksteNung der Werk- zeugaufnahmevorrϊchtung 38 einstellbar, so dass bei einer bestimmten ein- gestellten Schwenkstellung die jeweiligen an den Werkstückspindeln 16 und 20 gehaltenen Werkstücke über die an der Werkzeugaufnahmevorrichtung 38 fixierten und insbesondere in den Werkzeugaufnahmen 42, 44 vorhandenen Werkzeuge bearbeitbar sind.
Die Werkzeugaufnahmen 42, 44 sind ferner in Y-Richtung verschieblich; die Schwinge 46 ist dazu an einem verschieblichen Schlitten 49 gehalten, welcher an einer Führungseinrichtung 51 verschieblich geführt ist. Die Y-Rϊchtung ist senkrecht zur X-Richtung und Z-Richtung.
Beispielsweise lässt sich so ein Gleichlaufgelenk herstellen, welches Kugellaufbahnen in einem Achszapfen und in einer Nabe aufweist (vgl. WO 2005/089992 Al). Insbesondere ist es möglich, über entsprechende Werkzeuge eine Weichfräsbearbeitung, Schleifbearbeitung oder Hartfräsbearbeitung durchzuführen. Es ist auch möglich, eine Hartdrehbearbeitung durchzuführen.
Dazu sind entsprechende Zusatzeinrichtungen wie beispielsweise eine oder mehrere Drehkonsolen mit entsprechendem Drehstahl oder zusätzliche Spindeln vorgesehen, welche im Bereich der Bearbeitungszone der Werkstücke angeordnet sind (in der Zeichnung nicht gezeigt).
Es ist auch möglich, eine Folgebearbeitung eines Werkstücks durchzuführen, indem dieses beispielsweise zuerst an der ersten Werkstückspindel 16 gehalten mit einem ersten Werkzeug bearbeitet wird und anschließend an die Werkstückspindel 20 übergeben und dann mit einem zweiten Werkzeug bearbeitet wird.
An dem Maschinengestell 12 ist ein Schwenkraum 48 gebildet, damit die Werkzeugaufnahmevorrichtung 38 in einem bestimmten Schwenkbereich ungehindert an dem Maschinengesteü 12 schwenkbar ist. Durch diesen Schwenkraum 48 lassen sich auch Späne und dergleichen abführen.
Die Spindelschlitten 14 und 18 sind bezogen auf die Z-Richtung oberhalb der Werkzeugaufnahmevorrichtung 38 in der X-Richtung verschieblich geführt. Dazu ist eine erste Führung 50 vorgesehen, welche insbesondere eine Führungsschiene umfasst, welche in einem Abstand zu der Werkzeugaufnahme- Vorrichtung 38 oberhalb dieser angeordnet ist. Ferner ist eine zweite Führung 52 vorgesehen, welche parallel beabstandet zu der ersten Führung 50 insbesondere auf der gleichen Höhe in Z-Richtung über der Werkzeugaufnahmevorrichtung 38 angeordnet ist wie die erste Führung 50. Die zweite Führung 52 umfasst insbesondere wiederum eine Führungsschiene. Die beiden Füh- rungen 50 und 52 sind insbesondere horizontal angeordnet. Die Führungen 50, 52 sitzen an dem Aufsatzständer 13. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Führungen 50, 52 in Z-Richtung versetzt angeordnet sind, um so beispielsweise einen Spindelschlitten in seiner Höhenrichtung zusätzlich versteifen zu können, wenn dies notwendig ist.
Der erste Spindelschlitten 14 ist in seinem den Führungen 50, 52 zugewandten Bereich derart L-förmig oder dreieckförmig ausgebildet, dass er einen ersten Schenkel umfasst, welcher längs der ersten Führung 50 orientiert ist und auf dieser geführt ist. Beispielsweise sind zwei beabstandete Führungsschuhe vorgesehen, um den ersten Schenkel auf der ersten Führung 50 iinearverschieb- lieh zu führen. Mit dem ersten Schenkel ist ein zweiter Schenkel verbunden, welcher quer zu dem ersten Schenkel orientiert ist und welcher an die zweite Führung 52 gekoppelt ist, beispielsweise mittels eines Führungsschuhs, um den zweiten Schenkel linearverschiebläch auf der zweiten Führung 52 zu führen.
Zwischen den beiden Schenkeln sitzt an diesen die erste Werkstückspindei 16 zwischen den beiden Führungen 50 und 52.
Die Kontaktfiäche des ersten Spindelschlittens 14 mit der ersten Führung 50 zur linearverschieblichen Kopplung an diese ist größer als die Kontaktfläche zur Kopplung an die zweite Führung 52. Beispielsweise ist die erste Kontaktfläche über die zwei Führungsschuhe gebildet, während sie für die zweite Führung 52 nur über den einen Führungsschuh gebildet ist.
Der zweite Spindelschlitten 18 umfasst ebenfalls einen ersten Schenkel, weicher längs der zweiten Führung 52 orientiert ist und beispielsweise an diese über zwei Führungsschuhe gekoppelt ist. Quer zu diesem ersten Schenkel sitzt ein zweiter Schenkel, welcher an die erste Führung 50 über einen Führungsschuh gekoppelt ist. Damit hat auch der zweite Spindelschlitten 18 eine L-för- mige oder dreieckförmige Außengestalt, wobei die Kontaktfläche mit der zweiten Führung 52 größer ist als mit der ersten Führung 50. Die zweite Werkstückspindel 20 sitzt zwischen dem ersten Schenkel und dem zweiten Schenkel an diesen zwischen den beiden Führungen 50 und 52 und ist der anderen Werkstückspindel 16 zugewandt mit einem freien Zwischenbereich zwischen den beiden Werkstockspindeln 16, 20.
Die L-förmige oder dreieckförmige Gestalt bezieht sich dabei auf einen Quer- schnitt in einer Projektion auf die durch die beiden Führungen 50, 52 aufgespannte Ebene mindestens im Bereich der Ankopplung der Spindelschlitten 14 bzw. 18 an diese Führungen 50 und 52.
Eine solche Mehrspindel-Werkzeugmaschine ist in der WO 2004/012888 Al beschrieben. Auf diese Anmeldung wird ausdrücklich Bezug genommen.
Die Werkzeugmaschine 10 weist eine Steuerungseinrichtung 54 auf, mittels weicher sich die Bewegungen und Positionen der Maschinenelemente steuern lassen. Über die Steuerungseinrichtung 54 lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren durchführen.
Ein Ausführungsbeispiel eines Gelenks und insbesondere homokinetischen Ge- ienks, weiches in Figur 9 in einer (Teil-)Explosionsdarsteüung gezeigt und mit 56 bezeichnet ist, umfasst einen Kugelstern 58 mit Kugeilaufbahnen 60. Der Kugelstern 58 ist bei einer Anwendung drehfest mit einer Antriebswelle verbunden.
Das Gelenk 56 weist ferner eine KugelschaSe 62 in Glockenform auf. In dieser sind ebenfalls Kugeilaufbahnen 64 gebildet. Bei einer Anwendung ist die Kugelschale 62 drehfest mit einem Rad verbunden.
Zwischen der Kugelschale 62 und dem Kugeistern 58 ist ein Kugelkäfig 66 angeordnet. Dieser sorgt dafür, dass die Kugein (in Figur 9 nicht dargestellt) gehalten werden. Die Kugein ermögSichen es, dass das Gelenk 56 für eine gleichförmige (homokinetische) Übertragung bei Beugungswinkeln bis zu einem Grenzwsnkel sorgt. Die Kugein laufen auf den Kugellaufbahnen 60 und 64 und berühren Teile des Kugelkäfigs 66. Die entsprechenden Oberflächen sind mit hoher Güte auszubilden.
Der Kugelkäfig 66 hat eine Außenseite 68, eine Innenseite 70, welche einen Innenraum 72 begrenzt, in welchem der Kugelstern 58 positioniert wird, und Fenster 74 zwischen der Innenseite 70 und der Außenseite 68.
Das erfindungsgemäße Fertigungsverfahren eines Kugelkäfigs betrifft die Fein- bearbeitung und dabei Endbearbeitung eines Kugelkäfigs.
Ausgangspunkt für das erfindungsgemäße Fertigungsverfahren ist ein Kugelkäfig-Rohling, welcher über Weichbearbeitung hergestellt wird. Beispielsweise wird ein solcher Kugelkäfig-Rohling aus einem abgestochenen Rohrstück her- gestellt, welches gerollt und an όer Innenseite gedreht wird. Fenster werden an diesem Rohling durch Stanzen hergestellt. Anschließend erfolgt eine Härtung. An einem solchen gehärteten Rohling wird das erfindungsgemäße Fertigungsverfahren durchgeführt. (Alternativ wird das erfindungsgemäße Fertigungsverfahren vor der Härtung durchgeführt.)
Das erfindungsgemäße Fertigungsverfahren funktioniert wie folgt:
Ein gehärteter Rohling 76 (Figur 2) wird an einem Werkstückspanner 78 des Werkstückhalters 30 oder 32 eingespannt. Ein Einspannbereich 80 des Roh- lings 76 ist dabei ein Ringbereich 82, welcher auch als Zylinderbereich bezeichnet wird, welcher an einem Ende des Rohiings 76 positioniert ist und einen hohlzylindrischen Innenraum 84 aufweist. Der Einspannbereich 80 ist dabei so angeordnet und ausgebildet, dass er in einem hergestellten Gelenk 56 keine anderen Gelenkteile (das heißt nicht die Kugelschale 62, den Kugel- stern 58 und die Kugeln) berührt. Es ist dann auch keine weitere Bearbeitung des Einspannbereichs 80 notwendig. Der Werkstückspanner 78 hat ein Spannfutter 86, welches an eine Innenseite des Ringbereichs 82 drückt. Der Rohling 76 ist dadurch geklemmt an dem Werkstückspanner 78 gehalten. Die entsprechende Spannkraft (bzw. Klemm- kraft) ist definiert eingestellt und zwar so, dass das Werkstück während der Bearbeitung verdrehsicher gehalten ist. Die Spannkraft ist weiterhin so eingestellt, dass das Werkstück nicht verformt und insbesondere nicht zerdrückt wird. Ferner ist die Spannkraft so eingestellt, dass während der Bearbeitung keine Schwingungen des Werkstücks auftreten können.
Der Werkstückspanner 78 weist einen Anlagebereich 88 auf, welcher beispielsweise ringförmig ausgebildet ist, und an welchen eine Außenseite des Rohlings 76 zur axialen Positionierung anlegbar ist.
Es können Maßnahmen zur Erhöhung der Haftreibung zwischen Werkstück- spanner 78 und Rohling 76 vorgesehen sein. Beispielsweise erfolgt eine Be- schichtung von Spannflächen des Rohlings 76 und/oder insbesondere des Werkstückspanners 78 mit einem die Haftreibung erhöhenden Material. Es kann auch vorgesehen sein, dass entsprechende Spannflächen beispielsweise über Sandstrahlen aufgeraut werden, um die Haftreibung zu erhöhen,
Die Endbearbeitung des Werkstücks erfolgt in derselben Werkzeugmaschine 10, ohne dass das Werkstück von dem Werkstückspanner 68 gelöst wird. Es erfolgt eine Komplettbearbeitung ohne Umspannen. Dadurch ist gewährleistet, dass beispielsweise ein Innendurchmesser, ein Außendurchmesser und eine Mittellinie der Fenster 74 optimiert zueinander passen. Durch die Komplettbearbeitung in einer Aufspannung lässt sich die Laufruhe und Lebensdauer eines mitteis eines erfindungsgemäß hergestellten Kugelkäfigs vergrößern.
Bei dem erfindungsgemäßen Fertigungsverfahren wird für die Komplett- bearbeitung des Werkstücks nur eine Werkzeugmaschine verwendet. Es entfallen Fehler beim Umspannen; bei jeder neuen Einspannung eines Werkstücks wird dieses grundsätzlich unterschiedlich verformt und es treten unterschiedliche Spannungszustände am Werkstück auf. Dies kann zu einer Verringerung der Werkstücksquaütät führen. Durch die Bearbeitung des Werkstücks mit dem erfindungsgemäßen Fertigungsverfahren wird die Werkstückqualität verbessert.
Weiterhin ist auch eine Bearbeitung einer Aniagefläche a!s Referenzfläche für Umspannvorgänge bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht notwendig, da die Bearbeitung in einer Aufspannung ohne Umspannung erfolgt.
An dem Rohling 76 erfolgt eine Hartfeinbearbeitung in der Werkzeugmaschine 10 mit einer Fensterbearbeitung (angedeutet durch das Bezugszeϊchen 90 in Figur 2), einer Außenseitenbearbeitung (angedeutet durch das Bezugszeichen 92 in Figur 2) und einer Innenseitenbearbeitung (angedeutet durch das Bezugszeϊchen 94 in Figur 2). Durch die Fensterbearbeitung, Außenseitenbearbeitung und Innenseitenbearbeitung erfolgt die Kompiettbearbeitung des Rohlings 76 zu dem Kugelkäfig 66 in dessen Endform, wobei an Berührungsstellen für Kugeln und den anderen Gelenkteiien die notwendige Oberflächengüte hergestellt wird.
Grundsätzlich ist die Reihenfolge der Fensterbearbeitung, Außenseiten- bearbeitung und Innenseitenbearbeitung beliebig. Bevorzugt ist es, dass zuerst die Fensterbearbeitung durchgeführt wird und anschließend die Außenseitenbearbeitung und/oder Innenseitenbearbeitung, um Grate zu verhindern.
Die Hartfeinbearbeitung der Fenster ist insbesondere eine Schleifbearbeitung bzw. Fräsbearbeitung mit einem oder mehreren rotierenden Fräswerkzeugen. Bei einem ersten Ausführungsbeispie!, welches in Figur 3(a) schematisch gezeigt ist, wird der Rohling um eine Drehachse 96 rotiert. Die Drehachse 96 fällt mit der Längsachse 34 bzw. 36 des entsprechenden Werkstückhalters 30 bzw. 32 zusammen. Bei dem Ausführungsbeispiel, bei dem die entsprechende Werkstückspindel eine Vertikalspindel ist, ist die Drehachse 96 eine vertikale Achse. Ein Fräswerkzeug 98 mit einer oder mehreren entsprechenden Schneiden 100 rotiert um eine Drehachse 102, welche parallel zu der Drehachse 96 ist. In diesem Falle ist der Winkel in der B-Achse B1x der entsprechenden Werkzeugaufnahme 42 bzw. 44 Null Grad. Die Schneide 100 ist insbesondere als Schlagzahn ausgebildet.
Die Rotation der entsprechenden Werkstückspindel 16 bzw. 20 und der entsprechenden Werkzeugspindel 43 bzw. 45 sind synchronisiert; die Drehachsen 96 und 102 sind dabei quer zur Achsenrichtung versetzt. Wenn der Rohling n Fenster aufweist, dann rotiert der Rohling um die Drehachse 96 n-mal langsamer als das Fräswerkzeug 98, um die Fensterbearbeitung als Hartfeinbearbeitung zu ermöglichen, d.h. ft00! = n • fw, wobei fl00ι die Drehfrequenz des Fräswerkzeugs 98 ist und fw die Drehfrequenz des Werkstücks 76.
In Figur 3(b) ist ein bearbeitetes Fenster 104 gezeigt, wobei ein Fräsprofil mit dem Bezugszeichen 106 angedeutet ist. Ferner angedeutet ist eine Bahn 108 einer entsprechenden Schneide. Das Profil 106 ist gekrümmt. Das gleiche Profil an gegenüberliegenden Flanken lässt sich durch entsprechendes Vorwärts- und Rückwärtsdrehen erreichen.
Der Bearbeitungsvorgang ist ein Drehfräsvorgang.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel, welches in Figur 4 angedeutet ist, ist eine Drehachse 110 eines entsprechenden Werkzeugs 112 senkrecht zu einer Drehachse 114 des Werkstücks 76. Dies ist dadurch erreicht, dass die Schwinge 46 bezogen auf die Ausgangsstellung mit Bn - 0° um 90° auf
Ba = 90° gedreht ist.
Das Werkzeug 112 wird um die Drehachse 110 rotiert. Zur Fensterbearbeitung wird das Werkstück 76 um die Drehachse 114 nicht rotiert, sondern nur um einen endlichen Drehwinkel verschwenkt. Durch dieses Verfahren lässt sich ein Fräsprofil 107 herstellen (Figur 4(b)), welches weniger stark gekrümmt ist ais das Fräsprofil 106,
Bei einer dritten Ausführungsform, welche in Figur 5 schematisch dargestellt ist, ist das Werkzeug 112 wiederum um 90° an der Schwenkachse 40 verschwenkt, das heißt der Winkel Ba beträgt 90°.
Das Werkstück 76 wird nicht rotiert. Es wird in der Y-Richtung verschoben und das Werkzeug 112 wird in der Y-Richtung verschoben. Dadurch lässt sich ein Fräsprofii 116 erzeugen, welches parallel zur Y-Richtung ausgerichtet ist.
An einem Werkstück lassen sich ein oder mehrere der anhand der Figuren 3 bis 5 beschriebenen Verfahren kombinieren.
Durch eines oder mehrere der beschriebenen Teilschritte erfolgt eine Komplettbearbeitung der Fenster.
Die Innenseitenbearbeitung und Außenseitenbearbeitung kann über eine oder mehrere Werkzeuge gleichzeitig oder nacheinander erfolgen.
Bei einem Ausführungsbeispie! erfolgt die Innenseitenbearbeitung und die Außenseitenbearbeitung durch ein gemeinsames Werkzeug 118 (Figur 6). Dieses Werkzeug wird an der entsprechenden Werkzeugaufnahme 42 bzw. 44 eingespannt. Es weist eine erste Schneide 120 für die Innenseitenbearbeitung auf und eine zweite Schneide 122 für die Außenseitenbearbeitung. Die erste Schneide 120 und die zweite Schneide 122 sind bezogen auf eine Höhenachse 124 beabstandet zueinander, wobei die erste Schneide weiter vorne liegt. Sie sind ferner in einer Richtung quer zu der Höhenachse 124 beabstandet zueinander.
Ein Außenprofil 126 des Werkzeugs 118 ist so ausgebildet, dass bei der Innenseitenbearbeitung durch die erste Schneide 120 kein anderer Bereich des Werkzeugs 118 das Werkstück berührt. Entsprechend ist an einer Vorderseite 128 des Werkzeugs 118 ein zurückgesetzter Bereich 130 gebildet, welcher unterhalb der ersten Schneide 120 und oberhalb der zweiten Schneide 122 liegt. Wie unten noch näher beschrieben wird, ermöglicht dies ein Eintauchen in den Innenraum 72 des herzustellenden Kugelkäfigs.
Das Werkzeug 118 hat einen Schaft 132 zum Einspannen an dem entsprechenden Werkzeughalter. Der Schaft 132 ist mit hoher Steifigkeit ausgebildet,
In den Figuren 7(a) bis (e) sind Teilschritte zu der Innenseitenbearbeitung angedeutet. Es handelt sich dabei um eine Hartdrehbearbeitung. Die Schneiden 120 und 122 sind als Drehstähle ausgebildet.
Es können auch Schleifwerkzeuge eingesetzt werden.
Das Werkzeug 118 wird drehfest gehalten. Das Werkstück 76 wird um die Drehachse 114 rotiert. Die erste Schneide 120 wird durch Absenkung des Werkstücks 76 über die Z-Beweglichkeit der entsprechenden Werkstückspindel eingetaucht. Durch eine synchronisierte X-Bewegung der entsprechenden Werkstückspindel iässt sich die Schleifbearbeitung bzw. Hartdrehbearbeitung an der Innenseite des Werkstücks 76 durchführen.
Wie aus den Figuren 7(d) und (e) erkennbar ist, ermöglicht der zurückgesetzte Bereich 130 am Außenprofil 126 des Werkzeugs 118 ein Eintauchen der ersten Schneide 120 bis in den Einspannbereich 80, ohne dass das Außenprofil 126 das Werkstück berührt.
Nach der Hartfeinbearbeitung durch Hartdrehen der Innenseite wird die Außenseite ebenfalls durch Hartdrehen bearbeitet. Dies ist in den Figuren 8(a) bis (c) angedeutet. Das Werkstück 76 wird über die entsprechende Werkstückspindel abgesenkt. Über entsprechende X-Z-Bewegung der Werkstückspinde! erfolgt die Außenseitenbearbeitung. Das Werkstück 76 wird dabei um die Drehachse 114 rotiert und das Werkzeug 118 wird drehfest gehalten.
Der zurückgesetzte Bereich 130 ermöglicht wiederum, dass das Werkzeug 118 den entsprechenden Werkstückhalter (beispielsweise 30) nicht berührt.
Das Außenprofil 126 des Werkzeugs 118 ist dadurch angepasst an die Form des Werkstücks und an die Form des Werkzeughalters.
Das Werkstück wird so weit abgesenkt, dass über das Werkzeug 118 mit der zweiten Schneide 122 die gesamte Außenseite bis zu dem Einspannbereich über Hartdrehen bearbeitet wird.
Die Innenseitenbearbeitung kann auch nach der Außenseitenbearbeitung erfolgen. Bei Verwendung von entsprechenden Werkzeugen ist es grundsätzlich auch möglich, dass die Innenseitenbearbeitung und die Außenseitenbearbeitung gleichzeitig erfolgt.
Das Ergebnis des erfindungsgemäßen Fertigungsverfahrens ist ein Kugelkäfig, welcher komplett bearbeitet ist und für den keine Nachbearbeitung (wie Schleifen oder dergleichen) notwendig ist. Die Hartfeinbearbeitung erfolgt ohne Umspannen an einem gehärteten Rohling.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Innenseitenbearbeitung, Außenseitenbearbeitung und Fensterbearbeitung an einem gehärteten Rohling über Hartfeinbearbeitung. Insbesondere ist die Innenseitenbearbeitung und die Außenseitenbearbeϊtung ein Hartdrehen bzw. Schleifen. Die Fensterbearbeitung ist ein Fräsvorgang oder Schleifvorgang.
Die Bearbeitung erfolgt in einer Aufspannung. Dadurch lassen sich die Elemente des Kugelkäfigs in ihrer Toieranzlage optimal anpassen. Aufspann- flächen müssen nicht mehr bearbeitet werden. Man erhält bei effektiver zeitsparender Bearbeitung eine hohe Werkstückquaütät.
Die Werkzeugmaschine, die in der WO 2004/012888 Al beschrieben ist, sowie die Werkzeugmaschine XG der Ex-CeII-O GmbH weisen eine hohe Maschinen- steifigkeit auf und sind dadurch besonders geeignet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Fertigungsverfahrens.
Die Bearbeitung der Fenster erfolgt im unterbrochenen Schnitt. Dadurch können hohe Schwingungsanregungen am Werkzeug und Werkstück entstehen. Durch schwingungsdämpfende Maßnahmen an der Werkzeugmaschine, dem Werkzeug und dem Werkstückspanner kann dem entgegengewirkt werden.
Der Schnittvorgang wird vorzugsweise so durchgeführt, dass Spänennester insbesondere an Fenstern des Werkstücks vermieden werden.
Das Werkstück kann trocken bearbeitet werden, da keine Schleifbearbeitung einer Auflagefläche mehr notwendig ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Fertigungsverfahren für einen Kugelkäfig eines Gelenks, welcher eine Innenseite, eine Außenseite und Fenster zwischen der Innenseite und der Außenseite aufweist, bei dem ein Rohling an einem Werkstückspanner einer Werkzeugmaschine eingespannt wird, wobei ein Einspannbereich des Rohlings außerhalb eines Bearbeitungsbereichs liegt, und durch dieselbe Werkzeugmaschine die Innenseite, die Außenseite und die Fenster ohne Umspannen des Werkstücks bearbeitet werden.
2. Fertigungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspannbereich ein Bereich außerhalb von Berührungsflächen des Kugelkäfigs mit anderen Gelenkteilen ist.
3. Fertigungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspannbereich ein Ringbereich ist.
4. Fertigungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück über den Werkstückspanner an dem Einspannbereich geklemmt wird.
5. Fertigungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück mit einer eingestellten Spannkraft an dem Werkstückspanner gehalten wird.
6. Fertigungsverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannkraft so eingestellt wird, dass das Werkstück bei den auftretenden Kräften verdrehsicher gehalten wird, keine Werkstückschwingungen auftreten und nicht durch die Einspannung verformt wird.
7. Fertigungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Spannflächen zum Einspannen des Werkstücks mit erhöhter Haftreibung hergestellt werden.
8. Fertigungsverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Spannflächen beschichtet sind oder werden, so dass die Haftreibung erhöht ist.
9. Fertigungsverfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass Spannflächen aufgeraut werden.
10. Fertigungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling ein gehärteter Rohling ist,
11. Fertigungsverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitung des Rohlings durch Hartfeinbearbeitung erfolgt.
12. Fertigungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseitenbearbeitung durch Schleifen und/oder Drehen erfolgt.
13. Fertigungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenseitenbearbeitung durch Schleifen und/oder Drehen erfolgt.
14. Fertigungsverfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseitenbearbeitung und/oder Außenseitenbearbeitung durch Hartdrehen erfolgt.
15. Fertigungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseitenbearbeitung und die Außenseitenbearbeitung gleichzeitig oder nacheinander erfolgen.
16. Fertigungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseitenbearbeitung und die Außenseitenbearbeitung mit dem gleichen Werkzeug erfolgt.
17. Fertigungsverfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug eine erste Schneide für die Innenseitenbearbeitung und eine zweite Schneide für die Außenseitenbearbeitung aufweist.
18. Fertigungsverfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schneide und die zweite Schneide höhenversetzt zueinander angeordnet sind.
19. Fertigungsverfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug so ausgebildet ist, dass die erste Schneide in einen Innenraum des Werkstücks bis zu einer maximalen Eintauchtiefe eintauchbar ist, ohne dass ein weiterer Bereich des Werkzeugs das Werkstück oder einen Werkstückhalter berührt.
20. Fertigungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseitenbearbeitung und die Außenseitenbearbeitung mit unterschiedlichen Werkzeugen durchgeführt wird.
21. Fertigungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Innenseätenbearbeitung und der Außenseitenbearbeitung das Werkzeug drehfest gehalten wird.
22. Fertigungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückspanner an einer in mindestens einer Richtung verschieblichen Werkstückspindei angeordnet wird.
23. Fertigungsverfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückspindel eine Vertikalspindel ist.
24. Fertigungsverfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückspindel in vertikaler Richtung verschieblich ist.
25. Fertigungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück und ein Werkzeug in mindestens einer bezogen auf die Schwerkraftrichtung horizontalen Richtung zueinander verschieblich sind.
26. Fertigungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückbearbeitung als Trockenbearbeitung durchgeführt wird,
27. Fertigungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseitenbearbeitung und Außenseitenbearbeitung nach der Fensterbearbeitung durchgeführt werden.
28. Fertigungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fensterbearbeitung über Fräsen und/oder Schleifen erfolgt,
29. Fertigungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Fensterbearbeitung ein Werkzeug und das Werkstück gedreht werden.
30. Fertigungsverfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehachse des Werkzeugs und eine Drehachse des Werkstücks parallel zueinander sind.
31. Fertigungsverfahren nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug n-ma! schneller gedreht wird als das Werkstück, wenn es n Fenster aufweist.
32. Fertigungsverfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehachse des Werkzeugs und eine Drehachse des Werkstücks senkrecht zueinander sind.
33. Fertigungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Fensterbearbeitung das Werkstück relativ zu dem Werkzeug in einer Richtung parallel zu einer Drehachse des Werkzeugs linear verschoben wird.
34. Fertigungsverfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück drehfest gehalten wird.
35. Fertigungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling aus einem Rohr hergestellt wird, welches gerollt und an einer Innenseite gedreht wird und aus dem Fenster ausgestanzt werden.
36. Fertigungsverfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling vor dem Einspannen in die Werkzeugmaschine gehärtet wird.
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