Zerspanungswerkzeuge So klappt die Herstellung von Schälwälzfräsern in einem Rutsch

Redakteur: Peter Königsreuther

Die geplante Abkehr vom Verbrennungsmotor wälzt den Getriebebau um. Erfahren Sie in diesem Bericht, wie man als Hersteller von komplexen Werkzeuge für die Fertigung von Verzahnungskomponenten den Unbilden trotzen kann.

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Das sogenannte Power-Skiving-Verfahren gewinnt im Zuge der Abkehr vom Verbrennungsmotor an Popularität, sagt Anca, denn die eingesetzten Schälwälzfräser …
Das sogenannte Power-Skiving-Verfahren gewinnt im Zuge der Abkehr vom Verbrennungsmotor an Popularität, sagt Anca, denn die eingesetzten Schälwälzfräser …
(Bild: Anca)

In Sachen Außen- und Innenverzahnungen, Gerad- und Schrägverzahnungen für Fahrzeuggetriebe sowie andere Zahnräder, Kupplungskomponenten, Steckverzahnungen, Wellen, Synchronisationsringe und Gleichlaufgelenkteile können laut Anca durch das Power Skiving, eine Kombination aus Wälzfräsen und -stoßen, in kurzer Zeit und hochwertig hergestellt werden. Die damit einhergehende günstigere Fertigung unterstützt auch neue Entwicklungen bei Hybrid- und Elektrofahrzeugen. „Es ist kein Wunder, dass dieses Verfahren zunehmend an Popularität gewinnt. Damit steigt selbstverständlich auch die Nachfrage nach Schälwälzfräsern. Auf diese Entwicklung reagieren wir mit unserer neuen Schleifmaschine GCX Linear, die wir auf der EMO vorgestellt haben“, erklärt Xiaoyu Wang, Produktmanager bei Anca. Die 5-Achsen-CNC-Schleifmaschine baue auf den besten Aspekten der bewährten Anca-Systeme auf und biete damit eine speziell konzipierte Komplettlösung für die Anfertigung und das Nachschleifen von Schälwälzfräsern und Schneidrädern.

Die Schleifmaschinen mit dem feinen Gehör

Damit die Werkzeuge präzise hergestellt werden können, ist das Abrichten des dafür nötigen, komplexen Schleifscheibenprofils von entscheidender Bedeutung, betont Anca. Die GCX Linear schafft das im Prozess mit hoher Rundlaufgenauigkeit, heißt es weiter. Dafür stehen außerdem zwei Optionen zu Auswahl: Zum einen kann der Werkstückstock der Maschine mit 3000 min-1 eine 200 mm große Abrichtrolle aufnehmen und zum anderen kann zusätzlich ein sekundärer motorisierter Abrichter verwendet werden. Die integrierte Abrichtsoftware soll das Ganze flexibel machen.

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Damit der Abrichtprozess kontrolliert werden kann, hat Anca, wie es heißt, das sogenannte „Acoustic Emission Monitoring System“ (AEMS) entwickelt. Damit erweitert sich die Maschine sozusagen um eine Art „Ohr“, das auf die Feinheiten des Scheibenabrichtens abgestimmt ist, erklärt Wang. AEMS basiere auf einem Algorithmus für überwachtes maschinelles Lernen und könne so trainiert werden, dass es trotz der lauten Produktionsumgebung den richtigen Sound, den das perfekte Abrichtet erzeuge, erkenne. So werden Profile mit einer Genauigkeit von wenigen Mikrometern in kürzester Zeit gefertigt und die verschleißbedingte Größenreduzierung der Schleifscheibe minimiert.

Langlebige und präzise Linearmotoren sorgen für Dynamik

Die Linx-Linearmotoren von Anca bewegen die X-, Y- und Z-Achse. In Verbindung mit den Glasmaßstäben sorgten sie für eine hohe Maschinenpräzision und -leistung. Eine gesteigerte Genauigkeit erreichen die Linx-Linearmotoren durch eine gleichmäßige Achsbewegung, so Anca. Weil es sich um kontaktlose Antriebe handle, seien Abweichungen durch Verschleiß an dieser Stelle kein Thema mehr. Außerdem reduzieren sich wegen der hohen Achsgeschwindigkeit und Beschleunigung die Zykluszeiten, merkt Anca an. Dabei gilt Linx als weitgehend immun gegen Temperaturschwankungen.

Durch ihr spezielles Design eignen sich die Linx-Linearmotoren auch im Falle eines rauen Schleifumfelds. Die Abdichtung nach IP67 (Schutz vor Staub und gegen zeitweiliges Untertauchen) hält Schleifstaub ab und schon den Motor. Im Vergleich zu flachen Linearmotoren zeigten sich weitere Vorteile: Zum einen eliminiert das radiale Magnetfeld von Linx den Druck auf Führungen und Maschinenbett und zum anderen reduziert sich der Energiebedarf, präzisiert Anca. Auch ist für Linx keine separate Kühleinheit nötig, weil das Kühlsystem der Maschine verwendet werden kann.

Der hochgenaue Werkstückstock übernimmt eine verbesserte Indexpositionierungsgenauigkeit, um die man bei der Herstellung von Schälwälzfräsern und Schneidrädern nicht herum kommt, heißt es. Eine Direktantriebsspindel mit 37 kW Spitzenleistung und der Bigplus-Dorn runden die Ausstattung der GCX Linear ab.

Immer im thermischen Optimum schleifen

Anca hat nicht zuletzt die GCX Linear mit der neuen, zum Patent angemeldeten Bewegungstemperaturregelung (MTC) ausgestattet. In die Firmware des Spindelmotors integriert, verwalte und reguliere der intelligente Regelungsalgorithmus aktiv die Temperatur der motorisierten Spindeln. Wang erklärt: „MTC minimiert die Aufwärmzeit der Maschine und sorgt für Wärmestabilität beim Schleifen. Das steigert die Produktivität und die Maschinenauslastung.“ Es werde dabei eine gleichbleibende thermische Stabilität der Spindel über lange Zeiträume erreicht – und zwar unabhängig von Änderungen der Spindellast und -geschwindigkeit sowie der Kühlmitteltemperatur der Spindel.

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Mit den reinen Zahnraddaten zum passenden Werkzeug

Verzahnungswerkzeuge wie die besagten Schälwälzfräser sind durch relativ komplexe Geometrien charakterisiert, deren Entwurf auf einer schrittweisen Optimierung beruht, wie Anca sagt. Deswegen sei das Softwarepaket der GCX Linear speziell auf das Schleifen von Verzahnungswerkzeugen hin ausgerichtet. Es enthält unter anderem Tools fürs Design, zur Optimierung, zur 3D-Simulation sowie zur Programmierung der Schleifsequenzen. Beispielsweise gelingt es damit lediglich anhand der Zahnraddaten das Werkzeug exakt zu konzipieren. Auch sei es möglich, die Schälkinematik zu simulieren, um das Werkzeugdesign zu verifizieren und potenzielle Kollisionen auszuschließen. So wird die Virtualisierung des gesamten Fertigungsprozesses unterstützt, was die Rüstzeit und den Ausschuss reduziert sowie eine optimierte Fertigung ermöglicht, wie Anca verspricht.

Auch für die GCX Linear bietet Anca mit dem Robomate-Lader eine effektive Automation an: Ein Fanuc-Roboter lädt dabei die Werkzeuge präzise zuverlässig durch einmaliges Greifen direkt von der Palette in die Spannzange. Standardmäßig sei der Lader mit zwei Paletten ausgestattet, könne jedoch auf vier Paletten erweitert werden – ohne Vergrößerung des Platzbedarfs. Die Paletten haben viel Platz, und so kann die Maschine stundenlang bedienerfrei betrieben werden, heißt es zudem. Die flexible Software brauche keine komplexe Roboterprogrammierung und ermögliche es, unterschiedliche Werkzeugtypen auf einer Palette zu bearbeiten.

Die Zellenversion sorgt beim Schleifen für noch mehr Produktivität

Anca verweist außerdem auf die „GCXcell Linear“, die alle Funktionen und Merkmale der GCX Linear bietet, jedoch über einen Standardroboterlader für Werkzeugrohlinge und Schleifscheiben verfügt. Mit bis zu 24 Scheibenpaketen könne auf mehrere Scheiben für verschiedene Werkzeuggrößen oder -typen parallel ohne zeitliche Verzögerung zurückgegriffen werden. Auch ist das Laden größerer Scheibendurchmesser möglich, heißt es. Daraus folgten eine längere Lebensdauer der Scheiben sowie reduzierte Anforderungen beim Abrichten, was zu relativ geringern Rüst- und Stillstandzeiten führe sowie eine maximale Produktivität beim Werkzeugschleifen mit sich bringe.

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