Modellbasierte Optimierung der Prozessführung beim Wälzschälen

Das Wälzschälen hat sich in den letzten Jahren zu einer festen Größe unter den Verzahnungsverfahren entwickelt. Das ist insbesondere darauf zurückzuführen, dass die erforderlichen maschinentechnischen Voraussetzungen, wie zum Beispiel hohe Drehzahlen bei gleichzeitiger hochgenauer Lageregelung der beteiligten Maschinenachsen, mittlerweile technisch umgesetzt und am Markt verfügbar sind. Zudem können die benötigten Werkzeuge mit Hilfe mathematischer Modelle berechnet und fertigungstechnisch hochwertig umgesetzt werden. Die Produktivität des Wälzschälens bleibt allerdings in Bezug auf erzielbare Werkzeugstandmengen und Fertigungszeiten oftmals noch hinter den Erwartungen zurück. Dies ist vor allem auf die stark veränderlichen Eingriffsbedingungen, beispielsweise die erheblich schwankenden Prozesswinkel während des Zahneingriffs und daraus resultierender Effekte für Spanbildung und -abfuhr zurückzuführen. Die Praxis hat gezeigt, dass im Unterschied zu vergleichbaren Verfahren, beim Wälzschälen mit mehreren Zustellschritten gearbeitet werden muss, um vorzeitigen Werkzeugverschleiß zu verhindern. Sowohl zur Dimensionierung der einzelnen Zustellungen als auch zur Auslegung der Vorschübe und Achseinstellungen während der Vorschnitte liegen bisher nur wenige wissenschaftlich fundierte Erkenntnisse vor. Schnittanzahl und Vorschübe werden in der Praxis auf Basis von Erfahrungswerten festgelegt, während für die entsprechenden Achseinstellungen in der Regel die Auslegungswerte des Fertigschnitts übernommen werden. Der eingereichte Beitrag stellt einen Ansatz zur Entwicklung einer optimalen Zustellstrategie für das Wälzschälen vor. Auf Basis eines mathematischen Prozessmodells werden Grundlagen zur Dimensionierung der Zustelltiefe über minimal eintretende effektive Spanwinkel dargelegt. Zusätzlich wird eine Methodik zur Gewährleistung symmetrischer effektiver Freiwinkel für jeden Zustellschritt vorgestellt. Durch eine Individualisierung der technologischen Einstellparameter Achskreuzwinkel, Spanflächenversatz und Getriebe-Startwinkel wird eine wesentliche Reduzierung von Freiflächenverschleiß und Schneidkantenausbrüchen in den Vorschnitten angestrebt. Zudem ist durch die Maßnahmen eine Vorschuberhöhung in den Vorschnitte von bis zu 100 % ohne Einbußen in der Werkzeugstandzeit möglich. Somit kann die vorgestellte Methode wesentlich zur Steigerung von Produktivität und Prozesssicherheit beim Wälzschälen und damit zur weiteren Etablierung des Verfahrens beitragen