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DVS MACHINE TOOLS & AUTOMATION Das Unsichtbare sichtbar machen

Die Pittler T&S GmbH – bereits seit Jahren eine feste Größe im Bereich Wälzschälen – kann sich auf den enormen Erfahrungsschatz ihrer Einrichter verlassen. Dennoch birgt dieses noch junge Fertigungsverfahren immer wieder neue Herausforderungen. Was im Detail in der Maschine passiert, lässt sich nur schwer vorstellen. Aus diesem Grund begann Pittler vor etwa zwei Jahren mit der Entwicklung einer eigenen Software zur Simulation des Wälzschälprozesses: SkivePit.

SkivePit bietet den Technologen und Einrichtern der Pittler T&S GmbH durch umfangreiche Funktionen wie das Berechnen von Verzahnungs- und Werkzeugdaten sowie beim virtuellen Abbilden des Fertigungsprozesses ein besseres Verständnis davon, was im Inneren einer Pittler SkiveLine-Maschine passiert. Dafür werden in der Software Verzahnungsdaten des zu schälenden Bauteils sowie die Daten des Werkzeugs (Abbildung 1 und 2) hinterlegt. Die Daten kommen in der Regel aus den Fertigungszeichnungen. Es können aber auch neue Schälwerkzeuge von der Vorauslegung bis zur fertigen Werkzeugkontur angelegt und die Konturen zur weiteren Werkzeugkonstruktion in ein CADSystem exportiert werden.

Abbildung 1 Eingabeoberfläche der Werkzeugdaten
Abbildung 2 Eingabe, Berechnung und Visualisierung der Werkzeug-Prozessparameter wie in einer Pittler SkiveLine-Maschine

Durch die Simulation der Schnittbewegung des Werkzeugs lässt sich die entstehende Zahnlücke nicht nur im klassischen Stirnschnitt, also in einem horizontalen Schnitt durch das Bauteil darstellen. Es wird auch berechnet welche Bereiche der Werkzeugschneide zu welchem Zeitpunkt der Schnittbewegung tatsächlich im Eingriff sind (Abbildung 3, links). Hieraus ergibt sich die Kontur des erzeugten Spans (Abbildung 3, rechts).

Abbildung 3 links: Stirnschnitt der Zahnlücke einer Innenverzahnung (blau) und Darstellung des Werkzeugs (grau). Die roten Punkte schneiden zum betrachteten Zeitpunkt das Bauteil. rechts: Darstellung der Zahnlücke in blau, Darstellung der erzeugten Spanform in orange

Das System berechnet die effektiven Span- und Freiwinkel der Schneide auf Basis einer Abwälzsimulation (Abbildung 4). Anhand des Schneidkeils, der in vielen Fachbüchern zweidimensional für das Drehen oder Fräsen dargestellt wird, kann bei einfacher Kinematik von Hand errechnet werden, wie sich die genannten Winkel während des Schnitts verändern und welche Kräfte wirken. Beim Wälzschälen ist dies ohne Computerunterstützung nur schwer möglich. Frei- und Spanwinkel haben allerdings einen großen Einfluss auf die Standzeit eines Werkzeugs. Beim Wälzschälen lassen sie sich durch konstruktive Änderungen am Werkzeug, aber auch durch eine andere Positionierung im Arbeitsraum verändern. Die Möglichkeit die Schneidenwinkel berechnen zu können wird genutzt, um ein deutlich besseres Verständnis des Prozesses und der Werkzeugauslegung zu erlangen.

Abbildung 4 Darstellung der berechneten, effektiven Frei- und Spanwinkel der Schneide

Wie auch bei der realen Konstruktion kann die simulierte Zahnlücke nach dem Schnitt vermessen werden. Hierzu bietet SkivePit eine virtuelle Verzahnungsmessung an, um das Ergebnis bewerten zu können.

Abbildung 5 Ergebnis virtuelle Verzahnungsmessung

Mit Hilfe der vorgestellten und noch vielen weiteren Funktionen ermöglicht SkivePit den Prozess in der Werkzeugmaschine sichtbar und verständlich zu machen. Schwierigkeiten beim Einrichten können lokalisiert und behoben werden. Aber auch die Werkzeugauslegung nach eigenen Ansprüchen bekommt bei Pittler immer mehr Bedeutung.

Zukünftig soll die Brücke zu einem echten digitalen Zwilling geschlagen und Daten direkt mit der Werkzeugmaschine ausgetauscht werden. So kann der Einrichter den Prozess in Zukunft vorab virtuell erproben, Probleme ermitteln und anpassen, noch bevor ein Span an der Maschine gefallen ist.

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