DD244305A1 - Fraeswerkzeug zur bearbeitung gehaerteter verzahnungen - Google Patents

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Fraeswerkzeug zur Bearbeitung gehaerteter Verzahnungen, wobei Einsatzmesser aus Hartmetall zum Einsatz kommen. Erreicht werden soll damit eine Erhoehung der Produktivitaet bei gleichmaessiger Schneidenbelastung und einer Verlaengerung der Standzeit. Das wird erreicht durch den Einsatz eines Vor- und Nachschneiders mit einer gegenseitigen Staffelung, die eine 50%ige Aufteilung der Spantiefe pro Schneidenpaar sicherstellt und dass die Schneiden zueinander so angeordnet sind, dass ein freier Spanfluss gesichert ist und dass des weiteren die Messerpaare zueinander in einer Ungleichteilung auf dem Fraeswerkzeug angeordnet sind. Das vorgeschlagene Fraeswerkzeug ermoeglicht eine 50%ige Produktivitaetssteigerung und ist im gesamten Bereich des Maschinenbaues zum Fraesen gehaerteter Verzahnungen einsetzbar. Fig. 1

Description

e_fN = e_f - en/1,5 ςΔφ² (Λ/—-4-- 1) = ε V ςΔφ²

ausgeführt ist.

4. Fräswerkzeug nach Pkt. 1. bis 3., gekennzeichnet dadurch, daß der Vor-und Nachschneider (1 und 2) auf getrennten Schneidenträgern (5) angeordnet sind.

5. Fräswerkzeug nach Pkt. 1. bis 4., gekennzeichnet dadurch, daß der Vor- und Nachschneider (1 und 2) aus einzelnen dem Zahnprofil folgenden nebeneinander angeordneten Schneideplatten besteht, die auf einem gemeinsamen Schneidenträger(5) befestigt sind.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung '

Die Erfindung'betrifft ein mit Hartmetall bestücktes Fräswerkzeug zur Bearbeitung gehärteter Verzahnungen, mittels denen eine wesentliche Steigerung der Spanungsleistung und der Arbeitsproduktivität unter Einhaltung der Qualitätsanforderungen erreicht werden kann. Dabei ist die Erfindung darauf ausgerichtet, bewährte Prinzipien des Fräsens beizubehalten und so zu ergänzen, daß der o. g. Effekt erzielt wird.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Bearbeitung gehärteter Verzahnungen werden neben dem Zahnflankenschleifverfahren, Zahnform- und Wälzfräsverfahren eingesetzt, die mit Fräswerkzeugen mit Hartmetallbestückung arbeiten und eine Schlichtbearbeitung nach dem Härten und somit eine Beseitigung der unerwünschten, vorwiegend aus dem Härteprozeß resultierenden Abweichungen ermöglichen.

Derartige Werkzeuge werden von mehreren Firmen angeboten, und ihre konstruktive Gestaltung istteilweise durch Schutzrechte belegt/1,2,3/.

Einen wesentlichen Nachteil bildet bei diesem Fräsverfahren die pro Schnitt abtragbare Schichtdicke des Werkstückes, die sogenannte Zustellung, die pro Flanke im allgemeinen Werte um 0,2mm nicht überschreitet.

Die Ursache hierfür ist die Gesetzmäßigkeit, daß gemäß vorliegenden Untersuchungen/4/ beim Fräsen die Eintrittsgröße im Vergleich zur Länge des Schnittbogens des Fräswerkzeugs und der Verzahnung, die dem Vorschub proportional ist, die Schnittkräfte und damit den Verschleiß wesentlich stärker erhöht und somit die Belastbarkeit der Werkzeugschneiden begrenzt.

Im Falle von Verzahnungen großer Abmessungen sind somit mehrere Schnitte erforderlich bzw. die technologische Verfügbarkeit des Werkzeuges wird wesentlich verringert.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Fräswerkzeug mit Hartmetallbestückung zur Bearbeitung gehärteter Verzahnungen zu entwickeln, das eine wesentliche Vergrößerung der Zustellung und somit eine Verringerung der Schnitte beim Fräsen zuläßt. Damit wird eine Erhöhung der Produktivität bei gleicher Werkstückqualität um mehr als 50% angestrebt.

Darlegung des Wesens der Erfindung '

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine spezielle Anordnung der Schneiden in Hartmetall-Verzahnungsfräswerkzeugen für die einzelnen Schneiden eine solche Schnittaufteilung mit größeren Zustellbeträgen zu erreichen, die gleichzeitig eine gleichmäßigere Schneidenbelastung bei höherer Standzeit gewährleistet. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine zweistufige Staffelung der Schneiden bei Realisierung einer Ungleichteilung, bezogen auf den Vor- und Nachschneider eines Schneidenpaares zu dem nachfolgenden gleichartigen Schneidenpaar, vorgesehen ist. Dabei werden jeweils 2 Schneiden im kürzestmöglichem Abstand so angeordnet, daß die in

Schnittrichtung nachfolgende Schneide (Nachschneider) senkrecht zur Schnittrichtung und normal zur Schneide um einen Betrag ε versetzt ist, so daß gleiche Spanungsdicken am Vor- und Nachschneider erzielt werden.

Der Nachschneider dringt somit um den Betrag ε tiefer in das Werkstück ein. Der kürzestmögliche Abstand zwischen den Schneiden ist sachgemäß so gewählt, daß ein freier Spanfluß gewährleistet ist.

Im Falle, daß das Zahnlückenprofil von den Zahnformfräsern verkörpert wird, wird die Schneidenbelastung durch die über der Zahnhöhe gleichbleibende Spanungsdicke bestimmt, die gemäß den Beziehungen (1), (2) nur von der Eingriffsgröße an der Zahnflanke und dem Vorschubweg pro Schneide abhängig ist.

1 2e_fsina₀

h S (D

hm ₂

<f>_sauscoscps = 1 (2)

dwz

h_m = mittl. Spanungsdicke

ef = Bearbeitungszugabe pro Flanke

dv« = Fräserdurchmesser

a₀ = Eingriffswinkel der Verzahnung

Unter Zugrundelegung einer gleichen, zulässigen Spanungsdicke am Vor- und Nachschneider ist die Staffelung ε zwischen Vor- und Nachschneider mit jeweils 50% auszuführen, wobei eine Vergrößerung der Zustellung pro Schnitt um 100% vorgenommen werden kann.

Im Falle der Verwendung von Wälzfräswerkzeugen ergibt sich infolge der Wälzbewegung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück und der daraus resultierenden Hüllschnittbildung eine ungleiche Schneidenbelastung über der Hüllschnittbreite. Der Spanungskörper (abzuhebender Span) besitzt näherungsweise einen dreieckigen Querschnitt mit bei negativem Spanwinkel der schneidengekrümmten Seiten. Die die Schneidenbelastung bestimmende maximale Spandicke errechnet sich näherungsweise für kleine Winkel Δφ nach den Bedingungen (3), (4) und (5) wie folgt:

(3)

mite = e_f = e_rsina_p . (4)

für Wälzfräser ohne Vor- und Nachschneider

e = ef — efN = e_rsina₀ — ε (5)

für Wälzfräser mit Vor-und Nachschneider mit h = Spanungsdicke .

e = Eingriffsgröße pro Flanke und Schnitt

ς = Krümmungsradius der Zahnflanke

Δφ = Wälzwinkelschnitt

ef = Bearbeitungszugabe pro Flanke

e_r = Radialzustellung des Wälzfräsers

efv = Eingriffsgröße des Vorschneiders

efN = Eingriffsgröße des Nachschneiders

ε "= Schneidenstaffelung (Distanz zwischen Vor-und NachschneidersenkrechtzurSchnitt-und Schneidenrichtung)

Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Schneidenstaffelung weist der Vorschneider in Analogie zu einem herkömmlichen Wälzfräswerkzeug eine unterschiedliche Schneidenbelastung über der Hüllschnittbreite auf. Der Nachschneider wird über der Hüllschnittbreite wesentlich gleichmäßiger belastet, da die Spanungsdicke, die der Eingriffsgröße e_fN des Nachschneiders entspricht, über einen Teil der Hüllschnittbreite konstant bleibt. Durch die um den Betrag der Eingriffsgröße des Nachschneiders verringerte Eingriffsgröße des Vorschneiders e^ ergibt sich eine Entlastung des Vorschneiders.

Auf Grund der unterschiedlichen Hüilschnittausbildung beim Vor- und Nachschneider sind unter Zugrundelegung einer gleichmäßigen Schneidenbelastung entsprechend gleicher Spanungsdicke beim Vor- und Nachschneiden die Eingriffsgrößen fürVor- und Nachschneider wie folgt zu berechnen:

β,_Ν = 1,5ςΔφ²(Λ/-?Τ- 1) = ε (6)

V ςΔφ²

ßfv = Sf — efN = ε (7)

ΓτιϊΐΔφ = -^- (8)

Z-I

g = Gangzahl des Wälzfräsers

i = Spannutenzahl des Wälzfräsers

ζ = Zähnezahl des Werkstückes

m = Modul

a = Eingriffswinkel

β = Schrägungswinkel

'..' .... ς = Krümmungsradius der Zahnflanke

Da sich die Eingriffsgröße für den Nachschneider mit zunehmendem Modul und abnehmender Zähnezahl erhöht, eignet sich die Schneidenstaffelung vorzugsweise für Scherwälzfräser zum Bearbeiten großmoduliger Ritzelwellen.

Ausführungsbeispiel

Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Fräser zur Bearbeitung gehärteter Verzahnungen soll nachfolgend an einem Beispiel nochmals verdeutlicht werden. Es zeigen:

Fig. 1: einen Abwälzfräser in Seitenansicht Fig.2: die Vorderansicht des Abwälzfräsers Fig.3: den Querschnitt durch eine Fräserwendel.

Der gemäß Fig. 1 aus 3 Wendeln 4 bestehende Abwälzfräser 3 trägt die aus Vorschneider 1 und Nachschneider 2 bestehenden Hartmetallmesser. Die Staffelung der Hartmetallmesser zueinander erfolgt wechselseitig auf der Wendel 4 mit einer Ungleichteilung zueinander.

Diese Ungleichteilung richtet sich nach dem erforderlichen Einbauspielraum und der vorgesehenen Messerzahl für den Fräser.

Der Abstand zwischen dem Vor- und Nachschneider 1 und 2 ist so gewählt, daß er bei Realisierung eines möglichst kurzen Abstandes einen freien Spanfluß insbesondere beim Nachschneider 2 gewährleistet. Gleichzeitig ist zur Sicherung einer gleichmäßigen Messerbelastung für den Vor- und Nachschneider 1 und 2 eine solche Staffelung ε zueinander vorgesehen, die jeweils eine 50%ige Spandicke, bezogen auf die Gesamtspanzustellung, für jede Schneide sicherstellt.

Gemäß Fig. 2, die die Vorderansicht einer Wendel 4 zeigt, sind die Einsatzmesser aus Hartmetall aus einzelnen Segmenten zusammengesetzt. In Fig.3 ist dazu zu erkennen, daß diese Segmente der jeweils zu fräsenden Zahnform angepaßt sind. Damit wird eine hohe Formgeometrie und ein gleichmäßigerer Spanfluß sowie eine schonende Belastung der Schneidenkante

gewährleistet. *

Zerspanungsvorgang erfolgt nach den bekannten vorstehend genannten Prinzipien mit dem Effekt einer hohen Schnittleistung und guten Oberflächenqualität der bearbeiteten Flächen. Insbesondere können mit dem vorgeschlagenen Fräswerkzeug gehärtete Verzahnungen einwandfrei bearbeitet werden.

Literatur:

*

1 DE OS 3039076 „Wälzfräser mit Schneidplatten"

2 DE OS 2700525 „Mehrteiliger Abwälzfräser"

3 DE PS 3241696 „Hochleistungs-Wälzfräser"

4 Roos, V.

„Schälwälzfräsen als Feinbearbeitungsverfahren von einsatzgehärteten Zylinderrädern" Dissertation TH Aachen, 1983

Claims (3)

1. Fräswerkzeug zur Bearbeitung gehärteter Verzahnungen, gekennzeichnet dadurch, daß eine zweistufige Staffelung der Schneiden bei Realisierung einer Ungleichteilung, bezogen auf den Vor- und Nachschneider eines Schneidenpäares zu dem nachfolgenden gleichartigen Schneidenpaar, vorgesehen ist, wobei jeweils 2 Schneiden im kürzestmöglichen Abstand so angeordnet werden, daß die in Schnittrichtung nachfolgende Schneide um einen Betrag ε versetzt ist, so daß gleiche Spanungsdicken am Vor- und Nachschneider (1 und 2), bezogen auf die Gesamtspandicke, gewährleistet sind.

2. Fräswerkzeug gemäß Pkt. 1. als Zahnformf räswerkzeug, gekennzeichnet dadurch, daß eine Schneidenstaffelung zwischen Vor- und Nachschneider (1 und 2) eines Schneidpaares nur erfolgt, daß die Staffelung ε des Nachschneiders (2) 40-60% der Gesamtzustellung pro Flanke beträgt.

3. Fräswerkzeug nach Pkt. 1. als Wälzfräswerkzeug, gekennzeichnet dadurch, daß eine Schneidenstaffelung zwischen Vor- und Nachschneider (1 und 2) eines Schneidenpaares, bei der die Größe der Staffelung ε des Nachschneiders (2) in Relation zur Gesamtzustellung pro Flanke nach der Beziehung