DE102005058536B4

DE102005058536B4 - Schneidwerkzeugsystem, insbesondere zum Verzahnen von Kegelrädern im Einzel-Teil-Verfahren

Info

Publication number: DE102005058536B4
Application number: DE102005058536A
Authority: DE
Inventors: Alexander Dipl.-Ing. Klein; Fritz Prof. Dr.-Ing. Klocke
Original assignee: Gleason Works
Current assignee: Gleason Works
Priority date: 2004-12-16
Filing date: 2005-12-08
Publication date: 2010-07-08
Anticipated expiration: 2025-12-09
Also published as: DE102005058536A1

Abstract

Schneidwerkzeugsystem zur spanabhebenden Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere zum Verzahnen von Kegelrädern im Einzel-Teil-Verfahren, mit Messern, bei denen durch entsprechende Gestaltung des Messerprofils eine Schnittaufteilung auf zwei Messer einer Messergruppe vorgenommen wird, wobei das eine Messer (5) nur an den Seiten und das andere Messer (1) nur am Kopf schneidet, und die Schneiden (21, 24, 26) so zueinander positioniert sind, daß die von den Schneiden erzeugten Werkstückflächen stufenlos ineinander übergehen, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die eine, vorzugsweise beide Flankenschneiden (24, 26), einen positiven Spanwinkel (γ_F1, γ_F2) haben und zur Erzielung des positiven Spanwinkels (γ_F1, γ_F2) die Spanfläche (8) des Flankenmessers (5) mit einer Vertiefung (37) versehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeugsystem, insbesondere zum Verzahnen von Kegelrädern im Einzel-Teil-Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Aus der WO 99/41035 sowie aus der DE 196 24 685 C1 sind Werkzeugsysteme bekannt, die einen vielfach einsetzbaren Messerkopf mit darin einsetzbaren Schneidmessern aufweisen. Die Messer sind stabförmig ausgebildet und werden in Taschen des Messerkopfes so befestigt, dass die Enden der Schneidmesser, an denen sich die Schneiden befinden, auf einem Flugkreis auf der Stirnseite vor dem Messerkopf rotieren, wenn der Messerkopf auf der Spindel der Fräsmaschine montiert ist und die Spindel rotiert.
Es ist eine Schnittaufteilung auf Innen- und Außenmesser (Zweiflankenmesser) bekannt. Aufgrund der Tatsache, dass die Werkzeuge mit ihrem theoretischen Profil an drei benachbarten Flanken schneiden und somit Mehrflankenspäne erzeugen, die hohe Werkzeugbelastungen und einen schnell ansteigenden Werkzeugverschleiß hervorrufen, wird bei den bekannten Schneidwerkzeugsystemen eine Schnittaufteilung auf mehrere Werkzeuge vorgenommen, die eine Messergruppe, das heißt ein theoretisches Werkzeug mit dem Sollprofil, bilden. 1 zeigt ein als Dreiflankenschneider ausgebildetes Schneidmesser mit den Schneidkanten 27–29. Bei den Werkzeugsystemen gemäß der WO 99/41035 und der DE 196 24 685 C1 wird die gleiche Schnittaufteilung vorgenommen, nämlich eine Aufteilung auf zwei Messer pro Gruppe. Diese Zweiflankenmesser sind so gestaltet, dass das Innenmesser die konvexe Flanke des Zahnes und etwa die halbe Breite des Lückengrundes schneidet. 2 zeigt einen solchen Zweiflankenschneider, bei dem mit den Schneidkanten 30 und 31 die konvexe Flanke des Zahnes der Lücke und die halbe Breite des Lückengrundes geschnitten werden. Das Außenmesser hat gemäß 2 die Schneiden 32 und 33, mit denen die konkave Flanke des Zahnes und die andere Hälfte des Lückengrundes geschnitten werden. Eine leichte Überlappung der Schneiden des Innen- und des Außenmessers ist dabei üblich. Diese Schnittaufteilung auf Außen- und Innenmesser hat folgende Auswirkungen:

1. Die Bildung von Dreiflankenspänen, welche die höchste Werkzeugbelastung und den größten Spanraumbedarf hervorruft, wird vermieden.
2. Auch bei dieser Schnittaufteilung entstehen Zweiflankenspäne, die zwar nicht so kritisch sind wie die zuvor genannten Dreiflankenspäne, jedoch ebenfalls höhere Schneidenbelastungen als Einflankenspäne hervorrufen.
3. Aufgrund der Schnittaufteilung des theoretischen Werkzeugprofils auf zwei Messer lassen sich auf einem Messerkopf nur halb so viele wirksame Schneiden (Messergruppen) unterbringen wie bei einem Werkzeug, bei dem alle Messer mit allen drei Flanken schneiden.

Um den unter 1. beschriebenen Nachteil zu vermeiden, kann eine weitere Schnittaufteilung vorgenommen werden, so dass eine Messergruppe aus drei Messern besteht und jedes Messer nur an einer Seite schneidet. Eine solche bekannte Ausführung zeigt 3. Die Messergruppe besteht bei diesem bekannten Werkzeugsystem aus einem Innenschneider mit der Schneidkante 34, einem Mittenschneider mit der Schneidkante 35 und einem Außenschneider mit der Schneidkante 36. Diese Ausbildung hat jedoch den Nachteil, dass die Anzahl der auf dem Messerkopf unterzubringenden Messergruppen (Werkzeugschneiden) weiter sinkt, was sich nachteilig auf die erzielbare Zerspanleistung beim Fräsen auswirkt. Ein solches System ist beispielsweise in der DE 2 202 967 beschrieben.
Es ist weiter ein Räumzahnwälzfräser bekannt ( DE 2 946 949 C1 ), dem ein ähnlicher Gedanke zugrunde liegt. Zur Vermeidung einer hohen Werkzeug belastung wird eine „Schnittunterteilung” vorgenommen. Auch das Problem der Werkzeugbelastung durch Dreiflankenspäne (auch „U-Späne” genannt), wird beschrieben.
Um den oben unter 3. genannten Nachteil zu vermeiden, wird ein Schneidwerkzeug eingesetzt, das an drei Seiten schneidet und keine Schnittaufteilung besitzt. Ein solches bekanntes Schneidwerkzeug zeigt 1, das ein Dreiflankenschneider (Vollprofilmesser) mit den drei Schneidkanten 27 bis 29 ist. Bei einer solchen Ausbildung können zwar auf einem Messerkopf mehr wirksame Schneiden montiert werden, jedoch ist der Nachteil der Bildung von Dreiflankenspänen vorhanden. Aufgrund der Anforderung an das Werkzeug, an drei aneinander grenzenden Seiten zu schneiden und das richtige Lückenprofil zu erzeugen, ist die Anzahl der Freiheitsgrade der Werkzeuggestaltung und -optimierung stark begrenzt. Ein Beispiel dafür ist die Tatsache, dass der Spanwinkel der einen seitlichen Schneide gleich dem negativen Spanwinkel der anderen seitlichen Schneide entspricht. Aus diesem Grunde wird bei einem Werkzeugsystem dieser Art (Klingelnberg „Twin Blade”) der Spanwinkel auf beiden Seiten gleich Null gewählt.
Die beschriebenen bekannten Werkzeugsysteme haben den Nachteil, dass sie entweder drei Messer pro Messergruppe erfordern (Einflankenmesser) und dadurch die Anzahl der im Messerkopf einzusetzenden Messergruppen sinkt, was sich negativ auf die Produktivität auswirkt, oder dass für das Verschleißverhalten ungünstige Späne gebildet werden, die mit zwei oder drei benachbarten Werkzeugflanken erzeugt werden. Ferner sind Schneidwerkzeugsysteme nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 in der US 2,216,139 angegeben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Schneidwerkzeugsystem so auszubilden, dass die Anzahl der im Messerkopf einzusetzenden Messergruppen hoch ist und dabei eine nachteilige Spanbildung vermieden wird.
Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Schneidwerkzeugsystem erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung werden nur noch Einflankenspäne gebildet, was sich vorteilhaft auf das Verschleißverhalten der Werkzeuge auswirkt. Das erfindungsgemäße Schneidwerkzeugsystem vereint also die Vorteile des bekannten Systems mit drei Messern pro Messergruppe und im bekannten System mit zwei Messern pro Messergruppe, wodurch zum einen die Zahl der im Messerkopf einzusetzenden Messergruppen hoch ist und zum anderen keine ungünstige Spanbildung auftritt. Die nachteilige Bildung von Mehrflankenspänen wird vermieden. Das Spitzenmesser schneidet nur mit der Kopfschneide und gegebenenfalls an Teilen der benachbarten Radien. Das Flankenmesser schneidet an beiden seitlichen Flanken und gegebenenfalls einem Teil des Übergangsradius von der Flanke zum Kopf.
Vorteilhaft wird diese Schnittaufteilung dadurch erreicht, dass – ausgehend von einem gedachten Werkzeug mit der Sollgeometrie eines Dreiflankenwerkzeuges – folgende Modifikationen eingebracht werden:

a) Am Spitzenmesser werden die seitlichen Werkzeugschneidkanten relativ zu den Schneidkanten des Flankenmessers zurückgesetzt, so dass dort keine Späne gebildet werden.
b) Am Flankenmesser wird die Kopfschneidkante relativ zur Schneidkante des Spitzenmessers zurückgesetzt, so dass nur noch an den Seiten des Schneidenkörpers Späne gebildet werden.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Die Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen
1 ein Werkzeugprofil eines Dreiflankenmessers (Vollprofilmessers) nach dem Stand der Technik,
2 eine Schnittaufteilung auf Außen- und Innenmesser eines Zweiflankenschneiders nach dem Stand der Technik,
3 eine Schnittaufteilung auf Außen-, Mitten- und Innenmesser von Einflankenschneidern nach dem Stand der Technik,
4 ein Spitzenmesser eines Schneidwerkzeugsystems,
5 ein Flankenmesser eines Schneidwerkzeugsystems,
6 in einer Darstellung entsprechend 5 eine Ausführungsform eines Flankenmessers des erfindungsgemäßen Schneidwerkzeugsystems,
7 eine Art der Realisierung der Schnittaufteilung durch relative Rücknahmen an Kopf- bzw. Seitenschneidkanten,
8 in einer Darstellung entsprechend 7 die Schnittaufteilung des Flankenmessers gemäß 6,
9 in perspektivischer Darstellung eine weitere Ausführungsform eines Flankenmessers des erfindungsgemäßen Schneidwerkzeugsystems,
10 das Flankenmesser gemäß 9 in einer weiteren Schrägansicht,
11 das Flankenmesser gemäß 9 in Vorderansicht,
12 das Flankenmesser gemäß 9 in Seitenansicht,
13 das Flankenmesser gemäß 9 in Ansicht von der gegenüberliegenden Seite,
14 eine Draufsicht auf das Flankenmesser gemäß 9,
15 in perspektivischer Darstellung eine weitere Ausführungsform eines Spitzenmessers des erfindungsgemäßen Schneidwerkzeugsystems,
16 das Spitzenmesser gemäß 15 in einer weiteren Schrägansicht,
17 und 18 das Spitzenmesser gemäß 15 in beiden Seitenansichten,
19 eine Vorderansicht des Spitzenmessers gemäß 15,
20 eine Draufsicht auf das Spitzenmesser gemäß 15,
21 eine Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform eines Flankenmessers des erfindungsgemäßen Schneidwerkzeugsystems,
22 das Flankenmesser gemäß 21 in einer Draufsicht
23 das Flankenmesser gemäß 19 in einer Schrägansicht,
24 das Flankenmesser gemäß 21 in einer weiteren Schrägansicht,
25 einen erfindungsgemäßen Messerkopf in perspektivischer Darstellung.
4 zeigt ein Spitzenmesser 1 zur Verwendung in einem Schneidwerkzeugsystem, das vorteilhaft zum Verzahnen von Kegelrädern im Einzel-Teil-Verfahren eingesetzt wird. Das Spitzenmesser 1 hat einen Grundkörper 2, der im dargestellten Ausführungsbeispiel einen rechteckigen Querschnitt hat. Der Grundkörper 2 kann aber auch einen anderen eckigen Querschnitt, halbrunden oder runden Querschnitt oder auch jede sonstige geeignete Querschnittsform haben. An einer Stirnseite des Grundkörpers 2 sitzt der Messerteil 3, der in Ansicht (4b) etwa Dreieckform hat. Der Schneidteil 3 ist mit einer Kopfschneide 21 versehen, die durch eine gestrichelte Linie eingekreist ist. Das Spitzenmesser 1 schneidet nur mit der Kopfschneide 21, die bogenförmig ausgebildet ist. In den 4a und 4b ist schematisch dargestellt, dass der Messerteil 3 im Anschluß an die Kopfschneide 21 flankenseitig zurückgesetzt ist, so dass sich die mit dicken Linien angegebenen Seitenkanten 20, 23 ergeben. Die in den 4a und 4b eingezeichneten Pfeile sollen veranschaulichen, dass der Messerteil 3 zunächst die Kanten 20', 23' hat (dünne Linien), die durch Materialabnahme so verlagert werden, dass sie die Kanten 20, 23 bilden. Aufgrund dieser zurückgesetzten Kanten 20, 23 wird erreicht, dass sie am Schneidprozeß nicht teilnehmen, so dass das Spitzenmesser 1 ausschließlich mit der Kopfschneide 21, gegebenenfalls noch an Teilen der benachbarten Radien, Material am Werkstück abnimmt. Die Kanten 20, 23 begrenzen eine Spanfläche 4.
5 zeigt ein Flankenmesser 5 mit einem Grundkörper 6, der gleich ausgebildet sein kann wie der Grundkörper 2 des Spitzenmessers 1. An einer Stirnseite des Grundkörpers 6 befindet sich ein Messerteil 7 mit zwei seitlichen Schneiden 24, 26. Die am Kopfbereich vorgesehene Kante 25 ist so weit zurückgesetzt, dass mit ihr kein Materialabtrag am Werkstück vorgenommen wird. Dieser Materialabtrag ist in den 5a und 5b durch den Pfeil kenntlich gemacht, der andeuten soll, dass die ursprünglich vorhandene Kante 25' so weit zurückgesetzt wird, dass die durch eine dicke Linie gekennzeichnete Kante 25 entsteht. An die seitlichen Schneidkanten 24, 26 schließt eine Spanfläche 8 an.
Das Flankenmesser 5 schneidet an den beiden seitlichen Schneidkanten 24, 26 und gegebenenfalls an einem Teil des Übergangsradius zum Kopf. Dementsprechend arbeitet das Spitzenmesser 1 gemäß 4 nur mit der Kopfschneide 21 und gegebenenfalls mit Teilen der benachbarten Radien. Während das Spitzenmesser 1 nur mit seiner Kopfschneide 21 Material abträgt, sind beim Flankenmesser 5 beide Seitenschneidkanten 24, 26 in Eingriff.
7 zeigt in schematischer Darstellung die Realisierung der Schnittaufteilung durch das Spitzenmesser 1 und das Flankenmesser 5. Die Messerteile 3, 7 sind in 7c gedanklich übereinander gelegt. Daraus ist ersichtlich, dass die Schneidkanten 24, 26 des Flankenmessers 5 über die seitlichen Kanten 20, 23 des Spitzenmessers 1 überstehen. Dementsprechend steht die Kopfschneide 21 des Spitzenmessers 1 über die zurückgesetzte Kante 25 des Flankenmessers 5 vor.
7c zeigt das gedachte Werkzeug mit der Sollgeometrie eines Dreiflankenwerkzeuges (Vollprofilschneiders). Es wird in der beschriebenen Weise so modifiziert, dass am Spitzenmesser 1 die seitlichen Kanten 20, 23 und am Flankenmesser 5 die kopfseitige Kante 25 so zurückgesetzt sind, dass dort keine Späne gebildet werden. Auf diese Weise wird eine Schnittaufteilung erreicht, dass nur noch Einflankenspäne gebildet werden, was sich besonders vorteilhaft auf das Verschleißverhalten der Werkzeuge auswirkt.
6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Flankenmessers 5 mit dem Grundkörper 6 und dem Messerteil 7. Er hat die seitlichen Schneidkanten 24, 26 mit den anschließenden Spanflächen 8 und 9. Die kopfseitige Kante 25 ist so weit zurückgesetzt, dass sie nicht schneidet. Das Flankenmesser 5 dieser Ausführungsform ist so ausgebildet, dass an den beiden seitlichen Schneidkanten 24, 26 ein positiver Spanwinkel γ gebildet wird. In 8d sind die positiven Spanwinkel γ_F1, γ_F2 der seitlichen Schneidkanten 24, 26 dargestellt. An die Schneidkanten 24, 26 schließen Freiflächen bzw. Seitenflächen 11, 12 unter dem Freiwinkel α_F1, α_F2 an.
Um den positiven Spanwinkel γ_F1, γ_F2 zu erzielen, ist in die Spanfläche eine Vertiefung 37 eingebracht, die im Ausführungsbeispiel etwa V-förmig ausgebildet ist. Diese Vertiefung 37 kann auch jede andere Profilierung haben, beispielsweise ein U-Profil oder jede beliebige andere Topographie. Ebenso ist ein erhabenes Profil denkbar, durch das bewusst negative Spanwinkel an den Schneidkanten realisiert werden können. In der dargestellten Ausführungsart mit positiven Spanwinkeln schneiden die Spanflächen 8 und 9 einander in einer Kante 10, die infolge der Rücknahme des Kopfes 25 relativ zu den Schneidkanten des Flankenschneiders außerhalb des Bereichs der Schneidkanten 24, 26 liegt, die zur Spanbildung eingesetzt werden.
Der Kopfbereich des Flankenmessers 5 ist relativ zur Schneidkante des Spitzenschneiders zurückgesetzt, so dass die kopfseitige Kante 25 bei der spanabhebenden Bearbeitung nicht am Werkstück angreift.
8b zeigt das Spitzenmesser 1 mit der Kopfschneide 21 und den zurückgesetzten seitlichen Kanten 20, 23. Werden die beiden Messer 1, 5 gedanklich übereinandergelegt (8c), dann ergibt sich ein gedachtes Werkzeug mit der Sollgeometrie eines Dreiflankenwerkzeuges (Vollprofilmessers) mit der Modifikation, dass die seitlichen Kanten 20, 23 des Spitzenmessers 1 und die kopfseitige Kante 25 des Flankenmessers 5 zurückgesetzt sind. Dadurch ist dieses gedachte Werkzeug so ausgebildet, dass im Kopfbereich nur die Kopfschneide 21 des Spitzenmessers 1 und im Seitenbereich nur die seitlichen Schneidkanten 24, 26 des Flankenmessers 5 Späne am Werkstück abnehmen. Bei der Profilierung des Flankenmessers 5, beispielsweise durch fünfachsiges Schleifen, ist der Versatz der Schneidkanten 24, 26 zu berücksichtigen und zu kompensieren. Der Versatz entsteht dadurch, dass an den Flanken 11, 12 der Freiwinkel α_F1, α_F2 besteht und die Spanflächen 8, 9 durch das Einbringen der nutförmigen Vertiefung 37 in Richtung des Werkzeuggrundkörperinneren geneigt sind. Die Kompensation dieses geometrischen Versatzes ist jedoch als unproblematisch anzusehen, da die relevanten Größen bekannt sind und der Fehler wie auch die erforderliche Kompensation beim Profilieren analytisch leicht herzuleiten sind.
Wie sich aus den 7c und 8c ergibt, liegen die zurückgesetzten seitlichen Kanten 20, 23 des Spitzenmessers 1 parallel zu den seitlichen Schneidkanten 24, 26 des Flankenmessers 5. Selbstverständlich können die zurückgesetzten Kanten 20, 23 auch einen anderen Verlauf haben; sie müssen nicht parallel zu den Schneidkanten 24, 26 des Flankenmessers 5 verlaufen. Auch kann der Übergang von den zurückgesetzten Kanten 20, 23 zur Schneidkante 21 im Kopfbereich auf verschiedene Weise gestaltet werden. Dieser Übergang kann über Ausrundungen und Radien oder auch scharfkantig erfolgen. Dies gilt in gleicher Weise auch für den Übergang der Schneidkanten 24, 26 zur kopfseitigen Kante 25 des Flankenmessers 5.
Die 9 bis 14 zeigen eine weitere Ausbildung eines Flankenmessers 5 mit den seitlichen Schneidkanten 24, 26 und der zurückgesetzten kopfseitigen Kante 25. In der Spanfläche befindet sich vorteilhaft die Vertiefung 37 zur Erzielung der positiven Spanwinkel γ_F1, γ_F2. Die Vertiefung 37 ist nur beispielhaft V-förmig gestaltet, kann aber auch beispielsweise U-Profil oder jedes andere geeignete Profil haben. Durch die Vertiefung 37 werden die positiven Spanwinkel γ_F1, γ_F2 (8d) erreicht.
Um die kopfseitige Kante zurückzusetzen, kann optional in die Freifläche 13 des Flankenmessers 5 eine Vertiefung 14 eingebracht werden, die in die Vertiefung 37 in der Spanflächen 8 und 9 mündet. Eine relative Rücknahme des Kopfes zum Spitzenschneider mit dem Ziel, dass das Flankenmesser im Kopfbereich 25 keine Späne bildet, ist jedoch auch ohne Einbringen einer in der Freifläche des Flankenmessers 5 sichtbare Vertiefung 14 möglich. Die Kante zwischen dem Boden der Vertiefung 14 und dem Boden der Vertiefung 37 ergibt die zurückgesetzte Kante 25. Die Freifläche 13 liegt unter einem spitzen Winkel zu Spanfläche. An die seitlichen Schneidkanten 24, 26 schließen unter dem Freiwinkel α_F1, α_F2 die Seitenflanken 11, 12 an. Sie sind wie bei den vorigen Ausführungsbeispielen vorteilhaft eben.
Die Spanfläche 8, 9 des Flankenschneiders 5 erstreckt sich bis in den Grundkörper 6, so dass sie beispielsweise durch einen Schleifvorgang einfach hergestellt werden kann. Durch die beschriebene Rücknahme des Werkzeugprofils am Kopf des Flankenmessers 5 relativ zur Schneidkante des Spitzenschneiders wird wiederum gewährleistet, dass das Flankenmesser 5 im Bereich des Kopfes des Werkzeuggrundprofils keine Späne bildet.
Die 15 bis 20 zeigen eine weitere Ausführungsform eines Spitzenmessers 1. Es hat den Grundkörper 2, der ähnlich oder gleich ausgebildet ist wie der Grundkörper 6 des Flankenmessers 5 gemäß den 9 bis 14. Die Kopfschneide 21 verläuft bogenförmig und geht in die zurückgesetzten Kan ten 20, 23 über. Beim Einsatz des Spitzenmessers 1 werden dadurch im Bereich der seitlichen Kanten 20, 23 keine Späne gebildet, sondern nur an der Kopfschneide 21. An sie schließen Freiflächen 15 an. Die Spanfläche 4 ist eben und in Ansicht dreieckförmig. An sie schließen über die zurückgesetzten Kanten 20, 23 die seitlichen Flankenflächen 11, 12 an, die vorteilhaft eben sein können und sich bis zum Grundkörper 2 erstrecken.
Die 21 bis 24 zeigen schließlich ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Flankenmessers 5. Die kopfseitige Kante 25 ist relativ zur Spitzenmesserschneidkante zurückgesetzt, so dass an ihr kein Span abgetragen wird. An die zurückgesetzte Kante 25 schließen die seitlichen Schneidkanten 24, 26 an, mit denen Material am zu bearbeitenden Werkstück abgetragen wird. An die seitlichen Schneidkanten 24, 26 schließen die Spanflächen 8, 9 an. Sie werden durch die seitlichen Schneidkanten 24, 26 von den Freiflächen 11, 12 getrennt.
Zwischen den Schneidkanten 24, 26 befindet sich ein Zugabebereich 16, der ein mehrmaliges Nachschleifen des Flankenmessers 5 zulässt. Er erstreckt sich von der kopfseitigen Kante 25 bis in den Grundkörper 6. Der Zugabebereich 16 wird in Richtung auf den Grundkörper 6 zunehmend breiter.
An die zurückgesetzte kopfseitige Kante 25 schließt eine Freifläche 17 an (22), die zwischen den Flankenflächen 11, 12 liegt. Die Freifläche 17 ist gegenüber dem theoretischen Profil des Flankenmessers 5 zurückgesetzt.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen kann der zurückgenommene Bereich am Spitzenmesser 1 und am Flankenmesser 5 unterschiedlich gestaltet sein. Die entsprechende zurückgenommene Kante 20, 23, 25 muss nicht entlang einer geraden Linie verlaufen, sondern kann auch als Kurve ausgebildet sein. Die Wahl der Schnittaufteilung in den Übergangsradien zwischen Kopf und Flanke der Messer 1, 5 kann unterschiedlich sein und ist nicht auf eine exakte Ausbildung beschränkt. Die Querschnittsform des Grundkörpers 6 kann beliebig sein. Die Schnittaufteilung mittels der Messer 1, 5 kann bei einem viereckigen, fünfeckigen, kreisförmigen, halbkreisförmigen, dreieckigen oder andersartig geformten Querschnitt des Grundkörpers 2, 6 eingesetzt werden. Auch ist das Schneidwerkzeugsystem in der beschriebenen Weise mit Schneidplatten möglich. Ob der Messerkopf einteilig oder mehrteilig gefertigt ist und welche Fertigungsverfahren bei der Messerkopfherstellung zum Einsatz kommen, ist für die Anwendung der Erfindung unerheblich.
Die Messer 1, 5 sowie die spanabhebend arbeitenden Schneiden 21, 24, 26 sind so zueinander positioniert, dass die von ihnen erzeugten Werkstückflächen stufenlos ineinander übergeben. Die für das Werkzeugverschleißverhalten nachteilige Bildung von Mehrflankenspänen wird vermieden.
Hat das Flankenmesser 5 an den beiden seitlichen Schneidkanten 24, 26 den positiven Spanwinkel γ_F1, γ_F2, dann befindet sich die Kante 10 außerhalb des Bereichs der Schneidkanten, die zur Spanbildung eingesetzt werden. Dadurch wird die vom Schneidwerkzeugsystem (Kombination aus Spitzen- und Flankenmesser) erzeugte Werkstückgeometrie im Lückengrund nicht beeinträchtigt.
Für das Spitzenmesser 1 und das Flankenmesser 5 können deutlich unterschiedliche Neigungswinkel λ_i gewählt werden. Die Begriffe Neigungs-, Span- und Freiwinkel sind in der DIN 6581 „Bezugssysteme und Winkel am schnedteil des Werkzeugs” definert. Für das Flankenmesser 5 erzeugt die Neigung des Messers um die gedachte radiale Verbindungslinie vom Messerkopfstirnflächenmittelpunkt zum Stabmesser in der Ebene der Messerkopfstirnseite den Neigungswinkel λ_F. Für das Spitzenmesser erzeugt die Drehung des Messers um die Achse, die durch die Schneidkante 21 geht und parallel zur Messerkopf-Drehachse ist, den Neigungswinkel λ_S. Bei den herkömmlichen Zweiflankenmessern ist der Neigungswinkel der Kopfschneide gleichzeitig der Spanwinkel der Hauptschneide und umgekehrt. Dies hat zur Folge, dass im System von Innen- und Außenmesser nach Stand der Technik der Spanwinkel des einen Messers und der Neigungswinkel des anderen nicht unabhängig voneinander gewählt werden können. Infolge der beschriebenen Schnittaufteilung gemäß Anspruch 1 können im erfindungsgemäßen Werkzeugsystem jedoch der Spanwinkel des Spitzenmessers 1 und der Neigungswinkel des Flankenmessers 5 vollständig unabhängig voneinander gewählt werden.
Die Teilung zwischen dem Flankenmesser 5 und dem nachfolgenden Spitzenmesser 1 an einem Messerkopf 19 muss nicht identisch sein mit der Teilung zwischen dem Spitzenmesser 1 und dem nachfolgenden Flankenmesser 5 dieses Messerkopfes. Dadurch ergibt sich ein Unterschied in der Größe der Spanräume 22, das heißt der Abstand zwischen der Spanfläche des schneidenden Messers 1 oder 5 und der Rückseite des vorangehenden Messers 5 oder 1. Da das Spitzenmesser 1 beispielsweise beim Fräsen mit Tauchvorschub aus kinematischen Gründen in vielen Fällen deutlich dickere Späne als das Flankenmesser 5 bildet und dickere Späne aufgrund der geringeren sich einstellenden Spankrümmung mehr Spanraum benötigen als die mit dem Flankenmesser 5 gebildeten Späne, kann der Messerkopf 19 optimal auf die Erfordernisse der Messer 1, 5 hin angepasst werden. Der Spanraum 22 vor den Flankenmessern 5 kann kleiner gewählt werden als der Spanraum der Messer bei Messerkopfsystemen nach dem Stand der Technik (Zweiflankenmesser bzw. Innen- und Außenmesser), da diese Zweiflankenmesser immer auch Späne mit der Kopfschneide bilden. Der Spanraum muss dementsprechend für Außen- und Innenmesser so groß gewählt werden wie der Spanraum für die Spitzenmesser des beschriebenen Schneidwerkzeugsystems. Die Verringerung des Spanraumes 22 der Flankenmesser 5 bringt eine Erhöhung der möglichen Anzahl der einzubringenden Messergruppen 18 mit sich, was wiederum zu einer Produktivitätssteigerung führt.
Beim Fräsen mit Wälzvorschub liegen die Verhältnisse umgekehrt, das heißt das Flankenmesser 5 erzeugt deutlich dickere Späne als das Spitzenmes ser. Daher können für das Fräsen mit Wälzvorschub die Spanraumgrößen anders als oben beschrieben gewählt werden. Die Messer 1, 5 sind im Messerkopf 19 jeweils in Messergruppen 18 angeordnet (25). Je nach Durchmesser des Messerkopfes 19 kann eine große Zahl von solchen Messergruppen 18 in Umfangsrichtung angeordnet werden. Infolge der beschriebenen Schnittaufteilung besteht die Messergruppe 18 lediglich aus den beiden Messern 1 und 5, so dass in Umfangsrichtung des Messerkopfes 19 eine größere Zahl von Messergruppen 18 vorgesehen werden kann. Der Vorteil liegt in der hohen Produktivität bei verminderter Werkzeugbelastung. Aufgrund der Schnittaufteilung ergeben sich weitere Freiheitsgrade in der Schneidenkörpergestaltung. Die Flankenmesser können so gestaltet werden, dass sie an beiden seitlichen Flanken schneiden und dennoch an jeder der Schneiden einen positiven Spanwinkel γ_F1, γ_F2 aufweisen. Der Messerkopf 19 für die Messer 1, 5 kann in der beschriebenen Weise so gestaltet werden, dass die Neigungswinkel der Messer 1, 5 im Messerkopf deutlich verschieden sind, so dass zum Beispiel für das Fräsen einer Verzahnung im Lückengrund und an den Zahnflanken optimale Zerspanbedingungen vorliegen. Da die Spanräume 22 vor den Flanken- und den Spitzenmessern unterschiedlich groß gewählt werden können, können Messerköpfe 19 mit einer größeren Messergruppenanzahl konstruiert werden, was Vorteile bezüglich der erreichbaren Produktivität mit sich bringt.
Da die seitlichen Schneidkanten 24, 26 am Flankenmesser 5 und die Kopfschneide 21 am Spitzenmesser 1 vorgesehen sind, können für die unterschiedlichen Messer unterschiedliche Schneidstoffe, Beschichtungskonzepte oder auch Werkzeugaufbereitungskonzepte verwendet werden. So kann eine optimale Anpassung an die an Kopfschneiden 21 und Flankenschneiden 24, 26 unterschiedlichen Spanungsdicken und Belastungen gewährleistet werden. Beispielsweise kann für ein Fräsen mit Tauchvorschub das Spitzenmesser 1 aus einem zäheren Schneidstoff hergestellt werden. Dabei kann das Messer im Drei-Flanken-Schliff geschärft werden und vollbeschichtet zum Einsatz kommen. Die Schneidkante 21 kann ggf. leicht verrundet werden, was sich bei der Bildung dicker Späne vorteilhaft auf das Verschleißverhalten auswirkt. Für das Flankenmesser 5 kann ein härterer Schneidstoff verwendet werden. Für das Flankenmesser 5 kann ein Zwei-Flanken-Schliff eingesetzt werden. Es ist dabei nur eine spanflächenseitige Beschichtung notwendig, wobei die seitlichen Flankenschneiden 24, 26 vorteilhaft nicht verrundet sind und sich dadurch sehr scharfe Kanten ergeben, die besonders vorteilhaft für die Bildung dünner Späne sind. Auf diese Weise können Kosten durch eine optimale Abstimmung jeder Werkzeugschneide auf die jeweilige Belastung eingespart werden. Die Standzeit des Flankenmessers 5 entspricht etwa der doppelten Standzeit des Spitzenmessers 1 und wird daher nur bei jedem zweiten Spitzenmesserwechsel ausgetauscht.
Die Vertiefung 37 im Flankenmesser 5 zur Erzielung der positiven Spanwinkel γ_F1, γ_F2 kann konstante Tiefe haben. Diese nutartige Vertiefung 37 kann ggf. bereits bei der Herstellung des Rohlings ur- oder umformend eingebracht werden. Das Werkzeug wird in diesem Fall durch Nachschleifen nur auf den Flächen 11,12 und 17 nachgeschärft.
Die beschriebene Schnittaufteilung und die Nutzung der damit verbundenen Freiheitsgrade der Werkzeuggestaltung führen zu höheren Standmengen und/oder höheren Zerspanleistungen. Letzteres kann durch die Bildung dickerer Späne und/oder das Erhöhen der Anzahl wirksamer Schneiden im Messerkopf aufgrund des verringerten Spanraums erreicht werden.

Claims

Schneidwerkzeugsystem zur spanabhebenden Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere zum Verzahnen von Kegelrädern im Einzel-Teil-Verfahren, mit Messern, bei denen durch entsprechende Gestaltung des Messerprofils eine Schnittaufteilung auf zwei Messer einer Messergruppe vorgenommen wird, wobei das eine Messer (5) nur an den Seiten und das andere Messer (1) nur am Kopf schneidet, und die Schneiden (21, 24, 26) so zueinander positioniert sind, daß die von den Schneiden erzeugten Werkstückflächen stufenlos ineinander übergehen, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die eine, vorzugsweise beide Flankenschneiden (24, 26), einen positiven Spanwinkel (γ_F1, γ_F2) haben und zur Erzielung des positiven Spanwinkels (γ_F1, γ_F2) die Spanfläche (8) des Flankenmessers (5) mit einer Vertiefung (37) versehen ist.
Schneidwerkzeugsystem, bei dem das eine Messer (5) an einem Teil eines Übergangsradius von der Flanke zum Kopf und das andere Messer (1) an Teilen der dem Kopf benachbarten Übergangsradien schneidet.
Schneidwerkzeugsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Spitzenmesser (1) seitliche Kanten (20, 23) aufweist, die so weit zurückgesetzt sind, daß sie nicht schneiden.
Schneidwerkzeugsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfschneide (21) bogenförmig verläuft.
Schneidwerkzeugsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Flankenmesser (5) eine zurückgesetzte kopfseitige Kante (25) hat.
Schneidwerkzeugsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flankenschneiden (24, 26) des Flankenmessers (5) an die zurückgesetzte Kante (25) anschließen.
Schneidwerkzeugsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (37) konstante Tiefe hat.
Schneidwerkzeugsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Spitzenmesser (1) und das Flankenmesser (5) unterschiedliche und vom Spanwinkel des jeweils anderen Schneiders unabhängig wählbare Neigungswinkel λ_i (definiert nach DIN 6581 „Bezugssysteme und Winkel am Schneidteil des Werkzeugs”) haben.
Schneidwerkzeugsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Flankenmesser (5) im Bereich zwischen den Flankenschneiden (24, 26) einen Zugabebereich (16) aufweist.
Messerkopf mit einem Schneidwerkzeugsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit mindestens einer Messergruppe, dadurch gekennzeichnet, daß die Messergruppe (18) ein Spitzenmesser (1) mit einer Kopfschneide (21) und ein Flankenmesser (5) mit Flankenschneiden (24, 26) aufweist.
Messerkopf nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Spitzenmesser (1) und dem Flankenmesser (5) innerhalb der Messergruppe (18) unterschiedlich ist zum Abstand dieses Spitzenmessers (1) zum Flankenmesser (5) einer benachbarten Messergruppe (18).