DE10324432B4

DE10324432B4 - Profilgeschärftes Stabmesser zur Herstellung von Kegel- und Hypoidrädern und Verfahren zum Profilschärfen eines solchen Stabmessers

Info

Publication number: DE10324432B4
Application number: DE2003124432
Authority: DE
Inventors: Gaetano Campisi
Original assignee: Klingelnberg AG
Current assignee: Klingelnberg AG
Priority date: 2003-05-28
Filing date: 2003-05-28
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2023-05-29
Also published as: DE10324432A1

Abstract

Verfahren zum Profilschärfen eines Stabmessers (1) zur Herstellung von Kegel- und Hypoidrädern, wobei das Stabmesser (1) versehen wird mit
– wenigstens einer Freifläche (A) und einer Spanfläche (C), die einen Schneidkeil (10) begrenzen und eine Schnittlinie (P', P) haben, welche eine virtuelle Schneide (4') oder eine Schneide (4) bildet,
wobei die Freifläche (A) in einer Keilmessebene einen Freiwinkel (α) mit einer Schneidenebene (11') bildet,
wobei die Spanfläche (C) in der Keilmessebene einen Spanwinkel (γ) mit einer zu der Schneidenebene (11') rechtwinkeligen Bezugsebene (16') bildet, und
wobei durch Abtragen von Material zumindest eine der Flächen (Spanfläche C, Freifläche A) so mit einer an der Schneide (4) liegenden Fase (Spanflächenfase 8, Freiflächenfase 5) versehen wird, dass
die zumindest eine Fase (8, 5) und die ihr zugeordnete Fläche (C, A) eine gemeinsame Schnittlinie (F, S) haben,
dadurch gekennzeichnet,
dass durch Abtragen von Material an dem...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein profilgeschärftes Stabmesser nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5.

Ein Verfahren und ein Werkzeug dieser Art sind aus der europäischen Patentschrift EP 0 686 075 B1 bekannt. Die in der folgenden Beschreibung und in den Patentansprüchen für die Geometrie am Schneidkeil des Werkzeuges verwendeten Begriffe entsprechen allerdings nicht den in der deutschen Übersetzung DE 694 05 978 T2 der vorgenannten europäischen Patentschrift verwendeten Begriffen, sondern den in der Norm DIN 6581, Mai 1966, festgelegten Begriffen.

Das bekannte Verfahren dient insbesondere zum Profilschärfen von Stabmessern, wofür die Freifläche und in einigen Fällen die Spanfläche geschliffen wird. Wenn bei profilgeschärften Messern kein Schleifen der Spanfläche erfolgt, wird diese üblicherweise mit Beschichtungen od.dgl. versehen, wodurch die Schneid- und Verschleißeigenschaften verbessert werden. Profilgeschärfte Messer können dazu verwendet werden, von der Messerkopfmitte aus gesehen, als außen schneidendes Messer Material von der konkaven Flanke des Zahns eines Kegelrades abzutragen, als innen schneidendes Messer Material von der konvexen Flanke des Zahns abzutragen und/oder als Schruppmesser Material aus einem Zahnzwischenraum zu entfernen.

Außerdem gibt es Stabmesser, die als innen oder außen schneidende Messer verwendet werden und auf der Freifläche einen vorspringenden Teil haben und daher im Profil eine Protuberanz aufweisen, mit deren Hilfe beim Fräsen von Zahnrädern eine Unterschneidung erzielbar ist, so dass bei dem Lauf mit einem zusammenpassenden Zahnrad, zum Beispiel beim Läppen oder während des Betriebes, eine gegenseitige Störung der Zahnräder eliminiert oder dadurch ein Aufmaß erzeugt wird.

Die vorgenannte EP 0 686 075 B1 befasst sich mit dem Problem, dass bei einem Stabmesser mit einer Protuberanz im Profil nach dem abschließenden Schleifen der Freifläche ein Loch auf dem vorstehenden Teil der Schneide in einem Punkt angrenzend an die Schnittlinie mit der Freifläche vorhanden ist. Dieses Loch lasse sich zwar durch langsamere Vorschubgeschwindigkeiten vermeiden, das bringe jedoch eine Verlängerung der Schleifzeit mit sich. Das aus dieser europäischen Patentschrift bekannte Verfahren zielt daher u. a. darauf ab, profilgeschärfte Stabmesser ohne Bildung eines Loches in der Schneide schleifen zu können, ohne dass es zu einer deutlichen Zunahme der Verfahrensdauer kommt. Erreicht wird das durch das bekannte Verfahren dadurch, dass auf der Freifläche eine an der Schneide liegende Freiflächenfase angeschliffen wird. Die verbliebene Freifläche (nach der europäischen Patentschrift die sogenannte erste Freifläche) erstreckt sich von einer Stelle innerhalb der Schneide zur hinteren Fläche des Messers unter einem ersten Freiwinkel. Die Freiflächenfase (die sogenannte zweite Freifläche) erstreckt sich von der Schneide zur verbliebenen Freifläche unter einem zweiten Freiwinkel, der kleiner ist als der erste Freiwinkel. Wenn das bekannte Verfahren bei Stabmessern mit einer Protuberanz im Profil angewandt wird, wird das genannte Loch in der Schneide vermieden. Wenn das bekannte Verfahren bei Stabmessern allgemein angewandt wird, sollen diese eine längere Lebensdauer aufweisen.

Aber, Ausgangspunkt bei der Festlegung der Winkel am Schneidkeil ist der Fasenfreiwinkel. Wenn ein üblicher Wert desselben mit 3° angenommen wird und wenn für ein Berechnungsbeispiel ein Fasenspanwinkel γ_f von 10° angenommen wird und wenn weiter berücksichtigt wird, dass nach der EP 0 686 075 B der zweite Freiwinkel etwa 0,5 bis 5° kleiner ist als der erste Freiwinkel, so ergibt das nach DIN 6581 einen Freiwinkel α von 3,5 bis 8°, einen Spanwinkel γ von 10,5 bis 15° und einen Keilwinkel β von 67 bis 76°. (Nach DIN 6581 gilt β = 90° – α – γ.) Durch die Maßnahme, dass der zweite Freiwinkel kleiner als der erste Freiwinkel ist, wird der Keilwinkel umso kleiner, je größer die Differenz zwischen dem ersten und zweiten Freiwinkel ist. Die Schneide wird dadurch weniger robust. Mit abnehmendem Keilwinkel erhält außerdem das Messer ein geringeres Volumen und so eine geringere mechanische und thermische Festigkeit.

Aus der bereits erwähnten Norm DIN 6581 ist es bekannt, bei einem in der Zerspantechnik eingesetzten Werkzeug die Freifläche mit einer Freiflächenfase und die Spanfläche mit einer Spanflächenfase zu versehen. DIN 6581 beschreibt zwar kein Verfahren im Einzelnen, zeigt aber z.B. in dem Bild 14 einen Schneidkeil, der die gleiche Freifläche nebst Fase wie das Schneidmesser nach Anspruch 18 der EP 0 686 075 B1 aufweist.

Der DE 866917 B sind ein Verfahren und ein Schneidmesser zu entnehmen, die mit denen nach der EP 0 686 075 B1 vergleichbar sind. Diese DE-Patentschrift befasst sich mit einer Vorrichtung zum Halten von Schneidwerkzeugen, insbesondere Fräsermessern beim Schleifen. Das in den 8 – 11 dargestellte Fräsermesser für einen Stirnfräser weist zwar ein in einen Schaft aus Stahl eingelassenes Hartmetallplättchen auf und ist somit kein profilgeschärftes Schneidmesser und dient auch nicht zum Schneiden von Zahnrädern, es unterscheidet sich aber ansonsten in nichts von einem Schneidmesser des profilgeschärften Typs, zu dessen Schärfung das Verfahren nach der EP 0 686 075 B1 eingesetzt wird. Das bekannte Fräsermesser hat eine Hauptschneidkante mit einer Hauptfreifläche, welche den Hauptfreiwinkel f aufweist; der unmittelbar an die Hauptschneidkante grenzende Teil der Hauptfreifläche ist abgeschrägt und weist einen anderen Freiwinkel e auf. Nach der DE 866917 B wird ebenfalls zuerst der Hauptfreiwinkel f geschliffen und anschließend der andere Freiwinkel e.

Im Allgemeinen werden im Stand der Technik Stabmesser aus Hartmetall an ihrer Freifläche mit einer Freiflächenfase (einer sogenannten Facette) versehen, weil dadurch eine Schleifscheibe, mit welcher solche Messer üblicherweise geschliffen werden, eine deutlich längere Lebensdauer erhält. Bei einem Stabmesser aus Schnellstahl ist die Freiflächenfase eigentlich als Verstärkung für den Schneidkeil gedacht, die es mit sich bringt, dass das Messer im Schneidprozess stärker beansprucht werden kann. Beschrieben ist das im Einzelnen u. a. in zwei Patentschriften der Anmelderin, EP 1 144 138 B1 und DE 101 03 755 C1 , auf die bezüglich weiterer Einzelheiten verwiesen wird.

Grundsätzlich erbringt eine Freiflächenfase somit zwar technologische Vorteile, bringt bei der Wahl des ersten und zweiten Freiwinkels nach der EP 0 686 075 B1 jedoch, wie oben dargelegt, eine unerwünschte Verkleinerung des Keilwinkels mit sich. Weiter muss bei dem Verfahren nach der EP 0 686 075 B1 nach dem anfänglichen Schleifen der ersten Aussparungsfläche durch Schleifen der gesamten Dicke der Schneidprofilfläche in einem Anstellwinkel β_R das Schneidmesser relativ zur Schleifscheibe neu positioniert werden, damit dann die zweite Aussparungsfläche gebildet werden kann, wofür der Anstellwinkel um etwa 0,5° bis etwa 5° von β_R auf β verkleinert sowie die Schleifscheibe in das Schneidmesser zugestellt wird. Dieses Neupositionieren des Schneidmessers relativ zur Schleifscheibe erfordert zusätzlichen Softwareaufwand und macht den Schleifprozess komplizierter.

Aus der DE 44 16 651 A1 ist ein Schneideinsatz zur spanbildenden Bearbeitung bekannt, insbesondere zum Drehen, Fräsen, Stechen und Bohren, dessen mindestens einseitige Deckfläche die Spanfläche und dessen umlaufenden Seitenflächen die Freiflächen bilden, wobei zur Verbesserung der Schneidwirkung die Freifläche in senkrechter Richtung zur Schneidkante gekrümmt verlaufend ausgebildet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und ein profilgeschärftes Stabmesser der eingangs genannten Art so auszubilden, dass der Schleifprozess einfacher und sicherer gemacht wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Schritten bzw. durch ein profilgeschärftes Stabmesser mit den im Patentanspruch 5 angegebenen Merkmalen.

Durch das Verfahren nach der Erfindung wird ein Stabmesser zur Herstellung von Kegel- und Hypoidrädern so profilgeschärft, dass der Fasenfreiwinkel den gleichen Wert wie der Freiwinkel hat bzw. dass der Fasenspanwinkel den gleichen Wert wie der Spanwinkel hat. Eine an der Freifläche oder an der Spanfläche vorgesehene Fase liegt somit unter dem gleichen Winkel wie die Fläche, auf der sie vorgesehen ist. Durch die Winkelgleichheit wird der Schleifprozess vereinfacht, denn erfindungsgemäß wird nach dem Herstellen der Span- oder Freifläche die dieser Fläche zugeordnete Fase hergestellt, ohne dass das Stabmesser neu positioniert wird. Bei dem Stabmesser nach der Erfindung ist dadurch, dass der Fasenfreiwinkel gleich dem Freiwinkel bzw. der Fasenspanwinkel gleich dem Spanwinkel ist, der Keilwinkel größer, weil der Freiwinkel α und der Spanwinkel γ kleiner sind als nach der EP 0 686 075 B1 Das ist das Gegenteil von dem, was nach der EP 0 686 075 B1 als Maßnahme ergriffen wird, um die Lebensdauer des Schneidmessers zu verlängern, nämlich den zweiten Freiwinkel kleiner als den ersten Freiwinkel zu machen, was es notwendig macht, einen kleineren Keilwinkel in Kauf zu nehmen. Hingegen können, wenn beispielsweise eine Hauptfreifläche und eine Nebenfreifläche mit einer Fase versehen werden, durch das Verfahren nach der Erfindung einige Rotationen der so genannten C-Achse, die in 1 dargestellt ist, eingespart werden, wodurch der Schleifprozess nicht nur einfacher, sondern auch sicherer gemacht wird.

Das lässt sich am Beispiel der bislang von der Anmelderin angewandten Verfahren, wie sie in den oben erwähnten Patentschriften EP 1 144 138 B1 und DE 101 03 755 C1 beschrieben sind, veranschaulichen.

Der Betriebsfreiwinkel (Fasenfreiwinkel) wird mit der Auslegungssoftware berechnet. Der Freiwinkel (Schruppfreiwinkel) wird in der Regel nach technologischen Kriterien festgelegt. Durch Schleifen eines profilgeschärften Stabmessers unter ein und demsel ben berechneten Winkel von Freifläche und Freiflächenfase müssen somit keine zwei verschiedenen Maschinenparameter berechnet und eingestellt werden. Die Bedienung der Software wird einfacher. Auch dadurch wird der Schleifprozess sicherer.

Das Verfahren und das Stabmesser nach der Erfindung bieten aber nicht nur Vorteile, wenn die Freifläche mit einer gekrümmten Fase versehen wird, sondern insbesondere auch dann, wenn stattdessen oder zusätzlich die Spanfläche mit einer gekrümmten Fase versehen wird. Die Spanflächenfase könnte nämlich als Spanbrecher dienen.

Wenn bei der Erfindung eines der bisherigen Schleifverfahren angewandt wird, die aus den beiden vorgenannten Patentschriften der Anmelderin bekannt sind, wird durch Schleifen der Fase mit der Zylinderseite (Pendelbereich) der Schleifscheibe die Kontaktzone größer, wodurch die spezifische Beanspruchung der Schleifscheibe dadurch kleiner wird als bei dem bisherigen ursprünglichen Verfahren, bei dem die Fase mit dem Eckradius der Schleifscheibe geschliffen wird. Das führt zu einer erheblichen Standzeiterhöhung der Schleifscheibe.

Wenn bei der Erfindung eines der bisherigen Schleifverfahren nach den beiden vorgenannten Patentschriften der Anmelderin angewandt wird, muss zum Schruppen und Schlichten zwar auch das Messer relativ zu der Schleifscheibe etwas verstellt werden, dass erfolgt jedoch durch Translation statt durch Rotation. Die dafür erforderliche Bewegungsamplitude ist wesentlich geringer als im Stand der Technik, weil lediglich innerhalb ein und desselben Arbeitsbereiches der Schleifscheibe eine andere Stelle zum Schleifen auszuwählen ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Gegenstände der Unteransprüche.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des profilgeschärften Stabmessers nach der Erfindung bieten folgende Alternativen

– dass die Freifläche mit in der Keilmessebene konvexer Krümmung ausgebildet ist,
– dass die Freifläche mit in der Keilmessebene konkaver Krümmung ausgebildet ist,
– dass die Spanfläche mit in der Keilmessebene konvexer Krümmung ausgebildet ist, und
– und
– dass die Spanfläche mit in der Keilmessebene konkaver Krümmung ausgebildet ist.

Diese vorteilhaften Alternativen, die sich bei dem profilgeschärften Stabmesser nach der Erfindung für die Ausbildung der Freifläche und der Freiflächenfase und für die Ausbildung der Spanfläche und der Spanflächenfase ergeben, können so miteinander kombiniert werden, dass sich mit dem profilgeschärften Stabmesser optimale Bearbeitungsresultate erzielen lassen.

Wenn in einer weiteren Ausgestaltung des Stabmessers nach der Erfindung dieses eine Hauptfreifläche und eine Nebenfreifläche umfasst, die mit der Spanfläche eine Hauptschneide bzw. eine Nebenschneide begrenzen, wobei die Nebenfreifläche mit einer ähnlichen Fase und einer ähnlichen Krümmung wie die Hauptfreifläche versehen ist, zeigt das, dass das Stabmesser nach der Erfindung mit der Nebenfreifläche statt der oder zusätzlich zu der Hauptfreifläche versehen sein kann.

Wenn in einer weiteren Ausgestaltung des profilgeschärften Stabmessers nach der Erfindung die Hauptfreifläche und/oder die Nebenfreifläche einen vorstehenden Teil aufweist, der mit der gleichen Fase und Krümmung wie die Haupt- bzw. Nebenfreifläche ohne vorspringenden Teil versehen ist, ist dieses Stabmesser wie ein Stabmesser ohne Protuberanz im Profil schärfbar.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen

1 eine schematische Darstellung einer bekannten Maschine zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung,

2 einen Teilquerschnitt durch eine bevorzugte erste Ausführungsform einer bekannten Schleifscheibe zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

3 eine seitliche Schrägansicht eines Stabmessers nach der Erfindung, und zwar in 3a ohne eine und in 3b mit einer Protuberanz im Profil,

4 eine schematische Darstellung einer bevorzugten zweiten Ausführungsform einer bekannten Schleifscheibe zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung,

5 eine Erläuterungsdarstellung der Schleifscheibe nach 4,

6 als vergrößerte Einzelheit den Arbeitsbereich der Schleifscheibe nach den 4 und 5,

7 als ein erstes Ausführungsbeispiel des Stabmessers nach der Erfindung ein Stabmesser mit einer konkav gekrümmten Freiflächenfase,

8 als ein zweites Ausführungsbeispiel des Stabmessers nach der Erfindung ein Stabmesser mit einer konkav gekrümmten Freiflächenfase und mit einer konkav gekrümmten Spanflächenfase,

9 als ein drittes Ausführungsbeispiel des Stabmessers nach der Erfindung ein Stabmesser mit einer konkav gekrümmten Freifläche und mit einer konkav gekrümmten Freiflächenfase,

10 als ein viertes Ausführungsbeispiel des Stabmessers nach der Erfindung ein Stabmesser mit einer konkav gekrümmten Freifläche, einer konkav gekrümmten Freiflächenfase, einer konkav gekrümmten Spanfläche und einer konkav gekrümmten Spanflächenfase,

11 als weitere Ausführungsbeispiele des Stabmessers nach der Erfindung die verschiedenen Kombinationsmöglichkeiten von Alternativen der Freifläche und der Freiflächenfase (11a – 11c) und von Alternativen der Spanfläche und der Spanflächenfase (11d – 11f), und

12 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Anstellwinkels.

In 1 ist eine Schleifmaschine 15 dargestellt, die mit einer Schleifscheibe 12 gemäß 2 versehen ist und mit der ein Stabmesser 1 gemäß 3 geschliffen werden kann. Die Schleifmaschine 15 hat einen Tisch 17, auf dem ein erster Schlitten 18 längs einer X-Achse hin und her beweglich ist. Eine Säule 19 ist längs einer Z-Achse senkrecht zur X-Achse hin und her beweglich. Auf der Säule 19 ist ein zweiter Schlitten 20 entlang einer Y-Achse senkrecht zur X-Achse und zur Z-Achse hin und her beweglich. Die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse bilden ein rechtwinkeliges Koordinatensystem. An dem zweiten Schlitten 20 ist die Schleifscheibe 12 rotierend befestigt. An dem Schlitten 18 ist eine Spanvorrichtung 21 zum Spannen des Stabmessers 1 angebracht. Die Spanvorrichtung 21 ist gegenüber dem ersten Schlitten 18 durch eine Schwenkachse C-C und eine auf der Schwenkachse C-C senkrecht stehende Drehachse A-A gelagert. Um die Schwenkachse C-C ist das Stabmesser 1 drehbar, wodurch die ein gangs erwähnte C-Rotation erzeugbar ist. Die X-Achse, die Y-Achse, die Z-Achse, die Achse A-A und die C-C können nicht nur positionieren, sondern auch CNC-gesteuerte Bahnkurven fahren.
2 zeigt eine vergrößerte Teildarstellung der Schleifscheibe 12, mit der das Stabmesser 1 profilgeschärft werden kann. Die Schleifscheibe 12 hat eine Rotationsachse S, zu der die Schleifscheibe rotationssymmetrisch aufgebaut ist. Die Schleifscheibe 12 hat an einer Endseite eine zu der Rotationsachse S rechtwinkelige, kreisrunde Aufspannfläche 13. Vom äußeren Umfang der Aufspannfläche 13 erstreckt sich eine kegelige Schleiffläche Pp mit einem kleinen Durchmesser d1 und einem großen Durchmesser d2, wobei sich der kleine Durchmesser d1 an der Aufspannfläche 13 befindet. An der Seite mit dem großen Durchmesser d2 der kegeligen Schleiffläche Pp schließt sich tangential eine den Radius Rs aufweisende gekrümmte Schleiffläche 14 an, die wiederum tangential in eine zylindrische Schleiffläche Ps übergeht. An die zylindrische Schleiffläche Ps schließt sich tangential eine torusförmige Schleiffläche G an, die einen kreisbogenförmigen Querschnitt mit einem Radius Rg hat. Die torusförmige Schleiffläche G erstreckt sich radial nach innen und geht tangential in eine zweite, zur torusförmigen Schleiffläche G hinterschnittene kegelförmige Fläche 15 über. Die Schleiffläche 12 ist als einstückige Schleifscheibe aufgebaut, wobei die kegelige Schleiffläche Pp, die zylindrische Schleiffläche Ps und auch die torusförmige Schleiffläche G die gleiche Körnung und das gleiche Bindemittel aufweisen. Es handelt sich hierbei um eine bevorzugte Ausführungsform der Schleifscheibe. Die Erfindung kann auch mit Schleifscheiben ausgeführt werden, die anders aufgebaut sind. Beispielsweise kann die Schleifscheibe 12 mit unterschiedlichen Körnungsgrößen des Schleifmittels versehen sein, wobei die kegelige Schleiffläche Pp und die zylindrische Schleiffläche Ps eine grobere Körnung des Schleifmittels haben als die torusförmige Schleiffläche G.
Gemäß 3 hat das Stabmesser 1 einen im Querschnitt rechteckigen Schaft 2 und einen aktiven Abschnitt 3. An dem aktiven Abschnitt 3 sind eine Spanfläche C, links davon eine sich von der Spanfläche C nach hinten erstreckende Nebenfreifläche B, rechts eine sich von der Spanfläche C nach hinten erstreckende Freifläche oder Hauptfreifläche A und oben am Kopf eine sich von der Spanfläche C nach hinten erstreckende Kopffläche K ausgebildet. Zwischen der Nebenfreifläche B, der Kopffläche K, der Freifläche A und der Spanfläche C ist eine umlaufende Schneide 4 ausgebildet, die eine Hauptschneide (im Bereich der Freifläche A) und eine Nebenschneide (im Bereich der Nebenfreifläche B) umfasst. Die Nebenfreifläche B ist vorzugsweise mit einer ähnlichen Fase und einer ähnlichen Krümmung wie die Hauptfreifläche A versehen, was weiter unten noch näher erläutert ist. Eine Krümmung der Haupt- und/oder Nebenfrei fläche ist in den 3a und 3b nicht dargestellt. Die Krümmung wird weiter unten mit Bezug auf die 7 bis 11 für die Freifläche A und die Spanfläche C erläutert, wobei es sich versteht, dass die Nebenfreifläche B in jeder Beziehung so ausgebildet werden könnte wie die Freifläche oder Hauptfreifläche A. An dem aktiven Abschnitt 3 ist bei der Ausführungsform nach 3b die Freifläche oder Hauptfreifläche A mit einem vorstehenden Teil E versehen, so dass die Schneidkante oder Schneide 4 im Profil eine sogenannte Protuberanz aufweist. Die Freifläche oder Hauptfreifläche A hat eine an der Schneide 4 liegende Freiflächenfase 5. Diese erstreckt sich in dem Ausführungsbeispiel nach 3b nicht bis zu der Kopffläche K, sondern bis zu dem vorstehenden Teil E. Der vorstehende Teil E weist eine Protuberanzfase 6 auf. Die Nebenfreifläche B, die sich in den 3a und 3b hinten befindet, hat eine Nebenfreiflächenfase 7, die sich bis zu der Kopffläche K erstreckt, weil die Nebenfreifläche B in den gezeigten Ausführungsbeispielen keine Protuberanz aufweist. Es könnten aber auch die Hauptfreifläche A und die Nebenfreifläche B einen vorstehenden Teil E aufweisen. In diesem Fall wäre der vorstehende Teil E vorzugsweise mit der gleichen Fase und der gleichen Krümmung wie die Haupt- bzw. Nebenfreifläche A, B ohne den vorspringenden Teil E versehen. In der Regel hat die Nebenfreifläche aber keine Protuberanz. Die Spanfläche C kann mit einer an der Schneide 4 liegenden Spanflächenfase 8 versehen sein, die in 3 gestrichelt angedeutet ist. Die Spanflächenfase 8 erstreckt sich in 3b über den vorstehenden Teil E bis zu der Kopffläche K. Die Fasen und die zugeordneten Flächen des Stabmessers 1 werden weiter unten unter Bezugnahme auf die 7 – 11 noch näher beschrieben.
Ein Verfahren, mit welchem mit der in 1 gezeigten Schleifmaschine 15 und der in 2 gezeigten Schleifscheibe 12 ein Stabmesser 1 geschliffen werden kann, das die Fasen 5, 6, 7 und 8 nicht aufweist, ist in der WO-A-02/058888 näher beschrieben, auf die bezüglich näherer Einzelheiten verwiesen wird.
Die 4 – 6 zeigen eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer Schleifscheibe 28 zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, wobei 5 eine Erläuterungsdarstellung der Schleifscheibe nach 4 ist und wobei 6 als vergrößerte Einzelheit einen Arbeitsbereich 34 der Schleifscheibe nach den 4 und 5 und die Schleifscheibe in Arbeitsposition zeigt.
Mit der in 4 gezeigten Schleifscheibe 28 wird ein Erzeugungsschleifverfahren ausgeführt. Die Schleifscheibe 28 ist vorzugsweise eine Diamant- oder CBN-Topfschleifscheibe. Die Schleifscheibe 28 ist schematisch im Axialschnitt in 4 und in vergrößerter Teildarstellung in 5 dargestellt. Die Schleifscheibe 28 besteht in der in 5 dargestellten und hier beschriebenen Ausführungsform aus einem Trägerkörper 30 aus Stahl, auf den ein Schleifbelag 32 aus Korn und galvanischer Bindung aufgebracht ist.
Gemäß der Darstellung in 5 hat die Schleifscheibe 28 einen Schleif- oder Rundungsradius R an ihrer Schleifkante, einen Scheibenradius SR bis zu einer Tangente in einem Punkt Tz an die Schleifkante, eine Scheibenhöhe SH von einer Spindelauflagefläche 36 bis zu einer Tangente in einem Punkt Ts an die Schleifkante, eine Innenfläche (Kegel) 40, eine Achse 38 und eine Außenfläche (Kegel) 42.
In 6, auf die zusätzlich Bezug genommen wird, ist als vergrößerte Einzelheit die Schleifkante der Schleifscheibe 28 mit dem Arbeitsbereich 34 dargestellt. Der Arbeitsbereich 34 der Schleifscheibe 28 ist eine Ringfläche, die von einem Punkt 44 in einem Stirnbereich bis zu einem Punkt 46 in einem Zylinderbereich der Schleifscheibe 28 reicht und in dem in 6 dargestellten Axialschnitt ein bogenförmiges Profil mit dem Rundungsradius R hat, das sich über einen Gesamtkontaktwinkel GKW erstreckt. Der Gesamtkontaktwinkel GKW beträgt etwa 145°. Das bogenförmige Profil ist kreisbogenförmig, und der Rundungsradius R liegt in einem Bereich von 0,5 bis 55 mm und bevorzugt von 0,5 bis 1 mm. Ein Teil 34' des Arbeitsbereiches 34 liegt in dem Stirnbereich und ein Teil 34'' des Arbeitsbereiches 34 liegt in dem Zylinderbereich der Schleifscheibe 28. Der Stirnbereich der Schleifscheibe 28 ist derjenige Bereich, den man sieht, wenn man die Schleifscheibe 28 in 6 von links betrachtet. Der Stirnbereich erstreckt sich in der Schnittdarstellung in 6 radial nach außen bis zu dem Punkt Tz. Der Zylinderbereich der Schleifscheibe 28 ist derjenige Bereich, den man sieht, wenn man diese in 6 von unten betrachtet. Der Zylinderbereich erstreckt sich über die Scheibenhöhe SH bis zu dem Punkt Ts. Der in dem Stirnbereich der Schleifscheibe 28 gelegene Teil des Arbeitsbereiches 34 reicht somit von dem Punkt 44 bis zu dem Punkt Tz, der in dem Zylinderbereich gelegene Teil von dem Punkt 46 bis zu dem Punkt Ts. Der zwischen den Punkten Ts und Tz gelegene Teil des Arbeitsbereiches liegt sowohl im Stirn- als auch im Zylinderbereich.
Die Schleifscheibe 28 hat in dem gesamten Arbeitsbereich 34 ein und denselben Schleifbelag, dass heißt die verschiedenen Teile des Arbeitsbereiches müssen nicht unterschiedlich beschichtet sein, um zum Schruppen oder Schlichten eingesetzt werden zu können. Die Beschichtungsgrenzen des Arbeitsbereiches 34 sind in der Darstellung in 6 mit 48 bzw. 50 bezeichnet, der jeweilige Überstand, über den die Beschichtungsgrenze über den eigentlichen Arbeitsbereich hinausreicht, mit 52 bzw. 54. Der Winkel, innerhalb welchem die Schleifscheibe 28 mit dem Stabmesser 1 beim Schleifen in Berührung kommen kann, wird als Kontaktwinkel bezeichnet. Der Kontaktwinkel für den Einsatz der Schleifscheibe 28 beim Schruppen entspricht dem Teil 34'' des Arbeitsbereiches 34, und der für das Schlichten dem Teil 34' des Arbeitsbereiches 34, wie es in 6 eingezeichnet ist.
Wenn ein Schneidmesser der in 3a gezeigten Art nach dem herkömmlichen Verfahren profilgeschärft wurde, das in der Beschreibungseinleitung beschrieben ist, wurde zuerst die Freifläche A durch Schleifen der gesamten Dicke des Messers unter einem Freiwinkel α geschliffen. Dann wurde das Stabmesser 1 relativ zur Schleifscheibe neu positioniert und es wurde unter einem Fasenfreiwinkel α_f, der kleiner als der Freiwinkel α war, die Freiflächenfase 5 geschliffen.
Wenn ein Stabmesser 1 der in 3b dargestellten Art zu schärfen war, das einen vorstehenden Teil E aufweist, wurde zunächst die Freifläche A über die gesamte Dicke des Messers geschliffen. Anschließend wurde das Stabmesser 1 unter demselben Freiwinkel α an dem vorstehenden Teil E geschliffen, um diesen Teil mit einer zweiten Freifläche zu versehen. Dann wurde das Stabmesser 1 relativ zur Schleifscheibe neu positioniert und die Freifläche A noch einmal geschliffen, um die Freiflächenfase 5 zu bilden. Dazu wurde der Anstellwinkel um etwa 0,5° bis etwa 5° verkleinert. Daraufhin wurde das Stabmesser relativ zur Schleifscheibe erneut positioniert und eine ähnliche schmale Protuberanzfase 6 an den vorstehenden Teil E unter dem Fasenfreiwinkel α_f geschliffen. Eingangs ist bereits geschildert worden, dass durch das Verfahren nach der Erfindung die Anzahl der Neupositionierungen des Stabmessers verringert und so der Schleifprozess vereinfacht und sicherer gemacht werden soll.
Das bevorzugte Verfahren nach der Erfindung zum Profilschärfen eines Stabmessers 1 zur Herstellung von Kegel- und Hypoidrädern beinhaltet anfänglich Schritte wie das bekannte Verfahren. Zunächst wird das Stabmesser 1 mit einer Freifläche oder Hauptfreifläche A, einer Nebenfreifläche B und einer Spanfläche C versehen, wobei die Freifläche A und die Spanfläche C gemäß der Darstellung in 8, auf die nun zusätzlich Bezug genommen wird, einen Schneidkeil 10 begrenzen und eine Schnittlinie P' haben, welche eine virtuelle Schneide 4' bildet. Ähnlich würden die Nebenfreifläche B und die Spanfläche C eine Nebenschneide begrenzen, was aber in den Zeichnungen nicht dargestellt ist. Einzelheiten über die Bildung der Nebenschneiden finden sich beispielsweise in DIN 6581. Die Freifläche A bildet in einer Keilmessebene, welches in 8 die Zeichenebene ist, einen Freiwinkel α mit einer Schneidenebene 11' (in 8 dargestellt als die Schnittlinie der Messer-Schneidenebene 11' mit der Keilmessebene). Die Spanfläche C bildet in der Keilmessebene einen Spanwinkel γ mit einer zu der Schneidenebene 11' rechtwinkeligen Bezugsebene 16'. Durch Abtragen von Material durch Schleifen wird die Freifläche A mit einer an einer Schneide 4 (dargestellt in 8 als die Schnittlinie einer Messer-Schneidenebene 11 mit einer Messer-Bezugsebene 16) liegenden Freiflächenfase 5 versehen und ebenso wird die Spanfläche C mit einer an der Schneide 4 liegenden Spanflächenfase 8 versehen. Die Darstellung und die Definition der Schnitte folgen hierbei wieder DIN 6581, Bild 14.
Die Spanfläche C bräuchte nicht unbedingt eine Fase aufzuweisen. Möglich ist auch, lediglich die Freifläche A mit einer Freiflächenfase 5 zu versehen, wobei die Spanfläche C eine Planfläche bleibt, wie es in 7 dargestellt ist. Bei dem in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel hat die Fase 5 mit der ihr zugeordneten Freifläche A eine gemeinsame Schnittlinie F, wogegen die Spanflächenfase 8 mit der ihr zugeordneten Spanfläche C eine gemeinsame Schnittlinie S hat. Im Stand der Technik, wie er zuvor und in der Beschreibungseinleitung beschrieben ist, sind die Freiflächenfase und die Spanflächenfase im Wesentlichen Planflächen. Wenn hingegen das erfindungsgemäße Verfahren angewandt wird, haben die Fasen jeweils eine Krümmung, die in 8 (jeweils übertrieben groß) dargestellt ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet, dass, wenn die Freifläche A und/oder die Spanfläche C mit einer Fase 5 bzw. 8 versehen wird, die zumindest eine Fase 5 oder 8 in der Keilmessebene gekrümmt hergestellt wird. Es zeigt, wie gesagt, 8 den Fall, in welchem zwei gekrümmte Fasen vorhanden sind.
Zusätzlich ist es möglich, die Freifläche A und/oder die Spanfläche C in der Keilmessebene gekrümmt herzustellen. 9 zeigt den Fall, dass die Freifläche A gekrümmt ist und mit einer gekrümmten Freiflächenfase 5 versehen ist. 10 zeigt diesen Fall, wobei aber zusätzlich auch noch die Spanfläche C gekrümmt ausgebildet ist und mit einer gekrümmten Spanflächenfase 8 versehen ist. Erfindungsgemäß wird die Krümmung der einer Fase 5, 8 zugeordneten Fläche A bzw. C so gewählt, dass die zugeordnete Freifläche A bzw. Spanfläche C an der Schnittlinie F bzw. S eine Tangentialebene 45 bzw. 47 hat, wie es in 10 dargestellt ist. Eine Krümmung der Fasen 5, 8 wird hingegen so gewählt, dass die Fase an der Schneide 4 eine weitere Tangentialebene 25 bzw. 27 hat, wobei die Tangentialebenen 25, 45; 27, 47 so gegen die Schneidenebene 11 bzw. 11' und gegen die Bezugsebene 16 bzw. 16' geneigt sind, dass stets der Fasenfreiwinkel α_f den gleichen Wert wie der Freiwinkel α hat bzw. dass der Fasenspanwinkel γ_f den gleichen Wert wie der Spanwinkel γ hat. Erfindungsgemäß wird dabei die Auswahl der Winkel so getroffen, dass der Freiwinkel α stets positiv ist, wogegen der Spanwinkel γ positiv oder negativ sein kann. Die Definition dafür, wann der Freiwinkel und der Spanwinkel positiv oder negativ sind, ergibt sich aus DIN 6581, Mai 1966, Seite 8, Bild 13.
Wenn das Stabmesser 1 eine Hauptfreifläche A und eine Nebenfreifläche B umfasst, begrenzen diese mit der Spanfläche C die Schneide 4, die dann eine Hauptschneide bildet, bzw. eine Nebenschneide, wobei die Nebenfreifläche B mit einer ähnlichen Fase 7 und einer ähnlichen Krümmung wie die Hauptfreifläche A versehen ist. Wenn die Hauptfreifläche A und/oder die Nebenfreifläche B einen vorstehenden Teil E aufweist, ist dieser bevorzugt mit der gleichen Fase und Krümmung wie die Haupt- bzw. Nebenfreifläche A, B ohne vorspringenden Teil E versehen.
Wenn das Verfahren nach der Erfindung angewendet wird, wird der Schleifprozess einfacher und sicherer, weil das Stabmesser 1 relativ zu der Schleifscheibe nicht durch Rotation neu positioniert zu werden braucht, wenn anschließend an das Schleifen der Freifläche A oder der Spanfläche C die Freiflächenfase 5 bzw. die Spanflächenfase 8 geschliffen wird.
Für die Ausbildung des Stabmessers bietet sich eine Vielzahl von Kombinationsmöglichkeiten zwischen Fasen und zugeordneten Flächen, die jeweils für die Freifläche und für die Spanfläche betrachtet im Folgenden anhand der 11a – 11c bzw. 11d – 11f beschrieben werden.
In 11a ist die Freifläche A mit in der Keilmessebene konvexer und die Freiflächenfase 5 mit in der Keilmessebene konkaver Krümmung ausgebildet.
In 11b ist die Freifläche a in der Keilmessebene ohne Krümmung und die Freiflächenfase 5 mit in der Keilmessebene konkaver Krümmung ausgebildet.
In 11c sind die Freifläche A und die Freiflächenfase 5 jeweils mit in der Keilmessebene konkaver Krümmung ausgebildet.
In 11d ist die Spanfläche C mit in der Keilmessebene konvexer und die Spanflächenfase 8 mit in der Keilmessebene konkaver Krümmung ausgebildet.
In 11e ist die Spanfläche C in der Keilmessebene ohne Krümmung und die Spanflächenfase mit in der Keilmessebene konkaver Krümmung ausgebildet.
In 11f sind die Spanfläche C und die Spanflächenfase 8 jeweils mit in der Keilmessebene konkaver Krümmung ausgebildet.
Jede der in den 11a – 11c dargestellten Kombinationen aus Freifläche A und Freiflächenfase 5 kann mit einer der in den 11d – 11f dargestellten Kombinationen von Spanfläche C und Spanflächenfase 8 kombiniert werden. Andererseits können alle diese Kombinationen auch jeweils mit einer als Planfläche ausgebildeten Spanfläche C bzw. mit einer als Planfläche ausgebildeten Freifläche A, die jeweils keine Fase aufweisen, kombiniert werden, wie es in den 7 und 9 angedeutet ist.
Die konkave und/oder die konvexe Krümmung kann in der Keilmessebene die eines Kreises, einer Ellipse oder einer Parabel oder die einer anderen Kurve sein.
Der Fall, dass die Krümmung der eines Kreises entspricht, ist in 8 durch die Radien R₁, R₂ angedeutet. In 10 ist durch die Radien R₁, R₂ sowie durch Radien R_f und R_S angedeutet, dass alle gekrümmten Flächen einen Krümmungsradius haben können. Das ist aber wie gesagt, nicht obligatorisch.
Ebenso ist das Verfahren nach der Erfindung anwendbar, wenn die Schneide 4 eine Haupt- und/oder Nebenschneide umfasst, die von Haupt- bzw. Nebenfreiflächen A, B begrenzt sind, wie es in den 3a und 3b angedeutet ist.
Wenn die Freifläche A einen vorstehenden Teil E aufweist, wie es in 3b dargestellt ist, kann der vorstehende Teil E mit der gleichen Fase und der gleichen Krümmung wie die Freifläche A ohne den vorspringenden Teil E versehen sein, was aber in 3b nicht dargestellt ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die Fasen 5, 8 zunächst durch Schruppen hergestellt und dann, bei Bedarf, durch zusätzliches Abtragen von Material, z. B. durch Schleifen, in einem weiteren Arbeitsgang fertigbearbeitet werden.
12 zeigt die Wahl eines Anstellwinkels AW, der beiderseits einer Position mit einem Anstellwinkel AW von null Grad gewählt werden kann. Über den Anstellwinkel AW wird ein kommaförmiges Aufmass für anschließendes Schlichten optimiert.
Bei den Varianten, die in den 11c, 11f dargestellt sind, ist der Anstellwinkel stets positiv.

Claims

Verfahren zum Profilschärfen eines Stabmessers (1) zur Herstellung von Kegel- und Hypoidrädern, wobei das Stabmesser (1) versehen wird mit – wenigstens einer Freifläche (A) und einer Spanfläche (C), die einen Schneidkeil (10) begrenzen und eine Schnittlinie (P', P) haben, welche eine virtuelle Schneide (4') oder eine Schneide (4) bildet, wobei die Freifläche (A) in einer Keilmessebene einen Freiwinkel (α) mit einer Schneidenebene (11') bildet, wobei die Spanfläche (C) in der Keilmessebene einen Spanwinkel (γ) mit einer zu der Schneidenebene (11') rechtwinkeligen Bezugsebene (16') bildet, und wobei durch Abtragen von Material zumindest eine der Flächen (Spanfläche C, Freifläche A) so mit einer an der Schneide (4) liegenden Fase (Spanflächenfase 8, Freiflächenfase 5) versehen wird, dass die zumindest eine Fase (8, 5) und die ihr zugeordnete Fläche (C, A) eine gemeinsame Schnittlinie (F, S) haben, dadurch gekennzeichnet, dass durch Abtragen von Material an dem profilzuschärfenden Stabmesser in einer Positionierung desselben die zumindest eine der Flächen (Spanfläche C, Freifläche A) hergestellt wird und dass anschließend, ohne dass das Stabmesser (1) durch Rotation neu positioniert wird, die zumindest eine Fase (8, 5) mit in der Keilmessebene konkaver Krümmung hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtragen von Material durch Schleifen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Fase (8, 5) zunächst in einem Schrupparbeitsgang bearbeitet wird, dann das Messer durch Translation etwas verstellt wird, und anschließend durch zusätzliches Abtragen von Material in einem Schlichtarbeitsgang fertigbearbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Fertigbearbeiten Schleifen umfasst.
Profilgeschärftes Stabmesser (1) zur Herstellung von Kegel- und Hypoidrädern mit – wenigstens einer Freifläche (A) und einer Spanfläche (C), die einen Schneidkeil (10) begrenzen und eine Schnittlinie (P', P) haben, welche eine virtuelle Schneide (4') oder eine Schneide (4) bildet, wobei die Freifläche (A) in einer Keilmessebene einen Freiwinkel (α) mit einer Schneidenebene (11') bildet, wobei die Spanfläche (C) in der Keilmessebene einen Spanwinkel (γ) mit einer zu der Schneidenebene (11') rechtwinkeligen Bezugsebene (16') bildet, – wobei zumindest eine der Flächen (Spanfläche C, Freifläche A) eine an der Schneide (4) liegende Fase (Spanflächenfase 8, Freiflächenfase 5) aufweist, wobei die zumindest eine Fase (8, 5) und die ihr zugeordnete Fläche (C, A) eine gemeinsame Schnittlinie (F, S) haben, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Fase (8, 5) mit in der Keilmessebene konkaver Krümmung ausgebildet ist, – wobei die Krümmung der Fase (8, 5) so gewählt ist, dass die Fase an der Schneide (4) eine im Winkel (γ_f, α_F) gegen die Schneidenebene (11, 11') bzw. gegen die Bezugsebene (16, 16') geneigte Tangentialebene (25, 27) hat, und – die zugeordnete, ebene oder gekrümmte Fläche (A, C) an der Schnittlinie (F, S) – eine weitere, im Winkel (γ, α) gegen die Schneidenebene (11, 11') bzw. gegen die Bezugsebene (16, 16') geneigte Tangentialebene (45, 47) hat, – wobei die Tangentialebenen (25, 45 zur Freifläche A; 27, 47 zur Spanfläche C) so geneigt sind, dass stets der Fasenfreiwinkel (α_f) den gleichen Wert wie der Freiwinkel (α) hat bzw. der Fasenspanwinkel (γ_f) den gleichen Wert wie der Spanwinkel (γ) hat und dass der Freiwinkel (α) stets positiv ist, wogegen der Spanwinkel (γ) positiv oder negativ sein kann.
Stabmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Freifläche (A) mit in der Keilmessebene konvexer Krümmung ausgebildet ist.
Stabmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Freifläche (A) mit in der Keilmessebene konkaver Krümmung ausgebildet ist.
Stabmesser nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanfläche (C) mit in der Keilmessebene konvexer Krümmung ausgebildet ist.
Stabmesser nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanfläche (C) mit in der Keilmessebene konkaver Krümmung ausgebildet ist.
Stabmesser nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Hauptfreifläche (A) und eine Nebenfreifläche (B) umfasst, die mit der Spanfläche (C) eine Hauptschneide (4) bzw. eine Nebenschneide begrenzen, wobei die Nebenfreifläche (B) mit einer ähnlichen Fase (7) und einer ähnlichen Krümmung wie die Hauptfreifläche (A) versehen ist.
Stabmesser nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptfreifläche (A) und/oder die Nebenfreifläche (B) einen vorstehenden Teil (E) aufweist, der mit der gleichen Fase und Krümmung wie die Haupt- bzw. Nebenfreifläche (A, B) ohne vorspringenden Teil (E) versehen ist.