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Die Erfindung betrifft ein Räumwerkzeug zum gleichzeitigen Räumen
aller Zahnlücken einer inneren oder äußeren zylindrischen Verzahnung, bei dem die
hintereinander angeordneten Schneidzahnkränze, von denen jeweils mindestens zwei
gleichzeitig am Werkstück angreifen, verschiedene Gruppen bilden, von denen eine
die Flanken und eine andere nur einen anderen Teil des Profils der Werkstückzähne
formt.
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Im Gegensatz zu einem Fräser oder Messerkopf, von dem in jedem Augenblick
im wesentlichen nur ein einziger Zahn einen Span vom Werkstück abnimmt, greift bei
einem Räumwerkzeug der beschriebenen Gattung immer ein sich über den ganzen Umfang
erstreckender' Zahnkranz am Werkstück an. Während beim Fräsen die gegenseitige .Zuordnung
des Werkstücks zum Fräser von vornherein genau festgelegt ist, beispielsweise dadurch,
daß das Werkstück an einer starren Welle oder-Aufspannplatte und der Fräser an einer
ebenfalls möglichst starren Spindel befestigt ist, müssen sich beim Räumen das Werkstück
und das Werkzeug selbst in Bezug aufeinander ausrichten. Das Räumwerkzeug muß daher
so ausgebildet sein, daß die radialen Schnittkraftkomponenten sich gegenseitig aufheben,
damit das gewünschte Profil an der richtigen Stelle des Werkstücks entsteht.
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Bei einem Räumwerkzeug zum gleichzeitigen Räumen aller Zahnlücken
einer Stirnverzahnung tritt außerdem das Problem auf, daß der Teilkreis der geräumten
Verzahnung mit dem Kopfkreis und dem Fußkreis genau konzentrisch sein soll. Diese
Forderung wird dadurch zum Problem, daß die in einer bestimmten radialen Ebene angeordneten
Schneidzähne des Räumwerkzeugs nicht gleichzeitig an den Zahnflanken, den Zahnkopfflächen
und/oder am Zahnlückengrund einen Span abheben können; der auf diese Weise entstehende
Span hätte einen abgeyvinkelten Querschnitt und somit eine erhöhte Biegefestigkeit,
die eine einwandfreie Spanbildung und -abfuhr behindern würde. Es ist daher notwendig
und üblich, den Zerspanungsvorgang aufzuteilen, indem man bestimmte Schneidzähne
des Räumwerkzeugs nur an den Zahnflanken, andere Schneidzähne nur an den Zahnköpfen
und gegebenenfalls weitere Schneidzähne nur am Zahnlückengrund angreifen läßt.
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Die erforderliche Konzentrizität zwischen dem Teilkreis, dem Kopfkreis
und dem Fußkreis einer am Werkstück entstehenden Verzahnung soll mit einem bekannten
Räumwerkzeug dadurch erreicht werden, daß die zuerst am Werkstück angreifenden Schneidzahnkränze,
die als ununterbrochene Kreisringe ausgebildet sind, die mehr oder weniger genau
vorgearbeiteten Zahnkopfflächen gleich zu Beginn des Räumvorgangs fertig bearbeiten,
so daß das Räumwerkzeug auf das Werkstück zentriert ist, ehe eine nachfolgende Gruppe
von Schneidzahnkränzen, die nur die Zahnflanken des Werkstücks bearbeiten, in Eingriff
kommt. Während diese zweite Gruppe von Schneidzahnkränzen noch am Werkstück angreift,
kommt eine dritte Gruppe von Zahnkränzen, die nur den Zahnlückengrund bearbeiten,
mit dem Werkstück in Eingriff, nachdem die Zahnkränze, von denen die Zahnkopfflächen
bearbeitet worden sind, das Werkstück verlassen haben. Die Anordnung der Zahnkränze
in Gruppen, die aus lauter gleichartigen, allmählich größer werdenden Zahnkränzen
bestehen, ist im Hinblick auf die Herstellung des Räumwerkzeugs die nächstliegende
Anordnung.
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Es wurde indessen festgestellt, daß bei einem Räumwerkzeug, bei dem
die einander in ihrer Funktion entsprechenden Zahnkränze gruppenweise hintereinander
angeordnet sind, Exzentrizitäten zwischen dem durch die Lage der Zahnflanken des
Werkstücks bestimmten Teilkreis und dem Kopfkreis und/oder dem Fußkreis der am Werkstück
entstehenden Verzahnung immer wieder in störendem Maß auftreten. Daraus ergibt sich
die Erfindungsaufgabe, mit einem Räumwerkzeug zum gleichzeitigen Räumen aller Zahnlücken
einer inneren oder äußeren Stirnverzahnung eine genauere Konzentrizität des Teilkreises
mit dem Kopf- und/oder Fußkreis zu erzielen.
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Diese Aufgabe ist bei einem Räumwerkzeug der eingangs beschriebenen
Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Räumwerkzeug einen die vorgeformten
Werkstückzähne fertig bearbeitenden Abschnitt aufweist, in dem Kränze der ersten
Gruppe mit nur die Zahnflanken bearbeitenden Schneidzähnen sowie Kränze einer zweiten
Gruppe mit nur die Zahnfüße bearbeitenden Schneidzähnen und/oder Kränze, die nur
die Zahnköpfe bearbeiten, einander derart abwechseln, daß ständig mindestens zwei
Kränze, die verschiedenen Gruppen angehören, gleichzeitig am Werkstück angreifen.
Die bisher bei Räumwerkzeugen üblichen geschlossenen Gruppen gleichartiger Zahnkränze
sind somit derart aufgelöst, daß kein Schneidzustand eintreten kann, bei dem am
Werkstück nur Zahnkränze angreifen, die einer und derselben Gruppe angehören.
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Diese Anordnung verbessert die Konzentrizität der Werkstückverzahnung,
denn je mehr verschiedenartige Schneiden des Werkzeugs gleichzeitig mit dem Werkstück
im Eingriff stehen, um so geringer kann die Auswirkung von an gleicher Art von Schneiden
vorhandenen Fehlern sein.
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Die bekannte Notwendigkeit der Spanaufteilung konnte die erfindungsgemäße
Anordnung auch nicht nahelegen, da sich ein hinsichtlich der Spanbildung befriedigender
Zustand auch bei der bekannten Anordnung ergibt, bei der zuerst die Zahnkopfflächen
mit mehreren unmittelbar aufeinanderfolgenden Schneiden fertig bearbeitet werden
und dann erst, ebenfalls mit mehreren unmittelbar aufeinanderfolgenden Schneiden,
die Zahnflanken. Hierbei haben die Schneiden zumindest am Zahnkopf einen freien
Auslauf, so daß Späne mit abgewinkeltem Querschnitt nicht entstehen können. Entsprechende
Verhältnisse lassen sich am Zahnfuß in bekannter Weise, z. B. durch vorhergehende
Tieferlegung des Lückengrundes, erreichen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Räumwerkzeugs
wechseln die Kränze einander derart ab, daß ständig mindestens je ein Kranz der
drei Gruppen am Werkstück angreift.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn je zwei aufeinanderfolgende Kränze
mit nur die Zahnflanken bearbeitenden Schneidzähnen durch nicht mehr als je einen
Kranz der beiden anderen Gruppen voneinander getrennt sind.
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Schließlich ist es vorteilhaft, wenn die nur die Zahnflanken bearbeitenden
Schneidzähne je zwei Schneidkanten aufweisen, mit denen sie gleichzeitig an beiden
eine Zahnlücke begrenzenden Zahnflanken angreifen.
Die Erfindung
wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine Seitenansicht einer Räumnadel zum Räumen
von Innenverzahnungen, F i g. 2 einen vergrößerten Längsschnitt durch das hintere
Ende der Räumnadel, F i g. 3 einen noch weiter vergrößerten Ausschnitt aus F i g.
2, F i g. 4 einen Querschnitt in der Ebene 4-4 in F i g. 2 und F i g. 5 die Aufeinanderfolge
der von der Räumnadel gemäß F i g. 1 bis 4 an einer vorgeräumten Zahnlücke ausgeführten
Schnitte in noch weiter vergrößertem Maßstab.
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Die in F i g. 1 insgesamt dargestellte und mit 11
bezeichnete
Räumnadel dient zum Schruppen und Fertigbearbeiten einer von einem anderen Schruppwerkzeug
vorgearbeiteten Innenverzahnung eines Werkstücks. Die Räumnadel 11 weist
vorn einen Kopf 13 auf, mit dem sie sich an einer Räummaschine anhängen läßt. An
den Kopf 13 schließt sich ein zum Schruppen dienender Abschnitt 14 an, der einen
Satz von beispielsweise zehn ringförmigen Messern mit stufenweise zunehmendem Durchmesser
aufweist. Auf die Messer 16 folgt ein Satz von beispielsweise siebzig Messern 18,
von denen jedes derart unterbrochen ist, daß es getrennte Schneidzähne 20 bildet;
die Höhe der Schneidzähne nimmt von vorn nach hinten von einem Messer zum nächsten
zu. Die Schneidzähne 20 sind, je nachdem, ob die Räumnadel zur Herstellung von gerade-
oder schrägverzahnten Werkstücken dient, in axialer Fluchtung oder auf Schraubenlinien
hintereinander angeordnet. In beiden Fällen werden im folgenden einander entsprechende
Zähne als Längsrichtung hintereinanderliegend bezeichnet.
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An den Schruppabschnitt 14 der Räumnadel 11 schließt sich ein zylindrischer
Dorn 22 an, auf den ein ebenfalls zylindrischer Abschnitt 24 von kleinerem Durchmesser
folgt. Unmittelbar hinter dem letzten in F i g. 2 mit 30 bezeichneten gezahnten
Messer des Schruppabschnitts 14 ist eine nach hinten weisende Schulter 34 ausgebildet,
hinter der einander diametral gegenüberliegende achsparallele Abflachungen 36 vorgesehen
sind, so daß nur in den beiden dazwischenliegenden, einander diametral gegenüberstehenden
Abschnitten 38 ein Durchmesser erhalten bleibt, der größer ist als derjenige des
zylindrischen Dorns 22.
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Auf dem Dorn 22 ist eine für die Fertigbearbeitung vorgesehene gezahnte
Hülse 40 befestigt. Die Hülse 40 liegt mit ihrer vorderen Stirnfläche an
der Schulter 34 an und ist gegen axiale Verschiebung nach hinten durch ein ebenfalls
hülsenförmiges Halte- ; teil 42 gesichert, das seinerseits durch Madenschrauben
41, die in Ringnuten 39 eingreifen, auf dem Abschnitt 24 der Räumnadel befestigt
ist.
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Die Hülse 40 weist gemäß F i g. 2 und 3 verschiedene Gruppen von Schneidzahnkränzen
auf, nämlich Schneidzahnkränze 44 mit an ihrer Oberseite schneidenden Zähnen 46,
Schneidzahnkränze 48 mit seitlich schneidenden Zähnen 50 und Schneidzahnkränze 52,
die je einen einzigen, ununterbrochenen ringförmigen Zahn bilden. Die Zähne 46 und
50 sind an ihrer Oberseite bzw. seitlich hinterschliffen und liegen axial oder längs
Schraubenlinien hintereinander, je nachdem, ob die am Werkstück herzustellende Verzahnung
eine Geradverzahnung oder eine Schrägverzahnung ist. Die Hülse 40 weist eine in
den Zeichnungen nicht sichtbare, sich diametral über ihre vordere Stirnfläche erstreckende
Nut auf, in die die beiden paßfederartigen Abschnitte 38 zwischen den Abflachungen
36 eingreifen. Der Innendurchmesser der Hülse 40 ist im mittleren Bereich 56 vergrößert,
so daß zwischen dem Dorn 22 und der Hülse im mittleren Bereich ein Ringspalt 58
frei bleibt. An den Enden der Hülse 40 ist ihr Innendurchmesser dagegen dem Durchmesser
des Dorns 22 eng angepaßt, so daß Führungsflächen 60 und 62 gebildet sind, die eine
genaue Zentrierung der Hülse in bezug auf den Dorn 22 und somit auf den Schruppabschnitt
14 der Räumnadel gewährleisten.
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Das Halteteil 42, das mit seiner vorderen Stirnfläche 64 an der hinteren
Stirnfläche 66 der Hülse 40
anliegt, weist zwei Innenzylinderflächen 70 und
72 auf, die mit enger Passung auf den Endabschnitt 24 der Räumnadel aufgeschoben
sind.
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Die Hülse 40 könnte, anstatt in der beschriebenen Weise auf dem Dorn
22 mit enger Passung gehalten zu sein, auch schwimmend gelagert sein. Statt dessen
können die Zähne 46, 50 und 52 auch unmittelbar am hinteren Ende einer massiven
einteiligen Räumnadel ausgebildet sein; in jedem Fall muß dafür gesorgt sein, daß
die Fertigbearbeitungszähne 46 und 50 sich axial bzw. längs einer Schraubenlinie
an die entsprechenden Zähne des Schruppabschnitts 14 anschließen.
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Auf jeden Schneidzahnkranz 44 mit an der Oberseite schneidenden Zähnen
46 folgt gemäß F i g. 2 und 3 unmittelbar ein Schneidzahnkranz 48 mit seitlich
schneidenden Zähnen 50, und an diesem Zahnkranz schließt sich jeweils ein ringförmiges
Messer 52 an. Die axialen Abstände zwischen den einzelnen Schneidzahnkränzen der
für die Fertigbearbeitung vorgesehenen Hülse 40 sind erheblich kleiner als die halbe
Dicke des Werkstücks, für das die Räumnadel vorgesehen ist. Auf diese Weise ist
sichergestellt, daß in jedem Augenblick mindestens je ein Schneidzahnkranz der drei
verschiedenen Arten 44, 48 und 52 am Werkstück angreift. Wenn besonders
dünne Werkstücke bearbeitet werden sollen, spannt man mehrere solche Werkstücke
derart zusammen, daß sie sich wie ein einheitliches Werkstück bearbeiten lassen.
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In F i g. 5 ist der Umriß einer vom Schruppabschnitt 14 der Räumnadel
11 oder einem gesonderten Schruppwerkzeug bearbeiteten Zahnlücke vor der Fertigbearbeitung
dargestellt: Die Zahnflanken sind mit S, der Zahnlückengrund ist mit R und die Zahnkopfflächen
sind mit C bezeichnet. Die einzelnen Stufen des Schruppvorganges, durch den diese
Zahnlücke entstanden ist, sind mit Linien B angedeutet. Bei der Fertigbearbeitung
soll weiterer Werkstoff von den Flächen C, R und S derart abgetragen werden, daß
die drei Arten von Flächen nach ihrer Fertigstellung möglichst genau konzentrisch
sind. Dies geschieht dadurch, daß im dargestellten Beispiel als erstes ein Schneidzahnkranz
48 mit seitlich schneidenden Zähnen 50, wie mit der Linie 1 in F i g. 5 angedeutet,
Werkstoff nur an den beiden ihm benachbarten Zahnflanken abträgt, wobei der Kopf
dieses Zahns, abgesehen von kleinen Schulterflächen l a,
das Werkstück
nicht berührt. Der nächste Schnitt wird mit einem ununterbrochenen Schneidkranz
52 ausgeführt, der längs der Linie 2 am Werkstück angreift. Der hierauf folgende
Schnitt wird am Zahnlückengrund längs der Linie 3 von einem nur mit
seinem
Kopf schneidendem Zahn 46 des ersten Schneidzahnkranzes 44 ausgeführt. Dieser
Zahn 46
ist etwas schmaler als der vorangegangene seitlich schneidende Zahn
50, so daß auf beiden Seiten des Zahns 46, mit Ausnahme vernachlässigbar
kleiner Schulterflächen 3 a, ein Zwischenraum frei bleibt. Die Zähne der nachfolgenden
Schneidzahnkränze sind so ausgebildet und angeordnet, daß sie nacheinander seitliche
Schnitte längs der Linie 4, kreisrunde Schnitte längs der Linie 5, Schnitte am Zahnlückengrund
längs der Linie 6, dann wieder seitliche Schnitte längs der Linie 7, kreisrunde
Schnitte längs der Linie 8, Schnitte am Lückengrund längs der Linie 9, erneut seitliche
Schnitte längs der Linie 10 usw., ausführen. Die seitlichen Schnitte 1, 4, 7 und
10 erstrecken sich annähernd über die gesamte Tiefe der jeweils ausgearbeiteten
Zahnlücke, wodurch die Zahnflanken des Werkstücks glatt und genau bearbeitet werden.
Wenn man die seitlichen Schnitte jeweils mit S, einen Schnitt am Zahnkopf des Werkstücks
mit C und einen Schnitt am Zahnlückengrund jeweils mit R bezeichnet, dann ergibt
sich gemäß vorstehendem die Schnittreihenfolge SCRSCRSCRS. Diese Reihenfolge braucht
nicht genau eingehalten zu werden;, im wesentlichen das gleiche Ergebnis erzielt
man auch mit einer Reihenfolge SRCSRCSRC usw. An Stelle eines seitlichen Schnitts
S kann auch ein Schnitt R am Zahnlückengrund oder ein Schnitt C am Zahnkopf des
Werkstücks der erste Schnitt sein. Wenn die axialen Abstände zwischen den einzelnen
Schneidzahnkränzen bei gegebener Dicke des Werkstücks nicht zu groß sind, kann sich
auch die Schnittfolge SRCRCSRC oder die Schnittfolge SCRCRSCR als brauchbar erweisen;
es kommt in erster Linie darauf an, daß mindestens zwei Schneidkränze verschiedener
Art gleichzeitig am Werkstück angreifen.
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In entsprechender Weise wie bei der im vorstehenden beschriebenen
Räumnadel sind die Zähne bei einem topfförmigen Räumwerkzeug anzuordnen, wenn ein
außenverzahntes Werkstück bearbeitet werden soll.