DE2231518C3

DE2231518C3 - Zahnradförmiges Werkzeug zum Feinbearbeiten oder Glätten von Zahnflanken

Info

Publication number: DE2231518C3
Application number: DE19722231518
Authority: DE
Inventors: Herbert 8000 Muenchen Loos
Original assignee: Individual
Current assignee: Gleason Hurth Tooling GmbH
Priority date: 1972-06-28
Filing date: 1972-06-28
Publication date: 1975-06-12
Also published as: DE2231518B2; DE2231518A1; JPS5721225A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf den Gegenstand des Hauptpatentes 2 119 054, wie er im Oberbegriff des Hauptanspruchs beschrieben ist.

Wenn im Oberbegriff angegeben ist, daß sich die Erfindung nur auf solche Werkzeuge bezieht, bei denei die Nutränder auf den Flanken von weniger als ein Drittel der Gesamtzähnezahl des Werkzeugs von Zahn zu Zahn in seitlichen Schritten gleicher Länge angeordnet sind, so soll damit zum Ausdruck gebracht werden, daß sich die Erfindung nicht auf Werkzeuge bezieht, bei denen die Nuten auf über ein Drittel der Gesamtzähnezahl von Zahn zu Zahn einer Schraubenlinie folgen. Die Achsen von Werkstück und Werkzeug können sich im Abstand kreuzen, wie beim Zahnradschaben, sie können auch parallel gerichtet sein, wie beim Zahnradrollen.

Der Zweck eines solchen Werkzeugs besteht darin, mittels der Nutränder, die bei Schneidwerkzeugen Kanten bilden oder beim Zahnradrollen mit den vor-518

tretenden Flankenteilen an den Werkstückzahn flanken Oberflächen möglichst hoher Qualität zu er

zeugen. .

Dem Hauptpatent liegt das Problem zugrunde, ein System der Nutung von verzahnten Werkzeugen zu erstellen, bei denen zur Auslegung des Werkzeugs keine Beschränkungen der Werkzeugzähnezahlen vorhanden sind, wobei zu gewährleisten ist, daß sich auf jeder Werkstückzahßflanke die einzelnen Span abnahmen geordnet aneinanderreihen. Daraus ist ab zuleiten, das Werkzeug so zu gestalten, daß die Bemessung der Schritte der versetzten Nuten, das ist ζ B beim Zahnradschaben der Abstand eines Schnittes auf einer Werkstückflanke bis zum nächsten bzw. folgenden Schnitt auf der gleichen Flanke, frei wählbar ist.

Das dem Hauptpatent zugrunde liegende Problem wurde dadurch gelöst, daß die Nutenränder auf solchen Werkzeugzahnflanken, die jeweils im Abstand der Werkstückzähnezahl fortlaufend aufeinanderfolgen, seitlich um einen Schritt frei wählbarer gleicher Länge versetzt sind, wobei diese Zahnfoigc gegebenenfalls mehrmals um den Umfang des Werkzeuges fortläuft, derart, daß alle Werkzeugzähne Nuten aufweisen, wobei die Schrittlänge zwischen dem ersten und dem letzten Zahn der Zahnfolge größer oder kleiner als die Schrittlänge zwischen den übrigen Zähnen ist. Die Vorteile des Werkzeugs nach dem Hauptpatent liegen nicht in seiner Wirkung auf das Werkstück, sondern in seiner wirtschaftlichen Herstellbarkeit. Es können nämlich Werkzeuge mit genormten Zähnezahlen vorgefertigt werden. Die freie Wählbarkeit der Schritte ermöglicht die Anpassung an den Werkstoff des Werkstücks und an den Achskreuzwinkel.

Es ist bereits ein für die Bearbeitung eines bestimmten Zahnrads durch Abwälzen mit gekreuzten Achsen geeignetes Schabrad bekannt, dessen Zähne mit einer Vielzahl von Schneidkanten bildenden Schnddnuten versehen sind, die auf den aufeinanderfolgenden Zähnen Schraubenlinien folgend angeordnet sind. Bei diesem Schabrad sind die Zähne in Gruppen zusammengefaßt, die Schraubenlinien mi verschiedenen Steigungswinkeln aufweisen. Mit diesen Schabrädern ist ein gewisser Schrupp-Schlicht Effekt erzielbar; doch ist die Herstellung derartiger! Werkzeuge dadurch behindert, daß die Zähnezahi an die in der Werkstätte befindlichen Teilscheiben gebunden ist (DT-PS 1 202 096).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die| Vorteile des Werkzeugs nach dem Hauptpatent mil dem Vorteil des bekannten Schabrads zu vereinigen d. h., es soll ein zahnradförmiges Werkzeug erstell· werden können, mit dem einerseits eine Art Schrupp-Schlicht-Effekt erzielt werden kann, das aber andererseits nicht der oben geschilderten Beschränkung bei der Herstellung unterliegt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird, mit einem Werkzeug gelöst, das die Merkmale de Anspruch 1 aufweist. Die Erfindung hat auch derj Vorteil, daß die Oberflächenqualität der Werkstück zahnflanke verbessert wird.

Die Oberflächengüte der Werkstückzähne kanrl noch mit einem Werkzeug gesteigert werden, ^ auch die Merkmale des Anspruchs 2 aufweist.

Zürn einschlägigen Stand der Technik wird nod die deutsche Patentschrift 1 152 595 genannt, mit dei bereits ein für die Bearbeitung eines bestimmter

Zahnrads durch Abwälzen mit gekreuzten Achsen geeignetes Schabrad bekanntgeworden ist, dessen Schneidnuten auf den aufeinanderfolgenden Zähnen Schraubenlinien mit einer Ganghöhe siner Nutenteilung oder einem ganzen Vielfachen davon bildend angeordnet sind, und zwar so, daß ein Längenabschnitt dieser Schraubenlinie, der der Steigung im Betrag eines ganzen Vielfachen (einschlief Hch I) einer Nutenteilung entspricht, nach einem »Gruppenzähnezahh genannten Teil der Schabradzähnezahl durchmessen ist, der mit der Werkstückzähnezahl keinen gemeinsamen Teiler hat, wobei die Schabradzähnezahl ein »anees Vielfaches der Gruppenzähnezahl ist. Es ist auch bekannt, ein ganzes Vielfaches oder einen ganzen Teiler der Gruppenzähnezahl um 1 von der Werkstückzähnezahl abweichend zu bemessen. Hierdurch wird erreicht, daß sich auf den Werkstückzahnflanken die Schabspäne, lückenlos aneinanderreihen. Auch bei dieser Gestaltung des Schabrads ist die Wahl der Werkzeugzähnezahl be- ao schränkt, d. h., die Werkstückzähnezahl schreibt eine Auswahl von Werkzeugzähnezahlen vor, was für die Werkzeugherstellung, insbesondere auch hinsichtlich der Lagerhaltung, von Teilscheiben, hinderlich sein kann (DT-PS 1 152 595). »5

Bei einem anderen bekannten Schabrad sind für den Längenbetrag einer Nutenteilung von einer Schneidkante bis zur auf der gleichen Zahnflanke benachbarten Schneidkante mindestens drei Ebenen nebeneinander vorgesehen, denen jeweils eine Gruppe von Zähnen zugeordnet ist, deren Schneidkanten in diesen Ebenen liegen, wobei die Gruppenzähnezahlen ein ganzer Teiler der Schabradzähnezahl und die Schabradzähnezahl ein ganzes Vielfaches der Werkstückzähnezahl ist. Es sollte jedoch vermieden werden, daß Werkzeug und Werkstück gleiche Teile für die Zähnezahlen haben, damit sich eventuell Fehler der Werkzeugzähne nicht durch Wiederholung auf bestimmten Werkstückzähnen verstärken (DT-PS 1 271 508).

Da die Beschränkung der Zähnezahlen für die Fertigung des Werkzeugs hinderlich ist, wurde bereits bei bekannten Schabrädern zwischen den Gruppen eine Anzahl von Zähnen eingefügt, denn Schneidriuten beliebig angeordnet sind. So können / B. bei Schab- +5 rädern mit kl Schraubenlinien angeordneten Nuten zusätzliche Zähne vorgesehen sein, deren Nuten mit denen eines benachbarten Zahns in einer Ebene liegen. Diese Gestaltung stellt zwar eine Ergänzung zu den oben geschilderten Werkzeugen dar, gibt aber ebenfalls keine völlige Freiheit in der Wahl der Werkzeugzähnezahl (DT-PS 1 199 101, 1 288 406). Mit allen Werkzeugen des zuletzt genannten Stands der Technik ist der obenerwähnte, einem Schrupp-Schlicht-Verfahren ähnelnde Effekt nicht erzielbar.

Die Erfindung wird an Hand eines mit den F i g. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.

F i g. 1 zeigt die Paarung eines Werkstücks mit einem zahnradartigen Werkzeug von einer Stirnseite;

Fig.2 zeigt das Werkstück-Werkzeugpaar nach 6_U Fig. 1, dessen Achsen sich kreuzen. Die Anordnung der Nuten in den Werkzeugzähnen zeigt keine Einzelheiten der Erfindung;

F i g. 3 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Zahn eines Werkzeugs nach der Erfindung von einer Stirnseite;

Fig.4 zeigt schematisch in großem Maßstab die Folge von Schrupp- und Schlichtschnitten entsprechend der Erfindung. Es ist ein Teil nur einer Zahnseite des Werkstücks dargestellt;

F i g. 5 zeigt schematisch die Anordnung der Vertiefungen, hier Nuten, bzw. der Übergänge oder Nutränder, hier Kanten, auf einem zahnradartigen Werkzeug nach der Erfindung. Das Schema stellt ein abgewickeltes Werkzeug dar; von jedem Zahn ist nur immer eine Flanke als Schnitt entsang der Linie VI-Vl in F i g. 3 gezeichnet.

Um das Verständnis der folgenden Beschreibung zu erleichtern, wird eine Definition der Symbole und eine Zusammenstellung der benutzten Beziehungen vorangestellt.

Z₁ = Zähnezahl des Werkstücks, gleichzeitig Ordnungszahlen der Zähne.

Z₂ = Zähnezahl des Werkzeugs.

z./ = Anzahl der Zähne auf dem Werkzeug, jeweils gezählt vom Zahn 1 ab, die beim Abwälzen des Werkstücks auf dem Werkzeug zurückgelegt sind, wenn beispielsweise der Zahn 1 des Werkstücks das Werkzeug n-mal berührt hat. Gleichzeitig die Ordnungszahl für die Werkzeugzähne, die nacheinander einen bestimmten Werkstückzahn, z. B. Zahn 1 berühren.

g = Anzahl der Gruppen (Ebenen) = Anzahl der Schritte t, die in einer Teilung T oder einem ganzen Vielfachen davon aufgehen, s. die entsprechende Gleichung am Anschluß an, diese Liste der Definitionen.

η = Anzahl der Berührungen eines bestimmten Werkstückzahns, ζ. B. des Zahns 1.

r = Ordnungsnummer der Ebenen, in denen die in Schritten t gestaffelten Übergänge oder Nutränder (Kanten der Nuten) liegen, gleichzeitig Ordnungsnummer der Erzeugungsgruppe.

T — Nutenteilung = Entfernung eines Übergangs oder Nutrandes (Kante) von dem nächsten gleichliegenden Übergang auf der gleichen Zahnflanke.

t = Schritt = Entfernung (parallel zur Längserstreckung der Zähne gemessen) des Übergangs oder Nutrandes (Kante) eines Werkzeugzahns, z. B. 1', der mit einem bestimmten Werkstückzahn, z. B. 1, kämmt, von dem nächsten gleichliögenden Übergang oder Nutrand (Kante) des Werkzeugzahns, z. B. 5' in F i g. 5, der beim Abwälzen das nächste Mal mit dem gleichen Werkstückzahn, ζ. Β 1, zusammentrifft. Abstand eines Schnittes (beim Zahnradschaben) vom benachbarten Schnitt auf der gleichen Werkstückflanke.

Es gelten folgende Beziehungen:

g =

Z₂' = z,(/i- 1) + 1 -A-z.,. A = lL(„_i)

ist auf die nächstniedrigere ganze Zahl, O, 1, 2 ... ab- Schreibung zu gleichen sogenannten Erzeugungsgrup-

zurunden. pen. Die Nuten aller Zähne, die zur gleichen Erzeugungsgruppe gehören, werden mit der gleichen Ein-

(n \ ... stellung des Werkzeugs, z. B. Kammstahl, einge-

Y - Bj-8, V) j arbeitet.

' Das Schema nach F i g. 5 zeigt ein Werkzeug mit

_ η — 0,01 Z₂ = 11 Zähnen, das auf einem Werkstück mit

"^ Z₁ = 4 Zähnen abwälzt. Die Ordnungszahlen der

Zähne sind in zwei Kolonnen auf der linken Seite

ist auf die nächstniedrigere ganze Zahl, 0, 1, 2... ab- ^{10 des Sch}f^{mas unter}„fi = Werkstück und V= Werk-

zurunden ^zeu*= ^ai"S^etra8^en· Waagerecht neben den Ordnungszahlen sind die zugehörigen Werkzeugzahnflanken

Die Ziffern 1 bis 30 sind keine Bezugszifiem, son- schematisch eingezeichnet bzw. jeweils mehrere Nut-

dern Ordnungszahlen, beispielsweise zum Bezeichnen ränder oder Kanten dieser Flanken. Am Kopf und im

der Folge der Zähne. »5 oberen Drittel des Schemas sind die Ebenen, in denen

Die F i g. 1 und 2 zeigen schematisch den Eingriff die Nutränder liegen, gleichzeitig Ordnungsnummer

eines Schabrads 31 in ein Zahnrad 32, das von dem der Erzeugungsgruppen, beziffert. Die Ziffern 211,

Schabrad zu bearbeiten ist. Die Achsen 33, 34, um 212, 213 bezeichnen die Ebenen oder Erzeugungs-

die sich die Elemente drehen, kreuzen sich in einem gruppen für das Schruppen, die Ziffern 221 bis 224

Abstand, wodurch sich beim Abwälzen eine Längs- »o die für das Schlichten.

gieitung beispielsweise in Richtung des Pfeils 35 der Die Betrachtung geht aus von einem Zusammen-Schabradzahnflanke relativ zur Zahnradzahnflanke treffen des Werkstückzahns ζ, = 1 mit dem Werkergibt. Die Zähne des Schabrads sind an den Flanken zeugzahn Z₂ = V bei einer Lage des Nutrandes oder mit einer Anzahl von Nuten 36 versehen, deren Nut- der Kante 240 in der ersten Erzeugungsgruppe, d. h., ränder Kanten 240 bis 250 bilden, die infolge der »5 die Flanke des Werkstückzahns 1 wird von der Kante Längsgleitung Späne abnehmen. In F i g. 1 sind die 240 in der Ebene der Erzeugungsgruppe 211 bearbeigenannten Nuten nicht eingezeichnet, dagegen aber tet. Wenn man davon ausgeht, daß der Zahn Z₁ = 1 in F i g. 2 und gestrichelt in Fig. 3, die einen das nächste Mal so zu bearbeiten ist, daß sich der Zahn des Schabrads zeigt. Es ist kein Längsvorschub zweite Schnitt lückenlos an den ersten Schnitt anreiht, des Werkzeugs relativ zum Zahnrad vorhanden 30 dann muß der Werkzeugzahn Z₁ == 1 das zweite Mal (Tauchschaben). Damit nicht die Kanten aller Werk- mit einer Kante 241 bearbeitet werden, die um einen zeugzähne stets die gleichen Flankenteile des Zahn- Schritt i, neben der ersten Kante 240 liegt, d. h., die rads bearbeiten, dagegen andere Partien überhaupt Kante 241 des Werkzeugzahns
nicht, sind die Kanten nach der Erfindung angeord- _z ^r = \ + _z =1 + 4 = 5'
net, wie im folgenden beschrieben wird. Für Werk- 35 ² *

zeuge zur spanlosen Formung von Zahnfianken gilt liegt in der Erzeugungsgruppe 212 des Schruppbe-

im wesentlichen das gleiche Prinzip. reiches. Das dritte Mal muß der Werkstückzahn 1 mit

F i g. 4 zeigt einen Teil eines Längsschnittes durch einer Kante 242 bearbeitet werden, die in der Ereine Flanke eines Werkstückzahns 237. Auf dieser zeugungsgruppe 213 liegt, die um einen weiteren Flanke werden zunächst Schnitte ausgeführt, die 40 Schritt J₁ neben der vorgenannten Erzeugungsgruppe einen Abstand i_t haben, was bei der üblichen span- liegt. Die Kante liegt auf dem Werkzeugzahn
abhebenden Bearbeitung einem Vorschub dieser ^, _ j _{+ z +z} _ j 1 4 1 4 _ y
Größe entsprechen würde. Sind alle Zahnflanken des - 1 1

Werkstücks ein- oder mehrmals so bearbeitet, dann Mit dem nächsten Schritt t_x ist die gesamte Nutteilung

werden Schnitte überlagert, die den kleineren Ab- 45 abgedeckt.

stand r₂ haben, entsprechend einem kleineren Vor- Dieser Serie von Schruppschnitten soll erfindungs-

schub. Bei diesem Schlichtvorgang werden die Spit- gemäß ein Schlichtvorgang folgen. Beim weiteren

zen 238 der Vorschubmarkierungen aus dem vorher- Abwälzen trifft der Werkstückzahn 1 auf

gehenden Schruppvorgang fortgenommen. z.= l + 4 + 4-t-4 = 13

In Fig.5 sind die Zähne eines Ausführungsbei- 50 ^

spiels für das beschriebene Schrupp-Schlicht-Ver- Da diese Summe über die Gesamtzähnezahl de« fahren abgewickelt in vergrößertem Maßstab aufge- Werkzeugs hinausgeht, ist um die gesuchte Ordnungstragen. Es ist von jedem Zahn lediglich eine Flanke zahl des Werkzeugzahns zu erhalten, die Zähnezah! gezeichnet, entsprechend der Schnittlinie VI-VI in des Werkzeugs abzuziehen. Es ist also
Fig.3. Die gleichliegenden Nutränder oder Kanten 55 ζ ' = 13 — 11 = 2'
haben auf der gleichen Flanke eine Entfernung T ²

(Nutenteilung genannt) voneinander. Auf den ver- Die Kante 243 dieses Werkzeugzahns liegt, da eint

schiedenen Zähnen sind die Nuten so angeordnet, neue Operation beginnen soll, in der ersten Ebene

daß die Nutränder oder Kanten 240, 241, 242 gegen- des Schlichtvorgangs, die mit 221 bezeichnet ist

einander versetzt sind. Die kürzeste Entfernung zwi- 60 Diese Ebene kann mit der ersten Ebene des Schrupp

sehen zwei gleichliegenden Kanten von Werkzeug- Vorgangs zusammenfallen, sie kann aber auch dazi

zähnen, die mit einem bestimmten Werkstückzahn zu- versetzt liegen, was eventuell der Oberflächengüte

sammenwirken, wird Schritt t genannt. Die Nuten förderlich sein kann. Allgemein errechnet sich di<

bzw. Kanten sind auf den Zähnen so verteilt, daß Ordnungszahl der Werkzeugzähne, die jeweils mi

innerhalb einer Nutenteilung T die Kanten in einer 65 dem gleichen Werkstückzahn berührt werden, nacl

vorbestimmten Anzahl von Schritten verteilt sind. Die der eingangs angegebenen Gleichung (2). Die zweit·

Zähne, deren Nutränder oder Kanten in gleicher Kante 244 der Schlichtoperation, die den Werkstück

Ebene liegen, gehören nach der Definition dieser Be- zahn z, = 1 bearbeitet, liegt auf dem Werkzeug

zahn 6', und zwar in der Erzeugungsgruppe 222, deren Ebene von der Ebene 221 um den Schritt i₂ entfernt liegt. Λ, ist, wie oben ausgeführt wurde, kleiner als I₁.

Es folgen Kante 245 des Zahns 10' in Ebene 223, Kante 246 des Zahns 3' in Ebene 224.

Mit dem nächsten Schritt ist eine Nutteilung T geschlichtet. Im Beispiel wird eine zweite Serie von Schlichtschnitlen angeschlossen, diese beginnt mit der Kante 247. Im Beispiel liegen die Kanten 243 und 247 in der gleichen Ebene. Da beide zu Schlichtoperationen gehören, kann es mit dem Ziel einer Oberflächenverbesserung zweckdienlich sein, die mit Kante 247 beginnende Serie gegenüber der Serie 243 bis 246 etwas, z. B. um t/2, zu versetzen. Es ergibt sich nachstehende Folge: Kante 247 des Zahns T in Ebene 221, Kante 248 des Zahns 11' in Ebene 222, Kante 249 des Zahns 4' in Ebene 223, Kante 250 des Zahns 8' in Ebene 224. Damit sind alle Zähne des Werkzeugs zur Bearbeitung herangezogen worden. Bei der nächsten Umdrehung beginnt die Bearbeitung wieder mit dem Schruppvorgang.

Der beschriebene Zyklus von 11 Werkstückumdrehungen oder 4 Werkzeugumdrehungen besteht aus einem Schrupp- und zwei Schlichtvorgängen. Es kann selbstverständlich jede andere Kombination gewählt werden. Für das Zahnradrollen mit genuteten Werkzeugen kann es vorteilhaft sein, zuerst mit kleinen Schritten zu arbeiten und diesen die Operation mit den großen Schritten anzuschließen. Da aber praktisch stets mit einer größeren Anzahl von Umdrehungen gearbeitet wird und die Zahnkombination z, = 1 z., = 1' auf dem Umfang des Werkzeugs willkiirlich gewählt ist, bzw. da der Wälzvorgang ohne besondere Maßnahmen nie an einem gewünschten UiTifangspunkt aufhört oder beginnt (wenn das gewünscht würde, wären Mittel hierfür bekannt), ist es praktisch gleichgültig, ob das Zählen mit dem Schrupp- oder dem Schlichtvorgang begonnen wird.

Bei der Anordnung nach dem Hauptpatent ist die

Schrittlänge zwischen dem ersten und dem letzten Zahn der Zahnfolge größer oder kleiner als die Schrittlänge zwischen den übrigen Zähnen. Dieser

ao Unterschied kann nach dem Hauptpatent auf die letzten Zähne aufgeteilt werden. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß der Unterschied nach einem Schema mit bewußtem Bearbeitungsziel aufgeteilt werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: 2

1. Zahnradförmiges Werkzeug zum Feinbearbeiten oder Glätten der Zahnflanken eines Zahn- S rades mit bestimmter Zähnezahl mittels Abwälzens, dessen Werkzeugzahnflanken mit jeweils mindestens einer Nut od. dgl. versehen sind, die die Zahnflanken in vortretende und zurücktretende Flankenteile unterteilt, und bei dem die Nutenränder aufeinanderfolgender Zähne gegeneinander versetzt sind, wobei die Nutränder auf den Flanken von weniger als ein Drittel der Gelamtzähnezah! des Werkzeugs von Zahn zu Zahn ki seitlichen Schritten gleicher Länge (entlang einer Schraubenlinie) versetzt sind und bei dem die Nutenränder auf solchen Werkzeugzahnflanken, die jeweils im Abstand der Werkstückzähnezahl fortlaufend aufeinanderfolgen, seitlich um einen Schritt (/) frei wählbarer gleicher Länge μ versetzt sind, wobei diese Zahnfolge gegebenenfalls mehrmals um den Umfang des Werkzeuges fortläuft, derart, daß alle Werkzeugzähne Nuten aufweisen, wobei die Schrittlänge zwischen dem ersten und dem letzten Zahn der Zahnfoigc »5 größer oder kleiner als die Schrittlänge zwischen den Übrigen Zähnen ist, nach Hauptpatent 2 119 054, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Zahnfolge die Teilung (7) der Nutränder oder ein ganzes Vielfaches davon bei mindestens einer Serie von Werkzeugzähnen bestimmter Anzahl mit seitlicher Versetzung in untereinander gleichen Schritten (<_t) vollzogen und die Teilung (T) oder ein ganzes Vielfaches davon bei mindestens einer anderen Serie von Werkzeugzähnen anderer Anzahl mit seitlicher Versetzung in anderen untereinander gleichen Schritten (i_a) vollzogen ist.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutränder mindestens einer Serie gegenüber den Nuträndern einer anderen Serie versetzt sind.