DE2823833A1

DE2823833A1 - Zahnradgrobfraeser

Info

Publication number: DE2823833A1
Application number: DE19782823833
Authority: DE
Inventors: Ronald J Kuehl
Original assignee: Barber Colman Co
Current assignee: Barber Colman Co
Priority date: 1977-06-16
Filing date: 1978-05-31
Publication date: 1978-12-21
Also published as: US4139327A; BR7802876A; JPS546196A; GB1601268A

Description

Patentanwalt DIPL.-PHYS. DR. W. LANGHOFF Rechtsanwalt B. LANGHOFF*

MÜNCHEN 81 · WISSM ANNSTRASSE 14 ■ TELEFON 93 27 74 ■ TELESRai v. ■-■·-■< ·- -■·- ι '-ι >· .tuH Γι ■-," UtU Ml![-..- Ill Γ i

München, den 31 .5.78 Unser Zeichen : 71 - 1742

Patentanmeldung
der

BARBER-COLMAN C0MPANY_t 1300 Rock Street, Rockford, 111., USA

Zahnradgrobfräser

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" Standiger allgemeiner Vertreter nach § 46 PatAnwO. zugelassen bei den Landgerichten München I und II.

Die Erfindung betrifft einen Zahnradgrobfräser zum Herstellen von Zahnradrohlingen aus Fonnteilen durch eine axial hin- und hergehende Schruppbewegung und eine damit synchronisierte Drehbewegung , mit einer in axialer Richtung an einer Seite des Zahnradgrobfräsers liegenden Schneidfläche, die eine Schneidkante aufweist, an die Seitenflächen angrenzen, die von der Schneidkante nach hinten hinterschnitten sind.

Derartige Zahnradgrobfräser werden verwendet zum Grobfräsen von Zahnrädern, Ritzeln, Keilnuten, Kurvenflächen oder dgl. Dabei wird Material durch Schruppen von dem Formteil weggeräumt, bis die gewünschte annähernde Profilform erreicht ist. Die endgültige Profilform wird dann durch Schlichtfräser oder dgl. erzeugt, wobei geringe Mengen des Materials abgetragen werden, bis sich eine glatte Profilform ergibt. Ein derartiges Verfahren ist zeitsparend und erhöht die Lebensdauer der genau bearbeiteten und verhältnismäßig kostspieligen Fertigfräser. Das Profil der grobgefrästen Formen hängt ab von dem Profil der Schneidkanten des Grobfräsers. Bisher hat man Grobfräser verwendet, deren Profil im wesentlichen eine gleichmäßige Materialschicht über dem Fertigprofil beließen, welches sodann mit einem Fertigfräser abgetragen wurde. Es ist ferner ein Grobfräser bekannt mit einer wellenförmigen Schneidkante, die abwechselnd dicke und dünne Bereiche gegenüber dem Fertigprofil stehenläßt. Während der nachfolgenden Fertigbearbeitung werden die Späne leichter gebrochen und dadurch die Temperatur der Schneidkanten des Fertigfräsers niedriger gehalten, so daß die Lebensdauer desselben zunimmt und auch weniger Energie verbraucht wird.

Beim Formfräsen werden Fräser verwendet, die um ihre Achse gedreht werden, wobei die Zähne Schneidkanten aufweisen, die im wesentlichen in radialen Ebenen liegen. Um einen freien Raum zu schaffen, sind die Zähne von den Schneidkanten aus gesehen unterschnitten, so daß selbst nach mehrmaligem Schärfen die an dem Formteil erzeugten Profile im wesentlichen gleichbleiben,

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obwohl der Durchmesser des Fräsers durch das Schärfen verringert wird.

Bei Zahnradfräsern hingegen erfolgt die Formgebung im wesentlichen durch eine hin- und hergehende Bewegung. Das Fräsen erfolgt dabei durch radiale Zähne, deren Schneidkanten im wesentlichen in einer zur Achse des Fräsers rechtwinkligen Ebene liegen. Um den erforderlichen freien Raum zu schaffen, sind diese Zähne von der Schneidkante aus nach hinten von jeder Stelle derselben aus verjüngt. Beim Schärfen des Fräsers ändert sich dessen Durchmesser, die Vorsprünge an den Schneidkanten werden kleiner, und die Hinterschneidungen werden größer. Als Folge davon ändert sich nicht nur der Durchmesser, sondern auch die Kontur die Schneidkante wird geändert. Dies ist jedoch für die Herstellung von Zahnrädern nicht brauchbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zahnradgrobfräser der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem das Grobprofil auch bei mehrmaligem Nachschärfen praktisch nicht verändert wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ist darin zu sehen, daß jede Schneidkante durch aufeinanderfolge axiale Verschiebungen der Schneidfläche gebildet ist und eine Anzahl Wellenzüge aufweist. Dadurch wird beim Nachschärfen immer wieder eine Schneidkante gebildet, die der ursprünglichen Schneidkante praktisch entspricht, wobei lediglich die Zahnhöhe abnimmt.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbexspiel ergänzend beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Teil eines Zahnradgrobfräsers;

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie II-II von Fig. 1;

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Fig. 3 einen Querschnitt eines Schneidzahnes des Grobfräsers entlang der Linie III-III von Fig. 2;

Fig. 4 eine Profilansicht eines Zahnprofils im fertig bearbeiteten und im rohbearbeiteten Zustand;

Fig. 5 einen Zahn eines Evolventenzahnradfräsers mit

verschiedenen Zahnprofilen nach mehreren Schärfvorgängen ;

Fig. 6 einen Teil des Profiles eines Zahnradfräsers, und Fig. 7 ein Profil eines Zahnes.

Unter Zahnradf läser im Sinne der Erfindung sollen nicht nur Fräser verstanden werden zum Fräsen von Zahnrädern, sondern auch zum Fräsen von Ritzeln, Keilnuten, Kurvenflächen und anderen Formen.

Die Figuren 1,2 und 3 zeigen einen Teil eines üblichen Zahnradfräsers 10, wie er zum Herstellen von Evolventenzahnrädern mit Außen- oder Innenverzahnung verwendet wird. Der Zahnradfräser umfaßt einen ringförmigen Körper 11 mit einer Rotationsachse 12, entlang der der Zahnradfräser hin- und herbewegbar ist. Von dem Körper aus erstrecken sich eine Anzahl Fräs- oder Schruppzähne 13 radial nach außen. An einem axialen Ende weist der Fräser eine Schneidfläche 14 auf, die die Flächen der Zahnflanken 15 und der Dachfläche 16 der Zähne in einer Schneidkante 17 von solcher Gestalt schneidet, daß die Schneidfläche bei der hin- und hergehenden und damit synchronisierten Drehbewegung des Rohteils die gewünschte Evolventenform eines Zahnes erzeugt. Um die gewünschten Freiräume 18, 19, 20 und 21 hinter der Schneidfläche zu schaffen, sind die Schruppzähne 13 hinter der Schneidfläche 14 mit Ausnehmungen oder Verjüngungen versehen, etwa entlang der Linien 22, 23, 24 und 25, die sich von der Schneidkante 17 aus nach hinten erstrecken. Beim Schärfen des Zahnradfräsers entsteht eine neue Schneidfläche 14', die axial hinter der ursprünglichen Schneidfläche 14 liegt. Der Zahn 13 wird daher kleiner, und es ändert sich das Profil der Schneidkante.

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Fig. 4 zeigt ein gewünschtes Fertigprofil 26 eines Zahnradzahnes 43 und ein wellenförmiges Grobprofil 27, welches mit dem Zahnradgrobfräser nach der Erfindung hergestellt ist. Der Abstand zwischen dem gewünschten Fertigprofil 26 und dem Grobprofil 27 an der tiefsten Stelle 28 bestimmt die minimale Stärke des Materials, welche bei der Fertigbearbeitung abgenommen werden muß. Der Abstand zwischen dem Fertigprofil 26 und der höchsten Stelle 29 des Grobprofils ergibt die maximale Stärke des Materials, das hier abgetragen werden muß. Die Differenz zwischen der tiefsten Stelle 28 und der höchsten Stelle 29 bildet die Höhe 30 der Wellenlinie. Es hat sich herausgestellt, daß diese Höhe möglichst zwischen 50 und 75% der maximal zu entfernenden Materialschicht bei der Fertigbearbeitung sein sollte.

Um das gewünschte Grobprofil bei dem Werkstück zu erzeugen, ist es erforderlich, ein Unterschneiden zu vermeiden. Hierzu darf kein von der Mitte 42 an irgendeinem Punkt 32 auf dem Profil 27 gezogener Radius 31 das Profil 27 mehr als einmal schneiden. Beim Erzeugen von Evolventenzahnformen gilt diese Bedingung nur für die oberhalb der Basislinie 33 liegenden Teile des Profils. Die wellenförmige Gestalt muß daher in Bezug auf ihre Länge verhältnismäßg flach sein.

Fig. 5 zeigt mehrere hintereinander liegende Schneidkanten 17, 17', 17", die durch die Schneidfläche 14 des Zahnes 13 bei aufeinanderfolgenden Schärfen gebildet werden, wobei diese Schneidkanten Teile einer Familie identischer Evolventenkurven oberhalb der Basislinie 39 bilden, jedoch unterhalb der Basislinie nicht übereinstimmen. Ein derartiges Fräswerkzeug ist nützlich bei der Herstellung von Evolventenverzahnungen und dergleichen und kann so lange verwendet werden, wie noch ein Teil oberhalb der Basislinie 39 vorhanden ist. Der unterschnittene Bereich 40 unterhalb der Basislinie dient nicht zum Schneiden, sondern bildet nur einen freien Raum. Wenn ein derartiger unterschnittener Bereich sich oberhalb der Basislinie erstreckt,

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wird das Profil der Zahnform geändert. Das gilt auch für die wellenförmigen Profile der Schneidkanten. Wenn ein derartiges Wellenprofil unterhalb der Basislinie liegt, ist es unwirksam für die Erzeugung der gewünschten Konfiguration. Es sollte sich daher oberhalb der Basislinie befinden für die ausnutzbare Schneidbreite des Grobfräsers. Das einzige bekannte Verfahren zum Herstellen von Zahnradgrobfräsern ist ein Abwälzfräsverfahren, wie es etwa in der US-Patentschrift 3 892 022 beschrieben ist. Man kann zwar derartige Fräser auch mit Spitzstählen herstellen, dies uät jedoch unpraktisch. Beim Abwälzfräsen eines Zahnradgrobfräsers beginnt jede Wellenform an der Schneidfläche und erstreckt sich von dort nach hinten. Die Wellenformen bilden dabei Evolventen. Es ist zwar erstrebenswert, bei jeder Schneidfläche ein optimales Profil zu erzeugen, dies ist jedoch für aufeinanderfolgende Schneidflächen, wie sie sich durch abermaliges Nachschärfen ergeben, unmöglich. Daher sollte das optimale Profil der Schneidfläche dann erreicht sein, wenn der Fräser seine halbe Lebensdauer erreicht hat. Wenn die dabei vorhandene Schneidfläche als Referenzfläche verwendet wird, so haben die konkaven Bereiche des Profils auf den konvexen Bereichen öines Zahnes ansteigende Radien und die konvexen Bereiche abnehmende Radien in Richtung auf die anfängliche Schneidfläche. Die theoretische Grenze ist erreicht, wenn die konvexen Radien zu Null werden, wobei sich dann Wendepunkte ergeben, nach denen es nicht mehr möglich ist, das gewünschte wellenförmige Profil auf dem Werkstück zu erzeugen. Aus praktischer Sicht sollte man nicht so weit gehen, da Vorsprünge mit kleinem Radius leicht wegbrechen.

Fig. 6 zeigt ein gewünschtes Profil einer Schneidkante 17A mit leichter Wellenform und eine unerwünschte anfängliche Schneidkante 17B, auf der zwei der konvexen Bereiche 35 in Kuppen 36 auslaufen. Bei dem anderen Extrem wird das Profil an der Schneidkante 17C derart verändert, daß die Radien der konkaven

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Bereiche 37 zunehmend kleiner werden, je häufiger der Fräser nachgeschärft wird, bis sie schließlich zu Null werden und Kuppen 38 bilden, die sich praktisch nicht mehr herstellen lassen. Jenseits dieser Grenzbedingungen, an welchen Kuppen gebildet werden, lassen sich die gewünschten Wellenformen auf dem Werkstück nicht mehr herstellen.

Fig. 7 zeigt ein Wellenprofil 44 eines Zahnes 45 eines Zahnradgrobfräsers, wie er zum Herstellen eines Grobprofils 27 des in Fig. 4 dargestellten Zahnradzahnes 43 verwendet werden kann. Die Grenzen für das Wellenprofil 44 dieses Grobfräsers sind ähnlich wie für das Wellenprofil 27 des grob zu fräsenden Zahnrades. Das Profil 46 eines Zahnes eines Fertigfräsers für einen fertig bearbeiteten Zahn ist als Bezugsprofil eingezeichnet. Der minimale Abstand zwischen dem fertig bearbeiteten Profil und irgendeiner Wölbung 47 des Profiles 44 des Grobfräsers bestimmt die geringste Materialstärke, die bei der Fertigbearbeitung noch von dem Zahn 43 abgetragen werden muß. Der maximale Abstand zwischen dem Fertigprofil 46 und einem Grund 48 des Wellenprofils 44 bestimmt die höchste Materialstärke, die noch bei der Endbearbeitung abgetragen werden muß. Damit eine gewünschte Materialstärke zum Abtragen von dem Zahn 43 bei der End bearbeitung vorhanden ist, sollte eine ähnliche Beziehung bei dem Zahnradgrobfräser vorhanden sein. Die Höhe 49 einer Wellenform des Grobfräsers sollte vorzugsweise zwischen 50 und 75% des maximalen Höhenunterschiedes zwischen dem Grund 48 des Grobfräsers und dem Profil 46 des Fertigfräsers betragen. Um ein Unterschneiden zu vermeiden, muß dafür gesorgt sein, daß jeder Radius 50, der von der Mitte des Basiskreises 51 ausgeht und durch irgendeinen Punkt 52 des Profils 45 verläuft, dieses nicht mehr als einmal schneidet. Diese Begrenzung gilt nur für diejenigen Teile des Profils 44, die sich über dem Grundkreis 51 befinden. Die Wellenform sollte also verhältnismäßig flach

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verlaufen in Bezug auf die Länge einer Welle, um den Schneidkanten Festigkeit zu verleihen und die Lebensdauer des Schneidwerkzeuges zu erhöhen, wie in Verbindung mit Fig. 6 beschrieben ist.

In den Zeichnungen sind die Größenverhältnisse nicht maßstabsgerecht, sondern übertrieben dargestellt, und das in den Figuren 2 und 3 dargestellte Relief hat keine Größenbeziehung zur Wirklichkeit.

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Claims

- 1742

Patentansprüche :

Zahnradgrobfräser zum Herstellen von Zahnradrohlingen aus Formteilen durch eine axial hin- und hergehende Schruppbewegung und eine damit synchronisierte Drehbewegung, mit einer in axialer Richtung an einer Seite des Zahnradgrobfräsers liegenden Schneidfläche, die eine Schneidkante aufweist, an die Seitenflächen angrenzen, die von der Schneidkante nach hinten hinterschnitten sind, dadurch gekennzeichnet , daß jede Schneidkante ein Wellenprofil mit einer Anzahl Wellen aufweist.
2. Zahnradgrobfräer nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß das Wellenprofil eine Anzahl kontinuierlicher Wellen umfaßt.
3. Zahnradgrobfräser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß sich das Wellenprofil seitlich über die gesamte nutzbare Dicke eines Zahnes oberhalb der Grundlinie erstreckt.
4. Zahnradgrobfräser nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die einzelnen Wellen evolventenförmige Kurven bilden.
5. Zahnradgrobfräser nach Anspruch 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet _f daß die Tiefe der Wellen zwischen 50 und 75% des Abstandes des Wellengrundes von dem gewünschten Fertigprofil ist.
6. Zahnradgrobfräser nach Anspruch 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet , daß die Wellenformen einen verhältnismäßig flachen Verlauf in Bezug auf ihre Länge haben.

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ORIGINAL INSPECTED
7. Zahnradgrobfräser nach Anspruch 1 bis 6, dadurch g e kennzeichnet , daß die Schneidkante die Form einer Vielzahl im wesentlichen identischer Zähne hat.
8. Zahnradgrobfräser nach Anspruch 1 bis 7, dadurch g e kennzeichnet , daß das Wellenprofil so gestaltet ist, daß ein von der Achse des Zahnradgrobfräsers ausgehender und durch einen beliebigen Punkt des Profils verlaufender Radius die Schneidkante oberhalb der Basislinie nur einmal schneidet.

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