DE2826911A1

DE2826911A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines kugelfoermigen waelzfraesers fuer die fertigung von zahnraedern

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Publication number: DE2826911A1
Application number: DE19782826911
Authority: DE
Inventors: Masato Prof Ainoura
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-06-20
Filing date: 1978-06-20
Publication date: 1978-12-21
Also published as: JPS547697A; JPS5626534B2; US4309926A; DE2826911C2

Description

MASATO AINOURA, Miyaki-gun, Saga-ken, Japan

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines kugelförmigen Wälzfräsers für die Fertigung von Zahnrädern

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Hersteilung eines kugelförmigen Wälzfräsers für die Fertigung eines Evolventenrads sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

In den Figuren 1 und 2 ist ein kugelförmiger Wälzfräser 2 gezeigt, bei dem die Zähne 1 kontinuierlich und schraubenlinienförmig auf der kugeligen Oberfläche angeordnet sind. Wenn der kugelförmige Körper des Wälzfräsers gedreht wird und seine Achse L die Drehachse bildet, wird die Drehung eines imaginären Evolventenrades in einem wahlweisen Schnitt erreicht, wobei die zerspanende Drehbewegung den Eingriff der Zahnrad-Zähne andeutet. Es wird dabei ein Vorteil erreicht, der darin besteht, daß das Fräsen einer Innenverzahnung möglich gemacht wird, wie in Fig. 3 gezeigt ist, was bisher mit einem zylindrischen Wälzfräser unmöglich war. Mit diesem kugelförmigen Wälzfräser 2 wird ferner ein weiterer Vorteil erzielt, der darin besteht, daß die Übereinstimmung oder Ausfluchtung der Achsen des Wälzfräsers 2 und Zahnradmaterials entfallen kann, wie in Fig. 4 gezeigt ist, was jedoch bisher unverzichtbar bei einem Wälzfräser mit einer einzigen Einstellposition zur Herstellung von Innenverzahnungen war.

Für diesen kugelförmigen Wälzfräser 2 gilt jedoch, da die Drehung eines imaginären Zahnrads durch Drehung des Wälzfräsers 2 erzielt wird, daß wenn man Hinterschliffe von gleicher Richtung sowohl am Zahnkopf 41 als auch an

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den Seitenflächen oder Flanken 42 des Zahns 1 ausbildet, und die Spanfläche 43 schärft, sobald sie abgenutzt ist, daß der Außendurchmesser des Wälzfräsers 2 durch das Schleifen verringert wird und folglich ein Zahnprofil, das gleich dem Zahnprofil vor dem Schleifen ist, nicht erreicht werden kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, nach dem ein kugelförmiger Wälzfräser zur Herstellung eines Evolventenrads einfach hergestellt werden kann.

Ferner soll eine Vorrichtung geschaffen werden, mit der ein kugelförmiger Wälzfräser zur Fertigung eines Evolventenrads auf einfache Weise ausgebildet werden kann.

Obige Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird anschließend an Hand der Zeichnungen von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht eines kugelförmigen Wälzfräsers;

Fig. 2 eine Schnittansicht des kugelförmigen Wälzfräsers der Fig. 1;

Fig. 3 eine Teil-Schnittansicht, welche veranschaulicht, wie eine Innenverzahnung durch Fräsen mittels eines kugelförmigen Wälzfräsers hergestellt wird;

Fig. 4 eine Teil-Schnittansicht, die veranschaulicht, wie ein Stirnrad durch Fräsen mittels des kugelförmigen Wälzfräsers gefertigt wird;

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Fig. 5 eine schematische Draufsicht einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zur Herstellung eines Wälzfräsers;

Fig. 6(a) eine perspektivische Ansicht eines Befestigungsteils für ein Schneidwerkzeug;

Fig. 6(t>) eine Teil-Draufsicht des Befestigungsteils in einem Zustand, in dem das Bett gedreht ist;

Fig. 7 eine Schnittansicht eines Zerspanungsteils in einem Zustand, in dem ein Schneidwerkzeug unter dem Einfluß eines Nockens zurückgezogen ist;

Fig. 8 eine Schnittansicht des Zerspanungsteils in einem Zustand, in dem das Zerspanungswerkzeug unter dem Einfluß des Nockens vorgeschoben ist;

Fig. 9 eine Schnittansicht des Zerspanungsteils in einem Zustand, in dem ein Stift in ein Aufnahmeloch eingeführt ist;

Fig. 10 eine schematische Draufsicht, die das Verhältnis zwischen der Horizontalbewegung einer Grundplatte und der Drehbewegung einer Scbneidwerkzeug-Halteplatte veranschaulicht, wenn der Stift in das Aufnahmeloch eingeführt ist;

Fig. 11 eine Draufsicht des Nockens;

Fig. 12 eine Schnittansicht eines Wälzfräsermaterials bzw. Rohmaterials, das vorbehandelt ist, so daß es eine kugelige Form aufweist;

Fig. 13 eine Schnittansicht, die den Zerspanungszustand eines Vorsprungs zeigt;

Fig. 14 eine Teil-Draufsicht, die den Zerspanungszustand einer seitlichen Hinterschneidung zeigt;

Fig. 15(a), 15(b) und 15(c) schematische Teildraufsichten jeweils eines Schneidwerkzeugs oder Zerspanungswerkzeugs mit einem Zahnlückenprofil, von einem Zerspanungswerkzeug mit einem unterteilten Zahnlückenprofil und einem gewöhnlichen Zerspanungswerkzeug.

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Fig. I6(a), 16(b) und I6(c) je eine perspektivische, seitliche Ansicht und Draufsicht eines Wälzfräser-Zahns;

Fig. 17 eine Vorderansicht, die das Verhältnis zwischen dem Ausmaß der Kopfhöhe und der Zahndicke veranschaulicht;

Fig. 18 eine Seitenansicht, die das Verhältnis zwischen dem Ausmaß der Hinterschneidung des Umfangs-Hinterschliffes und dem Freiwinkel (undercut angle) veranschaulicht,·

Fig. 19 eine perspektivische Darstellung, zeigend das Verhältnis zwischen dem Ausmaß der Höhe der seitlichen Hinterschneidung und dem Freiwinkel;

Fig. 20 eine schematische Darstellung, zeigend die Beziehung zwischen der geneigten oder schrägen Zahnlücke und dem Index-Verhältnis und

Fig. 21 eine scheraatische Draufsicht, die das Lageverhältnis zwischen einem gedrehten Nocken, aufgrund einer Zahndrehung und eines Nockenfolgers zeigt.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbei-

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 5 bis 20 der beigefügten Zeichnungen erläutert.

Zunächst wird der Aufbau der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 5 bis 10 erläutert. Ein Wälzfräser-Material 52 wird am einen Ende einer tragenden Welle 11 befestigt, die durch einen Motor 12 zwangsläufig gemäß Fig. 7 nach links gedreht wird (Drehrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn). Ein im wesentlichen halbkreisförmiger Drehtisch 13 ist unterhalb der Befestigungsposition des Wälzfräsermaterials so angeordnet, daß er um den Mittelpunkt des Wälzfräsermate-

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rials 52 nach links und rechts gedreht werden kann. Eine Schneckenradverzahnung 14 ist an der Umfangsseite des Drehtisches 13 ausgebildet, und eine Schnecke 15 steht in Eingriff mit der Schneckenradverzahnung 14, derart, daß die Drehung der tragenden Welle 11 übertragen wird auf den Drehtisch 13 über einen Indexmechanismus 16 für eine Zahl imaginärer Zahnradzähne, eine Transmissionswelle 17 und einen Zahnrad-Übersetzungsmechanismus 18, um den Drehtisch nach rechts oder links zu drehen· Der· Zähnezahl-Indexmechanismus 16 ist so angeordnet bzw. ausgebildet, daß die Drehgeschwindigkeit des Drehtisches 13 übereinstimmt mit der Drehgeschwindigkeit des imaginären Zahnrads, erzeugt durch die Drehung des Wälzfräsers und man erreicht dies durch Auswechseln von Zahnrädern.

Eine Grundplatte 19 ist in einem konkaven Abschnitt 20 auf der Oberseite des Drehtisches 13 angeordnet, so daß sie sich in horizontaler Richtung bewegen kann, wie in Fig. 7 gezeigt ist, und sie wird in Rückzugsrichtung (das ist die durch einen Pfeil angedeutete Richtung) durch eine Feder 49 gezogen. Eine Schneidwerkzeug-Halteplatte 21 ist demontierbar auf der Oberseite der Grundplatte 19 befestigt, und ein Halteteil 22 ist am Drehtisch 13 festgemacht, das die Schneidwerkzeug-Fixierplatte 21 überbrückt. Ein Schneidwerkzeug-Support 23 ist am rückwärtigen Ende der Oberseite der Schneidwerkzeug-Fixierplatte 21 angeordnet, und Schneidwerkzeuge 24, 25 und 26 zum Zerspanen des Wälzfräsermaterials 52 sind an diesem festgemacht. Als Schneidwerkzeug kann ein Werkzeug 24 mit einem Kopf, der ein Lückenprofil eines Evolventenzahnrads aufweist, ein Werkzeug 25, dessen Lückenprofil in zwei gleichen Teilen unterteilt ist sowie ein Werkzeug verwendet werden, das einen gewöhnlichen runden Kopf aufweist, wie dies in den Fig. 15(a), 15(b) und 15(c) gezeigt ist.

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Im folgenden wird nun die erste Hälfte des Verfahrens oder Vorgangs bei der Herstellung des Wälzfräsers erläutert. Während der ersten Hälfte des Verfahrens wird das Wälzfräsennaterial 52 in eine kugelige Form gebracht, Vorsprünge mit einem Profil, entsprechend einem Evolventenzahnprofil werden schraubenlinienförmig durch Zerspanung der Oberfläche des kugeligen Körpers hergestellt, und ferner werden Zahnlücken durch die Zerspanungsarbeit ausgebildet. Zunächst wird ein massives Wälzfräsermaterial 52, in dem ein Befestigungsloch 3 und eine Keilnut 4 ausgearbeitet sind, auf der tragenden Welle 11 befestigt, und das gewöhnliche Schneidwerkzeug bzw. der gewöhnliche Drehstahl 26 wird im Support 23 befestigt.

Nun wird der Motor 12 eingeschaltet, um die tragende Welle 11 gemäß Fig. 7 nach links zu drehen sowie den Drehtisch 13 in Richtung t in Fig. 6(b) zu drehen, und zwar um einen Drehmittelpunkt der Drehplatte 13, wodurch das Wälzfräsermaterial in die in Fig. 12 gezeigte kugelige Form zerspant bzw. gebracht wird. In diesem Fall wird der Zerspanungsvorgang so ausgeführt, daß der Außendurchmesser des Wälzfräsermaterials 52 die folgende Gleichung erfüllt:

D = m · ζ + 2,5 · m + b.

Es bedeuten D der Außendurchmesser des Wälzfräsermaterials 52, m der Modul des imaginären Zahnrads und b das Ausmaß des Durchmesseranstiegs des Wälzfräsers.

Anschließend wird das Zerspanungswerkzeug bzw. der Drehstahl 26 gegen das Schneidwerkzeug bzw. den Drehstahl 24 ausgewechselt, der ein Zahnlückenprofil aufweist, und die Umfangsfläche des Wälzfräsermaterials 52 wird nun mittels dieses Drehstahls 24 zerspant und bearbeitet. Im Verlauf dieses Zerspanungsschliffes werden am Umfang des Wälzfräsermaterials 52 schraubenlinienförmig Vorsprünge ausgebildet, die im Schnitt ein Evolventenzahnprofil auf-

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weisen, so daß, wenn das Wälzfräsermaterial 52 gedreht wird, die Drehung eines imaginären Evolventenrads erzielt wird. Der Zerspanungsvorgang wird in einer solchen Art und Weise durchgeführt, daß Jedesmal, wenn das Wälzfräsermaterial 52 eine Umdrehung ausgeführt hat, der Drehstahl oder das Schneidwerkzeug 24 entlang einer Strecke gedreht wird,'die einem Zahn des imaginären Zahnrads entspricht, wobei der Mittelpunkt des Wälzfräsermaterials 52 den Drehpunkt bildet. Wenn man folglich annimmt, daß die Zähnezahl des imaginären Zahnrads Z beträgt, wie in Fig. 13 gezeigt ist, so läßt sich der Drehwinkel 0 entsprechend einem Zahn wie folgt darstellen:

0 - -32- rad

Die Drehgeschwindigkeit des Drehtisches wird demzufolge eingestellt durch den Zähnezahl-Indexmechanisaus 16, so daß man das obige Verhältnis erreicht. Wenn demzufolge das so bearbeitete Wälzfräsermaterial 52 gedreht wird, und zwar um die Achse L als Drehpunkt, wird die Drehung des imaginären Zahnrads mit der Zähnezahl Z erreicht.

Das Wälzfräsermaterial 52 wird dann von der tragenden Welle 11 heruntergenommen und mittels eines Fräsers (nicht gezeigt) so bearbeitet, daß eine passende Zahl von Zahnlücken 5 parallel zur Achse im gleichen Abstand auf der Umfangsfläche des Wälzfräsermaterials 52 ausgebildet ist, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Demzufolge werden Wälzfräser-Zähne 1, die schraubenlinienförmig durchgehend verlaufen und an beiden Seiten der Spanflächen 43 Evolventenzahnprofile aufweisen, auf der Umfangsfläche des Wälzfräsermaterials 52 (vgl. Fig. 16) ausgebildet.

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Im folgenden werden nun der Mechanismus und das Verfahren zur Herstellung einer Hinterschneidung oder eines Hinterschliffs am Zahnkopf oder der Zahnspitze des Wälzfräser^Zahns 1 "beschrieben. Diese Hinterschneidung wird nachstehend als "Umfangs-Hinterschneidung¹¹ bezeichnet. Ein Nocken 32 ist unterhalb der Grundplatte 19 angeordnet, wie Fig. 7 zeigt, und eine getriebene Rolle 33 an der Unterseite der Grundplatte 19 wird in Gleitberührung mit diesem Nocken 32 durch die Zugwirkung der Feder 49 gebracht. Wie in Fig. 11 gezeigt ist, ist bei diesem Nocken 32 das Ausmaß der Veränderung der Nocken-Seitenfläche pro Winkeleinheit konstant, und diese Änderung wird abrupt wieder hergestellt. Wenn folglich der Nocken 32 eine Umdrehung ausführt, wird die Grundplatte 19 mit einer bestimmten Geschwindigkeit über die getriebene Rolle 33 vorwärtsbewegt, und dann wird die Grundplatte 19 plötzlich in die durch den Pfeil angedeutete Richtung zurückgezogen. Das am Support befestigte Schneidwerkzeug führte daher eine ähnlicheBewegung aus.

Es wird nun auf Fig. 5 Bezug genommen. Ein Hinterschneidungs-Indexmechanismus 34 ist dazu vorgesehen, die Drehung der tragenden Welle 11 auf den oben erwähnten Nocken 32 zu übertragen. Das Index-Verhältnis kann wahlweise durch Auswechseln von Zahnrädern eingestellt werden.

Zur Ausbildung der Umfangshinterschneidung wird das Wälzfräsermaterial 52 wieder an der tragenden Welle befestigt, und das Schneidwerkzeug oder der Drehstahl wird ausgetauscht gegen ein gewöhnliches Schneidwerkzeug oder einen gewöhnlichen Drehstahl 26 mit einem abgerundeten Schneidkopf. Das Schneidwerkzeug 26 wird auf die Position des Zahnkopfes oder der Zahnspitze 41 des Wälzfräserzahns 1 eingestellt.

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- Mi -

Hierauf wird der Hinterschneidungs-Indexmechanismus 34 einjustiert, um die Drehzahl des Nockens 32 festzulegen. Genauer gesagt, das Schneidwerkzeug 26 wird allmählich gegen den Mittelpunkt des Wälzfräsermaterials 52 synchron mit der Frequenz vorwärtsbewegt, mit der der Wälzfräserzahn 1 an der Schneidposition erscheint, und unmittelbar bevor der nachfolgende Wälzfräserzahn 1 an der Schneidposition ankommt, wird das Schneidwerkzeug 26 abrupt in die Position zurückgeführt, die es vor der Vorschubbewegung eingenommen hat.

Wenn die Hinterschneidung oder der Hinterschliff der Nut in der Wälzfräser-Achsenrichtung ausgeführt wird, beträgt die Umdrehung des Nockens N-Umdrehungen pro Umdrehungen des Wälzfräsers (N bedeutet die Anzahl der Wälzfräsernuten), so daß das Verhältnis der Auswechsel-Räder für die Nuten-Einstellung Y_Q gleich ist Y₀ = F₁ · N (F^ = Maschinenkonstante).

Im Falle der Herstellung der Walzfräser-Zahnhinterschneidung wird jedoch der mit dem Nocken in Berührung stehende Nockenfolger 33 auf der Grundplatte zur Ausbildung der Hinterschneidung fixiert, wie Fig. 21 zeigt, so daß der Berührungspunkt sich von T nach T^f bewegt, wenn sich der Drehtisch mit der Geschwindigkeit von 0 dreht. Dies bedeutet, daß um A^!h tiefer pro Umdrehung des Wälzfräsers ausgeschnitten wird. Die Nocken-Drehung sollte daher geringer sein als das Ausmaß von 0 pro 1 Umdrehung.

Während also das Wälzfräsermaterial 52 eine Umdrehung ausführt, dreht sich das Werkzeug 26 um ■ rad, wie oben

hervorgehoben wurde. Wenn man annimmt, daß ■ ■ ■ rad für a gesetzt wird und die Zahl der Zahnlücken 5 N ist, und wenn der Nocken (N- jtjs— ) Umdrehungen bei jeder Drehung des Wälzfräsermaterials 52 ausführt, werden die Kopf flächen 41 sämtlicher Wälzfräserzähne 1 durch Zerspanung ausgebildet.

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Das Indexverhältnis fLj läßt sich wie folgt darstellen:

Da Gt gleich ist γ- , kann das Indexverhältnis Π ^ wie folgt dargestellt werden:

H₁ - F( H - W< .1 -

Wenn folglich die Einstellung mit Hilfe des Hinterschneidungs-Indexmechanismus 34- so vorgenommen ist, daß das Index-Verhältnis für eine Umdrehung des Wälzfräsermaterials gleich ist FN ( 1 - τ?»— ), kann der Vorgang zur Herstelllang der Umfangshinterschneidungen exakt an den entsprechenden Wälzfräserzähnen durchgeführt werden, die sich dabei drehen.

Der Winkel j dieser Umfangshinterschneidung kann, wie auch aus den Fig. 11 und 18 zu ersehen ist, nach folgender Formel berechnet werden:

tan 5 = - JL. = Hl.
^ ItD TiD

"TT

Darin bedeutet h das Ausmaß der Veränderung der Nockenseitenfläche des Nockens 33 und D steht für den Außendurchmesser des Wälzfräsermaterials 52.

Das Ausmaß Δ'χ des Hinter schilf fs der Umfangshinterschneidung in bezug auf den zentralen Winkel θ des Walzfräsermaterials 52 wird nach folgender Gleichung berechnet, vergleiche auch Fig. 18:

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TTD » θ « h

N · θ · h

~F*

Nachstehend wird nun der Mechanismus und das Verfahren zur Herstellung der seitlichen Hinterschneidungen an den Wälzfräserzahn 1 beschrieben. Aus Fig. 7 geht hervor, daß ein Stift-Aufnahmeloch 27 in dem Fixierteil 22 entlang der Linie ausgearbeitet ist, die durch den Mittelpunkt des Drehtisches 13 verläuft, und ein ähnliches Stift-Aufnahmeloch 28 ist in der Schneidwerkzeug-Halteplatte 21 ausgearbeitet. Ein Stift 29 kann in diese Löcher 27 und 28 eingeführt werden. Wenn der Stift 29 in diese Löcher 27 und 28 eingeführt ist, kann sich die Schneidwerkzeug-Halteplatte 21 in bezug auf die Grundplatte 19 drehen, wobei der Stift 29 den Drehpunkt bildet.

Ein Führungsstift 30 erstreckt sich von der Unterseite des hinteren Teils der Schneidwerkzeug-Halteplatte 21 weg und ist in eine schräg angeordnete Führungsnut 31 eingesetzt, die in der Grundplatte 19 so ausgearbeitet ist, daß sie sich nach vorne und hinten bewegen kann. Wenn bei dieser Anordnung die Grundplatte 19 durch Drehung des Nockens 32 vorgeschoben wird, wird die Schneidwerkzeug-Halteplatte 21 nach links gedreht, wobei der in die Löcher 27 und 28 eingesetzte Stift 29 den Drehpunkt bildet, wie in Fig. 10 gezeigt ist. Folglich wird auch der Schneidwerkzeug-Support 23 nach links gedreht, wobei der Stift 29 den Drehpunkt bildet, und aufgrund dieser Drehung des Supports 23 kann das Schneidwerkzeug 25, welches das unterteilte Zahnlückenprofil aufweist, und am Support 23 befestigt ist, im Wälzfräsermaterial 52 spanabhebend wirken, und zwar längs des Teilkreises des imaginären Zahnrads, verwirklicht durch das Wälzfräsermaterial 52, so daß das Zahnprofil um ein Höhenausmaß dünner gemacht oder schwächer gemacht wird, entsprechend der Hinterschneidung der Umfangshinterschneidung in bezug auf Seitenfläche oder Flanke 42 des Wälzfräser-

^zahns· 809851/1047

Genauer gesagt, wenn das Höhenausmaß Δ χ ist, kann das Ausmaß der Änderung der Zahndicke auf dem Teilkreis P.C. des Evolventenzahnprofils wie folgt ausgedrückt werden:

2 · Δχ · tan ^α

Es sei angenommen, daß der Modul m ist und der Druckwinkel (pressure angle) ^aist. Wenn folglich die kreisförmige Zahndicke auf dem Teilkreis P.C. reduziert wird um 2 · Δ x · "tan ^tt. , kann ein Evolventenzahnprof il erzielt werden.

Der Winkel &_Q, der zur Verringerung der Dicke um 2 · Δ x · tan Cl notwendig ist, kann durch folgende Gleichung ermittelt werden, wie auch aus Fig. 19 hervorgeht:

ε ₌ tan"¹ ΜΙΆ
0 G

Darin stehen ΔS für 2 · Δχ · tana_t θ bedeutet den mittleren Winkel des Wälzfräsermaterials 52, erforderlich für das Höhenmaß von Δχ» und G steht für die Länge entlang der Steigung des Wälzfräserzahns 1 relativ zu dem mittleren Winkel Θ.

Der Neigungseinkel "^ der Führungsnut 31 wird demzufolge so festgelegt, daß das Schneidwerkzeug 25 die Flanken des Zahns 1 unter diesem Winkel ε ₀ entlang dem Teilkreis des imaginären Zahnrads bearbeitet.

Zur Ausbildung der seitlichen Hinterschneidung des Wälzfräserzahns 1 wird das Schneidwerkzeug 26 gegen das Schneidwerkzeug 25 ausgewechselt, welches ein unterteiltes Zahnlückenprofil aufweist, und der Stift 29 wird in beide Löcher 27 und 28 eingeführt, und ferner wird das

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Schneidwerkzeug 25 in die Position der Seitenfläche oder Flanke 42 des Wälzfräserzahns 1 gebracht. Die tragende Welle 11, der Drehtisch 13 und der Nocken 32 werden mit der gleichen Geschwindigkeit, wie oben erwähnt, gedreht.

Unter dem Einfluß des Nockens wird die Grundplatte 19 mit einer konstanten Geschwindigkeit synchron mit der Frequenz vorwärtsbewegt, mit der der Wälzfräserzahn an der Bearbeitungsposition erscheint, und sie wird dann abrupt zurückgezogen,, und schließlich wiederholt die Grundplatte 19 diesen Zyklus von Vorschub- und Rückführbewegungen. Ferner wird folglich das am Support 23 befestigte Schneidwerkzeug 25 synchron mit der Frequenz gedreht, mit der der Wälzfräserzahn 1 erscheint, und es wird daneben plötzlich zurückgeholt, und das Schneidwerkzeug 25 wiederholt gleichfalls diesen Zyklus von Bewegungen. Unter dem Einfluß des Schneidwerkzeugs 25 kann daher die eine Seitenfläche oder Flanke 42 des Wälzfraserzahns 1 entlang dem Teilkreis P.C. des imaginären Zahnrads bearbeitet werden, das durch das Wälzfräsermaterial 52 dargestellt ist.

Nachdem die Hinterschneidung auf diese Weise an der Flanke 42 ausgebildet worden ist, wird das Wälzfräsermaterial 52 erneut von der tragenden Welle 11 abgenommen und dann wieder an dieser so befestigt, daß die linken und rechten Seiten des Wälzfräsermaterials 52 umgekehrt sind. Wenn der Hinterschneidungsvorgang in der gleichen Weise, wie oben beschrieben, ausgeführt wird, wird ein Ausmaß, entsprechend der Hinterschneidung der Kopfseite des Wälzfräserzahns 1 betreffend die Umfangshinterschneidung erreicht, und die Dicke des Zahnprofils wird entsprechend verringert. Es kann folglich ein kugelförmiger Wälzfräser mit solchen Hinterschneidungen an beiden Seitenflächen oder Flanken des Wälzfräserzahns 1 ausgebildet werden.

8 0 9 H ' '

Wenn der Wälzfräserzahn 1 aufgrund der Herstellung von Zahnrädern abgenutzt ist und durch Nachschleifen oder Schärfen seiner Abmessungen reduziert sind, gilt folgendes: Wenn die Spanfläche 43 so bearbeitet wird, daß der Spanflächenwinkel nicht verändert wird, wird eine neue Spanfläche 43 ausgebildet, die ein Evolventenzahnprofil aufweist, welches um so viel schwächer ist als das Ausmaß der Umfangshinterschneidung und folglich als das Profil der Spanfläche 43 vor der Zerspanungsarbeit. Das Zahnprofil des imaginären Zahnrads, dargestellt durch die neue Spanfläche 43 weist nämlich eine Ergänzung relativ zum Zahnprofil auf, das durch die ursprüngliche Spanfläche 43 dargestellt ist. Folglich kann nach dem Bearbeiten und Schärfen der Spanfläche 43, sofern der Wälzfräser gegen das Zahnradmaterial um einen Abstand verlagert wird, der der Umfangshinterschneidung entspricht und die Zahnradherstellung in der gleichen Weise ausgeführt wird wie vor dem Bearbeiten und Schärfen der Spanfläche 43, ein Zahnrad mit dem gleichen Zahnprofil hergestellt werden, wie es bei einem Zahnrad vorhanden ist, das vor dem Bearbeiten und Schärfen der Spanfläche 43 hergestellt wurde.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, wird mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung der Effekt erzielt, daß man kugelförmige Wälzfräser mit einer solchen Eigenschaft herstellen kann, daß selbst dann, wenn die Spanflächen nachbearbeitet werden, Zahnräder mit dem gleichen Profil und der gleichen Größe immer wieder angefertigt werden können.

Bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel sind die Zahn-Abstände 5 oder Zahnlücken 5 parallel zur Achse L ausgebildet, wenn sie jedoch schräg zur Achse L angeordnet werden, ist es notwendig, das Indexverhältnis durch den Hinterschneidungs-Indexmechanismus 34 zu verändern. Diese Anordnung wird nachstehend beschrieben.

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Wenn man annimmt, daß die Maschinenkonstante F ist und die Zahl der Zahnabstände oder Zahnlücken N ist, wie oben beschrieben, so läßt sich das Indexverhältnis H₀ für einen gewöhnlichen zylindrischen Wälzfräser wie folgt darstellen:

= FN

Wie vorstehend erläutert, läßt sich das Indexverhältnis Q₁ des kugelförmigen Wälzfräsers, welcher Zahnlücken 5 parallel zur Achse L aufweist, wie folgt ausdrücken:

^FN

Für den Fall, daß ein Zahnabstand oder eine Zahnlücke 5 mit einem Spanflächenwinkel β , wie in Fig. 20 gezeigt vorhanden ist, gilt, daß wenn der Zahnabstand 5 um den Winkel β geneigt angeordnet wird in bezug auf die Achse L, das Index-Verhältnis kompensiert werden muß.

Das Kompensationsverhältnis für f]₂ läßt sich wie folgt darstellen (es wird auch auf Fig. 20 Bezug genommen, und zwar auf die Schneidkante am Teilkreis des kugelförmigen Wälzfräsers):

Angenommen, der Steigungswinkel des Wälzfräsers = Y, der Kreuzungspunkt der Linie Y und der Achse L ist A, die Kreuzungspunkte der benachbarten Schraubenschlitze 6 und der Achse L sind B und C, der Kreuzungspunkt der Zahnlücke 5 und des schraubenförmigen Schlitzes 6 ist E und der Teilkreisdurchmesser des Wälzfräsers ist Tl D, so gilt folgendes:

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IS tan Y = - um

1 - tan β · tan Y

= nj 1 - (1 - tanß . tany )\ Λ - tanß · tany

_ TTm » tanß · tanY 1 - tan β · tan y

jg Tim «tanß « tanY _χ JI

1 - tanß · tan γ tan y

_e ILS χ tanß

1 - tanß · tany

Folglich kann die obige Gleichung (1) wie folgt ausgedrückt werden:

„ι _e 1 + JL . JLä . tanß

* '·■ 2 "TlD 1 - tanß · tany

1 I

+ m tanß

D 1 - tanß · tany

Da der Modul m durch folgende Gleichung dargestellt ist:

_ ρ (Durchmesser des Teilkreises) ^m ~ Z (Anzahl der Zähne) '

läßt sich das Korrekturverhältnis ft ₂ ^wie folg* ausdrücken!

tanß 1 - tanß · tanY

Das Indexverhältnis Hl₂ des Nockens in einem Fall, daß die Zahnlücke oder der Zahnabstand schräg verläuft, ist wie folgt:

J ) ( 1 + tanß ^

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Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend in Verbindung mit gewissen bevorzugten Ausfiihrungsbeispielen und bestimmten konstruktiven Details erläutert worden ist, sei bemerkt, daß im Rahmen der Erfindung zahlreiche Änderungen, Modifikationen oder Äquivalente möglich sind und daß die vorliegende Erfindung nicht auf die speziellen Ausführungsbeispiele beschränkt ist.

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e e r s e i I e

Claims

Patentanwälte

Dr.-IiiQ. Wilhelm lieichel
Dipl-Ing. Wolfgang fieichßl

6 Frankluria. M. 1 2826911

Pcakßiraße 13

MASATO AINOURA, Miyaki-gun, Saga-ken, Japan

Patentansprüche

1,) Verfahren zur Herstellung eines kugelförmigen Wälzfräsers für die Fertigung eines Zahnrads, gekennzeichnet durch Drehen eines kugelförmigen Walzfräser-Materials, dessen Achse durch seinen Mittelpunkt verläuft, der auch den Drehpunkt bildet und gleichzeitiges Drehen eines Schneidwerkzeugs, das ein Zahnlückenprofil eines Evolventenrads aufweist, entlang der Umfangsfläche des Wälzfräsermaterials in einer Ebene, die durch diese Achse verläuft, wobei der Mittelpunkt des Wälzfräsermaterials den Drehpunkt bildet, um dadurch schraubenlinienförmig auf der Umfangsfläche des Wälzfräsermaterials Vorsprünge auszubilden, die im Schnitt ein Evolventenzahnprofil aufweisen, anschließendes Ausbilden einer Anzahl von equidistant angeordneten Zahnlücken, die die Vorsprünge schneiden durch spanabhebende Bearbeitung der Umfangsfläche des Wälzfräsermaterials, um dadurch eine Anzahl von schraubenlinienförmig kontinuierlich verlaufenden Wälzfräserzähnen herzustellen sowie durch letztliches Ausbilden von Hinterschneidungen an den Seitenflächen oder Planken und der Umfangsfläche des Wälzfräsers, so daß, wenn die Spanflächen der Wälzfräserzähne bearbeitet und geschärft werden, das Zahnprofil der Wälzfräserzähne/ festgelegt durch die Drehung des Wälzfräsers um eine Achse, die durch den Drehpunkt läuft, allmählich verlagert wird, ua eine Ergänzung oder einen Zuwachs zum ursprünglichen Zahnprofil zu erhalten, bevor dieses bearbeitet bzw· geschärft wurde.

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ORIGINAL INSPECTED
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß jede Zahnlücke parallel zur Achse des Wälzfrasers ausgebildet wird und die Bearbeitung zwecks Ausbildung der Hinterschneidung als spanabhebende Bearbeitung der Hinterschneidungsfläche eines jeden Wälzfräserzahns dadurch ausgeführt wird, daß ein Schneidwerkzeug mit einer konstanten Geschwindigkeit und einer Frequenz ausgefahren wird, die dargestellt ist durch die folgende Formel:

^{FH ( 1} - -ΊΓ ' >

und zwar bei jeweils einer Umdrehung des Wälzfräsermaterials, und daß dann das Schneidwerkzeug zurückgezogen wird} es bedeuten N die Zahl der Zahnlücken, Z die Zahl der Zähne eines imaginären Zahnrads, dargestellt durch das Wälzfräsermaterial und F eine Maschinenkonstante·
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß jede Zahnlücke schiefwinklig zur Achse des Walzfräsers ausgebildet wird und die Bearbeitung zur Ausbildung der Hinterschneidung als spanabhebende Bearbeitung der Hinterschneidungsfläche eines jeden Wälzfräserzahns dadurch ausgeführt wird, daß ein Schneidwerkzeug mit einer konstanten Geschwindigkeit gegen den Mittelpunkt des Wälzfräsermaterials mit einer Frequenz vorgeschoben wird, die durch die folgende Formel dargestellt ist:

FN ( 1 1- ) ( 1 + ^tanP )

^K NZ ^{; l} - ^;

NZ ^{; l} - (1 - tanß ♦ tany ^;

und zwar für jeweils eine Umdrehung des Wälzfräsermaterials, und daß dann das Schneidwerkzeug zurückgezogen wird; es bedeuten N die Zahl der Zahnlücken, Z die Zahl der Zähne eines imaginären Zahnrads, dargestellt durch das Wälzfräsermaterial, F eine Maschinenkonstante, β einen Winkel der Zahnlücke zur Achse und y einen Winkel des schraubenlinienf örmigen Schlitzes des Wälzfräserzahns zur Drehrichtung des Wälzfräsermaterials. 8098 5 1/1047
4. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitung zur Ausbildung der seitlichen Hinterschneidungen durch spanabhebende Bearbeitung der seitlichen Flächen oder Flanken eines jeden Wälzfräserzahn3 unter einem Winkel erfolgt, der durch folgende Formel dargestellt

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wobei ein Schneidwerkzeug mit einem Zahnlückenprofil eines Evolventenrads mit der gleichen Frequenz gedreht wird, die bei der Ausbildung der Umfangs-Hinterschneidung angewendet wird und der Mittelpunkt des Wälzfräsermaterials den Drehpunkt bildet; es bedeuten Δ x das Ausmaß der Umfangs-Hinterschneidung, bzw. das Ausmaß der Zahndicke verringert um Δ s und G kennzeichnet das Ausmaß des Nachschliffs des Wälzfraserzahns, welches erforderlich ist, um die Hinterschneidung von ÄS zu erzielen, und CC den Standard-Druckwinkel .
5. Vorrichtung zur Herstellung eines kugelförmigen Wälzfräsers für die Fertigung eines Evolventenrads nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, gekennzeichnet durch eine tragende Welle (11), an der ein kugelförmiges Wälzfräsermaterial (52) drehbar befestigt ist, einen Drehtisch (13), der um die Mitte" des Wälzfräsermaterials an der Befestigungsposition drehbar ist, die den Drehmittelpunkt bildet, eine Grundplatte (19), die so gelagert ist, daß sie sich auf dem Drehtisch (13) nach vorne und hinten bewegen kann, einen Schneidwerkzeug-Support (23), der an der Grundplatte (19) befestigt ist und zusammen mit der Grundplatte nach vorne und hinten bewegbar ist, wobei der Schneidwerkzeug-Support (23) so angeordnet ist, daß er auf der Grundplatte (19) durch eine Drehvorrichtung gedreht werden kann um den Drehpunkt der Grundplatte (13),

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als Drehpunkt, und durch ein Schneidwerkzeug (24, 25 oder 26), das am Schneidwerkzeug-Support (23) so auswechselbar befestigt ist, daß es das Wälzfräsermaterial (52) bearbeiten kann, und durch eine Steuervorrichtung (16) zur Steuerung der Drehgeschwindigkeit des Schneidwerkzeug-Supports (23) über den Drehtisch (13) und durch einen Nockenmechanismus (32, 33) zur Bewegung der Grundplatte (19) nach vorne und hinten.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzei chnet, daß der Drehtisch (13) eine im wesentlichen halbkreisförmige Gestalt hat und so angeordnet ist, daß der Drehpunkt des Drehtisches unterhalb des Mittelpunktes des Wälzfräsermaterials (52) liegt und daß die Grundplatte (19) auf einem konkaven Teil des Drehtisches (13) angeordnet ist und der Schneidwerkzeug-Support (23) über eine Schneidwerkzeug-Halteplatte (21) an der Grundplatte (19) festgelegt ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5_f
dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Befestigung des Schneidwerkzeug-Supports (23) an der Grundplatte (19) einen Führungsstift (30) aufweist, der in vertikaler Richtung durch eine Schneidwerkzeug-Halteplatte (21) hindurchgeführt ist, die zwischen der Grundplatte (19) und dem Schneidwerkzeug-Support (23) zwischengeschaltet ist, und daß eine Führungsnut (31) in der Grundplatte (19) so ausgebildet ist, daß das eine Ende des Führungsstiftes (30) in diese Führungsnut eingreift.

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8. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Drehung des Schneidwerkzeug-Supports (23) auf der Grundplatte (19) einen Führungsstift (30) aufweist, der in vertikaler Richtung sich durch die Schneidwerkzeug-Halteplatte (21) hindurcherstreckt, die zwischen der Grundplatte.(19) und dem Schneidwerkzeug-Support (23) zwischengeschaltet ist, daß eine Führungsnut (31) schiefwinklig auf der Grundplatte (19) so ausgebildet ist, daß das eine Ende des Führungsstiftes (30) in diese Führungsnut eingreifen kann, und daß ein Stift (29) einen Teil der Schneidwerkzeug-Halteplatte (21) drehbar auf dem Drehtisch (13) festlegt und ein Nockenmechanismus (32, 33) zur Bewegung der Grundplatte (19) nach vorne und hinten vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Drehtisch (13) eine im wesentlichen halbkreisförmige Gestalt aufweist und durch eine Schnecke (15) über einen Zähnezahl-Indexmechanismus (16) gedreht wird, xiobei die Schnecke (15) in Eingriff mit einer Schneckenverzahnung (14) steht, die an der Umfangsflache des Drehtisches (13) ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Nockenmechanismus eine getriebene Rolle (33), die von der unteren Seite der Grundplatte (19) absteht sowie einen Nocken (32) aufweist, der in Berührung mit der getriebenen Rolle steht, und daß der Nockenmechanismus durch einen Hinterschneidungs-Indexmechanismus (34) betätigt wird.
11. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Steuerung des Schneidwerkzeug-Supports (23) ein Zähnezahl-Indexmechanismus (16) ist.

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