DE2827145A1

DE2827145A1 - Kugelfoermiger waelzfraeser zur herstellung von zahnraedern

Info

Publication number: DE2827145A1
Application number: DE19782827145
Authority: DE
Inventors: Masato Prof Ainoura
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-06-22
Filing date: 1978-06-21
Publication date: 1979-01-04
Also published as: JPS582008B2; JPS549089A; DE7818563U1; US4174914A; US4202222A

Description

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

Kugelförmiger Wälzfräser zur Herstellung von Zahnrädern

Die Erfindung bezieht sich auf kugelförmige Wälzfräser zur Herstellung von Zahnrädern, insbesondere Evolventen-Innenverzahnungen (und andere Verzahnungen).

Bisher ist der zylindrische Wälzfräser für die Herstellung von Zahnrädern am gebräuchlichsten. Dies gilt jedoch nur für Zahnräder mit Außenverzahnung und nicht für solche mit einer Innenverzahnung. Im allgemeinen werden innenverzahnte Räder auf Zahnrad-Kurzhoblern oder Zahnrad-Hobelmaschinen mittels eines ritzelartigen Schneidwerkzeugs gefertigt.

In einigen wenigen Fällen stellt man sie mittels eines Wälzfräsers mit einer einzigen Einstellposition und einem einschneidigen Werkzeug her. Die Zahnradherstellung mittels einer Zahnrad-Hobelmaschine ist jedoch schlechter als beim Wälzfräsen, und zwar hinsichtlich der Zerspanungsleistung und -genauigkeit.

Die Zerspanungsgenauigkeit ist nicht groß, wenn die Zahnräder mittels eines Wälzfräsers mit einer einzigen Einstellposition oder einem einschneidigen Werkzeug gefertigt werden, und die Standzeit der Werkzeuge ist im Vergleich zu einem Wälzfräser zur Herstellung von Zahnrädern kurzer.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kugelförmigen Wälzfräser zur Herstellung innenverzahnter Räder mit einer Evolventenverzahnung (und andere Arten von Zahnrädern) zu schaffen, um die oben erwähnten Probleme zu lösen. Die Lösung obiger Aufgabe erfolgt durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 aufgeführten Merkmale. Demzufolge werden die Schneidkanten auf Schraubenlinien an der Wälzfräseroberfläche eingestellt, so daß man einen Wälzfräser herstellen kann, der zur kontinuierlichen Fertigung innenverzahnter Räder geeignet ist·

Die Erfindung wird anschließend an Hand der Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:

Fig. Ka) eine Vorderansicht oder Frontansicht eines Ausführungsbeispiels des kugelförmigen Wälzfräsers gemäß der Erfindung;

Fig. 1(b) eine Schnittansicht des Wälzfräsers;

Fig. 2 eine weitere Schnittansicht, die den Außendurchmesser sowie die Teilung oder Steigung des kugelförmigen Wälzfräsers erkennen läßt;

Fig. 3(a) bis (c) jeweils eine Schrägansicht, eine Seitenansicht und eine Draufsicht eines Wälzfräserzahns;

Fig. 4(a) eine schematische Seitenansicht zur Veranschaulichung des Verhältnisses zwischen der Versetzung oder Verlagerung und der Zahndicke;

Fig. 4(b) eine Schnittansicht eines Wälzfräserzahns;

Fig. 5 eine Schrägansicht eines Wälzfräserzahns, die das Verhältnis zwischen der oberen und seitlichen Hinterschneidung darstellt;

Fig. 6 eine Ansicht, welche die Richtung oder den Verlauf der Zahnlücken erkennen läßt;

Fig. 7 eine schematische Frontansicht des Wälzfräsers bei der Herstellung eines Zahnrads;

Fig. 8 eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 9 eine Schnittansicht, die das Ausfräsen eines außenverzahnten Rads veranschaulicht.

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Der als Ausführungsbeispiel gewählte Wälzfräser (kugelförmiger Wälzfräser) dient zur Herstellung von Stirnzahnrädern und schrägverzahnten Rädern, und beide Seitenflächen des kugelförmigen Körpers sind parallel zueinander abgeschnitten bzw. abgeflacht. Der kugelförmige Körper wird um eine Achse gedreht, die durch den Mittelpunkt des kugelförmigen Körpers verläuft. Dann wird die Schraubenlinie auf den kugelförmigen Körper aufgezeichnet oder aufgerissen, und zwar durch Bewegung eines einschneidigen Werkzeugs oder einer Schleifscheibe in der Form einer Zahnlücke oder Nut, das bzw· die rund um den Mittelpunkt des kugelförmigen Körpers entlang der Ebene rotiert, die durch die Achse verläuft.

Die Schneidkante oder Spanfläche 5 wird in der Ebene ausgeführt, die die Achse einschließt, und zwar mittels Wälzfräser, nachdem der Umfang in gleiche Teile unterteilt worden ist.

Der Außendurchmesser des kugelförmigen Körpers beträgt in diesem Fall:

D = B'N + 2,5 m + hinzugefügter Durchmesser.

m = Modul

N = Zähnezahl eines gedachten Zahnrads.

Die Umdrehungen des Meißels oder Schleifsteins pro eine Umdrehung des Wälzfräsers betragen:

mittiger Winkel φ = -~ÜL (rad).

Dieser kugelförmige Wälzfräser besitzt daher Schneidkanten mit einem Evolventenzahnprofil auf der Oberfläche des kugelförmigen Körpers entlang kontinuierlichen Schraubenlinien (Modul m, Zahl der Zähne N).

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Die Schneidkanten 4 kommen eine nach der anderen ähnlich einem rotierenden Evolventenzahnrad (m = Modul, N = Zähnezahl) auf die Ebene, die die Achse einschließt, wenn der kugelförmige Wälzfräser um seine Achse gedreht wird. Ferner wird auch die Bohrung 3 für die Wälzfräser-Welle auf der Achse des Wälzfräsers ausgearbeitet. Außerdem sind Hinterschneidungen 4c an der Oberseite und an beiden Seiten bzw. Flanken 4d an jedem Wälzfräserzahn vorgesehen, wie die Fig. 3(a) bis (c) zeigen.

(Mit 4c ist die äußere Hinterschneidung und mit 4d ist die seitliche Hinterschneidung bezeichnet). Der Spanwinkel der oben erwähnten Schneidfläche oder Spanfläche beträgt nunmehr 0°.

Wenn man den kugelförmigen Wälzfräser um die Achse in Zerspanungsrichtung dreht, so kommt die Drehung des Evolventenzahnrads heraus auf die Ebene, die die Achse einschließt. Dann kann man Zahnräder mit jeder beliebigen Zähnezahl fertigbearbeiten. Die erzeugende Bewegung auf Zahnradmaterialien, die in Eingriff mit scheinbaren Zahnrädern stehen und ferner der Vorschub der Wälzfräsermaterialien in der Achse ermöglichen es, daß der kugelförmige Wälzfräser bei Drehung mit einem Evolventenzahnrad nicht nur außenverzahnte Räder, sondern auch innenverzahnte Räder herstellen kann. Hinzu kommt, daß ein kugelförmiger Wälzfräser mit dem gleichen System und Modul innenverzahnte Räder mit jeder beliebigen Zähnezahl anfertigen kann. Die üblichen Wälzfräser, d.h. Wälzfräser mit einer einzigen Einstellposition können nämlich nicht Räder mit unterschiedlichen Zähnezahlen ausfräsen. Wie beim Zahnradhobeln beeinflussen Beschädigungen der fertigen Schneidkanten die Genauigkeit der Zahnräder; die Einstellung der Schneidkanten an den Zahnradmaterialien muß daher sorgfältig erfolgen. Die Zahnprofil-Genauigkeit hängt von dieser Positionierung ab.

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Die Leistung des kugelförmigen Wälzfräsers ist gegenüber dem walzenförmigen Typ beträchtlich erhöht, der als Wälzfräser bekannt ist, welcher innenverzahnte Räder erzeugen kann« Es ist jedoch schwierig, diesen Fräsertyp herzustellen, so daß er praktisch nicht verwendet wird. Es ist daher auch praktisch nicht möglich, die Walzfräserleistung zu erhöhen.

Im Vergleich zu diesem Wälzfräser ist der kugelförmige Wälzfräser einfacher und logischer herstellbar, denn der Mittelpunkt des Teilkreises des walzenförmigen Wälzfräsers fällt zusammen mit dem Mittelpunkt des rotierenden Wälzfräserkörpers.

Nachstehend wird das Verhältnis zwischen der oberen Hinterschneidung und der seitlichen oder Flanken-Hinterschneidung erläutert. Es wird angenommen, daß der Außenumfang des Wälzfräsers verringert wird um Δ χ durch Nachschleifen der Schneid- oder Spanfläche über den mittigen Winkel Θ, wie in Fig. 4(a) gezeigt ist, was eben der Fall ist, wenn der Wälzfräser abgenutzt ist. Die Hinterschneidung an beiden Seiten muß ausgeführt werden, wenn der Wälzfräser nachgeschliffen wird; man kann das gleiche Zahnprofil und die gleiche Zahndicke im Vergleich zu dem Wälzfräser herstellen, welche vor dem Nachschleifen vorhanden waren. Man muß also das fixierte Zahnprofil und die Dicke für den Fall haben, daß der Wälzfräser nachgeschliffen und nicht nachgeschliffen wird, und man erreicht dies durch einen Vorschub des Wälzfräsers um das fixierte Ausmaß der Spanabhebung vom äußeren Umfang des Zahnradmaterials. In diesem Fall muß das Schneidkantenprofil vor dem Nachschleifen a», b¹ und dasjenige nach dem Nachschleifen a^w, b" eine Evolventenkurve sein, die von dem einen Grundkreis ausgeht, und es ist zweckmäßig, wenn man a^tt, b^w durch Drehen von a¹, b¹ entlang dem Teilkreis eines scheinbaren Zahnrades N erhält. Dann wird der Wälzfräser einer Bewe-

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gung zur Herstellung einer Hinterschneidung unterworfen, wobei das geformte einschneidige Werkzeug oder die Schleif scheibe in ümfangsrichtung rund um den Mittelpunkt des Wälzfräsers gedreht wird. Das Ausmaß der seitlichen Hinter schneidung ist, um die Zahndicke zu erhalten, wie folgt darzustellen:

tana

(α! ist der genormte oder übliche Druckwinkel) (pressure angle)

Der seitliche oder Planken-Freiwinkel wird durch obige Gleichung bestimmt.

Das heißt, die Schneid- oder Spanfläche wird nach dem Nachschleifen ins Minus verlagert, um ein Ausmaß, das gleich ist demjenigen, um welches die obere Hinterschneidung verringert wird. Die Bewegung bei der Ausführung der Hinterschneidung wirkt gegen die Mitte des Wälzfräsers, und die Bewegung zur Ausbildung der seitlichen Hinterschneidung wirkt rund um den Wälzfräser und in Ümfangsrichtung. Die obere und seitliche Hinterschneidung müssen unterschiedlich ausgeführt werden. Der seitliche Freiwinkel f ergibt sich (Fig. 5) aus nachstehender Gleichung, um eine Schwächung um 2 Δ χ tanoi zu erzielen:

tan"^{1 A}'^S/² = ^A'^x

Obige Gleichung gilt für den Fall, daß θ der Drehwinkel des Wälzfräsers 1 ist, um eine Schwächung um 2 Δ'χ · tan Cl. durch . Δ! S · 4' x ²^ erhalten und C stellt die Verlagerung des Teilkreises P.C. für den Drehwinkel dar.

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Das heißt, die seitliche Freiwinkelfläche d wird ausgeführt durch eine Hinterschneidung entlang diesem Winkel £_Q auf dem Teilkreis P. C . Die seitliche Hinterschneidung wird folglich ausgeführt mit einer Verlagerung, um die die Schneidkante des äußeren ümfangs 4C am Wälzfräser 1 verringert wird, und wenn alles einwandfrei arbeitet, kann das gleiche Zahnprofil angefertigt werden, auch nach dem Nachschleifen der Spanfläche 4a mit einem konstanten Spanwinkel. Die Spanfläche 4a weist ein Zahnprofil auf, das dünner als dasjenige vor dem Nachschleifen ist, und zwar um ein Ausmaß, das der Verringerung der oberen Hinterschneidung entspricht.

Die Erfindung ist nicht auf das obige Ausführungsbeispiel beschränkt, wie die nachfolgende Ausführungsform zeigt.

(a) Die Zahnlücke oder Hut wird unter einem Winkel zur Achse auf der Ebene angeordnet, die durch den Mittelpunkt des Wälzfräsers verläuft.

Die Festlegung der Schneidkanten erfolgt dadurch, daß man die Nuten auf dem Schnitt anordnet, der die Wälzfräserachse einschließt, dann wird der Wälzfräser (auch als Stirn-Wälzfräser bezeichnet) ausgeführt, um die Stirnräder herzustellen, ohne daß die Wälzfräserachse geneigt ist.

Für den Fall, daß ein Wälzfräsvorgang bei geneigter Achse ausgeführt wird, genügt es, wenn die Schneidkanten des Wälzfräsers in Steigungsrichtung wie ein herkömmlicher Wälzfräser arbeiten, daß die Schraubenfläche mit dem Druckwinkel des Meißels oder der Schleifscheibe vorher so geändert wird, daß das Evolventenzahnprofil eines scheinbaren Zahnrads (Zähnezahl N) auf der Zahnprofilerzeugungsflache ausgebildet wird, wobei der Wälzfräser das Zahnradmaterial tief ausarbeitet oder sich in dieses tief einschneidet.

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Fig. 3 zeigt die Art und Weise der Herstellung der Nuten oder Zahnlücken. Wenn die Nuten auf einem Schnitt angeordnet werden, der den Mittelpunkt des Wälzfräsers einschließt, genügt es, wenn die Schraubenfläche auf dem Wälzfräser mit dem Druckwinkel des Meißels oder der Schleifscheibe vorher so geändert wird, daß das Evolventenzahnprof il eines scheinbaren Zahnrads (Zähnezahl N) auf der Zahnprofilerzeugungsfläche ausgebildet wird, und zwar für alle Fälle, von Nuten, wie Walzfräser-Axialrichtung, ein rechter Winkel zur Steigung und zur Schraubenlinienrichtung. Nach alledem wird das Wälzfräsen gleichförmig, wenn man das Zerspanungsmoment verringert und das Wälzfräsen mit zahlreichen Schneidkanten gleichzeitig aufhebt.

(b) Der Spanwinkel kann ^e nach Wunsch verändert werden.

(c) Ausführungsbeispiel des Wälzfräsers mit auswechselbaren Schneidkanten wie bei einem zusammengesetzten Wälzfräser.

(d) Ausführungsbeispiel der Erfindung für Fälle, wo es sich nicht um Wälzfräser zur Herstellung der. Evolventenzahnräder handelt, sondern um Keilwellen-Wälzfräser und Wälzfräser mit einem Spezialzahnprofil.

(e) Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Wälzfräsers zur Herstellung von Schneckenrädern, wobei die gegenüberliegende Seite der rohen Schneidkanten entfallen muß.

Wie oben erwähnt, ist diese Erfindung deshalb so effektiv, weil sie es möglich macht, Innenverzahnungen oder innenverzahnte Räder herzustellen, wenn die Schneidoder Spanflächen mit Evolventenzahnprof ilen auf der Wälzfräseroberfläche schraubenlinienförmig kontinuierlich an-

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geordnet sind, um eine Drehung des scheinbaren Evolventenzahnrades in der Ebene zu erreichen, die die Rotationsachse einschließt. Bisher war dies mit zylindrischen Wälzfräsern nicht möglich.

Ferner besteht ein weiterer Vorteil der Erfindung darin, daß Zahnräder mit dem gleichen Zahnprofil selbst dann hergestellt werden können, wenn die Schneidkante nachgeschliffen wird, und zwar durch Ausbildung einer Hinterschneidung oder eines Freiwinkels an den Wälzfräserzähnen, und wenn die Schneid- oder Spanfläche nachgeschliffen wird, wird die Hinterschneidung an beiden Seiten oder Flanken so ausgeführt, daß die oben erwähnten Zähne ausgebildet werden, und zwar geschieht dies im Vergleich zu der Spanfläche vor dem Schleifen dadurch, daß man das fixierte Zahnprofil oder die Achse des Wälzfräsers in ümfangsrichtung dreht, die versetzt ist um das Ausmaß der Hinterschneidung oder des Freiwinkels.

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

Patentansprüche

1·) Kugelförmiger Wälzfräser zur Herstellung von Zahnrädern, insbesondere innenverzahnten Rädern, dadurch gekennzeichnet, daß der Wälzfräser Schneid- oder Spanflächen mit Evolventenzahnprofilen an seiner kugeligen Oberfläche aufweist, die in kontinuierlicher Schraubenlinie verlaufen, um die Drehung eines scheinbaren oder gedachten Evolventenzahnrads in einer Ebene, die die Drehachse einschließt, oder in einer unter einem fixierten Winkel angeordneten Ebene dadurch zu ermöglichen, daß der Wälzfräser um seine Achse gedreht wird, die durch den Mittelpunkt des kugelförmigen Wälzfräsers verläuft.
2. Wälzfräser nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß nach der Ausbildung der Schneid- oder Spanflächen die Wälzfräserzähne mit einem Zahnrücken-Freiwinkel oder -Hinterschliff versehen werden und daß dann der Freiwinkel an beiden Flanken der Zähne dadurch ausgebildet wird, daß das fixierte Zahnprofil um die Achse des kugelförmigen Wälzfräsers in ümfangsrichtung gedreht wird, die verlagert ist um das Ausmaß des Zahnrücken-Freiwinkels oder -Hinterschliffs.

ORIGINAL INSPECTED 809881/1005