DE69417882T2

DE69417882T2 - Werkzeugeinstechverfahren für zahnradherstellverfahren

Info

Publication number: DE69417882T2
Application number: DE69417882T
Authority: DE
Inventors: Mark Boch; Theodore Krenzer; Donald Palmateer
Original assignee: Gleason Works
Current assignee: Gleason Works
Priority date: 1993-03-22
Filing date: 1994-02-22
Publication date: 1999-09-30
Anticipated expiration: 2014-02-23
Also published as: CN1119423A; KR0155225B1; DE69417882D1; WO1994021413A1; EP0690760A1; AU669791B2; JP2994753B2; JPH08508209A; US5310295A; ATE178827T1; CA2158045C; CN1046647C; EP0690760B1; AU6271594A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Ausbildung von Kegelrädern u. dgl. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Vorschub eines Werkzeugs auf eine vorbestimmte Tiefe in einem Werkstück gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, wobei der Vorschubweg gesteuert ist.
Bei der Herstellung von Kegelrädern und Hypoidkegelrädern kommen üblicherweise zwei Arten von Verfahren zur Anwendung - Abwälzverfahren und Nicht- Abwälzverfahren.
Bei Abwälzverfahren wird ein sich drehendes Werkzeug auf eine vorbestimmte Tiefe in ein Werkstück vorgeschoben. Sobald diese Tiefe erreicht ist, werden das Werkzeug und das Werkstück in einer vorbestimmten relativen Abrollbewegung, die als sogenanntes Abwälzrollen bekannt ist, um die Achse eines theoretischen Erzeugungsrads gerollt, so als ob sich das Werkstück in Eingriff mit dem theoretischen Erzeugungsrad drehen würde, wobei die Zähne des theoretischen Erzeugungsrads durch die Materialentfernungsflächen des Werkzeugs dargestellt sind. Die Profilform des Zahns wird durch relative Bewegung des Werkzeugs und Werkstücks während des Abwälzrollens geformt.
Abwälzverfahren können in zwei Kategorien eingeteilt werden - das Stirnfräsen und das Abwälzstirnfräsen. Beim Stirnfräsen wird jeder Schlitz (angrenzende Zahnseiten aufeinanderfolgender Zähne) eines Werkstücks einzeln geformt. Nachdem das Werkzeug auf seine vorbestimmte Tiefe vorgeschoben wurde, beginnt das Abwälzrollen.
Beim Abwälzrollen können die Zahnoberflächen durch beliebige mehrerer bekannter Zyklen geformt werden. Eine Zahnoberfläche eines Schlitzes kann durch ein Vorwärtsabwälzrollen und die benachbarte Zahnoberfläche durch ein Rückwärtsabwälzrollen geformt werden. Alternativ dazu können beide Seiten des Zahnschlitzes in einem einzigen vorwärts gerichteten Abwälzrollvorgang geschnitten werden; falls ein zweiter oder Endbearbeitungsschneidvorgang erforderlich ist, kann dies durch ein Rückwärtsrollen erfolgen, um die erwünschten Zahnoberflächen zu erzeugen. Sobald die Zahnseiten vervollständigt sind, wird das Werkzeug relativ zum Werkstück zurückgezogen und das Werkstück dann zur nächsten Schlitzposition versetzt. Das intermittierende Versetzen wird fortgesetzt, bis alle Zahnoberflächen des Werkstücks geformt sind.
Das Abwälzstirnfräsen ist ein kontinuierlicher Versetzungsvorgang, worin eine vordefinierte, zeitlich abgestimmte Drehung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück dem Abwälzrollen überlagert wird. Auf diese Weise werden alle Schlitze (und daher alle Zahnoberflächen) auf dem Werkstück durch einen einzigen Abwälzrollvorgang geformt. Das Werkstück und das Werkzeug werden in zeitlich abgestimmter Beziehung gedreht und das Werkzeug in das Werkstück vorgeschoben, wodurch Material aus allen Schlitzen entfernt wird, während es in die Tiefe vorgeschoben wird. Sobald die volle Tiefe erreicht ist, beginnt er erwünschte Abwälzzyklus, um alle Zähne auf dem Werkstück vollständig auszubilden.
Nicht-Abwälzverfahren, die entweder intermittierendes oder kontinuierliches Versetzen umfassen, sind jene, bei denen die Profilform eines Zahns auf einem Werkstück direkt von der Profilform des Werkzeugs gebildet wird. Das Werkzeug wird in das Werkstück vorgeschoben und die Profilform des Werkzeugs dem Werkstück verliehen. Obwohl kein Abwälzrollen zur Anwendung kommt, ist das Konzept eines theoretischen Erzeugungsrads (als "Zahnkranz" bekannt) auf Nicht-Abwälzverfahren anwendbar. Der Zahnkranz ist jenes theoretische Rad, dessen Zahnoberflächen zu den Zahnoberflächen des Werkstücks komplementär sind. Daher stellen die Schneidmesser auf dem Werkzeug die Zähne des Zahnkranzes dar, wenn die Zahnoberflächen auf dem nicht- abgewälzten Werkstück geformt werden.
In Abwälz- und Nicht-Abwälzverfahren besteht der erste Schritt darin, das Schneid- oder Schleifwerkzeug mit dem Werkstück in Eingriff zu bringen und das Werkzeug dann auf die vorbestimmte Tiefe im Werkstück vorzuschieben. Das Werkzeug kann zum Werkstück bewegt werden, das Werkstück kann zum Werkzeug bewegt werden, oder es können sowohl das Werkzeug als auch das Werkstück aufeinander zubewegt werden. Ungeachtet der Tatsache, ob das Werkzeug und/oder das Werkstück bewegt wird/werden, muß das Werkzeug seine vorbestimmte Vorschubtiefe im Werkstück erreichen, bevor die Materialentfernung abgeschlossen ist und das Werkzeug zurückgezogen wird (Nicht-Abwälzverfahren) oder das Abwälzrollen beginnt (Abwälzverfahren).
Der Weg, entlang dessen sich das Werkzeug von seinem ersten Kontakt mit dem Werkstück bis zu seiner vorbestimmten oder "vollen" Tiefe bewegt, kann variieren. Wie von Goldrich in "CNC Generation of Spiral Bevel and Hypoid Gears: Theory and Practice", The Gleason Works, Rochester, New York, 1990 (stellt den verwandtesten Stand der Technik dar) beschrieben, verläuft in herkömmlichen mechanischen Radschneid- und/oder -schleifmaschinen, die einen Schlitten umfassen, der das theoretische Erzeugungsrad imitiert, der Vorschubweg in einer Richtung entlang der Schlitten- bzw. Erzeugungsradachse. Zwar ist diese Art von Werkzeugvorschub allgemein bekannt, doch wurden ungleichmäßige Werkzeuglasten oder -spannungen beobachtet.
Die Veröffentlichung von Goldrich beschreibt auch eine mehrachsige CNC- Zahnraderzeugungsmaschine, bei der der Vorschubweg eines Werkzeugs in ein Werkstück in einer Richtung entlang der Werkzeugachse verlaufen kann. Beim Vorschub entlang der Werkzeugachse liegt der Vorschubweg in einer Ebene, die durch die Werkzeugachse und einen Zahn-Normalvektor am Konstruktionspunkt (dem Punkt, um den die Geometrie des Zahns berechnet wird) definiert ist. Diese Ebene wird als die "normale Ebene" bezeichnet. Der Konstruktionspunkt ist üblicherweise der mittlere Punkt auf dem Zahn, der ein Punkt auf halbem Wege zwischen der Wurzel und der Spitze und zwischen außen und innen auf dem Zahn ist. Diese Art von Vorschub ist in jenen Fällen vorteilhaft, in denen es zu Werkzeugeinschluß kommen kann, wenn der Vorschubweg entlang der Schlittenachse verläuft. Der Werkzeugeinschluß ist der Zustand, in dem das Werkzeug überschüssiges Material aufgrund seines jeweiligen Zuwendens und seiner jeweiligen Bewegung im Verhältnis zum Werkstück entfernt. Der Vorschub entlang der Werkzeugachse wendet das Werkzeug dem Werkstück solcherart zu, daß der Werkzeugeinschluß verhindert wird. Der Vorschub entlang der Werkzeugachse wies jedoch übermäßig ungleichmäßige Werkzeuglasten auf, insbesondere in Abwälzstirnfräsverfahren.
Goldrich offenbart ferner, daß der Vorschub des Werkzeugs in einem Winkel im Verhältnis zur Werkzeugachse erfolgen kann, um Spanlasten für Schneidmesser mit ungleichen Druckwinkeln auszugleichen. Wenn Schneidwerkzeuge mit ungleichen Druckwinkeln verwendet werden, kann eine Seite der Messer mehr Material entfernen als die andere, wodurch sich eine Gruppe von Messern rascher abnützt als die andere. Wenn ein Werkzeug entlang der Werkzeugachse vorgeschoben wird, verschlimmert sich der Zustand der ungleichmäßigen Werkzeuglasten durch Verwendung von Werkzeugen, die derartige ungleichmäßige Druckwinkel aufweisen. In einer solchen Situation kann der Vorschubweg zu einem Winkel im Verhältnis zur Werkzeugachse geändert werden, doch der Vorschubweg bleibt innerhalb der normalen Ebene. Dieser abgewinkelte Vorschubweg innerhalb der normalen Ebene ermöglicht es dem Werkzeug, das Werkstück solcherart zu berühren, daß Materialentfernung zwischen den zwei Seiten des Werkzeugs ausgeglichen und die Messerabnützung infolge ungleichmäßiger Materialentfernung gemildert wird. Man beachte jedoch, daß das Vorschieben in der normalen Ebene in einem Winkel im Verhältnis zur Werkzeugachse zwar die Abnützung und Schwingungsprobleme, die mit ungleichmäßigen Werkzeugdruckwinkeln zusammenhängen, verringern kann, daß aber diese Art von Werkzeugvorschub die übermäßigen und ungleichmäßigen Werkzeuglasten nicht verringern kann, die beim Vorschieben entlang der Werkzeugachse auftreten, insbesondere in den oben erwähnten Abwälzstirnfräsverfahren.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Vorschub eines Werkzeugs relativ zu einem Werkstück bereitzustellen, worin ungleichmäßige Werkzeuglasten, die mit Vorschubwegen des Stands der Technik verbunden sind, verringert oder eliminiert werden.
Die Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Vorschub eines Werkzeugs auf eine vorbestimmte Tiefe in einem Werkstück in einem maschinellen Bearbeitungsverfahren zur Herstellung von zumindest einer Zahnoberfläche auf dem Werkstück wie z. B. einem Kegelrad. Das Werkzeug ist um eine Werkzeugachse drehbar und besitzt zumindest eine Materialentfernungfläche. Das Werkstück ist um eine Werkachse dehbar und steht mit einem theoretischen Erzeugungsrad in Eingriff, das um eine Erzeugungsradachse drehbar ist. Das Verfahren umfaßt das In-Berührung-Bringen des Werkzeugs und des Werkstücks und das Vorschieben des Werkzeugs in bezug auf das Werkstück entlang eines Vorschubwegs auf eine vorbestimmte Tiefe.
Das Verfahren sieht vor, daß zumindest ein Teil des Vorschubwegs durch einen Vorschubvektor definiert ist, der zumindest eine erste und eine zweite Vorschubvektorkomponente umfaßt. CH-A-590105 beschreibt ein maschinelles Nicht- Abwälzbearbeitungsverfahren; es wird angeführt, daß parallele Neigungen sowohl in der Erzeugungsradachse als auch in der Schneidkopfachse hervorgerufen werden können, sodaß das Werkzeug in einem Winkel zum Werkstück vorgeschoben wird. In der vorliegenden Erfindung sind die Vorschubvektorkomponenten in einer axialen Ebene positioniert, die durch die Erzeugungsradachse und die Werkachse definiert ist, wobei die erste Vorschubvektorkomponente im wesentlichen in Richtung der Erzeugungsradachse verläuft und die zweite Vorschubvektorkomponente im wesentlichen rechtwinkelig zur Erzeugungsradachse verläuft und das Verfahren ein Abwälzverfahren ist, bei dem die oben beschriebene Abwälzrolle zum Einsatz kommt.
Der Vorschubvektor kann eine dritte Vorschubvektorkomponente enthalten, die in einer normalen Ebene liegt, die durch die Werkzeugachse und einen normalen Vektor zum Konstruktionspunkt eines Zahns definiert ist.
Das Verfahren zum Vorschub eines Werkzeugs in bezug auf ein Werkstückzahnrad der Erfindung erfolgt vorzugsweise auf einer computergesteuerten Maschine. Diese umfaßt eine Vielzahl computergesteuerter Achsen zum Positionieren und operativen Eingriff des Werkzeugs mit dem Werkstückrad.
Bei der Durchführung des Verfahrens der Erfindung auf einer computergesteuerten Maschine werden anfängliche Achseneinstellpositionen aufgrund der der Maschine eingegebenen Einstellungsparameter berechnet. Die computergesteuerten Achsen werden dann zu den anfänglichen Einstellpositionen bewegt, um das Werkzeug und das Werkrad im Verhältnis zueinander zu positionieren. Ein Vorschubweg des Werkzeugs relativ zum Werkrad wird aufgrund der der Maschine eingegebenen Vorschubparameter berechnet. Das Werkzeug wird dann um die Werkzeugachse gedreht, und die computergesteuerten Achsen werden bewegt, um das sich drehende Werkzeug relativ zum Werkrad entlang des Vorschubwegs auf eine vorbestimmte Tiefe im Werkrad vorzuschieben. Zumindest ein Teil des Vorschubwegs ist durch einen Vorschubvektor definiert, der zumindest die oben definierte erste und zweite Vorschubvektorkomponente umfaßt.

Kurze Beschreibung der Abbildungen

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer computergesteuerten Maschine zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung.
Fig. 2 stellt ein sich verjüngendes theoretisches Erzeugungsrad dar, das mit einem Werkstück in Eingriff steht.
Fig. 3a, 3b, 3c und 3d stellen einen Vorschubweg in Richtung der theoretischen Erzeugungsradachse dar (betrachtet in einer Axialebene, entlang der Erzeugungsradachse, in der Wälzebene bzw. in der normalen Ebene).
Fig. 4 zeigt die Positionsänderung vom ersten Kontakt bis zur endgültigen Tiefe eines Werkzeugs in einem Zahnschlitz, wenn der Vorschubweg in Richtung der theoretischen Erzeugungsradachse verläuft.
Fig. 5a, 5b, 5c und 5d zeigen jeweils einen Vorschubweg in Richtung der Werkzeugachse in einer Axialebene, entlang der Erzeugungsradachse, in der Wälzebene bzw. in der normalen Ebene.
Fig. 6 stellt die Positionsänderung vom ersten Kontakt bis zur endgültigen Tiefe eines Werkzeugs in einem Zahschlitz dar, wenn der Vorschubweg in Richtung der Werkzeugachse verläuft.
Fig. 7a, 7b, 7c und 7d zeigen einen Vorschubweg gemäß der Erfindung (betrachtet jeweils in einer Axialebene, entlang der Erzeugungsradachse, in der Wälzebene und in der normalen Ebene).
Fig. 8 stellt die Positionsänderung vom ersten Kontakt bis zur endgültigen Tiefe eines Werkzeugs in einem Zahnschlitz mit dem Vorschubweg der Erfindung dar.
Fig. 9 zeigt die Spiralwinkel einer Zahnoberfläche beim ersten Kontakt mit einem Werkzeug und an seiner Position voller Tiefe.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die Details der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen und die beiliegenden Abbildungen besprochen.
Es ist vorzuziehen, daß das Verfahren der Erfindung auf Maschinen wie z. B. der in US- A-4.981.402 geoffenbarten durchgeführt wird. Diese Maschine gehört zum bekannten Typ der numerisch computergesteuerten bzw. CNC-Maschinen, die eine Vielzahl an Achsen umfassen, entlang derer die Bewegung eines Schleif- oder Schneidwerkzeugs und eines Werkstücks gesteuert werden kann, um das Werkzeug und Werkstück relativ zueinander in fast jeder Position innerhalb der Betriebsgrenzen der Maschine auszurichten.
CNC-Maschinen zur Steuerung der Bewegung mehrerer Maschinenachsen entlang vorgeschriebener Wege sind heute allgemein üblich. Solche modernen Systeme können die Bewegungen ausgewählter Achsen entlang vorgeschriebener Wege zur Ausrichtung eines Werkzeugs in bezug auf ein Werkstück, insbesondere eines Werkrads, steuern.
Eine Maschine, die jener aus US-A-4.981.402 ähnelt, ist in Fig. 1 dargestellt. Die Vorrichtung 14 umfaßt einen Werkzeugträger 15 für ein Werkzeug 2 wie z. B. das dargestellte Schneidwerkzeug. Das Werkzeug 2 ist abnehmbar an einer Werkzeugspindel 16 montiert, die ihrerseits zur Drehung in einem Werkzeugkopf 18 gelagert ist. Der Werkzeugkopf 18 ist zur vertikalen Bewegung (Y-Achse) entlang der am Schlitten 32 befestigten Führungen 24 fähig. Der Werkzeugträger 15 ist zur horizontalen Bewegung (X-Achse) entlang der an der Maschinenbasis 30 befestigten Führungen 26 fähig. Das Werkzeug 2 ist zur Drehbewegung um seine Drehachse T fähig.
Die Vorrichtung 14 umfaßt auch einen Werkträger 17, in dem das Werkstück 12 abnehmbar an der Werkspindel 23 montiert ist. Die Werkspindel 23 ist zur Drehung im Werkkopf 22 gelagert und zur Drehbewegung um eine Werklängsachse W fähig. Der Werkkopf 22 ist am Tisch 34 montiert und zur (schwenkenden) Winkelbewegung um die vertikale Achse B fähig. Der Tisch 34 ist zur horizontalen Bewegung (Z-Achse) entlang der an der Maschinenbasis 30 befestigten Führungen 28 fähig.
Die Führungen 24, 26 und 28 erlauben die relative lineare Bewegung des Werkzeugs 2 und Werkrads 12 in drei zueinander orthogonalen Richtungen X, Y und Z.
Die Bewegung der Werkzeugspindel 16, der Werkspindel 23, des Werkkopfes 22, des Tisches 34, des Werkzeugkopfes 18 und des Schlittens 32 wird durch getrennte Antriebsmotoren (nicht dargestellt) bewirkt. Die obigen Komponenten sind zur unabhängigen Bewegung in bezug aufeinander fähig und können sich gleichzeitig miteinander bewegen. Jeder der jeweiligen Motoren ist entweder mit einer linearen oder rotierenden Codiereinrichtung (nicht dargestellt) als Teil eines CNC-Systems verbunden, das den Betrieb der Antriebsmotoren gemäß den in einen nicht dargestellten Computer eingegebenen Anweisungen steuert. Die Codiereinrichtungen liefern Rückkopplungsinformation an den Computer betreffend die tatsächlichen Positionen jeder der beweglichen Achsen.
Man erkennt deutlich, daß es durch relative Bewegung des Werkzeugs 2 und Werkrads 12 entlang beliebiger oder aller Achsen möglich ist, das Werkzeug 2 und das Werkrad 12 in bezug aufeinander auszurichten, sodaß jeder Bereich des Werkrads 12 dem Werkzeug 2 zugewandt werden kann. Sobald dieses Zuwenden erfolgt ist, wird die Vorschubbewegung des Werkzeugs 2 und/oder Werkrads 12 bewirkt, sodaß das Werkzeug 2 das Werkrad berührt und auf eine vorbestimmte Tiefe eingestochen wird.
Sobald die vorbestimmte Einstechtiefe erreicht wurde, kann eine Abwälzbewegung erfolgen. Bei der Abwälzbewegung rollen das Werkrad und das Werkzeug gemeinsam um die Achse eines theoretischen Erzeugungsrads, so als ob das Werkrad in Eingriff mit dem theoretischen Erzeugungsrad rollen würde, dessen Zahnoberflächen durch die Materialentfernungsflächen des Werkzeugs dargestellt werden. Der Werkzeugweg während des Abwälzens wird durch den Computer als Reaktion auf eingegebene Anweisungen gesteuert, um Bewegungen entlang jeweiliger Achsen zu steuern und eine erwünschte Zahnoberflächengeometrie herzustellen.
Fig. 2 stellt ein theoretisches Erzeugungsrad 40 in Eingriff mit einem Werkstück 12 dar, das in diesem Fall ein Ritzelelement einer Radgruppe ist. Dieses Erzeugungsrad 40 enthält eine Drehachse G, und die Drehachse des Werkstücks 12 ist durch W gekennzeichnet. Die Wälzbahn des Werkstücks 12 und des theoretischen Erzeugungsrads 40 ist mit 45 gekennzeichnet. Der Winkel α zwischen der Erzeugungsradachse G und der Wälzbahn 45 ist als Teilkegelwinkel bekannt. Die Erzeugungsradachse G und die Werkstückachse W definieren gemeinsam eine "Axialebene".
In Nicht-Abwälzverfahren beträgt der Teilkegelwinkel α 90º, und in diesem Fall würde das theoretische Rad 40 die Form eines Zahnkranzes annehmen. In Abwälzverfahren jedoch (siehe Fig. 2) kann das Erzeugungsrad 40 ein "verjüngtes" Erzeugungsrad sein, das insofern vom Zahnkranz abweicht, indem es einen Teilkegelwinkel von weniger als 90º aufweist.
Das Komplement des Teilkegelwinkels α des theoretischen Erzeugungsrads 40 wird als Abwälzteilkegelwinkelneigung bezeichnet und ist jener Wert, um den die Achse des theoretischen Erzeugungsrads im Verhältnis zur Erzeugungsradachse G geneigt ist. Da die Zähne des theoretischen Erzeugungsrads durch die Materialentfernungsflächen des Werkzeugs im Abwälzverfahren dargestellt werden, umfaßt das richtige Zuwenden des Werkzeugs zum Werkstück das justieren der Werkachse W in der Maschineneinstellung. Der Wert der Abwälzteilkegelwinkelneigung ist im allgemeinen als 90º minus dem Teilkegelwinkel des Erzeugungsrads definiert. Natürlich kann jede Fehlübereinstimmung im Werkstück auch den Wert der Abwälzteilkegelwinkelneigung beeinflussen. In vielen Fällen wird ein Element einer Radgruppe durch ein Nicht- Abwälzverfahren und das dazupassende Element durch ein Wälzverfahren geformt. Unter Bezugnahme auf die Abwälzanordnung von Fig. 2 wäre der Teilkegelwinkel 90º minus dem Teilkegelwinkel des nichtabgewälzten dazupassenden Elements.
Fig. 3a, 3b, 3c und 3d sind Ansichten eines Werkstücks in einer Axialebene, entlang der Abwälzradachse, in der Wälzebene bzw. in der normalen Ebene, wenn das Werkstück relativ zum Werkzeug in einer Richtung entlang der Erzeugungsradachse G vorgeschoben wird. In allen Abbildungen wird die Position des Werkstücks beim ersten Kontakt mit dem Werkzeug durch strichlierte Linien und die Position des Werkstücks an der Position voller Tiefe durch durchgehende Linien dargestellt.
Man beachte, daß in Zusammenhang mit dem Werkzeug in der gesamten Beschreibung die Ausdrücke Innen- und Außenmesser verwendet werden. Innenmesser sind jene Messer auf einem Schneidgerät, die die innere oder konvexe Flanke eines Zahns bilden, während die Außenmesser jene Messer sind, die die äußere oder konkave Flanke eines Zahns auf einem Werkstück bilden.
Fig. 3a ist eine axiale Draufsicht eines Vorschubwegs in einer Richtung entlang der Erzeugungsradachse G. Die Axialebene ist so definiert, daß sie die Werkstückachse W und die theoretische Erzeugungsradachse G enthält. Die durch strichlierte Linien gezeigte Anfangsposition des Werkstücks ist durch 12i gekennzeichnet, die anfängliche Werkstückachsenposition durch Wi. In dieser Position kommt es zum ersten Kontakt der Ebene 48 der Spitzen des Werkzeugs mit dem Werkstück 12. Das Werkstück 12 wird relativ zum Werkzeug in der Richtung entlang der Erzeugungsradachse G vorgeschoben, bis eine vorbestimmte volle Tiefe erreicht ist. An dieser Position voller Tiefe befindet sich das durch durchgehende Linien dargestellte Werkstück an der Position 12f, wobei seine Achse durch Wf dargestellt ist.
Fig. 3c zeigt eine Wälzebenenansicht des Vorschubwegs entlang der Erzeugungsradachse G. Man beachte, daß im Zusammenhang mit der vorliegenden Beschreibung der Ausdruck "Vorschubweg" den Weg des Werkzeugs relativ zum Werkstück beschreibt, während das Werkstück von einer anfänglichen Kontaktposition mit dem Werkzeug zu einer Endposition an einer erwünschten oder "vollen" Tiefe vorgeschoben wird. Bezugszeichen 50 identifiziert den Zahnschlitz, Rc ist der mittlere Schneidradius, D kennzeichnet den Konstruktionspunkt des Zahns, und der Vektor N stellt den Zahn- Normalvektor am Konstruktionspunkt D dar. Man beachte, daß zwar der Konstruktionspunkt D im allgemeinen mit dem mittleren Punkt des Zahns zusammenfällt (wie im vorliegenden Fall), daß sich aber der Konstruktionspunkt auch an jeder anderen Stelle entlang des Zahns befinden kann.
Bezug nehmend auf Fig. 3a erkennt man, daß der Abwälzkegelabstand an der Spitze des Zahns kleiner ist als an der Wurzel. Diese Differenz des Abwälzkegelabstands führt zu einer Differenz des Spiralwinkels Ψi, an der Zahnspitze im Vergleich zum Spiralwinkel Ψf am Zahnboden (Fig. 3c), wenn die Betrachtung entlang einer zur Wurzellinie des Zahns rechtwinkeligen Linie, z. B. der Linie 60, erfolgt. Diese Änderung des Spiralwinkels ist der Zahngeometrie inhärent, wenn ein verjüngtes Erzeugungsrad verwendet wird.
Die inhärente Änderung des Spiralwinkels kann durch die folgende Gleichung beschrieben werden:
worin: Rc = Schneidradius
A = mittlerer Abwälzkegelabstand
Ψ = Abwälzspiralwinkel
ΔA = Änderung des Kegelabstands.
Fig. 3b ist eine Ansicht entlang der theoretischen Erzeugungsradachse G in Vorschubrichtung. Aus Fig. 3a und 3b erkennt man, daß die Abwälzkegelabstände an der Zahnspitze (A - ΔA) und an der Zahnwurzel (A) unterschiedlich sind, wenn man sie entlang Linie 60 betrachtet, während des Einstechens aber konstant gehalten werden. Anders ausgedrückt wird der Kegelabstand entlang der zur Erzeugungsradachse G parallelen Linien wie z. B. der Linie 65 konstant gehalten, wodurch sich ein konstanter Spiralwinkel entlang der Linien wie z. B. der Linie 65 ergibt. Das Ergebnis sind korrekte Spiralwinkel, die während des gesamten Abwälzens geschnitten werden.
Fig. 3d ist eine Ansicht in der normalen Ebene, worin eine Komponente der Bewegung entlang des normalen Vektors N im Vorschub entlang der Erzeugungsradachse enthalten wäre, wenn ein Schneidgerät mit Messern mit ungleichen Druckwinkeln verwendet würde.
Fig. 4 ist eine vergrößerte Ansicht, die die Wirkung des Vorschubs entlang der theoretischen Erzeugungsradachse G darstellt. Der Zahnschlitz 50 ist zwischen einer äußeren Zahnflanke 51 und einer inneren Zahnflanke 52 ausgebildet und besitzt ein hinteres Ende 53 und ein vorderes Ende 54. Die Position des Schneidgeräts wird durch die punktierte Linie 55 angezeigt. Man erkennt, daß sich beim Vorschub des Werkstücks von seiner Anfangsposition 12i (strichlierte Linien) des ersten Kontakts mit dem Werkzeug bis zu einer Endposition 12f (durchgehende Linien), an der das Werkzeug bis zur vollen Tiefe in das Werkstück eingestochen wurde, die Beziehung zwischen dem Werkstück und der Erzeugungsradachse G ändert. Das Werkstück bewegt sich entlang der Erzeugungsradachse G, während es auf die volle Tiefe vorgeschoben wird. Die korrekten Spiralwinkel bleiben während des Vorschubs konstant. Es tritt jedoch eine Verschiebung des Werkstückschlitzes relativ zu den Schneidmessern ein, wenn das Werkstück von der Position 12i bis zur Position voller Tiefe 12f vorgeschoben wird. Die Auswirkung ist eine mit Fortdauer des Vorschubvorgangs stattfindende Verschiebung der Schneidmesser von einer Position näher der Außenflanke 51 zur Mitte des endgültigen Zahnschlitzes. Wie oben erwähnt, bleibt der Spiralwinkel während des Einstechens entlang der Linien auf den Zahnflankenflächen parallel zur Erzeugungsradachse G konstant.
Beim ersten Kontakt des Werkstücks 12i erstreckt sich die Position 55 der Schneidmesser zwischen dem vorderen Ende 12i1 und dem hinteren Ende 12i2 an einer Position, die höher als die erwünschte Mitte des Zahnschlitzes 50 ist, wobei sich die Messer näher an der Endposition der Außenflanke 51 befinden. Mit Fortdauer des Vorschubs bis zur Position voller Tiefe 12f bewegt sich jedoch die Position 55 der Schneidmesser 55 zur richtigen Mittelposition des Schlitzes 50 (erstreckt sich vom vorderen Ende 12f1 bis zum hinteren Endef2). Somit erkennt man, daß eine Verschiebung der Schneidmesser im allgemeinen weg von der Außenflanke 51 hin zur Mitte des Schlitzes stattfindet.
Die Verschiebung der Schneidmesser zu einer mittigen Position auf voller Tiefe 12f von der Richtung der Außenflanke 51 führt zu erhöhten Schneidkräften, die auf die inneren Schneidmesser einwirken, sowie zu verfrühter Abnützung der Innenmesser.
Fig. 5a, 5b, 5c und 5d sind Ansichten eines Werkstücks in einer Axialebene, entlang der Erzeugungsradachse G, in der Wälzebene und in der normalen Ebene, wenn das Werkstück und das Werkzeug relativ zueinander in einer Richtung entlang der Werkzeugachse T vorgeschoben werden.
Fig. 5a ist eine Axialebenensicht eines Vorschubwegs in Richtung der durch T gekennzeichneten Werkzeugachse. Die Anfangsposition des Werkstücks ist durch 12i identifiziert, die anfängliche Werkstückachsenposition durch Wi. An dieser Position kommt es zum ersten Kontakt der Ebene 48 der Spitzen eines Werkzeugs, das die Achse T besitzt, mit dem Werkstück 12. Das Werkstück 12 wird relativ zum Werkzeug in Richtung der Werkzeugachse T vorgeschoben, bis eine vorbestimmte volle Tiefe erreicht ist. An diesem Punkt befindet sich das Werkstück an der Position 12f, wobei seine Achse durch Wf dargestellt ist.
In Fig. 5b, die eine Ansicht entlang der Erzeugungsradachse G ist, sieht man auch, daß bei der Betrachtung des Werkzeugachsenvorschubwegs des Werkstücks 12 relativ zum Werkzeug entlang der Erzeugungsradachse G eine Verschiebung des Werkstückschlitzes relativ zu den Schneidmessern stattfindet, wenn das Werkstück von Position 12i zu Position 12f vorgeschoben wird. Das Ergebnis ist eine mit Fortdauer des Vorschubs stattfindende Verschiebung der Schneidmesser von einer Position näher an der Innenflanke 52 zur Mitte des endgültigen Zahnschlitzes. Die Verschiebung der Schneidmesser zu einer mittigen Position auf voller Tiefe 12f von der Richtung der Innenflanke 52 führt zu erhöhten Schneidkräften, die auf die äußeren Schneidmesser einwirken, sowie zu vorzeitiger Abnützung der Außenmesser.
In der Wälzebenensicht von Fig. 5c erkennt man, daß der Vorschub in Richtung der Werkzeugachse T die Beziehung zwischen dem Werkstück 12 und der Erzeugungsradachse G nicht ändert. Wenn die Schneidmesser zuerst in das Werkstück an Position 12i eingreifen, ist der geschnittene Spiralwinkel der gleiche wie der an der Wurzel des Werkstücks geschnittene Spiralwinkel, wenn der Vorschub zur Position 12f fortgesetzt wurde. Wie bereits erwähnt, ist beim Schneiden mit einem verjüngten Erzeugungsrad der endgültige Spiralwinkel an der Zahnspitze inhärent anders als der Spiralwinkel an der Zahnwurzel. Dieser Effekt wurde oben ausführlich beschrieben. Mit Fortdauer des Vorschubs entlang der Werkzeugachse T wird der Schneidkegelabstand an der Zahnspitze verringert und der Spiralwinkel an der Zahnspitze verkleinert.
Die Änderung des Spiralwinkels bewirkt, daß sich die Messer während des Vorschubs des Werkzeugs in das Werkstück gegen den Uhrzeigersinn verdrehen. Die Messer, die die Innenflanke 52 schneiden, bewegen sich zur Innenflanke 52 am vorderen Ende 54 des Schlitzes 50, während sich die Messer, die die Außenflanke 51 schneiden, zur Außenflanke 51 am hinteren Ende 53 des Schlitzes 50 bewegen. Diese Verdrehung führt zur erwünschten Spiralwinkeländerung, trägt aber auch zur Entfernung des Materials im Schlitz durch die Außenmesser infolge der Verschiebung von der tieferen als der Mittelposition des Schlitzes 12i zur Mitte des Schlitzes an 12f bei. Die Verschiebung und Verdrehung der Schneidmesser bewirken übermäßige Lasten, die auf die Schneidmesser einwirken, sowie die ungleichmäßige Abnützung der Schneidmesser, wobei sich die Außenmesser infolge der Entfernung einer größeren Materialmenge durch sie schneller abnützen.
Bezug nehmend auf Fig. 6 erkennt man deutlich die Wirkung der Messerverschiebung und -verdrehung, wenn der Vorschub entlang der Werkzeugachse T erfolgt. Der Schlitz 50 erstreckt sich zwischen der Außenflanke 51, der Innenflanke 52, dem hinteren Ende 53 und dem vorderen Ende 54. An der Erstkontaktposition mit dem Werkstück 12i erstreckt sich die Position der Schneidmesser (angezeigt durch die punktierte Linie 55, die den Mittelpunkt der Schneidpunktbreite für stirngefräste Teile oder den durchschnittlichen Schneidradius für abwälzstirngefräste Teile darstellt) zwischen dem vorderen Ende 12i1 und dem hinteren Ende 12i2 an einer Position unter der erwünschten Mitte des Zahnschlitzes 50, wobei sich die Messer sehr nahe an der Position der Innenflanke 52 am vorderen Ende 12i2 befinden. Mit Fortdauer des Vorschubs bewegen sich die Schneidmesser schließlich in die korrekte Position auf voller Tiefe 12f. Man erkennt, daß sich die Messerposition, die sich zwischen der vorderen Endposition 12f1 voller Tiefe und, der hinteren Endposition 12f2 voller Tiefe erstreckt, an der richtigen Mittelposition des Schlitzes befindet.
Fig. 5d ist eine Ansicht in einer normalen Ebene, die durch die Werkzeugachse T und einen Zahn-Normalvektor N definiert ist. Wie bereits besprochen, führt die Verwendung von Schneidmessern mit ungleichen Druckwinkeln üblicherweise zu ungleichen Spanlasten, da eine Seite der Messer mehr Material entfernt als die andere Seite der Messer. In dieser Situation ist eine Komponente der Bewegung in der Richtung des Normalvektors N enthalten, wenn das Werkzeug entlang der Werkzeugachse T vorgeschoben wird, um die Spanlast auszugleichen. Da die Werkzeugachse T und der Normalvektor N die normale Ebene definieren, bewirkt die Bewegung entlang des Normalvektors N trotzdem die Begrenzung der Vorschubrichtung auf die normale Ebene, jedoch in einem Winkel relativ zur Werkzeugachse T. Die Aufnahme dieser normalen Bewegungskomponente hat aber auf die obigen unerwünschten Erscheinungen betreffend Messerverschiebung und Spiralwinkeländerung keinen Einfluß.
In Abwälzstirnfräsverfahren ist die längsseitige Kurve auf einem Radzahn kinematisch als Funktion des Abwälzteilkegelwinkels, des Abwälzkegelabstands, der Anzahl der Zähne im Erzeugungsrad und der Anzahl der Messergruppen auf dem Schneidgerät ausgebildet. Die Beziehung kann wie folgt ausdrückt werden:
worin: A = durchschnittlicher Abwälzkegelabstand
Ψ = Abwälzspiralwinkel
Rc = Schneidradius
nb = Anzahl an Messergruppen
NG = Anzahl an Zähnen im Erzeugungsrad
β = Winkel zwischen dem Schneidradius und der Zahn-Normalen im Abwälzstirnfräsverfahren.
Aus Fig. 5a erkennt man, daß sich der Abwälzkegelabstand A von der Zahnspitze zum Zahnboden bzw. zur Zahnwurzel ändert, wenn das Erzeugungsrad verjüngt ist (ΔΓ). Das Ausmaß der Kegelabstandsänderung (ΔA), ist in Fig. 5a dargestellt, die eine Ansicht in der Axialebene ist, die durch die Erzeugungsradachse G und die Werkachse W definiert ist.
In einem auf die Wurzellinie des fertig bearbeiteten Werkrads senkrecht stehenden Abschnitt ist der Spiralwinkel an der Zahnspitze kleiner als an der Zahnwurzel. Ein Grund für die Änderung des Spiralwinkels sind die Änderungen der kinematischen Kurve des Abwälzstirnfräsens infolge des verjüngten Erzeugungsrads und die damit einhergehende Änderung des Kegelabstands ΔA mit Fortdauer des Vorschubs entlang der Werkzeugachse T. Diese Änderung kann wie folgt ausgedrückt werden:
worin: A = Änderung des Kegelabstands
Ψ = Abwälzspiralwinkel
Rc = Schneidradius
nb = Anzahl an Messergruppen
NG = Anzahl an Zähnen im Erzeugungsrad
β = Winkel zwischen dem Schneidradius und der Zahn-Normalen im Abwälzstirnfräsverfahren.
Ein zweiter Grund für die Änderung des Spiralwinkels beim Vorschub entlang der Werkzeugachse T ist die oben erwähnte inhärente Änderung infolge der Änderung des Abwälzkegelabstands. Diese Änderung des Kegelabstands bewirkt eine Verdrehung der Schneidmesser, wie dies oben in Zusammenhang mit Fig. 5b und Fig. 6 erwähnt ist. Die Änderung des Spiralwinkels infolge der Kegelabstandsänderung und die damit einhergehende Verschiebung und Verdrehung beim Vorschub entlang der Werkzeugachse T können durch folgende bereits angeführte Gleichung ausgedrückt werden:
worin: Rc = Schneidradius
A = durchschnittlicher Abwälzkegelabstand
Ψ = Abwälzspiralwinkel
ΔA = Änderung des Kegelabstands.
Man beachte, daß diese Gleichung auch auf Stirnfräsvorgänge zutrifft, bei denen der Vorschub entlang der Werkzeugachse T erfolgt.
Daher kann der Spiralwinkel an der Zahnspitze, ΨT, als ΨT = Ψ - ΔΨ&sub1; - ΔΨ&sub2; ausgedrückt werden, da ΔA negativ ist.
Wenn Bezug nehmend auf Fig. 5a und 5b das Werkstück relativ zum Schneidgerät entlang Werkzeugachse T bis zum Punkt vorgeschoben wird, an dem die Messer erstmals den Werkstückrohling 12i berühren, entspricht der Abwälzkegelabstand im mittleren Abschnitt D dem durchschnittlichen Kegelabstand (A), und der Spiralwinkel des Arbeitsvorgangs wird geschnitten. Wenn jedoch das Werkstück und das Schneidgerät relativ zueinander vorgeschoben werden, nimmt der Abwälzkegelabstand an der Spitze ab und führt zu einer Verkleinerung des Spiralwinkels. Das Ergebnis ist die Verdrehung des Schneidgeräts im Zahnschlitz, sodaß das Außenmesser an der Schlitzaußenseite und das Innenmesser an der Zahnschlitzinnenseite belastet werden.
Der Vorschub des Werkzeugs relativ zum Werkstück in einer Richtung entweder entlang der Werkzeugachse oder der theoretischen Erzeugungsradachse führt zu unerwünschter Messerverschiebung. Der Vorschub entlang der Werkzeugachse T ruft eine Verdrehung der Messer und unerwünschte Spiralwinkeländerungen sowie beschleunigte Messerabnützung hervor (insbesondere in Abwälzstirnfräsverfahren). Die Wirkungen in Zusammenhang mit dem Vorschub entlang der Werkzeugachse sind ausgeprägter als jene, die man beim Vorschub in Richtung der Erzeugungsradachse beobachtet. In beiden Fällen ist jedoch ein Vorschubweg erforderlich, in dem die Nachteile beider Vorschubverfahren des Stands der Technik minimiert oder eliminiert werden.
Die Anmelder entwickelten ein Verfahren zum Vorschub eines Werkzeugs auf eine vorbestimmte Tiefe relativ zu einem Werkstück, worin die Probleme in Zusammenhang mit Vorschubverfahren des Stands der Technik überwunden wurden. Fig. 7a ist eine Axialebenenansicht des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Verfahren umfaßt das Vorschieben des Werkzeugs relativ zum Werkstück entlang eines Vorschubwegs, worin zumindest ein Abschnitt, vorzugsweise alle Abschnitte, des Vorschubwegs einen Vorschubvektor F umfaßt bzw. umfassen. Der Vorschubvektor F besitzt zumindest eine erste Komponente G' im wesentlichen in Richtung der theoretischen Erzeugungsradachse G und eine zweite Komponente H, die sich in einer Richtung im wesentlichen rechtwinkelig zur Erzeugungsradachse G erstreckt. Die erste und die zweite Vorschubwegkomponente liegen in der Axialebene.
Die erste Vorschubvektorkomponente G' ist die Hauptkomponente des Vorschubvektors F und verläuft in Richtung der Erzeugungsradachse G. Die zweite Vorschubvektorkomponente H ist rechtwinkelig auf die Erzeugungsradachse G und sorgt für eine wirkungsvolle Repositionierung des Schlitzes 50, wodurch die Messerverdrehung und - verschiebung verringert werden. Die Größenordnung der zweiten Vorschubvektorkomponente H hängt von der Geometrie des bearbeiteten Werkstücks und dem jeweils verwendeten Werkzeug ab.
Fig. 7b zeigt den Vorschubvektor F entlang der Erzeugungsradachse G, während Fig. 7c eine Ansicht des Vorschubvektors in der Wälzebene ist.
Der Vorschubvektor kann auch eine dritte Komponente N' enthalten (siehe Fig. 7d), die enthalten sein kann, wenn Werkzeuge mit ungleichen Druckwinkeln verwendet werden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist der Vorschubvektor F, umfassend die erste und die zweite Komponente (siehe Fig. 7a), in Fig. 7d gemeinsam mit der normalen Komponente N' dargestellt, die gemeinsam den Vorschubvektor F' bilden.
Fig. 8 ist eine vergrößerte Ansicht, aus der die Wirkung des Vorschubs entlang des Vorschubwegs der Erfindung ersichtlich ist. Es findet nur eine winzige Verschiebung im Weg der Schneidmesser 55 in Richtung von der Außenflanke 51 zur Mitte des Schlitzes 50 statt, wenn das Werkstück von seiner Erstposition 12i zur Position voller Tiefe 12f vorgeschoben wird. Diese leichte Verschiebung minimiert übermäßige Schneidlasten, denen die Innenmesser ausgesetzt sind, und verringert deren Abnützung.
Mit dem Verfahren der Erfindung wird auch das Verdrehen der Schneidmesser im Schlitz 50 deutlich verringert, wenn sich der Spiralwinkel ändert. Fig. 9 zeigt, daß eine kleine Änderung des Spiralwinkels Ψ&sub1; an der Erstkontaktposition 12i und des Spiralwinkels Ψf an der Position voller Tiefe 12f stattfindet.
Das Verfahren der Erfindung umfaßt das Bereitstellen eines Werkzeugs, vorzugsweise eines Schneidgeräts, und eines Werkstücks wie z. B. eines Werkzahnrads, die jeweils um ihre jeweiligen Drehachsen drehbar sind. Das Werkstück steht mit einem theoretischen Erzeugungsrad in Eingriff, das um eine Drehachse drehbar ist. Das Werkzeug wird gedreht und dann mit dem Werkstück in Kontakt gebracht. Vom Kontaktpunkt wird das Werkzeug relativ zum Werkstück entlang eines Vorschubwegs auf eine vorbestimmte Tiefe im Werkstück vorgeschoben. Zumindest ein Teil des Vorschubwegs ist durch einen Vorschubvektor mit zumindest zwei Vorschubvektorkomponenten definiert, die in einer Axialebene liegen, die durch die Werkstückachse und die Erzeugungsradachse definiert ist. Die erste Vorschubvektorkomponente G' erstreckt sich in Richtung der Erzeugungsradachse G, die zweite Vorschubvektorkomponente H in einer auf die Erzeugungsradachse G rechtwinkeligen Richtung. Der Vorschubvektor kann ferner ein dritte Vorschubvektorkomponente N' enthalten, die sich in einer normalen Ebene erstreckt, die durch die Werkzeugachse T und einen Zahn- Normalvektor N vom Konstruktionspunkt eines Zahns definiert ist.
Nachdem die erwünschte Tiefe erreicht wurde, kann das Werkzeug zurückgezogen und das Werkstück zur nächsten Zahnschlitzposition versetzt werden, wenn das Zahnprofil direkt von der Profilform des Zahns (nicht-abgewälzt) geformt wird.
Nachdem die erwünschte Tiefe erreicht wurde, kann jedoch das Verfahren außerdem ein Abwälzrollen umfassen. Das Abwälzrollen umfaßt das relative Abwälzen des sich drehenden Werkzeugs und des Werkstücks entlang eines Abwälzwegs um die Achse des Erzeugungsrads, so als ob sich das Werkstück in Eingriff mit dem Erzeugungsrad wälzte. Die Zähne des Erzeugungsrads werden während des Abwälzrollens durch die Materialentfernungsflächen des Werkzeugs dargestellt und die endgültige Zahnprofilform infolge der Werkzeug- und Werkstückbwegung erzeugt. Am Ende des Wälzvorgangs wird das Werkzeug zurückgenommen und das Werkstück zur nächsten Schlitzposition versetzt.
Vorzugsweise werden benachbarte Zahnflächen aufeinanderfolgender Zähne durch einmaliges Einstechen auf die erwünschte Position voller Tiefe geformt. Anders ausgedrückt wird ein Schlitz zwischen aufeinanderfolgenden Zähnen durch jedes Einstechen entlang des Vorschubwegs geformt. Getrennte Verfahren und daher getrennte Vorschubwege können jedoch dazu dienen, innere (konvexe) Zahnoberflächen und äußere (konkave) Zahnoberflächen zu formen. In beiden Fällen ist der Vorschubweg der Erfindung gleichermaßen anwendbar.
Das Vorschubverfahren der Erfindung kann auch in Abwälzstirnfräsverfahren, insbesondere solche mit Erzeugungsabwälzen, enthalten sein. Diese Verfahren umfassen das Drehen des Werkstücks in einer vordefinierten, zeitlich abgestimmten Beziehung mit dem Werkzeug vor dem In-Kontakt-Bringen mit diesem. Alle Zahnoberflächen des Werkstücks werden mittels einmaligem Einstechen auf volle Tiefe geformt. Beim abwälzenden Stirnfräsen schließt sich an das Einstechen ein Abwälzrollvorgang an.
Das Vorschubverfahren der Erfindung eignet sich für alle Arten des Materialentfernungsverfahrens, da bei allen Arten von Schneid- oder Schleifverfahren das Werkzeug zuerst entlang eines Vorschubwegs auf eine erwünschte Tiefe in das Werkstück vorgeschoben werden muß.
Die für die Erfindung notwendigen Maschinenbewegungen erfolgen gemäß den einem Computer eingegebenen Anweisungen betreffend Maschineneinstellung, Werkzeugvorschub und Abwälzrollen. Die ersten Einstellpositionen werden berechnet und die computergesteuerten Achsen zu den Einstellpositionen bewegt. Ein Vorschubweg des Werkzeugs relativ zum Werkstück wird dann als Reaktion auf die Vorschubparameter wie z. B. die X-, Y- und Z-Koordinaten berechnet. Die computergesteuerten Achsen werden dann bewegt, um das Werkzeug relativ zum Werkstück entlang des Vorschubwegs vorzuschieben, von dem zumindest ein Teil einen Vorschubvektor umfaßt (Beschreibung siehe weiter oben). Die computergesteuerten Achsen können auch solcherart bewegt werden, daß ein Abwälzrollvorgang erfolgt und das Werkstück in zeitlich abgestimmter Beziehung mit dem Werkzeug gedreht werden kann, sodaß ein Abwälzstirnfräsverfahren durchgeführt werden kann.
Das Verfahren der Erfindung ermöglicht eine deutliche Verringerung ungleichmäßiger Werkzeuglasten und die Verlängerung der Werkzeuglebensdauer. Die Senkung ungleichmäßiger Werkzeuglasten verringert auch unerwünschte Schwingungen, was die Qualität des maschinell bearbeiteten Werkstücks erhöht.
Die Erfindung wurde zwar unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben, doch ist zu beachten, daß sie nicht darauf beschränkt ist. Zahlreiche Modifikationen, die für Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung offenkundig sind, sind möglich, ohne vom in den beiliegenden Ansprüchen definierten Schutzbereich abzuweichen.

Claims

1. Verfahren zum Vorschub eines Werkzeugs (2) auf eine vorbestimmte Tiefe in einem Werkstück (12) bei einem maschinellen Bearbeitungsvorgang zur Erzeugung zumindest einer Zahnfläche auf dem Werkstück, wobei das Werkzeug um eine Werkzeugachse (T) drehbar ist und zumindest eine materialentfernende Oberfläche aufweist, wobei das Werkstück um eine Arbeitsachse (W) drehbar ist und sich mit einem theoretischen Erzeugungsrad (40) in Eingriff befindet, wobei das theoretische Erzeugungsrad um eine Erzeugungsradachse (G) drehbar ist, wobei das Verfahren umfaßt:

das Drehen des Werkzeugs (2) um die Werkzeugachse (T),

das In-Berührung-Bringen des sich drehenden Werkzeugs (2) und des Werkstücks (12)

das Vorschieben des Werkzeugs (2) in bezug auf das Werkstück (12) entlang eines Vorschubwegs auf die vorbestimmte Tiefe,

worin zumindest ein Teil des Vorschubwegs durch einen Vorschubvektor (F) definiert ist, der zumindest eine erste (G') und eine zweite (H) Vorschubvektorkomponente umfaßt, wobei die erste Vorschubvektorkomponente (G') im wesentlichen in Richtung der Erzeugungsradachse (G) verläuft und die zweite Vorschubvektorkomponente (H) im wesentlichen rechtwinkelig zur Erzeugungsradachse (G) verläuft,

dadurch gekennzeichnet, daß der maschinelle Bearbeitungsvorgang ein Erzeugungsvorgang ist, ohne daß der Berührungsschritt das relative Abwälzen des sich drehenden Werkzeugs (2) und des Werkstücks (12) entlang eines Erzeugungswegs um die Erzeugungsradachse umfaßt, als würde sich das Werkstück in Eingriff mit dem theoretischen Erzeugungsrad (40) abwälzen, wobei die zumindest eine materialentfernende Oberfläche des Werkzeugs zumindest einen Zahn des theoretischen Erzeugungsrades darstellt, und dadurch, daß die erste (G') und die zweite (H) Vorschubvektorkomponente in einer axialen Ebene angeordnet sind, die durch die Erzeugungsradachse (G) und die Arbeitsachse (W) definiert ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Vorschubvektor weiters eine dritte Vorschubvektorkomponente (N') umfaßt, wobei sich die dritte Vorschubvektorkomponente in einer Normalebene befindet, wobei die Normalebene durch die Werkzeugachse (T) und einen Zahn-Normalvektor an einem Konstruktionspunkt (D) der Zahnoberfläche definiert ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin während der Abwälzbewegung benachbarte Zahnflächen zweier aufeinanderfolgender Zähne auf dem Werkstück ausgebildet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, umfassend das Drehen des Werkstücks um die Arbeitsachse vor dem In-Berührung-Bringen, wobei sich das Werkzeug und das Werkstück in einer vorbestimmten zeitlich abgestimmten Beziehung drehen, wodurch während der Abwälzbewegung Zahnflächen aller Zähne auf dem Werkstück ausgebildet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Vorschubweg im wesentlichen vollständig durch den Vorschubvektor (F) definiert wird.