DK148587B - Fraesehoved til en tandhjulsfraesemaskine - Google Patents

Description

148587 t

D

Opfindelsen omhandler et fræsehoved til en tandhjulsfræsemaskine og af den i krav l's indledning angivne art.

Fra beskrivelsen til U.S.A.-patent nr. 3 881 889 kendes en fremgangsmåde til genopslibning af skærestål i et fræsehoved til en tandhjulsfræsemaskine uden at skulle fjerne materiale fra spånfladen af de enkelte skærestål med en deraf følgende beskadigelse af dettes forparti.

Det kendte fræsehoved kan kun bearbejde bestemte partier af tandfladerne omkring tandmellemrummene og svarende til en bestemt 2 148587 skærediameter, hvilket kræver en hyppig udskiftning af hele fræsehovedet ved behandling af varierende emner.

Opfindelsen har til formål at tilvejebringe et fræsehoved af den indledningsvis angivne art, der kan arbejde med forskellige skærestål til fræsning af både tandbunde, tandflanker og tandtoppe og med varierende skærediameter uden behov for op-slibning af skærestålets spånflader og uden at skulle udskifte hele fræsehovedets cylindriske legeme, hver gang nye emner skal bearbejdes.

Dette opnås ifølge opfindelsen ved et fræsehoved med den i krav 1's kendetegnende del angivne kombination af geometriske og strukturelle ejendommeligheder ved udformningen og orienteringen af slidserne og uden negativ spånvinkel af skærestålet.

Et sådant fræsehoved er let at fremstille med konventionel teknik, og det er let at indklemme eller fjerne individuelle skærestål i de respektive slidser.

Opfindelsen forklares nærmere nedenfor i forbindelse med tegningen , hvor: fig. 1 viser i isometrisk afbildning de geometriske forhold ved fræsehovedet ifølge opfindelsen, i hvilket fræsehoved en type skærestål er monteret, fig. 2 viser et fræsehoved svarende til fig. 1, blot vist i forstørret skala, visende de geometriske forhold for en anden type skærestål, der benyttes i fræsehovedet ifølge opfindelsen, fig. 3 viser et billede set fra oven af en del af et fræsehoved ifølge opfindelsen, fig. 4 viser et billede set fra siden af hovedlegemet for fræsehovedet, der er vist i fig. 3, vist i reduceret skala i forhold til fig. 3, 3 148587 fxg. 5 viser et billede af et skærestål, set fra enden, hvilket skærestål kan benyttes i fræsehovedet ifølge opfindelsen, idet skærestålet er set fra skæreenden, fig. 6 viser et billede set fra oven af skærestålet ifølge fig. 5, vist i samme skala som i fig. 5, fig. 7 viser et sidebillede af skærestålet ifølge fig. 5 og 6, vist i samme skala som i fig. 5 og 6, og fig. 8 viser et sidebillede af det samme skærestål, samt i samme skala som vist i fig. 7, men set fra den modsatte side end det, der er vist i fig. 7.

Fig. 1 og 2 viser de geometriske relationer mellem et fræse-hoved og skærestål iføgle opfindelsen. Da disse figurer tjener til at give en grundliggende information af de definitioner, der benyttes i beskrivelsen og kravene, er de specifikke dimensionsforhold, der er vist, ikke nødvendigvis nøjagtige eller i overensstemmelse med praktiske udførelsesformer for fræse-hovedet ifølge opfindelsen. I den efterfølgende beskrivelse refereres til forskellige typer på skærestål, der udviser forskelle i konstruktion og geometri for indvendige og udvendige skærestål samt for bundskærestål, men samtlige beskrevne typer er kendetegnet ved spånflader, der ikke bearbejdes under en genopslibning.

Idet der i det følgende henvises til fig. 1, er vist et rotationsplan 10 for et typisk fræsehoved, og endvidere er vist en centerakse for rotationen 12 til 14. Yderligere er vist et referenceplan 16, der står vinkelret på planet 10 således, at planet 16 passerer gennem centeraksen 12-14. Et tredje referenceplan 18 er vist stående vinkelret på begge planerne 10 og 16. Et skærestål 20 er vist i væsentlig forstørret skala i forhold til rotationsplanet 10 for derved at vise de grundliggende geometriske forhold, der er typiske for et skærestål og for den forreste overflade på et fræsehoved. Den forreste overflade på fræsehovedet kan antages at være beliggende i 4 148587 rotationsplanet 10.

Idet der i det følgende henvises til fig. 1, kan det ses, at skærestålet 20 er anbragt i en slids, der er udformet i skære-planet 10 for et fræsehoved. En forreste kant 22 af slidsen er udformet på en radius 24 på fræsehovedet, en bageste kant af slidsen er udformet parallelt med den forreste kant 22, og en indvendig kant er udformet under rette vinkler i forhold til den forreste og den bageste kant således, at der defineres en i hovedsagen rektangulær slidsåbning gennem den forreste flade på fræsehovedet. Skærestålene 20 er af en type, der er fremstillet af råemner af "high speed"-stål eller et andet tilsvarende værktøjsmateriale med et rektangulært tværsnit. Skærestålet 20 passer således ind i slidsen. Skærestålet 20 omfatter en spånflade 26, der udgøres af en forlængelse af skaftdelen 28, og som ikke skal opslibes, når skærestålet 20 opslibes. Denne spånflade udgør en mellemflade mellem det skærende værktøj og de spåner, der dannes under en skæreoperation.

Den type skærestål, der er vist i fig. 1, er et eksempel på et bundskærestål til bearbejdning af tandhjulsbunden i emner, der skal bearbejdes til færdige tandhjul. Endvidere kræves forskellige typer skærestål til dannelse af flankerne på tandhjulene. Bundskærestålet 20 har ikke nogen frigangsvinkel, men for nærmere at definere en sidefrigangsvinkel er der i fig. 1 vist en sådan vinkel A, der findes i rotationsplanet 10 i forhold til radien 24, hvis spånfladen på skærestålet 20 eventuelt skulle genopslibes, eller hvis skærestålet vendes i forhold til sin akse således, at skærestålets spor i planet 10 ville danne en imaginær linie 32. Denne vinkel vil i det følgende blive betegnet som sidedfrigangsvinklen.

I det følgende vil der også blive refereret til trykvinklen for skærestålet, og denne trykvinkel bestemmes af vinkelstillingen af en skærende æg 34 på skærestålet i forhold til centeraksen for rotationen 12-14 af fræsehovedet. Vinklen 5 148587 er bestemt ved projektionen 36 af den skærende æg 34, hvilken projektion fremtræder på planet 16. Som vist i fig. 1 er trykvinklen for skærestålet betegnet med vinklen B mellem projektionen 36 og rotationsaksen 12-14 for fræsehovedet.

Ved fræsehovedet ifølge opfindelsen er det praksis at undgå en negativ skærestålvinkel, der i det følgende vil blive betegnet som en negativ spånvinkel. Spånvinklen udgøres af vinklen C mellem sporet 40 af planet 16 og en projektion 38 af den skærende æg 34 på planet 18. Angående skærestålet, der er vist i fig. 1, danner projektionen af den skærende æg 34 på planet 18 en positiv spånvinkel C med sporet 40 i denne plan, og derfor er skærestålets position indrettet således, at der opstår den ønskede positive spånvinkel. Hvis spidsen af skærestålet 20 blev hældet mere i rotationsretningen (som vist ved hjælp af pilen), ville den positive spånvinkel C mellem den skærende æg 34 og sporet 40 blive større. Hvis på den anden side spidsen af skærestålet 20 blev hældet i bagud gående retning i forhold til den viste position (og dermed bort fra rotationsretningen), ville der derved kunne opstå en negativ spånvinkel. I fræse-hoveder af den type, der benytter tre forsekllige typer på skærestål (til indvendig og udvendig bearbejdning samt til bundbearbejdning af hver tand) er det ønskeligt at anbringe hvert bundskærestål (af den type, der er vist i fig. 1) med en positiv spånvinkel, og endvidere således, at hvert indvendigt og udvendigt skærestål opnår en positiv spånvinkel eller eventuelt en spånvinkel, der er lig med 0°.

Det er derfor nødvendigt i aksial retning at hælde de bladoptagende slidser i legemet for fræsehovedet i forhold til referenceplanet 18. Denne vinkel bliver i det følgende betegnet som hældningsvinklen D, der bliver dannet mellem en forreste kant eller flade på skærestålet og sporet 40. For det skæreståls vedkommende, der er vist i fig. 1, hvilket stål er et bundskærestål, er vinklen D lig med vinklen C.

6 .

148587

Fig. 2 viser et skærestål med en sidefrigangsvinkel A, hvilket skærestål er af den type, der er indrettet til at bearbejde en af sideoverfladerne (udvendigt) i en tand. Sådanne sideskærestål må være indrettet med sidefrigangsvinkler til opnåelse af den ønskede skærevirkning.'Sidefrigangsvinklerne kan udslibes på spånfladerne eller ved at montere skærestålene i skrå slidser i fræsehovedet, (som f.eks. beskrevet i OSA-patentskrift nr. 3 961 403), men sidefrigangsvinklerne opnås på de indvendige og udvendige skærestål ifølge opfindelsen ved at udforme den forreste del 52 (inklusive spånfladen og.skærestålets skaftdel) på skærestålet med en passende vinkel. Dette ændrer tværsnitsformen af skærestålet i forhold til en rektangulær form til en tværsnitsudformning, der er vist i fig. 5, hvor den forreste skærende del 52 er udformet ved at fjerne materiale fra råemnet, der ellers ville have en rektangulær tværsnitsform.

Denne usædvanlige form for et skærestål tillader fuld styring af de ønskede sidefrigangsvinkler ved simpelt hen at udvælge eller opslibe råemner til den ønskede vinkel. Hvad angår sideskærestålene af den type, der er vist i fig. 2, vil den særlige udformning af spånfladen have indvirkning på projektionen af den skærende æg 34 på planet 18 og derfor have indvirkning på spånvinklen C på stålet. Hvis et sådant skærestål blev anbragt i en slids uden nogen hældning i forhold til rotationsaksen for fræsehovedet, ville der opstå en negativ spånvinkel C mellem projektionen af skæreæggen 34 og sporet 40 i planet 18. Som bemærket tidligere er negative spånvinkler ikke ønskelige, hvis en optimal skæreeffekt af skærestålene skal opnås, og derfor skal samtlige skærestål anbringes i slidser, der indtager en hældningsvinkel D i forhold til rotationsaksen for fræsehovedet. Denne hældningsvinkel ses også i fig. 4, der vil blive diskuteret r i detaljer i det .følgende, og en tilsvarende hældningsvinkel er også vist i fig. 2, hvor skærestålet 50 indtager en så stor hældning, at der dannes den ønskede spånvinkel på 0°, idet projektionen af stålets skærende æg 34 på planet 18 og sporet 40 falder sammen. Selv med denne hæld- 7 148587 ningsvinkel er der imidlertid en grænse for området for trykvinkler B, der kan forekomme i fræsehovedet og i skærestålene. Dette kan ses af den negative spånvinkel C, der dannes, når trykvinklen forøges til B' (og skæreæggen 34 bliver bevæget til den position, der er antydet med den punkterede linje 34') som vist i fig. 2. Derfor udvælges hældningsvinklen D således, at der kan opnås et passende område af trykvinkler på de indvendige og udvendige skærestål, der skal benyttes i fræsehovedet.

Det er et formål med opfindelsen at angive et fræsehoved med forskellige skærestål, der har spånflader, der ikke behøves at opslibes, og dette opnås, hvis slidserne i fræsehovedet er udformet med de forreste flader generelt beliggende på en radius i fræsehovedet og med en hældningsvinkel (fra den forreste til den bageste del af fræsehovedet), der hælder spånfladen på hvert skærestål i retning af rotationen for fræsehovedet.

For at opnå et skærestålgeometriområde for et givet fræsehoved, hvor negative spånvinkler C for samtlige tre typer af skærestål undgås, skal følgende ligning være tilfreds- stillet· tan D = tan C + tan B tan A, hvor D = hældningsvinklen for skærestålslidsen, C = spånvinklen, der er større end eller lig med 0° B = trykvinklen for skærestålet, og A = sidefrigangsvinklen for skærestålet.

Det har vist sig, at for indvendige og udvendige skærestål med trykvinkler på ca. 30° (eventuelt op til 32°) og foretrukne sidefrigangsvinkler på ca. 20° gælder, at sådanne skærestål skal monteres i skærestålslidserne med en hældningsvinkel D på ca. 12° for at danne en spånvinkel C på 0°. Bundskærestål, der er monteret i de samme slidser, har 148587 δ en meget ønskelig positiv spånvinkel på ca. 12°. På denne måde kan et fræsehoved fremstilles med et antal slidser, hvis hældningsvinkler er ens, og et sådant fræsehoved kan optage indvendige og udvendige skærestål såvel som bundskærestål for en given arbejdsopgave.

Den foreliggende opfindelse løser således et problem ved konstruktionen af fræsehoveder, der er i stand til at optage forskellige typer af skærestål med forskellig geometri. Samtlige skærestål kan justeres i deres radielle stillinger, og det er ikke nødvendigt at opslibe nogen del af skærestålgeometrien mod spånfladen på stålene. Side-frigangsvinklerne kan ændres i et givet fræsehoved ved simpelt hen at udskifte skærestålene (og ikke fræsehovedet, hvilket kræves i den fræsehovedkonstruktion, der er vist i USA-patentskrift nr. 3 961 403). Fræsehovedet ifølge opfindelsen er således mere universelt anvendeligt end kendte fræsehoveder.

Fig. 3 viser et eksempel på et relativt stort fræsehoved, der er fremstillet og afprøvet efter retningslinjerne for fræsehovedet ifølge opfindelsen. Det viste fræsehoved er af en type, der benyttes til bearbejdning af relativt store ringtandhjul for differentialer i lastvogne.

I fig. 3 er kun en del af fræsehovedet vist set fra oven, og tre forskellige typer af skærestål er vist monteret i fræsehovedet. Den udvendige diameter på det viste fræsehoved er ca. 610 mm, men selve det egentlige fræsehoved inden for ringen har en diameter på ca. 460 mm i overensstemmelse med gældende standarder, der i øvrigt refererer til de generelle positioner af skærestålene i stedet for den udvendige diameter af fræsehovedet, når dette skal indstilles.

Det viste fræsehoved omfatter en hovedlegeme 60 (der er vist separat i sidebillede i fig. 4), og en ringdel 62, der er krympet eller på anden måde fæstnet til hovedlegemet 60 9 148587 efter, at de skæreståloptagende slidser 100 er blevet udformet i hovedlegemet. Hver slids 100 er udformet i radiel retning fra den ydre omkreds af hovedlegemet 60 og indtager en hældningsvinkel i forhold til centeraksen for rotationen af fræsehovedet (vinklen D i fig. 4). De forreste kanter 22 af slidserne 100 er udformede i den forreste flade af fræsehovedet i positioner, der er parallelle med og meget tæt sammenfaldende med radierne 24, der passerer gennem centret for fræsehovedet. Denne placering er valgt for at tillade en radiel justering af de individuelle skærestål, idet der benyttes mellemlæg (ikke vist), der kan være anbragt inden i slidserne 100, før et skærestål placeres i slidsen. Alternativt kan en radiel justering opnås ved en anden position af skærestålenes spånflader uden benyttelse af mellemlæg.

Tre typer af skærestål er vist i fig. 3, og disse omfatter et indvendigt skærestål 64, et bundskærestål 20 samt et udvendigt skærestål 50 (af den type, der er vist i fig. 2). Hvert af disse skærestål er fæstnet i deres respektive slidser ved hjælp af et klemstykke 66 og et dertil hørende gevindskåret skrueelement 68.

Hver af skrueelementerne 68 er anbragt i et gevindfor synet hul 70, der løber gennem ringdelen 62, og hvert skrueelement 68 har en med en reces forsynet ydre ende af en vis form til modtagelse af et værktøj, der tjener til at dreje skrueelementet 68 imod og bort fra det enkelte skærestål. I den foretrukne viste udførelsesform er hvert klemstykke 66 forsynet med en T-formet slids, der strækker sig tværs over klemstykkets ydre overflade til modtagelse af en neddrejet del 72 på et skrueelement 68. Dette arrangement tillader en løs befæstelse af hvert klemstykke 66 til skrueelementet 68 således, at klemstykkerne 66 ikke falder ud af deres respektive slidser, når de trækkes tilbage fra klemkontakten med de respektive skærestål. Dette tillader en lettere montering og demontering af fræsehovedet, når de enkelte skærestål skal monteres og fjernes.

Por at samle klemstykkerne og deres dertil hørende skrueelementer i fræsehovedet er det nødvendigt at placere hvert enkelt skrueelement sammen med sit klemstykke i en slids i fræsehovedets hovedlegeme 60,før de enkelte skærestål sættes på plads. Efter at ringdelen 62 er anbragt og fæstnet rundt om fræsehovedets hovedlegeme, indsættes hvert enkelt skrueelement med sit tilhørende klemstykke i en slids, og skrueelementet drejes derefter tilbage i en boring ίο 148587 70. Ringdelen kan krympes på plads eller fæstnes til hovedlegemet ved hjælp af yderligere skrueelementer (ikke vist), hvilke har til formål at fæstne ringdelen til hovedlegemet.

Fig. 4 viser et arrangement med skærestål· modtagende slidser 100 og et enkelt udvendigt skærestål 50 for et fræsehoved af den type, der er vist i fig. 3. F.eks. kan 36 stk. skærestål optagende slidser 100 være udformet i hovedlegemet 60 til modtagelse af udvendige og indvendige skærestål samt bundskærestål rundt om hovedlegemets omkreds. Det udvendige skærestål.50, der er vist i en af de skærestål optagende slidser, der er vist i fig. 4, er anbragt med en spånvinkel lig med 0°(da projektionen af skærestålets skærende æg 34 falder sammen med sporet 40) og med en hældningsvinkel D på ca. 12°. En sidefrigangsvinkel A for skærestålet fremstilles på spånfladen af det råemne, fra hvilket skærestålet udformes, og ikke ved en bestemt vinkelstilling af slidserne. Fig. 4 viser endvidere nødvendigheden af at udforme en forlængelse af boringen 70 (se fig. 3) i en sidevæg på hver skære s'tål· optagende slids 100 (skønt kun én sådan boringsforlængelse er vist i fig. 4) for at anbringe skrueelementerne 68 og deres dertil hørende klem-stykker 66 i de hældende slidser. Dette er nødvendigt for at opnå en optimal placering af de individuelle skrueelementer på linie med en snæver lejeoverflade (overfladen 79 i fig. 5) for visse typer af skærestål, der benyttes i fræsehovedet.

Fig. 5-8 viser de geometriske forhold og dimensionsforholdene for et enkelt udvendigt skærestål 50 af den type, der benyttes fræsehovedet, der er vist i fig. 3 og 4. Som vist er hvert skærestål udformet af en længde "high speed"-stål (f.eks. M2 stål) med en afskåret udformning som vist i fig. 5· Denne form er opnået ved at fjerne materiale fra den ene side af et råemne, der oprindeligt har været rektangulært i tværsnit, og denne fjernelse af materiale har dannet en spånflade 52, der bliver en permanent del af det færdige skærestål. Vinkelstillingen af denne spånflade 52 danner en frigangsvinkel A for skærestålet, når dette er anbragt på plads i en slids 100 i hovedlegemet 60. Som vist i fig. 5 efterlades en mindre plan overflade 53 urørt til dannelse af en plan lejeoverflade, når skærestålet skal hvile imod en sidevæg i en slids. Fig. 5 viser også andre overflader, der udformes på skære- 148587 11 stålets skæreende, og disse overflader omfatter en øverste del 80 og sideoverflader 86 og 88, der hver har en passende overgang fra spånfladen 52 til den bageste flade 84.

Fig. 6 viser et skærestål 50, der også er vist i fig. 5, og dette skærestål er forsynet med en bageste flade 84 (se fig. 5)> idet skærestålet er tænkt lagt i tegningens plan.

Fig. 7 og 8 viser sidebilleder af skærestålet 50, når dette betragtes fra modstående sider. Fig. 7 viser en overdreven indvirkning af den afskårne tværsnitsform for skærestålet ved den skærende æg 34. Vinkelstillingen af denne æg opretholdes uden at fjerne noget materiale fra spånfladen 52 under en eventuel opslibning af skærestålet. Under denne opslibning opslibes sideoverfladerne 86 og 88 samt den øverste overflade 80 (sammen med en ønsket radius, der er krævet på denne overflade) i overensstemmelse med den fremgangsmåde, der er beskrevet i USA-patentskrift nr. 3 881 889.

Som omtalt i det foregående kræver bundskærestål ikke en afskåret tværsnitsform, men indvendige skærestål er forsynet med en vinkelstillet spånflade svarende til det, der er vist i forbindelse med det udvendige skærestål i fig. 5, men bearbejdningen er sket i modsat retning (hvilket kan ses af fig. 3).

Claims (2)

148587

1. Fræsehoved til en tandhjulsfræsemaskine, omfattende et cylindrisk legeme (60) med i dettes periferi udformede radialt forløbende slidser (100) med en aksial hældning i forhold til legemets centrale rotationsakse (12-14) samt en ring (62) til fastholdelse af skærestål (20, 50, 64) i slidserne til fræsning af tandbunde, tandflanker og tandtoppe og med et parti af deres spånflade (26) gående i forlængelse af skærestålets skaft (28), kendetegnet ved, at hver af slidserne (100) har en forreste kant (22) udformet i det væsentlige på en radius (24) udgående fra den centrale rotationsakse (12-14) af det cylindriske legeme (60) og beliggende i fræsehovedets rotationsplan (10), at hver af slidserne (100) er således orienteret i forhold til et første referenceplan (16) stående vinkelret på rotationsplanet (10) og gående igennem rotationsaksen (12-14), og i forhold til et andet referenceplan (18) stående vinkelret på begge de nævnte planer (10 og 16), at hver af slidsernes (100) længdeakse i forhold til det første referenceplan (16) danner en hældningsvinkel (D), som er bestemt ved ligningen tang D = tang C + tang B · tang A, hvor (C) er spånvinkelen bestemt ved projektion af skærestålets (20, 50, 64) skærende æg (34) på det andet referenceplan (18) og er >0, (B) er trykvinkelen bestemt ved projektion af skærestålets skærende æg på det første referenceplan (16), og (A) er skærestålets sidefrigangsvinkel. 1 Fræsehoved ifølge krav 1, kendetegnet ved, at hvert af skærestålene (50, 64) til fræsning af tandflanker og tandtoppe har en sidefrigangsvinkel (A) udformet i sin forreste spånflade på op til 25° i forhold til den tilhørende radius (24) af det cylindriske legeme (60).