WO2023041186A1 - Verfahren zur herstellung eines wälzwerkzeugs, wälzwerkzeug und verfahren zur herstellung einer verzahnung durch wälzen mit einem solchen wälzwerkzeug - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines wälzwerkzeugs, wälzwerkzeug und verfahren zur herstellung einer verzahnung durch wälzen mit einem solchen wälzwerkzeug Download PDF

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WO2023041186A1
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cutting
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tooth
workpiece
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Wolfram Josef HERMLE
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Haas Schleifmaschinen Gmbh
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    • B23F21/00—Tools specially adapted for use in machines for manufacturing gear teeth
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    • B23F21/122—Milling tools having a shape similar to that of a gear or part thereof, with cutting edges situated on the tooth contour lines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23F5/202—Making straight gear teeth involving moving a tool relatively to a workpiece with a rolling-off or an enveloping motion with respect to the gear teeth to be made by milling the tool having a shape similar to that of a gear or part thereof, with cutting edges situated on the tooth contour lines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23P15/14—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass gear parts, e.g. gear wheels

Definitions

  • Rolling processes in particular rolling milling processes and the skiving process known from DE 243514, play an important role in the machining of gears.
  • the gaps between the teeth are machined into the workpiece blank with a rolling tool that has cutting teeth in a sequence of cutting processes in which the cutting teeth usually remove a chip of the material of the workpiece blank, so that the toothing is created.
  • the shape of the cutting teeth of the rolling tool which is defined by the course of their cutting edges, referred to below as the cutting tooth geometry, is predetermined by the shape of the interdental space to be machined into the workpiece blank.
  • the surface quality is undefined by the cutting edge sliding on the material to be machined and/or the material "ripping off”; material changes also occur as a result of "ripping off” and a Compression of the cutting edge on the material, an associated undesired heat input and friction losses.
  • the object of the invention is to provide a method for producing a rolling tool, a rolling tool and a method for producing gearing by rolling with such a rolling tool that improves the gearing quality of gearings.
  • the cutting tooth geometry is divided into at least two different partial cutting tooth geometries
  • the different partial cutting tooth geometries are designed in such a way that at least one of the partial cutting tooth geometries has sections that recede behind the outer contour of the cutting tooth geometry and are designed in such a way that the superimposition of the different partial cutting tooth geometries reproduces the cutting tooth geometry.
  • Each of the partial cutting tooth geometries preferably has such sections.
  • Each section of the cutting edges of the cutting tooth geometry that is required to cut out a given tooth space is therefore part of at least one partial cutting tooth geometry, while conversely there is at least one partial cutting tooth geometry that does not have at least one of these sections. It is preferred if at least one section of the cutting edges of the cutting tooth geometry is missing in each of the partial cutting tooth geometries.
  • the cutting edges of the identically shaped cutting teeth of the rolling tool according to the prior art, with which tooth gaps of the desired shape are introduced into the workpiece, are therefore inventively distributed over several cutting teeth, of which at least one, preferably several next to one or more such cutting edge sections further Have cutting edge sections, which lie within the cutting tooth geometry, the contour line of which is defined by the cutting edges.
  • cutting teeth which have the different partial cutting tooth geometries, are machined from the rolling tool blank.
  • machining speed is positively influenced by the fact that a reduction in the number of tooth flanks or the length of the tooth flank sections of the rolling tool, which are simultaneously brought into interaction with the workpiece machined by it, on the one hand the required effort during machining can be reduced and on the other hand the flow properties of the chip can be improved.
  • the improvement in the machining quality and in particular the tooth flank quality is brought about by the fact that the division of the cutting tooth geometry into partial cutting tooth geometries makes it possible to influence the engagement of the individual sections of the cutting edge when entering the material and to reduce the chip thickness or to control their variation in different sections of the span.
  • the method additionally has the step of calculating a theoretical material removal in the interactions of a cutting tooth with a given cutting tooth geometry and/or partial cutting tooth geometry with a workpiece.
  • this can be done in that, when the cutting tooth geometry is divided into the partial cutting tooth geometries, those cutting flanks or those sections of cutting flanks ken of the cutting tooth geometry can be released in a partial cutting tooth geometry for which the theoretical material removal falls below a predetermined limit value.
  • the cutting teeth which have the different partial cutting tooth geometries, are machined from the rolling tool blank with a grinding wheel with a standardized profile or standard grinding wheel, so that different cutting tooth profiles can be machined/manufactured with the same grinding wheel, specifically preferably in cell processing.
  • this is more economical and also allows the cutting teeth to be individualized with different partial cutting tooth geometries in a simple manner.
  • the rolling tool according to the invention for producing gearing in a workpiece to be machined by working out a tooth profile in the rolling process is characterized in that the rolling tool has cutting teeth with at least two different partial cutting tooth geometries, which together define the cutting tooth geometry including the cutting edges of the cutting tooth geometry with which the defined tooth profile to be machined out of the workpiece to be machined can be worked out using the rolling process, with the different partial cutting tooth geometries being designed in such a way that when at least one cutting tooth with one of the partial cutting tooth geometries interacts with the workpiece to be machined, only a subset of the cutting edges of the cutting tooth geometry interacts with the workpiece to be machined.
  • the different partial cutting tooth geometries are designed such that when a cutting tooth with the respective partial cutting tooth geometries interacts with the workpiece to be machined, only a subset of the cutting edges of the cutting tooth geometry interacts with the workpiece to be machined.
  • the method according to the invention for producing gearing in a workpiece to be machined by working out a tooth profile by rolling using such a rolling tool is characterized in that when a given gap is worked out sequentially between two teeth of the tooth profile, cutting teeth of the rolling tool with different partial cutting tooth geometries are used one after the other come into use. This can be done in particular by adjusting the number of teeth of the gearing and the rolling tool, if these are chosen appropriately.
  • Fig. la A workpiece with an external toothing and a
  • Fig. 1b A workpiece with an internal toothing and a
  • Fig. 2a a sequence of intermediate states when introducing the toothing into the workpiece according to FIG a rolling tool with cutting teeth with the cutting tooth geometry according to FIG.
  • Fig. 2b a sequence of intermediate states when introducing the toothing into the workpiece according to FIG. 1b with a rolling tool with cutting teeth with the cutting tooth geometry according to FIG. 1b;
  • Fig. 3a a representation of the cutting tooth geometry from FIG.
  • Fig. 3b a superimposed representation of the two partial cutting tooth geometries from FIG. 3a;
  • Fig. 4a a representation of the cutting tooth geometry from FIG.
  • Fig. 4b a superimposed representation of the two partial cutting tooth geometries from FIG. 4a;
  • Fig. 5a a sequence of intermediate states when introducing the external toothing into the workpiece according to FIG.
  • FIG. 5b a sequence of intermediate states when introducing the internal toothing into the workpiece according to FIG.
  • Figure la shows a workpiece 1 with external teeth that have already been completely introduced into the workpiece 1 by working out tooth gaps la
  • a rolling tool 100 with a large number of identical cutting teeth 101 the cutting tooth geometry of which is defined by the contour line of their cutting edges is determined .
  • Figure 1b shows a workpiece 2 with internal teeth that have already been completely introduced into the workpiece 2 by working out tooth gaps 2a, and on the right-hand side a rolling tool 200 with a large number of identical cutting teeth 201, the cutting tooth geometry of which is determined by the contour line of their cutting edges is determined .
  • the radii ratios of the internal teeth and the rolling tool 2 are much more similar to one another than in the case of external teeth and the rolling tool 1, which means that the width of the cutting teeth 201 is the same as the width of the tooth gaps 2a are significantly more similar to each other.
  • Figures 2a and 2b is in each case a sequence of intermediate states when introducing the toothing into the workpiece according to FIG. 1b with a rolling tool according to the prior art, which only has cutting teeth with the cutting tooth geometry according to FIG. 1b has .
  • the representations are each considerably enlarged ; In the simulation shown here, the formation of a tooth gap with a total depth of 4mm is shown, which is realized by a sequence of around 80 cuts.
  • the tooth gap is cut step by step from right to left, so that after the first material-removing cut, the cutting line 11 forms part of the workpiece surface, after the second material-removing cut, the cutting line 12, and so on.
  • the tooth gap is cut step by step from left to right, so that after the first material-removing cut, the cutting line 21 forms part of the workpiece surface, after the second material-removing cut, the cutting line 22, and so on.
  • the area between two adjacent cutting lines represents the tooth resulting from the next cut, which leads further in the direction of the tooth base of the tooth gap, in its "ideal form", i .e . without influencing the chip while it is being lifted
  • FIGS. 3a and 3b show an example of a division of the cutting tooth geometry 30 according to the invention into two partial cutting tooth geometries 31, 32 for working out the external teeth.
  • the corresponding rolling tool has only cutting teeth 12, the cutting edges of which each have one of these partial cutting tooth geometries 31, 32 and which are arranged in such a way that successive cuts are made with cutting teeth of different partial cutting tooth geometries;
  • it could of course also be divided into more partial cutting tooth geometries, if this proves to be sensible, and cutting teeth can also be present on the rolling tool, the cutting edges of which correspond to the cutting tooth geometry, since, as can be seen in particular in FIGS. 2a and 2b, the first chips that are lifted off in particular do not yet show the problem of fine chip sections.
  • cutting tooth geometry 30, partial cutting tooth geometry 31 and partial cutting tooth geometry 32 are each shown shifted with respect to one another with a constant offset.
  • the partial cutting tooth geometry 31 is created by shortening the cutting tooth geometry 30 around its tip, but has its flanks, while the partial cutting tooth geometry 32 reproduces the tip of the cutting tooth geometry 30 but is narrower in the flank area.
  • the partial cutting tooth geometries 31 and 32 together reproduce the cutting tooth geometry 30, which corresponds to the outer contour of the superimposed partial cutting tooth geometries 31 and 32.
  • the sections 31a and 31c of the partial cutting tooth geometry 31 form the flanks of the cutting tooth geometry 30 and the section 32b of the partial cutting tooth geometry 32 the tip of the cutting tooth geometry 30.
  • the partial cutting tooth geometry 31 has the section 31b that recedes behind the cutting tooth geometry 30 and the partial cutting tooth geometry 32 has the sections 32a and 32c in which they recede behind the cutting tooth geometry 30 .
  • Figures 4a and 4b show the analogous facts for the cutting tooth geometry 40, with which the internal toothing is introduced and the associated partial cutting tooth geometries 41 and 42 with the sections 41a, 41b, 41c or 42a, 42b, 42c, which is why the description of FIGS. 3a and 3b can be referred to with respectively adapted reference numbers.
  • FIGS. 5a and 5b The effect of this measure can be seen in FIGS. 5a and 5b, in which, as in FIGS. Internal teeth in the workpiece 1 and 2 is shown. Unlike in Figures 2a and 2b, however, a rolling tool is now used, which has different types of cutting teeth with the partial cutting tooth geometries 31, 32 or 41, 42, which in the example shown are arranged on the rolling tool in such a way that cutting teeth with the partial cutting tooth geometry 31 respectively 41 and Cutting teeth with the partial cutting tooth geometry 32 or 42 alternately used, worked .
  • the overall depth of the toothing and the feed are identical to those in FIGS. 2 B

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Gear Processing (AREA)

Abstract

Bereitgestellt werden ein Verfahren zur Herstellung eines Wälzwerkzeugs (100,200) mit Schneidzähnen (101,201) mit den Schritten Festlegen eines mit dem Wälzwerkzeug (100,200) aus einem zu bearbeitenden Werkstück (1,2) zur Herstellung einer Verzahnung herauszuarbeitenden Zahnprofils, Bestimmen einer Schneidzahngeometrie (30,40) einschließlich der Schneidkanten der Schneidzahngeometrie (30,40), mit der das festgelegte aus dem zu bearbeitenden Werkstück (1,2) herauszuarbeitende Zahnprofil in einem Wälzverfahren herausgearbeitet werden kann, Aufteilen der Schneidzahngeometrie (30,40) in mindestens zwei unterschiedlichen Teilschneidzahngeometrien (31,32, 41,42), wobei die unterschiedlichen Teilschneidzahngeometrien (31,32, 41,42) so gestaltet sind, dass mindestens eine der Teilschneidzahngeometrien (31,32,41,42) Abschnitte (31b,32a,32c, 41b,42a,42c) aufweist, die hinter die Außenkontur der Schneidzahngeometrie (30,40) zurückspringen und dass die Überlagerung der unterschiedlichen Teilschneidzahngeometrien (31,32,41,42) die Schneidzahngeometrie (30,40) reproduziert, Bereitstellen eines Wälzwerkzeugrohlings, und Herausarbeiten von Schneidzähnen (101,201), die die unterschiedlichen Teilschneidzahngeometrien (31,32,41,41) aufweisen, aus dem Wälzwerkzeugrohling, ein solches Wälzwerkzeug (100,200) und ein Verfahren zur Herstellung einer Verzahnung mit einem solchen Wälzwerkzeug.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Wäl zwerkzeugs , Wäl zwerkzeug und Verfahren zur Herstellung einer Verzahnung durch Wäl zen mit einem solchen Wäl zwerkzeug
Wäl zverfahren, insbesondere Wäl z fräsverfahren und das aus der DE 243514 bekannte Wäl zschälverfahren, spielen bei der spanenden Herstellung von Verzahnungen eine wichtige Rolle . Dabei werden mit einem Wäl zwerkzeug, das Schneidzähne aufweist , in ein Werkstück in einer Sequenz von Schnittvorgängen, bei denen die Schneidzähne j eweils in der Regel einen Span des Materials des Werkstückrohlings abtragen, die Zahnzwischenräume in den Werkstückrohling eingearbeitet , so dass die Verzahnung entsteht . Bei einer gegebenen Bearbeitungsgeometrie ist dabei die Form der Schneidzähne des Wäl zwerkzeugs , die durch den nachfolgend als Schneidzahngeometrie bezeichneten Verlauf ihrer Schneidkanten definiert wird, durch die Form des in den Werkstückrohling einzuarbeitenden Zahnzwischenraums vorgegeben .
Grundsätzlich sind bei allen Wäl zverfahren die erreichbare Präzision und die Qualität der Oberflächen der hergestellten Verzahnung durch die Spanbildung beeinflusst . Bisher hat man insbesondere versucht , diese zu optimieren, indem man die Schneiden der Schneidzähne zu verbessern versucht hat . Beispielsweise hat man versucht , verrundete Schneiden zu verwenden, um die Konsequenzen unkontrollierter Krafteinwirkung der Schneide zu minimieren und Werkzeuge mit verbesserter Standzeit zu erhalten . Allerdings zeigt sich, dass dabei neue Probleme entstehen insbesondere im Hinblick auf die exakte Positionierung der Schneide und des Zerspanungsbeginns der eingreifenden Schneide . Die Oberflächenbeschaf fenheit wird durch ein Aufgleiten der Schneide auf dem zu zerspanenden Material und/oder ein „Abreißen" des Materials Undefiniert ; zudem kommt es zu Materialveränderungen durch das „Abreißen" und durch ein Stauchen der Schneide auf das Material , einen damit verbundenen unerwünschten Wärmeeintrag und Reibungsverluste .
Dementsprechend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Wäl zwerkzeugs , ein Wäl zwerkzeug und einer Verfahren zur Herstellung einer Verzahnung durch Wäl zen mit einem solchen Wäl zwerkzeug bereitzustellen, das die Verzahnungsqualität von Verzahnungen verbessert .
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 , durch ein Wäl zwerkzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 . Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der j eweiligen abhängigen Ansprüche .
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Wäl zwerkzeugs mit Schneidzähnen weist insbesondere die auch bisher schon nötigen Schritte ,
- Festlegen eines mit dem Wäl zwerkzeug aus einem zu bearbeitenden Werkstück heraus zuarbeitenden Zahnprofils ,
- Bestimmen einer Schneidzahngeometrie einschließlich der Schneidkanten der Schneidzahngeometrie , mit der das festgelegte aus dem zu bearbeitenden Werkstück zur Herstellung einer Verzahnung heraus zuarbeitende Zahnprofil in einem Wäl zverfahren herausgearbeitet werden kann,
- Bereitstellen eines Werkzeugrohlings , und
- Herausarbeiten von Schneidzähnen aus dem Werkzeugrohling auf .
Erfindungswesentlich ist , dass die Schneidzahngeometrie in mindestens zwei unterschiedlichen Teilschneidzahngeometrien aufgeteilt wird, wobei die unterschiedlichen Teilschneidzahn- geometrien so gestaltet sind, dass mindestens eine der Teilschneidzahngeometrien Abschnitte aufweisen, die hinter die Außenkontur der Schneidzahngeometrie zurückspringen und so gestaltet sind, dass die Überlagerung der unterschiedlichen Teilschneidzahngeometrien die Schneidzahngeometrie reproduziert . Bevorzugt weist j ede der Teilschneidzahngeometrien solche Abschnitte auf .
Jeder Abschnitt der Schneidkanten der Schneidzahngeometrie , die zum Herausschneiden eines gegebenen Zahnzwischenraums benötigt wird, ist also Bestandteil mindestens einer Teilschneidzahngeometrie , während es umgekehrt mindestens eine Teilschneidzahngeometrie gibt , die mindestens einen dieser Abschnitte nicht aufweist . Bevorzugt ist es , wenn in j eder der Teilschneidzahngeometrien mindestens ein Abschnitt der Schneidkanten der Schneidzahngeometrie fehlt .
Die Schneidkanten der identisch geformten Schneidzähne des Wäl zwerkzeugs gemäß dem Stand der Technik, mit denen Zahnzwischenräume der gewünschten Form in das Werkstück eingebracht werden, werden also erf indunsgemäß auf mehrere Schneidzähne verteilt , von denen mindestens einer, bevorzugt mehrere neben einem oder mehreren solchen Schneidkantenabschnitten weitere Schneidkantenabschnitte aufweisen, welche aber innerhalb der Schneidzahngeometrie liegen, deren Konturlinie durch die Schneidkanten vorgegeben ist .
Beim Herausarbeiten der Schneidzähne werden dann Schneidzähne , die die unterschiedlichen Teilschneidzahngeometrien aufweisen, aus dem Wäl zwerkzeugrohling herausgearbeitet .
Es gibt also an dem erfindungsgemäß hergestellten Wäl zwerkzeug unterschiedlich geformte Schneidzähne , die bei der Bearbeitung eines Werkstücks mit diesem Wäl zwerkzeug bei der Herstellung einer Verzahnung zum Herausarbeiten einer Zahnlücke mit dem festgelegten Zahnprofil aus dem Werkstück nacheinander j eweils zumindest abschnittsweise zum Eingri f f gebracht werden, was beispielsweise durch die Anpassung des Verhältnisses der Zahnzahlen von Werkzeug und herzustellender Verzahnung sichergestellt werden kann, und dabei spanend Material abtragen können .
Dies kann insbesondere dazu führen, dass zumindest bei einigen Wechselwirkungen dieser Schneidzähne mit dem Werkstück j eweils nur an einem Teil des bereits partiell herausgearbeiteten Zahnprofils des heraus zuarbeitenden Zahnzwischenraums weitergearbeitet , also nur dort Material abgetragen wird . In diesem Fall gibt es dann mindestens einen Abschnitt einer Zahnflanke des bereits teilweise aus dem Werkstück herausgearbeiteten Zahnzwischenraums , der nach seiner Fertigstellung das Zahnprofil aufweist , der unbearbeitet bleibt .
Intuitiv könnte man annehmen, dass durch das Aufteilen der Schneidzahngeometrie in Teilschneidzahngeometrien die Bearbeitungs zeit verlängert wird . Tatsächlich zeigt sich aber, dass dies nicht in signi fikantem Ausmaß der Fall ist . Die Bearbeitungsgeschwindigkeit wird nämlich dadurch positiv beeinflusst , dass mit einer Reduktion der Zahl der Zahnflanken bzw . der Länge der Zahnflankenabschnitte des Wäl zwerkzeugs , die gleichzeitig mit dem von ihm bearbeiteten Werkstück in Wechselwirkung gebracht werden, einerseits der benötigte Kraftaufwand beim Zerspanen reduziert werden kann und andererseits die Fließeigenschaften des Spans verbessert werden können .
Gleichzeitig kann diese Vorgehensweise zu einer deutlichen
Verbesserung der Bearbeitungsqualität insbesondere im Hinblick auf die Zahnflankenqualität führen . Nach Erkenntnissen der Erfinder ist dies auf mit dieser Aufteilung einhergehenden Änderungen im Prozess der Spanbildung zurückzuführen .
Die Verbesserung der Bearbeitungsqualität und insbesondere der Zahnflankenqualität wird dadurch bewirkt , dass die Aufteilung der Schneidzahngeometrie in Teilschneidzahngeometrien es ermöglicht , den Eingri f f der einzelnen Abschnitte der Schneide beim Eintritt ins Material zu beeinflussen und die Spandicke bzw . deren Variation in unterschiedlichen Abschnitten des Spans zu kontrollieren .
Um hier zu belastbaren Vorhersagen zu kommen, die zu optimierten Teilschneidzahngeometrien führen, ist es bevorzugt , wenn das Verfahren zusätzlich den Schritt des Berechnens eines theoretischen Materialabtrags bei den Wechselwirkungen eines Schneidzahns mit einer gegebenen Schneidzahngemometrie und/oder Teilschneidzahngeometrie mit einem Werkstück aufweist .
Insbesondere kann bei einem erfindungsgemäß hergestellten Wäl zwerkzeug und bei dem erfindungsgemäßen Wäl zwerkzeug sichergestellt werden, dass abgehobene Späne an j eder Stelle eine Mindestdicke aufweisen, indem die Teilschneidzahngeometrien so angepasst werden, dass Zahnflanken, an denen nur ein sehr zarter Span abzutragen wäre , in (mindestens ) einer Teilschneidzahngeometrie freigestellt sind und damit bei den Schnittprozessen, die der Schneidzahn mit dieser Teilschneidzahngeometrie aus führt , übersprungen werden .
In der Praxis kann dies erfolgen, indem bei der Aufteilung der Schneidzahngeometrie in die Teilschneidzahngeometrien diej enigen Schneidflanken oder diej enigen Abschnitte von Schneidf lan- ken der Schneidzahngeometrie in einer Teilschneidzahngeometrie freigestellt werden, für die der theoretische Materialabtrag einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet .
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt das Herausarbeiten von Schneidzähnen, die die unterschiedlichen Teilschneidzahngeometrien aufweisen, aus dem Wäl zwerkzeugrohling mit einer Schlei fscheibe mit standardisiertem Profil oder Standardschlei fscheibe , so dass unterschiedliche Schneidzahnprofile mit derselben Schlei fscheibe bearbeitet/ hergestellt werden können, und zwar vorzugsweise in zellender Bearbeitung . Im Gegensatz zu dem bislang üblichen Einsatz von individuell pro Schneidzahnprofil herzustellende Formschlei fscheibe ist dies preisgünstiger und erlaubt zudem auf einfache Weise die Individualisierung der Schneidzähne mit unterschiedlichen Teil schneidzahngeometrien .
Das erfindungsgemäße Wäl zwerkzeug zur Herstellung einer Verzahnung in einem zu bearbeitenden Werkstück durch Herausarbeiten eines Zahnprofils im Wäl zverfahren zeichnet sich dadurch aus , dass das Wäl zwerkzeug Schneidzähne mit mindestens zwei unterschiedlichen Teilschneidzahngeometrien aufweist , welche gemeinsam die Schneidzahngeometrie einschließlich der Schneidkanten der Schneidzahngeometrie , mit der das festgelegte aus dem zu bearbeitenden Werkstück heraus zuarbeitende Zahnprofil im Wäl zverfahren herausgearbeitet werden kann, bilden, wobei die unterschiedlichen Teilschneidzahngeometrien so gestaltet sind, dass bei der Wechselwirkung mindestens eines Schneidzahns mit einer der Teilschneidzahngeometrien mit dem zu bearbeitenden Werkstücks nur eine Untermenge der Schneidkanten der Schneidzahngeometrie mit dem zu bearbeitenden Werkstück wechselwirkt . Besonders bevorzugt ist es , wenn die unterschiedlichen Teilschneidzahngeometrien so gestaltet sind, dass bei der Wechselwirkung eines Schneidzahns mit der j eweiligen Teilschneidzahngeometrien mit dem zu bearbeitenden Werkstücks nur eine Untermenge der Schneidkanten der Schneidzahngeometrie mit dem zu bearbeitenden Werkstück wechselwirkt .
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Verzahnung in einem zu bearbeitenden Werkstück durch Herausarbeiten eines Zahnprofils durch Wäl zen unter Verwendung eines solchen Wäl zwerkzeugs zeichnet sich dadurch aus , dass beim sequentiellen Herausarbeiten einer gegebenen Lücke zwischen zwei Zähnen des Zahnprofils Schneidzähne des Wäl zwerkzeugs mit unterschiedlicher Teilschneidzahngeometrie nacheinander zum Einsatz kommen . Dies kann insbesondere durch eine Anpassung der Zahnzahlen der Verzahnung und des Wäl zwerkzeugs geschehen, wenn diese geeignet gewählt werden .
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren, die Aus führungsbeispiele darstellen, näher erläutert . Es zeigt :
Fig . la : Ein Werkstück mit einer Außenverzahnung und ein
Werkzeug mit einer Schneidzahngeometrie , mit der diese Verzahnung in einem Wäl zverfahren in das Werkstück eingebracht werden kann;
Fig . 1b : Ein Werkstück mit einer Innenverzahnung und ein
Werkzeug mit einer Schneidzahngeometrie , mit der diese Verzahnung in einem Wäl zverfahren in das Werkstück eingebracht werden kann;
Fig . 2a : eine Sequenz von Zwischenzuständen beim Einbringen der Verzahnung in das Werkstück gemäß Figur la mit einem Wäl zwerkzeug mit Schneidzähnen mit der Schneidzahngeometrie gemäß Figur la ;
Fig . 2b : eine Sequenz von Zwischenzuständen beim Einbringen der Verzahnung in das Werkstück gemäß Figur 1b mit einem Wäl zwerkzeug mit Schneidzähnen mit der Schneidzahngeometrie gemäß Figur 1b ;
Fig . 3a : eine Darstellung der Schneidzahngeometrie aus Figur la und einer Möglichkeit zur erfindungsgemäßen Aufteilung auf zwei Teilschneidzahngeometrien;
Fig . 3b : eine überlagerte Darstellung der beiden Teilschneidzahngeometrien aus Figur 3a ;
Fig . 4a : eine Darstellung der Schneidzahngeometrie aus Figur
1b und einer Möglichkeit zur erfindungsgemäßen Aufteilung auf zwei Teilschneidzahngeometrien;
Fig . 4b : eine überlagerte Darstellung der beiden Teilschneidzahngeometrien aus Figur 4a ;
Fig . 5a : eine Sequenz von Zwischenzuständen beim Einbringen der Außenverzahnung in das Werkstück gemäß Figur la mit einem Wäl zwerkzeug mit Schneidzähnen, die erfindungsgemäß in die Teilschneidzahngeometrien gemäß Figur 3b ; und
Fig . 5b : eine Sequenz von Zwischenzuständen beim Einbringen der Innenverzahnung in das Werkstück gemäß Figur 1b mit einem Wäl zwerkzeug mit Schneidzähnen, die erfindungsgemäß in die Teilschneidzahngeometrien gemäß Figur 4b . Figur la zeigt auf der linken Seite ein Werkstück 1 mit einer bereits durch Herausarbeiten von Zahnlücken la vollständig in das Werkstück 1 eingebrachten Außenverzahnung und auf der rechten Seite ein Wäl zwerkzeug 100 mit einer Viel zahl von identischen Schneidzähnen 101 , deren Schneidzahngeometrie durch die Konturlinie ihrer Schneidkanten bestimmt ist . Die Tatsache , dass die Schneidzähne 101 die Zahnlücken la in das Werkstück 1 einbringen können, obwohl die Schneidzähne , wie man in Figur 1 deutlich sieht , deutlich schmaler als die Zahnlücken la sind, ist eine Folge des für Wäl zverfahren typischen Ablaufens des Wäl zwerkzeugs 100 auf dem Werkstück 1 , bei dem sukzessive die Zahnlücken la in das Werkstück 1 eingeschnitten werden .
Figur 1b zeigt auf der rechten Seite ein Werkstück 2 mit einer bereits vollständig durch Herausarbeiten von Zahnlücken 2a in das Werkstück 2 eingebrachten Innenverzahnung und auf der rechten Seite ein Wäl zwerkzeug 200 mit einer Viel zahl von identischen Schneidzähnen 201 , deren Schneidzahngeometrie durch die Konturlinie ihrer Schneidkanten bestimmt ist . Wie man beim Vergleich der Figuren la und 1b erkennt , sind die Radienverhältnisse der Innenverzahnung und des Wäl zwerkzeugs 2 einander deutlich ähnlicher, als im Fall von Außenverzahnung und Wäl zwerkzeug 1 , was dazu führt , dass die Breite der Schneidzähne 201 der Breite der Zahnlücken 2a deutlich ähnlicher zueinander ist .
In den Figuren 2a bzw . 2b ist j eweils eine Sequenz von Zwischenzuständen beim Einbringen der Verzahnung in das Werkstück gemäß Figur la bzw . 1b mit einem Wäl zwerkzeug nach dem Stand der Technik, welches nur Schneidzähne mit der Schneidzahngeometrie gemäß Figur la bzw . 1b aufweist . Die Darstellungen sind j eweils erheblich vergrößert ; in der hier dargestellten Simulation wird j eweils die Entstehung einer Zahnlücke mit einer Gesamttiefe von 4mm dargestellt , welche durch eine Sequenz von etwa 80 Schnitten realisiert werden .
In Figur 2a wird dabei die Zahnlücke schrittweise von rechts nach links eingeschnitten, so dass nach dem ersten materialabtragenden Schnitt die Schnittlinie 11 einen Teil der Werkstückoberfläche bildet , nach dem zweiten materialabtragenden Schnitt die Schnittlinie 12 , usw . In Figur 2b wird die Zahnlücke schrittweise von links nach rechts eingeschnitten, so dass nach dem ersten materialabtragenden Schnitt die Schnittlinie 21 einen Teil der Werkstückoberfläche bildet , nach dem zweiten materialabtragenden Schnitt die Schnittlinie 22 , usw .
Dementsprechend stellt der Bereich zwischen zwei benachbarten Schnittlinien j eweils den aus dem j eweils zu der weiter in Richtung auf den Zahngrund der Zahnlücke hin führenden nächsten Schnitt resultierenden Zahn in seiner „Ideal form" , d . h . ohne Beeinflussung des Spans während er abgehoben wird, dar . Sowohl im Fall des in Figur 2a gezeigten Einschneidens der Außenverzahnung als auch im Fall das in Figur 2b gezeigten Einschneidens der Innenverzahnung erkennt man, dass es eine Vielzahl von Schnittlinien gibt , die sehr dicht beieinander liegen . Dementsprechend entnimmt man den Figuren 2a und 2b unmittelbar, dass es beim Einbringen der Zahnlücke mit einem Wäl zwerkzeug wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist , zur Entstehung einer Viel zahl von Spänen kommt , die sehr feine Abschnitte haben und deshalb einerseits beim Abheben leicht verformt werden und andererseits nicht definiert abgehoben werden, was zu einer suboptimalen Spanbildung und in dessen Folge zu einer suboptimalen Verzahnungsqualität führt . Die Figuren 3a und 3b zeigen ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Aufteilung der Schneidzahngeometrie 30 für das Herausarbeiten der Außenverzahnung in zwei Teilschneidzahngeometrien 31 , 32 . Das entsprechende Wäl zwerkzeug besitzt in diesem Beispiel nur Schneidzähne , deren Schneidkanten j eweils eine dieser Teilschneidzahngeometrien 31 , 32 aufweisen und die so angeordnet sind, dass aufeinander folgende Schnitte mit Schneidzähnen unterschiedlicher Teilschneidzahngeometrie erfolgen; es könnte aber natürlich auch eine Aufteilung in mehr Teilschneidzahngeometrien vorgenommen werden, sofern sich dies als sinnvoll erweist und es können zusätzlich auch Schneidzähne am Wäl zwerkzeug vorhanden sein, deren Schneidkanten der Schneidzahngeometrie entsprechen, da, wie man insbesondere in den Figuren 2a und 2b erkennt , gerade die ersten abgehobenen Späne das Problem feiner Spanabschnitte noch nicht aufweisen .
In Figur 3a sind Schneidzahngeometrie 30 , Teilschneidzahngeometrie 31 und Teilschneidzahngeometrie 32 j eweils mit einem konstanten Of fset gegeneinander verschoben dargestellt . Wie man bereits in dieser Figur erkennt , entsteht die Teilschneidzahngeometrie 31 durch Kürzung der Schneidzahngeometrie 30 um deren Spitze , weist j edoch deren Flanken auf , während die Teilschneidzahngeometrie 32 die Spitze der Schneidzahngeometrie 30 reproduziert , im Flankenbereich aber schmaler ist .
Wie man in Figur 3b erkennt , in der die Teilschneidzahngeometrien 31 , 32 miteinander überlagert dargestellt sind, reproduzieren die Teilschneidzahngeometrien 31 und 32 gemeinsam die Schneidzahngeometrie 30 , die der Außenkontur der überlagerten Teilschneidzahngeometrien 31 und 32 entspricht . Die Abschnitte 31a und 31c der Teilschneidzahngeometrie 31 bilden die Flanken der Schneidzahngeometrie 30 und der Abschnitt 32 b der Teil- schneidzahngeometrie 32 die Spitze der Schneidzahngeometrie 30.
Dementsprechend weist umgekehrt die Teilschneidzahngeometrie 31 den Abschnitt 31b auf, der hinter die Schneidzahngeometrie 30 zurückspringt und die Teilschneidzahngeometrie 32 weist die die Abschnitte 32a und 32 c auf, in denen sie hinter die Schneidzahngeometrie 30 zurückspringen.
Die Figuren 4a und 4b, zeigen den jeweils analogen Sachverhalt für die Schneidzahngeometrie 40, mit der die Innenverzahnung eingebracht wird und die zugehörigen Teilschneidzahngeometrien 41 und 42 mit den Abschnitten 41a, 41b, 41c bzw. 42a, 42b, 42c, weshalb insoweit auf die Beschreibung der Figuren 3a und 3b mit jeweils angepassten Bezugszeichen verwiesen werden kann.
Es wird aber explizit betont, dass auch eine andere Aufteilung der Schneidzahngeometrie 30,40 in zwei oder mehr Teilschneidzahngeometrien 31,32,41,42 möglich ist und nicht zwingend eine Teilschneidzahngeometrie die Spitze und eine zweite Teilschneidzahngeometrie die Flanken der Schneidzahngeometrie reproduzieren muss.
Den Effekt dieser Maßnahme erkennt man an den Figuren 5a und 5b, in denen wie in den Figuren 2a und 2b jeweils eine Sequenz von durch Schnittlinien 51,52, 61, 62 gekennzeichneten Zwischenzuständen beim Einbringen der Außen- bw. Innenverzahnung in das Werkstück 1 bzw. 2 gezeigt ist. Anders als in den Figuren 2a und 2b wird aber nun jeweils mit einem Wälzwerkzeug, das unterschiedliche Arten von Schneidzähnen mit den Teilschneidzahngeometrien 31,32 bzw. 41,42 aufweist, die im gezeigten Beispiel so am Wälzwerkzeug angeordnet sind, dass Schneidzähne mit der Teilschneidzahngeometrie 31 bzw. 41 und Schneidzähne mit der Teilschneidzahngeometrie 32 bzw . 42 abwechselnd zum Einsatz kommen, gearbeitet . Dabei sind die Gesamttiefe der Verzahnung und der Vorschub identisch wie in den Figuren 2a bzw . 2b
Man erkennt bereits auf den ersten Blick, dass die Bereiche , in denen nur sehr feine Späne abgetragen werden, nun deutlich reduziert wurden . In diesen Bereichen ist nun mit einer definierten Spanbildung zu rechnen, was zu einer deutlich höheren Verzahnungsqualität führt .
Bezugszeichenliste
I,2 Werkstück
100,200 Wälzwerkzeug 101,201 Schneidzahn la, 2a Zahnlücke
II,12,21,22,
51, 52, 61, 62 Schnittlinie
30,40 Schneidzahngeometrie 31,32,41,42 Teil schnei dz ahngeome trie
31a, 31b, 31c,
32a, 32b, 32c Abschnitt der Teilschneidzahngeometrie
41a, 41b, 41c,
42a, 42b, 42c Abschnitt der Teilschneidzahngeometrie

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Wälzwerkzeugs (100,200) mit Schneidzähnen (101,201) mit den Schritten
- Festlegen eines mit dem Wälzwerkzeug (100,200) aus einem zu bearbeitenden Werkstück (1,2) zur Herstellung einer Verzahnung herauszuarbeitenden Zahnprofils,
- Bestimmen einer Schneidzahngeometrie (30,40) einschließlich der Schneidkanten der Schneidzahngeometrie (30,40) , mit der das festgelegte aus dem zu bearbeitenden Werkstück (1,2) herauszuarbeitende Zahnprofil in einem Wälzverfahren herausgearbeitet werden kann,
- Aufteilen der Schneidzahngeometrie (30,40) in mindestens zwei unterschiedlichen Teilschneidzahngeometrien (31,32, 41,42) , wobei die unterschiedlichen Teilschneidzahngeometrien (31,32,41,42) so gestaltet sind, dass mindestens eine der Teilschneidzahngeometrien (31,32,41,42) Abschnitte (31b, 32a, 32c, 41b, 32a, 32c) aufweist, die hinter die Außenkontur der Schneidzahngeometrie (30,40) zurückspringen und dass die Überlagerung der unterschiedlichen Teilschneidzahngeometrien (31,32,41,42) die Schneidzahngeometrie (30,40) reproduziert,
- Bereitstellen eines Wälzwerkzeugrohlings, und
- Herausarbeiten von Schneidzähnen (101,201) , die die unterschiedlichen Teilschneidzahngeometrien (31,32,41,41) aufweisen, aus dem Wälzwerkzeugrohling.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Verfahren zusätzlich den Schritt des Berechnens eines theoretischen Materialabtrags bei den Wechselwirkungen eines Schneidzahns (101,201) mit einer gegebenen Schneidzahnge- mometrie (30,40) und/oder Teilschneidzahngeometrie
(31,32,41,42) mit einem Werkstück (1,2) aufweist . Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass bei der Aufteilung der Schneidzahngeometrie (30,40) in die Teilschneidzahngeometrien (31,32,41,42) diejenigen Abschnitte der Schneidzahngeometrie (30,40) in mindestens einer Teilschneidzahngeometrie (31,32,41,42) hinter die Schneidzahngeometrie zurückspringen, für die der theoretische Materialabtrag zumindest bei einigen Schnitten einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet, aber größer als Null ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Herausarbeiten von Schneidzähnen (101,201) , die die unterschiedlichen Teilschneidzahngeometrien (31,32,41,42) aufweisen, aus dem Wälzwerkzeugrohling mit einer Schleifscheibe mit standardisiertem Profil oder Standardschleifscheibe herausgearbeitet wird, vorzugsweise in zellender Bearbeitung .
Wälzwerkzeug (100,200) zur Herstellung einer Verzahnung in einem zu bearbeitenden Werkstück (1,2) durch Herausarbeiten eines Zahnprofils im Wälzverfahren, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Wälzwerkzeug (100,200) Schneidzähne (101,201) mit mindestens zwei unterschiedlichen Teilschneidzahngeometrien (31,32,41,42) aufweist, welche gemeinsam die Schneidzahngeometrie (30,40) einschließlich der Schneidkanten der Schneidzahngeometrie (30,40) , mit der das festgelegte aus dem zu bearbeitenden Werkstück (1,2) herauszuarbeitende Zahnprofil im Wälzverfahren herausgearbeitet werden kann, bilden, wobei die unterschiedlichen Teilschneidzahngeometrien (31,32,41,42) so gestaltet sind, dass bei der Wechselwirkung mindestens eines Schneidzahns (101,201) mit einer der Teilschneidzahngeometrien (31,32,41,42) mit dem zu bearbeitenden Werkstück (1,2) nur eine Untermenge der Schneidkanten der Schneidzahngeometrie (30,40) mit dem zu bearbeitenden Werkstück (1,2) wechselwirkt. Wälzwerkzeug nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die unterschiedlichen Teilschneidzahngeometrien (31,32,41,42) so gestaltet sind, dass bei der Wechselwirkung eines Schneidzahns (101,201) mit der jeweiligen Teilschneidzahngeometrie (31,32,41,42) mit dem zu bearbeitenden Werkstück (1,2) nur eine Untermenge der Schneidkanten der Schneidzahngeometrie (30,40) mit dem zu bearbeitenden Werkstück (1,2) wechselwirkt. Verfahren zur Herstellung einer Verzahnung in einem zu bearbeitenden Werkstück (1,2) durch Herausarbeiten eines Zahnprofils durch Wälzen unter Verwendung eines Wälzwerkzeugs (100,200) nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass beim sequentiellen Herausarbeiten einer gegebenen Lücke zwischen zwei Zähnen des Zahnprofils Schneidzähne (101,201) des Wälzwerkzeugs (100,200) mit unterschiedlicher Teilschneidzahngeometrie (31,32,41,42) nacheinander zum Einsatz kommen.
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DE102015120477A1 (de) * 2015-11-26 2017-06-01 Diametal Ag Verfahren zur Herstellung eines Abwälzfräsers

Patent Citations (3)

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