WO2024188773A1 - Verzahnungsbearbeitung durch wälzschälen, hartschälen oder wälzstossen, und entsprechendes verzahnungswerkzeug - Google Patents

Verzahnungsbearbeitung durch wälzschälen, hartschälen oder wälzstossen, und entsprechendes verzahnungswerkzeug Download PDF

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WO2024188773A1
WO2024188773A1 PCT/EP2024/055908 EP2024055908W WO2024188773A1 WO 2024188773 A1 WO2024188773 A1 WO 2024188773A1 EP 2024055908 W EP2024055908 W EP 2024055908W WO 2024188773 A1 WO2024188773 A1 WO 2024188773A1
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Jürgen KRESCHEL
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Gleason Pfauter Maschinenfabrik GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23F5/00—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
    • B23F5/20—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
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method of producing or machining at least one toothing on at least two workpieces by skiving, hard skiving or gear shaping, with a toothed tool in the form of a skiving wheel or shaping wheel, which has a cutting edge along a first and a second tooth flank of a tool tooth on a first end face,
  • Gear skiving and gear shaping are soft machining processes, while hard skiving is a hard finishing process of a pre-cut hardened gear using the kinematics of gear skiving.
  • all three processes are carried out using tools (shaping wheel or skiving wheel) with geometrically defined cutting edges.
  • tools shapeing wheel or skiving wheel
  • the cutting edges wear down through continuous processing.
  • the tools are resharpened from time to time. For example, it is well known to resharpen them outside the machine and then coat them again.
  • DE 10 2017 011 978 A1 describes that and how resharpening can also be done on the gear cutting machine itself.
  • DE 102021 108 379 A1 addresses disposable gear skiving tools that are no longer used once their wear limit has been reached. These are designed as straight teeth with a symmetrical profile, and the basic shape of the tool is that of a cylindrical disk.
  • DE 10 2017 114088 A1 also discloses symmetrical tools. From DE 10 2014008 475 A1 it is known to use the back of a skiving wheel as a tool for removing burrs. From DE 10 2012 012 617 A1 a feed strategy is known in which less tool wear is achieved by avoiding predominantly U-shaped chips.
  • the invention is based on the object of improving methods of the type mentioned at the outset with regard to a favorable combination of flexibility with regard to feed strategy and tool design, satisfactory tool service life and high machining accuracy.
  • Cutting edges are also formed on the second end face of the tool opposite the first end face, with which the gear machining of another of the at least two workpieces takes place, wherein on the second end face the profile of the cutting edge on the first tooth flank is equal to the profile of the cutting edge on the second tooth flank on the first end face and the profile of the cutting edge on the second tooth flank is equal to the profile of the cutting edge on the first tooth flank on the first end face.
  • the method according to the invention enables a comparatively high machining accuracy and a satisfactorily simple machining, since minimal deviations in the machining result that would otherwise result from the machining position of the trailing and leading flanks are compensated for by an asymmetry of the cutting edge profiles on one end face, whereas the back of the tool can also be used for machining workpieces of the workpiece batch without having to calculate and set new machining and engagement positions due to the profile asymmetry, and this regardless of, for example, the helix angle (ß>0) of the tool toothing.
  • the sign of the scalar product of the external normal to the first end face with the workpiece rotation axis when machining the first workpiece is the same as the sign of the scalar product of the external normal to the second end face with the workpiece rotation axis when machining the second workpiece.
  • this could be achieved by re-clamping the tool with regard to its orientation on the tool spindle.
  • this could be achieved by using the movement axes of a gear cutting machine.
  • gear cutting machines are preferably considered which have three linear movement axes and at least one pivot axis, wherein the pivotability of a tool spindle carrying the tool exceeds 180°, preferably over 210°, in particular over 240°.
  • the base circle of the tool toothing on its left flank differs from that on its right flank.
  • the amount of the base circle diameter difference is greater than 0.03 mm, preferably than 0.04 mm, in particular than 0.05 mm, and more preferably less than 0.8 mm, more preferably than 0.7 mm, in particular than 0.6 mm. This provides particularly precise machining results.
  • the base circle diameter for the right flank of the tool toothing is larger than that for the left flank of the tool toothing when a left-handed toothing is produced or machined, and vice versa for the production/machining of a right-handed toothing.
  • work is carried out with an axis crossing angle of greater than 5°, in particular greater than 10°, and more preferably not greater than 40°, in particular not greater than 35°.
  • the normal module of the tool is greater than 0.4 mm, more preferably than 0.6 mm, and in particular not greater than 4 mm, more preferably not greater than 3.5 mm. This provides particularly precise machining results.
  • the tool has straight teeth.
  • such a tool cannot be used to produce straight-toothed workpieces using skiving.
  • the tool has helical teeth, with a step grind on both faces in particular, and the cutting surface profile in the circumferential direction is essentially parallel on both faces.
  • HM hard metal material
  • PM-HSS powder metallurgy
  • the width of the tool toothing (tool dimension axial to the tool rotation axis) can be small, for example less than 1.8 cm, in particular less than 1.5 cm, even less than 1 cm. For sufficient rigidity, however, it is preferred that the toothing width of the tool toothing is at least 4 mm.
  • the tool can have a coating that is more wear-resistant than its base material; in this regard, DE 10 2017 011 978 A1 is included by reference.
  • the tool can be intended as a disposable tool.
  • a double-cone shape can also be considered, in which the outer diameter is the same on both end faces, but tapers towards the axial tool center (where the axial tool center is the center between the two end faces).
  • the invention provides a tool for producing or machining at least one toothing on at least two workpieces by skiving, hard skiving or gear shaping, which is essentially characterized in that the profile of the cutting edge on the first tooth flank on the first end face is formed asymmetrically to the profile of the cutting edge on the second tooth flank on the first end face and that cutting edges are also formed on the second end face of the tool opposite the first end face, wherein on the second end face the profile of the cutting edge on the first tooth flank is equal to the profile of the cutting edge on the second tooth flank on the first end face and the profile of the cutting edge on the second tooth flank is equal to the profile of the cutting edge on the first tooth flank on the first end face.
  • the invention also provides a method for producing such a tool.
  • a basic toothing is produced on the tool, which still has an allowance compared to the final tool geometry, and in a subsequent processing step the asymmetrical cutting edge profile is formed on one end face and the inversely asymmetrical processing profile is formed on the other end face.
  • the invention also provides a gear cutting machine suitable and controlled for carrying out the method according to the invention, as well as a corresponding control program.
  • Fig. 1 shows a peeling wheel in a perspective view
  • Fig. 2 shows an enlarged view of a skiving wheel tooth with a schematically shown (exaggerated) asymmetrical profile
  • Fig. 3 shows a variant of a double-cone design
  • Fig. 4 shows a variant with double step grinding
  • Figures 5A, 5B show machining operations.
  • the skiving wheel 100 shown in Fig. 1 has a radially central through-opening 3, which can be used in a manner known to those skilled in the art for clamping the skiving wheel 100 on a tool spindle (not shown) of a gear cutting machine, and a plurality of teeth 4 radially on the outside.
  • the skiving wheel 100 is fully toothed, i.e. there is a tooth 4 on each pitch.
  • teeth could be omitted, i.e. not every pitch could be occupied by a tooth 4.
  • the skiving wheel 100 has cutting edges 11, 12 on its first end face 10, wherein a first cutting edge 11 is formed on the edge between the first end face 10 and a first tooth flank 5 and a second tooth edge 12 on the edge between the first end face 10 and the second tooth flank 6 of a tool tooth 4.
  • the skiving wheel 100 On its opposite second end face 20, the skiving wheel 100 also has cutting edges, namely cutting edges 21 and 22.
  • the cutting edge 21 is formed on the edge between the second end face 20 and the first tooth flank 5, the other tooth edge 22 on the edge between the second end face 20 and the second tooth flank 6 of a skiving wheel tooth 4.
  • asymmetry provided according to the invention between the cutting edges 11, 12 on the first end face 10 and 22, 21 on the second end face 20 is not yet visible from Fig. 1.
  • the asymmetry is also so small that it would not actually be visible to the naked eye even in an enlarged representation such as in Fig. 2, and therefore a schematic asymmetry is shown clearly exaggeratedly large in the profiles P, Q of the cutting edges in Fig. 2. It can be seen from Fig. 2 on the first end face 10 how the profile P on the cutting edge on the first tooth flank 5 differs from the profile Q on the cutting edge on the second tooth flank 6.
  • FIG. 5A shows the machining of a first workpiece toothing 201 by the skiving wheel 100.
  • the typical axis cross angle Z between the rotation axes ⁇ 2 of a workpiece toothing 201 and ⁇ 1 of the tool can be seen.
  • the toothing 201 is machined with the cutting edges on the first face 10 of the skiving wheel 100; the scalar product of its outer normal vector n 10 and the workpiece rotation axis is negative in the illustration shown.
  • the illustration in Fig. 5B shows the machining intervention for producing an identical toothing 202, but of a different workpiece.
  • the cutting edges intersect on the second face 20, whose outer normal vector also forms a negative scalar product with the rotation axis ⁇ 2 of the toothing 202.
  • the skiving wheel 100 could be changed in its clamping orientation.
  • a swivel axis of a gear cutting machine carrying out the machining which is also provided for setting the axis crossing angle Z, for example, could be swiveled by 180°, and the machining position could be set by linear axis adjustments, such as a superposition of a linear axis movement running along the workpiece rotation axis and a tangential axis movement running orthogonal to this and a radial axis (positioning axes).
  • a larger batch of workpieces with identical gears 201, 202 is machined.
  • a first number of workpieces are machined, as shown in Fig. 5A, and then a second number of workpieces are machined, as shown in Fig. 5B. Only then is the skiving wheel 100 replaced and, if necessary, resharpened on both of its front sides. If a cylindrical skiving wheel is used, as shown in Fig. 1, the
  • 3 is the course of the outer diameter D, as it changes in a double cone shape over the width B of the skiving wheel 100.
  • a straight-toothed tool as shown in Fig. 1 is no longer used, but a helical-toothed skiving wheel.
  • the skiving wheel is ground in a step-grinding pattern on both front sides, with the step-grinding direction running parallel in the circumferential direction on the upper and lower front sides (Fig. 4).
  • the other parameters of the tool are normal module m n -2.97, helix angle 20°, pressure angle 25° and number of teeth 51.
  • a right-hand helical workpiece with a helix angle of 14° and a number of teeth of 84 is manufactured with a helical tool with a helix angle of 6° at an axis crossing angle of 20°.
  • the skiving wheel has a module of 2.0, a pressure angle of 20° and 50 teeth.
  • the asymmetry, expressed as a base circle diameter difference, is 0.055 mm here.
  • a straight toothing is again produced, here with a number of teeth of 52, this time at an axis crossing angle of 15°.
  • a skiving wheel with module 0.75 and helix angle 15° is used, with a pressure angle of 30° and 39 teeth.
  • the asymmetry between the right and left flanks of the workpiece toothing, expressed as the base circle diameter difference, is 0.11 mm.
  • a left-handed toothing with 59 teeth is produced.
  • the base circle diameter on the left tool flank is larger than on the right tool flank with a difference of 0.15 mm
  • the other tool data are module 1.3, pressure angle 20°, and it is a straight-toothed skiving wheel with 80 teeth.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren des Erzeugens öder Bearbeitens wenigstens einer Verzahnung an wenigstens zwei Werkstücken durch Wälzschälen, Hartschälen oder Wälzstoßen, mit einem verzahnten Werkzeug in Form eines Schälrads bzw. Stoßrads, welches an einer ersten Stirnseite eine Schneidkante entlang einer ersten und entlang einer zweiten Zahnflanke eines Werkzeugzahns aufweist, wobei das Profil der Schneidkante an der ersten Zahnflanke an der ersten Stirnseite asymmetrisch zum Profil der Schneidkante an der zweiten Zahnflanke an der ersten Stirnseite gebildet ist und die Verzahnungsbearbeitung eines der wenigstens zwei Werkstücke mit den Schneidkanten der ersten Stirnseite erfolgt, und dass an der der ersten Stirnseite entgegengesetzten zweiten Stirnseite des Werkzeugs ebenfalls Schneidkanten gebildet sind, mit denen die Verzahnungsbearbeitung eines anderen der wenigstens zwei Werkstücke erfolgt, wobei an der zweiten Stirnseite das Profil der Schneidkante an der ersten Zahnflanke gleich dem Profil der Schneidkante an der zweiten Zahnflanke an der ersten Stirnseite und das Profil der Schneidkante an der zweiten Zahnflanke gleich dem Profil der Schneidkante an der ersten Zahnflanke an der ersten Stirnseite ist.

Description

VERZAHNUNGSBEARBEITUNG DURCH WÄLZSCHÄLEN, HARTSCHÄLEN ODER
WÄLZSTOSSEN, UND ENTSPRECHENDES VERZAHNUNGSWERKZEUG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren des Erzeugens oder Bearbeitens wenigstens einer Verzahnung an wenigstens zwei Werkstücken durch Wälzschälen, Hartschälen oder Wälzstoßen, mit einem verzahnten Werkzeug in Form eines Schälrads bzw. Stoßrads, welches an einer ersten Stirnseite eine Schneidkante entlang einer ersten und entlang einer zweiten Zahnflanke eines Werkzeugzahns aufweist,
Alle diese drei Verfahren sind in der Verzahnungstechnik gut bekannt, beim Wälzschälen und Wälzstoßen handelt es sich um Weichbearbeitungsverfahren, beim Hartschälen um eine in der Kinematik des Wälzschälens ausgeführte Hartfeinbearbeitung einer bereits vorverzahnten gehärteten Verzahnung. Zudem sind alle drei Verfahren von Werkzeugen (Stoßrad bzw. Schälrad) mit geometrisch bestimmten Schneiden ausgeführt. Bei der Bearbeitung mehrerer Werkstücke und insbesondere größeren Werkstück-Chargen von mehr als 40, insbesondere mehr als 100, sogar mehreren hundert Stück nutzen sich die Schneidkanten durch fortlaufende Bearbeitung ab. Um diesem Umstand zu begegnen, werden die Werkzeuge von Zeit zu Zeit nachgeschärft. Beispielsweise ist allgemein bekannt, diese außerhalb der Maschine nachzuschärfen und anschließend erneut zu beschichten. In DE 10 2017 011 978 A1 ist beschrieben, dass und wie ein Nachschärfen auch auf der Verzahnungsmaschine selbst erfolgen kann. In DE 102021 108 379 A1 sind Einweg- Wälzschälwerkzeuge angesprochen, die nach Erreichen ihrer Verschleißgrenze nicht mehr weiter eingesetzt werden. Diese sind als Geradverzahnung mit einem symmetrischen Profil ausgebildet, und die Grundform des Werkzeugs ist die einer zylindrischen Scheibe. Auch DE 10 2017 114088 A1 offenbart symmetrische Werkzeuge. Aus DE 10 2014008 475 A1 ist bekannt, eine Rückseite eines Schälrads als Werkzeug zum Entfernen von Graten einzusetzen. Aus DE 10 2012 012 617 A1 ist eine Zustellstrategie bekannt, bei der durch Vermeidung überwiegend U-förmiger Späne ein geringerer Werkzeugverschleiß erreicht wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren der eingangs genannten Art hinsichtlich einer günstigen Kombination aus Flexibilität hinsichtlich Zustellstrategie und Werkzeuggestaltung, zufriedenstellender Werkzeug-Standzeit sowie hoher Bearbeitungsgenauigkeit zu verbessern.
Diese Aufgabe wird in verfahrenstechnischer Hinsicht gelöst durch eine Weiterbildung des Verfahrens der eingangs genannten Art, die im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, dass das Profil der Schneidkante an der ersten Zahnflanke an der ersten Stirnseite asymmetrisch zum Profil der Schneidkante an der zweiten Zahnflanke an der ersten Stirnseite gebildet ist und die Verzahnungsbearbeitung eines der wenigstens zwei Werkstücke mit den Schneidkanten der ersten Stirnseite erfolgt, und dass an der der ersten
Stirnseite entgegengesetzten zweiten Stirnseite des Werkzeugs ebenfalls Schneidkanten gebildet sind, mit denen die Verzahnungsbearbeitung eines anderen der wenigstens zwei Werkstücke erfolgt, wobei an der zweiten Stirnseite das Profil der Schneidkante an der ersten Zahnflanke gleich dem Profil der Schneidkante an der zweiten Zahnflanke an der ersten Stirnseite und das Profil der Schneidkante an der zweiten Zahnflanke gleich dem Profil der Schneidkante an der ersten Zahnflanke an der ersten Stirnseite ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt zum einen eine vergleichsweise hohe Bearbeitungsgenauigkeit und eine zufriedenstellend einfache Bearbeitung, da minimale sich ansonsten aus der Bearbeitungsposition nachlaufender und einlaufender Flanke ergebende Abweichungen im Bearbeitungsergebnis durch eine Asymmetrie der Schneidkantenprofile an einer Stirnseite ausgeglichen werden, wohingegen die Werkzeug-Rückseite auch für die Bearbeitung von Werkstücken der Werkstück-Charge genutzt werden kann, ohne aufgrund der Profilasymmetrie neue Bearbeitungs- und Eingriffspositionen berechnen und einstellen zu müssen, und dies unabhängig z.B. vom Schrägungswinkel (ß>0) der Werkzeugverzahnung.
In einer bevorzugten Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass das Vorzeichen des Skalarprodukts der äußeren Normalen auf die erste Stirnseite mit der Werkstückdrehachse bei Verzahnungsbearbeitung des ersten Werkstücks gleich dem Vorzeichen des Skalarprodukts der äußeren Normalen auf die zweite Stirnseite mit der Werkstückdrehachse bei Bearbeitung des zweiten Werkstücks ist. Dies könnte in einer möglichen Variante durch Umspannung des Werkzeugs hinsichtlich seiner Orientierung auf der Werkzeugspindel bewerkstelligt werden. In einer anderen Variante ließe sich dies über Nutzung der Bewegungsachsen einer Verzahnungsmaschine bewerkstelligen. In diesem Zusammenhang wird bevorzugt an Verzahnungsmaschinen gedacht, welche über drei lineare Bewegungsachsen und wenigstens eine Schwenkachse verfügen, wobei die Schwenkbarkeit einer das Werkzeug tragenden Werkzeugspindel über 180° hinausgeht, bevorzugt über 210°, insbesondere über 240°.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass sich der Grundkreis der Werkzeugverzahnung an dessen linker Flanke von dem an dessen rechter Flanke unterscheidet.
In diesem Zusammenhang ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Betrag der Grundkreisdurchmesser-Differenz größer ist als 0,03 mm, bevorzugt als 0,04 mm, insbesondere als 0,05 mm, und weiter bevorzugt geringer ist als 0,8 mm, weiter bevorzugt als 0,7 mm, insbesondere als 0,6 mm. Dies liefert besonders genaue Bearbeitungsergebnisse.
Weiter wird es bevorzugt, dass der Grundkreisdurchmesser für die rechte Flanke der Werkzeugverzahnung größer ist als der für die linke Flanke der Werkzeugverzahnung, wenn eine linksschräge Verzahnung erzeugt oder bearbeitet wird, und umgekehrt für die Erzeugung/Bearbeitung einer rechtsschrägen Verzahnung. Bevorzugt wird mit einem Achskreuzwinkel von größer als 5°, insbesondere größer als 10° gearbeitet, und weiter bevorzugt von nicht größer als 40°, insbesondere nicht größer als 35°. Des Weiteren ist bevorzugt, dass das Normalmodul des Werkzeugs größer ist als 0,4 mm, weiter bevorzugt als 0,6 mm, und insbesondere nicht größer als 4 mm, weiter bevorzugt nicht größer als 3,5 mm. Dies liefert besonders genaue Bearbeitungsergebnisse.
In einer möglichen Gestaltung ist das Werkzeug geradverzahnt. Allerdings lassen sich mit einem derartigen Werkzeug keine geradverzahnten Werkstücke im Wälzschälen erzeugen. In einer ebenfalls bevorzugten Variante ist das Werkzeug daher schrägverzahnt, wobei insbesondere an beiden Stirnseiten ein Treppenschliff vorliegt, und der Spanflächenverlauf in Umfangsrichtung an beiden Stirnseiten im Wesentlichen parallel ist.
Als Material für das Werkzeug kommt beispielsweise ein Hartmetallwerkstoff (HM) zum Einsatz. Daneben wird auch an Varianten mit insbesondere pulvermetallurgisch hergestellten Werkzeugen (Schnellarbeitsstahl HSS, PM-HSS) gedacht.
Zur Materialeinsparung oder zur Vermeidung von Kollisionen mit Störkonturen kann vorgesehen sein, dass die Breite der Werkzeugverzahnung (Werkzeugabmessung axial zur Werkzeugdrehachse) gering ausfällt, etwa geringer als 1 ,8 cm, insbesondere als 1 ,5 cm, sogar geringer als 1 cm. Für eine ausreichende Steifigkeit wird es jedoch bevorzugt, dass die Verzahnungsbreite der Werkzeugverzahnung wenigstens 4 mm beträgt. Das Werkzeug kann eine gegenüber seinem Grundwerkstoff verschließfestere Beschichtung aufweisen, diesbezüglich ist DE 10 2017 011 978 A1 durch Bezugnahme eingeschlossen. Das Werkzeug kann als Einwegwerkzeug vorgesehen sein.
Neben einer zylindrischen Grundform für das geradförmige Verzahnungswerkzeug kommt auch eine Doppel-Konusform in Betracht, bei welcher der Außendurchmesser an beiden Stirnseiten gleich ist, sich jedoch in Richtung auf die axiale Werkzeugmite hin verjüngt (wobei die axiale Werkzeugmitte die Mite zwischen den beiden Stirnseiten ist).
In der Variante des Wälzstoßens versteht es sich, dass für den Einsatz der zweiten Werkzeugstirnseite eine Aufspannungsänderung erfolgt. Im Falle des Hartschälens wird neben einer zweiflankigen Bearbeitung bevorzugt auch ein Verfahren in Betracht gezogen, bei dem nur eine Flankenseite der Werkstückverzahnung gleichzeitig bearbeitet wird, also im Einflankenverfahren gearbeitet wird. Die Zähne eines hierfür hergerichteten Werkzeuges sind in Umfangsrichtung dünner, um die Kontaktfreiheit an der Gegenflanke sicherzustellen, bei beibehaltener Profilasymmetrie. In werkzeugtechnischer Hinsicht stellt die Erfindung bereit ein Werkzeug zürn Erzeugen oder Bearbeiten wenigstens einer Verzahnung an wenigstens zwei Werkstücken durch Wälzschälen, Hartschälen oder Wälzstoßen, das im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, dass das Profil der Schneidkante an der ersten Zahnflanke an der ersten Stirnseite asymmetrisch zum Profil der Schneidkante an der zweiten Zahnflanke an der ersten Stirnseite gebildet ist und dass an der der ersten Stirnseite entgegengesetzten zweiten Stirnseite des Werkzeugs ebenfalls Schneidkanten gebildet sind, wobei an der zweiten Stirnseite das Profil der Schneidkante an der ersten Zahnflanke gleich dem Profil der Schneidkante an der zweiten Zahnflanke an der ersten Stirnseite und das Profil der Schneidkante an der zweiten Zahnflanke gleich dem Profil der Schneidkante an der ersten Zahnflanke an der ersten Stirnseite ist.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Werkzeugs ergeben sich aus der obigen Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens, welches bevorzugt in der Variante des Wälzschälens (Weichbearbeitung) durchgeführt wird.
Ebenfalls stellt die Erfindung bereit ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Werkzeugs. Hierzu ist bevorzugt vorgesehen, dass in einem Verfahrensschrit eine Grundverzahnung an dem Werkzeug erzeugt wird, welches noch ein Aufmaß gegenüber der Werkzeugendgeometrie aufweist, und in einem nachfolgendem Bearbeitungsschritt das asymmetrische Schneidkantenprofil an der einen Stirnseite und das umgekehrt asymmetrische Bearbeitungsprofil an der anderen Stirnseite geformt wird.
Des Weiteren stellt die Erfindung auch eine zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete und gesteuerte Verzahnungsmaschine bereit, wie auch ein entsprechendes Steuerprogramm.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Figuren, von denen
Fig. 1 ein Schälrad in einer perspektivischen Ansicht zeigt,
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Schälradzahns mit schematisch dargestelltem (übertrieben dargestelltem) asymmetrischen Profil zeigt,
Fig. 3 eine Variante einer doppelkonusförmigen Gestaltung zeigt, Fig. 4 eine Variante mit doppeltem Treppenschliff zeigt, und
Figuren 5A, 5B Bearbeitungseingriffe darstellen.
Das in Fig. 1 dargestellte Schälrad 100 weist radial mittig eine Durchgangsöffnung 3 auf, die in für den Fachmann bekannter Weise für die Aufspannung des Schälrads 100 auf einer nicht dargestellten Werkzeugspindel einer Verzahnungsmaschine genutzt werden kann, und radial außen eine Vielzahl von Zähnen 4. Bei dieser Ausführungsform ist das Schälrad 100 vollverzahnt, d.h. an jeder Teilung sitzt auch ein Zahn 4. In anderen Ausführungsformen könnten Zähne ausgelassen werden, also nicht mehr jede Teilung mit einem Zahn 4 besetzt sein.
Das Schälrad 100 weist an seiner ersten Stirnseite 10 Schneidkanten 11, 12 auf, wobei eine erste Schneidkante 11 an der Kante zwischen der ersten Stirnseite 10 und einer ersten Zahnflanke 5 gebildet ist und eine zweite Zahnkante 12 an der Kante zwischen der ersten Stirnseite 10 und der zweiten Zahnflanke 6 eines Werkzeugzahns 4. An seiner entgegengesetzten zweiten Stirnseite 20 weist das Schälrad 100 ebenfalls Schneidkanten auf, nämlich Schneidkanten 21 und 22. Die Schneidkante 21 ist gebildet an der Kante zwischen der zweiten Stirnseite 20 und der ersten Zahnflanke 5, die andere Zahnkante 22 an der Kante zwischen der zweiten Stirnseite 20 und der zweiten Zahnflanke 6 eines Schälradzahns 4.
Eine erfindungsgemäß vorgesehene Asymmetrie zwischen den Schneidkanten 11, 12 an der ersten Stirnseite 10 bzw. 22, 21 an der zweiten Stirnseite 20 ist aus Fig. 1 noch nicht erkennbar. Die Asymmetrie ist im Übrigen auch so gering, dass sie mit bloßem Auge ohnehin auch bei einer vergrößerten Darstellung wie in Fig. 2 real nicht erkennbar wäre und daher ist in den Profilen P, Q der Schneidkanten in Fig. 2 eine schematische Asymmetrie deutlich übertrieben groß dargestellt. Erkennbar ist aus Fig. 2 an der ersten Stirnseite 10, wie sich das Profil P an der Schneidkante an der ersten Zahnflanke 5 von dem Profil Q an der Schneidkante an der zweiten Zahnflanke 6 unterscheidet. An der entgegengesetzten Stirnseite 20 ist diese gleiche Asymmetrie umgekehrt vorgesehen, so dass dort an der Schnittkante mit der zweiten Zahnflanke 6 das Profil P und an der Schnitkante mit der ersten Zahnflanke 5 das Profil Q vorliegt. Betrachtet man nur eine Zahnflanke, so ergibt sich, in Analogie zum Sprachgebrauch an verzahnten Werkstücken eine Verschränkung der Zahnflanke in Betrachtung ihrer stirnseitigen Endbereiche. In Fig. 5A ist die Bearbeitung einer ersten Werkstückverzahnung 201 durch das Schälrad 100 dargestellt. Man erkennt den typischen Achskreuzwinkei Z zwischen den Drehachsen ω2 einer Werkstückverzahnung 201 und ω1 des Werkzeugs. Die Bearbeitung der Verzahnung 201 erfolgt mit den Schneidkanten an der ersten Stirnseite 10 des Schälrads 100, das Skalarprodukt von dessen äußerem Normalenvektor n10 und der Werkstückdrehachse ist in der gezeigten Darstellung negativ. Die Darstellung in Fig. 5B zeigt den Bearbeitungseingriff zur Erzeugung einer identischen Verzahnung 202, allerdings eines anderen Werkstücks. Hier schneiden die Schneidkanten an der zweiten Stirnseite 20, dessen äußerer Normalenvektor mit der Drehachse ω2 der Verzahnung 202 ebenfalls ein negatives Skalarprodukt bildet. Zur Herstellung der in den Figuren Fig. 5A und 5B gezeigten Bearbeitungspositionen könnte das Schälrad 100 in seiner Aufspannungsorientierung geändert werden. Allerdings könnte auch, ohne Aufspannungsänderung, eine beispielsweise auch zur Einstellung des Achskreuzwinkels Z vorgesehene Schwenkachse einer die Bearbeitung ausführenden Verzahnungsmaschine um 180° verschwenkt werden, und die Bearbeitungsposition durch Linearachsverstellungen, etwa einer Überlagerung einer entlang der Werkstückdrehachse verlaufenden Linearachsbewegung und einer orthogonal zu dieser und einer Radialachse verlaufenden Tangentialachsbewegung (Positionierachsen) eingesetzt werden.
In einem Ausführungsbeispiel wird eine größere Werkstück-Charge identischer Verzahnungen 201 , 202 bearbeitet. Hierzu wird eine erste Anzahl von Werkstücken bearbeitet, wie in Fig. 5A gezeigt, und anschließend eine zweite Anzahl von Werkstücken bearbeitet wie in Fig. 5B gezeigt. Erst dann wird das Schälrad 100 ausgewechselt und ggf. an seinen beiden Stirnseiten nachgeschärft. Wird ein zylindrisches Schälrad herangezogen, wie in Fig. 1 gezeigt, erfolgt die
Bearbeitung bevorzugt außermittig, also mit einem Offset wie in Fig. 5 gezeigt, Achskreuzpunkt X und Bearbeitungspunkt BP fallen auseinander, um über einen kinematischen Freiwinkel zu verfügen. Wird anstelle einer zylindrischen Konfiguration eine doppelkonusförmige Konfiguration benutzt, wie in Fig. 3 dargestellt, könnte auch im Achskreuzpunkt gearbeitet werden, da konstruktive Freiwinkel vorliegen. Dargestellt in Fig.
3 ist der Verlauf des Außendurchmessers D, wie er sich doppelkonusförmig über die Breite B des Schälrads 100 verändert.
Sollen geradverzahnte Werkstückverzahnungen erzeugt oder bearbeitet werden, wird nicht mehr ein geradverzahntes Werkzeug wie in Fig. 1 dargestellt herangezogen, sondern ein schrägverzahntes Schälrad. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass das Schälrad an beiden Stirnseiten im Treppenschliff geschliffen ist, wobei die Treppehschliffrichtung in Umfangsrichtung an oberer und unterer Stirnseite (Fig. 4) parallel verläuft.
In einem ersten Ausführungsbeispiel wird eine Werkstückverzahnung 201/202 mit folgenden Parametern erzeugt: Zähnezahl: 85, Schrägungswinkel = 0. Eingesetzt wird hierzu unter einem Achskreuzwinkel von Z=20° ein Schälrad mit einer Asymmetrie der Profile P, Q mit einem als Grundkreisdurchmesser-Differenz ausgedrückten Unterschied AP-Q von ca. 0,59 mm, wobei Q das Profil der bei Bearbeitung einlaufenden Flanke und P das Profil der bei Bearbeitung auslaufenden Flanke ist Die übrigen Parameter des Werkzeugs sind Normalmodul mn-2,97, Schrägungswinkel 20°, Eingriffswinkel 25° und Zähnezahl 51.
In einem weiteren zweiten Ausführungsbeispiel wird ein rechtsschrägverzahntes Werkstück mit einem Schrägungswinkel von 14° und einer Zähnezahl von 84 mit einem schrägverzahnten Werkzeug mit Schrägungswinkel von 6° unter einem Achskreuzwinkel von 20° hergestellt. Das Schälrad hat ein Modul von 2,0, einen Eingriffswinkel von 20° und 50 Zähne. Die Asymmetrie, als Grundkreisdurchmesser-Differenz ausgedrückt, beträgt hier 0,055 mm.
In einem nochmals weiteren driten Ausführungsbeispiel wird wieder eine Geradverzahnung, hier mit einer Zähnezahl von 52 erzeugt, diesmal unter einem Achskreuzwinkel von 15°. Eingesetzt wird ein Schälrad mit Modul 0,75 und Schrägungswinkel 15°, mit einem Eingriffswinkel von 30° und 39 Zähnen. Die als Grundkreisdurchmesser-Differenz ausgedrückte Asymmetrie zwischen rechter und linker Flanke der Werkstückverzahnung beträgt 0,11 mm.
In einem nochmals weiteren vierten Ausführungsbeispiel wird eine linksschräge Verzahnung mit 59 Zähnen hergestellt. In diesem Fall ist der Grundkreisdurchmesser an der linken Werkzeugflanke größer als an der rechten Werkzeugflanke mit einem Unterschiedsbetrag von 0,15 mm, die übrigen Werkzeugdaten sind Modul 1 ,3, Eingriffswinkel 20°, wobei es sich um geradverzahntes Schälrad mit 80 Zähnen handelt.
An der jeweils entgegengesetzten Stirnseite der beispielhaften Cutter ist die Asymmetrie bezüglich linker und rechter Flanke vertauscht.
Die Erfindung ist nicht auf die oben konkret erwähnten Ausführungsformen und - beispiele eingeschränkt. Vielmehr können die Merkmale der vorstehenden Beschreibung wie auch den nachstehenden Ansprüchen einzeln und in Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims

A n s p r ü c h e
1. Verfahren des Erzeugens oder Bearbeitens wenigstens einer Verzahnung (201 ; 202) an wenigstens zwei Werkstücken durch Wälzschälen, Hartschälen oder Wälzstoßen, mit einem verzahnten Werkzeug (100) in Form eines Schälrads bzw. Stoßrads, welches an einer ersten Stirnseite (10) eine Schneidkante (11 , 12) entlang einer ersten und entlang einer zweiten Zahnflanke eines Werkzeugzahns (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (P) der Schneidkante (11) an der ersten Zahnflanke (5) an der ersten Stirnseite asymmetrisch zum Profil (Q) der Schneidkante (12) an der zweiten Zahnflanke (6) an der ersten Stirnseite gebildet ist und die Verzahnungsbearbeitung eines der wenigstens zwei Werkstücke mit den Schneidkanten der ersten Stirnseite erfolgt, und dass an der der ersten Stirnseite entgegengesetzten zweiten Stirnseite (20) des Werkzeugs ebenfalls Schneidkanten (21 , 22) gebildet sind, mit denen die Verzahnungsbearbeitung eines anderen der wenigstens zwei Werkstücke erfolgt, wobei an der zweiten Stirnseite das Profil (Q) der Schneidkante (21) an der ersten Zahnflanke gleich dem Profil (Q) der Schneidkante an der zweiten Zahnflanke (12) an der ersten Stirnseite und das Profil (P) der Schneidkante (22) an der zweiten Zahnflanke gleich dem Profil (P) der Schneidkante an der ersten Zahnflanke (11) an der ersten Stirnseite ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Vorzeichen des Skalarprodukts der äußeren Normalen (nw) auf die erste Stirnseite mit der Werkstückdrehachse (W2) bei Verzahnungsbearbeitung des ersten Werkstücks gleich dem Vorzeichen des Skalarprodukts der äußeren Normalen (nao) auf die zweite Stirnseite mit der Werkstückdrehachse (W2) bei Bearbeitung des zweiten Werkstücks ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Asymmetrie (P<->Q) der Schneidkantenprofile bezüglich eines symmetrischen Referenzprofils vom Zahnkopf zum Zahnfuß ansteigt.
4. Verfahren nach einem der bisherigen Ansprüche, bei dem sich der Grundkreis der Werkzeugverzahnung an dessen linker Flanke von dem an dessen rechter Flanke unterscheidet.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Werkzeug geradverzahnt ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Werkzeug schrägverzahnt ist, wobei insbesondere an beiden Stirnseiten ein Treppenschliff vorliegt, und der Spanflächenverlauf in Umfangsrichtung an beiden Stirnseiten im Wesentlichen parallel ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Verfahren das Hartschälen ist, welches als einflankiges Verfahren ausgeführt wird.
8. Werkzeug zum Erzeugen oder Bearbeiten wenigstens einer Verzahnung an wenigstens zwei Werkstücken durch Wälzschälen, Hartschälen oder Wälzstoßen, wobei das Werkzeug verzahnt ist und als Schälrad bzw. Stoßrad ausgebildet ist, welches an einer ersten Stirnseite (10) eine Schneidkante (11 , 12) entlang einer ersten und entlang einer zweiten Zahnflanke eines Werkzeugzahns (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (P) der Schneidkante (11) an der ersten Zahnflanke (5) an der ersten Stirnseite asymmetrisch zum Profil (Q) der Schneidkante (12) an der zweiten Zahnflanke (6) an der ersten Stirnseite gebildet ist und dass an der der ersten Stirnseite entgegengesetzten zweiten Stirnseite (20) des Werkzeugs ebenfalls Schneidkanten (21, 22) gebildet sind, wobei an der zweiten Stirnseite das Profil (Q) der Schneidkante (21) an der ersten Zahnflanke gleich dem Profil (Q) der Schneidkante an der zweiten Zahnflanke (12) an der ersten Stirnseite und das Profil (P) der Schneidkante (22) an der zweiten Zahnflanke gleich dem Profil (P) der Schneidkante an der ersten Zahnflanke (11) an der ersten Stirnseite ist.
9. Werkzeug gemäß Anspruch 8, das geradverzahnt ist.
10. Werkzeug nach Anspruch 8, das schrägverzahnt ist, wobei insbesondere an beiden
Stirnseiten ein Treppenschliff vorliegt, und der Spanflächenverlauf in Umfangsrichtung an beiden Stirnseiten im Wesentlichen parallel ist.
11 . Verfahren zur Herstellung eines gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10 ausgebildeten Werkzeugs, bei dem in einem Verfahrensschritt eine Grundverzahnung an dem Werkzeug erzeugt wird, welches noch ein Aufmaß gegenüber der Werkzeugendgeometrie aufweist, und in einem nachfolgendem Bearbeitungsschrit das asymmetrische Schneidkantenprofil an der einen Stirnseite und das umgekehrt asymmetrische Bearbeitungsprofil an der anderen Stirnseite geformt wird.
12. Verzahnungsmaschine mit wenigstens einer Werkstückspindel und wenigstens einer Werkzeugspindel zur Aufnahme eines Verzahnungswerkzeugs nach einem der Ansprüche 8 bis 10 und einer Steuereinrichtung, die dazu ausgelegt ist, eine Verzahnungsbearbeitung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.
13. Steuerprogramm, das wenn auf einer Steuervorrichtung einer Verzahnungsmaschine ausgeführt, die Verzahnungsmaschine zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 steuert.
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