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Werkzeug zur spanabhebenden Herstellung gezahnter zylindrischer Oberflächen
im Wälzverfahren Die Erfindung bezieht sich auf ein Werkzeug zur spanabhebenden
Herstellung gezahnter, insbesondere zylindrischer Oberflächen in Form eines an seiner
Stirnseite mit Schneidkanten versehenen Zahnrades und mit schraubenlinienförmig
verlaufender Längsrichtung der Zähne.
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Der Erfindungsgegenstand ermöglicht die bisher so schwierige Anbringung
von Verzahnungen beliebiger Art an Drehkörpern bei einfachster Arbeitsweise, leichtester
Einstellungsmöglichkeit, größter Betriebssicherheit und bedeutender Zeitersparnis.
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Derzeit bekannte Einrichtungen für die Herstellung von Kerbverzahnungen
haben die Nachteile, daß sie entweder mit großem Druck dem Werkstück die gewünschte
Form aufwalzen bzw. diese in das Werkstück einpressen, was natürlich an Vorrichtung
und Werkstück große mechanische Anforderungen stellt, oder daß das Werkstück mit
Fräs- und Hobelmaschinen bearbeitet werden muß, was eine vielfache Arbeitszeit und
eine komplizierte Einstellvorrichtung erforderlich macht.
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Neben diesen Werkzeugen, mit denen eine Verzahnung im Abwälzverfahren
hergestellt wird, sind auch schon schrägverzahnte Schneidräder bekanntgeworden,
die langsam in Achsrichtung,des Werkstückes vorgeschoben werden und mit ihrer Stirn
die in dieser Richtung liegenden profilierten Zahnlücken auf volle Tiefe fertigschneiden.
Zur Erzielung, des bei allen spanabhebenden Arbeiten obligaten Freiwinkels zwischen
Werkstück und Werkzeug sind diese bekannten Schneidräder hinterdreht und außerdem
die einzelnen Schneidzähne hinterschliffen.
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Abgesehen davon, daß die Herstellung derartiger Schneidräder kompliziert
und kostspielig ist, bieten die nach rückwärts verjüngend verlaufenden Werkzeugzähne
nicht die erforderliche Führung letzterer in den bereits hergestellten Werkstückzähnen.
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Die Erfindung schafft diesen Mängeln dadurch Abhilfe, daß die Hüllfläche
des Werkzeuges ein Kreiszylinder ist.
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Der nötige Freiwinkel ergibt sich bei derartigen erfindungsgemäßen
Schneidrädern von selbst durch die Art der Relativbewegung zwischen dem Werkzeug
und dem Werkstück. Jeder Werkzeugzahn beschreibt dabei eine Art Schöpfbewegung,
wodurch der vordere Teil der im Werkstück entstehenden Rille nach oben gekrümmt
ist. In bezug auf den gekrümmten Rillengrund weisen die Zähne des erfindungsgemäßen
Schneidrades den nötigen Freiwinkel auf.
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Um den Anfang der Bearbeitung des Werkstückes zu erleichtern, ist
es zweckmäßig, das Schneidrad mit einer Achsneigung von etwa 1 bis 2° am Werkstück
anzusetzen, wodurch der Freiwinkel noch verbessert wird. Es ist zwar an sich bekannt,
den erforderlichen Freiwinkel durch Neigung des Werkzeuges zu bilden. Diese Maßnahme
wirkt sich aber beim erfindungsgemäßen Schneidrad in einer besonders günstigen Weise
aus.
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In der lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung zeigt
die Fig. 1 eine Vorderansicht von zwei arbeitenden und zwei zur Führung dienenden
Werkzeugen, welche in einer entsprechenden Einspannvorrichtung untergebracht sind,
und Fig.2 zeigt einen Längsschnitt dieser Ausführung; in Fig. 3 ist die Bearbeitung
eines Werkstückes von außen veranschaulicht, und Fig.4 zeigt in Ansicht ein Werkzeug
mit Werkzeughalter; Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch die Achse 14-14 des Werkzeuges
der Fig. 4; Fig. 6 stellt ein Beispiel für die Bearbeitung eines Werkstückes von
innen dar; Fig. 7 und 8 veranschaulichen zwei verschiedene Ansichten eines Ausschnittes
aus einem Werkzeug mit Zähnen gleicher Teilung, jedoch mit verschiedener Ausbildung
der durch eine Rille getrennten, verschiedenen Zahnformen, und Fig. 9 zeigt einen
Schnitt durch die Achse 15-15 der Fig. 7.
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Das erfindungsgemäße Werkzeug läßt sich in seiner einfachsten Ausführungsform
gemäß den Fig.3, 4 und 5 durch ein an einem Werkzeughalter 4 mittels Verschraubung
9 drehbar gelagertes Werkzeug 6 mit stirnseitig spanabhebenden Zähnen 2,1 verwirklichen;
welche geradlinig ausgebildet, aber schräg zu seiner
Achse 14-14
angeordnet sind. Diese Zähne 21 werden an dem Werkstück 11 zur Anlage gebracht,
und das Werkstück erhält den Antrieb. Das Werkstück 11 rotiert in der Richtung 12
unter gleichzeitigem Vorschub des Werkzeuges 6 in seiner Achse 28-28 gemäß Pfeilrichtung
13. Das Werkzeug 6 wälzt sich am Werkstück 11 ab, wodurch sich am Werkstück 11 die
Profilierung 26 ergibt. Die Form der Werkstückprofile hängt ganz von der Form der
sie erzeugenden Werkzeugzähne 21 ab und durch die entsprechende Gestaltung letzterer
sowie durch die Stellung des Werkzeuges zum Werkstück läßt sich am Werkstück jede
beliebige Profilierung erzielen.
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In allen Fällen wird das das Werkzeug aufnehmende Lager supportartig
parallel zur Werkstückachse 27-27 geführt, wobei unter Lager die gesamte Lagerungseinrichtung
eines Werkzeuges unabhängig von der gewählten Achsrichtung der Werkzeugscheibe selbst
verstanden ist. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 handelt es sich - um dieses
charakteristische Beispiel herauszugreifen - also stets um die Gesamtheit der Teile
6, 9 und 4, die unter den Begriff »Lager« fallen, wie er hier gebraucht ist.
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Bei der praktischen Benutzung ist eine beispielsweise in den Fig.
1 und 2 dargestellte Anordnung mehrerer Werkzeughalter 4 mit Werkzeugen 6, 6' zur
Bearbeitung eines Werkstückes von Vorteil. Hierbei dienen die Werkzeuge 6 insbesondere
zur spanabhebenden Bearbeitung des Werkstückes und die Werkzeuge 6' vornehmlich
zur Glättung der erhaltenen Profile. Die Werkzeuge 6 sind mit schräg zu ihrer Achse
verlaufenden Zähnen 21 ausgestattet.
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Die in den Fig. 1 und 2, vornehmlich zur Glättung der erhaltenen Werkstückprofile,
vorgesehenen Werkzeuge 6' sind mit achsparallelen Zähnen 20 ausgestattet, da diese
keine eigentliche spanabhebende Arbeit zu leisten haben. Die Werkzeughalter 4 für
die Werkzeuge 6 und 6' sitzen mit ihren radial verstellbaren Führungsstücken 25
in Führungsbahnen 19 des Futterkörpers 1 und sind in diesem mittels des Schneckengewindes
10 sowie der Haltezähne 29 der Führungsstücke 25 (Fig. 2) radial verstellbar. Die
Plan; Schnecke 2 ist zwecks genauer Einstellmöglichkeit vorteilhaft mit einer Teilung
23 für verschiedene Werkstückdimensionenversehen; zur bequemen Handhabung kann die
Planschnecke 2 an ihrem äußeren Umfang mit einer Rändelung versehen sein, wie dies
Fig. 2 zeigt. Die Planschnecke 2 sitzt auf einem Futterflansch 3, und letzterer
ist wiederum mit einem einen Schaft 24 aufweisenden Aufnahmekörper 5 verschraubt,
welcher an einem Dorn od. dgl. auf dem Support einer Drehbank angebracht werden
kann. Das Werkzeug 6 sitzt auf dem als Gleitlager dienenden Körper 7 und wird über
eine Beilagscheibe 8 durch eine Schraube 9 am Werkzeughalter 4 befestigt (Fig.
5),
Die in den Fig. 3 und 6 dargestellten Beispiele der Bearbeitung von Werkstücken
11 an ihr= Außen-oder Innenmantel zeigen eine als Beispiel angenommene Drehrichtung
12 des angetriebenen Werkstückes 1.1 und den Vorschub des Werkzeuges 6 in Richtung
13.
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Gemäß Fig. 7 bis 9 können an einem Werkzeug zwei Zahnserien 16 und
17 vorgesehen sein, die zwecks Spanabfuhr und mehrfacher Schneidewirkung durch eine
Rille 18 voneinander getrennt ausgeführt sind. Die trapezförmig dargestellten Zähne
16 dienen beispielsweise als Vorschneiden und die dreieckförmigen Zähne 17 als Nach-
bzw. Schlichtschneiden; eine derartige Ausbildung kann insbesondere für die Herstellung
von Zahnformen größerer Dimensionen von Vorteil sein und gewährleistet in allen
Fällen die genaueste Formgebung der Werkstückprofile.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung bzw. ihre Werkzeuge lassen sich sowohl
in verschiedenen Größen als auch mit verschiedenen Profilen herstellen, und es können
so Werkstücke von beliebigen Durchmessern und Längen sowie mit beliebigen Profilen
bearbeitet werden. Es ist auch ohne weiteres möglich, mehrere Werkstücke mit ebenso
vielen oder einer vielfachen Anzahl von Werkzeugen gleichzeitig bei Anwendung eines
einzigen Antriebes zu bearbeiten.
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Systematische Versuche und Entwicklungsarbeiten haben gezeigt, daß
eine Verwendung von spanabhebenden Werkzeugen 6 in dem erfindungsgemäßen Werkzeug
mit genau dreieckförmigen Zahnflanken am Werkstück Profile ergibt, die zwar lupenrein,
jedoch von gekrümmten Linien begrenzt sind. Durch entsprechende Formgebung der Zahnflanken
des Werkzeuges lassen sich jedoch nach Wunsch auch genau dreieckförmige Profile
am Werkstück herstellen. Ebenso kann man jedes beliebige andere Profil durch jeweils
verschiedene Zahnformen erzielen. Die Form eines solchen Zahnes entspricht also
nicht dem herzustellenden Profil. Die Abweichung der beiden Profilformen ist abhängig
vom Durchmesser des Werkzeuges und dem des Drehstückes sowie von der Höhe der Zähne
bzw. der Eingriffstiefe letzterer in das Werkstück.
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Die Erklärung hierfür kann darin liegen, daß die Zahnfirstkanten beim
Abrollen an der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstückes in einer der Teilung
entsprechenden, gleichbleibenden Strecke - der eingestellten Eingriffstiefe gemäß
- eingreifen, sich also hier abstützen und somit in dieser Kreisbahn zwischen Werkstück
und Zähnen keine Geschwindigkeitsdifferenz bestehen kann. Am äußersten Umfang der
zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstückes jedoch, der dem kleinsten Umfang der
Zähne des Werkzeuges entspricht, entsteht eine von der Zahnhöhe abhängige Geschwindigkeitsdifferenz
zwischen den Zähnen und dem Werkstück; durch den Vorschub der Zähne werden nun die
Profile des Werkstückes von den stirnseitig scharfen Zahnflanken kontinuierlich
und in einer von Zahnflankenforrn, Werkstück- und Werkzeugdurchmesser abhängigen
Geraden oder Kurve bearbeitet und weichen von den sie erzeugenden Formen der Zahnprofile
ab. Am besten läßt sich dies an Hand eines größeren Modells bei Dreieckszahnform
erkennen. Hier erzeugen die von Geraden begrenzten Zahnprofile am Werkstück Flächen
von nach der Firstlinie der Profile schwach gekrümmt verlaufenden Flanken. Ein Querschnitt
durch ein derartiges Profil hat die Form eines gotischen Spitzbogens; bei kleinen
Dimensionen ist diese Abweichung von der ebenen Flankenform vernachlässigbar gering.
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Besonders erwähnt sei noch, daß mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug
mit hoher Drehzahl gearbeitet wird, wodurch dieVorschubgeschwindigkeitgegenüber
der Umfangsgeschwindigkeit sehr klein ist. Daraus ergibt sich der große Vorteil,
daß nahezu keine axiale Vorschubkraft erforderlich ist. Es ergeben sich große Zeit-
und Energieersparnisse sowie lupenreine Bearbeitungsflächen, wodurch eine Nachbearbeitung
der Werkstückprofile nicht mehr erforderlich ist.
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Die Erfindung soll nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt sein, vielmehr kann die Anordnung der Werkzeuge oder auch nur eines einzigen
Werkzeuges sowie die Ausbildung der Profile nach Form und Größe den, jeweiligen
Anforderungen gemäß beschaffen sein. Es ergeben
sich Herstellungsmöglichkeiten
für die verschiedensten Drehkörper bei geringsten Herstellungskosten. Dies betrifft
insbesondere auch Kerbverzahnungen.