CH658619A5 - TOOL FOR THE PRODUCTION OF EXTERNAL PROFILE FORMS. - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Herstellung von geraden oder schrägen Aussenprofilformen, insbesondere Aussenverzahnungen. Diese Aussenverzahnungen können evolventisch oder nicht evolventisch ausgebildet sein. Zur Erzeugung derartiger Aussenprofilformen besitzt das Werkzeug ein- oder mehrgängig ausgebildete Schneckengänge, deren Oberfläche durch eine Vielzahl von Schleifkristallen gebildet ist. The invention relates to a tool for producing straight or oblique external profile shapes, in particular external toothing. These external gears can be involute or non-involute. In order to produce such external profile shapes, the tool has worm threads of one or more threads, the surface of which is formed by a multiplicity of grinding crystals.
Bei der Herstellung von Aussenprofilformen, insbesondere von Aussenverzahnungen unterscheidet man zwischen Weichbearbeitung und Hartbearbeitung. Bei der Weichbearbeitung wird das Aussenprofil mittels eines Wälzfräsers auf einer Wälzfräsmaschine hergestellt. Oberhalb einer bestimmten Werkstoffhärte wird der Einsatz derartiger Wälzfräser stark eingeschränkt. Hier setzt die Hartbearbeitung mittels Wälzschleifen ein, wobei der Schleifvorgang entweder ein kontinuierliches Wälzschleifen oder ein Teilwälzschleifen sein kann. Der Bewegungsablauf des kontinuierlichen Wälzschleifens auf einer Wälzschleifmaschine entspricht dem Bewegungsablauf des Wälzfräsens. Als Werkzeug findet eine keramische Schleifscheibe mit zahnstangenförmigem Bezugsprofil Verwendung. Der ebenfalls auf einer Wälzschleifmaschine durchgeführte Bewegungsablauf des Teil-wälzschleifens entspricht dem Wälzhobeln. Als Werkzeug werden entweder trapezförmige Doppelkegel- oder gerad-flankige Tellerschleifscheiben aus keramischem Material verwendet. Schliesslich können gerade oder schräge Aussenprofilformen auch durch Formschleifen, beispielsweise auf einer Zahnformschleifmaschine hergestellt werden. In diesem Fall entspricht der Bewegungsablauf dem des Formfräsens mit Scheibenfräsern. A distinction is made between soft machining and hard machining when manufacturing external profile shapes, in particular external gears. During soft machining, the outer profile is produced using a hob on a hobbing machine. The use of such hob cutters is severely restricted above a certain material hardness. This is where hard machining by means of generating grinding begins, whereby the grinding process can be either continuous generating grinding or partial generating grinding. The sequence of movements of continuous generating grinding on an generating grinding machine corresponds to the sequence of movements of hobbing. A ceramic grinding wheel with a rack-shaped reference profile is used as the tool. The movement sequence of the partial hob grinding, which is also carried out on a gear grinding machine, corresponds to gear hobbing. Either trapezoidal double-cone or straight-flanked disc grinding wheels made of ceramic material are used as tools. Finally, straight or inclined external profile shapes can also be produced by shape grinding, for example on a tooth shape grinding machine. In this case, the sequence of movements corresponds to that of form milling with side milling cutters.
Die zur Weichbearbeitung eingesetzten Wälzfräser bewirken infolge ihrer Spannuten einen unterbrochenen Schnitt. Hierdurch ergeben sich periodische Belastungen von Werkstück, Werkzeug und Werkzeugmaschine, welche zu Schwingungen führen. Diese Schwingungen begrenzen einerseits die Leistung der Wälzfräsmaschinen und wirken sich andererseits ungünstig auf die Lebensdauer des Werkzeugs aus. The hob cutters used for soft machining cause an interrupted cut due to their flutes. This results in periodic loads on the workpiece, tool and machine tool, which lead to vibrations. On the one hand, these vibrations limit the performance of the hobbing machines and, on the other hand, have an unfavorable effect on the service life of the tool.
Der Nachteil des zur Hartbearbeitung eingesetzten Wälzschleifens ist insbesondere darin zu sehen, dass die keramischen Schleifwerkzeuge häufig abgerichtet werden müssen, und zwar entweder innerhalb oder ausserhalb der Schleifmaschine. Wegen der Bruchgefahr der keramischen Schleifwerkzeuge ist deren maximale Drehzahl begrenzt. Bei höheren Umfangsgeschwindigkeiten muss der Bearbeitungsraum der Maschine mit grossem Aufwand gekapselt werden, um Unfälle durch berstende Werkzeuge zu verhindern. Beim Teilwälzschleifen werden mit den trapezförmigen Doppelkegel- oder Tellerschleifscheiben Werkzeuge verwendet, deren Kontaktfläche mit dem Werkstück relativ klein ist. Neben der Verlustzeit für die erforderlichen Teilvorgänge nimmt auch der eigentliche Schleifvorgang eine verhältnismässig lange Zeit in Anspruch. Die Anwendung schneckenförmiger keramischer Schleifwerkzeuge im Falle des Wälzschleifens ist von der Leistungsfähigkeit her an relativ grosse Schleifschneckendurchmesser gebunden. Da dies in vielen Fällen durch die Form des Werkstücks bedingt, nicht möglich ist, wird die Anwendung des Verfahrens erheblich eingeschränkt. The disadvantage of generating grinding used for hard machining can be seen in particular in the fact that the ceramic grinding tools often have to be dressed, either inside or outside the grinding machine. Because of the risk of breakage of the ceramic grinding tools, their maximum speed is limited. At higher peripheral speeds, the machining area of the machine has to be encapsulated with great effort to prevent accidents caused by bursting tools. With the trapezoidal double cone or disc grinding wheels, tools are used for part-hob grinding, the contact area of which is relatively small with the workpiece. In addition to the loss of time for the required sub-processes, the actual grinding process also takes a relatively long time. The use of worm-shaped ceramic grinding tools in the case of generating grinding is tied to relatively large grinding worm diameters in terms of performance. Since this is not possible in many cases due to the shape of the workpiece, the application of the method is considerably restricted.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein sowohl für die Weichbearbeitung als auch für die Hartbearbeitung geeignetes Werkzeug zur Herstellung von geraden oder schrägen evolventischen und nicht evolventischen Aussenprofilformen, vorzugsweise Aussenverzahnungen, zu schaffen, welches die Nachteile der bekannten Werkzeuge vermeidet und eine unfallsichere Weich- und Hartbearbeitung auf ein und derselben Maschine mit einer gegenüber den bekannten Verfahren erheblich gesteigerten Leistung ermöglicht. The invention has for its object to provide a tool suitable for both soft machining and hard machining for the production of straight or oblique involute and non-involute outer profile shapes, preferably external teeth, which avoids the disadvantages of the known tools and an accident-proof soft and Hard machining on one and the same machine with a significantly increased performance compared to the known methods.
Diese Aufgabenstellung wird mit Hilfe eines mit ein-oder mehrgängig ausgebildeten Schneckengängen versehenen Werkzeuges gelöst, bei welchem gemäss der Erfindung die gesamte Oberfläche der Schneckengänge eines stählernen Grundkörpers mit einer gleichmässigen Schicht eines superharten Werkstoffes versehen ist. This task is solved with the aid of a tool provided with single or multi-flight worm gears, in which according to the invention the entire surface of the worm gears of a steel base body is provided with a uniform layer of a superhard material.
Das erfindungsgemässe Werkzeug wird für Weich- oder Hartbearbeitung von Stahl verwendet. Eine solche Bearbeitung wurde bisher mit Wälzfräsern ausgeführt. Gegenüber dem bekannten Wälzfräsverfahren ergibt das erfindungsgemässe Werkzeug den Vorteil, dass die Schleifkristalle des superharten Werkstoffes einen kontinuierlichen Schnitt ergeben, der infolge der aufgrund der hohen Festigkeit des erfin-dungsgemässen Werkzeugs erheblich gesteigerten Drehzahl nicht nur eine erheblich höhere Schneidleistung zur Folge hat, sondern das Entstehen von Schwingungen vermeidet. Gleichzeitig kann mit dem erfindungsgemässen Werkzeug auch die Bearbeitung hochfester Materialien durchgeführt werden, so dass auch die Bearbeitung hochvergüteter, hochlegierter und gehärteter Stähle keinerlei Schwierigkeiten bereitet. Infolge der erheblich höheren Festigkeit des einen stählernen Grundkörper aufweisenden, auf der gesamten Oberfläche mit superhartem Werkstoff beschichteten Werkzeuges der Erfindung gegenüber den keramischen Schleifschnecken entfallen bei der Hartbearbeitung die bisher von der Werkzeugfestigkeit her zu beachtenden Drehzahlgrenzen. Die Umfangsgeschwindigkeit des erfindungsgemässen Werkzeugs wird lediglich durch die maschinenbaumässig und steuerungsmässig beherrschbaren maximalen Drehzahlen von Werkzeug und Werkstück begrenzt. Es können Umfangsgeschwindigkeiten bis zu 100 m pro Sekunde angestrebt werden, so dass sich mit dem erfindungsgemässen Werkzeug sehr hohe Abtragleistungen auch bei der Hartbearbeitung erzielen lassen. The tool according to the invention is used for soft or hard machining of steel. Such machining has previously been carried out with hob cutters. Compared to the known hobbing method, the tool according to the invention has the advantage that the abrasive crystals of the superhard material produce a continuous cut, which not only results in a significantly higher cutting performance but also in the result of the speed which is increased considerably due to the high strength of the tool according to the invention avoids vibrations. At the same time, machining of high-strength materials can also be carried out with the tool according to the invention, so that machining of highly tempered, high-alloyed and hardened steels also presents no difficulties. As a result of the considerably higher strength of the tool of the invention, which has a steel base body and is coated on the entire surface with super-hard material, compared to the ceramic grinding worms, the speed limits previously observed in terms of tool strength are no longer applicable to hard machining. The peripheral speed of the tool according to the invention is only limited by the maximum rotational speeds of the tool and the workpiece that can be mastered in terms of mechanical engineering and control. Circumferential speeds of up to 100 m per second can be aimed at, so that very high stock removal rates can also be achieved with hard machining with the tool according to the invention.
Mit dem erfindungsgemässen Werkzeug wird sowohl die Weichbearbeitung als auch die Hartbearbeitung zur Herstellung von Aussenprofilformen erheblich wirtschaftlicher. Gegenüber den bekannten Wälzfräsern ist das erfindungsgemässe Werkzeug erheblich kostengünstiger herstellbar, zu2 With the tool according to the invention, both soft machining and hard machining for producing external profile shapes become considerably more economical. Compared to the known hob cutters, the tool according to the invention can be manufactured considerably more cheaply, zu2
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mal bei einem Verschleiss des superharten Werkstoffes der stählerne Grundkörper erneut mit einer Schicht des superharten Werkstoffes belegt werden kann. Bei einer galvanischen Belegung ist es lediglich erforderlich, die Reste der abgenutzten Schicht zu entfernen und den Grundkörper mit einer neuen Schicht aus superhartem Werkstoff zu belegen. Gegenüber den Schleifwerkzeugen aus keramischem Material besitzt das erfindungsgemässe Werkzeug den grossen Vorteil, dass die häufigen Abrichtvorgänge entfallen und dass wegen der hohen Verschleissfestigkeit auch Werkzeuge mit kleinerem Durchmesser verwendet werden können. Die erfindungsgemässen Werkzeuge ergeben eine erhebliche Verkürzung der Schleifzeit und ermöglichen infolge ihres kühlen Schliffs auch die Durchführung von Tiefschleifvorgängen, ohne dass eine thermische Gefügebeeinflussung an den Werkstücken eintritt. If the super-hard material wears out, the steel base body can be coated with a layer of the super-hard material again. In the case of galvanic coating, it is only necessary to remove the remnants of the worn layer and to coat the base body with a new layer of superhard material. Compared to the grinding tools made of ceramic material, the tool according to the invention has the great advantage that the frequent dressing processes are eliminated and that tools with a smaller diameter can also be used because of the high wear resistance. The tools according to the invention result in a considerable reduction in the grinding time and, as a result of their cool grinding, also enable deep grinding processes to be carried out without the structural components having a thermal effect on the workpieces.
Das erfindungsgemässe Werkzeug kann somit sowohl anstelle teurer Wälzfräser, die ein häufiges Nachschleifen erfordern, als auch anstelle von keramischen Schleifwerkzeugen eingesetzt werden, wobei sowohl Abrichtvorrichtungen und zeitaufwendige Abrichtvorgänge entfallen, als auch die bei diesen keramischen Werkzeugen bestehende Unfallgefahr vermieden wird. Mit dem erfindungsgemässen Werkzeug wird ein Hochgeschwindigkeits-Tiefschleifen möglich, und zwar unter Anwendung eines wirtschaftlich günstigen Verfahrens, da einerseits sehr preiswert herstellbare und eine lange Lebensdauer besitzende Werkzeuge mit hoher Abtragsleistung eingesetzt werden und andererseits spezielle Abrichtvorrichtungen für das Werkzeug und Panzerungen des Bearbeitungsraumes der Maschine entfallen. The tool according to the invention can thus be used both instead of expensive hob cutters, which require frequent regrinding, and instead of ceramic grinding tools, both dressing devices and time-consuming dressing processes being eliminated, and the risk of accidents existing with these ceramic tools being avoided. With the tool according to the invention, high-speed deep grinding is possible, using an economically advantageous method, since on the one hand very inexpensive to produce and long-lasting tools with a high stock removal rate are used, and on the other hand special dressing devices for the tool and armouring of the machining area of the machine are dispensed with .
Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Werkzeuges dargestellt und zwar zeigen: An exemplary embodiment of the tool according to the invention is shown in the drawing and shows:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines schneckenförmigen Werkzeuges zur Herstellung einer Aussenverzahnung und Fig. 1 is a perspective view of a helical tool for producing an external toothing and
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Fig. 2 den Teil einer Draufsicht des in Fig. 1 gezeigten Werkzeugs, 2 shows the part of a top view of the tool shown in FIG. 1,
Fig. 3 Normalschnitt durch einen Schneckengang. Fig. 3 normal section through a worm gear.
Das zur Herstellung von geraden oder schrägen Aussenprofilformen bestimmte Werkzeug besitzt einen stählernen Grundkörper 1, der beim Ausführungsbeispiel schneckenförmig mit eingängig ausgebildeten Schneckengängen ausgeführt ist. Der Grundkörper kann nach seiner Fertigstellung gehärtet werden. The tool intended for the production of straight or oblique external profile shapes has a steel base body 1 which, in the exemplary embodiment, is designed in the form of a screw with single-start worm threads. The base body can be hardened after its completion.
Auf der gesamten Oberfläche der Schneckengänge ist der Grundkörper 1 mit einer gleichmässigen Schicht 2 eines superharten Werkstoffes versehen. Als superharter Werkstoff wird insbesondere kubisch kristallines Bohrnitrid oder Diamant verwendet. Das Aufbringen dieser Schicht 2 geschieht vorzugsweise galvanisch, so dass eine gleichmässig dicke und hinsichtlich ihrer Stärke exakt vorauszubestimmende Be-schichtung des Grundkörpers 1 erreicht wird. Die Schichtdicke kann in Abhängigkeit von der Grösse der Kristalle des superharten Werkstoffs 0,050 mm bis 0,300 mm betragen. The base body 1 is provided with a uniform layer 2 of a superhard material on the entire surface of the screw flights. In particular, cubic crystalline drilling nitride or diamond is used as the superhard material. This layer 2 is preferably applied galvanically, so that a coating of the base body 1 that is uniformly thick and exactly predetermined in terms of its thickness is achieved. Depending on the size of the crystals of the superhard material, the layer thickness can be 0.050 mm to 0.300 mm.
Bei der Verwendung des Werkzeuges, beispielsweise zur Herstellung eines mit einer Aussenverzahnung versehenen Zahnrades 3 gemäss Fig. 1, wirkt entsprechend der Eingriffsverhältnisse die mit der Schicht 2 versehene Oberfläche des Grundkörpers 1 spanabhebend, so dass eine hohe Abtragleistung erzielt wird, zumal die Umfangsgeschwindigkeit des sich drehenden Werkzeugs infolge dessen grosser Festigkeit entsprechend hoch gewählt werden kann und entsprechend grosse Vorschübegeschwindigkeiten zugeordnet werden können. When using the tool, for example for producing a toothed wheel 3 provided with an external toothing according to FIG. 1, the surface of the base body 1 provided with the layer 2 has a cutting action in accordance with the engagement conditions, so that a high removal rate is achieved, especially since the peripheral speed of the rotating tool due to its high strength can be chosen accordingly high and correspondingly high feed speeds can be assigned.
Duch die Verwendung eines superharten Werkstoffes als Beschichtung des Grundkörpers 1 entfallen Nachschleifbzw. Abrichtvorgänge. Wenn die Schicht 2 nach längerem Gebrauch des Werkzeuges ganz oder teilweise über den zulässigen Toleranzbereich hinaus abgenutzt ist, wird sie vollständig entfernt und der Grundkörper 1 erneut galvanisch mit einer Schicht 2 aus superhartem Werkstoff versehen. Through the use of a super hard material as a coating of the base body 1, regrinding or Dressing processes. If the layer 2 is completely or partially worn beyond the permissible tolerance range after prolonged use of the tool, it is completely removed and the base body 1 is again galvanically provided with a layer 2 made of superhard material.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PL | Patent ceased |