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Die
Erfindung geht aus von einem Verfahren sowie einer Vorrichtung zum
Hinterschleifen der Schneidzähne
von zylindrisch oder kegelig geformten Abwälzfräsern, deren schraubenförmig umlaufendes
Verzahnungsprofil durch Spannuten unterbrochen ist. Derartige Abwälzfräser weisen
ein Verzahnungsprofil auf, welches aus mehreren Reihen von nebeneinander
angeordneten Schneidzähnen
besteht. Die Schneidzähne
sind dabei schraubenlinienförmig
an dem Außenumfang
des Abwälzfräsers so angeordnet,
daß jeweils
hintereinander tangential versetzte Schneidzähne und zwischen den Schneidzahnreihen
jeweils Spannuten axial oder leicht schräg zur Drehachse des Abwälzfräsers vorgesehen
sind. Die Schneidzähne
können
unterschiedliche Profilformen aufweisen. An ihrer Vorderseite weisen die
Schneidzähne
jeweils Schneidkanten auf und sind z.B. radial nach außen kegelstumpfförmig verjüngt ausgebildet.
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Für die Zerspanfunktion
derartiger Abwälzfräser ist
es erforderlich, daß die
Schneidzähne
jeweils mit Hinterschliff versehen sind. Zum einen ist deswegen
die Profilform der Schneidzähne
entgegen der Arbeitsdrehrichtung des Abwälzfräsers verjüngt ausgebildet. Die Seitenflanken
der Schneidzähne sind
also axial hinterschliffen. Zum anderen sind am Kopfbereich und
am Fußbereich
eines jeden Schneidzahns gegenüber
einem gedachten Umhüllungskreis
des Abwälzfräsers Hinterschliffe
in radialer Richtung vorgesehen. Mit radialen Hinterschliffen werden
im folgenden die Hinterschliffe bezeichnet, die von der Form des
Umhüllungskreises
des Abwälzfräsers in
Richtung auf die Drehachse geschliffen werden, so daß polygonförmige Umfangsformen entstehen.
Auf diese Weise wird ein Verzahnungsprofil gebildet mit im wesentlichen
gleichförmigen Schneidzähnen, welche
an ihren Seitenflächen,
d.h. den Seitenflanken, sowie im Kopf- und Fußbereich hinterschliffen sind
zum Erzeugen von jeweiligen Freiwinkeln.
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Es
ist bekannt, das Verzahnungsprofil von Abwälzfräser in mehreren Arbeitsschritten
herzustellen. Zunächst
werden in einem ersten Arbeitsschritt die Spannuten entweder grob
vorgefräst
oder vorgeschliffen. Anschließend
wird die Verzahnung mit einer Schleifscheibe, welche einen relativ
großen Schleifscheibendurchmesser
aufweist, vorgeschliffen. Das Fertigschleifen des Verzahnungsprofils
erfolgt danach mit einer Schleifscheibe mit einem relativ kleinen
Schleifscheibendurchmesser, üblicherweise
etwa 40 bis 60 mm. Beim Fertigschleifen des Verzahnungsprofiles
muß eine
Schleifscheibe mit einem relativ kleinen Durchmesser verwendet werden,
da beim Schleifen der Hinterschliffe eines jeweiligen Schneidzahnes
die nachfolgenden Schneidzähne nicht
berührt
bzw. nicht angeschliffen werden dürfen. Die Schleifscheibe muß also in
den jeweiligen Spannuten frei sein. Üblicherweise erfolgt das Fertigschleifen
des Verzahnungsprofils eines Abwälzfräsers in
einem separaten Arbeitsgang auf einer separaten Schleifmaschine.
Aufgrund des geringen Durchmessers der Schleifscheibe beim Fertigschleifen
kann hierbei nur eine geringe Zerspanleistung erreicht werden. Weiterhin
ist hierbei nachteilig, daß die zu
schleifenden Abwälzfräser von
der Schleifmaschine der Vorbearbeitung in eine andere Schleifmaschine
für die
Fertigbearbeitung umgespannt werden müssen.
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Des
weiteren ist beim herkömmlichen
Schleifen des Verzahnungsprofils von Abwälzfräsern nachteilig, daß die Schneidzähne am Kopfbereich
und am Fußbereich
relativ stark hinterschliffen werden müssen, um einen ausreichenden
axialen Hinterschliff an den seitlichen Flanken eines jeweiligen
Schneidzahnes zu erreichen. Der Grund hierfür liegt in der Verzahnungsgeometrie,
dem relativ schmalen Querschnitt der Schneidzähne sowie der Art und Weise,
in welcher das Fertigschleifen nach dem aus der betrieblichen Praxis
bekannten Stand der Technik erfolgt: Die jeweiligen Hinterschliffe
eines Schneidzahnes werden durch radiales Eintauchen einer relativ kleinen
Schleifscheibe in Richtung auf die Drehachse des Abwälzfräsers erzeugt.
Hierbei werden durch radiales Eintauchen der Schleifscheibe und
gleichzeitiges Drehen des Abwälzfräsers der
jeweilige radiale Hinterschliff am Kopfbereich sowie am Fußbereich und
der axiale Flankenhinterschliff des Zahnes geschliffen. Dabei wird
nach Kenntnis der Anmelderin auch nach dem Formschleifverfahren
gearbeitet, bei dem also eine angepasste Schleifscheibe in die schraubenförmige Nut
zwischen zwei Zahnreihen eingreift und die Seitenflanken der benachbarten Zahnreihen
gleichzeitig schleift. Durch das radiale Eintauchen der Schleifscheibe
und das Verwenden von profilierten Schleifscheiben, d.h. im Profilquerschnitt
nach außen
verjüngte
Schleifscheiben, können
hierbei die Hinterschliffe am Kopf- und am Fußbereich nicht unabhängig von
dem Hinterschliff an der Seitenflanke eines Schneidzahns geschliffen werden.
Deshalb ist es notwendig, um einen ausreichenden Freiwinkel an der
Seitenflanke zu erhalten, die radialen Hinterschliffe am Kopf- und
am Fußbereich
des Schneidzahnes relativ stark auszubilden, d.h. sie werden in
einem relativ großen
Freiwinkel, beispielsweise 8°,
geschliffen. Die radialen Hinterschliffe am Kopf- und am Fußbereich
des Schneidzahnes sind deshalb bei dem Verzahnungsprofil, das mit
einem Verfahren nach dem Stand der Technik geschliffen wurde, größer, als
es technisch für
die Zerspanungsfunktion des Fräsers
erforderlich ist.
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Bei
einem bekannten Verfahren zum Hinterschleifen der Schneidzähne eines
zylindrisch geformten Abwälzfräsers gemäß der
DE 74 47 24 C wird
die Schleifscheibe auf einem Kreisbogen in gleichbleibendem radialen
Abstand um den Abwälzfräser herumgeführt. Die
Rotationsachse der Schleifscheibe und die Längsmittelachse des Abwälzfräsers verlaufen
dabei parallel zueinander. Auf diese Weise ergibt sich ein gleichmäßig verlaufender
Hinterschliff an den Seitenflanken der Schneidzähne. Damit die Schleifscheibe
nicht zu dünn
ausgeführt
werden muss, erhält
der Abwälzfräser im Zahnlückengrund eine
mit der Steigung des Verzahnungsprofils umlaufende Nut, deren Seitenflächen etwa
rechtwinklig zur Fräserachse
verlaufen. Damit wird der Körper
des Abwälzfräsers zusätzlich geschwächt, und
dennoch können
nur sehr schmale Schleifscheiben verwendet werden. Gemäß der zeichnerischen
Darstellung der
DE 74
47 24 C hat die Schleifscheibe einen etwas kleineren Durchmesser
als der Abwälzfräser in seiner größten radialen
Ausdehnung. Die Wirtschaftlichkeit des dadurch vorgezeichneten Verfahrens
kann nicht sehr hoch sein.
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Gemäß der
US-Patentschrift 1,659,226 erfolgt
bei einem zylindrisch geformten Abwälzfräser der Hinterschliff in Form
einer Evolvente. Hierzu liegen die Achsen von Abwälzfräser und
Schleifscheibe in zwei zueinander parallelen Ebenen, wobei in einer Blickrichtung
senkrecht zu diesen Ebenen die Achse der Schleifscheibe schräg im Vergleich
zu der des Abwälzfräsers verläuft. Der
Winkel der Schrägstellung
bleibt während
des Schleifvorganges konstant. Schleifscheibe und Abwälzfräser werden
in Längsrichtung
gegeneinander bewegt. Ersichtlich kann auch bei diesem bekannten
Verfahren nur mit Schleifscheiben von sehr kleinem Durchmesser gearbeitet
werden, wodurch ein wirtschaftlicher Ablauf des Verfahrens nicht
möglich
ist.
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Die
EP 0 559 798 B1 betrifft
ein Werkzeug zum Herstellen von Kronrädern und das Verfahren zu seiner
Herstellung. Es handelt sich hierbei somit nicht um einen zylindrisch
oder kegelig geformten Abwälzfräser, sondern
um ein scheibenförmiges
Werkzeug mit einer gewölbten
Umfangskontur. In dieser Druckschrift werden hauptsächlich Hinweise
zur Herstellung des Zahnprofils gegeben, wobei ein gedachtes Zahnrad
als mathematisch abstrakte Kontur zurgrunde gelegt wird. Eine Schleifscheibe
wird dabei mit ihrer Seitenfläche
gegen das Zahnprofil zugestellt und geschwenkt, wobei auch ein Hinterschliff
erfolgt. Dabei müssen
sich die Rotationsachsen der Schleifscheibe und des Fräsers in
einem Punkt schneiden. Diese Schrift enthält keine konkreten Hinweise,
wie das dort in erster Linie mathematisch umschriebene Vorgehen
in der technischen Praxis umgesetzt werden soll. Die zeichnerische
Darstellung lasst aber erkennen, dass mit sehr kleinen Schleifscheiben
gearbeitet werden soll, deren Durchmesser im Bereich des doppelten
der Schneidzahnhöhe
liegt. Eine wirtschaftliche Arbeitsweise ist mit diesem Verfahren
daher nicht möglich.
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Ferner
ist aus der
WO 96/00635
A1 eine Weiterentwicklung des aus der
EP 0 559 798 B1 bekannten
Verfahrens zur Herstellung von speziellen Fräsern für die Verzahnung von Kronenrädern bekannt.
Anhand der
7 werden in der
WO 96/00635 A1 verallgemeinernde
Betrachtungen vorgenommen. Danach soll die Schleifscheibe in der Längsrichtung
des Fräswerkzeugs
und quer dazu bewegt werden. Zudem erfolgt auch ein Schwenken der Schleifscheibe
in zwei zueinander senkrechten Ebenen während des Schleifens. Die Rotationsachse
der Schleifscheibe und die des Fräswerkzeugs werden somit räumlich zueinander
bewegt, wobei auch ein Kreuzen nicht ausgeschlossen ist. Mit der
profilierten Schleifscheibe wird zwangsläufig auch der Zahnfuß verarbeitet.
Auffallend ist auch hier, dass der Durchmesser der Schleifscheibe
im Vergleich zu dem des Fräswerkzeuges
sehr klein ist, wobei zudem die Schleifscheibe sehr schmal ist.
Der
WO 96/00635 ist nicht
zu entnehmen, wie der vielfältige,
lediglich mathematisch/abstrakt umschriebene Bewegungsablauf des
Schleifwerkzeuges und des Fräswerkzeuges gegeneinander
technisch konkretisiert werden soll.
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Demgegenüber ist
es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Schleifen der Schneidzähne von zylindrisch oder kegelig
geformten Abwälzfräsern sowie
einen Abwälzfräser dieser
Art bereitzustellen, bei welchen die axialen sowie radialen Hinterschliffe
der jeweiligen Schneidzähne
des Verzahnungsprofils möglichst
gering gehalten werden, ohne die Zerspanungseffizienz des Abwälzfräsers zu
beeinträchtigen,
und bei welchen die Herstellungszeiten verkürzt sind.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Schleifen von Abwälzfräsern mit
den Merkmalen gemäß Anspruch
1, einer Vorrichtung zum Schleifen des Verzahnungsprofils von Abwälzfräsern mit
den Merkmalen gemäß Anspruch
7 sowie durch einen Abwälzfräser gemäß Anspruch
11 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweiligen
Unteransprüchen
angegeben.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Hinterschleifen der Schneidzähne
von zylindrisch oder kegelig geformten Abwälzfräsern, deren schraubenförmig umlaufendes
Verzahnungsprofil durch Spannuten unterbrochen ist, umfasst somit
die folgenden Verfahrensschritte:
- a) eine profilierte
rotierende Schleifscheibe taucht in das schraubenförmig umlaufende
Verzahnungsprofil des um seine Längsachse
rotierenden Abwälzfräsers ein;
- b) die Eintauchbewegung verläuft
radial in Bezug auf die Längsachse
des Abwälzfräsers, wobei
dieser um die Rotationsachse der Schleifscheibe in zwei zueinander
parallelen Ebenen liegen und in Richtung senkrecht zu diesen Ebenen
gesehen um einen Schwenkwinkel δ schräg zueinander angeordnet
sind;
- c) während
des Hinterschleifens werden der Abwälzfräser und die Schleifscheibe
zusätzlich
in Längsrichtung
des Abwälzfräsers gegeneinander bewegt
und der Schwenkwinkel δ verändert;
- d) die genannten Bewegungen werden derart aufeinander abgestimmt,
dass die Schleifscheibe mit ihrer seitlichen Schleiffläche gegen
die Zahnflanke eines Schneidzahns des Verzahnungsprofils zugestellt
wird und ein Flankenhinterschliff erzeugt wird, bei dem in Richtung
von der Schneidkante zum Zahnauslauf zunächst ein erster Abschnitt mit
einem geringen Freiwinkel α und
anschließend
ein zweiter Abschnitt mit einem im Verhältnis größeren Freiwinkel β vorliegt;
- e) das Hinterschleifen der Zahnflanke erfolgt unabhängig vom
Hinterschleifen des Kopf- und Fußbereiches der Schneidzähne des
Abwälzfräsers.
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Mit
der erfindungsgemäßen Vorgehensweise wird
erreicht, dass die rotierende Schleifscheibe mit einem seitlichen
Bereich seitlich gegen die Flanken der Schneidzähne zugestellt wird. Durch
die im Einzelnen angegebenen Bewegungsabläufe wird damit ein Flankenhinterschliff
erzeugt, der in einem zweiten Abschnitt wesentlich größer ist,
als in dem ersten, der Schneidkante zugewandten Abschnitt. Diese
unterschiedlichen Freiwinkel lassen sich erzielen, ohne dass hierbei
gleichzeitig ein großer
Freiwinkel jeweils an den radialen Hinterschliffen des Kopf- und
des Fußbereiches
des Schneidzahnes erzeugt werden muss. Die Schleifscheibe verschafft
sich somit gewissermaßen
selbst den Raum, den sie für
ein voneinander unabhängiges
Bearbeiten der einzelnen Abschnitte auf dem Schneidzahn benötigt, ohne
hierbei an benachbarte Schneidzähne
anzustoßen.
Daher können
verhältnismäßig große Schleifscheiben
verwendet werden. Benachbarte Schneidzähne können somit an ihren Schneidkanten
oder ihrem Auslauf nicht beschädigt
werden.
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Mit
der Schleifscheibe mit einem größeren Schleifscheibendurchmesser,
z.B. einem Durchmesser von bis zu 250 mm, sind zum einen höhere Zerspanvolumen
erreichbar, und zum anderen haben derartige Schleifscheiben längere Standzeiten,
bis sie abgerichtet oder ausgetauscht werden müssen. Dies führt zu einer
Verkürzung
des Herstellungszeit mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und einer Reduzierung
von Stillstandzeiten wegen einem Austauschen der Schleifscheiben.
Zudem hat das Verfahren den Vorteil, daß die radialen Hinterschliffe
mit einem jeweils minimal erforderlichen Freiwinkel erzeugt werden
können,
mit welchem die Zerspanungsaufgabe des Abwälzfräsers ausreichend gewährleistet
ist. Bin solcher Freiwinkel liegt je nach Profilart z.B. bei etwa
2,5° bis
3,5°. Ein
unnötig
starkes Hinterschleifen wird hierdurch vermieden, was letztendlich
auch in einer Reduzierung von Herstellungszeiten resultiert.
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Die
vorstehenden zitierte Vorschrift, wonach mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
ein Flankenhinterschliff erzeugt wird, bei dem in Richtung von der Schneidkante
zum Zahnauslauf zunächst
ein erster Abschnitt mit einem geringen Freiwinkel α und anschließend ein
zweiter Abschnitt mit einem im Verhältnis größeren Freiwinkel β vorliegt,
ist in der Weise zu verstehen, dass ein Flankenhinterschliff mit
einer beliebigen Anzahl von verschiedenen Freiwinkeln gebildet werden
kann. Es kommt lediglich darauf an, dass Ausgehen von der Schneidkante
in den sich nach hinten anschließenden Bereichen der Schneidzahnflanken
ein immer größerer Freiwinkel
anschließt.
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Hierdurch
kann beispielsweise in dem vorderen Bereich des Schneidzahnes, d.h.
in dem Bereich der Schneidkante ein gerade verlaufender Flankenhinterschliff
erzeugt werden, wohingegen in dem hinteren Bereich der Flanke, d.h.
in dem Bereich des Auslaufs, ein undefinierter z.B. gekrümmter Verlauf der
Flanke in verschiedenen Freiwinkeln erzeugt werden kann. Dies hat
den Vorteil, daß das
Fertigschleifen des Verzahnungsprofils schneller als bisher durchführbar ist.
Denn es muß insgesamt
weniger Material von den Seitenflanken abgetragen werden.
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Es
wird also eine geometrisch angenäherte Flanke
in der Weise geschliffen, daß im
vorderen Bereich des Schneidzahns zunächst wenig hinterschliffen
wird und anschließend
entsprechend so hinterschliffen wird, daß die Werkzeuggeometrie über die komplette
Flanke des Schneidzahnes einen ausreichenden Freiwinkel zur optimalen
Zerspanung aufweist. Die Grenzlinie zwischen den beiden Abschnitten
ist hierbei undefiniert, da es für
die Erfindung lediglich auf die unterschiedlichen Freiwinkel innerhalb einer
Seitenflanke ankommt.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrnes besteht darin,
den Flankenhinterschliff so zu schleifen, dass die Tiefe des Hinterschliffs
der Zahnflanke an dem Auslauf gegenüber der Schneidkante größer ist
als die maximale Spantiefe des Abwälzfräsers, die in Abhängigkeit vom
Vorschub des Abwälzfräsers steht.
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Diese
Bemessungsregel hat sich in der Praxis als zweckmäßig erwiesen,
um den größtmöglichen
Schleifscheibendurchmesser zu ermitteln, der verwendet werden kann.
Durch eine relativ große Schleifscheibe
können
hohe Zerspanungswerte erreicht werden. Außerdem kann die Vorrichtung
zur Durchführung
des Schleifverfahrens eine entsprechend hohe Steifigkeit der Schleifspindel
und des Schleifstockes aufweisen, wodurch Abweichungen in den Maßtoleranzen
bei erhöhtem
Zerspanungsvolumen pro Zeiteinheit reduziert werden können.
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Weiterhin
wird in vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
vorgesehen, dass das Verzahnungsprofil des Abwälzfräsers in einer Aufspannung vor-
und fertiggeschliffen wird.
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Diese
vorteilhafte Ausgestaltung ist eine Folge davon, dass die Schleifscheibe
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
mit Ihrer seitlichen Schleiffläche
gegen die Zahnflanke eines Schneidzahns des Verzahnungsprofils zugestellt
wird. Da die Schleifscheibe somit in einer axialen Zustellrichtung, d.h.
in Richtung der Drehachse des Abwälzfräsers bewegt wird, können – wie schon
erwähnt – Schleifscheiben
mit einem großen
Durchmesser verwendet werden, wodurch das Vor- und Fertigschleifen
in ein und derselben Schleifmaschine möglich wird. Hierdurch muss
das Werkstück
nicht zwischen den Bearbeitungsschritten aus einer Maschine ausgespannt und
in eine andere eingespannt werden, wodurch die Herstellungszeiten
für Abwälzfräser verkürzt und
das gesamte Verfahren effizienter und kostengünstiger wird.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, dass der Flankenhinterschliff und die radialen
Hinterschliffe mit einer profilierten Schleifscheibe geschliffen
werden, welceh zum Außendurchmesser
der Schleifscheibe ein nach außen
verjüngtes
Querschnittsprofil aufweist.
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Mit
dieser Ausgestaltung wird am besten den Unterschieden in den Bewegungsvorschriften
des erfindungsgemäßen Verfahrens
Rechnung getragen, wonach einerseits die Schleifscheibe in das schraubenförmig umlaufende
Verzahnungsprofil des Abwälzfräsers eintauchen
soll, andererseits der Abwälzfräser und
die Schleifscheibe zusätzlich
in Längsrichtung
des Abwälzfräsers gegeneinander
bewegt werden, wobei auch der Schwenkwinkel δ verändert wird.
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Mit
der Vorschrift, wonach der Flankenhinterschliff mit einer Schleifscheibe
fertiggeschliffen wird, welche einen Durchmesser aufweist, der in
Bezug auf den Flankenhinterschliff und die Breite der Spannut gesehen
einen maximalen Durchmesser aufweist, kommt zum Ausdruck, dass auch
beim Fertigschleifen in jedem Fall mit Schleifscheiben von dem größten möglichen
Durchmesser gearbeitet werden soll. Das führt insgesamt zu dem Ziel,
möglichst
wirtschaftlich zu arbeiten.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden beim Nachschärfen des
Abwälzfräsers die
Flankenhinterschliffe, die Hinterschliffe am Kopf- und am Fußbereich
sowie die Spannuten nachgeschliffen. Da hierdurch das gesamte Schneidzahnprofil
nachgeschliffen wird, ändert
sich die Form des Schneidzahns im wesentlichen nicht, und die Zahnlänge wird
kaum reduziert gegenüber
einem nicht nachgeschliffenen Verzahnungsprofil. Die Zerspanungseigenschaften
des Fräsers
bleiben erhalten.
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Die
insbesondere zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
bestimmte Vorrichtung zum Hinterschleifen der Schneidzähne von
zylindrisch oder kegelig geformten Abwälzfräsern, deren schraubenförmig umlaufendes
Verzahnungsprofil zur Spannuten unterbrochen ist, ist wie folgt
ausgestaltet:
mit einem Werkstückspindelstock und einem Reitstock,
die eine C-Achse bilden und zwischen denen der Abwälzfräser eingespannt
und um die C-Achse zur Drehung angetrieben ist,
mit einem parallel
zur C-Achse linear in Z-Richtung bewegbaren Werkstückschlitten,
auf dem der Werkstückspindelstock
und der Reitstock angeordnet sind,
mit einem linear in einer
Zustellachse X zustellbaren Schleifspindelstock, auf dem eine Schleifspindel
mit mindestens einer Schleifscheibe verschwenkbar derart angeordnet
ist, dass die Längsachse
des Abwälzfräsers sowie
die Rotationsachse der Schleifscheibe in zwei zueinander parallelen
Ebenen liegen und in der Blickrichtung senkrecht zu diesen Ebenen
einen veränderlichen
Schwenkwinkel einnehmen,
wobei die X- und die Z-Achse als CNC-Achsen
ausgebildet sind.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
baut somit auf den grundsätzlich
bekannten Aufbau der Universal-Schleifmaschine auf, wonach vor allem
der Werkstückspindelstock
und der Reitstock auf einem Werkstückschlitten in Z-Richtung bewegbar
sind, während
der Schleifspindelstock im allgemeinen feststehend angeordnet ist.
Es kommen aber die speziellen Ausgestaltungen hinzu, wobei vor allem
die Langsachse des Abwälzfräsers sowie
die Rotationsachse der Schleifscheibe stets in zwei zueinander parallelen
Ebenen liegen und in der Blickrichtung senkrecht zu diesen Ebenen
einen veränderlichen Schwenkwinkel δ einnehmen.
Diese Verschwenkbarkeit wird dadurch erzielt, dass die die Schleifscheibe tragende
Schleifspindel auf dem Schleifspindelstock um eine waagrechte Achse
verschwenkbar angeordnet ist. Der Schleifspindelstock muss dabei
in erster Linie nur in einer Zustellachse X linear gegen den Werkstückschlitten
zustellbar sein.
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Der
Vorteil dieser Ausbildung besteht darin, dass es lediglich einer
im Nachhinein geringfügig
erscheinenden Abwandlung der bekannten Universalschleifmaschine
bedarf, um das möglicherweise kompliziert
erscheinende erfindungsgemäße Schleifverfahren
in die Praxis umzusetzen.
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Die
Vorrichtung ist so ausgebildet, daß die Schleifscheibe beim Schleifen
des Flankenhinterschliffs so in Richtung der jeweiligen Zahnflanke
zustellbar ist, daß ein
in Abhängigkeit
von der seitlichen Zustellung definierter Flankenhinterschliff erzeugt werden
kann, und mit derselben Schleifscheibe der radiale Hinterschliff
am Fußbereich
unabhängig
von dem Flankenhinterschliff schleifbar ist. D.h. es können unterschiedliche
Freiwinkel innerhalb der Zahnflanke eines Schneidzahns geschliffen
werden. Hierdurch kann in einer einzigen Aufspannung mit der Vorrichtung
das Verzahnungsprofil des Abwälzfräsers vor-
und fertiggeschliffen werden. Ein Umrüsten bzw. ein Umspannen des
des Werkstückes
ist nicht erforderlich. Durch die unterschiedlichen Freiwinkel beim
Schleifen der Zahnflanke, welche mit der Zustellbewegung der Schleifscheibe
erzeugbar sind, ist es nicht erforderlich, das Verzahnungsprofil
beim Fertigschleifen, d.h. beim Schleifen der Hinterschliffe (axial
und radial), eine Schleifvorrichtung für Schleifscheiben mit kleinem
Schleifscheibendurchmesser, wie z.B. 40 bis 80 mm, zu verwenden.
Denn da erfindungsgemäß unterschiedliche
Freiwinkel mit der Vorrichtung innerhalb einer Zahnflanke eines
Schneidzahns schleifbar sind, kann auch eine Schleifscheibe mit
einem relativ großen
Schleifscheibendurchmesser, d.h. einem Durchmesser von beispielsweise
100 bis 250 mm, verwendet werden.
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Die
wirtschaftlichste Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird dann erzielt,
wenn gemäß einer
Ausgestaltung die Schleifscheibe einen Durchmesser aufweist, welcher
in Bezug auf den Flankenhinterschliff und die Breite der Spannut
des Abwälzfräsers gesehen
einen maximalen Durchmesser aufweist.
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Im
Hinblick darauf, dass infolge des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung
das gesamte Schleifverfahren zur Herstellung des zylindrisch oder
kegelig geformten Abwälzfräsers in
ein und derselben Vorrichtung erfolgen kann, wird als weitere vorteilhafte
Ausgestaltung vorgesehen, dass die Vorrichtung mit einer Abrichteinrichtung
versehen ist.
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Die
Erfindung bezieht sich schließlich
auch auf einen zylindrisch oder kegelig geformten Abwälzfräser mit
einem geschliffenen Verzahnungsprofil, dessen schraubenlinienförmig umlaufendes
Profil durch Spannuten unterbrochen ist und voneinander beabstandete
Schneidzähne
bildet, wobei jeder Schneidzahn mindestens an seinen seitlichen
Zahnflanken jeweils einen axialen Flankenhinterschliff sowie an
seinem Kopfbereich und Fußbereich
im Verhältnis
zu einem Umhüllungskreis
des Abwälzfräsers radiale
Hinterschliffe aufweist. Dabei wird erfindungsgemäß erreicht,
dass der Flankenhinterschliff so geschliffen ist, dass er unterschiedliche
Hinterschliffbereiche aufweist, wobei der axiale Flankenhinterschliff in
Richtung von Schneidkante zu dem Auslauf des Schneidzahnes zunächst einen
ersten Abschnitt des axialen Flankenhinterschliffes mit einem Freiwinkel α und anschließend einen
zweiten Abschnitt mit einem im Verhältnis zum ersten Abschnitt
größeren Freiwinkel β aufweist.
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Der
Flankenhinterschliff weist in radialer Richtung mindestens zwei
verschiedene Freiwinkel auf und weist eine nicht ebene Form, beispielsweise eine "geknickte" Form auf. Dies hat
den Vorteil, daß der
erforderliche Flankenhinterschliff für die Zerspanfunktion des Fräserwerkzeuges
vorhanden ist und dennoch die radialen Hinterschliffe am Kopf- und
am Fußbereich
eines jeweiligen Schneidzahnes auf ihren minimalen, erforderlichen
Wert einstellbar sind. Durch den innerhalb einer Flanke veränderten
Freiwinkel des Flankenhinterschliffs wird erreicht, daß der für die spätere Zerspanungsaufgabe
des Wälzfräsers erforderliche
Hinterschliff so vorhanden ist, daß jeweils nur die minimal notwendigen
Freiwinkel, welche im Bereich von 2,5°-3,5° liegen können, geschliffen werden müssen. Hierdurch
kann der Abwälzfräser in relativ
kurzer Zeit hergestellt werden, da einerseits weniger hinterschliffen
werden muß und zum
anderen auch mit einer Schleifscheibe mit einem relativ großen Durchmesser,
d.h. einem großen
Zerspanungsvolumen und längeren
Schleifzyklen vor einem Austauschen der Schleifscheiben, der Abwälzfräser geschliffen
werden kann.
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Der
erfindungsgemäß gestaltete
Abwälzfräser hat
den Vorteil, dass der Hinterschliff der Schneidzähne allein auf die Zerspanungseigenschaften
abgestimmt ist, wobei dennoch die Herstellung mit Schleifscheiben
großen
Durchmessers und damit besonders ökonomisch möglich wird.
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Die
Einzelheiten hierzu sind bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
und der zugehörigen
Vorrichtung vorgetragen worden.
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Die
Vorteile kommen weiterhin in der zweckmäßigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Abwälzfräsers zum
Ausdruck, wonach dieser radiale Hinterschliffe aufweist mit jeweils
einem minimalen, technisch notwendigen Freiwinkel zum Errreichen der
zur Spanfunktion des Abwälzfräsers.
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Die
Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand
von Ausführungsbeispielen
beschrieben werden. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf eine Vorrichtung zum Hinterschleifen von zylindrisch
oder kegelig geformten Abwälzfräsern nach
der Erfindung;
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2 eine
Seitenansicht eines Details der Schleifmaschine gemäß 2,
welches den Abwälzfräser, die
Schleifspindel und die Schleifscheibe zeigt;
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3 eine
Seitenansicht des Verzahnungsprofils eines Abwälzfräsers nach dem Stand der Technik
mit der Schleifscheibe beim Fertigschleifen;
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3A das
Verzahnungsprofil eines Abwälzfräsers nach
der Erfindung in Seitenansicht;
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4 eine
perspektivische Ansicht eines Schneidzahns eines Verzahnungsprofils
nach dem Stand der Technik mit den jeweiligen Freiwinkeln; und
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5 eine
perspektivische Ansicht eines Schneidzahns eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung mit den jeweiligen Freiwinkeln der Hinterschliffe.
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In 1 ist
ein Ausführungsbeispiel
für eine Vorrichtung
oder Schleifmaschine 17 zum Schleifen des Verzahnungsprofils
eines Abwälzfräsers 1 in Draufsicht
dargestellt. Die Schleifmaschine 17 weist eine Schleifscheibe 8 auf,
welche über
eine Schleifspindel 7 angetrieben wird und in einer Zustellrichtung
X linear in Richtung auf den zu schleifenden Abwälzfräser 1 zustellbar ist.
Der Schleifspindelstock 11 kann auch in der Höhe, d.h.
in Richtung des Pfeils Y verstellt werden. Bei dem in 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel
ist an dem Schleifspindelstock 11 nur eine einzige Schleifscheibe 8 vorgesehen,
es ist jedoch auch möglich,
mehrere Schleifscheiben an dem Schleifspindelstock 11 bzw.
mehrere Schleifspindelstöcke
vorzusehen. Die linearen Zustellachsen Y und X des Schleifspindelstocks 11 sind
vorzugsweise als CNC-Achsen ausgebildet. Die Schleifspindel 7 ist
außerdem
um eine Drehachse A schwenkbar ausgebildet. Der Abwälzfräser 1 ist
auf einem Werkstückschlitten 15 eingespannt,
welcher entlang einer linearen Z-Achse bewegbar ist. Der Abwälzfräser 1 ist
zwischen einem Werkstückspindelstock 12 und
einem Reitstock 16 eingespannt. Die Werkstückspindel 9 ist
um eine C-Achse drehbar, so daß eingespannte
Werkstücke,
d.h. der Abwälzfräser 1,
um die C-Achse drehbar und linear in der Z-Achse bewegbar sind. Zudem ist auf dem
Werkstückschlitten 15 eine
Abrichtvorrichtung 14 vorgesehen, mit welcher die Schleifscheibe 8 in
festgelegten oder erforderlichen Zeitabständen abgerichtet werden kann. Zur
interpolierenden Bewegung der CNC-Achsen und der Drehachse C ist
eine Steuereinrichtung (13) vorgesehen.
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In 2 ist
eine Detailvorderansicht der Schleifmaschine aus 1 dargestellt
entsprechend dem Pfeil A. Der Abwälzfräser 1 weist ein schraubenförmig verlaufendes
Verzahnungsprofil auf, welches durch eine schräge Verstellung der Schleifspindel 7 in
einem Schwenkwinkel δ bezüglich der
Drehachse C der Werkstückspindel
(nicht dargestellt) hergestellt wird. Der Abwälzfräser 1 ist zwischen
den Werkstückaufnahmen 18, 19 eingespannt
und das Verzahnungsprofil wird durch ein abgestimmtes Bewegen der
Schleifscheibe 8 in Zustellrichtung X sowie der Werkstückspindel
in Richtung Z und in Drehrichtung C geschliffen. Mit der Schleifscheibe 8 kann
auf diese Weise in einer einzigen Aufspannung das Verzahnungsprofil
des Abwälzfräsers 1 vorgeschliffen und
auch fertiggeschliffen werden.
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In 3 ist
eine vereinfachte Seitenansicht eines Abwälzfräsers nach dem Stand der Technik dargestellt.
Der zylindrische Abwälzfräser 1 weist
an seinem Außenumfang
profilierte Schneidzähne 2 auf, die über eine
Schleifscheibe 8 zum Herstellen von Hinterschliffen an
den Schneidzähnen
fertiggeschliffen werden.
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Die
Schneidzähne 2 weisen
ein im Querschnitt in Drehrichtung C des Fräsers 1 eine nach außen verjüngte Form
auf. Nach den bisher bekannten Verfahren zum Fertigschleifen von
einem derartigen Verzahnungsprofil eines Abwälzfräsers 1 wird eine Schleifscheibe 8 mit
einem relativ kleinen Durchmesser (d.h. klein im Verhältnis zum
Umfangskreis 4 des Abwälzfräsers 1 z.B.
40-80 mm) geschliffen durch radiales Eintauchen der Schleifscheibe 8.
Die Schleifscheibe 8 muß hierbei einen relativ kleinen
Schleifscheibendurchmesser aufweisen, um benachbarte Schneidzähne 2 beim
Schleifen der Hinterschliffe nicht zu beschädigen. Jeder Schneidzahn 2 weist
an seiner Vorderseite in Drehrichtung C eine Schneidkante 2.4 auf
und gegenüberliegend
an seiner Hinterseite einen Auslauf 2.5. Die Schneidkanten 2.4 sind an
der sog. Zahnbrust 2.6 des Schneidzahnes gebildet. In Drehrichtung
C des Abwälzfräsers 1 nach
hinten ist jeder Schneidzahn 2 an seinen seitlichen Flanken 2.1 sowie
an seinem Kopfbereich 2.2 und Fußbereich 2.3 hinterschliffen.
Die Hinterschliffe dienen zum Erzeugen der für die Zerspanungsaufgabe des Abwälzfräsers 1 erforderlichen
Freiwinkel. Aufgrund der Verzahnungsgeometrie, d.h. dem verjüngten Profil
der Schneidzähne,
welche zudem in ihrem Querschnitt relativ schlank ausgebildet sind,
ist es bei den Verfahren nach dem Stand der Technik erforderlich, die
Schneidzähne 2 an
ihrem Kopfbereich 2.2 und ihrem Fußbereich 2.3 jeweils
sehr stark zu hinterschleifen, d.h. in einem relativ großen Freiwinkel γ von z.B. 8°. Dies ist
erforderlich, um die Zahnflanke 2.1 des Schneidzahnes 2 ausreichend
stark hinterschleifen zu können,
wobei hier der Freiwinkel etwa bei 3° liegen muß. Die Schleifscheibe 8 muß radial
in Richtung auf den Abwälzfräser 1 zum
Erzeugen der Hinterschliffe eingetaucht werden. Durch abgestimmte Bewegungen
der Schleifscheibe entlang ihrer linearen Zustellachse X und des
Abwälzfräsers 1 entlang der
linearen Bewegungsachse Z sowie der Drehachse C werden die Hinterschliffe
simultan fertig geschliffen. Hierbei ist es beim Stand der Technik
erforderlich, die Schneidzähne 2 stärker als
technisch erforderlich zu hinterschleifen. Das Fertigschleifen des Verzahnungsprofils
ist somit zeitaufwendig.
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In 3A ist
ein Abwälzfräser 1 in
einer Seitenansicht vereinfacht dargestellt, dessen Schneidzähne 2 nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren geschliffen
wurden. Die Zahnflanken 2.1 weisen einen Flankenhinterschliff 3 auf,
der in zwei verschiedenen Freiwinkeln geschliffen wurde. Der Hinterschliff 3 der
Zahnflanken 2.1 weist somit zwei unterschiedliche Abschnitte 3.1 und 3.2 auf,
die sich in ihrem Freiwinkel (in axialer Richtung) unterscheiden. Die 3A zeigt
einen theoretischen Verlauf der Abschnitte, 3.1, 3.2,
während
in der Praxis eine undefinierte gekrümmte Grenzlinie entstehen wird.
Die beiden Abschnitte 3.1 und 3.2 des Flankenhinterschliffs 3 werden
durch eine Schleifscheibe mit einem relativ großen Durchmesser erzeugt. Dies
geschieht durch eine abgestimmte, d.h. interpolierende Bewegung der
Schleifscheibe in ihrer Zustellachse X und des Werkstückspindelstocks
(nicht dargestellt) in der Richtung Z sowie durch gleichzeitiges
Drehen des Abwälzfräsers 1 in
seine Drehrichtung C. Die Schleifscheibe wird hierbei in Richtung
auf die Zahnflanke 2.1 des jeweiligen Schneidzahns 2 zugestellt
und zusätzlich
wie beim Stand der Technik radial von außen in das Verzahnungsprofil
eingetaucht. Hierdurch können
die radialen Freiwinkel am Kopfbereich 2.2 und am Fußbereich 2.1 des
Verzahnungsprofils mit einem geringen Freiwinkel, d.h. einem minimal
technisch erforderlichen Freiwinkel, wie z.B. etwa 3°, geschliffen
werden. Der Flankenhinterschliff 3 ist bei diesem Ausführungsbeispiel
in zwei verschiedenen Freiwinkeln, d.h. in zwei Abschnitten 3.1 und 3.2 hinterschliffen.
Es ist jedoch auch möglich,
lediglich den vorderen Abschnitt 3.1 an der Schneidkante 2.4 in
einem exakten, d.h. vordefinierten Freiwinkel zu schleifen und den
hinteren Abschnitt 3.2 in irgendeiner Art und Weise freizulegen,
z.B. mit vielen verschiedenen Freiwinkeln oder in einem gekrümmten Verlauf. Durch
das erfindungsgemäße Verwenden
einer Schleifscheibe mit einem relativ großen Schleifscheibendurchmesser
(im Verhältnis
zum Durchmesser des Umhüllungskreises 4 des
Abwälzfräsers) kann ein
wesentlich höheres
Zerspanungsvolumen beim Fertigschleifen erreicht werden. Die Schleifscheibe muß nicht
so häufig
abgerichtet bzw. ausgetauscht werden, und die Schleifspindel sowie
der Schleifspindelstock können
stabiler ausgebildet sein. Außerdem ist
es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
nicht erforderlich, zwischen dem Vorbearbeiten und dem Fertigschleifen
die Abwälzfräser 1 von
einer Schleifmaschine zum Vorbearbeiten, auf eine Schleifmaschine
zum Fertigschleifen umzuspannen. Hierdurch werden Kosten und Herstellungszeiten
eingespart. Für
ein Nachschärfen
des Verzahnungsprofils wird das gesamte Zahnprofil nachgeschliffen,
also auch die Tiefe der Zwischenräume zwischen den Schneidzähnen. Dies
hat den Vorteil, daß die
Schneidzähne in
ihrer Profilform unverändert
bleiben. Die Zahnlängen
bleiben unverändert.
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In
der 4 ist ein Schneidzahn 2 eines Abwälzfräsers 1 nach
dem Stand der Technik in einer perspektivischen Ansicht dargestellt.
Der Schneidzahn 2 weist an seiner Seitenflanke 2.1 einen
Flankenhinterschliff 3 mit einem einzigen Freiwinkel auf. Die
radialen Hinterschliffe 5, 6 am Kopf- und am Fußbereich 2.2, 2.3 des
Schneidzahnes 2 weisen je einen relativ großen Freiwinkel γ auf, welcher
erforderlich ist, um einen genügend
großen
Hinterschliff 3 an den Seitenflanken 2.1 zu erreichen.
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In 5 ist
ein Schneidzahn 2 eines Verzahnungsprofils eines Abwälzfräsers 1 in
perspektivischer Ansicht dargestellt, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
geschliffen wurde. Der Flankenhinterschliff 3 besteht hier
aus einem ersten Abschnitt 3.1 und einem zweiten Abschnitt 3.2.
Ausgehend von der Schneidkante 2.4 ist zunächst der
Abschnitt 3.1 des Flankenhinterschliffs 3 in einem
relativ geringen Freiwinkel α geschliffen.
Daran anschließend
befindet sich der zweite Abschnitt 3.2 des Flankenhinterschliffs 3 mit
einem gegenüber
dem Freiwinkel α größeren Freiwinkel β. Auf diese
Weise ist es möglich, die
radialen Hinterschliffe 5 und 6 des Fuß- bzw. Kopfbereiches 2.2, 2.3 des
Schneidzahns 2 unabhängig
von dem Hinterschliff 3 der Zahnflanke zu schleifen. Dadurch
können
die Hinterschliffe 5 und 6 in einem minimal erforderlichen,
d.h. möglichst
kleinen Freiwinkel φ geschliffen
werden.
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- 1
- Abwälzfräser
- 2
- Schneidzahn
- 2.1
- Zahnflanke
Schneidzahn
- 2.2
- Kopfbereich
Schneidzahn
- 2.3
- Fußbereich
Schneidzahn
- 2.4
- Schneidkante
- 2.5
- Auslauf
- 2.6
- Zahnbrust
- 3
- Flankenhinterschliff
- 3.1
- 1.
Abschnitt des Flankenhinterschliffs
- 3.2
- 2.
Abschnitt des Flankenhinterschliffs
- 4
- Umhüllungskreis
- 5
- Radialer
Hinterschliff Kopfbereich
- 6
- Radialer
Hinterschliff Fußbereich
- 7
- Schleifspindel
- 8
- Schleifscheibe
- 9
- Werkstückspindel
- 10
- Spannut
- 11
- Schleifspindelstock
- 12
- Werkstückspindelstock
- 13
- Steuereinrichtung
- 14
- Abrichteinrichtung
- 15
- Werkstückschlitten
- 16
- Reitstock
- 17
- Schleifmaschine
- 18,
19
- Werkstückaufnahmen
- α
- Erster
Freiwinkel Zahnflanke
- β
- Zweiter
Freiwinkel Zahnflanke
- γ
- Großer radialer
Freiwinkel
- φ
- Kleiner
radialer Freiwinkel
- δ
- Schwenkwinkel
Schleifspindel