DE202009009138U1 - Fräs- oder Schleifwerkzeug - Google Patents

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Abstract

Fräs- oder Schleifwerkzeug (1, 2) zum Verzahnen mit einem ring- oder scheibenförmigen Grundkörper (3, 4), dadurch gekennzeichnet, dass die Form des Schnitt- oder Schleifprofils (14, 15) unsymmetrisch hinsichtlich einer Senkrechten zur Rotationsachse (A) des Fräs- oder Schleifwerkzeugs (1, 2) ausgebildet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fräs- oder Schleifwerkzeug zum Verzahnen mit einem ring- oder scheibenförmigen Grundkörper.
  • Zur Herstellung bogenverzahnter Kegelräder werden außer den bekannten Messerkopfsystemen seit einiger Zeit kegelige fingerförmige Schaftfräser auf 5-Achs-CNC-Maschinen eingesetzt. Die Bearbeitung mit diesem Werkzeugsystem erfolgt ausschließlich im Face-Milling-Prozess, das heißt in einem Einzelteilverfahren, und ist vorrangig zur Herstellung von großmoduligen Verzahnungen vorgesehen. Die relativ einfachen Standardwerkzeuge unter Einsatz auf universellen 5-Achs-CNC-Maschinen lassen dieses System bei Einzelfertigung als Alternative zu Spezialmaschinen mit Messerkopfsystemen sinnvoll erscheinen. Die fingerförmigen Fräser arbeiten sich stufenweise bis auf den Zahnfuß des Werkstückes. Dadurch bedingt ergibt sich eine ungünstige Abtragsleistung sowie eine durch die Abtragsspuren entstehende verminderte Verzahnungsqualität und Oberflächenstruktur.
  • Als weitere Bogenverzahnungsverfahren sind unter anderem folgende bekannt: Die Palloid-Verzahnung mit evolventischer Zahnlängsform erfolgt derzeit auf speziellen Verzahnungsmaschinen im kontinuierlichen Prozess. Als Werkzeuge kommen hierbei spezielle Fräser bzw. Tannenbaumfräser zum Einsatz. Aufgrund der geometrischen Besonderheiten, wie konstanter Teilung und konstanter Zahnhöhe, ist diese Verzahnungsart bezüglich der Funktionseigenschaften die leistungsfähigste. Die tannenbaumförmigen Fräser sind jedoch kompliziert im Aufbau und damit auch teuer in der Herstellung. Darüber hinaus sind derartige Fräser für die Herstellung von Kegelrädern ab Modul 8 nicht geeignet. Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens ist die geringe Produktivität. Weitere bekannte kontinuierliche Verfahren sind unter anderem Zyklo-Palloid, Spiroflex, Spirac und TRIAC. Als Einzelteilverfahren wird das Completing-Verfahren zurzeit am häufigsten eingesetzt.
  • Aus der Druckschrift DE 10 2007 049 057 A1 ist ein etwa hülsenförmiger Messerkopf bekannt, bei welchem die Messer von der Stirnseite des Messerträgers in axiale Rich tung ragen. Ein solcher Messerkopf kann als Stirnfräser zum Verzahnen, beispielsweise von bogenverzahnten Kegelrädern, eingesetzt werden.
  • Darüber hinaus ist aus dieser Druckschrift ein Fräser der oben genannten Gattung bekannt, welcher einen Messerkopf mit einem scheibenförmigen Messerträger aufweist, von welchem die Messer in radialer Richtung umfangsseitig ragen. Bei diesem Messerkopf führen die Messer bei einer Rotation des Messerkopfes eine geradlinige Bewegung aus, sodass hiermit gerade Verzahnungen oder Wellenprofile herstellbar sind.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fräswerkzeug oder ein Schleifwerkzeug der oben genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, mit welchem auf effiziente Weise spezielle Zahnlängsformen sowie Zahnprofile von Bogenverzahnungen an Kegelrädern herstellbar sind. Vorzugsweise soll dieses Fräs- oder Schleifwerkzeug vorrangig zur Kegelradbearbeitung von großmoduligen Verzahnungen auf universellen 5-Achs-CNC-Maschinen im Face-Milling-Prozess, das heißt im Einzelteilverfahren, einsetzbar sein.
  • Die Aufgabe wird durch ein Fräs- oder Schleifwerkzeug zum Verzahnen mit einem ring- oder scheibenförmigen Grundkörper gelöst, wobei die Form des Schnitt- oder Schleifprofils unsymmetrisch hinsichtlich der Senkrechten zur Rotationsachse des Fräs- oder Schleifwerkzeugs ausgebildet ist.
  • Infolge der Unsymmetrie des Schnitt- oder Schleifprofils weisen dessen Kanten unterschiedliche Winkel und/oder Formen auf. Sind diese Winkel unterschiedlich lang, kann das Werkzeug analog der Bewegung eines Planradzahnes durch das zu erzeugende Zahnrad bewegt werden, um so die gewünschte Zahnform zu realisieren. Durch die unsymmetrische Profilform des Werkzeuges in Axialrichtung weist das erfindungsgemäße Fräs- oder Schleifwerkzeug auf der konkaven und der konvexen Zahnflanke bezogen auf die fertige Verzahnung nur Linienkontakt in Zahnhöhenrichtung auf. Es tritt keine Verschneidung auf. Somit kann mit dem erfindungsgemäßen Fräs- oder Schleifwerkzeug vorteilhaft eine Bogenverzahnung erzeugt werden. Es können alle gängigen Zahnlängsformen, welche bisher nur im kontinuierlichen Prozess erzeugt werden, wie Evolventen oder Epizykloide, im Einzelteilverfahren (Face-Milling) hergestellt werden. Gleiches gilt für alle bekannten Verfahren im Face-Milling-Prozess.
  • Gegenüber den herkömmlichen Mehrkopfsystemen, deren Baugröße sich aus der Verzahnungsauslegung ergibt, sind die erfindungsgemäßen Fräs- bzw. Schleifwerkzeuge vergleichsweise kleiner, leichter und einfacher. Die erforderliche Mindestwerkzeuggröße wird nur durch die Zahnhöhe der zu fertigenden Verzahnung bestimmt. Das heißt, die beiden Schneidkanten des Werkzeugprofils müssen größer als die zu fertigende Zahnhöhe sein.
  • Da bei Bogenverzahnungen in der Regel die beiden Zahnflanken einer Zahnlücke in Zahnlängsrichtung gegensätzliche Krümmungen, das heißt konkav bzw. konvex, aufweisen, wird das Werkzeugprofil gegenüber der Drehachse des Werkzeugs, beispielsweise um ca. 20°, geneigt. Damit können beide Flanken einer Zahnlücke gleichzeitig und ohne Verschneidung bearbeitet werden.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Grundkörper kegelstumpfförmig ausgebildet. Die Kegelstumpfform eignet sich insbesondere zur Ausbildung bogenförmiger Verzahnungen im Face-Milling-Prozess beziehungsweise für das Einzelteilverfahren.
  • Vorzugsweise ist das Fräs- oder Schleifwerkzeug derart ausgebildet, dass es bezogen auf eine fertige Verzahnung nur Linienkontakt in Zahnhöhenrichtung der konkaven und konvexen Zahnflanke des zu erzeugenden Zahnrades hat. Damit kann bedingt durch die Werkzeugform und das Erzeugungsprinzip die Bearbeitung bzw. die Schnittrichtung der Zahnflanken kreisförmig und diagonal über die Zahnflanke beziehungsweise die komplette Zahnhöhe erfolgen. Man erreicht hierdurch eine sehr gute Oberflächengüte und Struktur der Zahnflankenflächen. Der Zahnfußbereich kann optimal mit dem größtmöglichen zulässigen Radius erzeugt werden, ohne dass im Gegensatz zum im Stand der Technik für Weichbearbeitung bekannten kegeligen Schaftfräser die Schneidleistung des Werkzeuges beeinträchtigt wird.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fräs- oder Schleifwerkzeuges sind beide Seitenkanten der Messer mit einer Kopfschneide verbunden, wobei der Übergang der Seitenkanten zur Kopfschneide über Kopfradien erfolgt. Somit lassen sich alle möglichen Profilmodifikationen, wie Balligkeit, Produberanz und Kopfradien, unabhängig an beiden Flanken realisieren.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Fräs- oder Schleifwerkzeug derart ausgebildet, dass es zum Verzahnen von Werkstücken im Face-Milling-Verfahren oder Einzelteilverfahren einsetzbar ist. Dabei wird eine Zahnlücke nach der anderen verzahnt.
  • Es ist besonders günstig, wenn an dem Werkzeuggrundkörper ein Adapter oder Schaft für den Einsatz des Fräs- oder Schleifwerkzeuges in 5-Achs-CNC-Maschinen vorgesehen ist. So kann das erfindungsgemäße Fräs- oder Schleifwerkzeug in 5-Achs-CNC-Maschinen mit unterschiedlichen Schnittstellen, zum Beispiel SK 40; SK 50; HSK 63; HSK 100 oder Capto, eingesetzt werden. Mithilfe CNC-Steuerung kann der Kurvenverlauf bzw. die Zahnlängsform einer Bogenverzahnung erzeugt und beliebig gestaltet werden. Gleiches gilt für Modifikationen der Zahnflankengeometrie. Bedingt durch die Freiheitsgrade der CNC-Steuerung (X; Y; Z; B; C) lässt sich der normale Kurvenverlauf durch Korrekturen höherer Ordnung überlagern bzw. modifizieren. Im Ergebnis dessen sind Flankenmodifikationen möglich, welche mit den bekannten Mehrkopfsystemen nicht umgesetzt werden können.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausbildung des erfindungsgemäßen Fräs- oder Schleifwerkzeuges weist der Adapter bzw. Schaft einen Hohlraum für eine Zuführung von Kühlmittel zu dem Werkzeugprofil auf. Hierdurch ist eine Kühlung des Fräs- oder Schleifwerkzeugs während eines Zerspanungsvorganges besonders effektiv möglich, wodurch eine stabile Zerspanung ermöglicht und hohe Standzeiten des erfindungsgemäßen Fräs- oder Schleifwerkzeuges erzielt werden können.
  • Hierbei ist es besonders günstig, wenn an einem Ende des Hohlraumes radiale Durchführungen zu den Messern oder der Schleifscheibe vorgesehen sind. Mithilfe der radialen Durchführungen kann das Kühlmittel auf alle Messer gleichmäßig oder unmittelbar auf die Schleifscheibe zur Kühlung verteilt werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Variante der Erfindung weist das erfindungsgemäße Fräswerkzeug einen als Messerträger ausgebildeten ring- oder scheibenförmigen Grundkör per auf, von dem Messer mit gleichem Schnittprofil unsymmetrisch in radialer Richtung ragen. Das erfindungsgemäße Werkzeug hat den Vorteil, dass während des Verzahnungsvorganges mehrere Schneiden nacheinander die Verzahnung bewirken, sodass aufgrund der relativ kurzen Eingriffsstrecke jeweils nur kurze Späne anfallen werden. Diese können leicht aus der Verzahnung mit der Bewegung der Schneiden heraus transportiert werden. Darüber hinaus ergibt sich durch die hohe Anzahl umfangsseitig aus dem Werkzeug ragender Schneiden eine besonders hohe Schnittleistung pro Zeiteinheit.
  • Entsprechend einer besonders geeigneten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sind die als Schneiden ausgebildeten Seitenkanten der Messer des Fräswerkzeugs geradlinig geformt und mit unterschiedlichem Winkel. Mit diesem Fräswerkzeug können Bogenverzahnungen mit geraden Zahnflanken in Zahnhöhenrichtung, zum Beispiel Tellerräder, erzeugt werden.
  • In einem weiteren, ebenfalls vorteilhaften Beispiel der vorliegenden Erfindung ist wenigstens eine Seitenkante der Messer des Fräswerkzeugs nicht geradlinig geformt. Hierdurch lassen sich ballig oder anders geformte Zahnflanken in Zahnhöhenrichtung, wie beispielsweise gewälzte Verzahnungen, ausbilden.
  • Vorteilhaft ist es weiterhin, das Fräswerkzeug aus Hartmetall oder einem pulvermetallurgisch erzeugten Stahl mit nachfolgender Beschichtung auszubilden. Damit erhöht sich maßgeblich die Standzeit der Schneiden. Ebenfalls reduzieren sich dabei die anteiligen Werkzeugkosten pro Werkstück.
  • Soll an Stelle eines weichen Werkstückes ein bereits gehärtetes Werkstück bearbeitet werden, ist es zudem erfindungsgemäß möglich, als Verzahnungsfräser ein CBN-(kubisch kristallines Bornitrid)-belegtes Werkzeug beziehungsweise eine abrichtbare Schleifscheibe mit der gleichen Grundgeometrie zum Einsatz zu bringen.
  • In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist ein Schleifwerkzeug zum Verzahnen in Hartbearbeitung vorgesehen, das durch einen ring- oder scheibenförmigen Grundkörper gebildet wird, der als Träger für Schleifmittel ausgebildet ist. Die Verbindung zur CNC-Schleifmaschine über die verschiedenen Werkzeugschnittstellen erfolgt analog zu dem oben beschriebenen Fräswerkzeug. Gleiches gilt für die Herstellkinematik.
  • In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist das Schleifwerkzeug als profilierte, abrichtbare Schleifscheibe ausgeführt, die vollständig aus dem Schleifmittel besteht. Diese Lösung ermöglicht den Einsatz eines kostengünstigeren einsetzbaren Schleifmittels, das zudem abrichtbar und in seiner Profilform modifizierbar ist.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung, deren Aufbau, Funktion und Vorteile werden im Folgenden anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert, wobei
  • 1 schematisch eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Fräswerkzeugs zeigt;
  • 2 schematisch eine geschnittene Seitenansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Fräswerkzeugs zeigt;
  • 3 schematisch eine perspektivische Ansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Fräswerkzeugs zeigt;
  • 4 schematisch eine geschnittene Seitenansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Fräswerkzeugs mit einem Schaft und einer inneren Kühlmittelzuführung zeigt;
  • 5 schematisch eine perspektivische Ansicht des Fräswerkzeugs aus 4 zeigt;
  • 6 schematisch eine geschnittene Seitenansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Fräswerkzeugs mit Messern mit einer konkaven Seitenkante zeigt; und
  • 7 schematisch eine perspektivische Ansicht eines Schleifwerkzeugs zeigt.
  • 1 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Fräswerkzeugs 1a gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Fräswerkzeug 1a weist einen scheiben- bzw. ringförmigen Grundkörper 3a auf. Der Grundkörper 3a ist als Messerträger ausgebildet, von welchem Messer 6 in radialer Richtung ragen. Durch die scheibenförmige Ausbildung des Grundkörpers 3a bildet sich die Schneidwirkung in erster Linie am Umfang des Fräswerkzeugs 1a heraus. Das Fräswerkzeug 1a weist zudem eine Ringform auf, da sich im Zentrum des rotationssymmetrischen Werkzeuges eine Bohrung befindet, die zur Aufnahme eines Standard-Werkzeughalters dient und eine formschlüssige Verbindung zum Zweck der Kraftübertragung zwischen Werkzeugmaschine und Fräswerkzeug 1a ermöglicht.
  • Der Grundkörper 3a weist in der dargestellten Ausführungsvariante die Form eines Kegelstumpfs auf. Durch die Kegelstumpfform des Grundkörpers 3a besteht am Ort des höchsten Drehmoments, nämlich im Zentrum des ringförmigen Grundkörpers 3a, die größte Materialansammlung und damit Festigkeit des Werkzeugs. Damit können sehr hohe über die Messer 6 eingetragene Schnittkräfte und die daraus resultierenden Momente über die Hauptspindel der Werkzeugmaschine übertragen werden. Im Ergebnis sind hohe Schnittleistungen mit einem derartigen Fräswerkzeug zu erzielen.
  • Weiterhin ergibt sich durch die Kegelstumpfform des Grundkörpers 3a ein unsymmetrisches Schnittprofil des Fräswerkzeugs 1a, da die Seitenkanten 7, 8 der Messer 6 unterschiedlich ausgestaltet sind. So verläuft die Seitenkante 7 im Ausführungsbeispiel rechtwinklig zur Rotationsachse A des Fräswerkzeugs 1a, währenddessen die Seitenkante 8 schräg zu dieser Rotationsachse A verläuft. Daraus ergibt sich eine unsymmetrische Gestalt des Schnittprofils des Fräswerkzeugs 1a bezüglich der Senkrechten zur Rotationsachse des Fräswerkzeugs 1a.
  • Das Fräswerkzeug 1a kann beispielsweise aus einem pulvermetallurgisch erzeugten Stahl hergestellt sein. Dadurch weist das Fräswerkzeug 1a eine hohe Schlagzähigkeit der Messer 6 auf. Alternativ dazu kommt als Material Hartmetall in Betracht. Das Fräswerkzeug 1a sowie das nachfolgend beschriebene Schleifwerkzeug 2 kann zur Erzielung von hohen Standzeiten beschichtet werden.
  • 2 zeigt schematisch eine geschnittene Seitenansicht eines Fräswerkzeugs 1b gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Fräswerkzeug 1b weist einen ebenfalls kegelstumpfförmigen Grundkörper 3b mit einer axialen Bohrung 17 auf. Die mittig eingebrachte Bohrung 17 stellt die Aufnahme des Fräswerkzeugs 1b dar, mit der es auf der Werkzeugaufnahme des Adapters befestigt werden kann. Zur Übertragung des Antriebmoments der Werkzeugmaschine auf das Fräswerkzeug 1b dienen weiterhin Nuten 18, die je einen Nutenstein aufnehmen können.
  • In der Schnittdarstellung ist weiterhin die Geometrie der Messer 6 zu erkennen, die durch ihre Form ein Schnittprofil 14 bilden. Zum Schnittprofil 14 tragen die Seitenkanten 7, 8 sowie auch die Kopfschneide 12 bei. Die Kopfschneide 12 geht über die Kopfradien 13 in die Seitenkanten 7 und 8 über. Die Messer 6 kommen nacheinander in Eingriff und nehmen damit jeweils kurze Späne vom zu bearbeitenden Werkstück ab.
  • Während des Fräsvorgangs wird das Fräswerkzeug 1b beispielsweise durch eine 5-Achs-CNC-Maschine bewegt. Dabei führt das Fräswerkzeug 1b eine solche Kurvenform aus, die dem Bewegungsablauf eines Zahnes des virtuellen Planrades entspricht. Bei dieser Bewegung des Verzahnungswerkzeuges, dem Fräswerkzeug 1b, wird die gewünschte Zahnform erreicht, indem das Verzahnungswerkzeug durch das zu erzeugende Zahnrad bewegt wird. Die simultane 5-Achs-Bewegung wird durch die Steuerung der CNC-Machine erzeugt. Die Werkzeuggröße und Profilform richtet sich dabei nach der Art und Größe der herzustellenden Verzahnung. Auf der konkaven und der konvexen Zahnflanke darf das Verzahnungswerkzeug, bezogen auf die fertige Verzahnung, nur Linienkontakt in Zahnhöhenrichtung haben. Verschneidungen sind dabei nicht zulässig. Durch die unsymmetrische Profilform des Fräswerkzeugs 1b wird dieser Linienkontakt ermöglicht.
  • Zur Erzeugung komplexerer Zahnhöhenprofile, wie beispielsweise einer Balligkeit, beziehungsweise sonstiger Profilmodifikationen kann das geradflankige Grundprofil unter anderem durch zusätzliche Balligkeiten, zum Beispiel konkav, modifiziert werden. Analog der Werkzeugmodifikation lässt sich über die CNC-Steuerung der Bewegungsablauf fast unbegrenzt und beliebig modifizieren. So besteht die Möglichkeit, beide Flanken einer Zahnlücke gleichzeitig zu bearbeiten oder jede Flanke mit einem separaten Bewegungsablauf zu gestalten. Daraus erwächst wiederum die universelle Einsatzmöglichkeit des Fräswerkzeugs 1b, da Verzahnungen unterschiedlicher Module mit ein und demselben Fräswerkzeug 1b hergestellt werden können.
  • Gegenüber dem konventionellen Verfahren mit Stirnmesserköpfen oder Tannenbaumfräsern lassen sich durch das mit dem erfindungsgemäßen Fräswerkzeug 1a, 1b ausführbare Verfahren höherwertige Korrekturen in Zahnlängsrichtung und Zahnhöhenrichtung realisieren. Der Einsatz von speziellen Verzahnungsmaschinen und gesonderten Werkzeugen, wie zum Beispiel Stirnmesserköpfen, ist nicht mehr erforderlich. Unter Verzicht auf Spezialwerkzeuge können mit dem erfindungsgemäßen Fräswerkzeug 1a, 1b alle in der Praxis angewendeten Zahnlängsformen auf universellen 5-Achs-CNC-Maschinen hergestellt werden, wobei ein relativ einfaches und kostengünstiges Verzahnungswerkzeug zum Einsatz kommt, das den Face-Milling-Prozess beziehungsweise das Einzelteilverfahren anwendet. Zu den herstellbaren Zahnlängsformen gehören der Kreisbogen, die Evolvente und die Epizykloide. Auch bisher nicht gekannte Sonderprofile sind möglich.
  • Bedingt durch die Werkzeugform und das Erzeugungsprinzip erfolgt die Bearbeitung der Zahnflanken mit dem erfindungsgemäßen Fräswerkzeug 1a, 1b kreisförmig und diagonal über die Zahnflanke beziehungsweise die komplette Zahnhöhe. Der Zahnfußbereich kann optimal mit dem größtmöglichen zulässigen Radius erzeugt werden, ohne dass im Gegensatz zu nach dem Stand der Technik eingesetzten Werkzeugen, wie zum Bespiel einem kegeligen Schaftfräser, die Schneidleistung des Werkzeuges beeinträchtigt wird.
  • Weiterhin sind die Fräswerkzeuge 1a, 1b für den automatisierten Werkzeugwechsel auf universellen 5-Achs-CNC-Maschinen konzipiert. Somit lassen sich je nach geforderter Verzahnungsqualität durch gezielte Werkzeugauswahl die Zahnflanken unter anderem finishen, insbesondere durch das Oberflächenbearbeitungsverfahren Schleifen bzw. Honen, wodurch ein bisher erforderliches Lappen der Verzahnung auf speziellen Kegelradläppmaschinen entfallen kann. Begünstigt durch den automatisierten Werkzeugwechsel ist es auch möglich, verschiedenartige Werkzeuge zur Bearbeitung der Zahnflanken einzuwechseln. Weiterhin ist gegenüber dem kontinuierlichen Teilverfahren, das für Cyclo-Palloid, Palloid und anderen Facehobbing-Verfahren zum Einsatz kommt, keine Synchronisierung zwischen Werkzeug- und Werkstückdrehung erforderlich. Dadurch ergeben sich optimale Schnittwerte für das Werkzeug, relativ kurze Eingriffstrecken unab hängig von der Zahnbreite, eine hohe Zerspanungsleistung durch große Schneidenanzahl, relativ niedrige Geschwindigkeiten und Beschleunigungen der Werkstückachse bei der Bearbeitung sowie eine Gleichförmigkeit der Bewegung der Werkstückachse, die sich gleichmäßig und kontinuierlich bewegt. Die Linearachsen X, Y und Z richten sich nach der Werkstückachse, der C-Achse.
  • Ein weiterer Vorteil, der sich aus der Herstellung der Verzahnung auf einer 5-Achs-CNC-Maschine ergibt, besteht darin, dass es sich hierbei um eine Multifunktionsmaschine handelt. Dadurch können außer der Verzahnung selbst andere Bearbeitungen in derselben Aufspannung durchgeführt werden. Dazu gehören Drehen, Fräsen, Bohren, Entgraten und Anfasen sowie andere erforderliche Nachbearbeitungen.
  • 3 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines Fräswerkzeugs 1c gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Zentral eingebracht befindet sich eine Bohrung 17 zur Aufnahme beispielsweise der Werkzeugaufnahme, wobei die Übertragung des Drehmoments über Nutensteine, die in Nuten 18 eingreifen, gewährleistet ist. Andere Formen der Drehmomentenübertragung, wie durch eine Vielkeilwelle, sind gleichfalls einsetzbar.
  • Radial um einen Grundkörper 3c des Fräswerkzeugs 1c angeordnet befinden sich Messer 6. Jedes Messer 6 weist zwei Seitenkanten 7, 8 auf, die mit einer Kopfschneide 9 über die Kopfradien 10 verbunden sind.
  • 4 zeigt schematisch eine geschnittene Seitenansicht eines Fräswerkzeugs 1d gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem als Messerträger ausgeführten Grundkörper 3d, der Messer 6 aufweist. An den Grundkörper 3d schließt sich ein Schaft 5 an.
  • Der Schaft 5 weist einen Hohlraum 10 auf, durch den Kühlmittel an den als Messerträger ausgeführten Grundkörper 3d gelangen kann. Über Durchführungen 11, die sich zwischen dem Hohlraum 10 und den Zwischenräumen zwischen den Messern 6 erstrecken und welche als Bohrungen ausgeführt sind, kann das Kühlmittel zu den Messern 6 gelangen.
  • Die direkte Applikation von Kühlmittel auf die Messer 6 sorgt für eine hohe Wirksamkeit hinsichtlich Kühlung und Schmierung beim Schneidvorgang, da ein sicherer Zugang des Kühlmittels zu den Schneiden, den Seitenkanten 7, 8 der Messer 6, gewährleistet ist. Im Ergebnis entsteht eine erhöhte Schnittqualität, da sich kaum Späne zwischen den Schneiden und dem Werkstück verklemmen können, und eine erhöhte Standzeit der Messer 6, da Kühlung und Schmierung optimal und damit Verschleißerscheinungen minimiert sind.
  • 5 zeigt schematisch eine perspektivische Darstellung des Fräswerkzeugs 1d aus 4. Vom Grundkörper 3d stehen radial die Messer 6 ab, die die beiden Seitenkanten 7 und 8 sowie die Kopfschneide 9 und die Kopfradien 10 aufweisen. Zwischen den Messern 6 befinden sich die Durchführungen 11, durch die das Kühl- und Schmiermittel aus dem Hohlraum des Schaftes 5 auf die Messer 6 gelangt.
  • Der Schaft 5 ist mit dem Grundkörper 3d fest verbunden, sodass das Fräswerkzeug 1d beispielsweise auch für Werkzeugaufnahmen mit Schaftaufnahme geeignet ist.
  • 6 zeigt schematisch eine geschnittene Seitenansicht eines Fräswerkzeugs 1e mit einer konkaven Seitenkante 8' gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine mittig eingebrachte Bohrung 17 stellt eine Aufnahme des Fräswerkzeugs 1e dar, mit der es beispielsweise auf einer Werkzeugaufnahme befestigt wird. Zur Übertragung des Antriebmoments der Werkzeugmaschine auf das Fräswerkzeug 1e dienen weiterhin Nuten 18, die Nutensteine aufnehmen.
  • In der Schnittdarstellung ist weiterhin die Kegelstumpfform eines Grundkörpers 3e des Fräswerkzeugs 1e sowie die Geometrie von Messern 6' zu erkennen, die durch ihre Form ein Schnittprofil 14' des Fräswerkzeugs 1e bilden, das in dieser Ausführungsform die Herstellung balliger Zahnflanken ermöglicht. Zum Schnittprofil 14' tragen eine Seitenkante 7, die nicht geradlinige, konkav ausgeführte Seitenkante 8' sowie eine Kopfschneide 12 der Messer 6' bei. Die Kopfschneide 12 geht über Kopfradien 13 in die Seitenkanten 7, 8' über. Die Messer 6' kommen nacheinander in Eingriff und nehmen damit jeweils kurze Späne vom zu bearbeitenden Werkstück ab.
  • 7 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines Schleifwerkzeugs 2 zum Verzahnen mit einem ring- oder scheibenförmigen Grundkörper 4 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Auf dem Grundkörper 4 ist ein Schleifmittel 16 aufgebracht. Durch das Schleifmittel 16 wird eine Hartbearbeitung möglich. Ein bereits gehärtetes Werkstück kann somit verzahnt werden. Im Ausführungsbeispiel ist der Grundkörper 4 mit CBN als Schleifmittel 16 belegt.
  • Da sich die Kinematik der CNC-Maschine und die Werkzeuggrundform zwischen Weich- und Hartbearbeitung im Grundsatz nicht unterscheiden, sind beide Bearbeitungsverfahren möglich. Deshalb weist auch das Schleifwerkzeug 2 ein Schleifprofil 15 auf, das dem des Schnittprofils 14 des Fräswerkzeugs 1 (1a bis 1e) der 1 bis 6 entspricht. Das Schleifwerkzeug 2 weist dazu eine Seitenfläche 19 auf, die über einen Kopfradius 21 in eine Kopffläche 20 übergeht.
  • Das Schleifwerkzeug 2 ist ebenso wie das Fräswerkzeug 1 kegelstumpfförmig und bildet damit ebenso ein unsymmetrisches Profil, das Schleifprofil 15 aus, wodurch es dieselben universellen Einsatzmöglichkeiten wie das Fräswerkzeug 1 für die Weichbearbeitung bietet. Die kreisförmige Ausbildung des Grundkörpers 4 resultiert auch beim Schleifwerkzeug 2 aus der erforderlichen Aufnahmemöglichkeit auf der Werkzeugaufnahme, wozu zentral in dem Schleifwerkzeug 2 eine Bohrung 17 eingebracht ist. Die Bohrung 17 weist zusätzlich zwei Nuten 18 auf, die Nutensteine aufnehmen, die ebenfalls auf der Werkzeugaufnahme angebracht sind. Der Grundkörper 4 bietet im dargestellten Ausführungsbeispiel eine hohe Festigkeit bei der Übertragung des Drehmoments von der Werkzeugmaschine über die Werkzeugaufnahme auf das Schleifwerkzeug 2, wodurch hohe Bearbeitungskräfte übertragbar sind.
  • Unter Verzicht auf Spezialwerkzeuge können mit dem erfindungsgemäßen Schleifwerkzeug 2 alle in der Praxis angewendeten Zahnlängsformen auf universellen 5-Achs-CNC-Maschinen hergestellt werden, wobei ein relativ einfaches und kostengünstiges Verzahnungswerkzeug zum Einsatz kommt, das den Face-Milling-Prozess beziehungsweise das Einzelteilverfahren anwendet. Zu den herstellbaren Zahnlängsformen gehören der Kreisbogen, die Evolvente und die Epizykloide.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102007049057 A1 [0004]

Claims (15)

  1. Fräs- oder Schleifwerkzeug (1, 2) zum Verzahnen mit einem ring- oder scheibenförmigen Grundkörper (3, 4), dadurch gekennzeichnet, dass die Form des Schnitt- oder Schleifprofils (14, 15) unsymmetrisch hinsichtlich einer Senkrechten zur Rotationsachse (A) des Fräs- oder Schleifwerkzeugs (1, 2) ausgebildet ist.
  2. Fräs- oder Schleifwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (3, 4) kegelstumpfförmig ausgebildet ist.
  3. Fräs- oder Schleifwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fräs- oder Schleifwerkzeug (1, 2) derart ausgebildet ist, dass es bezogen auf eine fertige Verzahnung nur Linienkontakt in Zahnhöhenrichtung hat.
  4. Fräs- oder Schleifwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fräs- oder Schleifwerkzeug (1, 2) derart ausgebildet ist, dass es zum Verzahnen von Werkstücken im Einzelteilverfahren einsetzbar ist.
  5. Fräs- oder Schleifwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Grundkörper (3, 4) ein Adapter oder Schaft (5) für den Einsatz des Fräs- oder Schleifwerkzeugs (1, 2) in 5-Achs-CNC-Maschinen vorgesehen ist.
  6. Fräs- oder Schleifwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter oder Schaft (5) einen Hohlraum (10) für eine Zuführung von Kühlmittel mit Durchführungen zu Messern (6) oder einer Schleifscheibe aufweist.
  7. Fräs- oder Schleifwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Ende des Hohlraums (10) radiale Durchführungen (11) zu den Messern (6) oder der Schleifscheibe vorgesehen sind.
  8. Fräswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ring- oder scheibenförmige Grundkörper (3) als Messerträger ausgebildet ist, von dem Messer (6) mit gleichem Schnittprofil unsymmetrisch in radialer Richtung ragen.
  9. Fräswerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die als Schneiden ausgebildeten Seitenkanten (7, 8) jedes Messers (6) geradlinig geformt und mit unterschiedlichem Winkel sind.
  10. Fräswerkzeug nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Seitenkante (8') jedes Messers (6) nicht geradlinig geformt ist.
  11. Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass beide Seitenkanten (7, 8) der Messer (6) mit einer Kopfschneide (12) verbunden sind, wobei der Übergang der Seitenkanten (7, 8) zur Kopfschneide (12) über Kopfradien (13) erfolgt.
  12. Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Fräswerkzeug (1) aus Hartmetall oder pulvermetallurgisch erzeugtem Stahl ausgebildet ist.
  13. Schleifwerkzeug (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ring- oder scheibenförmige Grundkörper (4) als Träger für Schleifmittel (16) ausgebildet ist.
  14. Schleifwerkzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifmittel (16) kubisch kristallines Bornitrid ist.
  15. Schleifwerkzeug nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (4) vollständig aus dem Schleifmittel (16) besteht und als profilierte, abrichtbare Schleifscheibe ausgebildet ist.
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