DE2107320A1 - Zahnradfräsmaschine - Google Patents

Description

j Ö436-71/Sch/Ba

U.S. Serial No. 11,503
Convention Date:
February 16, 1970

Bird Island Inc., Boston, Mass., V.St.A,

Zahnradfräsmas chine

Die Erfindung betrifft eine Zahnradfräsmaschine der allgemeinen Art, wie sie in der USA-Patentanmeldung Serial No. 884 925 vom 25.7.1969 (deutsche Pat.-Anm. P 19 58 948.1)beschrieben ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Maschine! so auszubilden, daß mittels eines rotierenden Präsers mit hoher Geschwindigkeit hochwertige Zahnräder mit beliebigem Steigungswinkel, mit geraden Wurzeln und mit hochgenauen Zahnprofilen unterschiedlichster Form, die über die gesamte Breite einer be-r liebig großen Stirnfläche auf gleichmäßige Tiefe geschlichtet sind, unter kontinuierlicher Teilung des Werkstückes gefräst werden können. Ferner soll auf einfache und verläßliche Weise eine genaue Einstellung der Schneidwerkzeuge des Fräsers erreicht werden, derart, daß sich Änderungen der Werkzeugabmessungen (z.B. infolge von Abschleifung oder Zuschärfung) auf die lage der Schneidkanten nicht auswirken.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Zahnradfräsmas chi-ine gelöst durch einen Werkstückhalter, mittels dessen ein Werk-l stück mit einer Grunddrehzahl drehbar ist, durch einen Fräser ! mit profilerzeugenden Schneidkanten, der mit einer Grunddreh- ' zahl drehbar ist, die in einem vom Verhältnis der Anzahl der erzeugten Profile zur Anzahl der Schneidkanten abhängigen Verhältnis zur Grunddrehzahl des Werkstücks steht, wobei die Dreh-*

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achse des Erasers in einem Winkel zur Werkstüekachse angeordnet ist, der um einen vom Steigungswinkel des Zahnrades, gemessen am Erzeugungswälzkreis, abweichenden Winkel von 90° verschieden ist, und wobei der fräser und der Werkstückhalter in Achsrichtung des Werkstücks relativ zueinander verschiebbar sind; und durch ein Element, das entsprechend der relativen Verschiebung zwischen !fräser und Werkstückhalter zu einer der Grunddrehzahlen eine Differenzdrehzahl addiert oder von ihr subtrahiert, zu der die Verschiebungsgeschwindigkeit in einem Verhältnis steht, das von der gewünschten Steigung des Zahnrades abhängt, derart, daß die in jeder Zahnlücke vorgenommenen aufeinanderfolgenden Schnitte das gewünschte benachbarte Profil in Tangenten, die zwischen Kehle und Kopf des Profils verlaufen, berühren und daß zwischen aufeinanderfolgenden Schnitten, die irgendein gewünschtes Profil berühren, eine vollständige Umdrehung des Werkstückes erfolgt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Differenzdrehzahl zur Grunddrehzahl des Werkstückes hinzu addiert oder von ihr abgezogen und ihr Verhältnis zur Verschiebungsgeschwindigkeit ist gleich dem gewünschten Torschub. Die aufeinanderfolgend ausgeführten Schnitte verlaufen tangential zum Profil in zur Werkstückachse schrägen Linien.

Vorzugsweise liegen die profilerzeugenden Schneidkanten in einer einzigen Rotationsfläche und sind linear, wenn eine Evolventenverzahnung gewünscht wird, sonst dagegen nichtlinear, wobei die relative Verschiebung soweit reicht, daß das gesamte Werkstück effektiv in Achsrichtung über die Ebene der tiefsten Eindringung des !Fräsers in das Werkstück hinausgeschoben wird. Der Präs er hat einen Werkzeughaltekörper mit herausnehmbaren Werkzeugen, die so angeordnet sind, daß die Schneidkanten in gleichmäßigen Abständen um den Umfang des Werkzeughaltekörpers verteilt sind. Ein analog wie der erste Fräser ausgebildeter und angeordneter zweiter Fräser erzeugt Profile auf den den vom ersten Fräser erzeugten Profilen gegenüberliegenden Seiten

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der Zähne, wobei die beiden Fräseraehsen in einer gemeinsamen Ebene, jedoch niehtparallel zueinander angeordnet und die Fräser längs ihrer Achsen gegen die Werkstückachse verschiebbar sind. Der Fräser und das Werkstück sind außerdem relativ zueinander in einer zur Werkstückachse nichtparallelen Richtung verschiebbar, wobei die Grunddrehzahl des Präsers oder des Werkstücks bei Auftreten der letztgenannten Relativverschiebung um einen von der Verschiebungsgeschwindigkeit abhängigen differentiellen Betrag so geändert wird, daß für jedes gewünschte Zahnprofil die profilerzeugenden Schneidkanten eine Reihe von Schnitten vornehmen, die am gewünschten Profil liegen, jedoch , dieses nicht schneiden, wobei ferner die von den profilerzeu- ™ genden Schneidkanten vorgenommenen Schnitte eine imaginäre Fortsetzung des gewünschten Profils oberhalb des Werkstücks tangieren und wobei zwischen aufeinanderfolgenden~4er letzterwähnten Schnitte an irgendeinem gewünschten Profil eine vollständige Umdrehung des Werkstücks liegt. Ferner kann sowohl mit Einstechvorschub, bei welchem nur die zur Werkstückachse nichtparallele Relatiwerschiebung erfolgt, als auch mit Axialvorsehub, bei welchem nur die Verschiebung in Achsrichtung des Werkstücks erfolgt, gearbeitet werden, wobei während des Axialvorschübs die Profilerzeugung im Schnittpunkt einer den Wälzkreis {Erzeugungskreis) tangierenden Angriffs- oder Wirkungsfläche mit dem Arbeitsweg der profilerzeugenden Schneidkanten d erfolgt und wobei die Fräserachsen während des Einstechvorschubs relativ zum Werkstück so angeordnet sind, daß die Wirkungsfläche von den Fräsern nicht innerhalb des Werkstückes geschnitten wird. Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist ein rotierender Fräser mit einem WerkMughaltekörper mit einer Anzahl von Werkzeugen vorgesehen, die herausnehmbar in im Abstand um den Umfang des Werkzeughaltekörpers angeordneten Ausnehmungen befestigt sind, wobei jedes Werkzeug eine profilerzeugende Schneidkante am Schnitt zweier ebener Flächen aufweist und jede Ausnehmung mindestens eine ebene Fläche in fluchtgerechter Berührung mit einer der ebenen Flächen des eingebauten Werkzeugs aufweist, damit die Schneidkante

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zwangsläufig so eingestellt wird, daß sämtliche Schneidkanten auf einer einzigen Rotationsfläche liegen. Vorzugsweise hat jedes Werkzeug gegenüber den ebenen Werkzeugflächen eine zylindrisch abgerundete Fläche, die an eine Schrägfläche einer Zwinge anstößt. Die Zwinge ist vorzugsweise ein Ring mit einem Zahnkranz, dessen Zähne in die Ausnehmungen, in denen die Werkzeuge angeordnet sind, eingreifen, wobei gede Ausnehmung einen V-förmigen Teil mit zwei ebenen Flächen aufweist, welche die ebenen Flächen des Werkzeugs berühren, so daß die Schneidkanten sowohl in Achs- als auch in ümfangsrichtung des Fräsers zwangsläufig in ihrer Lage richtig eingestellt werden.

Nachstehend wird anhand der Zeichnungen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine isometrische Darstellung einer Zahnradfräsmaschine;

Fig. 2 eine teilweise weggebrochene und im Schnitt dargestellte, fragmentarische Draufsicht der Maschine nach Fig. 1;

Fig. 3 eine fragmentarische Seitenansicht des Werkstückhalterteils der Maschine;

Fig. 4 einen Axialschnitt eines Teils eines Fräsers}

Fig. 5 eine fragmentarische Seitenansicht entsprechend den Pfeillinien 5-5 in Figur 4;

Fig. 5a eine der Figur 5 ähnliche Darstellung eines kleineren Teils des anderen Fräsers;

Fig. 6 einen Schnitt entlang der Schnittlinie 6-6 in Figur 5;

Fig. 7 eine Stirnansicht eines der Werkzeuge;

Fig. 8 eine Darstellung entsprechend 8-8 in Figur 7;

Fig. 9 eine Darstellung entsprechend 9-9 in Figur 7»

Fig. 10 eine isometrische Darstellung eines Werkzeugs;

Fig. 11 eine isometrische Darstellung eines zu fräsenden Zahnrades;

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Mg. 12 einen schematischen Axialschnitt eines Werkstücks, das in üblicher Weise als Stirnrad dargestellt ist, wobei bestimmte Linien dargestellt sind, längs deren aufeinanderfolgende Werkzeuge das gewünschte Profil tangierende Schnitte während des Axialvorschubs vornehmen;

Fig. 13 in Draufsicht ein nichtevolventes Profil; und

Pig. 14 in Draufsicht eine profilerzeugende Schneidkante für die Erzeugung des Profils nach Pigur 13.

Zwei Frösereinheiten 10 und 12 (Pigur 1 und 2) sind auf einem Maschinengestell 14 in Nuten 16 bzw. 18 linear verschiebbar " gelagert, wobei der Antrieb durch Motore 20 bzw. 22 erfolgt. Die Präsereinheiten weisen je einen Präser 30 und 32 auf, die um Achsen 34 bzw. 36 drehbar sind, die parallel zur Richtung der Nuten 16 bzw. 18 verlaufen und einen stumpfen Winkel miteinander bilden.

Eine ebenfalls auf dem Maschinengestell 14 angeordnete Werkstückhaltereinheit 40 weist zwei um eine gemeinsame Achse 46 drehbare Spindel 42 und 44 auf, die zwischen sich das Werkstück 45 tragen und auf einem Kopf 48 angeordnet sind, der winkelverstellbar in einem Gehäuse 50 gelagert ist, so daß der Winkel zwischen der Achse 46 und den Achsen 34 und 36 verändert i werden kann. Der Kopf 48 ist mit einer zylindrischen Hülse 54 im Gehäuse 50 verschraubt. Eine Schnecke 56 steht in Eingriff mit Nuten 58, so daß durch Drehung der Schnecke (mittels eines Handgriffs 60, Pigur 1) die Hülse entsprechend gedreht wird. Eine im Gehäuse 50 gelagerte Schraubenspindel 64 erfaßt das Innengewinde einer Bohrung in einem Block 66, der in einer Umfangsnut 68 der Hülse 54 festgekeilt ist, so daß bei Drehung der Schraubenspindel 64 die Hülse 54 längs ihrer Achse verschoben wird.

Zwischen dem Kopf 48 und der Hülse 54 ist drehbar ein Ring 70 (Pigur 2 und 3) gelagert, der zum Teil als mit einem Antriebs-

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zahnrad 73 auf einer Welle 74 kämmendes Stirnrad 72 und zum Teil als mit einem die Spindel 44 umschließenden Kegelrad 78 kämmendes Kegelrad 76 ausgebildet ist. Das Kegelrad 78 hat einen inneren Vorsprung 80, der in einer Sehraubennut 82 in der Spindel 44 sitzt. Die Spindel 44 hat eine Aussenkung 90 und bildet zusammen mit einem zylindrischen Bolzen 92 des Kopfes 48 einen hydraulischen Zylinder, der durch über einen Durchlaß 94 im Kopf eingespeiste Druckflüssigkeit gesteuert wird.

Die Spindel 42 ist drehbar und axial verschiebbar im Kopf 48 gelagert und durch eine Feder 96 gegen die Spindel 44 gedrückt.

Der Fräser 30 (Figur 2 bis 4) ist auf einer Spindel 102 im Gehäuse 104 drehbar gelagert. Der Motor 20 treibt eine in ein Gehäuse 104 eingeschraubte Welle 106 an, so daß das Gehäuse in der Nut 16 bewegt wird. Die Welle 106 ist über Zahnräder 112 und 114 mit einem Eingang eines Differentialgetriebes 110 gekuppelt. Eine durch die das Antriebs zahnrad 73 tragende Welle 74 über Kegelräder 118 und 120 angetriebene Welle 116 ist über Zahnräder 122 und 124 mit dem anderen Eingang des Differentialgetriebes 110 gekuppelt. Das Differentialgetriebe summiert die Drehungen der Wellen 106 und 116 und treibt ausgangsseitig eine Welle 130 an, die über Zahnräder 130a und 130b die Spindel 102 dreht, während bei sich drehender Welle 106 die Spindel sich axial bewegen kann.

Die Fräsereinheit 12 ist gleichartig ausgebildet und angetrieben, wobei ihre über Kegelräder 118 und 134 angetriebene Welle 132 an den einen Eingang des entsprechenden Differentialgetriebes (nicht gezeigt) angekuppelt ist. Das Differentialgetriebe subtrahiert von der Drehgeschwindigkeit der Welle 132 die Drehgeschwindigkeit der der Welle 106 entsprechenden Welle (nicht gezeigt).

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-7-Die Welle 74 ist durch einen Motor HO angetrieben.

Der Präser 30 hat einen mit einem Spindelansatz 151 verschraubten Kopf 150 (Figur 4 bis 6) mit einem Kranz von in gleichen Abständen um den Kopf verteilten radialen Ausnehmungen 154, in deren jeder ein Karbidwerkzeug 152 eingespannt ist. Die Werkzeuge werden durch einen mit dem Kopf 150 verschraubten Klemmring 156 festgehalten.

Jedes der Werkzeuge 152 (Figur 7 bis 10) hat zwei ebene Flächen 160 und 162, die sich unter Bildung einer geradlinigen profilerzeugenden Sehneidkante 164 in einem spitzen Winkel treffen, sowie eine zylindrisch abgerundete Fläche 166. Das Schneidende 168 der Werkzeugfläche 160 bildet eine Stirnfläche 170, die durch die Senneidkante 164» eine konkave Schruppkante 172 und eine Schneidspitze mit einem der Kehle der zu fräsenden Verzahnung angepaßten Krümmungsradius begrenzt ist. Die Stirnfläche 170 ist in einem kleinen Spielwinkel zur imaginären Bezugsebene 180 (Figur 10) geneigt, und die Seiten- und Spitzen- oder Kopf flächen 162, 182 und 184 sind sämtlich in kleinen Spielwinkeln, zu zur Bezugsebene 180 rechtwinkligen Ebenen von der Stirnfläche 170 ireggeneigt, wie in Figur 10 angedeutet. .

Jede Hut 154 im Kopf 150 hat einen V-förmigen Teil mit Flächen 190 und 192, die in einem Winkel zueinander angeordnet sind, der gleich ist den Winkel zwischen den Werkzeugflächen 160 und 162, so daß das Werkzeug fest in die Nut paßt, wobei die die Kante 164 bildenden Flächen durch Berührung mit dem Kopf direkt lagejustiert werden. Die radiale Lagejustierung der Werkzeuge erfolgt dadurch, daß sie an einem Stellring (Figur 4) anliegen. Ein Klemmring 156 greift mit je einem Zahn 194 (Figur 5) in den Eechteckteil 196 jeder Nut 154 ein, wobei die Schrägfläche 198 an der Fläche 166 des Werkzeugs anliegt. Der Klemmring hat einen Ifinfangsschlitz 200 unterhalb

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der Zähne 194, durch den Spannbolzen 202 (je einer für jedes Werkzeugpaar) geführt sind. Durch Anziehen der Spannbolzen 202 unter Andrücken der Werkzeugflächen 160 und 162 an die Kopfflächen 190 bzw. 192 werden die Werkzeuge festgespannt. Somit nehmen die Kanten 164 selbst nach wiederholter Zuschärfung durch Abschleifen der Flächen 160 und 162 stets die gleiche Lage ein,

Die Nutflächen 190 und 192 sind so angeordnet, daß sämtliche Werkzeugkanten 164 in einer einzigen, zur Fräseraehse recht-

• winkligen Ebene liegen und sämtliche Bezugsebenen 180 in einem e· der . dem gewünschten Steigungswinkel der zu fräsenden Verzahnung (gemessen am

und Wälz- oder Erzeugungskreis der Verzahnung) dem Winkel zwischen den Achsen 34 und 36

Der Präser 32 (Figur 5a) ist gleichartig ausgebildet, wobei seine Werkzeuge spiegelbildlich zu den Werkzeugen 152 sind. Die entsprechenden Bezugsebenen der Werkzeuge des Fräsers 32 sind in bezug auf die Achse 36 in entgegengesetzter Sichtung (gesehen von einem Beobachter, der ein Werkzeug jedes Fräsers beim gleichzeitigen Durchgang am Werkstück betrachtet) geneigt wie die Bezugsebenen der Werkzeuge 152 in bezug auf die Achse W 34. Die Stirnflächen sämtlicher Werkzeuge sind gegen das Werkstück 45 gewandt, wenn sie sich bei Umdrehung der Fräser in den in Figur 1 angedeuteten Richtungen dem Werkstück von oben nähern.

Der ümfangsabstand der Werkzeuge am Fräser 30 (ebenso auch

beim anderen Fräser) ist so

bemessen, daß der Ümfangsabstand

zwischen benachbarten profilerzeugenden Werkzeugkanten 164

gleich ist dem Produkt aus d

er Sekante eines Winkels A, der

gewünschten tlmfangs- oder Zatinkreisteilung der Verzahnung (am Erzeugungswälzkreis) und dem Sinus des Winkels zwischen Fräserund Werkstückachse, wobei A per Winkel zwischen Fräser- und Werkstückachse minus dem gewünschten Steigungswinkel der Ver-

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zahnung (am Erzeugungswälzkre sehen Fräserteilkreises ist g Mittenabstand der Präserachse dem Radius des Erzeugungswälz Radius des Fräserteilkreises
den profilerzeugenden Werkzeu ses (für eine gegebene Anzahl hängt, ergibt sich, daß der M. und Werkstückachse den
einen gegebenen Erzeugungswäl

Ls) ist. Der Radius des theoreti-Leich der Differenz zwischen dem 34 von der Werkstückachse 46 und creises der Verzahnung. Da der
mch vom Umfangsabstand zwischen ^kanten 164 entlang dieses Kreivon Werkzeugen im Fräser) ab- ι

ttenabstand zwischen Fräser- . Steigungswinkel der Verzahnung für j ikreis bestimmt.

Das Verhältnis der gemeinsamen Drehgeschwindigkeit der Fräser 30 und 32 (gemessen bei in ihren Nuten feststehenden Fräsereinheiten und bei sich nicht entlang der Achse 46 bewegendem Werkstück) zur Drehgeschwindigkeit der Spindel 44 ist gleich dem Verhältnis der gewünschten Anzahl von Zähnen in der gefrästen Verzahnung zur Anzahl der Werkzeuge pro Fräser.

Die Steigung der Schraubennut 82 in der Spindel 44 ist gleich der Steigung der gefrästen Verzahnung.

Das Differentialgetriebe 110 und das entsprechende Differentialgetriebe für den Fräser 32 sind so bemessen, daß die differentielle Drehgeschwindigkeit, die einem Fräser bei Verschiebung der Fräsereinheit längs ihrer Nut hinzugefügt wird, zur Geschwindigkeit dieser Verschiebung auf dem gewünschten Zahnprofil angemessene Weise in Beziehung steht (z.B. besteht eine lineare Beziehung zwischen der differentiellen Drehgeschwindigkeit und der Verschiebungsgeschwindigkeit der Fräser,! wenn evolvente Profile gefräst werden). |

Wenn im Betrieb der Maschine aus einem Werkstück 45 ein Zahn-j rad 220 (Figur 11) mit Zähnen 222 mit Evolventen-Profilen 223 und 223a auf beiden Seiten und Kehlen 224 gefräst wird, erfolgt zunächst ein Einstechvorschub der Fräser auf die gewünschte Wurzeltiefe und anschließend ein Axialvorschub des Werkstücke».

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ORIGINAL INSPECTED

Bei der Ivolentenerzeugung erfolgt natürlich eine effektive relative Roll- oder Wälzbewegung zwischen Präser und Werkstück, und bei Maschinen dieser allgemeinen Art erfolgt die gesamte Erzeugung am Schnitt der Angriffs- oder Wirkungsebene (tangential zum Grundkreis) mit dem Afbeitsweg, dem die Schneidkanten folgen. Vor dem Einstechvorschub befinden sich die rotierenden Fräser im Abstand vom Werkstück bei abgesenkten Spindeln 42 und 44 (gesehen in Figur 1), so daß die Wirkungsebene während des Einstechvorschubs die Fräser nicht innerhalb des Werkstücks schneidet. Der Handhebel 60 wird so eingestellt, daß die Achse 46 in bezug auf jede Präserachse um einen Winkel geneigt ist, der um einen vom Steigungswinkel der zu fräsenden Verzahnung (gemessen am Erzeugungswälzkreis) abweichenden Winkel von 90° verschieden ist, wobei man nach den oben angegebenen Formeln arbeitet. Bei laufendem Motor 140 schieben die Motore 20 und 22 die Fräsereinheiten 10 und 12 längs der Futen 16 und 18 gegen das Werkstück vor. Die Werkzeuge beginnen von der Oberseite des Werkstücks bei den gewünschten Zahnprofilen, jedoch ohne diese zu schneiden, Späne abzuheben. Betrachtet man z.B, das Arbeiten des Fräsers 50, so schneidet ein Werkzeug 152 eine kleine Kerbe an der Oberseite des Werkstücks an der Stelle eines Zahnes, schneidet das nächste Werkzeug eine entsprechende Kerbe an der Stelle genau des nächsten Zahnes, und so fort, so daß eine entsprechende Kerbe auf der betreffenden Seite jedes Zahnes geschnitten ist, bevor der zweite Schnitt auf der gleichen Seite des ersten Zahnes erfolgt. Bei Drehen der Schraubenspindel 106 unter Verschiebung des Fräsers wird durch das Differentialgetriebe zur Grrunddrehung des Fräsers eine dieser Verschiebung proportionale differentielle Drehung hinzuaddiert. Der lineare Vorschub und die differentielle Drehung des Fräsers erzeugen eine effektive relative EoIl- oder Wälzbewegung zwischen Werkstück und Fräser und bewirken, daß die fortlaufend tieferen Einstiche der Schneidkanten 164 an einem gegebenen Zahn die imaginäre Fortsetzung des gewünschten Evolventenprofils 223 oberhalb des Werkstücks tangential berühren, wobei die Be-

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rührungslinien (Tangenten) schräg zur Werkzeugachse verlaufen und sich sukzessive dem gewünschten Wurzelkreis des Zahnrads 220 annähern. Diese imaginäre Tangentenberührung oberhalb des Werkstücks stellt sicher, daß die vorgenommenen Schnitte die gewünschten Profile nicht innerhalb des Werkstücks schneiden. Der Einstechvorschub dauert solange an, bis die gewünschte Tiefe erreicht ist.

Am Ende des Einstechvorschubs werden die Motore 20 und 22 stillgesetzt und wird Druckflüssigkeit durch den Durchlaß 94 eingespeist, so daß die Spindeln 44 und 42 and das Werkstück allmäh- | lieh angehoben werden. Die Werkzeuge jedes Fräsers bleiben weiter im effektiven kämmenden Eingriff mit den hervortretenden Zähnen des Werkstücks und nehmen nacheinander Schrägschnitte in jeder Zahnlücke vor, die abgesei en von ihrer Axiallage auf dem Werkstück identisch miteinander sind. Da die Wirkungsebene innerhalb des Zahnrades die profilerzeugenden Schneidkanten schneidet, werden Evolventenprofile durch Schnitte längs'Schräglinien erzeugt, die im Anschluß an die ersten Schnitte, welche die Kehle nicht erreichen, von der Kehle zum Kopf jedes Zahnes verlaufen. Der Vorsprung 80 und die Nut 82 erteilen dem Werkstück eine dessen Axialvorschub entsprechende Extradrehung, so daß die gewünschte Steigung im Zahnrad 220 erzeugt wird. Das Evolventenprofil wird während des Axialvorschubs aufgrund der i Tatsache erzeugt, daß jeder Schnitt in jeder radialen Lage (des Werkstücks) Material längs des gewünschten Profils entlang einer Strecke abträgt, die wegen der linearen Beschaffenheit der profilerzeugenden Schneidkanten und des konstanten Verhältnisses der entsprechenden Drehgeschwindigkeiten des Fräsers und des Werkstücks das Profil tangential berühren. Der Axialvorschub dauert solange an, bis die gewünschten Profile über die gesamte Stirnbreite des Zahnrade erzeugt sind, wobei die Gesamtlänge des Axialvorschubs größer als die Stirnbreite ist, wie es für das Feinbearbeiten oder Schlichten sämtlicher Ecken der Profile erforderlich ist. Einige das Profil tangential berührende Linien 232, herausgegriffen aus der Folge von

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aufeinanderfolgenden Schnitten während des Axialvorschubs, aind in Figur X für ein typisches Profil 223 gezeigt.

Die Werkzeugspitzen 174 ' die Zahnkehlen, die obwohl die Werkzeuge einen Kreisbogen durchlaufen, geradlinig sind, da das gesamte Werkstück in Achsrichtung über die Ebene der tiefsten Werkzeugeindringung hinaus bewegt worden ist, wobei diese Ebene durch die Präserachse und die gemeinsame Normale zur Fräser- und Werkstückachse gebildet wird und die Fräserachse, sowie die genannte gemeinsame Normale einschließt. Sie Werkzeugkanten 172 schruppen das Material in den Arbeitswegen der Werkzeuge des Fräsers 32 aus.

Der Fräser 32 arbeitet allgemein in der gleichen Weise wie der Fräser 30 und erzeugt die Profile 223a. Während des Einstechvorschubs wird die dem Fräservorschub proportionale differenzielle Fräserdrehung von der Grunddrehgeschwindigkeit des Fräsers subtrahiert. Da die Oberseite des Werkstücks vom Fräser 32 weggeneigt ist, sind die Schnittlinien 232a, welche die Evolvente erzeugen, nach unten gegen die Kehlen 224 geneigt.

Der Einstechvorschubteil des oben beschriebenen Fräszyklus kann entfallen, wenn die Fräser in eine Lage vorgeschoben werden, in der die Werkzeuge die gewünschte Tiefe erfassen, während das Werkstück soweit abgesenkt wird, daß es sich vollständig außerhalb der Arbeitswege der Werkzeuge befindet. Die ausschließliche Anwendung des Axialvorschubs kann besonders bei der Erzeugung von nichtevolventen Profilen, speziell konkaven (d.h. hinterschnittenen) Profilen von Vorteil sein, da beim Axialvorschub die Profilerzeugungsbewegung von der Wurzel zur Spitze des Profils, und zwar auf im wesentlichen identische Weise, während jedes Schnitts erfolgt und durch die Geometrie der profilerzeugenden Werkzeugkanten 164 vollständig kontrolliert oder gesteuert werden kann. Und zwar kann man die für die Erzeugung des gewünschten nichtevelventen Profils benötigte Form der Werkzeugkante aus der Profilgeometrie nach üblichen

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graphisehen Konvergenzverfahren unter Anwendung sukzessiver Probeschnitte mit entsprechender Nachformgebung des Werkzeugs, bis allmählich die optimale Form der Erzeugungskante erreicht ist, ableiten. Figur 14 zeigt ein Werkzeug mit einer Schneidkante 164¹, das für die Erzeugung der in Figur 13 gezeigten Profile 240 geeignet ist.

Wird die Maschine beim Einstechvorschub mit zur Werkstückachse rechtwinkligen Präserachsen und mit angehobenem Werkstück, derart, daß die profilerzeugenden Schneidkanten die Wirkungsebene über die gesamte Stirnbreite des Werkstücks schneiden, betrieben, so werden Evolventen-profile vollständig während des Einstechvorschubs in der in der eingangs genannten USA-Patentanmeldung im einzelnen beschriebenen Weise erzeugt.

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Claims (17)

1. -14-Patentansprüche

   ί 1.JZahnradfräsmaschine, gekennzeichnet durch einen Werkstückhalter (40), mittels dessen ein Werkstück (,45) mit einer

   JAMS <\ei4üenL\iiii!rt lie$eu<--{äHj Grunddrehzahl drehbar ist, durch eineir ütäser {3u) mitVprofilerzeugenden Schneidkanten (164), der mit einer Grunddrehzahl drehbar ist, die in einem vom Verhältnis der Anzahl der erzeugten Profile zur Anzahl der Schneidkanten abhängigen Verhältnis zur Grunddrehzahl des Werkstücks (45) steht, wobei die Drehachse (34) des Fräsers (30) in einem Winkel zur Werkstückachse (46)-angeordnet ist, der um einen vom Steigungswinkel des Zahnrades, gemessen am Erzeugungswälzkreis, abweichenden Winkel von 90° verschieden ist, und wobei der Fräser (30) und der Werkstückhalter (40) in Achsrichtung (46) des Werkstücks (45) relativ zueinander verschiebbar sind; und durch ein Element (Differential 110), das entsprechend der relativen Verschiebung zwischen Fräser (30) und Werkstückhalter (40) zu einer der Grunddrehzahlen eine Differenzdrehzahl addiert oder von ihr subtrahiert, zu der die Verschiebungsgeschwindigkeit in einem Verhältnis steht, das von der gewünschten Steigung des Zahnrades abhängt, derart, daß die in jeder Zahnlücke (Kehle 224) vorgenommenen aufeinanderfolgenden Schnitte das gewünschte benachbarte Profil in Tangenten, die zwischen Kehle und Kopf des Profils verlaufen, berühren und daß zwischen aufeinanderfolgenden Schnitten, die irgendein gewünschtes Profil berühren, eine vollständige Umdrehung des Werkstückes (45) erfolgt.
2. 2. Zahnradfräsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (Differential 110) in Abhängigkeit von der relativen Verschiebung zwischen Fräser (30) und Werkstückhalter (40) zur Grunddrehzahl des Werkstücks (45) einen

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   Drehzahlbetrag hinzu addiert oder abzieht, zu dem die Verschiebungsgeschwindigkeit in einem Verhältnis steht, das gleich der gewünschten Steigung des Zahnrades (220) ist, und daß aufeinanderfolgende Schnitte das gewünschte benachbarte Profil in Tangenten berühren, die schräg zur WeBkstüekachse (46) verlaufen.
3. 3. Zahnradfräsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die profilerzeugenden Schneidkanten (164) auf einer einzigen Rot at ionsf lache liegen.
4. 4. Zahnradfräsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die profilerzeugenden Schneidkanten (164) nichtlinear und die Profile nichtevolvent sind.
5. 5. Zahnradfräsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fräser einen Werkzeughaltekörper (150,156,193) mit herausnehmbaren Werkzeugen (152) aufweist, die so angeordnet sind, daß die profilerzeugenden Schneidkanten (164) in gleichen Abständen um den Umfang des Werkzeughaltekörpers verteilt sind.
6. 6. Zahnradfräsmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

   einen zweiten Fräser (32) von analoger Ausbildung und An- ( Ordnung wie der ersterwähnte Fräser (30), wobei der zweite Fräser Profile auf den von dem ersten Fräser erzeugten Profilen gegenüberliegenden Seiten der Zähne erzeugt.
7. 7. Zahnradfräsmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Fräserachsen. (34,36) nichtparallel zueinander sind und daß die Fräser (30,32) außer relativ zueinander längs ihrer Achsen gegen die Werkstückachse (46) verschiebbar sind.

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8. 8. Zahnradfräsmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Präserachsen (34,36) in einer gemeinsamen Ebene liegen.
9. 9. Zahnradfräsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fräser (30) und der Werkstückhalter (40) ausserdem relativ zueinander in einer zur Werkstückachse (46) nichtparallelen Richtung verschiebbar sind, wobei die Grunddrehzahl des Präsers (30) oder des Werkstücks (45) bei Auftreten der letztgenannten Relativverschiebung um einen von der VerscMebungsgeschwindigkeit abhängigen differentiellen Betrag so geändert wird, daß für jedes gewünschte Zahnprofil die profilerzeugenden Schneidkanten (164) eine Folge von Schnitten vornehmen, die eine imaginäre Fortsetzung des gewünschten Profils oberhalb des Werkstücks (45) längs einer Polge von linien tangential berühren und wobei der Werkstückhalter (40) und der Präser (30) relativ zueinander so eingestellt sind, daß während der letzterwähnten Verschiebung des Präsers nicht diejenige Wirkungsfläche schneidet, auf der die zur Werkstückachse (46) schrägen Linien liegen, und wobei ferner eine vollständige Umdrehung des Werkstücks (45) zwischen aufeinanderfolgenden der die imaginäre Portsetzung des gewünschten Profils tangential berührenden Schnitte liegt.
10. 10. Zahnradfräsmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß während eines Einstechvorschubs lediglich die zur Werkstückachse (46) nichtparallele Relativverschiebung erfolgt und daß während eines anschließenden Axialvorschubs lediglich die Relativverschiebung in Achsrichtung deö Werk-! Stücks (45) erfolgt.
11. 11. Zahnradfräsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Präser (30) bei seiner Umdrehung eine Ebene der tiefsten Eindringung in das Werkstück (45) erreicht,, die durch die Präserachse (34) und die gemeinsame Kormale

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    auf Fräser- und Werkstückachse (34 bzw. 46) definiert ist und die Präserachse sowie die genannte Normale einschließt, wobei die SeIatiwerSchiebung soweit reicht, daß das gesamte Werkstück (45) effektiv in Achsrichtung (46) über die genannte Ebene hinaus verschoben wird.
12. 12. Rotierender Fräser zum Erzeugen von Zahnprofilen an einem Zahnrad, insbesondere zur Verwendung bei einer Zahnradfräsmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Werkzeughaltekörper (150,156,193) mit einer Anzahl von Werkzeugen (152), die herausnehmbar in im ύ Abstand um den Umfang des Werkzeughaltekörpers angeordneten Ausnehmungen (154) befestigt sind, wobei jedes Werkzeug eine profilerzeugende Schneidkante (164) am Schnitt zweier ebener Werkzeugflächen (160,162) aufweist und jede Ausnehmung (154) mindestens eine ebene Fläche (190) in fluchtgerechter Berührung mit einer (160) der ebenen Flächen des eingebauten Werkzeugs (152) aufweist, derart, daß sämtliche profilerzeugenden Schneidkanten (164) auf einer einzigen Rotationsfläche liegen.
13. 13. Fräser nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ausnehmung eine zweite ebene Fläche (192) aufweist, die zur ersterwähnten ebenen Fläche (190) der Ausnehmung in einem ' Winkel angeordnet ist, der gleich ist dem Winkel zwischen den ebenen Werkzeugflächen (160,162), die in fluchtgerechter Berührung mit den ebenen Flächen der Ausnehmung angeordinet sind, derart, daß die profilerzeugende Schneidkante j (164) sowohl in Axial- als auch in ümfangsrichtung des Werk zeughaltekörpers zwangsweise richtig einjustiert wird.
14. 14. Fräser nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß jedes Werkzeug (152) gegenüber den ebenen Werkzeugflächen (160, 162) eine zylindrisch abgerundete Fläche (166) aufweist und daß eine mit Schrägflächen (193) an die entsprechend abgerundeten Flächen (166) der Werkzeuge (152) anstoßende

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    Zwinge (Klemmring 156) die ebenen Werkzeugflächen, in die fluchtgerechte Berührung drückt.
15. 15· Fräser nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwinge ein Ring (156) mit einem Zahnkranz ist, dessen Zähne (194) in die Ausnehmungen (152) eingreifen und die Schrägflächen (198) aufweisen, wobei jede Ausnehmung einen V-förmigen Teil, welcher die ebenen Flächen (190,192) der Ausnehmung bildet, aufweist.
16. 16. Schneidwerkzeug zur Verwendung in Verbindung mit anderen gleichartigen, an einem drehbaren Körper angeordneten Werkzeugen zum Erzeugen, gewünschter Verzahnungsprofile in einem Zahnradwerkstück, insbesondere zur Verwendung bei einem Fräser nach einem der Ansprüche 12 bis 15, gekennzeichnet durch einen Schneidteil mit einer profilerzeugenden Kante (164) am Schnitt zweier ebener Werkzeugflächen (160,162), deren eine die Stirnfläche (170) des Werkzeugs (152) ist und teilweise durch eine von der profilerzeugenden Kante (164) allgemein abgewandte Schruppkante (172) zum Abspanen von Material am Werkstück (45) an dem gegen das erzeugte Profil gewandten Profil und eine Schneidkante (164) zum Schneiden einer gewünschten Kehlenform begrenzt wird; und durch einen Halterungsteil, der das Werkzeug (152) im Körper (30) haltert und eine Werkzeugeinstellfläche (190) aufweist, die in einer Ebene mit einer Fortsetzung der genannten Fläche (170) liegt und diese Fortsetzung bildet.
17. 17. Zahnradfräsmaschine, gekennzeichnet durch einen Fräser (30) mit profilerzeugenden Schneidkanten (164), die um eine gemeinsame Achse (34) drehbar sind, und einen Halter (40) für ein um eine Achse (46) drehbares Werkstück (45), wobei der Halter (40) und der Fräser (30) längs eines Weges relativbeweglich sindj wobei ferner der Halter und der Fräser mit Grunddrehzahlen um ihre Achsen (46,34) drehbar sind; wobei ferner der Halter und der Fräser so gelagert

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    sind, daß ihre Grunddrehzahl bei Auftreten der Relativbewegung um einen von der Geschwindigkeit der Relativbewegung abhängigen differentiellen Betrag erhöht und erniedrigt wird, derart, daß für jedes gewünschte Zahnprofil die Schneidkanten eine 3?©lge von Schnitten vornehmen, die das gewünschte Profil längs einer entsprechenden Folge von Linien tangential berührenj wobei ferner die Grunddrehzahlen in einem vom Verhältnis der Anzahl der Schneidkanten (164) zur Anzahl der Zähne (222) des Zahnrades (220) abhängigen Verhältnis zueinanderstehen, derart, daß jede Schneidkante (164) einen das gewünschte Profil bei dessen Durchgang λ durch den iaufweg der betreffenden Schneidkante tangential berührenden Schnitt vornimmt und zwischen aufeinanderfolgenden Schnitten, die eines der gewünschten Profile tangential berühren, eine vollständige Umdrehung des Werkstückes liegt; und wobei schließlich der fräser (30) gemäß Anspruch 10 ausgebildet ist.

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