DE3202695A1 - TOOL FOR THE PRODUCTION OF EXTERNAL PROFILES - Google Patents

Description

or PL inc. AL-lX STENG ERor PL inc. AL-lX STENG ER

Kjiser-Friedrich-Ring 70 Of DIPL.-ING. WOLFRAM WATZKEKjiser-Friedrich-Ring 70 Of DIPL.-ING. WOLFRAM WATZKE

D-4000 DÜSSELDORF 11 DIPL.-ING. H E I N Z J. RINGD-4000 DÜSSELDORF 11 DIPL.-ING. H E I N Z J. RING

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unser zeichen: 22 520 ^Datum: 2 7. Jan .19 8 2our reference: 22 520 ^Date: January 2, 19 8 2

Kapp & Co.Werkzeugmaschinenfabrik, Callenberger Str.52-58Kapp & Co. machine tool factory, Callenberger Str. 52-58

8630 Coburg8630 Coburg

Werkzeug zur Herstellung von AußenprofilformenTool for the production of external profile shapes

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Herstellung von geraden oder schrägen Außenprofilformen, vorzugsweise Außenverzahnungen« Diese Außenverzahnungen können evolventisch oder nicht evolventisch ausgebildet sein. Zur Erzeugung derartiger Außenprofilformen besitzt das Werkzeug ein- oder mehrgängig ausgebildete Schneckengänge, deren Oberfläche durch eine Vielzahl von Schleifkristallen gebildet ist»The invention relates to a tool for the production of straight or inclined external profile shapes, preferably external toothing « These external gears can be involute or non-involute be trained. Has to produce such external profile shapes the tool is single or multi-thread worm flights, the surface of which is characterized by a large number of grinding crystals is educated »

Bei der Herstellung von Außenprofilformen, insbesondere von Aussenverzahnungen unterscheidet man zwischen Weichbearbeitung und Hartbearbeitung. Bei der Weichbearbeitung wird das Außenprofil mittels eines Wälzfräsers auf einer Wälzfräsmaschine hergestellt. , Oberhalb einer bestimmten Werkstoffhärte wird der Einsatz derartiger Wälzfräser stark eingeschränkt. Hier setzt die Hartbearbeitung mittels Wälzschleifen ein, wobei der SchleifVorgang entweder ein kontinuierliches Wälzschleifen oder ein Teilwälzschleifen sein kann. Der Bewegungsablauf des kontinuierlichen Wälzschleifen auf einer Wälzschleifmaschine entspricht dem Bewegungsablauf des Wälzfräsen. Als Werkzeug findet eine keramische Schleifscheibe mit zahnstangenförmigem Bezugsprofil Verwendung» Der ebenfalls auf einer Wälzschleifmaschine durchgeführte Bewegungsablauf des Teilwälzschleifen entspricht dem Wälzhobeln. Als Werkzeuge werden entweder trapezförmige Doppelkegel- oder geradflankige Tellerschleifscheiben aus keramischem Material verwendet., Schließlich können gerade oder schrägeIn the production of external profile shapes, especially external gears A distinction is made between soft machining and hard machining. During soft machining, the outer profile is produced by means of a hob on a hobbing machine. , Above a certain material hardness, the use of such Hobs severely restricted. This is where hard machining by generating grinding begins, with the grinding process either starting continuous generating grinding or partial generating grinding. The sequence of movements of continuous generating grinding on a Generating grinding machine corresponds to the sequence of movements of hobbing. A ceramic grinding wheel with a rack-and-pinion is used as a tool Reference profile use »The one also on a generating grinding machine The sequence of movements carried out for partial gear grinding corresponds to gear planing. The tools are either trapezoidal Double-cone or straight-flanked disc grinding wheels made of ceramic Material used., Finally can be straight or sloping

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Außenprofilformen auch durch Formschleifen, beispielsweise auf einer Zahnformsehleifmaschine hergestellt werden. In diesem Fall entspricht der Bewegungsablauf dem des Pormfräsens mit Scheibenfräsern. Outer profile shapes also by shape grinding, for example on a tooth form grinding machine. In this case, the sequence of movements corresponds to that of shape milling with side milling cutters.

Die zur Weichbearbeitung eingesetzten Wälzfräser bewirken infolge ihrer Spannuten einen unterbrochenen Schnitt. Hierdurch ergeben sich periodische Belastungen von Werkstück, Werkzeug und Werkzeugmaschine, welche zu Schwingungen führen. Diese Schwingungen begrenzen einerseits die Leistung der Wälzfräsmaschinen und wirken sich andererseits ungünstig auf die Lebensdauer des Werkzeugs aus.The hobs used for soft machining cause an interrupted cut due to their flutes. This results periodic loads on the workpiece, tool and machine tool, which lead to vibrations. Limit these vibrations on the one hand the performance of the hobbing machines and on the other hand have an unfavorable effect on the service life of the tool.

Der Nachteil des zur Hartbearbeitung eingesetzten Wälzschleifens ist insbesondere darin zu sehen, daß die keramischen Schleifwerkzeuge häufig abgerichtet werden müssen, und zwar entweder innerhalb oder außerhalb der Schleifmaschine«, Wegen der Bruchgefahr der keramischen Schleifwerkzeuge ist deren maximale Drehzahl begrenzt. Bei höheren Umfangsgeschwindigkeiten muß der Bearbeitungsraum der Maschine mit großem Aufwand gekapselt werden, um Unfälle durch berstende Werkzeuge zu verhindern. Beim Teilwälzschleifen werden mit den trapezförmigen Doppelkegel- oder Tellerschleifscheiben Werkzeuge verwendet, deren Kontaktfläche mit dem Werkstück relativ klein ist» Neben der Verlustzeit für die erforderlichen Teilvorgänge nimmt auch der eigentliche Schleifvorgang eine verhältnismäßig lange Zeit in Anspruch. Die Anwendung schneckenförmiger keramischer Schleifwerkzeuge im Falle des Wälzschleifens ist von der Leistungsfähigkeit her an relativ große SchleifSchneckendurchmesser gebunden. Da dies in vielen Fällen durch die Form des Werkstücks bedingt, nicht möglich ist, wird die Anwendung des Verfahrens erheblich eingeschränkte The disadvantage of generating grinding used for hard machining can be seen in particular in the fact that the ceramic grinding tools must be dressed frequently, either within or outside the grinding machine «, because of the risk of breakage ceramic grinding tools, their maximum speed is limited. At higher peripheral speeds, the machining area must be the Machine must be encapsulated with great effort to prevent accidents caused by bursting tools. When partial generating grinding tools are used with the trapezoidal double cone or disc grinding wheels whose contact surface with the workpiece is relative small is »In addition to the time lost for the necessary sub-processes, the actual grinding process also takes a proportionate amount a long time to complete. The application of helical ceramic In terms of performance, grinding tools in the case of generating grinding are tied to relatively large grinding worm diameters. Since this is not possible in many cases due to the shape of the workpiece, the use of the method is considerably restricted

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein sowohl für die Weichbearbeitung als auch für die Hartbearbeitung geeignetes Werkzeug zur Herstellung von geraden oder schrägen evolventischen und nicht evolventischen Außenprofilformen, vorzugsweise Außenverzahnungen,The invention is based on the object of both soft machining as well as tool suitable for hard machining for the production of straight or inclined involute and not involute external profile shapes, preferably external toothing,

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zu schaffen, welches die Nachteile der bekannten Werkzeuge vermeidet und eine unfallsichere Weich- und Hartbearbeitung auf ein und derselben Maschine mit einer/gegenüber den bekannten Verfahren erheblich gesteigerten Leistung ermöglicht.to create which avoids the disadvantages of the known tools and an accident-proof soft and hard machining on one and the same machine with / compared to the known methods enables significantly increased performance.

Diese Aufgabenstellung wird mit Hilfe eines mit ein- oder mehrgängig ausgebildeten Schneckengängen versehenen Werkzeuges gelöst, bei welchem gemäß der Erfindung die gesamte Oberfläche der Schneckengänge eines stählernen Grundkörpers mit einer gleichmäßigen Schicht eines superharten Werkstoffes versehen ist-, wobei als superharter Werkstoff insbesondere· kubisch kristallines Bohrnitrid oder Diamant verwendet wird«,This task is done with the help of a single or multiple thread formed worm threads provided tool, in which according to the invention the entire surface of the worm threads a steel base body is provided with a uniform layer of a super-hard material, whereby as a super-hard one Material in particular cubic crystalline boron nitride or diamond is used",

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Schicht des superharten Werkstoffes in an sich bekannter Weise galvanisch auf den Grundkörper aufgebracht. Vorzugsweise wird der aus Stahl hergestellte Grundkörper vor der galvanischen Beschichtung gehärtet.According to a further feature of the invention, the layer of the super-hard material is electroplated in a manner known per se applied to the base body. Preferably that is made of steel Base body hardened before electroplating.

Durch das erfindungsgemäße Werkzeug lassen sich sowohl Weichbearbeitungen, die bisher mit Wälzfräsern ausgeführt worden sind, als auch Hartbearbeitungen zur Schaffung von Außenprofilformen auf derselben Werkzeugmaschine herstellen. Gegenüber dem bekannten Wälzfräsverfahren ergibt das erfindungsgemäße Werkzeug den Vorteil, daß die Schleifkristalle des superharten Werkstoffes einen kontinuierliehen Schnitt ergeben, der infolge der aufgrund der hohen Festigkeit des erfindungsgemäßen Werkzeugs erheblich gesteigerten Drehzahl nicht nur eine erheblich höhere Schneidleistung zur Folge hat, sondern das Entstehen von Schwingungen vermeidet. Gleichzeitig kann mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug auch die Bearbeitung hochfester Materialien durchgeführt werden, so daß auch die Bearbeitung hochvergüteter, hochlegierter und gehärteter Stähle keinerlei Schwierigkeiten bereitet. Infolge der erheblich höheren Festigkeit des einen stählernen Grundkörper aufweisenden, auf der gesamten Oberfläche mit superhartem Werkstoff beschichteten Werkzeuges der Erfindung gegenüber den keramischen Schleifsehnecken entfallen bsiThe tool according to the invention allows both soft machining, which have previously been carried out with hob cutters, as well as hard machining to create external profile shapes on the same Manufacture machine tool. Compared to the known hobbing process the tool according to the invention gives the advantage that the grinding crystals of the super-hard material are continuous Result cut, which is significantly increased due to the high strength of the tool according to the invention Speed not only results in a significantly higher cutting performance but avoids the occurrence of vibrations. At the same time, the tool according to the invention can also be used to machine high-strength materials, so that machining can also be carried out Highly tempered, high-alloyed and hardened steels do not cause any difficulties. As a result of the considerably higher strength of the tool, which has a steel base body and is coated on the entire surface with super-hard material Invention over the ceramic grinding worms are omitted bsi

der Hartbearbeitung die bisher von der Werkzeugfestigkeit her zu beachtenden Drehzahlgrenzen. Die Umfangsgeschwindigkeit des erfindungsgemäßen Werkzeugs wird lediglich durch die maschinenbaumäßig und steuerungsmäßig beherrschbaren maximalen Drehzahlen von Werkzeug und Werkstück begrenzt. Es können Umfangsgeschwindigkeiten bis zu.100 m pro Sekunde angestrebt werden, so daß sich mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug sehr hohe Abtragleistungen auch bei der Hartbearbeitung erzielen lassen.hard machining the speed limits that had to be observed up to now in terms of tool strength. The peripheral speed of the invention The tool is only controlled by the maximum speed of the tool, which can be controlled in terms of mechanical engineering and control and workpiece limited. Circumferential speeds of up to 100 m per second can be aimed for, so that with the inventive Allow tool to achieve very high stock removal rates even with hard machining.

Mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug wird sowohl die Weichbearbeitung als auch die Hartbearbeitung zur Herstellung von Außenprofilformen erheblich wirtschaftlicher » Gegenüber den bekannten Wälzfräsern ist das erfindungsgemäße Werkzeug erheblich kostengünstiger herstellbar, zumal bei einem Verschleiß des superharten Werkstoffes der stählerne Grundkörper erneut mit einer Schicht des superharten Werkstoffes belegt werden kann. Bei einer galvanischen Belegung ist es lediglich erforderlich, die Reste der abgenutzten Schicht zu entfe-rnen und den Grundkörper mit einer neuen Schicht aus superhartem Werkstoff zu belegen. Gegenüber den Schleifwerkzeugen aus keramischem Material besitzt das erfindungsgemäße Werkzeug den großen Vorteil, daß die häufigen Abriehtvorgänge entfallen und daß wegen der hohen Verschleißfestigkeit auch Werkzeuge mit kleinerem Durchmesser verwendet werden können. Die erfindungsgemäßen Werkzeuge ergeben eine erhebliehe Verkürzung der Schleifzeit und ermöglichen infolge ihres kühlen Schliffs auch die Durchführung von Tiefschleifvorgängen, ohne daß eine thermische Gefügebeeinflussung an den Werkstücken eintritt.With the tool according to the invention, both soft machining as well as the hard machining for the production of external profile shapes much more economical »Compared to the well-known hob cutters the tool according to the invention can be produced considerably more cost-effectively, especially when the super-hard material is worn the steel base body can be covered again with a layer of the super-hard material. With a galvanic assignment it is only necessary to remove the remnants of the worn layer and cover the base body with a new layer to be covered with super hard material. Compared to the grinding tools made of ceramic material, the tool according to the invention has the great advantage that the frequent Abriehtvorgänge are omitted and that Because of the high wear resistance, tools with a smaller diameter can also be used. The tools according to the invention result in a considerable shortening of the grinding time and enable as a result of their cool grinding also the implementation of deep grinding processes, without a thermal influence on the structure of the workpieces.

Das erfindungsgemäße Werkzeug kann somit sowohl anstelle teurer Wälzfräser, die ein häufiges Nachschleifen erfordern, als auch anstelle von keramischen Schleifwerkzeugen eingesetzt werden, wobei sowohl Abriehtvorrichtungen und zeitaufwendige Abrichtvorgänge entfallen, als auch die bei diesen keramischen Werkzeugen bestehende Unfallgefahr vermieden wird„ Mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug wird ein Hochgeschwindigkeits-Tiefschleifen möglich, und zwar unterThe tool according to the invention can thus be used both instead of expensive hob cutters, which require frequent regrinding, as well be used instead of ceramic grinding tools, whereby both abrasion devices and time-consuming dressing processes are omitted, as well as the risk of accidents existing with these ceramic tools is avoided “With the tool according to the invention high-speed deep grinding is possible, namely under

Anwendung eines wirtschaftlich günstigen Verfahrens, da einerseits sehr preiswert herstellbare und eine lange Lebensdauer besitzende Werkzeuge mit hoher Abtragleistung eingesetzt werden und andererseits spezielle Abrichtvorrichtungen für das Werkzeug und Panzerungen des Bearbeitungsraumes der Maschine entfallen.Use of an economically favorable process, since on the one hand Tools that can be produced very cheaply and have a long service life are used with a high removal rate, and on the other hand special dressing devices for the tool and armouring of the machining area of the machine are not required.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Werkzeuges dargestellt, und zwar zeigen:In the drawing is an embodiment of the invention Tool shown, namely show:

Pig« I eine perspektivische Ansicht eines schneckenförmigen Werkzeuges zur Herstellung einer Außenverzahnung undPig «I a perspective view of a helical Tool for the production of an external toothing and

Pig, 2 den Teil einer Draufsicht des in Fig»l gezeigten Werkzeugs,Pig, FIG. 2 is part of a plan view of that shown in FIG Tool,

Pig. 3 Normalschnitt durch einen Schneckengang.Pig. 3 Normal section through a worm thread.

Das zur Herstellung von geraden oder schrägen Außenprofilformen bestimmte Werkzeug besitzt einen stählernen Grundkörper 1, der beim Ausführungsbeispiel schneckenförmig mit eingängig ausgebildeten Schneckengängen ausgeführt ist. Der Grundkörper kann nach seiner Fertigstellung gehärtet werden»That for the production of straight or inclined outer profile shapes Certain tool has a steel base body 1, which in the embodiment is helical with a catchy design Is executed worm threads. The base body can be hardened after its completion »

Auf der gesamten Oberfläche der Schneckengänge ist der Grundkörper mit einer gleichmäßgen Schicht 2 eines superharten Werkstoffes versehen. Als superharter Werkstoff wird insbesondere kubisch kristallines Bohrnitrid oder Diamant verwendet. Das Aufbringen dieser Schicht 2 geschieht vorzugsweise galvanisch, so daß eine gleichmäßig dicke und hinsichtlich ihrer Stärke exakt vorauszubestimmende Beschichtung des Grundkörpers 1 erreicht wird. Die Schichtdicke kann in Abhängigkeit von der Größe der Kristalle des superharten Werkstoffs o,o5o mm bis o,3oo mm betragen«The base body is on the entire surface of the worm threads provided with a uniform layer 2 of a super hard material. As a super-hard material, it is especially cubic crystalline boron nitride or diamond is used. The application of this layer 2 is preferably done galvanically, so that a uniformly thick coating of the base body 1, which is precisely to be determined in advance with regard to its thickness, is achieved. the Depending on the size of the crystals of the super-hard material, the layer thickness can be 0.05o mm to 0.300 mm «

Bei der Verwendung des Werkzeuges, beispielsweise zur Herstellung eines mit einer Außenverzahnung versehenen Zahnrades 3 gemäß Pig.l, wirkt entsprechend der Eingriffsverhältnisse die mit der Schicht 2 versehene Oberfläche des Grundkörpers 1 spanabhebend, so daß eineWhen using the tool, for example for the production of a gear 3 provided with external teeth according to Pig.l, acts according to the conditions of engagement with layer 2 provided surface of the base body 1 by cutting, so that a

hohe Abtragleistung erzielt wird, zumal die Umfangsgeschwindigkeit des sich drehenden Werkzeugs infolge dessen großer Festigkeit entsprechend hoch gewählt werden kann.und entsprechend große Vorschübegeschwindigkeiten zugeordnet werden können» Durch die Verwendung eines superharten Werkstoffes als Beschichtung des Grundkörpers 1 entfallen Nachschleif- bzWoAbricht-Vorgänge. Wenn die Schicht 2 nach längerem Gebrauch des Werkzeuges ganz oder teilweise über den zulässigen Toleranzbereich hinaus abgenutzt ist, wird sie vollständig entfernt und der Grundkörper 1 erneut galvanisch mit einer Schicht 2 aus superhartem Werkstoff versehen.high removal rate is achieved, especially since the peripheral speed of the rotating tool can be selected to be correspondingly high due to its great strength and correspondingly high feed rates can be assigned »By using a super-hard material as a coating of the base body 1, there are no regrinding or dressing processes. If layer 2 is completely or completely after a long period of use of the tool is partially worn beyond the permissible tolerance range, it is completely removed and the base body 1 is galvanized again provided with a layer 2 made of super hard material.

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: (l.)Werkzeug zur Herstellung von geraden oder schrägen Außenprofilformen, vorzugsweise Außenverzahnungen, mit ein- oder mehrgängig ausgebildeten Schneckengängen, deren Oberfläche durch eine Vielzahl von Schleifkristallen gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Oberfläche der Schneckengänge eines stählernen Grundkörpers (1) mit einer gleichmäßigen Schicht (2) eines superharten Werkstoffes, insbesondere aus kubisch kristallinem Bohrnitrid oder Diamant versehen ist.(l.) Tool for the production of straight or inclined outer profile shapes, preferably external gears, with single or multi-thread worm flights, the surface of which passes through a plurality of grinding crystals is formed, characterized in that that the entire surface of the worm threads of a steel base body (1) with a uniform layer (2) of a super hard material, in particular made of cubic crystalline boron nitride or diamond. 2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (2) des superharten Werkstoffes in an sich bekannter Weise galvanisch auf den Grundkörper (1) aufgebracht ist.2. Tool according to claim 1, characterized in that the layer (2) of the super-hard material is galvanically applied to the base body (1) in a manner known per se. 3. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der aus Stahl hergestellte Grundkörper (1) vor der galvanischen Beschichtung gehärtet ist.3. Tool according to claim 1 or 2, characterized in that the Base body (1) made of steel is hardened prior to electroplating. 4. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß dieses sowohl für die Weichbearbeitung von Stahl als auch für die Hartbearbeitung verwendet wird.4. Tool according to claim 1 or 2 or 3, characterized in that that this is used both for soft machining of steel and for hard machining. 5. Werkzeug nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die galvanisch aufgetragene Schicht (2) in Abhängigkeit von der Größe der Kristalle des superharten Werkstoffs eine gleichmäßige Dicke von 0,050 mm bis o,3oo mm aufweist» 5. Tool according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the electroplated layer (2) in Depending on the size of the crystals of the super-hard material, it has a uniform thickness of 0.050 mm to 0.300 mm »