DE3336593C1

DE3336593C1 - Verfahren zum Herstellen eines zahnrad-,zahnstangen- oder schneckenfoermigen Werkzeugs zum Feinbearbeiten der Zahnflanken von insbesondere gehaerteten Zahnraedern

Info

Publication number: DE3336593C1
Application number: DE3336593A
Authority: DE
Inventors: Johann 8011 Poing Spensberger
Original assignee: Carl Hurth Maschinen und Zahnradfabrik GmbH and Co
Current assignee: Gleason Hurth Tooling GmbH
Priority date: 1983-10-07
Filing date: 1983-10-07
Publication date: 1984-10-04
Also published as: JPH0223284B2; FR2553019B1; IT1177823B; JPS6080521A; GB8424744D0; FR2553019A1; GB2150058B; IT8448439A0; GB2150058A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines zahnrad-, Zahnstangen- oder schneckenförmigen Werkzeugs zum Feinbearbeiten der Zahnflanken von insbesondere gehärteten Zahnrädern gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2.

Zum Feinbearbeiten der Zahnflanken von insbesondere gehärteten Zahnrädern sind Werkzeuge bekanntgeworden, bei denen ein verzahnter Grundkörper auf seinen Flanken mit einer Diamantkörnung belegt ist. Bei Diamantwerkzeugen zeigen sich beim Schleifen von Eisenwerkstoffen häufig Verschleißerscheinungen, die auf eine chemisch-thermische Reaktion an der Berührstelle zurückzuführen sind. Aus diesem Grunde sind in den letzten Jahren mit kubischem Bornitrid (CBN) belegte Werkzeuge eingeführt worden, die sich u. a. beim Rundschleifen gut bewährt haben, nicht aber beim Feinbearbeiten von Zahnrädern.

Beim Feinbearbeiten der Zahnflanken von Zahnrädern werden bekanntlich sehr hohe Anforderungen an die geometrische Genauigkeit und an die Oberflächengüte gestellt. CBN-Werkzeuge erbringen zwar hohe Abtragsleistungen und zeichnen sich durch lange Standzeiten aus, sind aber grundsätzlich nicht geeignet, Oberflächen mit geringer Rauhtiefe zu erzeugen. Der Grund dafür ist zum einen in der Geometrie der CBN-Schneiden zu sehen, die spitzer und schärfer sind als die von Korundkörnern. Die CBN-Körner graben sich deshalb in die Werkstückoberfläche ein, und zwar auch bei geringen Korngrößen. Zum anderen bewirkt die erheblich festere Bindung der CBN-Werkzeuge, daß auch verhältnismäßig weit aus der Bindemasse herausragende Körner noch in ihr gehalten werden. Beide Erscheinungen, die Schneidengeometrie wie auch die Schnittfähigkeit weit herausragender Körner, bewirken gemeinsam eine größere Rauhtiefe der Werkstück-Oberfläche. Qualitativ bessere Oberflächen lassen sich nur dann erreichen (und auch nur bedingt), wenn der Zustellbewegung des Werkzeugs relativ zum Werkstück noch zusätzliche Bewegungen überlagert werden, z. B. senkrecht zur Zustellbewegung. Diese zusätzlichen Bewegungen sucht man aber beim Feinbearbeiten von Zahnrädern zu vermeiden, um Bearbeitungszeit zu sparen, d. h. man arbeitet bevorzugt nach dem sogenannten Tauchverfahren,

ίο d.h., das Werkzeug führt relativ zum Werkstück nur eine Bewegung im Sinne einer Achsabstandsverkleinerung aus.

Die geometrische Form einer CBN-Schleifscheibe wird normalerweise durch Abrichten erzeugt. Dabei wird entweder ein sogenannter Diamant-Vielkornabrichter an der Arbeitsfläche der Schleifscheibe hin- und herbewegt, oder es wird eine Diamant- oder SiC-bestückte Abrichtrolle gegen die Arbeitsfläche gedruckt, wobei zwischen der Abrichtrolle und der Schleifscheibe eine Relativdrehzahl vorhanden ist. Dieses Abrichten ergibt aber keine ebenen Flächen, weil ein »Materialabtrag« an der Schleifscheibe nur durch Kornausbrüche erreicht wird.
Auch das Aufbringen von CBN-Körnern gleicher Größe auf genau gefertigte Werkzeugkörper brachte kein zufriedenstellendes Ergebnis, da die oben genannten Erscheinungen natürlich auch hier vorliegen. Beim Abrichten werden dann Körner ausgebrochen und so die Anzahl der Schneiden verringert.

Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein zahnradförmiges CBN-beschichtetes Werkzeug bzw. ein Verfahren zu seiner Herstellung zu schaffen, das die erwähnten Nachteile nicht aufweist und daher auch im genannten Tauchverfahren anwendbar ist.

Zwei Lösungen dieser Aufgabe sind durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 2 charakterisiert.

Die Abflachung gemäß dem Vorgehen nach Anspruch 1 bewirkt, daß die Körner zusammen eine Art »Tafelgebirge« bilden, dessen Kanten ähnlich wie die Schneidkanten eines Schabrades wirken, wobei die genaue geometrische Form durch keine vorstehenden Spitzen der Körner beeinträchtigt ist.

Bei der Lösung gemäß Anspruch 2 wird von der Eigenschaft mikrokristallinen Bornitrids Gebrauch gemacht, daß dieses bei Anwendung entsprechender Schleifparameter (z. B. Korngröße der Schleifscheibe und/oder Vorschubgeschwindigkeit unter hoher mechanischer Belastung zu Mikroausbrüchen neigt, die eine Anzahl von kleinen Schneidkanten an jedem einzelnen Korn bilden, die allesamt in der Kontur der gewünschten Flanke liegen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den F i g. 1 bis 9 gezeigten Ausführungsbeispielen beschrieben. Dabei zeigt

F i g. 1 ein zahnradartiges zylinderisch geformtes und F i g. 2 ein zahnradartiges hyperboloidisch geformtes Werkzeug, jeweils zusammen mit einem Werkstück,
F i g. 3 einen Querschnitt durch einen Werkzeugzahn in vergrößerter Darstellung,

Fig.4 und 5 je einen Längsschnitt (Ausschnitt) aus einem CBN-beschichteten Werkzeug-Zahn in nochmals vergrößerter Darstellung, unbearbeitet,
F i g. 6 und 7 den gleichen Ausschnitt, aber mit umgeschliffener bzw. geläppter Beschichtung, gemäß den Ansprüchen 1 bzw. 2,

F i g. 8 eine schematische Anordnung des Werkzeugs beim Nachschärfen und

F i g. 9 einen schematischen Längsschnitt durch einen Werkzeugzahn.

F i g. 1 zeigt schematisch ein zahnradartiges Werkzeug 1, das zum Zwecke des spanenden Feinbearbeitens in die Verzahnung eines Stirnrades (Werkstück 2) eingreift und auf ihm abwälzt. Die Achsen der Werkzeugspindel 3 und der Werkstückspindel 4 kreuzen sich, wie vom Zahnradschaben und Zahnradhonen her bekannt ist. Das Beispiel zeigt ein geradverzahntes Werkzeug und ein schrägverzahntes Werkstück. Es ist auch jede andere Kombination möglich. Anstelle des zahnradartigen Werkzeugs 1 kann auch ein zahnstangenartiges Werkzeug Verwendung finden. Die Größe des Achskreuzwinkels y hängt von der speziellen Bearbeitungsaufgabe und davon ab, ob neben der zu bearbeitenden Verzahnung eine den Achskreuzwinkel begrenzende Schulter o. dgl. vorhanden ist. Die Bearbeitung kann unter einem Längsvorschub des Werkzeugs relativ zum Werkstück beispielsweise in Richtung des Pfeiles 8 vor sich gehen. Ist das Werkzeug breit genug, so kann auf den Längsvorschub verzichtet werden. In diesem Falle ist der Wälzkörper konkav hyperboloidisch, d. h. mit in Längsrichtung hohlballigen Zahnrlanken, auszubilden, wie das z. B. vom Tauchschaben her bekannt ist. Für den Antrieb der Wälzbewegung ist normalerweise nur eines der beiden Elemente, z. B. das Werkzeug, anzutreiben, während das andere Element über die Verzahnung mitgenommen wird. Die Maschine, auf der das Werkzeug 1 und das Werkstück 2 aufgenommen sind, braucht hier nicht dargestellt und beschrieben zu werden, da sie für die Erfindung ohne Bedeutung ist.

Als weitere Ausführung eines Werkzeugs, bei dem die Erfindung anwendbar ist, zeigt F i g. 2 ein Werkzeug 11, das ähnlich einer Globoidschnecke hyperboloidisch geformt ist. Dieses Werkzeug 11 ist auf einer schematisch dargestellten Werkzeugspindel 13 auswechselbar gelagert. Die Spannmittel und der Antrieb für die Werkzeugspindel sind bekannt und daher nicht gezeichnet. Das Werkzeug steht in Eingriff mit einem gerad- oder schrägverzahnten Werkstück 12. Das Werkstück ist auf einer Werkstückspindel 14 auswechselbar eingespannt. Die Werkzeugspindel 13 ist gegenüber der Werkstückspindel 4 mit einem Achskreuzwinkel y' geneigt, der einerseits nicht zu klein gewählt werden soll, um eine ausreichende Längsgleitung zu gewährleisten, und der andererseits erheblich kleiner als 90° sein soll, damit das Werkstück in seiner ganzen Breite (von Stirnseite 16 bis Stirnseite 17) im Tauchverfahren bearbeitet werden kann. Die wirksame Breite des Werkzeugs ist mit den gestrichelten Linien 19, 20 angedeutet. Selbstverständ-Hch kann mit einem solchen Werkzeug statt des geradverzahnten Werkstücks 12 auch ein schrägverzahntes Werkstück bearbeitet werden.

Fig.3 zeigt schematisch einen Schnitt durch einen Zahn des Werkzeugs 1,11. Der Zahn besteht aus einem metallischen Grundkörper 5, aiuf den eine Beschichtung 6 aus CBN-Körnern 7 und einem Bindemittel 9, z. B. Kunstharz, Bronze od. dgl. aufgebracht ist. Dabei können die CBN-Körner 7 in einer Schicht oder mehrschichtig angeordnet sein, wie das vergrößert in den F i g. 4 und 5 angedeutet ist.

Diese so entstandene unregelmäßige Oberfläche 31 bildet keine geometrisch exakte Flankenform und wird deshalb mit einer Diamantschleifscheibe oder mit einer Diamantpaste überschliffen bzw. geläppt, um die geometrisch genaue Flankenform 32 zu erhalten. Dabei entsteht, wie F i g. 6 zeigt, eine Art »Tafelgebirge«. Die im Bereich der Flankenfläche liegenden Kanten 33 der jetzt abgeflachten, aus dem Bindemittel 9 vorstehenden CBN-Körner 7 bilden die beim Feinbearbeiten des Werkstücks 2,12 wirksamen Schneidkanten.

Bei Anwendung entsprechender Parameter beim Schleifen, z. B. der Korngröße der Schleifscheibe und/ oder der Vorschubgeschwindigkeit, kann man sich eine bei hoher mechanischer Belastung an Körnern mikrokristallinen Bornitrids zu beobachtende Eigenart zu Nutzen machen: Aufgrund seiner Struktur neigt es nur zu Mikroausbrüchen, so daß hier mehrere neue Kanten 35 an jedem Korn entstehen, die zumindest zum Teil in der gewünschten Flanke 32 liegen (F i g. 7).

Wenngleich die mit CBN beschichteten Werkzeuge zum Feinbearbeiten von Zahnrädern durchaus zufriedenstellende Standzeiten aufweisen, so ist doch in gewissen Abständen ein »Nachschärfen« notwendig, d. h. es muß Trägermaterial bzw. Bindemittel zwischen den CBN-Körnern abgetragen werden. Dabei läßt man, wie in Fig.8 schematisch dargestellt, das Werkzeug 1, 11 mit einem Gegenrad 36 abrollen, wobei gleichzeitig Edelkorund oder ein ähnliches Schleifmittel mittels einer Trägerflüssigkeit in den Zahneingriff eingeführt wird (Pfeil 37). Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, das Schärfen unter demselben Achskreuzwinkel y, γ' auszuführen, der dem bei der Bearbeitung des Werkstücks 2, 12 entspricht.

In den F i g. 6 und 7 ist jeweils nur eine Schicht CBN-Körner 7 dargestellt. Der mit dem dabei beschriebenen Schleifen bzw. Läppen erzielbare Effekt ist natürlich auch bei mehrschichtig angeordneten CBN-Körnern gemäß F i g. 5 erreichbar.

Zur besseren Verankerung der CBN-Beschichtung kann die Zahnflanke des metallischen Grundkörpers eine oder mehrere Nuten 38 oder ähnliche vom Zahnkopf zum Zahnfuß verlaufende Vertiefungen aufweisen. Dabei sind, wie in F i g. 9 angedeutet, auch die Nut oder die Vertiefungen beschichtet, aber die Beschichtung wird hier nicht überschliffen. Mit der Anordnung der Nuten oder Vertiefungen sind auch eine Verbesserung der Schneidfähigkeit an den Übergängen von den Nuten zu den Flankenabschnitten sowie eine gute Dränage des Kühlmittels beim Feinbearbeiten des Werkstücks 2, 12 verbunden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines zahnrad-, Zahnstangen- oder schneckenförmigen Werkzeugs zum Feinbearbeiten der Zahnflanken von insbesondere gehärteten Zahnrädern, bei dem auf den Zahnflanken eines verzahnten Grundkörpers aus Metall zunächst eine Beschichtung aus kubischem Bornitrid (CBN) aufgebracht wird, wobei die CBN-Körner in einer oder in mehreren Schichten vorhanden sein können, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend die CBN-Körner der einzigen bzw. der obersten Schicht durch Schleifen oder Läppen abgeflacht werden, wobei zugleich die genaue geometrische Form der Zahnflanken erzeugt wird.

2. Verfahren zum Herstellen eines zahnrad-, Zahnstangen- oder schneckenförmigen Werkzeugs zum Feinbearbeiten der Zahnflanken von insbesondere gehärteten Zahnrädern, bei dem auf den Zahnflanken eines verzahnten Grundkörpers aus Metall zunächst eine Beschichtung aus kubischem Bornitrid (CBN) aufgebracht wird, wobei die CBN-Körner in einer oder in mehreren Schichten vorhanden sein können, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beschichtung eine mikrokristalline CBN-Sorte verwendet wird und daß anschließend durch Schleifen an den CBN-Körnerri Mikroausbrüche erzeugt werden, wobei zugleich die genaue geometrische Form der Zahnflanken erzeugt wird.