DE4119356A1 - Waelzfraeser und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wälzfräser mit einem eine Mittelachse aufweisenden Grundkörper und mit mehreren Zähnen, die sich im wesentlichen in axialer Richtung er­ strecken und zu mehreren in Umfangsrichtung im Abstand angeordneten Reihen von Zähnen geordnet sind, wobei die Zähne in jeder Reihe in axialer Richtung einen Abstand voneinander aufweisen, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Wälzfräsers aus einem Rohling.

Speziell befaßt sich die Erfindung mit einem Wälzfräser zum Herstellen eines Zahnrads aus einem Zahnradrohling.

Wälzfräser sind seit vielen Jahren bekannt und besitzen im Prinzip ein Gewinde bzw. einen Gewindesteg in Form einer Reihe von Zähnen, die wendelförmig rund um einen Grundkör­ per und in Längsrichtung desselben derart angeordnet sind, daß die einzelnen Zähne in axialer Richtung einen Abstand voneinander aufweisen, und winkelmäßig gegeneinander ver­ setzt sind. Speziell sind die Zähne zu mehreren im wesent­ lichen axial verlaufenden und in Umfangsrichtung im Ab­ stand voneinander angeordneten Reihen von Zähnen geordnet, wobei die Zähne in jeder Reihe in axialer Richtung einen Abstand voneinander aufweisen.

Jeder einzelne Zahn besitzt eine vordere Schneidfläche, zwei seitliche Flanken, eine äußere Spitze und eine Wur­ zel. Eine Schneidkante wird längs des Übergangs der Schneidfläche in die Flanken und die Spitze definiert. Die Flanke und die Spitze sind in geeigneter Weise hinter­ schnitten bzw. abgeschrägt, um für die Schneidkante einen Freiwinkel zu schaffen. Dabei sind hohe Freiwinkel wün­ schenswert, um während des Schneid- bzw. Fräsvorgangs einen übermäßigen Verschleiß zu vermeiden.

Die derzeit handelsüblichen Wälzfräser können an der Schneidfläche nachgeschliffen werden, wenn die Schneid­ kante stumpf geworden ist. Die Zähne werden daher ur­ sprünglich so ausgebildet, daß jeder Zahn die korrekte Formfräsform beibehält, wenn der Wälzfräser später nachge­ schärft wird.

Bei der Herstellung eines konventionellen Wälzfräsers werden die Zähne geschliffen und dann nachbearbeitet (so­ genannte back-off-Bearbeitung), um den erforderlichen Freiwinkel zu erzeugen. Anschließend wird der Wälzfräser dann gehärtet und im Zuge einer Endbearbeitung feinge­ schliffen. Während des Schleifvorganges zur Endbearbeitung wird der Wälzfräser relativ zu einer rotierenden Schleif­ scheibe zu einer Drehbewegung angetrieben, wobei die Schleifscheibe in der Weise gegen den Wälzfräser vorge­ schoben wird, daß die Flanken und die Wurzeln der Zähne gemäß archimedischen Spiralen geformt werden. Bei diesem Schleifvorgang wird jeder Zahn in der Weise ausgebildet, daß später ein Schärfen bzw. Nachschleifen ermöglicht wird, bei dem die ursprünglichen Freiwinkel erhalten bleiben.

Beim Schleifen eines konventionellen Wälzfräsers muß ein Kompromiß zwischen dem Freiwinkel, der nutzbaren Werkzeug­ länge und dem Schleifscheibendurchmesser gefunden werden. Dabei ist, wie oben erwähnt, zu beachten, daß große Frei­ winkel wünschenswert sind, um bei hoher Leistung ein ver­ schleißarmes Fräsen zu ermöglichen. Bei einem konventio­ nellen Wälzfräser ist es daher wichtig, daß die Zähne eine große nutzbare Länge haben, so daß sie viele Male nachge­ schärft werden können. Außerdem ist es wünschenswert, eine Schleifscheibe großen Durchmessers zu verwenden, um die Abnutzung der Schleifscheibe zu reduzieren und die Häufig­ keit zu minimieren, mit der die Schleifscheibe nachgerich­ tet werden muß. Andererseits ist der Schleifscheiben- Durchmesser jedoch aufgrund der Tatsache beschränkt, daß die Schleifscheibe nicht mit dem nächsten Zahn kollidieren darf, der in Umfangsrichtung auf den gerade zu bearbeiten­ den Zahn folgt. Wenn der Schleifscheiben-Durchmesser und der Freiwinkel erhöht werden, muß folglich die nutzbare Zahnlänge verringert werden. Folglich muß beim Entwurf des Wälzfräsers ein Kompromiß zwischen diesen Faktoren gefun­ den werden.

Das Nachschärfen eines Zahnrad-Schneidwerkzeugs ist zeit­ raubend und muß mit hoher Präzision durchgeführt werden. Zum Vermeiden der Notwendigkeit für ein Nachschärfen wurde bereits ein Einweg-Zahnrad-Schneidwerkzeug entwickelt. Ein derartiges Werkzeug ist in der US-PS 45 76 527 beschrieben und umfaßt ein dünnes Schneidplättchen, welches einen Be­ standteil einer Zahnrad-Schneidvorrichtung bildet. In vie­ len Fällen ist es wirtschaftlicher, das verschlissene Schneidplättchen einfach wegzuwerfen bzw. durch ein neues Schneidplättchen zu ersetzen, als ein konventionelles Formfräswerkzeug nachzuschärfen.

Im Hinblick auf die vorstehend erläuterte Entwicklung wurde überlegt, ob es möglich wäre, einen Wälzfräser als Einweg-Wälzfräser auszubilden und damit den hohen Arbeits- und Kostenaufwand für ein Nachschärfen eines konventionel­ len Wälzfräsers zu vermeiden. Dabei wurde die Erkenntnis gewonnen, daß es in diesem Fall erforderlich wäre, den Wälzfräser sehr wirtschaftlich herzustellen, um die Kosten für ein Auswechseln des kompletten Wälzfräsers vergleichs­ weise gering zu halten. Außerdem wurde überlegt, daß ein Einweg-Wälzfräser mit hoher Produktionsgeschwindigkeit hergestellt werden müßte, um die Fertigungskosten niedrig zu halten. Insgesamt wurde also festgestellt, daß ein Einweg-Wälzfräser so kostengünstig hergestellt werden muß, daß sich ein Kostenvorteil gegenüber den Herstellungs- und den Nachschärfkosten bei einem konventionellen Wälzfräser ergibt.

Ausgehend vom Stand der Technik und der vorstehend gezeig­ ten Problematik liegt der Erfindung also die Aufgabe zu­ grunde, einen Einweg-Wälzfräser zu entwickeln, der wirt­ schaftlich hergestellt werden kann und insbesondere mit einer so hohen Produktionsgeschwindigkeit gefertigt werden kann, daß die Gesamtkosten für Kauf und Einsatz des Einweg-Wälzfräsers geringer sind als die Kosten für einen konventionellen nachschärfbaren Wälzfräser.

Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein vorteilhaftes Verfahren für Fertigung eines derartigen Einweg-Wälzfräsers anzugeben.

Die gestellte Aufgabe wird durch einen gattungsgemäßen Wälzfräser gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, daß jeder Zahn eine in Umfangsrichtung konkave und im wesent­ lichen radial ausgerichtete äußere Spitze und ein Paar von in Umfangsrichtung konkaven und im wesentlichen axial aus­ gerichteten seitlichen Flanken aufweist und daß der Boden des Zwischenraums zwischen jeweils zwei benachbarten, in axialer Richtung im Abstand voneinander angeordneten Zäh­ nen in Umfangsrichtung konkav ausgebildet ist.

Was das Verfahren zum Herstellen eines derartigen Wälzfrä­ sers anbelangt, so wird die gestellte Aufgabe gemäß der Erfindung durch das Verfahren gemäß Anspruch 6 gelöst.

Es ist ein besonderer Vorteil des Wälzfräsers gemäß der Erfindung, daß er auf relativ wirtschaftliche Weise unter Verwendung einer Schleifscheibe mit vergleichsweise großem Durchmesser mit hohem Freiwinkel der Zähne geschliffen werden kann und daß er gleichzeitig bei gegebenem Durch­ messer des Grundkörpers eine größere Anzahl von Zähnen aufweisen kann, wodurch eine hohe Produktionsge­ schwindigkeit ermöglicht wird.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß der Wälzfräser bzw. der zu bear­ beitende Fräserrohling während des Schleifens festgehalten werden kann, während die rotierende Schleifscheibe bezüg­ lich des Wälzfräsers in einer solchen Lage angeordnet wird, daß sie bezogen auf die Konstruktionskriterien des Wälzfräsers einen maximal möglichen Durchmesser haben kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Wälzfräsers und des Ver­ fahrens zu seiner Herstellung sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform eines Wälzfräsers gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine vergrößerte perspektivische Darstellung zweier in axialer Richtung benachbarter Zähne des Wälzfräsers gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Wälzfräser gemäß Fig. 1 längs der Linie 3-3 in Fig. 2;

Fig. 4 eine der Darstellung gemäß Fig. 2 entsprechende Detaildarstellung eines bekannten Wälzfräsers;

Fig. 5 eine der Darstellung gemäß Fig. 3 entsprechende Detaildarstellung eines bekannten Wälzfräsers;

Fig. 6 eine schematische perspektivische Darstellung zur Erläuterung des Zusammenwirkens von Schleif­ scheibe und Wälzfräser bei der Bearbeitung eines Wälzfräsers gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 7 einen Querschnitt längs der Linie 7-7 in Fig. 6;

Fig. 8 eine schematische perspektivische Darstellung zur Erläuterung des Zusammenwirkens von Schleif­ scheibe und Wälzfräser beim Schleifen benachbar­ ter Zähne eines Wälzfräsers gemäß der Erfindung;

Fig. 9 einen Querschnitt längs der Linie 9-9 in Fig. 8;

Fig. 10 eine Vorderansicht der Schleifscheiben-Wälz­ fräser-Anordnung gemäß Fig. 8;

Fig. 11 eine schematische Draufsicht zur Erläuterung der gegenseitigen Lage von Wälzfräser und Schleif­ scheibe bei der Herstellung eines Wälzfräsers gemäß der Erfindung;

Fig. 12 eine der Darstellung gemäß Fig. 11 entsprechende Seitenansicht und

Fig. 13 eine der Darstellung gemäß Fig. 9 entsprechende vergrößerte Darstellung, in der die gegenseitige Lage von Schleifscheibe und Wälzfräser bei der Herstellung eines Wälzfräsers gemäß der Erfin­ dung für den Fall dargestellt ist, daß die Schleifscheibe mit voller Tiefe gegen den Wälz­ fräser vorgefahren ist.

Im einzelnen ist in Fig. 1 zum Zwecke der Erläuterung als Ausführungsform der Erfindung ein Wälzfräser 20 gezeigt, der zur Erzeugung von Zahnradzähnen an einem Werkstückroh­ ling (nicht gezeigt) bestimmt ist. Der Wälzfräser 20 be­ sitzt einen im wesentlichen zylindrischen Grundkörper 21 mit einer Mittelachse 22 und mit einem Schaft 23 verrin­ gerten Durchmessers an jedem Ende zur Montage des Wälzfrä­ sers in einer Wälzfräsmaschine (nicht gezeigt).

Der Wälzfräser 20 ist insofern konventionell ausgebildet, als der Grundkörper 21 mit einem "Gewinde" versehen ist, welches mit einem vorgegebenen Steigungswinkel A (Fig. 12) wendelförmig längs des Grundkörpers und um diesen herum verläuft. Mehrere sich in axialer Richtung erstreckende und in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordnete Spanlücken 24 (Fig. 1) sind in den Grundkörper einge­ schliffen und teilen jeden Gang des Gewindes in eine An­ zahl von im wesentlichen in Umfangsrichtung einen Abstand voneinander aufweisenden Zähnen 25. Aufgrund des Stei­ gungswinkels A des Gewindes sind die Zähne 25 jeder Reihe in einer im wesentlichen axialen Richtung gegenüber den Zähnen 25 jeder benachbarten Reihe versetzt. Anders gesagt umfaßt der Wälzfräser 20 also mehrere in axialer Richtung verlaufende und in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordnete Reihen von Zähnen 25, wobei die Zähne 25 jeder Reihe in axialer Richtung einen Abstand voneinander haben.

Wie in Fig. 2 und 3 gezeigt, besitzt jeder Zahn 25 eine vordere Schneidfläche 26, eine äußere Spitze 27, zwei seitliche Flanken 28 und eine Zahnwurzel 29. Am Übergang von der Schneidfläche 26 in die äußere Spitze 27 und die seitlichen Flanken 28 ist eine Schneidkante 30 definiert.

Der betrachtete Wälzfräser 20 kann, soweit er bis hierher beschrieben wurde, in derselben Weise ausgebildet werden, wie ein konventioneller Wälzfräser. Dies bedeutet, daß in dem Grundkörper 21 zunächst ein Gewinde geschnitten werden kann und daß anschließend die Spanlücken eingeschliffen werden können. Als Alternative besteht die Möglichkeit, zunächst die Spanlücken herzustellen und dann das Gewinde zu schneiden. Bei der Herstellung eines konventionellen Wälzfräsers schließt sich an das Schneiden des Gewindes und die Herstellung der Spanlücken die Bearbeitung zum Er­ zeugen der erforderlichen Freiwinkel an, wobei diese Bear­ beitung mit Hilfe einer konventionellen Maschine durchge­ führt wird, welche am Profil der Zähne den gewünschten Freiwinkel herstellt. Ein konventioneller Wälzfräser wird dann gehärtet und im Zuge seiner Endbearbeitung geschlif­ fen.

In Fig. 4 sind zwei axial benachbarte Zähne 25′ eines kon­ ventionellen Wälzfräsers 20′ gezeigt. Die äußere Spitze 27′, die seitlichen Flanken 28′ und der Zahnfuß 29′ jedes Zahns 25′ des konventionellen Wälzfräsers 20′ sind sämt­ lich in Umfangsrichtung konvex, wobei jede Oberfläche gemäß einer archimedischen Spirale ausgebildet ist. Im Hinblick auf die konvexe Form und infolge der Ausbildung der Oberflächen gemäß archimedischen Spiralen wird das gleiche Zahnprofil aufrechterhalten, wenn die Schneid­ kante 30′ erneuert und durch Nachschleifen der Schneid­ fläche 26′ geschärft wird. Die Zähne 25′ des konventionel­ len Wälzfräsers 20′ können also mehrmals geschärft werden, wenn es erforderlich ist, die Schneidkanten 30′ zu er­ neuern.

In Fig. 6 und 7 ist schematisch dargestellt, wie bei einem konventionellen Wälzfräser 20′ die Schleif-Endbearbeitung mit Hilfe einer Schleifscheibe 35 erfolgt. Die Schleif­ scheibe 35′ ist im wesentlichen rund und besitzt einen ge­ formten Scheibenumfang, der teilweise durch zwei im axia­ len Abstand voneinander angeordnete zylindrische Schultern 36′ gebildet wird, während sich zwischen den Schultern eine kreisrunde Scheibe 37′ befindet.

Bei der Durchführung des Schleifvorganges an einem konven­ tionellen Wälzfräser 20′ werden der Wälzfräser 20′ und die Schleifscheibe 35′ gleichzeitig zu einer Drehbewegung an­ getrieben, wobei bei umlaufenden Teilen ein radialer Vor­ schub der Schleifscheibe 35′ gegen den Wälzfräser 20′ er­ folgt, und zwar derart, daß die Spitze 27′, die seitlichen Flanken 28′ und die Zahnwurzel 29′ jedes Zahns 25′ so pro­ filiert werden, daß sie auf archimedischen Spiralen lie­ gen. Die Schleifscheibe wird in einer schnellen Bewegung radial nach außen zurückgezogen, nachdem das Schleifen jedes einzelnen Zahnzwischenraums abgeschlossen ist. Ein derartiger Schleifvorgang wird als dynamischer oder Voll­ form-Schleifvorgang bezeichnet, und zwar insofern, als während des Schleifens sowohl der Wälzfräser als auch die Schleifscheibe zu einer Drehbewegung angetrieben werden.

Bei der Ausbildung eines konventionellen Wälzfräsers 20′ spielen mehrere Faktoren eine Rolle. So ist es wünschens­ wert, daß jeder Zahn 25′ eine große nutzbare Länge L′ (Fig. 7) besitzt, so daß der Zahn häufig nachgeschärft werden kann. Ein großer Freiwinkel Y′ an der Zahnspitze 27′ ist erwünscht, um eine hohe Leistung und ein Frei­ schneiden zu fördern. Es ist ferner erwünscht, daß man in der Lage ist, rund um einen Grundkörper 21′ mit ver­ gleichsweise kleinem Durchmesser eine große Anzahl von in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordneten Zähnen 25′ auszubilden, um eine hohe Produktionsgeschwindigkeit zu erreichen, um die Materialmenge für die Herstellung des Wälzfräsers zu verringern und um die erforderliche Involu­ tengenauigkeit an dem fertigen Zahnrad zu erreichen, wel­ ches unter Verwendung des Wälzfräsers hergestellt wird. Ein weiterer wichtiger Faktor besteht in der Notwendig­ keit, eine Schleifscheibe 35′ großen Durchmessers zu ver­ wenden, um den Verschleiß an der Schleifscheibe und damit die Häufigkeit zu reduzieren, mit der die Schleifscheibe gerichtet bzw. nachgeschnitten werden muß. Bei der Ausge­ staltung eines konventionellen Wälzfräsers muß zwischen diesen verschiedenen Faktoren ein Kompromiß gefunden wer­ den, da man berücksichtigen muß, daß die Zähne nachge­ schliffen werden müssen und daß auch mit den nachge­ schliffenen Zähnen dasselbe Werkstückprofil erreicht wer­ den muß. Wenn man sich dann einmal für eine bestimmte Form des Wälzfräsers 20′ entschieden hat, dann muß außerdem die Schleifscheibe 35′ einen ausreichend kleinen Durchmesser haben, um zwischen dem Wälzfräser 20′ und der Schleif­ scheibe 35′ an einem Punkt P′ (Fig. 7) am vorderen Ende der Zahnwurzel 29′ des Zahns 25′, welcher unmittelbar auf den gerade zu schleifenden Zahn folgt, ein Zusammenstoßen von Wälzfräser 20′ und Schleifscheibe 35′ zu vermeiden.

Gemäß der Erfindung wird nunmehr ein neuartiger Wälzfräser 20 geschaffen, welcher so wirtschaftlich hergestellt werden kann, welcher so hohe Produktionsgeschwindigkeiten ermöglicht und welcher eine solche Standzeit besitzt, daß es bezüglich der Kosten wirtschaftlicher ist, einen ver­ schlissenen Wälzfräser einfach wegzuwerfen, als Zeit und Kosten für das Nachschärfen aufzuwenden. Dieser Fort­ schritt wird hauptsächlich dadurch erreicht, daß der Wälzfräser 20 gemäß folgenden Merkmalen ausgebildet wird:

• 1. An einem Grundkörper 21 mit vergleichsweise kleinem Durchmesser wird eine relativ große Anzahl von in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordneten Zähnen 25 ausgebildet;
• 2. für das Fräsen mit hoher Leistung stehen große Frei­ winkel zur Verfügung;
• 3. für die anfängliche Profilerzeugung der Zähne 25 kann eine Schleifscheibe 35 mit relativ großem Durchmesser verwendet werden, ohne daß gemäß dem bisher üblichen Verfahren die Notwendigkeit bestünde, eine Nachbear­ beitung (back-off-Bearbeitung) durchzuführen und
• 4. die Zähne werden dauerhaft bzw. verschleißfest aus­ gebildet.

In Fig. 8 bis 12 ist eine Schleifscheibe 35 zum Schleifen eines Wälzfräsers 20 gemäß der Erfindung gezeigt. Diese Schleifscheibe 35 ist im wesentlichen rund und besitzt einen geformten Rand mit zwei in axialem Abstand voneinan­ der vorgesehen kreisrunden Schultern 36. Jede Schulter 36 ist in Umfangsrichtung konvex, jedoch in axialer Richtung im wesentlichen gerade. Zwischen den Schultern 36 befindet sich eine ringförmige Rippe 37, die einen im wesentlichen trapezförmigen, axialen Querschnitt besitzt (vergl. Fig. 8 und 10). Die Rippe 37 besitzt zwei einander gegenüberlie­ gende Schrägflächen 38, welche kegelstumpfförmig ausgebil­ det sind, wobei jede der Flächen 38 in Umfangsrichtung konvex, jedoch in radialer Richtung im wesentlichen gerade ist. Der äußerste Umfang 39 der Rippe 37 ist in Umfangs­ richtung konvex und kann in axialer Richtung entweder konvex oder gerade sein.

Beim Arbeiten mit der Schleifscheibe 35 zum Profilieren der Zähne 25 des Wälzfräsers 20 sitzt die Schleifscheibe 35 auf einer motorisch angetriebenen Spindel 40 (Fig. 11 und 12), um sich um eine Achse 41 zu drehen, die mit der Achse der Scheibe zusammenfällt. Die Spindel 40 ist dabei bezüglich des Wälzfräsers 20 derart angeordnet, daß die Achse 41 der Spindel bzw. der Scheibe und die Achse 22 des Wälzfräsers 20 in parallelen Ebenen liegen (Fig. 11). Die Achse 41 der Schleifscheibe 35 ist jedoch bezüglich der Achse 22 des Wälzfräsers 20 unter einem spitzen Winkel B (Fig. 2) geneigt, welcher gleich dem Steigungswinkel A des an dem Wälzfräser herzustellenden Gewindes bei dem ge­ gebenen Gewindedurchmesser ist, so daß die Schleifscheibe 35 also insgesamt so angeordnet ist, wie dies dem Stei­ gungswinkel des herzustellenden Gewindes entspricht.

Wenn der Wälzfräser 20 und die Schleifscheibe 35 die vor­ stehend erläuterte gegenseitige Lage einnehmen, wird die Schleifscheibe 35 bei der Bearbeitung gegen den Wälzfräser 20 verfahren (oder umgekehrt), während sich die Schleif­ scheibe 35 bei drehfest gehaltertem Wälzfräser dreht. Das Zustellen der Schleifscheibe hat zur Folge, daß der äußerste Umfang 39 der Rippe 37 den Boden der Zahnwurzel 29 zwischen benachbarten Zähnen 25 schleift, während die seitlichen Flächen 38 der Rippe 37 die angrenzenden seit­ lichen Flanken 28 der betreffenden Zähne schleifen. Außer­ dem schleift eine der Schultern 36 gerade etwas mehr als eine Hälfte der axialen Länge der Zahnspitze 27 eines Zahns, während die andere Schulter 36 gerade etwas mehr als die eine Hälfte der axialen Länge der Zahnspitze 27 des in axialer Richtung benachbarten Zahns 25 schleift. Aufgrund dieses Schleifvorganges erhält die Zahnwurzel 29 eine Profilform, welche in Umfangsrichtung konkav ist und welche gleichzeitig in axialer Richtung entweder gerade oder konkav ist, während jede seitliche Zahnflanke 28 ein Profil erhält, dessen Form in Umfangsrichtung konkav ist und das in radialer Richtung gerade ist. Anschließend be­ arbeitet die Schleifscheibe 25 den nächsten Zahnzwischen­ raum, wobei die eine Schulter 36 die restliche Hälfte der Spitze 27 des ersten Zahns schleift. Wenn die Zahnspitze 27 vollständig geschliffen ist, ist sie in Umfangsrichtung konkav und in axialer Richtung gerade. Aufgrund der konka­ ven Form wird ein oberer Freiwinkel D (Fig. 13) längs der Zahnspitze 27 erhalten, wobei der Freiwinkel D durch den Winkel zwischen zwei Ebenen definiert wird, nämlich zwi­ schen einer ersten Ebene, die tangential an einem Punkt 45 der Schneidkante 30 an der Zahnspitze 27 anliegt und einer zweiten Ebene, die an dem Punkt 45 tangential an einer der Schultern 36 der Schleifscheibe 35 anliegt.

Beim Arbeiten nach den Lehren der vorliegenden Erfindung wird die Schleifscheibe 35 bezüglich des Wälzfräsers 20 in einer solchen Position angeordnet, daß für einen Wälzfrä­ ser mit vorgegebener Gestalt die Verwendung einer Schleif­ scheibe mit dem größtmöglichen Durchmesser ermöglicht wird. Speziell wird die Schleifscheibe 35 derart angeord­ net, daß sich ein Punkt 46 (Fig. 10 und 13) im axialen Zentrum der Schleifscheibe 35, wenn diese mit ihrer vollen Tiefe in den Wälzfräser 20 eingeschnitten hat, gegenüber einer Linie L-1 bezüglich der Schneidfläche 26 des Zahns 25, der gerade geschliffen wird, nach hinten versetzt ist, wobei die Linie L-1 in radialer Richtung von der Achse 22 des Wälzfräsers 20 ausgeht und durch den Punkt 45 an der Schneidkante 30 an der Zahnspitze 27 hindurchgeht, welche gerade geschliffen wird. Dies wird unter Bezugnahme auf Fig. 13 besonders deutlich, wenn man folgendes berücksich­ tigt:
D= Oberer Freiwinkel (wie oben definiert) wie er gemäß der Werkzeugausbildung ausgewählt und optimiert ist;
E= Winkel mit einem Wert von 180°/N, wobei N für die Anzahl der Spanlücken 24 bzw. die Anzahl von Reihen von Zähnen 25 an dem Wälzfräser steht;
F= Eingriffswinkel der Schleifscheibe 35 (d. h. der Winkel zwischen erstens einer Linie L-2, die radial vom axialen Zentrum 46 der Schleifscheibe ausgeht und den Raum zwischen dem Punkt 45 an dem gerade zu schleifenden Zahn 25 und einem Punkt P schneidet, der an der Spitze des unmit­ telbar folgenden Zahnes liegt, und zweitens einer Linie L-3, die radial vom axialen Zentrum 46 der Schleifscheibe zu dem Punkt 45 führt),
r= Außenradius des Wälzfräsers; und
R_m= maximaler zulässiger Radius der Schulter 36 der Schleifscheibe 35 um ein Zusammenstoßen der Schulter mit dem Punkt P an der Spitze desjeni­ gen Zahns zu vermeiden, der unmittelbar auf den Zahn folgt, der gerade geschliffen wird.

Auf der Basis der vorangehenden Definitionen und unter Bezugnahme auf Fig. 13 wird deutlich, daß folgende Gleichung gilt:

D = E + F (1)

Folglich gilt auch:

F = D - E (2)

Außerdem gilt:

r sin E = R_m sin F (3)

Somit gilt schließlich:

Wenn man also einen Wälzfräser gestaltet, welcher einen gegebenen Außendurchmesser (2r), eine gegebene Anzahl N von Reihen von Zähnen und einen gegebenen oberen Frei­ winkel D aufweist, kann man den Schleifscheiben- Eingriffswinkel F bestimmen und den maximal zulässigen Radius R_m für die Schulter 36 der Schleifscheibe 35 be­ rechnen und damit den maximalen Radius des äußeren Schleifscheibenumfangs 39.

Bezüglich eines bestimmen Ausführungsbeispiels sei ange­ nommen, daß man einen Wälzfräser mit einem Radius r von 0,787 Zoll (2 cm) herstellen möchte, der einen oberen Freiwinkel D von 18,0° hat, der 16 Spanlücken bzw. Zahn­ reihen (N) aufweist und der eine (diametrische) Steigung von 14 aufweist. Wenn diese Parameter vorgegeben sind, dann gilt:

und folglich:

F = D - E = 18,0° - 11,25° = 6,75° (6)

und schließlich:

mit dem Ergebnis, daß eine Schleifscheibe 35 mit einem Durchmesser bis zu 2,612 Zoll (6,635 cm) zum Schleifen eines Zahns verwendet werden kann, ohne daß die Schleif­ scheibe auf den unmittelbar angrenzenden Zahn auflaufen würde.

Zusammenfassend läßt sich sagen, daß dann, wenn die Schleifscheibe 35 auf die volle Tiefe eingedrungen ist, das axiale Zentrum 46 (d. h. der Mittelpunkt) der Schleif­ scheibe 35 eine solche Lage einnimmt, daß die Linie L-2 gegenüber der Linie L-1 mit dem Winkel E nach hinten ge­ neigt ist. Dies ermöglicht es, den Radius der Schulter 36 der Schleifscheibe 35 so groß zu wählen, daß er folgenden Wert hat: r sin E/sin F, um den Durchmesser der Schleif­ scheibe zu maximieren, welche zum Schleifen des Wälz­ fräsers verwendet werden kann.

Damit die Zähne 25 des Wälzfräsers 20 eine lange Standzeit bzw. einen geringen Verschleiß aufweisen, ehe sie beim Schneiden über einen längeren Zeitraum hinweg stumpf wer­ den, werden die Zähne, nachdem sie geschliffen sind, mit einer dünnen Schicht aus Titan-Nitrid beschichtet. Eine derartige Beschichtung erhöht die Standzeit der Zähne be­ trächtlich.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß er­ findungsgemäß ein neuer und verbesserter Wälzfräser 20 ge­ schaffen wird, der so ausgebildet ist, daß er weggeworfen werden kann, wenn die Zähne 25 schließlich doch stumpf werden. Der Einweg-Wälzfräser gemäß der Erfindung kann dabei durchaus mit den konventionellen nachschärfbaren Wälzfräsern konkurrieren, was auf mehrere Faktoren zurück­ zuführen ist.

Zunächst einmal ist bei dem erfindungsgemäßen Einweg-Wälz­ fräser die Zahnform hinter der Schneidfläche 26 ohne Be­ deutung, solange sie beim Fräsen nicht zu unerwünschten Kontakten führt, so daß die Zähne 25 folglich mit optima­ len Freiwinkeln für eine hohe Leistung ausgebildet und im Interesse einer effektiven Herstellung mit einer relativ großen Schleifscheibe geschliffen werden können. Im Gegen­ satz zu einem konventionellen Wälzfräser, bei dem die so­ genannten back-off-Behandlung und danach das endgültige Schleifen durchgeführt werden muß, werden also die Zahn­ profile und die erforderlichen Freiwinkel des erfindungs­ gemäßen Einweg-Wälzfräsers nach dem Härten in einem Arbeitsgang geschliffen.

Da die Zahnteile hinter der ursprünglich hergestellten Schneidfläche 26 bei dem erfindungsgemäßen Wälzfräser nicht nachgeschliffen werden, müssen ferner die Umfangsab­ messungen jedes Zahns 25 lediglich ausreichend groß sein, damit der Zahn ausreichend stark ist, um den beim Fräsen auftretenden Kräften zu widerstehen. Folglich können in Umfangsrichtung kürzere Zähne (d. h. schmalere Zähne) ver­ wendet werden, so daß es möglich ist, am Umfang eines Grundkörpers 21 mit vergleichsweise kleinem Durchmesser eine relativ große Anzahl von Reihen von Zähnen auszubil­ den. Ein Wälzfräser kleinen Durchmessers mit vielen Reihen von Zähnen kann sich mit hoher Drehzahl drehen, um eine hohe Produktionsgeschwindigkeit zu erreichen, während gleichzeitig nur eine relativ geringe Materialmenge zur Herstellung des Wälzfräsers erforderlich ist. Außerdem können erfindungsgemäße Wälzfräser so hergestellt und ge­ schliffen werden, daß sie genau gleiche Durchmesser haben, so daß für die Wälzfräsmaschine ständig die gleiche Ein­ stellung beibehalten werden kann und keine Nachstellung erforderlich ist, wie sie nach dem Nachschärfen eines konventionellen Wälzfräsers durchgeführt werden muß.

Das vorstehend beschriebene Schleifverfahren führt außer­ dem zu Freiwinkeln, die an den Spitzen 27 der Zähne 25 größer sind als an den Zahnwurzeln 29, was generell er­ wünscht ist und speziell dann, wenn Vorsprünge betroffen sind.

Wie erläutert, gestattet das Schleifen bei nicht rotieren­ dem Wälzfräser außerdem die Verwendung einer Schleif­ scheibe relativ großen Durchmessers, was nicht nur deshalb wichtig ist, weil dadurch die Häufigkeit für das Richten der Schleifscheibe verringert wird, sondern auch deshalb, weil aufgrund der Tatsache, daß das Freiwinkelprofil durch Schleifen hergestellt wird und nicht im Zuge einer Nach­ bearbeitung (back-off-Operation), ein erhöhter Verschleiß der Schleifscheibe eintritt.

Bei der vorstehenden Beschreibung wird davon ausgegangen, daß der Wälzfräser als vorgeformter Rohling mit Zähnen zur Verfügung steht, ehe das Schleifen durchgeführt wird. Es versteht sich jedoch, daß ein Wälzfräser mit in radialer Richtung kurzen Zähnen aus einem mit Spanlücken versehenen Körper hergestellt werden kann, bei dem die Zähne in den Stegen zwischen den Nuten erst im Laufe des Schleifvor­ gangs hergestellt werden, welcher vorstehend beschrieben wurde.

Claims (8)

1. Wälzfräser mit einem eine Mittelachse aufweisenden Grundkörper und mit mehreren Zähnen, die sich im wesentlichen in axialer Richtung erstrecken und zu mehreren in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordneten Reihen von Zähnen geordnet sind, wobei die Zähne in jeder Reihe in axialer Richtung einen Abstand voneinander aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zahn (25) eine in Umfangsrichtung konkave und im wesentlichen radial ausgerichtete äußere Spitze (27) und ein Paar von in Umfangsrichtung konkaven und im wesentlichen axial ausgerichteten seitlichen Flanken (28) aufweist und daß der Boden des Zwischenraums zwischen jeweils zwei benachbarten, in axialer Richtung im Abstand voneinan­ der angeordneten Zähnen (25) in Umfangsrichtung konkav ausgebildet ist.

2. Wälzfräser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede seitliche Flanke (28) jedes Zahns (25) in radialer Richtung gerade ausgebildet ist.

3. Wälzfräser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnwurzel (29) jedes Zahns (25) in axialer Richtung geradlinig verläuft.

4. Wälzfräser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnwurzel (29) jedes Zahns (25) in axialer Richtung konkav ausgebildet ist.

5. Wälzfräser nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spitze (27) jedes Zahns (25) in axialer Richtung geradlinig verläuft.

6. Verfahren zum Schleifen eines im wesentlichen zylind­ rischen Rohlings für einen Wälzfräser mit einer Mit­ telachse und mit mehreren im wesentlichen axial ver­ laufenden und in Umfangsrichtung im Abstand voneinan­ der vorgesehenen Reihen von roh geformten Zähnen, wobei die Zähne in jeder Reihe axial im Abstand von­ einander angeordnet sind und wobei jeder Zahn eine äußere vordere Schneidspitze aufweist, die auf einer ersten Linie liegt, die in radialer Richtung des Roh­ lings verläuft, zur Herstellung eines Wälzfräsers nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: eine im wesentlichen runde Schleifscheibe mit einer geformten Umfangsfläche, welche durch zwei axial im Abstand voneinander angeordnete, in Umfangsrichtung verlaufende konvexe Schultern und eine ringförmige Rippe definiert wird, die zwischen den Schultern an­ geordnet ist und gegenüber diesen in radialer Richtung vorsteht, wobei die Rippe im axialen Querschnitt eine im wesentlichen trapezförmige Gestalt besitzt, wird derart angeordnet, daß sie um eine zweite Achse dreh­ bar ist und daß die Schleifscheibe eine solche Lage einnimmt, daß eine zweite Linie, die von der Mittel­ achse des Wälzfräserrohlings ausgeht, gegenüber der ersten Linie unter einem Winkel nach hinten ausgerich­ tet ist, wobei der Rohling und die Schleifscheibe der­ art angeordnet werden, daß die Rippe in den Zwischen­ raum zwischen zwei benachbarten, in axialer Richtung einen Abstand voneinander aufweisenden Zähnen ein­ greift und daß die Schultern über Teilen der Spitzen dieser benachbarten Zähne liegen, und die Schleif­ scheibe wird zu einer Drehbewegung um die zweite Achse angetrieben, während der Rohling in einer stationären Lage gehalten wird, um mit Hilfe der Schultern eine in Umfangsrichtung konkave Form der genannten Teile der Spitzen der benachbarten Zähne zu schleifen und um mit Hilfe der Rippe an den benachbarten Flanken der be­ nachbarten Zähne und am Boden des Zwischenraums zwi­ schen den benachbarten Zähnen in Umfangsrichtung konkave Oberflächen zu schleifen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Linie gegenüber der ersten Linie um einen Winkel E nach hinten geneigt ist, welcher im wesent­ lichen den Wert 180°/N besitzt, wobei N die Anzahl der in axialer Richtung verlaufenden Reihen von Zähnen ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius jeder der Schultern so gewählt wird, daß er etwa gleich dem folgenden Wert ist: r sin E/sin F und diesen Wert nicht übersteigt, wobei r die Länge eines Radius ist, der sich von der Mittelachse des Rohlings bis zu der Schneidkante erstreckt und wobei F der Winkel zwischen der zweiten und einer dritten Linie ist, die sich von der Schneidkante zu dem vorgegebenen Punkt am axialen Zentrum der Schleifscheibe erstreckt.