Wälzfräser mit mehrfachem Anschnitt zur Herstellung von wälzbaren Profilen, insbesondere Verzahnungen Die Erfindung bezieht sich auf einen Wälzfräser mit mehrfachem Anschnitt zur Herstellung von wälz- baren Profilen, insbesondere Verzahnungen.
Bei den bisher bekannten Fräsern zur Herstellung von Zahnrädern mittels des Wälzverfahrens liegen bei eingängigen Fräsern die aufeinanderfolgenden Fräser zähne in gleichem Abstand voneinander auf dem selben Schneckengang, bei mehrgängigen Fräsern sind die Fräserzähne auf mehrere Schneckengänge verteilt, wobei die aufeinanderfolgenden Fräserzähne eines Schneckenganges den gleichen Abstand vonein ander haben. Hierbei erhalten nur die ersten Zähne jedes Schneckenganges einen Anschnitt, so' dass bei einem mehrgängigen Fräser auch mehrere Anschnitte vorhanden sein können, während ein eingängiger Fräser nur einen Anschnitt hat.
Diese anschneidenden Zähne erhalten einen grö sseren Spanquerschnitt als die auf demselben Schnek- kengang folgenden Zähne.
Um die Schneidleistung des Fräsers zu erhöhen, ist es vorteilhaft, allen Fräserzähnen eine möglichst grosse Spanstärke zu geben, denn es hat sich gezeigt, dass beim Fräsen die spezifische Schnittkraft mit sinkendem Spanquerschnitt in stärkerem Masse steigt, als es bei andern Zerspanungsarten, z. B. beim Drehen, der Fall ist. Eine grössere spezifische Schnittkraft bedeutet aber auch eine stärkere spezifische Bean spruchung der Fräserschneidkanten. Diese wird durch die Wahl grösserer Spanquerschnitte, d. h. in erster Linie dickerer Späne, bezogen auf das gesamte zer- spante Volumen, vermindert.
Die Forderung nach Vergrösserung des Spanquer schnittes soll an allen den Teilen des Fräsers erfüllt werden, die die Zahnlücken des Werkstückes schrup- pen, die also die wesentliche Zerspanungsarbeit leisten. Die Fräserzähne sind nicht wie bisher üblich in un- unterbrochener Reihenfolge auf dem Schneckengang angeordnet.
Der Wälzfräser nach der Erfindung kenn zeichnet sich dadurch, dass die auf einem Schnecken gang nufeinanderfolgenden Fräserzähne zu Gruppen zusammengefasst sind, innerhalb deren jeder Zahn von dem vorangehenden Zahn annähernd den gleichen Abstand hat, während der erste Zahn einer Gruppe von dem letzten Zahn der vorhergehenden Gruppe einen Abstand entsprechend dem Ein- bis Fünffachen des Zahnabstandes in der vorhergehenden Gruppe und eine gegenüber dem letzten Zahn dieser Gruppe verminderte Zahnhöhe hat. Innerhalb jeder Gruppe nimmt die Zahnhöhe von Zahn zu Zahn zu. Auf diese Weise erhält der Fräser einen mehrfachen Anschnitt und die Zähne einen günstigen Spanquerschnitt.
Hätte der erste Zahn einer Gruppe die gleiche Höhe wie der letzte Zahn der vorhergehenden Gruppe, so müsste er das ganze Material zerspanen, das auf Grund der Zwischenzähne zwischen den Gruppen am Werkstück stehenbleibt. Dies würde aber eine Über= lastung sowie ein frühzeitiges Stumpfwerden des ersten Zahnes einer Gruppe bedeuten und ein Nachschleifen des ganzen Fräsers erforderlich machen. Die Zahnhöhe des ersten Zahnes einer Gruppe wird daher geringer gehalten als die Zahnhöhe des letzten Zahnes der vor hergehenden Gruppe. Da es nicht erforderlich ist, dass jede Gruppe die gleiche Anzahl Fräserzähne besitzt, kann die Höhenzunahme der Zähne in den einzelnen Gruppen verschieden sein.
Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Wälzfräsers gemäss der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt: Fig. 1 eine Seitenansicht eines ersten Beispiels, das aus einem einteiligen Fräserkörper besteht, Fig. 2 die Anordnung der Fräserzähne der Gruppe I des Fräsers der Fig. 1, Fig. 3 die Anordnung der Fräserzähne der Gruppe II des Fräsers der Fig. 1 dieses Beispiels, Fig.
4 eine allgemeine Darstellung des Fräsvor- ganges in axialer Richtung des Werkstückes gesehen, die sich nicht speziell auf den Fräser gemäss der Erfin dung bezieht, Fig. 5 einen zweigängigen, dreiteiligen Fräser nach einem zweiten Beispiel, wobei die Fräsergänge in die Zeichenebene abgewickelt sind, Fig. 6 eine Darstellung des Fräsvorganges in Rich tung der geschnittenen Zahnlücke gesehen, Fig. 7 die Vorderansicht eines links- und eines rechtsschneidenden Schruppzahnes, Fig. 8 einen Teilschnitt durch einen dreiteiligen Fräser und seine Anordnung auf der Fräserspindel, Fig. 9 einen Teilschnitt nach der Linie A-B der Fig. B.
In Fig. 1 sind die mit 1 bis 5 bezeichneten auf einem Schneckengang aufeinanderfolgenden Fräser zähne des Wälzfräsers F zur Gruppe I zusammen gefasst. Die Zähne 6 bis 9 bilden die Gruppe II, wäh rend die Gruppe III die Zähne 10 bis 20 umfasst.
In Fig. 2 ist die Anordnung der Zähne der Gruppe I dargestellt. Es ist zu erkennen, dass die fünf Zähne dieser Gruppe nicht auf den gesamten Umfang des Fräsers verteilt sind. Die Abstände der Zähne dieser Gruppe voneinander sind unter sich gleich. Der Ab stand zwischen dem letzten Zahn der Gruppe I, also Zahn Nr. 5, und dem ersten Zahn der Gruppe II, also Zahn Nr. 6, entspricht dem Mehrfachen des Zahnabstandes der ersten Gruppe. Dieser durch den Kreisbogen D (Fig. 2) dargestellte Abstand soll gleich dem Ein- bis Fünffachen des Zahnabstandes der ersten Gruppe sein. Die Zahnhöhe in den einzelnen Gruppen nimmt von Zahn zu Zahn zu. So ist die Höhenzu nahme zwischen Zahn Nr. 4 und Zahn Nr. 5 (Fig. 2) mit A h bezeichnet.
Der erste Zahn einer jeden Gruppe hat gegenüber dem letzten Zahn der vorangehenden Gruppe eine verminderte Zahnhöhe. So entspricht z. B. die Höhe des ersten Zahnes der Gruppe II (Nr. 6) etwa der Höhe des Zahnes Nr. 3 der Gruppe I (Fig. 2).
Von diesem gegenüber dem letzten Zahn 5 in der Gruppe I verminderten Wert aus steigt die Zahnhöhe bei den folgenden Zähnen der Gruppe II wieder an. Die Gruppe II und die Gruppe 111, deren erster Zahn 10 wieder niedriger ist als der letzte Zahn 9 der Gruppe II, beginnen daher je mit einem neuen An schnitt, der durch die Höhenzunahme der Fräserzähne in der Gruppe ausgehend von einer gegenüber dem letzten Zahn der vorausgehenden Gruppe verminder ten Anfangszahnhöhe beim ersten Zahn gekennzeich net ist, ebenso wie z.B. das Anschnittende eines Schneckenrad- oder Schrägzahnradfräsers durch eine verringerte erst allmählich auf den vollen Wert an steigende Zahnhöhe ausgezeichnet ist. Der ganze Fräser ist daher durch das Vorhandensein mehrerer derartiger Anschnitte gekennzeichnet.
In Fig. 3 ist die Anordnung der Zähne der Gruppe II dargestellt. Die Abstände der Zähne dieser Gruppe sind ebenfalls unter sich gleich, brauchen aber nicht gleich denen der ersten Gruppe zu sein. Mit y ist in dieser Figur der radiale Spanwinkel bezeichnet, der in erster Linie an der Kopfschneidkante wirksam ist. Ein axialer Spanwinkel, der an den Flankenschnitt kanten wirksam ist, ist in Fig. 5, die ein zweites Aus führungsbeispiel darstellt, zu erkennen und dort mit s bezeichnet. Auch in der die Zähne 10 bis 20 um fassenden Gruppe III haben die Zähne unter sich gleichen Abstand und vom Zahn 10 bis zum Zahn 20 zunehmende Zahnhöhe. Ferner ist der Abstand des Zahnes 9 vom Zahn 10 gleich dem Ein- bis Fünffachen des Abstandes der Zähne in der Gruppe II. Sämtliche Zähne befinden sich auf einem Schneckengang.
Zur Ermittlung der Zahnabmessungen und der Zähnezahl in den einzelnen Gruppen sowie der Höhen zunahme von Zahn zu Zahn ist von der Betrachtung der Belastung der Fräserzähne beim Anschneiden einerseits und der Belastung beim weiteren Schneid vorgang anderseits auszugehen.
Beim Anschneiden sind die bei jedem Umgang einer Gruppe abzutrennenden Spanflächen gleich mässig auf die Zähne dieser Gruppe zu verteilen. Hier nach bestimmt sich einerseits die Zahl der Zähne und die Höhenzunahme von Zahn zu Zahn in den einzelnen Gruppen.
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung der Span flächenverhältnisse im allgemeinen, die sich nicht speziell auf den erfindungsgemässen Fräser bezieht. C ist der Wälzpunkt für den Eingriff des durch das Zahnstangenprofil dargestellten Fräsers mit dem Rad. Die von den Zähnen je eines Fräserganges am Rad körper abzunehmenden Spanquerschnitte sind mit f1 bis f4 bezeichnet. Die Linien J'K' und JK stellen die Eingriffslinien des Fräsers F mit dem Werkstück, dem Zahnrad R, die Linie CW die Wälzlinie und die Linie K'A den Kopfkreis des Werkstückes R dar. Mit A ist der Durchdringungspunkt gekennzeichnet, das ist der äusserste Punkt am Radumfang, an welchem ein Fräser mit voller Zahnhöhe, der auf volle Zahntiefe eingestellt ist, das Rad anschneiden würde.
Der Anteil am Span querschnitt, der durch die Kopfkante der Fräserzähne erzeugt wird, ist kreuzschraffiert dargestellt, derjenige der Flanken einfach schraffiert. Durch die allmähliche Höhenzunahme der Fräserzähne des erfindungsge mässen Fräsers wird nur die Arbeit der Kopfkanten berücksichtigt, d. h. der gesamte auf die Kopfkanten entfallende Spanquerschnitt gleichmässig auf diese auf geteilt. Wie aber insbesondere die Fläche f3 zeigt, kann auch der Arbeitsanteil der Flanken beträchtlich sein. Es ist daher zweckmässig, den ersten Zähnen der letzten Gruppe einen seitlichen Anschnitt zu geben und diese Zähne von Zahn zu Zahn breiter werden zu lassen.
Die Fig. 5, die einen zweigängigen, dreigeteilten Fräser zum Vorschruppen, Nachschrup- pen und Fertigschlichten darstellt, lässt diese Ver breiterung von g' auf g bei den Zähnen Nr. 13 bis 18 deutlich erkennen.
Die Zähne sind fernerhin so ausgebildet, dass sie seitlich wechselseitig schneiden, d. h. ein Zahn schnei det mit der linken Flanke, der folgende mit der rechten Flanke. Hierbei findet der Spanwinkel An wendung, der unter Berücksichtigung der Werkstoffe des Werkstückes und des Werkzeuges am günstigsten ist. Um ein seitliches Verbiegen der Zähne beim Schneiden mit den Flanken zu vermeiden, wird den Zahnköpfen eine Dachform gegeben; d. h. die Zahn köpfe sind wechselseitig abgeschrägt.
Fig. 7 zeigt einen links- und einen rechtsschneiden den Zahn, deren Zahnköpfe in Dachform abgeschrägt sind, wodurch beim Schneiden mit den Kanten G ein seitliches Verbiegen der Zähne vermieden wird. In bekannter Weise können Spanbrechernuten H an den schneidenden Flanken angeordnet sein. Die schneidenden Flanken der schruppenden Zähne sind auf dem Schneckengang so angeordnet, dass die auf einanderfolgenden Zähne wechselseitig schneiden und die Zahnköpfe wechselseitig abgeschrägt sind.
Diese wechselseitige Abschrägung ist namentlich für die Fräserzähne der ersten Gruppe im Anschnitt wichtig. Der erste Zahn der ersten Gruppe wird jedoch nicht am Durchdringungspunkt A des Werkstückes angestellt, sondern näher am Wälzpunkt C, d. h. der Fräser wird verkürzt.
Durch den Fortfall der Zähne zwischen zwei Fräsergruppen ist beim Beispiel nach Fig. 5 der Fräserkörper in einzelne Ringe L, M, N mit beider seits zur Achse X senkrechten ebenen Begrenzungs flächen unterteilt, die aneinander anliegen. Diese aneinanderstossenden ebenen, zur Achsrichtung senk rechten Begrenzungsflächen der Ringe sind in Fig. 5 mit T1 und TZ bezeichnet. Das Beispiel nach Fig. 5 weist zwei mit B und E gekennzeichnete Schnecken gänge auf. Die erste Gruppe des Schneckenganges B umfasst die Zähne 1 bis 6 und ist mit 1b kenntlich gemacht. Die Fortsetzung dieses Schneckenganges liegt bei Zahn 7 (Gruppe<I>mb)</I> auf Ring<I>M.</I> Diese zweite Gruppe umfasst die Zähne 7 bis 12.
Der Schnek- kengang setzt sich in Zahn 13 auf Ring N in der Gruppe nb fort, welche die Zähne 13 bis 26 umfasst. Analog hierzu ist der Schneckengang E in die Gruppen le, nie und ne unterteilt. Betrachtet man den Zahn 13 und den Zahn 18, so ist zu erkennen, dass die mit g' bezeichnete Breite des Zahnes 13 geringer ist als die mit g bezeichnete Breite des Zahnes 18. Der Winkel a bei Zahn 5 und 6 stellt den axialen Spanwinkel der Zähne dar.
Die Zahnabmessungen, die Höhenzunahme und die Zahl der Zähne müssen nach der gewünschten Spanstärke bemessen werden, die die Zähne des im vollen Schnitt stehenden Fräsers in Erweiterung der angeschnittenen Lücke in axialer Richtung des Werk stückes abzunehmen haben. Während das z. B. aus einem Zahnrad bestehende Werkstück annähernd eine volle Umdrehung ausführt, wird der Fräser um den der Umdrehung des Werkstückes entsprechenden Vor schub parallel zur Radachse vorgeschoben.
In Fig. 6, die eine Darstellung des Fräsvorganges in axialer Richtung des Fräsers gesehen wiedergibt, ist mit 0 bzw. 0' der Durchstossungspunkt der Fräserachse mit der Zeichnungsebene bezeichnet. Der im Wälzpunkt C schneidende Fräserzahn der letzten Zahngruppe (Zahn in der Zahnlücke mit Spanquer schnitt , f4 in Fig. 4) besitzt den Kopfradius r und schneidet in der vollen Lückentiefe h entlang dem Halbkreis QR im Werkstück W. Das Werkstück macht hiernach etwa eine volle Umdrehung und in dieser Zeit ist der Mittelpunkt der Fräserachse um das Vorschubmass s in die Stellung 0' gerückt. Der erste Zahn der ersten Gruppe kommt etwa bei f1 in Fig. 4 wieder zum Schnitt. Er schneidet, wenn eine Spanstärke x in Fig. 6 gewünscht wird, mit dem Fräserkopfradius r' entlang dem Bogen U-V.
Ent sprechend der gewünschten Spanstärke x ist die Ver ringerung der Zahnhöhe zwischen den Zähnen der letzten Gruppe und dem ersten Zahn der ersten Gruppe zu wählen. Entsprechende Beziehungen be stehen zwischen dem letzten Zahn der Gruppe I und dem ersten Zahn der Gruppe II.
Durch Aufteilung des Fräsers in verschiedene Ringe ist es möglich, die Zähne des ersten Ringes, z. B. zum Vorschruppen auszubilden, die Zähne des zweiten Ringes schruppen nach, während die Zähne des dritten Ringes mit vollem Profil zum Fertig schlichten ausgebildet sind. Diese Unterteilung kann natürlich auch in den Gruppen eines ungeteilten Fräserkörpers Anwendung finden. Hierbei kann dann der Schnittwinkel jeder Gruppe bzw. jedes einzelnen Ringes ein anderer sein.
Die letzte Zahngruppe des Fräsers arbeitet zu beiden Seiten des Wälzpunktes und muss mindestens das gesamte in Fig. 4 durch die äussersten und innersten Eingriffspunkte<I>K,</I> K' und<I>1, I'</I> begrenzte Eingriffsfeld des Fräsers mit dem Rad umfassen, denn in diesem Bereich müssen die Zähne in lückenloser Folge vor handen sein, damit das Profil der Zahnflanke des Werkstückes vollkommen umhüllt wird. Die Zahn breite der ersten noch ausserhalb des Eingriffsfeldes befindlichen Zähne dieser letzten Gruppe kann von einem etwas kleineren Wert bis zum Erreichen der vollen Profilbreite zunehmen.
Sie muss diese jedoch spätestens mit dem ersten im Eingriffsfeld, innerhalb JK und J'K, schneidenden Zahn erreichen.
In Fig. 8, die die konstruktive Ausbildung eines dreiteiligen Fräsers zeigt, sind mit 30, 31, 32 die ein zelnen Ringe bezeichnet. Diese Ringe sind auf der Büchse 33 angeordnet, die einen konischen und einen zylindrischen Teil besitzt. Die Ringe 30 und 31, deren Zähne zum Vor- bzw. Nachschruppen gedacht sind, sind auf dem zylindrischen Teil der Büchse angeordnet. Da die Zähne des Ringes 32 schlichten sollen, ist dieser Ring zum Zwecke eines schlagfreien Laufes auf dem konischen Teil der Büchse angeordnet.
Die Büchse sitzt auf der Fräserspindel 34, auf der mittels der Keile 35 die Kupplungsteile 36 festgehalten werden. Durch eine Stange 37, die in einer entsprechenden Bohrung der Ringe 30, 31,. 32 lagert, werden diese mit den Kupplungsteilen derart verbunden, dass das Drehmoment von den Kupplungsteilen auf die Ringe übertragen wird. Die Enden der Stange 37 ruhen dabei in entsprechenden Nuten 38 der Kupplungsteile. Umfasst eine Zahngruppe nicht mehr als einen Umgang, so ist ein leichtes Schleifen der Fräserzähne dadurch möglich, dass die einzelnen Ringe voneinander gelöst werden und somit die Schleifscheibe freien Durchgang durch die Zahnlücke erhält.
Sollen mehrere Ringe, deren Zähne nicht mehr als einen Umgang umfassen, gleichzeitig geschliffen werden, so werden die Ringe aus ihrer Arbeitsstellung derart gegenein ander, verdreht, dass die Schleifscheibe freien Durch lauf durch die Zahnlücken erhält.
Die Längsnuten 39 und 40 im zylindrischen Teil der Büchse 33 legen die Lage der Ringe 30 und 31 zueinander beim Schleifen der Zähne fest. Nach Ab nehmen der Ringe 30 und 31 lässt sich Ring 32 als Fertigfräser ohne Wechselschnitt auf den üblichen Schleifmaschinen in der vorhandenen Lage nach schleifen. Nach Abnahme von Ring 32 werden die Ringe 30 und 31 auf die Büchse 33 geschoben. Beim Schleifen der Ringe werden die an ihrer Innenfläche vorgesehenen Federn 41 in die Nut 40 geführt und die Zähne beider Ringe nach einer Steigungsrichtung ge schliffen. Zum Schleifen nach der andern Steigungs richtung wird einer der Ringe gegen den andern so verdreht, dass die Feder des einen Ringes in der Nut 40, die Feder des andern Ringes in der Nut 39 ruht.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf in der Grundform zylindrische Wälzfräser zur Herstellung von Zahnrädern, sondern ist auch bei Wälzfräsern zur Herstellung von Keilnuten oder sonstigen wälzbaren Profilen sowie auch bei Wälzfräsern mit kegeligem Grundkörper anwendbar.