DE69005454T2

DE69005454T2 - Wälzfräser zur herstellung eines planrades.

Info

Publication number: DE69005454T2
Application number: DE90914786T
Authority: DE
Inventors: Martinus Cuypers; Jan Seroo
Original assignee: Crown Gear BV
Current assignee: Ass Ag Duedingen Ch
Priority date: 1989-09-28
Filing date: 1990-09-28
Publication date: 1994-04-28
Anticipated expiration: 2010-09-29
Also published as: WO1991004819A1; KR920703262A; KR0160488B1; ES2048505T3; JPH05500479A; EP0494221B1; CA2066595A1; NL8902417A; US5288179A; DE69005454D1; CA2066595C; EP0494221A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Wälzfräser zur Herstellung von Planrädern entsprechend dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2.
Planräder sind Zahnräder, welche in Winkelantrieben genutzt werden, deren Achsen sich gegebenenfalls schneiden und die gegebenenfalls einen Winkel von 90º zueinder aufweisen. In einem derartigen Antrieb greift ein zylindrisches Zahnrad in ein Planrad ein, dessen Zahnform der Zahnform des zylindrischen Ritzels entspricht. Der Winkelantrieb mit einem Planradgetriebe hat einige spezielle Vorteile im Vergleich mit herkömmlich bekannten und verwendeten Kegelradantrieben, wie z.B. u.a. das Fehlen axialer Kräfte, wenn es mit Stirnzähnen versehen ist, eine mögliche höhere Übersetzung, eine relativ einfache Justage und ein großes transversales Kontaktverhältnis, welches ohne spezielle Vorkehrungen erreicht werden kann.
Das Fehlen eines ökonomisch durchführbaren und gleichzeitig exakten Herstellungsverfahrens war jedoch bis jetzt eines der größten Probleme für die generelle Anwendung eines Planradgetriebes in hochbelasteten Konstruktionen. Das Fehlen einer geeigneten Herstellungsanlage spielte hierbei eine größere Rolle.
Die Verwendung von Herstellungswerkzeugen, durch die Planräder in einem kontinuierlichen Verfahren hergestellt werden können, ist in der Praxis eine Bedingung für eine ökonomische Herstellung von Planrädern und für eine breitere Anwendung von Planrädern in hochbelasteten und/oder schnellaufenden Konstruktionen. Ein Walzfräser zur Herstellung von Planrädern aus dem Bulletin of ISME, Bd. 21, Nr. 155, Mai 1978 (Tokyo, JP) bekannt.
Ein Walzfräser zur Herstellung von Planrädern ist weiterhin bekannt aus der U.S. Patentschrift 2,304,586 (Miller). Dieser Fräser besteht aus einem scheibenförmingen Fräskörper mit am Umfang vorgesehenden Fräszähnen. Die Schneidkanten dieser Fräszähne sind angeordnet in einer Drehebene, welche aufgespannte wird durch Drehen eines imaginären Zahnrades von infinitesimal geringer Dicke um die Achse des Fräskörpers und gleichzeitig um seine eigene Achse, wobei sich das imaginäre Zahnrad bei einer Umdrehung um die Achse des Fräskörpers um seine eigene Achse um einen Winkel dreht, der gleich ist einem ganzzahligen Vielfachen von Teilkegelwinkeln des imaginären Zahnrades, und die Ebene des imaginären Zahnrades sich immer in radialer Richtung des Fräskörpers und in rechten Winkeln zu dem Weg erstreckt, der von den Zähnen des imaginären Zahnrades beschrieben wird.
Die Fräszähne sind in gleicher Weise mit Freiflächen versehen wie herkömmliche Fräszähne eines Fräsers.
Der bekannte Fräser hat jedoch den Nachteil, daß sich die Form der Schneidkante der Fräszähne während des Nachschleifens der Fräszähne ändert, so daß sich die Form der mit dem nachgeschliffenen Fräser hergestellten Planradzähne ebenfalls ändert. Dies ist unerwünscht.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Wälzfräser zur Herstellung von Planrädern zu schaffen, welcher nachgeschliffen werden kann, ohne daß sich die Form der Schneidkante der Fräszähne ändert.
Diese Aufgabe wird durch einen Fräser zur Herstellung von Planrädern des bekannten Typs gelöst, bei dem jeder Fräszahn des Fräsers einen integralen Bestandteil des Fräskörpers bildet und derart geformt ist, daß das Profil des Fräszahnes in jeder radialen Ebene durch die Achse des Fräsers immer gleich und identisch zu dem theoretisch korrekten Profil ist, wobei sich das Profil des Fräszahns in diesen Ebenen von der Schneidkante des Fräszahns zu seiner Rückseite hin gesehen in Richtung auf die Achse des Fräsers verschiebt.
Die Aufgabe der Erfindung wird ebenfalls gelöst durch einen Fräser zur Herstellung von Planrädern des bekannten Typs, bei dem jeder Fräszahn des Fräsers von einem separaten Schneidmesser gebildet wird, welches auf dem Umfang des Fräskörpers befestigt und derart geformt ist, daß in jeder Ebene parallel zur Vorderseite des Schneidmessers das Profil des Schneidmessers immer das gleiche und identisch dem theoretisch richtigen Profil ist, wobei sich das Profil des Fräszahns in diesen Ebenen von der Schneidkante des Fräszahnes zu dessen Rückseite hin gesehen in eine Richtung auf die Achse des Fräsers hin verschiebt.
Der Fräser gemäß der Erfindung kann nachgeschliffen werden, ohne daß sich die Form der Schneidkante des Fräszahns ändert. Dies ermöglicht es, mit einem nachgeschliffenen Fräser Zahnräder mit exakt der gleichen Zahnform wie vor dem Nachschleifen herzustellen.
Die Erfindung wird nun detaillierter mit Bezug auf eine Ausführungsform in der Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen:
Fig. 1 eine partielle Seitenansicht eines bekannten Fräsers während der Herstellung eines Planrades;
Fig. 2 eine Seitenansicht des bekannten Fräsers, gesehen von der linken Seite aus in Fig. 1;
Fig. 3 einen radialen Querschnitt des bekannten Fräsers entlang der Linie III-III in Fig. 1;
Fig 4 und 5 einen Teil eines Schneidmessers eines erfindungsgemäßen Fräsers in perspektivischer und geschnittener Ansicht;
Fig. 6 das Profil der Schneidkante eines Schneidmessers;
Fig. 7 und 8 einen Zahn eines nachschleifbaren Schneidmessers für ein erfindungsgemäßes Werkzeug in axialer und Seitenansicht;
Fig. 8a eine Seitenansicht eines Teils eines Fräsers mit integrierten Schneidzähnen und
Fig. 9 die Position eines erfindungsgemäßen Fräsers relativ zum herzustellenden Planrad.
Die Fig. 1 bis 3 zeigen einen bekannten Wälzfräser zur Herstellung von Planrädern. Dieser bekannte Fräser ist detailliert in der U.S. Patentschrift 2,304,586 (Miller) beschrieben, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird.
Der Fräser enthält einen scheibenförmigen Fräskörper 1, auf dessen Umfang Fräszähne 2 angeordnet sind. Die Schneidkante 3 dieser Fräszähne sind in einer Drehfläche angeordnet, die erhalten wird durch Drehung eines imaginären Zahnrades 6 infinitesimal geringer Dicke um die Achse 4 des Fräskörpers und gleichzeitig um seine eigene Achse 5, während der das imaginäre Zahnrad bei einer Umdrehung um die Achse sich um einen Winkel dreht, der ein ganzzahliges Vielfaches des Teilkegel-Winkels des imaginären Zahnrades beträgt und wobei die Ebene des imaginären Zahnrades sich immer in radialer Richtung des Fräskörpers und rechtwinklig zu dem Weg erstreckt, der von den Zähnen des imaginären Zahnrades beschrieben wird. Die Form des imaginären Zahnrades 6 entspricht im wesentlichen der Form des Ritzels, welches mit dem herzustellenden Planrad 7 zusammenwirkt.
Die Fräszähne 2 des Fräsers sind in der gleichen Weise wie konventionelle Fräszähne eines Fräsers mit Freiflächen versehen.
Der erfindungsgemäße Fräser unterscheidet sich von dem bekannten Fräser durch die Form der Fräszähne.
Die Fig. 4 und 5 zeigen eine erste Ausführungsform eines Teils eines Fräszahnes eines erfindungsgemäßen Fräsers. Jeder Fräszahn ist durch ein separates Schneidmesser 13 gebildet, das auf der Umfangsfläche des Fräskörpers befestigt ist. Die Schneidmesser haben eine Schneidkante 14, die in der oben beschriebenen Drehebene liegt, die durch das imaginäre Zahnrad gebildet wird. Dies bedeutet, daß die Schneidkante 14 in Fräsrichtung gesehen eine Form aufweist, die im wesentlichen der Form des Profils eines Segments des zylindrischen Ritzels entspricht, das zum Eingriff mit dem Planrad vorgesehen ist. In Fig. 6, in der ein Schneidmesser 13 in Vordersicht dargestellt ist, kann die Form der Schneidkante des Schneimessers genau gesehen werden.
Die Schneidmesser 13 können durch Befestigungsteile in üblicher Weise in transversalen Schlitzen 12 in Rippen 16, die auf der Umfangsfläche des Fräskörpers vorgesehen sind, befestigt sein. Die Schneidmesser 13 werden an der Rückseite von den Rippen 16 abgestützt.
Die Zähne der Schneidmesser 13 sind zweckmäßigerweise an ihrer Oberseite mit einem oberen runden Teil 17 (s. Fig. 6) versehen, um den Boden des Zahnabstandes zwischen den Zähnen des herzustellenden Planrades zu bilden.
Die Schneidmesser 13 können, falls notwendig, schräg in Umfangsrichtung liegen, um ein besseres Einlaufverhalten zu erzielen, wenn die Schneidkanten in das Material des Planrads eindringen. Fig. 5 zeigt in unterbrochenen Linien zwei mögliche Schrägpositionen der Schneidmesser, nämlich "Vorwärts", bezeichnet mit 13a, und "Rückwärts", bezeichnet mit 13b. Die Schneidmesser 13 sind lösbar in den Schlitzen 12 angeordnet und können nachgeschliffen werden. Um sicherzustellen, daß die Schneidmesser nach dem Nachschleifen immer die gleiche Zahnform aufweisen, sind sie derart geformt (s. Fig. 7 und 8), daß das Profil der Messer sich parallel von der Vorderseite 18 des Schneidmessers 13 zu der Rückseite 19 parallel in Richtung der Rotationsachse des Fräsers verschiebt. Wenn ein Schneidmesser 13 an seiner Vorderseite 18 nachgeschliffen worden ist, wird das gleiche Profil der Schneidkante 14a wieder an der Stirnseite 18a erzeugt, obwohl es sich leicht in Richtung auf die Rotationsachse des Fräsers verschoben hat. In Fig. 7 zeigt r&sub1;&sub8; den Radius des Teilkegelkreises des Profils des Zahnradsegments an der Vorderseite 18 des Schneidmessers, während mit r&sub1;&sub9; der Radius des Teilkegelkreises an der Rückseite 19 des Schneidmessers 13 bezeichnet ist. Der Radius r&sub1;&sub8; ist gleich dem Radius r&sub1;&sub9;. Nach dem Nachschleifen der Schneidmesser 13 muß der Abstand zwischen der Rotationsachse des Fräsers und dem herzustellenden Planrad nachjustiert werden, um sicherzustellen, daß die Position der Schneidkante 14 des Schneidmessers 13 relativ zu dem herzustellenden Planrad gleich dem Abstand vor dem Nachschleifen ist.
In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fräsers bildet jeder Fräszahn des Fräsers einen integralen Bestandteil des Fräskörpers, wie z.B. bei dem bekannten Fräser. Die Form jedes Fräszahns ist in diesem Fall jedoch so gewählt(s.Fig. 8a), daß das Profil des Fräszahns 23 in radialen Ebenen 22, 22a, 22b .... durch die Achse 20 des Fräsers immer das gleiche ist, wobei sich das Profil des Schneidzahns in diesen Ebenen von der Vorderseite, so die Schneidkante 24 des Schneidzahns, zu dessen Rückseite in Richtung der Achse 20 des Fräsers hin verschiebt.
Diese Zähne 23 sind ebenfalls nachschleifbar, wobei die Form der Schneidkante nach dem Nachschleifen wieder dieselbe ist, obwohl sich die Schneidkante leicht in Richtung der Rotationsachse 20 des Fräsers verschoben hat. In dieser Ausführungsform des Fräsers muß also auch der Abstand zwischen der Rotationsachse des Fräsers und dem herzustellenden Planrad nach dem Nachschleifen justiert werden, weil der Durchmesser des Fräsers kleiner geworden ist.
Bei der Verwendung eines Wälzfräsers für die Herstellung eines Planrades muß der Fräser relativ zum Werkstück derart positioniert werden, daß die Bewegungsrichtung der Fräszähne auf der Scheibe an dem Ort, wo sie in das Werkstück eingreifen, korrespondiert mit der gewünschten Richtung der Zähnrades herzustellenden Planrades 8. Dies ist in Fig. 9 dargestellt. In Fig. 9 ist mit γ der Winkel zwischen der Rotationsachse 20 des Fräsers und einer Linie 21 bezeichnet, die in rechten Winkeln zur gewünschten Richtung der Bezahnung des herzustellenden Planrades 8 verläuft.
Der Winkel γ wird durch folgende Beziehung bestimmt:
tgγ = n.γ.r: 2πR oder tgγ = m.n:2R (1),
wobei:
r = Radius des Teilkegelkreises 10 des Zahnradsegmentprofils 9,
φ = Teilkegelwinkel des Zahnradsegmentprofils 9,
n = Anzahl der Fälle, in denen sich das Zahnradsegmentprofil 9 um einen Winkel gleich dem Teilkegelwinkel φ um das Zentrum 11 des Teilkegelkreises während einer Umdrehung des Fräsers versetzt,
R = Abstand zwischen der Rotationsachse 20 des Werkzeugs und dem davon weitest entfernten Punkt des Teilkreises 10 des Zahnradsegmentprofils 9, und
m = Modul des Zahnradsegmentprofils. Wenn = 1, dann kann das Werkzeug "eingängig" genannt werden. Wenn n > 1 ist, kann das Werkzeug "mehrgängig" genannt werden.
Während des Nachschleifens des Zentrums 11 des Zahnrades verschiebt sich das Segmentprofil 9 über eine Distanz Δp. Im Falle abnehmbarer Schneidmesser kann dies durch die Befestigung von Füllelementen unterhalb der Schneidmesser kompensiert werden. Wenn diese Verschiebung nicht oder nur teilweise kompensiert wird wie im Falle der Fräser mit integrierten Zähnen, dann muß der Winkel γ angepaßt werden, weil sich R verändert hat.
Die Fräszähne des erfindungsgemäßen Fräsers sind mit Freiflächen versehen. Die Freiflächen müssen nur im Arbeitsbereich des Fräsers vorhanden sein, für den d, der Durchmeser eines Zylinders mit der Achse 20 des Fräsers als Achse größer als ein spezifischer unterer Grenzwert ist. Dies kann aus den nachfolgenden Ausführungen hergeleitet werden (s. auch Fig. 9).
Die Zähne des Zahnrades 8 haben einen Preßwinkel αi, der durch den Radius Ri der Achse des Planrades bestimmt ist, wobei:
wobei:
i = Übersetzungsverhältnis = z&sub2;/z&sub1;
z&sub2; = Anzahl der Zähne des Planrades
z&sub1; = Anzahl der Zähne des Ritzels, das mit dem Planrad zusammenwirkt
d&sub1; = Teilkreis-Durchmesser des Ritzels
m = Modul der Zähne von Planrad und Ritzel.
Ri hat einen Minimalwert, zu dem ein minimaler Druckwinkel αi zugehört. αi ist z.B. immer größer als 5º.
Nun:
wobei:
αn = normaler Druckwinkel des Ritzels
do = Durchmesser des Kreises, auf welchem die Zentren 11 der Teilkegelkreise der Zahnradsegmentprofile liegen.
Wenn der Minimalwert von αi in Formel (3) eingesetzt wird, folgt daraus der untere Grenzwert von d.
Der Fräser braucht nur in einem Bereich zu arbeiten, in dem d größer als der Minimalwert ist und für den αi somit größer als der Minimalwert ist, welcher durch den Minimalwert von Ri bestimmt ist.
Mit den nachschleifbaren Fräsern gemäß der vorliegenden Erfindung können Planräder kontinuierlich exakt und ökonomisch aufgrund der Tatsache produziert werden, daß die Wartungsintervalle des Fräsers beträchtlich länger als die der bekannten Fräser sind, ohne daß dies Auswirkungen auf die Exaktheit des hergestellten Planrades hat.

Claims

1. Fräser zur Herstellung von Planrädern, mit einem scheibenförmigen Fräskörper (1) mit auf der Umfangsfläche angebrachten Fräszähnen (23), deren Schneidkanten in einer Drehebene liegen, welche durch Drehung eines imaginären Zahnrades 6 infinitesimal geringer Dicke um die Achse (4) des Fräskörpers und gleichzeitig um seine eigene Achse (5) erzeugt wird, während der das imaginäre Zahnrad (6) im Verlauf einer Drehung um die Achse des Fräskörpers sich um seine eigene Achse um einen Winkel (φ) dreht, der einem ganzzahligen Vielfachen des Teilkegelwinkels des imaginären Zahnrades (6) entspricht, und wobei die Ebene des imaginären Zahnrades sich immer in radialer Richtung des Fräskörpers und in rechten Winkeln zu der Bahn erstreckt, die durch die Zähne des imaginären Zahnrades beschrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Fräszahn (23) des Fräsers einen integralen Bestandteil des Fräskörpers bildet und derart geformt ist, daß in jeder radialen Ebene (22,22a,22b ...) durch die Achse (20) des Fräsers das Profil des Fräszahns (23) immer gleich und identisch zum theoretisch richtigen Profil ist, wobei sich das Profil des Fräszahns in diesen Ebenen, von der Schneidkante (24) des Fräszahns zu dessen Rückseite hin gesehen, in Richtung auf die Achse (20) des Fräsers verschiebt.

2. Fräser zur Herstellung von Planrädern mit einem scheibenförmigen Fräskörper (1), auf dessen Umfangsfläche Fräszähne montiert sind, deren Schneidkanten in einer Drehebene liegen, die erzeugt wird durch Drehung eines imaginären Zahnrades (6) infinitesimal geringer Dicke um die Achse (4) des Fräskörpers und gleichzeitig um seine eigene Achse (5), während der sich das imaginäre Zahnrad (6) im Verlaufe einer Drehung um die Achse des Fräskörpers um seine eigene Achse um einen Winkel (φ) dreht, der einem ganzzahligen Vielfachen des Teilkegelwinkels des imaginären Zahnrades (6) entspricht, und wobei die Ebene des imaginären Zahnrads sich immer in radialer Richtung des Fräskörpers und in rechten Winkeln zu dem Weg erstreckt, der durch die Zähne des imaginären Zahnrades beschrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Fräszahn des Fräsers durch ein separates Schneidmesser (13) gebildet ist, welches an der Umfangsfläche des Fräserkörpers befestigt ist und derart geformt ist, daß in jeder Ebene (18a, 18b ...) parallel zur Vorderseite (18) des Schneidmessers das Profil des Schneidmessers immer das gleiche und identisch zum theoretisch richtigen Profil ist, wobei sich das Profil des Fräszahns in diesen Ebenen, von der Schneidkante (14) des Fräszahns zu dessen Rückseite hin gesehen, in Richtung auf die Achse des Fräsers verschiebt.

3. Fräser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fräszähne (23,13) mit Freiflächen in zumindest den Bereichen angeordnet sind, die folgenden Bedingungen genügen

wobei

d = Durchmesser des Zylinders mit der Achse des Fräsers als Achse,

do = Durchmesser des Kreises, auf dem die Zentren der Teilkegelkreise der Zahnprofile des Fräsers liegen,

m = Modul der Zähne des herzustellenden Planrades,

z&sub1; = Anzahl der Zähne des Ritzels, das zum Zusammenwirken mit dem Planrad bestimmt ist,

αn = normaler Druckwinkel des Ritzels und

(αi) min = minimaler Preßwinkel des Planrads.