Robustes Verfahren zum Wälzschälen und ... - Patent data

EP 2 537 615 A1510152025303540455055Achskreuzwinkel Σ und damit der Gleitanteil sollte so gewählt werden, dass für die Bearbeitung des Materials beigegebener Drehzahl eine optimale Schnittgeschwindigkeit erzielt wird.[0011] Die Bewegungsabläufe und weitere Details eines vorbekannten Wälzschälverfahrens sind der bereits erwähntenschematischen Darstellung in Fig. 2A zu entnehmen. Fig. 2A zeigt das Wälzschälen einer Außenverzahnung aneinem zylindrischen Werkstück 20. Das Werkstück 20 und das Werkzeug 10 (hier ein zylindrisches Wälzschälwerkzeug10) rotieren in entgegengesetzter Richtung.[0012] Hinzu kommen weitere Relativbewegungen. Es ist ein Axialvorschub S ax erforderlich, um die gesamte Verzahnbreitedes Werkstücks 20 mit dem Werkzeug 10 bearbeiten zu können. Falls am Werkstück 20 eine Schrägverzahnungerwünscht ist (d.h. ß 2 ≠0), wird dem Axialvorschub S ax ein Differentialvorschub S D überlagert. Es kann einRadialvorschub S rad eingesetzt werden, um die Balligkeit der Verzahnung des Werkstücks 20 zu beeinflussen.[0013] Beim Wälzschälen ergibt sich der Vektor der Schnittgeschwindigkeit v c im Wesentlichen als Differenz derbeiden um den Achskreuzwinkel Σ zueinander geneigten Geschwindigkeitsvektoren v 1 und v 2 der Rotationsachsen R1,R2 von Werkzeug 10 und Werkstück 20. v 1 ist der Geschwindigkeitsvektor am Umfang des Werkzeugs 10 und v 2 istder Geschwindigkeitsvektor am Umfang des Werkstücks 20. Die Schnittgeschwindigkeit v c des Wälzschälprozesseskann also durch den Achskreuzwinkel Σ und die Drehzahl im Schraubradersatzgetriebe verändert werden. Der AxialvorschubS ax hat nur einen kleinen Einfluss auf die Schnittgeschwindigkeit v c , welcher vernachlässigt werden kann unddeshalb in dem Vektordiagram mit den Vektoren v 1 v 2 und v c in Fig. 2A nicht gezeigt ist.[0014] In Fig. 2B ist das Wälzschälen einer Außenverzahnung eines Werkstücks 20 mit einem konischen Wälzschälwerkzeug10 gezeigt. In Fig. 2B sind wiederum der Achskreuzwinkel Σ, der Vektor der Schnittgeschwindigkeit v c , dieGeschwindigkeitsvektoren v 1 am Umfang des Werkzeugs 10 und v 2 am Umfang des Werkstücks 20, sowie der Schrägungswinkelsß 1 des Werkzeugs 10 und der Schrägungswinkel ß 2 des Werkstücks 20 gezeigt. In Fig. 2A ist der Schrägungswinkelß 2 ungleich Null. Der Zahnkopf des Werkzeugs 10 ist in Fig. 2B mit dem Bezugszeichen 4 gekennzeichnet.Die Zahnbrust ist in Fig. 2B mit dem Bezugszeichen 5 gekennzeichnet. Die beiden Rotationsachsen R1 und R2 schneidensich nicht, sondern sind windschief zueinander angeordnet. Bei einem konischen Wälzschälwerkzeug 10 wird der AuslegungspunktAP bisher üblicherweise auf dem Gemeinlot der beiden Rotationsachsen R1 und R2 gewählt, da einAnkippen des Wälzschälwerkzeugs 10 zur Beschaffung von Freiwinkeln nicht notwendig ist. Der Auslegungspunkt APfällt hier mit dem sogenannten Berührpunkt zusammen. In diesem Auslegungspunkt AP berühren sich die Wälzkreisedes Schraubwälzersatzgetriebes.[0015] Es ist aus der deutschen Patentanmeldung DE3915976 A1 bekannt, dass man beim Wälzschälen dem langsamenAxialvorschub eine radial gerichtete Bewegung überlagern kann, um Flankenlinien-Modifikationen zu erzielen.Auf diesem Wege kann die Balligkeit einer Verzahnung beeinflusst werden.[0016] Ausserdem ist aus der internationalen Patentanmeldung WO 2010/060733 A1 bekannt, dass durch eine Überlagerungdes Axialvorschubs mit einer Radialbewegung Verzahnungen erzeugt werden können, deren Zahnnuten amjeweiligen Ende radial und axial in die Oberfläche des unverzahnten Werkstücks auslaufen. Primär geht es in dergenannten internationalen Patentanmeldung um eine sogenannte Mehrschnittstrategie, wie in Fig. 3 schematisch angedeutet.In Fig. 3 ist das auslaufende Ende einer Zahnnut 7 eines entsprechenden Werkstücks 8 gezeigt. Fig. 3 zeigtmehrere Bahnen, die das Wälzschälwerkzeug bei der Mehrschnittstrategie im Werkstück 8 gebildet hat. Aufgrund derÜberlagerung des Axialvorschubs mit der Radialbewegung ergibt sich am Ende der Zahnnut 7 ein auslaufendes Profil,das sich im Bereich 9 aus mehreren Kurvensegmenten zusammen setzt. Es geht in der genannten internationalenPatentanmeldung nicht um das Erzeugen vollständig generierter Zahnlücken.[0017] Um die Produktivität des Wälzschälens - etwa beim Einsatz moderner Schneidmaterialien wie Hartmetallenzur Trockenbearbeitung - möglichst groß zu machen, muss der Gleitanteil der Relativbewegung zwischen Wälzschälwerkzeugund Werkstück ausreichend hohe Schnittgeschwindigkeiten erzeugen. Die Schnittgeschwindigkeit v c wirdbeim Wälzschälen direkt durch die Rotationsgeschwindigkeit des Schraubradersatzgetriebes, durch die wirksamenWerkstück- bzw. Werkzeugradien und den Achskreuzwinkel Σ der Rotationsachsen R1 und R2 beeinflusst. Die möglicheRotationsgeschwindigkeit ist hierbei durch die erlaubten Drehzahlen der verwendeten Bearbeitungsmaschine (Wälzschälmaschine)beschränkt. Die Werkstückgröße ist fest vorgeben. Die mögliche Werkzeuggröße ist durch den Arbeitsraumder verwendeten Bearbeitungsmaschine (Wälzschälmaschine) und bei Innenverzahnungen auch durch den Innenraumdieser Verzahnung selbst beschränkt. Deshalb können ausreichend hohe Schnittgeschwindigkeiten oft nurdurch entsprechend hohe Achskreuzwinkel Σ erzeugt werden.[0018] Beim Wälzschälen kommt ein Werkzeug 10 zum Einsatz, das mindestens eine geometrisch bestimmte Schneideumfasst. Die Schneide/Schneiden sind in Fig. 2A und Fig. 2B nicht gezeigt. Die Form und Anordnung der Schneidengehören zu denjenigen Aspekten, die in der Praxis bei einer konkreten Auslegung berücksichtigt werden müssen.[0019] Ausserdem kommt dem Werkzeug selbst beim Wälzschälen eine große Bedeutung zu. Das Wälzschälwerkzeug10 hat in dem in Fig. 2A gezeigten Beispiel die Form eines geradverzahnten Stirnrads. Die Außenkontur des Grundkörpersin Fig. 2A ist zylindrisch. Sie kann aber auch kegelig (auch konisch genannt) sein, wie in Fig. 2B gezeigt. Da der oderdie Zähne des Wälzschälwerkzeugs 10 über die gesamte Schneidkantenlänge in Eingriff kommen, benötigt jeder Zahndes Werkzeugs 10 an der Schneidkante einen ausreichenden Freiwinkel.3