DE2113778A1

DE2113778A1 - Maschine zum Messen und spanenden Herstellen von Trochoiden-Flaechen

Info

Publication number: DE2113778A1
Application number: DE19712113778
Authority: DE
Inventors: Andre Prof Leroy
Original assignee: Mach Outils Blohms S P R L
Current assignee: Mach Outils Blohms S P R L
Priority date: 1971-03-22
Filing date: 1971-03-22
Publication date: 1972-10-05
Also published as: IT950422B; BE781049A; FR2130484A1

Description

PATENTANWÄLTE

dr. ing. H. NEGENDANK · dipl.-ing. H. HATJCK ■ dipl.-phys. W. SCHMITZ

HAMBURG-MÜNCHEN ZUSTELLUNGSANSCHRIFT: HAM BURG 36 · N EUER WALL ΊΙ

TEL. 36 74 88 UND 36 41 15

MAOHINSS OUTILS BLOHM S.P.R.L. -—_MBBM

44, Avenue Parmentier Laan München is · mozartstr. 23

1150 Brüssel/Belgien TEL-S₃₈₀₃₈₈

TELEGR. NEGEHAPATENT MÜNCHEN

HAMBURG, 9Π Mt«-

A* ^TI 1 '. .if -

Maschine zum Messen und spanenden Herstellen
von Trochoiden-Flächen

Die Erfindung betrifft eine Gruppe von Werkzeugmaschinen,
die dazu bestimmt sind, mit Hilfe axialsymmetrischer Werkzeuge trochoidenförmige Außen- oder Innenflächen zu erzeugen,

Trochoidenförmige Oberflächen sind Oberflächen, die der folgenden Definition entsprechen: Es sind Regelflächen, deren Leitlinie (d) eine Trochoide oder die Iquidistante einer
^rochoide ist und deren geradlinige Erzeugende (g) mit der IToenec^ der Leitlinie einen konstanten Winkel bilden, den
wir ν nennen werden. Wir bezeichnen mit ((-J₁) die zur
Trochoidenfläche entlang einer ihrer Erzeugenden Cg) senkrech:, stehende Ebene. Sie schneidet die Ebene (ω₀) entlang
der Tormalen (~n) zu der Leitlinie der Trochoidenoberfläche (FiC 1).

2 -

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Um die Hauptelemente der erfindungsgemäßen Maschinen zu der Geometrie der Trochoidenflachen ins Yerhältnis aa setzen, möge zunächst die Definition der leitlinie dieser Oberfläche gegeben werden, und zwar ausgehend von der Definition der Trochoide.

Eine T_rochoide ist ganz allgemein eine Kurve, die von irgend- ^ einem Punkt "beschrieben wird, der mit einem Ereisumfang (Rollkreis) fest verbunden ist, der ohne zu gleiten auf einem anderen festen Kreisumfang (Grundkreis) oder einer Seraäen abrollt.

Wir schließen im folgenden den letztgenanntem Fall aus, welcher der Trochoide im eigentlichen Sinne entspricht.

Um die KurvenschR-r zu kennzeichnen, die von einem Punkt . eines abrollenden Kreisumfangs erzeugt wird, der auf einem Grundkreis abrollt, benutzen wir die folgenden drei geometrischen Größen (Fig. 2):

1) Den algebraischen Wert des Abstandes, der die Mittelpunkte der beiden Kreisumfänge voneinander trennt. Dieser

Wert wird Exzentrizität genannt und durch den Fuchstaben Ξ bezeichnet. Er wird gegeben durch den Ausdruck:

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worin R^ der Radius des G-rundkreises und R_r das algebraische Maß des Radius des Rollkreises ist.

2) Das Verhältnis k des algebraischen Maßes R₇, des Radius R_, des Rollkreises zum Radius R^ des Grundkreises:

3) Das Verhältnis des Abstandes zwischen dem erzeugenden Punkt und dem Mittelpunkt des Rollkreises zur Exzentri zität:

Je nach der Anordnung der beiden Kreisumfänge zueinander können drei Fälle unterschieden werden:

a) Grundkreis und Rollkreis befinden sich einer außerhalb des anderen: Dies ist der Fall der Epitrochoide. Also nach unseren Festlegungen:

\> C R_r> 0
k > 0 S > 0.

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b) Der Rollkreis befindet sich innerhalb des Grundkreisess Die erzeugte Kurve ist eine Hypotrochoide. Die Werte der Radien der Kreise entsprechen den folgenden Bedingungen:

R^

woraus abzuleiten ist:

-1 < k < O E > 0,

c) Der Grrundkreis befindet sieh innerhalb des Rollkrei· ses: Die Kurve ist eine Pfcritrochoiäe, also:

0.

Man kann leicht zeigen, daß eine ^itrochoide tatsächlich eine Epitrochoide ist, Wenn wir den zu der Peritrochoide zugehörigen Werten einen Index ρ geben,und den der EpI-trochoide zugehörigen einen Iofex e, so bestimmt man analytisch die Beziehungen, welche die zu dem jeweiligen Typ gehörenden Größen verbinden· Sie schreiben sich:

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k„ + k_p + 1 j= O

E_p = O

Die in sich geschlossenenfcrochoiden, die einzigen, an denen ein praktisches Interesse besteht, sind gekennzeichnet dadurch, daß der Radius des Rollkreises und des Grundkreises in einem ganzzahligen Verhältnis zueinander stehen. Daher stellt sich der Parameter k als ein rationaler, auf die kleinsten Zahlen zurückgeführter Bruch p/q. dar, worin ρ eine Einheit mit "beliebigem Vorzeichen und q eine positive Einheit ist, welche die Symmäa? ie Ordnung der betrachteten Kurve bestimmt.

Folglich ist die Leitlinie einer Troehoidenfläche:

- entweder eine durch die Parameter E, k und R völlig definierte Trahoide

- oder eine Äquidistante zu einer Trochoide, die völlig gekennzeichnet wird durch vier Parameter E, k, R und A, wobei A den gleichmäßigen Abstand bezeichnet, welcher die leitlinie von der Trochoide der gleichen Parameter E, k und R trennt.

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In Übereinstimmung mit dieser Definition können wir eine Trochoidenflache kennzeichnen durch die vier kennzeichnenden Parameter ihrer Ieitlinie und den Winkel ^ , der oben definiert wurde. Ist dieser Winkel ein rechter, so ist die Trochoidenflache zylindrisch.

Die Maschinen, welche den Gegenstand der Erfindung darstellen, sind gekennzeichnet durch die Unbeweglichkeit der Ebene (,co*) zu der herzustellenden !Dr oc ho id en fläche. Die Fig. 3 und 4 geben schematisch die Schnitte dieser Maschinen in der Ebene (cl)i), bzw. in der senkrechten Ebene zu (£3j), welche die Symmetrieachse der herzustellenden Flächen enth&ten. Die Fig. 5 gibt eine perspektivische Ansicht dieser Maschinen für den speziellen Fall, daß zylindrische Trochoidenflächen hergestellt werden sollen.

Diese Maschinen bastenen im wesentlichen aus den folgenden " drei Elementen: Dem Werkzeugmaschinenkopf, dem kinematischen Block und dem G-r und kör per.

1) Der Werkzeugmaschinenkopf (1) ist so angeordnet, daß die Drehungsachse des Werkzeugs (4) zu der Ebene (^>0 gehört und sei parallel zur Richtung (g). Diese Drehungsachse ist also völlig fest. -;- :■

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Um die Möglichkeiten der Maschine zu vermehren, können mehrere Werkzeugmaschinenköpfe nach der gleichen Definition bestehen·

Ein Werkzeugmaschinenkopf enthält einen Motor (5)» der über eine Transmission (6) die Werkzeugspindel (7) mit der Achse (4) antreibt.

2) Der kinematische Block (2) trägt das zu bearbeitende Werkstück (8) und gibt ihm eine Bewegung in der Ebene (We), welche nacheinander alle Erzeugenden (g) der herzustellenden Irochoidenflache in der Ebene (&0 heranführt» Diese Bewegung bietet also die Trochoidenfläche in senkrechter Richtung der Arbeitsfläche des Werkzeuges dar· Wenn sperrige Abmessungen des zu bearbeitenden Werkstücks dies rechtfertigen, kann dasselbe auch auf einer Vielzahl von kinematischen Blöcken aufgespannt werden.

Der kinematische Block besteht im wesentlichen aus:

-einen Exzenter (9), dessen Arm die länge E hat, die gegebenenfalls veränderbar ist und dessen Kurbelarm (10) sich in einer Kihrung (11) dreht· Diese Führung kann durch irgend eine Anordnung (24) in der Richtung (n) (21) verschoben und zum G-rundkÖrper festlegt werden·

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** einem Pleuel (12) von äer länge E, angeordnet auf dem Exzenter, drehbar um die Achse (13)»

- einer GrIe it Vorrichtung, fieren Element (14) t das fest mit dem G-rundkÖrper verbunden ist, die Richtung der Normalen (n) verkörpert und deren anderes Element (15) auf dem Pleuel (12) um die Achse (16) mittels der lagerung (17) drehbar ah~ geordnet ist,

-* einem Werkstückstisch (8), mit der Achse (18), dessen Drehung mit der Drehung des Exzenters durch eine Trans^ mission (1^, 20) gekoppelt list* Das Element (19) dieser Transmission ist fest mit dem Exzenter, das andere (20) mit dem Werkstückstiseh verbunden. Dieser Tisch braucht nicht als solcher verkörpert zu sein und kann beispielswei^- se durch einen Spanndorn ersetzt werden. Wir verstehen also als Werkstückstisch irgendeine Ebene, die senkrecht zur Achse (18) steht und auf ihr befestigt ist.

-einem Motor (M), der irgenäeiöB der Achsen des kinematischen Blocks antreiben kann»

Der so gestaltete kinematische Block besitzt die folgenden 0rundeigenBcha#ten? Da eile Achse des Eurbelarmes (10) des Exzenters gegeniiber dem Srundkörper festliegt im Yerhältnis zu irgendeinem Punkt der Ebene, liegt die Bahn eines Punktes,

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der fest mit dem Grundkörper verbunden Ist und in der Richtung (n) liegt, auf einer Kurve, die gleichmäßig äquidistant zu einer Trochoide ist.

Diese Grundeigenschaft wird mittels eines Mechanismus erzielt, der die Eigentümlichkeiten besitzt, die wir in ihrer Planung und in ihrer Ausführung, aufzählen weifen.

1) Er besteht aus der geringstmöglichen Anzahl von Elementen, die geeignet sind, ihm seine oben erwähnte Grundeigenschaft zu verleihen. Das Interesse daran, die Zahl der beweglichen Elemente so klein wie möglich zu halten, drückt sich gleichzeitig darin aus, daß sie es erleichtert, eine hohe Genauigkeit zu erzielen und daß sie die Wirkung der Trägheit verringert.

2) Er trägt ein Pleuel in Form eines Kastens außerhalb der Transmission (19, 20) und innerhalb des Elementes (15) der Gleitvorrichtung. Auf diese Welse ist es möglich, gleichzeitig diesem Pleuel eine äußerst hohe Starrheit zu geben und der Gleitvorrichtung eine Bahn zu geben, deren Größe dem kinematischen Block im Grundkörper ein besonders stabiles Fundament verleiht.

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- to -

Wie nach dem Typ der leitlinie der zu erzeugenden Fläche kann man drei ]?älle unterscheiden. Zu jeder gehört eine andere Zusammenstellung der Elemente des kinematischen Blocks. Wir geben unten die Schemata für die drei Typen des Mechanismus (Fig. 6 bis 8).

3) Der Grundkörper legt die beiden Zusammenstellungen von Elementen gegeneinander fest, in dem er ihnen ihre gegenseitige Yerschiebung erfLang den beiden Richtungen (n) und

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(g) in der Ebene (O₁) ermöglicht.

-Die Relativbewegung in Richtung (n) wird zu drei Zwecken benutzt:

a) um eine Hin- und Herbewegung des kinematischen Blocks zum Werkzeugkopf zu erlauben, wie er ihr durch die Konstruktion mitgeteilt wird. Diese Hin- und Herbewegung wird bewerkstelligt durch die relative Gleitbewegung der beiden Elemente (14)

(15) der Hauptgleitvorrichtung. Im Zuge dieser Gleitbewegung bleibt die Führung (11) völlig fest.

b) Um eine Stellung auszuwählen, in der der kinematische Block gegenüber dem Grundkörper feststeht entsprechend der Bearbeitung einer Fläche, die festge-

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legt ist unter der Menge der äquidistanten Trochoidenflächen, welche die Maschine erzeugen kann»

c) Um in aller Freiheit die Schnittiefe während des Schubbens vor der Formung dieser Fläche einzustellen.

-33ie Bewegungen entsprechend den Zwecken b) und c) werden bewerkstelligt durch die Verschiebung der Anordnung des kinematischen Blockes (2), während er in seinen Elementen (15) und (11) in der Richtung ("n) gleitet,

- Die Relativbewegung in einer parallelen Richtung (g) erlaubt, die ganz© zu erzeugende Fläche mit Hilfe von Werkzeugen schwacher Schnittiefe a baifahren und bestimmten Endwerkzeugen eine für die technologische Qualität dieser Oberfläche unerläßliche Schwingbewegung zur bearbeiteten Oberfläche zu geben. Diese Bewegung wird durch die ^leitvorrichtungen (22) bewerkstelligt.

Handbetätigte und automatische Steuereinrichtungen (23) für die Verschiebungen in den Richtungen Cg*) und (If) vervollständigen das Zusammenspiel der Maschinen»

Es ergibt sich aus dem Aufbau des kinematischen Blocke, daß durch die Α^τηΘΒβύη^βη der Konstruktionsteile des Blocks die

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« 12

Werte-der Parameter E, fc und E festgelegt sind, Me geometrische Größe 1 kann gegebenenfalls^ durch die Änderung der Länge des Armes des Exzenters (10) geregelt werden zwischen : zwei Grenzen, die für den ausgeführten kinematischen Block kennzeichnend sind.

Die Einstellung der Richtung des Werkzeugkopfes legt den Winkel fest, den die geradlinigen Erzeugenden der (Drochoidenfläche mit der Ebene (**3p) ihrer Leitlinie einnehmen.

Die Verschiebung des Zusammenbaus des kinematischen Blocks

entlang der Richtung (n) erlaubt die Auswahl des Abstandes

A, der die Leitlinie und die Sroohqide trennt, zu der sie äq.uidistant ist.

Das Prinzip der Haschine und die besondere Konstruktion ihres fc G-rundkörper.s erlauben einen leichten Ersatz eines kinematischen Blocks durch einen anderen mit anderen Parametern k und R und macht die Haschine auf diese Weise völlig allgemein anwendbar.

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Claims

- 13 Patentansprüche

f 1.!Werkzeugmaschine zum Formen mittels axialsymmetrischer Werkzeuge von Oberflächen mit gleichmäßig zu ,einer Trochoide äquidistanter Leitlinie und einer geradlinigen üfczeugenden, die zu der Ebene der Leitlinie senkrecht steht, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus drei verschiedenen Elementen besteht, nämlich einem Werkzeugkopf (1), einem kinematischen Block (2) und einem G-rundkörper (3), wobei die Drehachse (4) des mit dem Werkzeugkopf (1) fest verbundenen Werkzeugs völlig fest und parallel zu der Erzeugenden (g) ist und mit dieser die völlig feste Ebene (<*)<) bestimmt, die senkrecht zur Ebene (CO₀) der Leitlinie steht, wobei ferner der kinematische Block (2), dessen Schema durch die Fig. 6 dargestellt ist, das zu bearbeitende Werkstück führt, das mit der Wakstückstragplatte (8) in der Ebene der Leitlinie (U)₆) fest verbunden ist und wobei dieser kinematische Block so aufgebaut ist, daß er die Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes senkrecht zur Ebene (cOi) darbietet und durch zwei besondere Eigenschaften ausgezeichnet ist, nämlich, daß er eine Mindestzahl von empfindlichen Elementen enthält, um diese Bedingung zu erfüllen und daß er ein Pleuel (12) außerhalb der Transmission (19, 20) und innerhalb des Elementes (15) der G-Ie it vorrichtung

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enthält, wobei die Transmission (19, 20) die in zueinander umgekehrter Richtung erfolgende Drehung der Achsen (1.3) und (18) sichert, die jeweils fest mit dem Exzenter (10) und mit der Ebene (8) verbundei sind und wobei-die Abmessungen dieses Blocks die Parameter S, k und R der Trochoide liefern, zu der die !Leitlinie gleichmäßig äquidistant ist, während der Grundkörper (3)» der mit dem Steuersystem (23) ausgestattet ist, die Bewegung des

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"Werkzeugkopfes (1) entlang der Richtung (g) erlaubt sowie die Bewegung des kinematischen Blocks (12) entlang der Richtung (n), die durch den Schnitt der Ebenen (cJ₅) und (c3"0 festgelegt ist, wcbei diese Verschiebung einmal die Relativbewegung des kinematischen Blocks zum Grundkörper erlaubt, die unerläßlich ist für die lage der Erzeugenden in der zu der Oberfläche senkrechten Ebene, zum anderen die Einregelung des Abstandes A erlaubt, welcher die !Leitlinie von der Trochoidenfläcbe trennt, zu der sie äquidisiaat ist. ■
2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Exzenter trägt, dessen Arm (9) die einstellbare länge E hat.
3. Maschine nach Anspruch 1 und 2, die jedoch zur Erzeugung nicht zylindrischer Trochoidenflachen mit einer Erzeigenden

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(g) bestimmt; ist, die unter einem Winkel^' zur Ebene (OJ₅) der Leitlinie geneigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß er eine besondere Einrichtung des G-rundkörpers (3) besitzt» welche die Verschiebung der Achse dep Werkzeugs parallel, zur Richtung Cg) erlaubt.
4, Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Hilfseinrichtung besitzt, welche die Einstellung des Winkels (V ) erlaubt.
5, Maschine, nach den Ansprüchen 1, 2_f 3 und 4_f jedoch be·* stimmt ^ur Herstellung von !Drochoidenflächenj die gleichmäßig äg.uidis1iant hu einer Hypotrochpide sind, dadureb gekennzeichnet, daß der kinematische Block (2) einer solchen Maschine eine transmission (19, 20) besitzt, welche eine direkte. Belätivdrehung der Achsen (13) und (18) mit einem Drehge^chwindigkeitsverhältnis ^j _|8 > 1 (Fig. 7) gewährleistet,
6, Maschine nach den Ansprüchen 1, 2_? 3 und 4, Jedoch bestimmt sip? Hsrntellung van Srochoidenflachen, die gleichmäßig ^:'quiii| ist η nt "V. einer leritrochqide sind, dadurch gekennnei,» «laß der kiperngticcbc Block (2) einer solchen

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Xfechiue eine transmission (1S, 20) "besitzt, welche eine direkte RelatiTdrehung der Achsen (15) uccl (13) mit einem Drehgeschwindigkeitsverhältnis —-- <\ .1 (3?i£o S) gewährleistet.
7. Maschine nach den Ansprüchen 1 "bis 6, dadurch gekennzeich net, daß sie mehrere synchron .laufende kinematische

k ?t öcke nur- Aufsx>ani'jen des zu. bearbeitenden l/erkstiickes trägt.
8. Maschine nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere Werkzeugköpfe trägt.
9. Maschine nach iusprucb 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der yerkseugkopf einen in eier Ebene (u\) senlcrecht su der Achse (4) festgelegten Taststift anstelle des ΐ/erkseuges trägt, so daß sie eine Meßmaschine bildet.

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