DE2238020C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines kugeligen bzw. ovalen Vollkörpers aus einem insbesondere aus Schaumstoff bestehenden zerspanbaren Arbeitsstück - Google Patents

Description

Mit derartigen Topfmessern können aber nur reine Schnittbewegungen ausgeführt werden, während mit dem Hohlfräser der eriindungs'VJinäßen Vorrichtung das gesamte Hüllmaterial der herzustellenden Kugel vom Arbeitsstück durch einen Fräsvorgang zerspant wird. Weiterhin sind Bohrwerkzeuge bekannt die einzelne konzentrische Schneidhülsen aufweisen und welche ebenialls die Funktion des Hohlfräsers nicht erfüllen. Bei dem Hohlfräser der erfindungsgemäßen Vorrichtung, der an seiner Stirnkante und an dem vorderen Teil der anschließenden Umfangsfläche mit feilenartig gehauenen Zähnen besetzt und innenwandig glatt ausgebildet ist, erfolgt die Fräszerspanung des Materials außerhalb des Werkzeuges, so daß ein Materialstau nicht auftritt.

In besonders vorteilhafter Weise »'ird das Arbeitsstück auf eine Achse aufgesteckt und nur durch die Haftreibung des Materials auf der Achse gehalten. Nur weil mit dem erfindungsgemäßen Verfahren quer zur Achse des Arbeits- bzw. Werkstückes zerspant wird, kann man mit der Haftreibungsmitnahme des Arbeitsstückes auf einer Achse, die als dünne Stahlnadel ausgebildet sein kann, auskommen, so daß keine anderweitigen Halterungen am Werkstück notwendig sind. Bei sonstigen bekannten Verfahren werden entweder Haitearme verwendet oder aber Klemmscheiben und Muttern, die ein Arbeitsstück aus Kork auf einer Spindel festhalten.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung schneidet sich beim Herstellen von kugeligen Vollkörpern die Achse des Hohlfräsers mit der Rotationsachse im Kugelmittelpunkt. Dm ovale Vollkörper herzustellen, ist die Achse des Hohlfräsers gegenüber der Rotationsachse entsprechend dem kleineren Durchmesser des herzustellenden Ovalkörpers höhenverselzt. Der Hohlfräser ist mittels vertikaler Führungen und Stellmitteln des Quersupportes höheneinstellbar und zur Herstellung eines kugeligen Vollkörpers auf die Höhe der Rotationsachse des Arbeitsstückes eingestellt, während die Achse des Hohlfräsers zur Herstellung eines Ovalkörpers auf einen Höhenversatz einstellbar ist. Dabei kann eine dünne Stahlnadel in die Werkstückspindel eingespannt und in einer Bohrung des Stützbockes geführt sein und als Aufnahme für das Arbeitsstück dienen, das auf die Stahlnadel aufgesteckt ist. Die Werkstückspindel kann aber auch als Zapfen ausgebildet sein, auf den das Arbeitsstück mit einem dem Durchmesser des Zapfens entsprechenden vorgearbeiteten Loch aufschiebbar ist. Dabei können die Werkstückspindel und der Stützbock auf einem Schwenktisch des Maschinenbettes angeordnet sein, der in Kreisbogenführungen winklig zur Achse des Hohlfräsers einstellbar ist.

Beim Gegenstand der Erfindung wirken die Zerspanungskräfte nur in einer zur Arbeitsstückachse parallelen Ebene. Der Spandruck ist auf diametral gegenüberliegenden Seiten entgegengesetzt gerichtet. Das Kräftepaar ist in bezug auf die Drehachse des Arbcitsstükkes am Arbeitsstück wirkungslos, da es, bezogen auf die Arbeitsstückachse, kein Drehmoment am Arbeitsstück erzeugt. Es ist deshalb nicht erforderlich, das Arbeitsstück zu spannen. Es genügt vielmehr die dem Werkstoff innewohnende Haftreibung, um das Arbeitsstück von der rotierenden Werkstückspindel her kontinuierlich anzutreiben. Das am Arbeitsstück auftretende ⁶S Kräftepaar vergrößert die natürliche Haftreibung gegenüber der Werkstückaufnahme, auf die das Arbeitsstück nur aufgesteckt ist.

Der längs der kreisringförmigen Fläche stattfindende Zerspanungsvorgang einerseits und die ständige Drehung des Arbeitsstückes andererseits erzeugen innerhalb der zylindrischen Zerspanungszone eine Kugel bzw. einen Ovalkörper, wobei der Zerspanungsvorgang bis dicht an die Rotationsachse des Arbeitsstücks heran durchgeführt wird. Durch die ständige Drehung des Arbeitsstückes wird der kugelige bzw. ovale Vollkörper erzeugt.

Die Erfindung ist nachfolgend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen

F i g. 1 eine Ansicht der Vorrichtung in einer Einstellung zum Herstellen von kugeligen Vollkörpern.

F i g. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 3, 4, 5 und 6 fortschreitende Einstech-Phasen mit einem Hohlfräser,

F i g. 7 eine teilweise geschnittene Teilansicht des Hoh'.fräsers,

Fig.8 eine als Nadel ausgebildete Werkstückaufnahme,

F i g. 9 einen hergestellten kugeligen Vollkörper, der von der Werkstückaufnahme abgezogen ist und von dem eine stehengebliebene Materialendscheibe bereits abgetrennt ist,

F i g. 10 eine teilweise Draufsicht auf die Vorrichtung mit winklig eingestelltem Werkstücktisch mit einer als Drehzapfen ausgebildeten Werkstückaufnahme,

F i g. 11 eine Ansicht eines mit der Vorrichtung gemäß Fig. 10 hergestellten vollkugeligen Körpers mit großem Zapfenloch,

Fig. 12 einen Schnitt in Richtung XH-XII der F ig. 11.

Fig. 13 die höhenversetzte Anordnung der Werkzeugachse zur Rotationsachse des Arbeitsstückes zur Herstellung von ovalen Vollkörpern,

F i g. 14 die Stellung des Werkzeuges gemäß F i g. 13 am Ende seiner Vorschubbewegung und

Fig. 15 einen hergestellten ovalen Vollkörper vor dem Abschneiden der Seitenscheiben.

In den F i g. 1 und 2 bezeichnet 1 das Maschinenbett, 2 den Schwenktisch, 3 den Werkstückspindelkasten, 4 die Werkstückspindel, 5 das Spannfutter und 6 den Stützbock, der ein koaxial zum Spannfutter angeordnc tes Rohr 7 mit einer durchgehenden Bohrung 8 trägt. Der Werkstückspindelkasten 3 und der Stützbock 6 sind auf dem Schwenktisch 2 befestigt, der um einen am Maschinenbett 1 sitzenden vertikalen Zapfen 9 in Kreisbogenführungen 10 des Maschinenbettes in seiner horizontalen Ebene schwenkbar ist, wie dies durch die strichpunktierte Linie 11 in F i g. 2 angedeutet ist. Die Schwenkeinstellung erfolgt am Handrad 12.

Auf der Rückseite des Maschinenbettes 1 befindet sich der in Querrichtung zum Maschinenbett verschiebbare Quersupport 13, der den Antriebsmotor 14 für einen Hohlfräser 15 trägt. Dieser sitzt direkt auf dem Wellenstummel 16 des Antriebsmotors, der die Werkzeugspindel darstellt. Der Antrieb des Hohlfräsers erfolgt direkt ohne Zwischenschaltung eines Untersetzungsgetriebes. Der Antriebsmotor und mit ihm der Hohlfräser 15 sind in Richtung des Doppelpfeiles 17 am Handrad 18 auf Schlittenführungen 19 des Suppo.Uträgers 20 bewegbar. Außerdem ist der Supportträger mit dem Quersupport 13 gegenüber dem Maschinenbett höheneinstellbar. Hierzu dienen vertikale Führungen 21, deren Gegenführungen mit 21a bezeichnet sind. Als Stellmittel 22 für die Höheneinstellung dient ein Hand-

rad. Das Verstellgetriebe kann ein Spindel-Muttergetriebe oder auch ein Ritzcl-Zahnstangengetriebe sein, das nicht dargestellt ist.

Die Werk/.eugachse 23 ist im Normalfall zur Herstellung eines kugeligen Vollkörpers auf die Höhe der Rotationsachse 24 des Arbeitsstücks 25 eingestellt, welche mit der Mitlcnachse des Arbeitsstückes 25 zusammenfällt. Das Arbeitsstück 25 wird von dem Werkstückmotor 26 über den Werkzeugspindelkasten 3 angetrieben. Die Untersetzung ist so groß, daß das Arbeitsstück etwa 35 bis 70 Umdrehungen pro Minute ausführt.

Als Werkzeugaufnahme dient gemäß der Vorrichtung nach den F i g. 1 und 2 eine dünne, etwa 3 mm starke Stahlnadel 27 (s. F i g. 8). Sie ist in dem Spannfutter 5 festgespannt und in der Bohrung 8 des Rohres 7 des Slützbockes 6 geführt.

Das Arbeitsstück besteht aus einem zerspanbarcn Werkstoff, vorzugsweise geschäumten Kunststoff oder Schwammgummi. Der Werkstoff kann auch Naturkork sein. Es handelt sich vorzugsweise um extrem leichte Werkstoffe mit einer Zcllstruktur, die mehr oder weniger weich, flexibel und auch elastisch sind. Derartige Werkstoffe lassen es zu, daß die Stahlnadel 27 durch das betreffende Arbeitsstück mehr oder weniger stramm hindurchgesteckt werden kann. Die hierbei auftretende Haftreibung genügt, um die Drehmitnahme des Arbeitsstückes während des Zerspanungsvorganges zu gewährleisten. Zusätzliche Spann- und Mitnahmemittel sind nicht erforderlich. Dies hat seine Ursache in dem Zusammenwirken mit dem hohlen Zerspanungswerkzeug, das bevorzugt als Hohlfräser gemäß F i g. 7 ausgebildet ist.

Der Hohlfräser 15 hat eine abgeschrägte nach außen abfallende Stirnkante 28, die eine zylindrische Schneide ergibt. Die feilenartig gehauenen Zähne 29 besetzen beginnend an der Stirnkante 28 den vorderen Teil der Umfangsfläche 29a des Hohlfräsers. Die Wandung des Hohlfräsers ist möglichst dünn ausgebildet, um unnötige Materialverluste zu vermeiden. Die Innenseite 31 ist glatt zylindrisch. Der Innendurchmesser des Hohlfräsers entspricht dem Außendurchmesser des mit ihm hergestellten kugeligen Vollkörpers 32, der aus dem anfangs würfelförmigen Arbeitsstück 25 entstanden ist Selbstverständlich muß der Rohling in allen seinen Abmessungen größer sein als der herzustellende kugelige Vollkörper. Um dies zu zeigen, ist der herzustellende kugelige Vollkörper mit gestrichelten Linien bereits in den F i g. 3,4 und 5 eingezeichnet, welche das Einstechverfahren mit dem vorerwähnten Hohlfräser 15 bis zur Endphase gemäß F i g. 6 veranschaulichen.

Der Vorschub des Hohlfräsers in Richtung auf da: Arbeitsstück ist durch den Doppelpfeil 17 angezeigt. Ir Fig.3 befindet sich der Hohlfräser außerhalb de: Drehbereiches des Arbeitsstückes 25, während er in dei Stellung nach F i g. 4 bereits in dessen Drehbereich ge langt ist. Am Rand des würfelförmigen Ausgiingskör pers entstehen zunächst winkelförmige Ausfräsungen die mit 30 bezeichnet sind und die sich mit zunehmen der Kindringtiefe gemäß F i g. 5 immer mehr vergrö Bern. In Fig. 5 ist der Hohlfräser so weit in das Ar beitsstück 25 eingedrungen, daß die Ausfräsungen 3( bereits zu einer kugeligen Fläche zusammengewachser sind. In der Stellung nach F i g. 5 ist durch die kontinu ierliche Drehung des Arbeitsstückes um die Rotations achse 24 der Stahlnadcl 27 bereits ein sphärischer Voll körper entstanden, der, wenn die Stirnkante 28 de« Hohlfräsers bis dicht gegen die Nadel 27 herangefiihri ist (F i g. 6) den in F i g. 9 dargestellten kugeligen Voll körper 32 erzeugt hat, dessen eine Hälfte gemäß F i g. ί außerhalb des Hohlfräsers und dessen andere Hälfte innerhalb des Hohlfräsers liegt. Übrig bleiben die verlorenen Seitenscheiben 33 mit dem Halsansat/ 34, der wenn die Nadel 27 aus dem hergestellten Vollkörper zurückgezogen ist. abgeschnitten wird, wie dies die obere Hälfte der F 1 g. 9 veranschaulicht.

Die Fig. 10 zeigt die Winkeleinstellung de« Schwenktisches 2 gemäß der strichpunktierten Linie 11 in F i g. 2.

An Stelle der Stahlnadel 27 tritt hier als Werkstück aufnahme ein Zapfen 35, auf dem das Arbeitsstück mil einem vorgearbeiteten Loch 36 entsprechender Tiefe aufgesteckt wird. Der Zapfen 35 hat eine nach inner ausgerundete Ringnut 37, die in den Bereich der Schneide des Hohlfräsers liegt. Die Schneide schneidei die Lochkante 38 des vorgearbeiteten Loches 36 anfertigen Arbeitsstück sauber, so daß dieses keinet Nachbearbeitung bedarf. Das in den Fig. 11 und 12 dargestellte fertige Arbeitsstück ist mit 39 bezeichnet Es stellt beispielsweise eine Mikrophonschutzkapsel her, die bekanntlich aus Schwamm, Gummi oder einem weichen elastischen Schaumstoff besteht.

Der in Fig. 15 dargestellte Ovalkörper 40 ist aui einer Stahlnadel 27 hergestellt. Der Höhenversatz des Hohlfräsers gegenüber der Werkstückachse ist in dei Fig. 13 mit 41 bezeichnet Durch ihn entsteht der ir F i g. 14 dargestellte kleinere Halbmesser 42 am Ovalkörper, dessen Herstellung sonst die gleiche ist, wie diejenige eines kugeligen Voiikörpers. Die stehengebliebenen verlorenen Seitenscheiben 33 stehen senkrecht zur Stahlnadel 27, die in F i g. 15 angedeutet ist

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines kugeligen bzw. ovalen Vollkörpers aus einem insbesondere aus Schaumstoff bestehenden zerspanbaren Arbeitsstück, bei dem das Arbeitsstück während eines Zerspanungsvorganges um eine Rotationsachse gedreht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Zerspanen auf einer kreisringförmigen Fläche erfolgt, deren senkrecht durch den Mittelpunkt gehende Achse quer zur Rotationsachse liegt, und daß diese Fläche parallel zu sich selbst, also quer zur Rotationsachse, vorgeschoben wird.

2. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer drehangetriebenen Werkstückspindel, einem Stützbock und einem Quersupport, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hohlfräser (15), der an seiner Stirnkante (28) und an dem vorderen Teil der anschließenden Umfangsfläche (29a) mit feilenartig gehauenen Zähnen (29) besetzt und innenseitig glattwandig ausgebildet ist und dessen Innendurchmesser mit dem Außendurchmesser des herzustellenden Vollkörpers übereinstimmt, von einem Antriebsmotor (14) des Quersupports (13) antreibbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsstück (25) auf eine Achse aufgesteckt wird und nur durch die Haftreibung des Materials auf der Achse gehalten wird.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Herstellen von kugeligen Vollkörpern die Achse des Hohlfräsers (15) sich mit der Rotationsachse (24) im Kugelmittelpunkt schneidet.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Hohlfräsers (15) gegenüber der Rotationsachse (24) entsprechend dem kleineren Durchmesser des herzustellenden Ovalkörpers höhenversetzt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlfräser (15) mittels vertikaler Führungen (21) und Stellmitteln (22) des Quersupportes (13) höheneinstellbar und zur Herstellung eines kugeligen Vollkörpers auf die Höhe der Rotationsachse (24) des Arbeitsstückes (25) eingestellt ist, während die Achse des Hohlfräsers (15) zur Herstellung eines Ovalkörpers (40) auf einen Höhenversatz (41) einstellbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine dünne Stahlnadel (27) in die Werkstückspindel (4) eingespannt und in einer Bohrung (8) des Stützbockes (6) geführt ist und als Aufnahme für das Arbeitsstück (25) dient, das auf die Stahlnadel (27) aufgesteckt ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückspindel als Zapfen (35) ausgebildet ist, auf den das Arbeitsstück mit einem dem Durchmesser des Zapfens entsprechenden vorgearbeiteten Loch (36) aufschiebbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückspindel (4) und der Stützbock (6) auf einem Schwenktisch (2) des Maschinenbettes (I) angeordnet sind, der in Kreisbojenführungen (10) winklig zur Achse des Hohlfrä- »ers (15) einstellbar ist.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zun Herstellen eines kugeligen bzw. ovalen Voükörpers au einem insbesondere aus Schaumstoff besiehenden zer spanbaren Arbeitsstück, bei dem das Arbeitsstück wäh rend eines Zerspanungsvorganges um eine Rotations achbe gedreht wird.

Für die Durchführung eines Verfahrens dieser Art is eine Vorrichtung bekannt, die aus einer rotierender Messertrommel mit wendelförmig angeordneten Mes serblättern und einer vor dieser befindlichen, um 180° schwenkbaren und außerdem um eine Rotationsachse drehbaren Werkstückaufnahme mit Haltearmen für das Arbeitsstück besteht, wobei die Haltearme das Arbeitsstück an einem zylindrischen Teil umgreifen und halten Sowohl die Schwenkbewegung als auch die Drehbewegung erfolgen von Hand. Die Schwenkachse der Werkstückaufnahme liegt in der Schnittebene, so daß das Arbeitsstück in der jeweils eingestellten Schnittebene um 180° vor- und zurückgeschwenkt werden kann. Durch diese Schwenkbewegung läßt sich aber nur eine Halbkugel herstellen. Die Herstellung eines kugeligen Vollkörpers ist nur durch Umspannen des Arbeitsstückes möglich. Dabei müssen die Halbkugeln durch halbkreisförmiges Schwenken des Arbeitsstückes auf jede Hälfte des Arbeitsstückes getrennt aufgebracht werden, wobei sich wohl immer Markierungen im Randbereich der Halbkugeln ergeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das die Herstellung von kugeligen bzw. ovalen Vollkörpern, insbesondere aus Schaumstoff, in einem Arbeitsgang ermöglicht, ohne daß ein Umspannen des Arbeitsstükkes erforderlich ist und ohne daß besondere Spann- und Mitnahmemittel für das Arbeitsstück erforderlich sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß das Zerspinen auf einer kreisringförmigen Fläche erfolgt, deren senkrecht durch den Mittelpunkt gehende Achse quer zur Rotationsachse liegt, und daß diese Fläche parallel zu sich selbst, also quer zur Rotationsachse, vorgeschoben wird. Ein kugeliger bzw. ovaler Vollkörper entsteht innerhalb der kreisringförmigen Fläche infolge der Rotation des Arbeitsstückes, wobei die senkrecht durch den Mittelpunkt der kreisringförmigen Arbeitsfläche gehende Achse des Werkzeuges quer zur Rotationsachse des Arbeitsstückes liegt und durch Verschieben der kreisringförmigen Fläche parallel zu sich selbst, also quer zur Rotationsachse des Arbeitsstückes. Der kugelige bzw. ovale Vollkörper entsteht in einem Arbeitsgang, wobei das Material des Arbeitsstückes nur in Querrichtung zur Werkstückachse mit fortschreitendem Vorschub der kreisringförmigen Fläche bei ständigem Rotationsantrieb des Arbeitsstükkes zerspant wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens besitzt in bekannter Weise eine drehangetriebene Werkstückspindel, einen Stützbock und einen Quersupport und ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Hohlfräser, der an seiner Stirnkante und an dem vorderen Teil der anschließenden Umfangsfläche mit feiienartig gehauenen Zähnen besetzt und innenseitig glattwandig ausgebildet ist und dessen Innendurchmesser mit dem Außendurchmesser des herzustellenden Vollkörpers übereinstimmt, von einem Antriebsmotor des Quersupports antreibbar ist. Es sind zwar Topfmesser bekannt, mit welchen einzelne Schulterpolster aus Schaumgummi oder synthetischem Schaumstoff oder aus Moosgummi herausgeschnitten werden.