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Verfahren zur spangebenden Fertigung Die Erfindung bezieht sich auf
ein Verfahren zu spangebenden Fertigung einer insbesondere von der Kreisquerschnittsform
abweichenden, in Umfangsrichtung verlaufenden Fläche an einem Werkstück.
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Mit Hilfe sp3ngebender Fertigirngsverfahren werden üblicnerweise nur
solche Flachen an Werkstücken hergestellt, die Teile eines Kreiszylilldermantis
sind. Dabei greift, wie beispielsweise beim Drehen, entweder ein stillstehendes
Werkzeug in ein sich drehendes Werkstück spanabhebend ein, oder es schneidet ein
umlaufendes Werkzeug mit seiner Schneidfläche in ein stehendes Werkstück ein, wie
zum Beispiel beim Fräsen oder Schleifen. Auf diese Weise können nun aber im wesentlichen
nur solche umlaufenden Flächen gefertigt werden, die durch Rotation einer Geraden
um eine
zu dieser Geraden im wesentlichen prallele oder senkrechte
Achse darstellbar sind, beispielsweise kreiszylindrische oder konische Außen- und
Innenflächen, sowie ebene, kreisförmige Fläche.
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Wenn dagegen eine Fläche gefertigt worden soll, die von dieser regelmäßigen
Form abweicht, beispielzweise wenn die Flüche als Mantel eines Zylindere mit von
der Kreisform abweichendem Querschnitt ausgebildet ist, so entstehen eine Reihe
von Schwierigkeiten, die zumindest den Fertigungraufwand wesentlich erhöhen, Bei
der Bearbeitung einer do@@tigen Fläche muß, beispielsweise beim Drehen,während einer
Umdrehung des Werkstücke eine Relativbewegung zwischen Werkzoug und Werkstäck erfolgen,
die bisher beispielsweise mittels einer mehr oder weniger komplizierten Steuervorrichtung
aufgebracht werden mußte. So sind aufwendige Kopierdrell-oder -fräsverfahren zur
herstellung solcher unregelmäßig ausgebildeten Flächen bekannt.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, ein
Verfahren und ein Werkzeug zur Verwendung bei diesem Verfahren zu schaffen, mit
dem eine Fertigung derartiger Flächen, wie besonders ausgebildete äußere und innere
Ümfangsflächen, Stirnflächen, Nuten, Wälzkörperlaufbahnen und dergleichen einfacher
und billiger möglich ist. Insbesondere soll eine komplizierte Vorschubbewegung zwischen
Werkzeug und Werkstück vermieden werden.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemaß der Erfindung dadurch, daß
das Werkstück und ein mit einer Vielzahl von über den Umfang radial und/oder axial
gegeneinander versetzt angeordneten Zähnen versehenes Werkzeug gleichzeitig um Jeweils
feste Drehachsen umlaufen und daß die Drehzahl
des Werkzeuges gleich
oder ein ganzzahliges Vielfaches oder ein ganzzahliger Teil der Drehzahl des Werkstückes
ist. Dadurch, daß Werkstück und Werkzeug beide eine Drehbewegrng ausführen mit nrchzalllen,
die in einem festen, ganzzahligen aTewhältlli.s zueinander stehen, wird nun erreicht,
daß jeder Zahn des Werkzeuges immer an der- oder denselben Stellen des Werkstückes
schneidet So ergibt sich beispielsweise bei einem festen Drehzahlverhaltnis von
1 : 1, daß jedem einzelnen Zahn ein bestimmter Abschnitt der zu fertigenden, umlaufenden
Fläche zugeordnet ist. Soll nun diese Fläche über den Umfang einen veränderlichen
Radius zur Drehachse aufweisen, so brauchen lediglich die Schneidkanten der den
einzelnen Flächenabsohnitten zugeordneten Zähne entsprechende radiale Vor- oder
Rück-Sprünge aufweisen. Der zur Erzeugung einer über den Emfang radial und/oder
axial veränderlichen, umlaufenden Fläche erforderliche Vorschub zwischen Werkzeug
und Werkstück wird also in das Werkzeug hinein verlegt. Die Drehrichtungen von Werkzeug
und Werkstück sollen dabei gemäß der Erfindung gegensinnig sein, so daß ähnliche
Verhältnisse wie beim sogenannten Gleichlauffräsen erzielt werden.
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Infolge der unterschiedlichen Drehrichtungen ergeben sich dann an
3r Schnittstelle gleiche Bewegung3richtungen von Werkzeug und Werkstück, wobei allerdings
die Geschwindigkeiten unterschiedlich sein müssen, damit die Zähne des Werkzeugs
zum Schnitt kommen können. Die einzelnen Zähne stehen aber nur sehr kurze Zeit im
Eingriff, was sowohl für die Wärmebelastung des Werkzeuges als auch für die Genauigkeit
der auf demWerkstück erzeugten Spur äußerst günstig ist.
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Während der kurzen Eingriffszeit kann nämlich der einzelne Zahn nur
sehr wenig Wärme aufnehmen, die er während des sehr viel längeren, "leeren" Umlaufs
wieder an die umgebende, durch die Umdrehung bewegte Luft abgeben kann. Infolgedessen
lassen
sich sehr hohe Schnittechwindiü.keiten bei dem erfindungsgem2ßen Zerspannungsverfahren
erreichen, die die Fertigungseziten für derartig komplizierte Flächen beispielsweise
gegenüber dem bekannten Unrund-Kopierdrehon, bei dem die die nittgeschwindigkeiten
schon durch die Massenträgheit der hin- und herbewegten Teile begrenzt sind, onheblich
herabsetzen.
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Anders als etwa bei einer Cegenlauftbewegung ergeben sich bei der
Gleichlaufbewegung zudem sehr kurze Späne, die die Gefahr ausschalten, daß die von
den einzelnen Zähnen erzeugten Spuren sich gegenseitig verletzen. Dadurch lassen
sich dann auch solche Spuren am Werkstück mit guter Genauigkeit erzeugen, die über
den Umfang erhebliche radiale und/oder axiale Veränderungen aufweisen. Bei dem erfindungsgemäßen
Fertigungsverfahren können die Drehachsen von Werkzeug und Werkstück sowohl parallel
als auch in einem Winkel gegeneinander geneigt sein, Ein weiteres Merkmal der Erfindung
bezieht sich auf die Ausbildung eines Werkzeuges zur Verwendung bei dem erfindungsgemaßen
Verfahren und ist durch einen Fräser gekennzeichnet, dessen einzelne Zähne mit ihren
Schneidkanten entsprechend der Form der zu fertigenden Fläche gegeneinander radial
und/oder axial versetzt angeordnet sind. Eine andere Möglichkeit besteht in der
Verwendung einer Schleifscheibe, deren äußere Schneid-Oberfläche entsprechend der
Forn der zu fertigenden Fläche radial und/oder axial steigend beziehungsweise fallend
ausgebildet ist.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausfuhrungsbeispieles näher erläutert werden. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt
in schematischer
Darstellungsweise das erfindungEgem.i3ße Zerspanungsveifahren,
wobei i als Werkzeug ein0 Walzenfräser mit etwa ovalem Querschnitt verwendet wird.
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In der Zeichntrng ist mit 1 der Fräser und mit 2 das Werkstück bezeichet,
die beide mit der gleichen Drehzahl in der durch die Pfeile 5 und 6 an.gedeuteten
Richtung umlaufen. Der Fräser 1 weist eine Zahl von schneidenden Zähnen 4 auf, deren
Schneidkanten auf der mit 3 bezeichneten, geschlossenen Kurve liegen. Dieser als
geometrischer Ort aller Schneidkanten des Fräser anzusehende Kurvenzug 3 bildet
in dem hier gezeigten Beispiel der EinfacEReit halber eine symmetrische Ellipse.
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Unter I)erücksichtigung gleicher Drehzahlen ergibt sich nun, daß Jeder
Zahn 4 des Fräsers 1 immer wieder an der gleichen Stelle des Umfangs des Werkstückes
2 zum Schnitt kommt. Damit der einzelne Fräserzahn schneiden kann, ist lediglich
eine unterschiedliche eschwindigkeit an der Schnittfläche zwischen Werkzeug und
Werkstück erforderlich, was beispielsweise bei unterschiedlichen Durchmessern auch
für den Fall des in der Zeichnung gezeigten Gleichlauffräsens gegeben ist. Jedem
einzelnen Zahn ist dann ein bestimmter Abschnitt des Umfangs des Werkstückes entsprechend
dem Winkel 360°/n, wobei n die Zahl der Fräserzähne darstellt, zugeordnet.
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Umgekehrt ist Jedem Abschnitt der zu fertigenden Umfangsfläche des
Werkstückes auch ein bestimmter Fräser zahn zugeordnet.
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Wenn nun aber gemäß den vorausgegangenen Betrachtungen Jedem Abschnitt
der zu fertigenden Fläche des Werkstückes ein bestimmter Fräserzahn zugeordnet ist,
dann läßt sich
beispielsweise eine von der Hreisquerschnitsform
abweichende Fläche am Werkstück gemäß der Erfindung dadurch zeugen, daß die den
einzelnen Abschnitten der zu erzeugenden WerI:s+ückfläche zugeordneten Fräserzähne
um entsprechende Beträge radial gegeneinander versetzt sind, also Schneidkanten
mit unterechiedlichen Radien au reisen. Da nämlich der Abstand der beiden feststehenden
Drehachsen von Wer] zeug und Werkstück konstant bleibt, entspricht eine Veränderung
des Fräserschneidkantenradius einer umgekehrten Veränderung des Abstands des zugehörigen
Abschnitts der Werkstückfläche von der Werkstückdrehachse.
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In der Zeichnung ist als Beispiel ein etwa ellipsenförmiger Fräser
1 gezeigt, der nach den vdrausgcgangenen Erläuterungen bei gleicher Drehzahl von
Werkzeug und Werkstück an dem äußeren Umfang des Werkstückes eine im Querschnitt
etwa ovale Fläche erzeugt.
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Unter der Voraussetzung, daß die am Werkstück zu erzeugende ovale
Fläche symmetrisch ist, könnte diese auch durch einen mit doppelter Drehzahl umlaufenden
Fräser erzeugt werden, dessen Schneidkanten dann auf dem mit 7 bezeichneten Kurvenzug
liegen müssen. Dabei ergibt sich dann auch der Vorteil, daß über den gesamten Umfang
der Werkstückfläche eine größere Anzahl von Fräserzähnen zum Eingriff kommt, da
jeder Fräserzahn an jeweile zwei um 180° versetzt liegenden Abachnitten des Umfangs
des Werkstücks schneidet. Bei großen Zähne zahlen können Oberflächen erzeugt werden,
bei denen die Riefen, die durch den Eingriff eines jeden einzelnen Zahnes auf einem
endlich großen Abschnitt des Werkstück umfangs entstehen, weniger tief und ausgeprägt
sind.
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Aus dieser Erläuterung ist nun aber auch ersichtlich, daß jede andere
geschlossene umlaufende Fläche rit dem erfindungsgemä.t3 en ?ertigtingsverfahren
herge st elli werden kann, wobei dann lediglich cin besonders augebildetes Werkzeug
ur Verfügung stehen muß, d. h. ein Werkzeug, dessen einzelne Zähne um bestimmte,
aus der Form der zu fertigenden Flache sich ergebende Beträge radial und/oder axial
gc-nebiander versetzt sind.
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Während damit dieses Verfahren für Einzelfertigung weniger geeignet
erscheint, ergibt sich jedoch für große Stückzahlen ein erheblicher Vorteil durch
den Wegfall einer komplizierten Steuervorrichtung zur Aufbringung einer Relativbswegung
zwischen Werkstück und Werkzeug und durch die Erzielung höherer Sclmittgeschwindigkeiten.
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Mit diesem Verfahren lassen sich nun nicht nur komplizierte Flächen
an der äußeren Oberfläche eines Werkstückes und äußere nuten erzeugen, sondern auch
kompliziert ausgebildete innere Flächen und Stirnflächen. Dabei kann nicht nur der
als Beispiel gezeigte Walzenfräser, sondern es können auch besonders ausgebildete
Stirnfräser oder Schleifscheiben verwendet werden. Mit Hilfe eines Stirnfräsers
können Stirnflächen, also solche, die im wesentlichen senkrecht zur Drehachse des
Werkstücks liegen, mit über den Umfang veränderlichen axialen Steigungen erzeugt
werden. Mit einer entsprechend ausgebildeten Schleifscheibe kann dagegen auch eine
Feinbearbeitung vorgenommen werden. Dabei werden die zuvor beschriebenen, durch
die begrenzte Zahl der Zähne entstandenen Riefen in der Oberfläche weitgehend durch
die nahezu unendliche Zahl der an der Schleifscheibe vorgesehenen, dicht nacheinander
zum Eingriff kommenden Schleif-Körner beseitigt. Auch hier muß aber ein festes ganzzahliges
Drehzahlverhältnis
zwischen Werkseng undWerkstück eingehalten werden, sewie eine bestimmte, der zu
bearbeitenden Werkstückfläche angepsßte äußere Form der Schleifscheibe vergesehen
sein.
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Auf die zuvor beschrie'cne Art und licise lassen sich also umAauferde
Werkstäckfläche erzeugen, die sowohl in axialer als auch in radial Richtung veränderlich
sind. Dabei können die Drehachsen von Werkstück und Werkzeug entweder parallel liegen
oder aber in einem Winkel gegeneinander geneigt sein, der bis zu 90° betragen kann.
In letzterem Fall könnten beispielsweise am Umfang des Werkzeuges angeordnete Zähne
zum Eingriff kommen, um eine kurvenförmige Stirnfläche am Werkstück zu erzeugen.
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Insgesamt gesehen ergibt sich insbesondere für die Serienfertigung
von Werkstücken mit kompliziert ausgebildeten umlaufenden Flächen, deren Querschnitt
von der ebenen Kreisform abweicht, ein erheblicher Vorteil durch den Verzicht auf
komplizierte Vorschubeinrichtungen sowie durch die Möglichkeit, mit sehr hohen Schnittgeschwindigkeiten
zu arbeiten. Es ist lediglich für jede zu bearbeitende Fläche und Form ein besonderes
Werkzeug erforderlich, das im wesentlichen nur für diese Fläche und Form verwendbar
ist. Darüberhinaus.
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muß auch gewährleistet werden, daß Werkzeug und Werkstück mit im festen,
ganzzahligen Verhältnis zueinander stehenden Drehzahlen umlaufen.