DE4137923A1 - Werkzeugkopf fuer eine vorrichtung zum herstellen von drehteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Werkzeugkopf für eine Vorrich­ tung zum Herstellen von Drehteilen, die eine Werkstückauf­ nahme und einen in bezug auf das zu bearbeitende Werkstück einstellbaren Support zur Lagerung des Werkzeugkopfes auf­ weist, wobei der Werkzeugkopf eine mit einem Arbeitsantrieb verbundene Hohlspindel aufweist, die mit wenigstens einem radial verschiebbaren Werkzeughalter versehen ist.

Aus der DE 37 18 295 A1 ist ein Werkzeugkopf der eingangs bezeichneten Art bekannt, der zum Herstellen von Werkstücken mit polygonaler Außen- und/oder Innenkontur so konzipiert ist, daß durch die Überlagerung von zwei Drehbewegungen mit exzentrisch zueinander liegenden parallelen Achsen eine Bahn­ kurve für das Werkzeug erzeugt werden kann, so daß in Ver­ bindung mit der Drehung des Werkstücks Polygone in nahezu beliebiger Kontur als Drehteile herstellbar sind, wobei die Form der möglichen Konturen lediglich durch die Einhaltung der Schnittbedingungen begrenzt sind.

Da für die Herstellung einfach konturierter Drehteile, wie sie beispielsweise für Polygon-Wellen-Naben-Profile oder dergl. gegeben sind, die Möglichkeit, die der vorbekannte Werkzeugkopf bietet, überhaupt nicht ausgeschöpft zu werden brauchen, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen gegenüber dem vorbekannten Werkzeugkopf einfacher gestalteten und für eine Massenfertigung robusteren Werkzeugkopf zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß an der Hohlspindel wenigstens ein konzentrisches Stellrad um einen vorgegebenen Winkel hin- und herdrehbar gelagert ist, das mit einem steuerbaren Stellantrieb verbunden und über wenigstens ein Übertragungsmittel mit wenigstens einem Werkzeughalter verbunden ist. Ein derartiger Werkzeugkopf kann in einfacher Weise auf dem Support beispielsweise einer Drehbank angeordnet werden, wobei je nach Ausrichtung des Werkzeugs sowohl Außen- als auch Innenkonturen bearbeitet werden können. Über den Support kann nun die Lage der Dreh­ achse der Hohlspindel in bezug auf die durch die Werkstück­ aufnahme definierte Drehachse des Werkstücks eingestellt werden. Bei einer gleichachsigen Einstellung können zylindri­ sche Oberflächen bearbeitet werden, wobei für diesen Ein­ satzfall die Werkstückaufnahme stillsteht. Bei einer achs­ parallelen Einstellung der Drehachse der Hohlspindel zur Drehachse des Werkstücks lassen sich bei entsprechender Vor­ gabe der Drehzahlverhältnisse zwischen Werkstückdrehzahl und Hohlspindeldrehzahl in der Überlagerung beider Bewegun­ gen Konturen erzeugen, die als Epizykloiden beschrieben wer­ den können. Durch eine Schrägstellung der Drehachse der Hohl­ spindel in bezug auf die Werkstückdrehachse ergibt sich in bezug auf die Drehachse des Werkstücks eine elliptische Bahn­ kurve des Werkzeuges, die es wiederum erlaubt, in der Über­ lagerung mit der Werkstückdrehzahl weitere der Bahnkurve entsprechende Querschnittskonturen am Werkstück zu erzeugen. Der Werkzeughalter kann während des Betriebes über das mit umlaufende konzentrische Stellrad und dem ihm zugeordneten steuerbaren Stellantrieb in radialer Richtung eingestellt werden. Dies erlaubt eine Werkzeugzustellung sowohl zum Aus­ gleich des Werkzeugverschleißes als auch in Verbindung mit einer dem Stellantrieb zugeordneten NC-Steuerung das Einar­ beiten von Konturen, wie beispielsweise Radien, Absätze, Einstiche oder dergl., wie sie üblicherweise auch mit einer normalen NC-gesteuerten Drehmaschine möglich sind. Ein wei­ terer besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Werkzeugkopfes besteht darin, daß zusätzlich zur Überlagerung der Drehbewe­ gung von Werkzeug und Werkstück eine Radialbewegung des Werk­ zeugs in Abhängigkeit von der Werkstückdrehung und/oder der Hohlspindeldrehung vorgenommen werden kann, so daß außer einer Einflußnahme auf die zu erzeugende Werkstückkontur infolge der Überlagerung der Drehbewegung von Werkstück und Werkzeugkopf eine zusätzliche Einflußnahmemöglichkeit besteht, die es erlaubt, gezielt bestimmte Zonen der zu erzeugenden Kontur abweichend von der durch die Überlagerung der beiden Drehbewegungen vorgegebenen Kontur vorzunehmen. Wichtig ist hierbei nur, daß die Verbindung zwischen dem Stellantrieb und dem Stellrad so beschaffen ist, daß das Stellrad mit der Hohlspindel in einer festen Phasenlage umläuft, die nur durch Aktivierung des Stellantriebes veränderbar ist. Durch eine Reduzierung der Bauelemente ergibt sich eine Vereinfa­ chung der Verstellung und gleichzeitig eine Reduzierung des Spiels und damit eine größere Präzision für das herzustellen­ de Werkstück.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorge­ sehen, daß der Stellantrieb durch einen Elektromotor gebildet wird, der das Stellrad antreibt und der über ein elektroni­ sches Getriebe mit dem als Elektromotor ausgebildeten Arbeits­ antrieb verbunden ist, und daß eine Steuerung für den Stell­ antrieb zur Änderung der Drehzahl und damit zur Veränderung seiner Phasenlage gegenüber dem Arbeitsantrieb vorgesehen ist. Ein derartiger Stellantrieb ist einfach im Aufbau und einfach zu steuern, da über die modernen elektronischen Ge­ triebe beide Elektromotoren mit großer Genauigkeit in einem konstanten Drehzahlverhältnis zueinander schlupffrei betrie­ ben werden können. Will man nun die Phasenlage des Stellrades gegenüber der Hohlspindel verändern, d. h. die radiale Zustel­ lung des Werkzeughalters nach innen oder nach außen bewirken, dann ist es lediglich erforderlich, über die Ansteuerung des den Stellantrieb bildenden Elektromotors diesen kurzzei­ tig schneller oder langsamer als den Elektromotor des Arbeits­ antriebes laufen zu lassen, um eine Änderung der Phasenlage und damit eine gezielte radiale Zustellung des Werkzeugs möglich ist. Durch eine Drehzahlübersetzung bzw. Drehzahlun­ tersetzung zwischen dem Stellantriebsmotor und dem Stellrad läßt sich darüber hinaus auch noch die Zustellgeschwindig­ keit vorgeben.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Stellantrieb durch einen axial wirkenden Schiebean­ trieb gebildet wird, der auf einen axial verschiebbaren und frei drehbaren Zahnradblock einwirkt, daß der Zahnradblock einen ersten Verzahnungsteil und einen zweiten Verzahnungsteil aufweist, daß wenigstens einer der beiden Verzahnungsteile eine Schrägverzahnung aufweist, daß der erste Verzahnungsteil von einem mit der Hohlspindel verbundenen Antriebszahnrad angetrieben wird und daß der zweite Verzahnungsteil das mit einer entsprechenden Schrägverzahnung versehene Stellrad antreibt. Diese Ausbildung des Stellantriebs erlaubt sowohl einen für manuelle Verstellung ausgebildeten Schiebeantrieb als auch einen fernsteuerbaren Schiebeantrieb. Solange der Zahnradblock fest in seiner axialen Position gehalten wird, bleibt die Phasenlage zwischen Hohlspindel und Stellrad un­ verändert. Wird der Zahnradblock jedoch axial verschoben, dann wirkt die Schrägverzahnung des zweiten Verzahnungsteils wie eine Steuerkurve auf das Stellrad, so daß infolge der Axialverschiebung das Stellrad während des Betriebes um ein zum Weg der Axialverschiebung proportionales Maß gegenüber der Hohlspindel verdreht wird, so daß wiederum über die Übertragungsmittel eine entsprechende radiale Bewegung des Werkzeughalters bewirkt wird. Der steuerbare Antrieb kann über einen elektrischen Servomotor mit integriertem Drehgeber erfolgen, wobei der Drehgeber die Position des Rotors gegen­ über dem Stator angibt. Dieser Servomotor kann entweder über einen Zahnstangenantrieb die axiale Verschiebung des Zahnrad­ blocks bewirken oder auch über eine Kugelgewindespindel, auf der die Drehlagerung des Zahnradblocks axial führbar gehalten ist. Ebenso ist eine axiale Verstellung über eine hydraulisch oder pneumatisch beaufschlagte Kolben-Zylinder- Einheit mit einer entsprechenden wegfühlenden Steuerung für die Axialverschiebung möglich. Die axiale Verstellung kann auch über einen elektrischen Linearmotor vorgenommen werden.

In Ausgestaltung der Erfindung ist für das Übertragungsmittel Zur Umsetzung der Drehbewegung des Stellrades in eine radial gerichtete Linearbewegung des Werkzeughalters vorgesehen, daß das Übertragungsmittel durch wenigstens eine mit dem Stellrad in Wirkverbindung stehende stirnseitig angeordnete Steuerkontur gebildet wird, die in eine entsprechende Gegen­ kontur am Werkzeughalter eingreift. Die stirnseitige Steuer­ kontur kann fest mit dem Stellrad verbunden sein, beispiels­ weise in Form eines Spiralbogenstücks, das in eine entspre­ chende Gegenkontur am linear verschiebbaren Werkzeughalter eingreift. Die Steuerkontur kann aber auch durch eine Zahn­ stange gebildet werden, die mit einer Zahnreihe in eine Stirnverzahnung am Stellrad eingreift und mit einer um 90° hierzu versetzten Keilzahnreihe in eine wiederum um 90° ver­ setzte entsprechende Verzahnung am Werkzeughalter eingreift. Der Vorteil einer derartigen Keilverzahnung ist die Spiel­ freiheit, was der Präzision der herzustellenden Werkstücke zugute kommt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das frei drehbar auf der Hohlspindel gelagerte Stellrad über Mitnehmer mit einer in der Hohlspindel frei drehbaren Über­ tragungshülse formschlüssig verbunden ist, die ihrerseits mit der Steuerkontur in Wirkverbindung steht. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß das den Werkzeughalter tragende Ende der Hohlspindel mit nur geringer Länge die Lagerung der Hohl­ spindel frei überragt, so daß sich eine kurze und gedrungene Bauweise ergibt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorge­ sehen, daß die Steuerkontur durch eine den Werkzeughalter tragende Schraubspindel mit radialer Drehachse gebildet wird, die mit einem Zahnrad versehen ist, das mit einer entspre­ chenden Verzahnung am Stellrad bzw. an der Übertragungshülse im Eingriff steht.

In vorteilhafter weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß wenigstens zwei Werkzeughalter diametral gegenüberliegend an der Hohlspindel angeordnet sind. Da zweckmäßigerweise beide Werkzeughalter jeweils über eine Steuerkontur mit dem Stellrad in Verbindung stehen und somit beide Werkzeughalter gleichzeitig und um ein gleiches Maß nach innen oder außen verstellt werden, ist nicht nur die Möglichkeit gegeben, mit zwei Werkzeugen gleichzeitig zu arbeiten. Diese Anordnung bietet auch den Vorteil, daß bei einer Bearbeitung mit nur einem Werkzeug das Gesamtsystem durch den anderen Werkzeughalter für jede radiale Positionie­ rung des Werkzeugs das System ausgewuchtet bleibt und damit hohe Arbeitsdrehzahlen vibrationsfrei möglich sind. Will man mehr als zwei Werkzeuge einsetzen, so werden entsprechen­ de Werkzeughalter gleichmäßig über den Umfang verteilt an der Hohlspindel angeordnet, um wiederum die automatische Wuchtung zu gewährleisten. Auch bei einer Anordnung von drei oder vier Werkzeughaltern ist wiederum eine Bearbeitung mit nur einem Werkzeug ohne Beeinträchtigung der Wuchtung möglich. Vier Werkzeughalter ermöglichen so den Einsatz von zwei unab­ hängig steuerbaren Werkzeugen.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Ar­ beitsantriebsmotor der Hohlspindel über ein steuerbares elek­ tronisches Getriebe mit dem Antriebsmotor der drehbaren Werk­ stückaufnahme in Verbindung steht, so daß die Hohlspindel mit einer Drehzahl umläuft, die in einem einstellbaren Ver­ hältnis zur Drehzahl des Werkstücks steht. Hierdurch ist eine gezielte Überlagerung der Werkstückdrehung und der Werk­ zeugdrehung möglich, die beispielsweise die Herstellung von entsprechenden einfachen Polygonprofilen erlaubt. Bei entspre­ chenden Einsatzfällen ist es aber auch möglich, über das elektronische Getriebe dem Antriebsmotor der Werkstückauf­ nahme die Drehzahl "0" vorzugeben, so daß das Werkstück fest­ gehalten wird und nur die Hohlspindel mit dem Werkzeug um­ läuft. Dies erlaubt es beispielsweise in einer Aufspannung eine Exzenterwelle zu drehen, da die gewünschte Exzentrizi­ tät lediglich über einen Querverschub des die Hohlspindel tragenden Supportes einzustellen ist. Die übrigen Werkzeug­ bewegungen, wie Axialvorschub, Radialverstellung des Werk­ zeugs und/oder Querbewegung des Supportes werden in üblicher Weise vorgenommen, bei Vorrichtungen mit NC-Steuerung in entsprechender Weise über die NC-Steuerung. So ist es bei­ spielsweise möglich, mit dem erfindungsgemäßen Werkzeugkopf bei einer entsprechenden Ansteuerung den Rotor für eine Exzenterschneckenpumpe herzustellen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Stellantrieb mit einer Ansteuerung verbunden ist, die eine gesteuerte, insbesondere eine periodische Hin- und Herbewegung des Werkzeughalters in Abhängigkeit von der Dreh­ zahl der Hohlspindel und/oder Drehzahl des Werkstücks und/oder dem Axialvorschub des Werkzeugkopfes bewirkt. Durch die Über­ lagerung der Drehbewegungen einerseits mit der Querbewegung des Werkzeughalters bzw. des Werkzeugs andererseits lassen sich auch komplizierte Drehteile, deren Kontur nicht mathema­ tisch definiert ist, in einer Drehbearbeitung herstellen.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Aufsicht auf eine Vorrichtung zur Herstellung von Drehteilen mit einem Werkzeugkopf,

Fig. 2 in einem Vertikalschnitt durch den Werk­ zeugkopf eine erste Ausführungsform,

Fig. 3 in einem Vertikalschnitt durch den Werk­ zeugkopf eine zweite Ausführungsform,

Fig. 4 ein mit dem Werkzeugkopf herstellbares Polygonprofil.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zur Herstellung von Drehteilen besteht im wesentlichen aus einer drehbaren Werk­ stückaufnahme 1, die über einen Antriebsmotor 2, beispiels­ weise einen Elektromotor, antreibbar ist. Der Werkstückauf­ nahme 1 ist am nicht dargestellten Maschinengestell ein Reit­ stock 3 mit drehbarer Pinole 4 zum Spannen eines Werkstücks 5 zugeordnet.

Auf einem mit dem nicht dargestellten Maschinengestell ver­ bundenen Support 6 ist ein Werkzeugkopf 7 angeordnet, der in seinem Aufbau und seiner Funktion nachstehend noch näher erläutert werden wird. Der Support 6 ist in üblicher Weise mit einem Axialvorschub versehen, durch den der Support 6 in Abhängigkeit von der Werkstückdrehung in axialer Rich­ tung (Pfeil 8) hin- oder herbewegt werden kann. Der Support 6 ist ferner in üblicher Weise mit einem Querantrieb versehen, der eine Bewegung quer zur Achsrichtung des Werkstücks 5 (Pfeil 9) ermöglicht. Sowohl der Axialvorschub als auch der Quervorschub können mit einem entsprechenden Stellantrieb verbunden sein, der mit einer NC-Steuerung in Verbindung steht. Eine derartige Ausrüstung ist von Drehvorrichtungen grundsätzlich bekannt und braucht nicht näher erläutert zu werden.

Wie die Aufsicht in Fig. 1 zeigt, bietet der Support 6 ferner die Möglichkeit, den Werkzeugkopf 7 unter einem Winkel α zur Drehachse 10 des Werkstücks einzustellen, so daß die vom Werkzeug 11 beschriebene Laufbahn in bezug auf die Werk­ stückdrehachse eine elliptische Schnittbahn am Werkstück 5 ergibt.

Der Werkzeugkopf 7 weist ein mit dem Support 6 fest verbunde­ nes Gehäuse 12 auf, in dem eine Hohlspindel 13 drehbar gela­ gert ist, die über einen Arbeitsantrieb 14, beispielsweise in Form eines Elektromotors antreibbar ist. Stirnseitig ist die Hohlspindel mit wenigstens einem radial zustellbaren Werkzeughalter 15 versehen, an dem das Werkzeug 11 befestigt ist.

Der vertikale Längsschnitt in Fig. 2 zeigt an einem Ausfüh­ rungsbeispiel den Aufbau des Werkzeugkopfes 7. Die Hohlspin­ del 13 ist hierbei in dem nur angedeuteten Gehäuse 12 dreh­ bar gelagert und an ihrem einen Ende mit einem Zahnrad 16 fest verbunden, das über ein Antriebszahnrad 17 mit dem Ar­ beitsantrieb 14 in Verbindung steht. Am anderen Ende der Hohlspindel 13 sind in einer radialen Führung die zwei Werk­ zeughalter 15 angeordnet, wobei für das dargestellte Ausfüh­ rungsbeispiel nur ein Werkzeug 11 zur Bearbeitung einer Außenkontur eingesetzt ist. Der die Werkzeughalter 15 tragen­ de Haltekopf 18 ist hierbei drehfest mit der Hohlspindel 13 verbunden.

Auf der Außenseite der Hohlspindel 13 ist ein Stellrad 19 frei drehbar gelagert, das über radial nach innen gerichtete Mitnehmer 20 mit einer im Innern der Hohlspindel frei dreh­ baren angeordneten Übertragungshülse 21 formschlüssig verbun­ den ist. Die Mitnehmerstifte 20 ragen hierbei durch in Um­ fangsrichtung verlaufende Langlöcher 22 in der Hohlspindel 13 hindurch, so daß für das Stellrad 19 eine begrenzte Hin- und Herdrehung möglich ist.

Mit ihrem stirnseitigen Ende wirkt die Übertragungshülse 21 auf ein Übertragungsmittel 23 ein, das die durch das Stell­ rad 19 bewirkte relative Verdrehung der Übertragungshülse 21 gegenüber der Hohlspindel 13 in eine lineare Bewegung des Werkzeughalters 15 umsetzt. Bei dem dargestellten Ausführungs­ beispiel besteht das Übertragungsmittel aus einer Stirnver­ zahnung 24 am freien Ende der Übertragungshülse 21, die mit einer Zahnstange 25 zusammenwirkt, deren um 90° versetzte Keilerzahnung 26 auf eine entsprechende, wiederum um 90° versetzte Keilerzahnung 27 am Werkzeughalter 15 einwirkt.

Im Gehäuse 12 ist ein frei drehbares Zwischenrad 28 gelagert, das mit einem Antriebszahnrad 29 eines als Elektromotor aus­ gebildeten Stellantriebs 30 in Verbindung steht. Sieht man nun für das Zahnrad 16 mit seinem Arbeitsantriebsmotor 14 einerseits und für das Stellrad 19 mit seinem Stellantriebs­ motor 30 gleiche Übersetzungsverhältnisse vor und läßt beide Motoren 14 und 30 mit der gleichen Drehzahl laufen, dann ergibt sich zwischen dem Stellrad 19 und der Hohlspindel 13 keinerlei Relativbewegung, so daß sich die Phasenlage des Stellrades 19 gegenüber der Hohlspindel 13 nicht verändert. Um dies zu erzwingen, sind nun die beiden Motoren 14 und 30 über ein sogenanntes elektronisches Getriebe 31 miteinander verbunden, das hier nur schematisch dargestellt ist, so daß der notwendige Gleichlauf zwischen dem Arbeitsantriebsmotor 14 und dem Stellantriebsmotor 30 garantiert ist. Um nun eine radiale Zustellung des Werkzeugs 11 zu bewirken, wird über eine entsprechende Steuerschaltung im elektronischen Getriebe 31 der Stellantriebsmotor 30 je nach der Richtung der gewünschten radialen Verstellung kurzfristig beispiels­ weise über kurze Stellimpulse schneller oder langsamer ge­ dreht, so daß das Stellrad 19 gegenüber der Drehung der Hohl­ spindel 13 in seiner Drehung vorläuft oder zurückbleibt. Die relative Verdrehung des Stellrades 19 gegenüber der Hohl­ spindel 13 bewirkt nun über die Übertragungsmittel 23 eine entsprechende radiale Verstellung des Werkzeughalters 15. Über entsprechende Geber kann hierbei die Veränderung der Phasenlage des Stellrades 19 gegenüber der Hohlspindel 13 und damit die Richtung und das Maß der radialen Verschiebung des Werkzeughalters 15 kontrolliert werden.

Wie Fig. 2 erkennen läßt, sind bei dem dargestellten Aus­ führungsbeispiel zwei Werkzeughalter 15 diametral einander gegenüber angeordnet, wobei die Übertragungsmittel beider Werkzeughalter 15 so ausgebildet sind, daß bei einer Drehung des Stellrades 19 sich die beiden Werkzeughalter 15 jeweils entgegengesetzt zueinander bewegen. Damit ist eine automa­ tische Wuchtung des Gesamtsystems gewährleistet, auch dann, Wenn, wie in Fig. 2 dargestellt, nur ein Werkzeughalter 15 mit einem Werkzeug 11 bestückt ist. Der andere Werkzeughalter kann hierbei dann mit einem entsprechend bemessenen Blind­ werkzeug ausgerüstet werden, um hier eine optimale Wuchtung zu gewährleisten.

Die in Fig. 3 ebenfalls in einem Vertikalschnitt dargestellte Ausführungsform weicht lediglich in bezug auf den Stellan­ trieb des Systems von der Ausführungsform gem. Fig. 2 ab. Gleiche Bauteile sind daher mit gleichen Bezugszeichen ver­ sehen, so daß insoweit auf die Beschreibung zu Fig. 2 ver­ wiesen werden kann.

Bei dem Ausführungsbeispiel gem. Fig. 3 treibt das Zahnrad 16 ein im Gehäuse 12 freilaufend gelagertes Ritzel 32 an. Das Stellrad 19 steht wiederum mit einem im Gehäuse freilaufend gelagerten Ritzel 33 in Verbindung. Das Ritzel 32 und das Ritzel 33 sind über einen Zahnradblock 34 miteinander gekop­ pelt, der einen ersten Verzahnungsteil 35 mit einer Geradver­ zahnung und einen zweiten Verzahnungsteil 36 mit einer Schrägverzahnung aufweist. Das Ritzel 32 weist dann dement­ sprechend ebenfalls eine Geradverzahnung und das Ritzel 33 sowie das Stellrad 19 eine entsprechende Schrägverzahnung auf. Der Zahnradblock 34 ist nun auf einem Lagerkörper 37 drehbar gelagert, der jedoch seinerseits undrehbar aber längsverschieblich im Gehäuse 12 des Werkzeugkopfes gelagert ist. Wird nun die Hohlspindel 13 über den Arbeitsantrieb 14 in Drehung versetzt, so sind über das Ritzel 32, den Zahnradblock 34 und das Ritzel 33 die Hohlspindel 13 und das Stellrad 19 starr miteinander gekuppelt, so daß sich keine Relativdrehung zwischen Hohlspindel 13 und Stellrad 19 ergibt. Wird nun über einen axial wirkenden Schiebeantrieb 38, dessen Aufbau und Wirkungsweise nachstehend noch näher beschrieben werden wird, der Lagerkörper 37 mit dem Zahnrad­ block 34 axial verschoben, so bewirkt die Schrägverzahnung des zweiten Verzahnungsteils 36 eine relative Verdrehung des Stellrades 19 auf der Hohlspindel 13. Über die anhand von Fig. 2 beschriebenen Übertragungsmittel erfolgt nun wie­ der eine radiale Verstellung des Werkzeughalters 15 entspre­ chend dem Maß der relativen Verdrehung des Stellrades 19 gegenüber der Hohlspindel 13. Der Schiebeantrieb 38 kann in beliebiger Weise ausgebildet sein. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist als Schiebeantrieb ein elektrischer Servomotor 39 mit integriertem Drehgeber vorgesehen, durch den die Position des Rotors gegenüber dem Stator angezeigt wird. Der Servomotor 39 ist hierbei mit einer Kugelgewinde­ spindel 40 verbunden, die mit dem undrehbar aber längsver­ schiebbar gehaltenen Lagerkörper 37 zusammenwirkt, so daß bei entsprechender Drehung der Kugelumlaufspindel 40 der Zahnradblock 34 axial verschoben wird. Der Servomotor 39 steht im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel gem. Fig. 2 still und wird nur dann eingeschaltet, wenn eine Zustellung des Werkzeughalters 15 bewirkt werden soll.

Die Art der Verzahnung der beiden Verzahnungsteile 35 und 36 kann auch vertauscht werden, d. h. der Verzahnungsteil 35 weist eine Schrägverzahnung und der Verzahnungsteil 36 weist eine Geradverzahnung auf. Insbesondere wenn große Ver­ stellwege für den Werkzeughalter gewünscht werden, ist es zweckmäßig, wenn beide Verzahnungsteile jeweils - und zwar gegenläufig - mit einer Schrägverzahnung versehen sind.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Werkzeughalter 15 mit einer sogenannten Bohrstange 11′ verse­ hen, die es ermöglicht, mit dem Werkzeugkopf in gleicher Weise Innenkonturen zu drehen, wie dies vorstehend für Außen­ konturen beschrieben ist.

Der Werkzeugkopf dient in Verbindung mit den übrigen beschrie­ benen Maschinenbaugruppen in erster Linie der Herstellung polygonaler Konturen. Die Einsatzmöglichkeiten sind jedoch nicht hierauf beschränkt. Die Einrichtung kann z. B. auch in an sich bekannter Weise zur Herstellung von Gewinden und Schnecken durch das sogenannte Wirbelverfahren genutzt werden, wobei hier der Werkzeugeingriff diskontinuierlich ist und das Werkstück nur eine langsame Drehung als Vorschubbewegung ausführt. Eine sogenannte Endenbearbeitung bei stillstehendem Werkstück ist ebenfalls möglich. Hier wird die Drehachse der Werkzeughohlspindel konzentrisch zur Werkstückdrehachse eingestellt.

Werden in dieser Einstellung Werkzeug- und Werkstückspindel in eine vorzugsweise gegensinnige Drehung versetzt, so kann durch die sich ergebende Addition der Drehzahlen eine hohe Schnittgeschwindigkeit erreicht werden. Es ergibt sich hier­ bei, insbesondere beim Einsatz mehrerer Werkzeuge, ein Stabi­ lisierungseffekt, der sich besonders bei langen schlanken Wellen bemerkbar macht.

Wird eine der beiden Spindellagerungen in einer zusätzlichen verdreh- und klemmbaren Hülse gelagert, so ergibt sich hierbei die Möglichkeit, den unvermeidlichen Rundlauffehler einer Spindellagerung, der in etwa "ellipsenähnlich" ist, durch Verdrehung der Lagersitze in der oben genannten Hülse so gegeneinander zu verdrehen, daß die "Ellipsenmaxima" der beiden Spindeln um 90° gegeneinander verschoben sind. Die sich hieraus ergebende geometrische Addition der Rundlauffeh­ ler in bezug auf das Werkstück ergibt einen "Konturverlauf", der eine erheblich reduzierte Abweichung von der gewünschten "runden Kontur" aufweist.

Mit der Einrichtung können, wie bereits dargestellt, auch - bezogen auf die Werkstückdrehachse - Exzenter hergestellt werden. Die Herstellung von Kurbelwellen ist hiernach möglich, wobei im Gegensatz zu dem bekannten Kurbelwellen-Wirbelver­ fahren des Werkzeug kontinuierlich am Werkstück angreift.

Der Verfahrensablauf ergibt sich wie folgt: Die Kurbelwelle wird mit ihren äußeren Hauptlagern zwischen Werkstückaufnahme und Reitstock bzw. Setzstock aufgenommen, wobei das Werkstück durch den Werkzeugkopf geführt wird. Der radiale Versatz zwischen der Drehachse der Werkstückaufnahme und der Drehachse des Werkzeugkopfes wird auf die gewünschte Exzentrizität, d. h. den Versatz zwischen den Hauptlagern und den Kurbelwel­ lenzapfen eingestellt. Durch eine getaktete Verdrehung der Kurbelwelle werden nacheinander die Kurbelzapfen in die Dreh­ achse des Werkzeugkopfes geführt und in dieser Position durch radiale Zustellung des Werkzeugs und eine axiale Verschiebung des Supportes bearbeitet. Zwischen den Bearbeitungsschritten wird das Werkzeug soweit außer Eingriff gebracht, daß eine Verdrehung des Werkstücks in die nächste Position möglich wird. Es ist in dieser Weise nicht nur eine Bearbeitung der Kurbelzapfen, sondern auch der Kurbelwangen möglich.

Eine kontinuierliche, in Abhängigkeit von der Axialbewegung des Supports gesteuerte langsame Drehbewegung eines z. B. zylindrisch geformten Werkstücks ergibt eine Exzenterschnecken­ welle, wie sie z. B. für Exzenterschneckenpumpen zum Einsatz kommt. Auch hier greift das Werkzeug, im Gegensatz zu bekann­ ten Verfahren, kontinuierlich am Werkstück an.

In Fig. 4 ist nun ein Beispiel für eine besonders zweckmäßige Gestaltung der Profilkontur eines Polygonprofils dargestellt und beschrieben, das auf einem sogenannten Normpolygonprofil aufbaut. Die Kontur 41 zeigt hierbei ein sogenannten P3G- Normprofil. Derartige Profile werden für drehfeste Verbindun­ gen benötigt, so daß die Profilkontur 41 sowohl als Innen­ profil als auch als Außenprofil in einer entsprechenden Pas­ sungsgüte hergestellt werden müssen. Die Schwierigkeit bei der Herstellung dieses Profils besteht darin, daß die Berüh­ rungslinien bzw. Berührungsflächen zwischen Innen- und Außen­ profil identisch hergestellt werden, so daß schon geringste Konturabweichungen zu undefinierten Tragverhältnissen führen. Das vorgegebene Profil ist durch drei "Ecken" E markiert, die jeweils den Bereich der stärksten Krümmung der Kontur aufweisen und den "Ecken" E gegenüberliegend jeweils den Bereich mit der geringsten Krümmung aufweisen.

Die Kontur 42 zeigt eine mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug­ kopf hergestellte Außenkontur, die so bemessen ist, daß sie mit der Linie 41 der Normkontur kompatibel ist. Die Besonder­ heit dieses Profils besteht jedoch darin, daß jeweils im Bereich der stärksten Krümmung an den "Ecken" E und im gegen­ überliegenden Bereich der geringsten Krümmung das Profil zurückgenommen ist, so daß sich keinerlei Berührung mehr mit der Kontur 41 des Normprofils ergibt. Lediglich in den Zwischenbereichen Z fällt der Verlauf der Kontur 41 und der Verlauf der Kontur 42 zusammen, wobei die Krümmung so gewählt ist, daß sich die Kontur 42 im Bereich Z an die Kontur 41 in diesem Bereich anschmiegt. Der Konturverlauf 42 kann nun deshalb mit dem erfindungsgemäßen Werkzeugkopf hergestellt werden, weil durch eine entsprechende Schrägstellung des Werkzeugkopfes gegenüber der Werkstückdrehachse die Kontur modifiziert werden kann. Zusätzlich zu der Überlagerung der beiden Drehbewegungen von Werkstück und Werkzeug kann das Werkzeug auch gezielt während eines Umlaufes um ein vorgege­ benes Maß über den Stellantrieb gegen das Werkstück zugestellt und wieder zurückgenommen werden. Bei dem gegebenen Polygon wird also das Werkzeug während eines Werkstückumlaufs sechs­ mal gegen des Werkstück zugestellt und wieder zurückgenommen.

Die Kontur 43 stellt eine weitere Polygonkontur dar, die mit dem Polygon gem. Kontur 41 kompatibel ist und die für das vorliegende Beispiel als Innenkontur ausgelegt ist. Diese Innenkontur kann mit dem erfindungsgemäßen Werkzeugkopf nach den gleichen Prinzipen hergestellt werden, d. h. durch eine Schrägstellung des Werkzeugkopfes und/oder dadurch, daß je­ weils im Bereich der "Ecken" E, d. h. im Bereich mit der größten Krümmung des Normprofils und im gegenüberliegenden Bereich mit der geringsten Krümmung das Werkzeug zusätzlich zu dem sich aus der Überlagerung der Drehbewegung von Werk­ zeug und Werkstück ergebenden Kontur gegen das Werkstück, d. h. im vorliegenden Fall nach außen zugestellt wird, so daß in diesen Bereich gezielt ein Freiraum geschaffen wird. Wie Fig. 4 zeigt, ergibt sich auch hier wiederum der jeweili­ ge Zwischenbereich Z, in dem sich die Kontur 41 an die Kontur 43 anschmiegt, so daß auch hier definierte Berührungsbereiche vorgegeben sind.

Fig. 4 läßt zudem erkennen, daß die mit dem erfindungsgemäßen Werkzeugkopf erzeugte Profilkontur 42 nicht nur mit der Norm­ profilkontur 41 sondern auch mit der entsprechend erzeugten neuen Profilkontur 43 zusammenwirkt. Es ist somit möglich, Innen- oder Außenprofilkonturen zu erzeugen, die mit vorhan­ denen Normprofilkonturen kompatibel sind, die jedoch nicht die festgestellten Nachteile einer nur aus Normpolygonprofi­ len hergestellten Verbindung aufweisen.

Das vorstehende, an einem Dreier-Polygonprofil beschriebene neuartige Konstruktionsprinzip ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt sondern kann ebenso auf eine Ellipsenkontur, also ein 2er-Polygon wie auch auf ein Polygon mit mehr als drei Ecken angewendet werden. Das Prinzip besteht darin, daß, bezogen auf den Umfang der Polygonkontur, für eine Außenkontur jeweils im mittleren Bereich zwischen zwei Ecken der "Durchmesser" gegenüber dem vorgegebenen Verlauf der zugehörigen Innenkontur etwas zurückgenommen wird. Zu­ sätzlich kann der Durchmesser auch im Eckenbereich etwas zurückgenommen werden.

Anstelle der vorgegebenen Profilpaarung mit einer "Normalkon­ tur" für die Innenkontur und der erfindungsgemäßen Ausbildung der einzuschiebenden Außenkontur kann bei einer "Normalkon­ tur" für die Außenkontur die zugehörige Innenkontur auch in der Weise ausgebildet werden, daß gegenüber der zugehöri­ gen Normalkontur für den Bereich zwischen je zwei in Umfangs­ richtung gesehen aufeinanderfolgenden Ecken der Durchmesser etwas vergrößert wird. Auch hier kann zusätzlich in den Eckenbereichen der Durchmesser vergrößert sein.

Durch die vorbeschriebenen Maßnahmen ergibt sich für eine Steckverbindung mittels Polygonprofilen ein definierter Trag­ bereich zwischen der einzusteckenden Außenkontur und der die Außenkontur aufnehmenden Innenkontur. Die Darstellung in Fig. 4 ist hierbei aus Gründen der Zeichnungsklarheit bezüglich der Durchmesserrücknahme bei der Außenkontur 42 einerseits und der Durchmesservergrößerung bei der Innen­ kontur 43 andererseits, jeweils im Vergleich zur Normalkon­ tur 41, vergrößert dargestellt. Mit dem vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Werkzeugkopf wäre auch eine derartige Kon­ turgebung ohne weiteres herstellbar, wobei die Kontur 43 im Normalfall wie die Kontur 42 mit "runden Ecken" ausgeführt wird. Für den gegebenen Anwendungszweck reicht es jedoch aus, wenn die Zurücknahme des Durchmessers bzw. die Durch­ messerzugabe nur Bruchteile von Millimetern beträgt, da durch diese Maßnahme nur sichergestellt werden muß, daß sich die beiden Profilkonturen nur in den in Fig. 4 gekennzeichneten Zwischenzonen Z berühren. Daraus ist aber auch ersichtlich, daß die in Abhängigkeit von Werkstückdrehung und Werkzeug­ drehung notwendige periodische Radialverstellung des Werk­ zeuges nur geringfügig zu sein braucht, so daß die entspre­ chende Drehbearbeitung auch mit hoher Drehzahl erfolgen kann.

Claims (10)

1. Werkzeugkopf für eine Vorrichtung zum Herstellen von Dreh­ teilen, die eine Werkstückaufnahme und einen in bezug auf das zu bearbeitende Werkstück einstellbaren Support zur Lage­ rung des Werkzeugkopfes aufweist, wobei der Werkzeugkopf eine mit einem Arbeitsantrieb verbundene Hohlspindel aufweist, die mit wenigstens einem radial verschiebbaren Werkzeughalter versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß an der Hohlspindel (13) wenigstens ein konzentrisches Stellrad (19) um einen vorgegebenen Winkel hin- und herdreh­ bar gelagert ist, das mit einem steuerbaren Stellantrieb und wenigstens ein Übertragungsmittel mit wenigstens einem Werkzeughalter (15) verbunden ist.

2. Werkzeugkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellantrieb durch einen Elektromotor (30) gebildet wird, der das Stellrad (19) antreibt und der über ein elek­ tronisches Getriebe (31) mit dem als Elektromotor (14) ausge­ bildeten Arbeitsantrieb verbunden ist und daß eine Steuerung für den Stellantrieb zur Änderung der Drehzahl und damit zur Veränderung seiner Phasenlage gegenüber dem Arbeitsan­ trieb vorgesehen ist.

3. Werkzeugkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellantrieb durch einen axial wirkenden Schiebe­ antrieb (38) gebildet wird, der auf einen axial verschieb­ baren und frei drehbaren Zahnradblock (34) einwirkt, daß der Zahnradblock (34) einen ersten Verzahlungsteil (35) und einen zweiten Verzahnungsteil (36) aufweist, daß wenig­ stens einer der beiden Verzahnungsteile eine Schrägverzah­ nung aufweist, daß der erste Verzahnungsteil (35) von einem mit der Hohlspindel (13) verbundenen Antriebszahnrad ange­ trieben wird und daß der zweite Verzahnungsteil (36) das mit einer entsprechenden Schrägverzahnung versehene Stellrad (19) antreibt.

4. Werkzeugkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsmittel durch wenigstens eine mit dem Stellrad (19) in Wirkverbindung stehende stirn­ seitig angeordnete Steuerkontur (23) gebildet wird, die in eine entsprechende Gegenkontur am Werkzeughalter (15) ein­ greift.

5. Werkzeugkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das frei drehbar auf der Hohlspindel (13) gelagerte Stellrad (19) über Mitnehmer (20) mit einer in der Hohlspindel (13) frei drehbaren Übertragungshülse (21) formschlüssig verbunden ist, die ihrerseits mit der Steuer­ kontur (23) in Wirkverbindung steht.

6. Werkzeugkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkontur (23) durch eine den Werkzeughalter (15) tragende Schraubspindel mit radialer Drehachse gebildet wird, die mit einem Zahnrad versehen ist, das mit einer entsprechenden Verzahnung am Stellrad bzw. an der Übertragungshülse im Eingriff steht.

7. Werkzeugkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Werkzeughalter (15) dia­ metral gegenüberliegend an der Hohlspindel (13) angeordnet sind.

8. Werkzeugkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Werkzeughalter (15) gleichmäßig über den Umfang verteilt an der Hohlspindel (13) angeordnet sind.

9. Werkzeugkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsantriebsmotor (14) der Hohl­ spindel (13) über ein einstellbares elektronisches Getriebe (31) mit dem Antriebsmotor (2) der drehbaren Werkstückauf­ nahme (1) in Verbindung steht, so daß die Hohlspindel (13) mit einer Drehzahl umläuft, die in einem einstellbaren Ver­ hältnis zur Drehzahl des Werkstücks (5) steht.

10. Werkzeugkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellantrieb mit einer Ansteuerung verbunden ist, die eine periodische Hin- und Herbewegung des Werkzeughalters (15) in Abhängigkeit von der Drehzahl der Hohlspindel (13) und/oder der Drehzahl des Werkstückes (5) und/oder dem Axialvorschub des Werkzeugkopfes (7) be­ wirkt.