DE4212238A1 - Verfahren zum Herstellen von Werkstücken, die auf einer Umfangsfläche mit Ausnehmungen versehen sind, und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Werkstücken mit im wesentlichen kreisförmiger Grundform, die auf einer Umfangsfläche unrund bearbeitet werden, wobei wenigstens ein mit mindestens einer Schneidkante versehenes Werkzeug um eine Achse rotierend angetrieben wird und die Schneidkante periodisch mit einer gegen die zu bearbeitende Oberfläche des Werkstücks gerichteten Bewegungskomponente geführt wird und das Werkstück mit einer an die periodische Bewegung der Schneidkante angepaßten Drehzahl um die Werk­ stückachse rotiert, wobei die Schneidkante bezüglich des als feststehend gedachten Werkstücks eine in sich geschlossene Zykloidenbahn beschreibt, wobei die Überlagerung der Bahn der Schneidkante mit der Werkstückdrehung im Eingriffsbereich zumindest einem Teil einer zu erzeugenden Ausnehmung ent­ spricht.

Es ist seit langem bekannt, Werkstücke mit unrundem Quer­ schnitt mittels Maschinen herzustellen, bei denen das Werk­ stück um eine Werkstückspindelachse rotierend angetrieben wird und das Werkzeug, ein spanendes Werkzeug, um eine orts­ feste Werkzeugspindelachse rotierend angetrieben wird. Dabei wird die Werkstückspindelachse während des Betriebs der Vor­ richtung in Längs- und Querrichtung bewegt.

Mit der eingangs genannten, bekannten Vorrichtung wurden bereits Werkstücke mit im wesentlichen polygonalem Quer­ schnitt und mit im wesentlichen ebenen Seitenflächen her­ gestellt, wobei die Werkzeugdrehzahl und die Werkstück­ drehzahl in einem festen Verhältnis zueinander stehen.

Um besondere Erfordernisse hinsichtlich der Gestaltung der Flächen des polygonalen Querschnitts zu erfüllen, ist es ebenfalls bekannt, eine sogenannte Phasenmodulation vorzu­ nehmen, nämlich der starren Kopplung der Drehzahlen der beiden genannten Maschinenteile eine periodische Variation der Geschwindigkeit der Schneide und somit der Drehzahl des Werkzeugs zu überlagern, wobei diese Variation durch eine Zwangssteuerung der jeweiligen Drehstellung des Werkzeugs in Abhängigkeit von der jeweiligen Drehstellung des Werkstücks erzwungen werden kann, um beispielsweise exakt ebene Polygon­ flächen zu erzeugen. Dieses Verfahren erlaubt keine sehr hohen Drehzahlen, weil in Abhängigkeit vom Massenträgheits­ moment und der Maschinenleistung sowie von den Regler­ eigenschaften die jeweilige zwangsweise Einstellung der Werkzeugstellung bei rasch rotierendem Werkzeug eine gewisse Zeit beansprucht.

Um eine Phasenmodulation des Werkzeugs bei hoher Drehzahl zu ermöglichen und somit die Produktionsgeschwindigkeit zu erhöhen, wurde das Verfahren geschaffen, von dem die Erfin­ dung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 ausgeht. Dieses bekannte Verfahren und die zugehörige Vorrichtung ist in der DE-A1-40 34 516 beschrieben. Die bekannte Vorrichtung weist eine mit wählbarer Drehzahl und wählbarem Drehsinn antreib­ bare Exzenterspindel auf, in der die Werkzeugspindel ihrer­ seits rotierend antreibbar exzentrisch zur Drehachse der Exzenterspindel gelagert ist. Bei angetriebener Exzenter­ spindel bewegt sich die Werkstückspindelachse auf einem Kreis. Der Radius dieses Kreises ist veränderbar. Das mit dieser Vorrichtung ausgeführte Verfahren weist zusätzlich zu den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1 noch das Merkmal auf, daß die Schneidkante des Werkzeugs im Raum auf einer in sich geschlossenen Zykloidenbahn geführt wird, und zwar deswegen, weil bei rotierender Werkzeugspindel auch die Exzenterspindel rotiert und somit die Werkzeugspindelachse sich auf einer Kreisbahn bewegt, und daß die Erzeugung einer einzigen Aussparung am Umfang des Werkstücks nicht erwähnt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem eine einfachere Werkzeugmaschine verwendet werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Werkzeugschneidkante im Raum auf einer Kreisbahn geführt wird und der Eingriff zwischen der Schneidkante und dem Werkstück zur Erzeugung mindestens einer Ausnehmung in dem der Drehachse des Werk­ stücks zugewandten oder abgewandten ausgeprägt gekrümmten Bereich der Zykloidenbahn erfolgt.

Unter Erzeugung einer Ausnehmung wird hier die vollständige oder teilweise Erzeugung und die Fertigstellung einer Ausneh­ mung oder Aussparung, also die Bearbeitung einer bereits vor­ handenen Ausnehmung oder Aussparung verstanden.

Von Vorteil ist, daß bei diesem Verfahren eine Maschine mit Exzenterspindel nicht benötigt wird, sondern lediglich eine Werkzeugmaschine benötigt wird, bei der in Übereinstimmung mit der oben an erster Stelle genannten Maschine sich die Werkzeugspindel im wesentlichen in einer ortsfesten Lage befindet und allenfalls Vorschubbewegungen ausführt. Wird eine Werkzeugmaschine ohne Exzenterspindel verwendet, so ergibt sich hierdurch der Vorteil, daß die Maschine billiger sein kann und wegen des Fortfalls der Exzenterspindel auch robuster sein kann. Beim Wegfall der Exzenterspindel entfällt natürlicherweise auch die Ursache von möglicherweise durch diese verursachten Störungen und der Verschleiß wird verringert.

Die Erfindung kann jedoch durchaus auch mit einer Werkzeugma­ schine mit Exzenterspindel ausgeführt werden, wobei die Exzenterspindel während der Arbeit der Maschine nicht ange­ trieben wird. Eine Drehung der Exzenterspindel zwecks Ausfüh­ rung von Vorschubbewegungen, sofern diese nicht eine ständig umlaufende Exzenterspindel erfordern, wird jedoch in Betracht gezogen.

Im Gegensatz zu dem eingangs beschriebenen Verfahren zur Herstellung von möglichst ebenflächigen Polygonquerschnitten werden bei der Erfindung eine oder mehr Aussparungen erzeugt, deren Begrenzungsflächen eine deutliche Krümmung aufweisen. Entweder sind diese Flächen im Bereich des der Drehachse des Werkstücks abgewandten oder zugewandten Bereichs der Zykloide vorgesehen, wobei die Aussparungen hierbei in der Weise erzeugt werden, daß sich Arbeitsverhältnisse ähnlich wie beim Drehen oder beim Gebrauch eines Seitenfräsers ergeben. Diese Ausgestaltung des Verfahrens wird verwendet, um z. B. in ein zylindrisches oder kreisringförmiges Werkstück erstmals Aussparungen von außen her oder innen her einzubringen. Bei diesem Verfahren verläuft die im Bereich der Mitte der ge­ krümmten Bahn, die das Werkzeug zwischen dem ersten Ein­ tauchen in das Werkstück und dem Verlassen des Werkstücks auf der gleichen Seite, auf der das Eintauchen erfolgte, relativ zum Werkstück beschreibt, angelegte Tangente rechtwinklig zu dem Radiusstrahl, der durch die genannte Mitte der Werkzeug­ bahn verläuft.

Bei einer anderen Ausgestaltung des Verfahrens, die sich besonders zum Nachbearbeiten einer oder mehrerer bereits vorhandener Aussparungen eignet, führt das Werkzeug eine im wesentlichen von außen nach innen oder umgekehrt bezüglich der Drehachse des Werkstücks verlaufende Bewegung aus, wobei auch hier eine deutliche Krümmung festzustellen ist. Dieses Verfahren, das in den Ausführungsbeispielen noch genauer erläutert wird, eignet sich besonders dazu, die endgültige Form von Aussparungen in Käfigen für Wälzlagern zu erzeugen. Bei dieser Form des Verfahrens verläuft die Tangente durch den Mittelpunkt der Bahn, den das Werkzeug vom Eintritt in das meistens kreisringförmige Werkstück bis zum Verlassen beschreibt, im wesentlichen in Richtung auf die Drehachse des Werkzeugs zu, keineswegs aber im wesentlichen quer zum Ra­ diusstrahl, der durch die genannte Mitte der Werkzeugbahn geht.

Unter einer Schneidkante eines Werkzeugs wird hier die mit dem Werkstück in Eingriff kommende und materialabtragende Stelle eines Werkzeugs verstanden, bei spanenden Werkzeugen ist dies eine ausreichend stabile und scharfe Kante. Zum Beispiel weist ein Drehstahl häufig genau eine Schneidkante auf, er dann aber auch z. B. zwei Schneidkanten aufweisen, die möglicherweise bei unterschiedlichen Arbeitsvorgängen mit dem Werkstück in Eingriff kommen. Weist ein in der Werkzeug­ spindel befestigtes Werkzeug nur einen abstehenden Arm auf, der eine gewisse Ähnlichkeit mit einem Drehstahl haben kann, so wird dieses Werkzeug unabhängig von der Anzahl der Schneidkanten hier als einschneidiges Werkzeug oder als Werkzeug mit nur einer Schneide bezeichnet; dieses kann, wie schon gesagt, dennoch eine Mehrzahl von Schneidkanten aufwei­ sen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann dazu verwendet werden, mehrere Aussparungen in einem Werkstück herzustellen. Das Verfahren kann auch dazu verwendet werden, lediglich eine einzige Aussparung am Umfang eines im wesentlichen runden Werkstücks zu erzeugen. Dies ist beispielsweise bei der Herstellung von Kolbenringen für Verbrennungsmotoren erfor­ derlich. Zur Herstellung des Kolbenrings wird zunächst ein Kreisring hergestellt, dessen zylindrische Außen- und Innen­ fläche somit konzentrisch sind. Anschließend wird die Innen­ fläche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren so ausgedreht, daß der Kreisring an einer bestimmten Stelle dünner ist als an den übrigen Stellen. Die Abweichung der Innenform des Kreis­ rings von dem exakten Kreiszylinder ist dabei unter Umständen gering, so daß sie einem nicht mit den Gegebenheiten vertrau­ ten Beobachter möglicherweise nicht auffällt. Schließlich wird aus dem Kreisring ein Sektor ausgeschnitten, anschlie­ ßend der nun fertige Kolbenring über die Kolbenringnut eines Kolbens geschoben, in radialer Richtung zusammengedrückt, so daß die Schnittflächen aneinander anstoßen und gleichzeitig der Kolben samt Ring nun passend in einen Zylinder des Motors eingeschoben werden kann. Bei einem derartigen Anwendungsfall verhält sich die Drehzahl des Werkstücks zur Drehzahl des Werkzeugs wie 1:1, wobei die Drehzahl des Werkstücks jedoch auch höher sein könnte, so daß sich ein Drehzahlverhältnis 2:1 oder 3:1 oder höher ergeben könnte.

Die möglichen Drehzahlverhältnisse der Drehzahl des Werk­ stücks zur Drehzahl des Werkzeugs müssen folgenden Bedingun­ gen genügen: Das ganzzahlige Drehzahlverhältnis (wobei die beiden Zahlen teilerfremd sind und das gleiche Verhältnis nicht durch kleinere Zahlen für die Drehzahl des Werkstücks und des Werkzeugs dargestellt werden kann) muß so gewählt werden, daß die für die Drehzahl des Werkzeugs charakteristi­ sche Zahl n (das Vorhandensein einer einzigen Schneide im oben beschriebenen Sinn beim Werkzeug vorausgesetzt) ganzzah­ lig und gleich der Anzahl der herzustellenden oder zu bear­ beitenden Aussparungen ist.

Die für die Drehzahl des Werkstücks charakteristische Zahl m muß ebenfalls ganzzahlig sein und gibt an, in welcher Rei­ henfolge eine ganz bestimmte Werkzeugschneide die Aussparun­ gen bearbeitet, und zwar werden zwischen aufeinanderfolgend bearbeiteten Aussparungen jeweils m-1 Aussparungen ausge­ lassen. Bei m = 1 ist m-1 = 0 und somit werden (bei nur einer vorhandenen Werkzeugschneide) räumlich unmittelbar benachbarte Aussparungen bearbeitet, wogegen bei einem Dreh­ zahlverhältnis 6:13 (Fig. 7) jeweils 5 Aussparungen ausgelas­ sen oder übersprungen werden, und nach 6 Umdrehungen des Werkstücks ist das Werkzeug mit allen 13 Aussparungen ein mal in Eingriff gekommen.

Die für die Drehzahl des Werkstücks charakteristische Zahl m wird zweckmäßigerweise so gewählt, daß in Abhängigkeit von der Größe des Werkzeugs und Werkstücks sich die optimale Schnittgeschwindigkeit, mit der sich das Werkzeug relativ zum Werkstück bewegt, ergibt, wobei diese optimale Schnittge­ schwindigkeit durch die zu erzielende Oberflächengüte und durch eine möglichst kurze Bearbeitungszeit für das gesamte Werkstück bestimmt wird. Insbesondere dann, wenn relativ kleine Werkstücke zu bearbeiten sind, kann es nützlich sein, eine relativ hohe absolute Drehzahl des Werkstücks und somit auch eine relativ hohe Drehzahl des Werkstücks relativ zur Drehzahl des Werkzeugs zu wählen. Wenn man z. B. die Drehzahl­ verhältnisse 1:13 und 9:13 gegenüberstellt und voraussetzt, daß die Größe und Form der Aussparungen nahezu gleich sein soll, so führt dies bei dem Drehzahlverhältnis 9:13 dazu, daß bei einer Bearbeitung von außen her sich die Drehachse des Werkzeugs in einem größeren Abstand von der Drehachse des Werkstücks befinden muß als beim Drehzahlverhältnis 1:13, und daß aus diesem Grund der Radius des Werkzeugs größer sein muß als beim Drehzahlverhältnis 1:13. Der größere Radius des Werkzeugs erlaubt es, daß die Werkzeugspindel dicker ist als beim Drehzahlverhältnis 1:13, und somit ist eine stabilere Führung des Werkzeugs möglich und diese Anordnung eignet sich daher besonders für die Bearbeitung von in Richtung ihrer Drehachse langen Werkstücken. Daneben ergibt sich, wie oben erwähnt, beim Verhältnis 9:13 eine größere Schnittgeschwin­ digkeit als beim Verhältnis 1:13, wenn man beim Werkzeug jeweils die gleiche Drehzahl hat.

Wenn das Werkzeug z. B. zwei diametral einander gegenüberlie­ gende Schneiden aufweist, so werden bei einem Drehzahlver­ hältnis 1:7 von der einen Schneide genau sieben Aussparungen erzeugt, und von der anderen Schneide genau jeweils zwischen den erstgenannten Aussparungen ebenfalls sieben Aussparungen erzeugt. Ähnliches gilt bei Vorhandensein von z. B. drei Schneiden, die jeweils unter einem Winkel von 120° relativ zueinander angeordnet sind. In diesem Fall würden bei einem Drehzahlverhältnis 1:7 insgesamt 21 Aussparungen in gleichen Abständen erzeugt werden. Sind die Schneiden nicht gleich­ mäßig verteilt, so haben die Aussparungen voneinander nicht den gleichen Abstand.

Die Werkzeugspindelachse kann sich radial außerhalb des Werkstücks befinden. Jedenfalls bei einem Werkstück mit im wesentlichen ringförmiger oder rohrförmiger Gestalt kann sich die Werkzeugspindelachse bei Ausführungsformen der Erfindung auch radial innerhalb der inneren Begrenzungsfläche des Werk­ stücks befinden. Dabei kann ein derartiges ringförmiges Werk­ stück zeitlich nacheinander sowohl von außen als auch von innen bearbeitet werden. Es ist auch denkbar, eine gleichzei­ tige Bearbeitung von außen und innen vorzunehmen, sofern die Werkzeugmaschine über zwei getrennt antreibbare Werkzeugspin­ deln verfügt.

Je nach Anwendungsfall kann es zweckmäßig sein, im Bereich des Eingriffs der Werkzeugschneide in das Werkstück eine gleichlaufende Bewegung von Werkstück und Werkzeug vorzuse­ hen, wie dies z. B. der Fall ist, wenn die Werkzeugspindel­ achse radial innerhalb der Innenfläche eines ringförmigen Werkstücks angeordnet ist und sich sowohl Werkzeug als auch Werkstück in gleichem Drehsinn drehen. In anderen Anwendungs­ fällen kann es zweckmäßig sein, wenn die Bewegung der Werk­ zeugschneide und des Werkstücks im Eingriffsbereich gegenläu­ fig erfolgt.

Bei Ausführungsformen der Erfindung trägt die Werkzeugspindel ein einschneidiges Werkzeug, es ist jedoch auch ein Werkzeug mit zwei, drei oder mehr Schneiden möglich, wie dies später anhand der Ausführungsbeispiele noch erläutert wird. Bei zwei oder mehr Schneiden muß zur Erzeugung gleichgroßer und gleichgeformter Aussparungen im Werkstück sich die Werkzeug­ spindelachse weiter weg von der zu bearbeitenden Oberfläche befinden als wenn die Werkzeugspindel nur eine einzige Schneide trägt. Die Drehzahl und Phasenlage muß ebenfalls jeweils angepaßt werden. Durch den größeren Abstand der Werkzeugspindelachse vom Werkstück ergibt sich die Mög­ lichkeit, die Werkzeugspindel dicker auszubilden, was insbe­ sondere dann von Vorteil ist, wenn auf der Maschine größere Vorschübe in Längsrichtung der Werkzeugspindel ausgeführt werden müssen. Bei robusterer Werkstückspindel können auch größere Schnittkräfte aufgenommen werden.

In bestimmten erfindungsgemäßen Vorrichtungen zur Durchfüh­ rung des Verfahrens kann es genügen, wenn die einzige Schneide oder jede Schneide des Werkzeugs auf der Werkzeug­ spindel nur eine einzige Schneidkante aufweist, mit der das Werkzeug in Eingriff mit dem Werkstück kommt. Wie noch er­ läutert wird, kann es aber auch zweckmäßig sein, die Schneide mit jeweils zwei Schneidkanten zu versehen; diese können bei Ausführungsformen der Erfindung als stoßende Schneidkanten ausgebildet sein, was eine besonders robuste Gestaltung ermöglicht, sie können als ziehende Schneidkanten ausgebildet sein, die dann mit dem Werkstück in Eingriff kommen, wenn das Werkzeug in eine bereits vorhandene Aussparung eingetaucht ist und wieder herausgezogen wird, oder aber das Werkzeug kann eine stoßende und eine ziehende Schneidkante aufweisen, wodurch es ermöglicht wird, daß insbesondere eine Nachbear­ beitung einer bereits vorhandenen Aussparung auf deren einer Begrenzungsfläche beim Eintauchen des Werkzeugs in die Aus­ sparung und an der anderen Begrenzungsfläche beim Herauszie­ hen des Werkzeugs aus der Aussparung ermöglicht wird, wodurch die Bearbeitungszeit verringert wird.

Bei einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist vorgesehen, daß das Werkzeug mindestens eine Schneidkante aufweist, die in ihrer Kontur einem Ab­ schnitt der durch diese Schneidkante zu erzeugenden Kontur der Aussparung entspricht. Beim Betrieb der Vorrichtung wird bei aufeinanderfolgenden Eingriffen des Werkzeugs in die jeweilige Aussparung eine derartige Vorschubbewegung erzeugt, daß die gewünschte Kontur der Aussparung erzeugt wird. Wenn beispielsweise eine Aussparung erzeugt werden soll, deren eine Begrenzungsfläche auf dem Werkstück nicht achsparallel sondern nach Art einer Schraubenlinie schräg verläuft, so wird das Werkzeug mit einer Schneidkante versehen, die an diesen schraubenlinienförmigen Verlauf angepaßt ist, und beim Lauf der Maschine wird das Werkzeug bei einer Vorschubbewe­ gung in Achsrichtung der Werkzeugspindelachse oder bei einer entsprechenden Vorschubbewegung des Werkstücks mittels Phasenverschiebung relativ zum Umfang des Werkstücks ver­ stellt, so daß es die genannten schraubenlinienförmige oder linear schräg verlaufende Begrenzungsfläche erzeugt. Das Werkzeug kann an seiner in Umfangsrichtung des Werkstücks anderen Begrenzungsfläche ebenfalls entsprechend diesem Erfindungsprinzip ausgebildet sein. Wenn das Werkzeug in der geschilderten Weise beispielsweise einen etwa trapezförmigen Querschnitt hat, kann es dazu verwendet werden, zur Nachbe­ arbeitung oder in bestimmten Fällen auch Erstbearbeitung einer insgesamt im Querschnitt etwa trapezförmigen Aussparung verwendet zu werden, wie sie beispielsweise bei Käfigen für Kegelrollenlager benötigt werden.

Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung hat die Quer­ schnittsfläche des Werkzeugs auf mindestens einer Begren­ zungsfläche einen balligen Verlauf, also einen konvex ge­ krümmten Verlauf. Auch andere Querschnittsformen sind mög­ lich. Wie oben bereits angegeben, kann das Werkzeug auch hier nur stoßende, nur ziehende oder auch stoßende und ziehende Schneidkanten aufweisen. Es kann vorteilhaft sein, das Werk­ zeug auf seiner gesamten Fläche mit Schneidkanten zu verse­ hen, damit die gesamte Umfangsfläche einer Aussparung mittels des Werkzeugs bearbeitet werden kann.

Wenn eine bereits bestehende Aussparung in Umfangsrichtung (bezüglich der Drehachse des Werkstücks) verbreitert werden muß, so kann es erforderlich sein, den Radius des Werkzeugs, also den Abstand der Werkzeugschneide von der Achse der Werk­ zeugspindel während des Laufs der Maschine zu vergrößern. Hierfür weisen Werkzeugmaschinen, die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet sind, im allgemeinen auch die erforderlichen Einrichtungen, insbesondere sogenann­ te Querschieber auf.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Ausführungsform der Erfin­ dung verwirklicht sein. Die nachfolgenden Beispiele beziehen sich fast alle auf ein ringförmiges Werkstück, das mit durch­ gehenden Aussparungen versehen wird, wie dies beispielsweise bei Käfigen für Wälzlager erforderlich ist. Es zeigen:

Fig. 1a eine schematische Darstellung des Querschnitts eines Werkstücks und der in ihm von außen her durch ein Werkzeug mit einer einzigen Schneide zu erzeugenden Aussparungen, wobei sich die Drehzahlen von Werk­ stück und Werkzeug wie 1:13 verhalten,

Fig. 1b eine Darstellung der Relativbewegung der Werkzeug­ schneide zum Werkstück nach Fig. 1a, wobei das Werk­ stück im Gegensatz zur Realität als feststehend betrachtet wird, hier Zykloidendarstellung genannt,

Fig. 1c eine der Fig. 1b ähnliche Darstellung, bei der jedoch an der Werkzeugspindel ein zweischneidiges Werkzeug mit zwei diametral gegenüberliegenden Schneiden angeordnet ist, wobei sich die Drehzahlen des Werkstücks und der Werkzeugspindel wie 2:13 verhalten,

Fig. 1d eine ähnliche Darstellung, bei der an der Werkzeug­ spindel ein dreischneidiges Werkzeug mit drei unter einem Winkel von jeweils 120° angeordneten Schneiden angeordnet ist, wobei sich die Drehzahlen des Werk­ stücks und der Werkzeugspindel wie 3:13 verhalten,

Fig. 2 eine der Fig. 1a entsprechende Darstellung, wobei sich die Drehzahlen von Werkstück und Werkzeug wie 5:13 verhalten und dementsprechend der Radius des Werkzeugs größer ist,

Fig. 3 eine der Fig. 1a entsprechende Darstellung, wobei jedoch in das ringförmige Werkstück Aussparungen von innen her eingearbeitet werden, und sich die Dreh­ zahlen von Werkstück zu Werkzeug wie 2:13 verhalten,

Fig. 3a die zu Fig. 3 gehörende Zykloidendarstellung,

Fig. 4 eine der Fig. 1a entsprechende Darstellung, wobei jedoch auf der Werkzeugspindel ein zweischneidiges Werkzeug mit zwei diametral gegenüberliegenden Schneiden angeordnet ist und sich zur Erzeugung von 14 Aussparungen die Drehzahlen von Werkstück und Werkzeug wie 1:7 verhalten,

Fig. 4a die zu Fig. 4 gehörende Zykloidendarstellung,

Fig. 4b in Zykloidendarstellung einer Anordnung, bei der auf der Werkzeugspindel ein zweischneidiges Werkzeug mit zwei diametral gegenüberliegenden Schneiden, die von der Werkzeugachse verschieden weit entfernt sind, angeordnet ist

Fig. 4c eine der Fig. 4a ähnliche Darstellung, wobei jedoch die beiden Schneiden unter einem von 180 Grad verschiedenen Winkel zueinander angeordnet sind,

Fig. 5 eine der Fig. 3 und 3a ähnliche Anordnung mit radial innen liegender Werkzeugspindelachse in Zykloiden­ darstellung, wobei jedoch zur Erzeugung relativ breiter Aussparungen die Bewegungen im Eingriffs­ bereich zwischen Werkzeug und Werkstück im Gegensatz zu den Fig. 1 bis 4 in Gegenrichtung verlaufen, und sich die Drehzahlen von Werkstück zu Werkzeug wie 1:4 verhalten,

Fig. 6 eine Darstellung mit radial innen liegender Werk­ zeugspindelachse und gleicher Bewegungsrichtung von Werkzeug und Werkstück im Eingriffsbereich, wobei zur Nachbearbeitung von bereits nach Fig. 1 oder Fig. 2 von außen her erzeugten Aussparungen diese im Bereich ihrer beiden in Umfangsrichtung liegenden Ränder durch ein einschneidiges Werkzeug mit zwei stoßenden Schneidkanten nachbearbeitet werden, wobei im Eingriffsbereich gleiche Drehrichtung vorliegt und sich die Drehzahlen von Werkstück und Werkzeug wie 4:13 verhalten,

Fig. 6a die zu Fig. 6 gehörende Zykloidendarstellung,

Fig. 7 eine Darstellung, die die Nachbearbeitung von gemäß Fig. 1 oder 2 hergestellten Aussparungen mittels eines Werkzeugs mit zwei stoßenden Schneidkanten von außen her zeigt, wobei sich die Drehzahlen von Werk­ stück und Werkzeug wie 6:13 verhalten,

Fig. 8 und 8a eine der Fig. 7 ähnliche Darstellung, wobei ein Werkstück, das zuvor von innen her mit 14 Aussparungen versehen worden ist, von außen her mittels eines einzigen rotierenden Stoß-Zieh-Werk­ zeugs im Bereich der in Umfangsrichtung einander gegenüberliegenden Ränder der Aussparungen bearbei­ tet wird, wobei sich die Drehzahlen von Werkstück und Werkzeug wie 9:14 verhalten,

Fig. 9 eine Anordnung, bei der in dem Werkstück, das zuvor von außen her mit 13 Aussparungen versehen worden ist, anschließend von außen her die in Umfangsrich­ tung liegenden Begrenzungsflächen mittels eines ein­ schneidigen Werkzeugs mit zwei stoßenden Schneidkan­ ten nachbearbeitet werden, wobei sich die Drehzahlen von Werkstück und Werkzeug wie 6:13 verhalten und der Werkzeugradius im Gegensatz zu den Fig. 1-8 größer ist als der Außenradius des Werkstücks,

Fig. 9a die zugehörige Zykloidendarstellung,

Fig. 10a-c schematisch die Nachbearbeitung unterschiedlich geformter Aussparungen mit Hilfe von stoßenden Werkzeugen, deren Querschnittsflächen an die Form der Aussparungen angepaßt ist, jedoch kleiner ist als die Aussparungen,

Fig. 11a-c eine der Fig. 10a-c entsprechende Darstellung, wobei jedoch Werkzeuge vorgesehen sind, die je­ weils eine stoßende und eine ziehende Schneide aufweisen,

Fig. 12 ein Werkstück mit einer schraubenlinienförmigen Aussparung in Seitenansicht,

Fig. 13 ein Ausführungsbeispiel eines einschneidigen Werkzeugs mit zwei Schneidkanten,

Fig. 14 eine schematische Darstellung einer Werkzeugmaschine zur Durchführung des Verfahrens.

In Fig. 1a ist ein kreisringförmiges Werkstück 10 um seine Mittelachse 12 drehbar angeordnet. Ein einschneidiges Werk­ zeug 14 ist um eine Werkzeugspindelachse 16 drehbar, die sich radial außerhalb des Werkstücks 10 befindet. Das Werkstück 10 und das Werkzeug 14 werden mit Drehzahlen angetrieben, die sich wie 1:13 verhalten, d. h., das Werkzeug 14, das nur eine einzige Schneide 18 aufweist, läuft bei einer Umdrehung des Werkstücks 10 13 mal um. Beide genannten Teile drehen sich bezüglich ihrer jeweiligen Drehachse gegenläufig, so daß sie sich in ihrem Eingriffsbereich in gleicher Richtung bewegen. Beim erstmaligen Umlauf nimmt die Spandicke von Aussparung zu Aussparung kontinuierlich in Abhängigkeit von der Vorschub­ bewegung zu. Ein Doppelpfeil F deutet die dem Vorschub ent­ sprechende Verschiebbarkeit der Werkstückspindel und/oder der Werkzeugspindel an. Weitere Umdrehungen folgen so lange, bis die gewünschte Tiefe aller 13 Aussparungen A1-A13 in radialer Richtung erreicht ist.

In Achsrichtung entspricht die Breite der Ausnehmungen der Breite der Werkzeugschneide 18. Eine Vorschubbewegung in Achsrichtung bewirkt, daß das eingetauchte Werkzeug 14 mit einer Nebenschneide 17 die Breite der Aussparung auf ein gewünschtes Maß bringt.

Die Aussparungen A1, A2, bis A13 werden in dieser Reihen­ folge nacheinander bearbeitet und liegen in der genannten Reihenfolge hintereinander am Umfang des Werkstücks 10 ver­ teilt. Deswegen, weil sich im Eingriffsbereich das Werkstück und das Werkzeug in der gleichen Richtung bewegen, ist die Breite der Aussparungen A1 bis A13, in Umfangsrichtung des Werkstücks 10 gemessen, kleiner als wenn das Werkstück still stände, in welchem Fall die Breite der Aussparung allein durch den Kreisbogen bestimmt wäre, den die Schneide 18 beschreibt.

In Fig. 1a hat sich die Schneide 18 bereits durch den kontinuierlichen Vorschub in Pfeilrichtung F der Werkstück- und/oder der Werkzeugspindel bis auf die gewünschte Ausneh­ mungstiefe vorgearbeitet. Dabei nahm beim ersten Umlauf die Spanndicke von Ausnehmung zu Ausnehmung zu, die nachfolgenden Umläufe haben die Ausnehmungen bis auf die gewünschte Tiefe bearbeitet. Jetzt bewirkt eine Seitenschneide 17 bei einer Vorschubbewegung in Achsrichtung, wobei bei der ersten Um­ drehung die Spandicke von Ausnehmung zu Ausnehmung zunimmt, eine Verbreiterung der Ausnehmung (in die Papierebene hinein). Weitere Umdrehungen so lange, bis die gewünschte Breite hergestellt ist.

Fig. 1a ist etwa maßstäblich, so daß der Radius des Werk­ zeugs, also der Abstand der Schneide von der Werkzeugspindel­ achse 16, und der Abstand der Werkzeugspindelachse 16 von der Werkstückachse 12 der Zeichnung entnommen werden kann.

Fig. 1b zeigt den Weg, den die Schneide 18 bezüglich des Werkstücks 10 ohne Vorschub beschreibt, wobei diese Darstel­ lung so angelegt ist, als ob das Werkstück stillstände und sich die Werkzeugspindelachse auf einer Kreisbahn um das Werkstück bewegt. Die Bahn der Schneide ist eine Zykloide Z, und insgesamt ergibt sich infolge der nach außen ragenden gekrümmten Abschnitte eine insgesamt etwa blütenförmige Gestalt der Zykloidenbahn der Werkzeugschneide.

In der Darstellung der Relativbewegung der Werkzeugschneide zum Werkstück erfolgt der Eingriff in dem der Drehachse 12 zugewandten ausgeprägt gekrümmten Bereich der Zykloidenbahn. Das Kopplungsverhältnis 1:13 ist aus dem Verlauf der Zykloidenbahn ersichtlich.

Bei der Anordnung nach Fig. 1c weist das Werkzeug 14′ zwei diametral gegenüberliegende Schneiden 18′ auf, die in der Zeichnung noch dadurch voneinander unterschieden sind, daß die eine von beiden mit dem Buchstaben x gekennzeichnet ist. Der für beide Schneiden gleiche Werkzeugradius ist größer als bei Fig. 1a und 1b, und der Abstand der Werkzeugspindelachse 16′ von der Werkstückachse 12′ ist ebenfalls größer als in Fig. 1a und 1b. Es ergibt sich eine andere Zykloidenform, die im Bereich des Eingriffs in das Werkstück 10′ nicht mathema­ tisch genau, aber weitgehend mit der Zykloidenbahn der Fig. 1b übereinstimmt, so daß sich sehr ähnliche Aussparungen A1′ bis A13′ ergeben. Eine bestimmte Schneide 18′, beispiels­ weise diejenige ohne Kennzeichnung durch den Buchstaben x, läßt bei der Bearbeitung des Werkstücks 10′ immer eine Aus­ sparung aus.

Jeder Schneide ist eine Zykloide Z1 bzw. Z1′ zugeordnet. Die Drehzahl des Werkstücks verhält sich zur Drehzahl des Werkzeugs wie 2:13. Nach einem Umlauf des Werkstücks sind dessen sämtliche Aussparungen A1′ bis A13′ bearbeitet worden, wobei im folgenden nicht jeweils besonders darauf hingewiesen wird, daß zur Erzeugung von in Achsrichtung entsprechend langen Aussparungen eine Vielzahl von Umdrehungen des Werkstücks in Abhängigkeit von der Spandicke erforderlich ist. Auch hier weicht die Zykloidenbahn im Bereich des Eingriffs in das Werkstück von der Fig. 1b ab, das Verhältnis von Werkstückdurchmesser, Werkzeugradius und Abstand zwischen Werkstückachse und Werkzeugspindelache ist jedoch abweichend von Fig. 1b so gewählt, daß die Aussparungen nahezu mit denen gemäß Fig. 1b übereinstimmen. Das zweischneidige Werkzeug erlaubt eine stabilere Werkzeugbauweise und Halbierung der Arbeitszeit. Bei ungerader Zahl der gewünschten Ausnehmungen nimmt jede Schneide nach mindestens 2 Umläufen in jeder Ausnehmung einen Span ab. Der Arbeitsablauf ist im übrigen wie unter 1a beschrieben.

Bei Fig. 1d weist das Werkzeug 14′′ drei Schneiden 18′′ auf, von denen die eine kein Kennzeichen trägt, die andere mit einem x und die dritte mit zwei Buchstaben x gekennzeichnet ist. Die Drehzahl des Werkstücks 10′′ verhält sich zur Dreh­ zahl des Werkzeugs 14′′ wie 3:13. Dies führt dazu, daß ein- und dieselbe Schneide, z. B. diejenige ohne besondere Kenn­ zeichnung, nach einem Eingriff in das Werkstück 14′′ die zwei nächsten herzustellenden Aussparungen ausläßt und erst dann wiederum in das Werkstück eingreift. Es ergeben sich drei Zykloiden Z2, Z2′, Z2′′. Nach einem einzigen Umlauf des Werkstücks ist das Werkzeug mit allen Aussparungen A1′′ bis A13′′ in Eingriff gekommen. Bei Fig. 1d ist der Radius des Werkzeugs 14′′ und der Abstand der Werkzeugspindelachse 16′′ von der Werkstückachse 12′′ wiederum größer als bei Fig. 1c.

Bei der Anordnung nach Fig. 2 soll das kreisringförmige Werkstück 20 wiederum mit 13 Aussparungen A1₂ bis A13₂ verse­ hen werden, und wiederum mit Hilfe eines Werkzeugs 24, das nur eine einzige Schneide 28 aufweist. Die Werkzeugspindel­ achse 26 befindet sich wiederum radial außerhalb des Werk­ stücks 20. Der Abstand der beiden Drehachsen ist größer als in Fig. 1 und der Radius des Werkzeugs ist ebenfalls größer. Das Verhältnis der Drehzahlen des Werkstücks und des Werk­ zeugs ist 5:13, d. h., daß bei 5 Umdrehungen des Werkstücks das Werkzeug 13 Umdrehungen ausführt und dabei mit allen 13 Aussparungen in Eingriff kommt. Bei aufeinanderfolgenden Eingriffen der Schneide des Werkzeugs in das Werkstück 20 wird nur jeweils jede fünfte Aussparung bearbeitet; dies ist in Fig. 2 vermerkt, aus der hervorgeht, daß räumlich zwischen den Aussparungen A1₂ und A2₂, die zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgend bearbeitet werden, weitere Aussparungen A9₂, A4₂, A12₂ und A7₂ liegen, die erst bei zeitlich späteren Umläufen des Werkzeugs 24 bearbeitet werden.

Vorteile dieser Anordnung liegen in einer höheren Schnitt­ geschwindigkeit als bei Fig. 1, was besonders für kleinere Werkstücke, bei denen eine Überhitzung nicht zu befürchten ist, zu hohen Oberflächengüten und kurzen Bearbeitungszeiten führt. Darüber hinaus ist eine besonders stabile Dimensionie­ rung des ganzen Werkzeugs und dessen Spindel möglich, wodurch insbesondere auch eine Bearbeitung von in axialer Richtung langen Werkstücken möglich ist.

Bei der Anordnung nach Fig. 3 werden die Aussparungen A1₃ bis A13₃ von innen her in dem Werkstück 30 erzeugt. Hierzu befin­ det sich die Werkzeugspindelachse 36 des Werkzeugs 34 radial innerhalb der inneren Umfangsfläche des Werkstücks 30. Werk­ zeug und Werkstück rotieren mit dem gleichen Drehsinn, was wiederum dazu führt, daß im Eingriffsbereich sich die Schneide und das Werkstück in gleicher Richtung bewegen. Die Drehzahl des Werkstücks 30 verhält sich zur Drehzahl des Werkzeugs 34 wie 2:13. Wegen des Eingriffs des Werkzeugs von innen her ergibt sich eine im Vergleich zu den Fig. 1 und 2 umgekehrte Muldenform für die Aussparungen A1₃ bis A13₃. Nach zwei Umläufen ist das Werkzeug mit allen Aussparungen in Ein­ griff gekommen. Wie Fig. 3 zeigt, wird bei der Bearbeitung in zeitlicher Reihenfolge jeweils eine Aussparung ausgelassen.

Die Darstellung der Relativbewegung der Werkzeugschneide zum Werkstück in Fig. 3a zeigt, daß der Eingriff in dem der Drehachse 32 abgewandten ausgeprägt gekrümmten Bereich der Zykloidenbahn erfolgt. Das Kopplungsverhältnis 2:13, das aus dem Verlauf der Zykloidenbahn ersichtlich ist, gestattet eine stabilere Gestaltung des Werkzeugschaftes.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Anordnung verhält sich die Dreh­ zahl des Werkstücks 40 zur Drehzahl des Werkzeugs 44, das zwei diametral gegenüberliegende Schneiden 48 aufweist, die von der Werkzeugachse den gleichen Abstand haben, wie 1:7. Es werden insgesamt 14 Aussparungen erzeugt, die mit a1 bis a7 und b1 bis b7 bezeichnet sind, wobei die mit a bezeichneten Aussparungen von einer der beiden Schneiden erzeugt werden und die mit b bezeichneten Aussparungen von der anderen Schneide des Werkzeugs. Im Eingriffsbereich bewegen sich Werkzeug und Werkstück in der gleichen Richtung, die Werk­ zeugspindelachse 46 liegt radial außerhalb des Werkstücks 40. Diese Anordnung ist nur für eine gerade Anzahl von zu erzeu­ genden Aussparungen geeignet. Ein Vorteil besteht darin, daß die Bearbeitungszeit im Vergleich zu einem Werkzeug mit einer einzigen Schneide halbiert werden kann. Das Werkzeug kann auch innen angeordnet werden, ähnlich wie dies bei Fig. 3 für ein Werkzeug mit einer einzigen Schneide gezeigt wurde. Zwei Seitenschneiden 47 bewirken nun eine Verbreiterung der Ausnehmungen in Achsrichtung des Werkstücks.

Fig. 4a zeigt deutlich, daß die hier gewünschte gerade Anzahl der Taschen bewirkt, daß jede Schneide ausschließlich aus jeder 2. Ausnehmung einen Span abträgt. Nach einer Umdrehung ist somit von jeder Schneide die halbe Anzahl der Ausnehmungen bearbeitet, somit bei 2 Schneiden an allen Ausnehmungen ein Span abgetragen worden.

Bei der in Fig. 4b in Zykloidendarstellung gezeigten Anord­ nung, bei der ein zylindrisches Werkstück 40′ bearbeitet wird, sind die beiden Werkzeugschneiden 48′₁ und 48′₂ unter­ schiedlich lang, so daß bei der hier gezeigten zweischnei­ digen Ausführungsform die jeweils zweite Ausnehmung gegenüber der dazwischenliegenden anders gestaltet und bemessen sein kann, bei drei- bzw. vierschneidigen Ausführungsformen jede dritte bzw. vierte Ausnehmung.

Bei der in Fig. 4c in Zykloidendarstellung gezeigten Anord­ nung sind die Werkzeugschneiden unter einem Winkel, der von einem gestreckten Winkel (= 180 Grad) abweicht, angeordnet. So kann die Teilung der Ausnehmungen am Umfang des Werkstücks nach Wunsch beeinflußt werden.

Fig. 5 zeigt eine Anordnung mit innen liegendem Werkzeug 54. Die Drehbewegungen von Werkstück 50 und Werkzeug 54 sind gegenläufig, und dies führt zu in Umfangsrichtung besonders langen Aussparungen. Das Verhältnis der Drehzahl des Werk­ stücks zur Drehzahl des Werkzeugs beträgt 1:4. Es ergeben sich durch die gegenläufige Bewegung hohe Schnittgeschwindig­ keiten. In dieser Figur wird das Merkmal, daß die im Bereich der Mitte der gekrümmten Bahn angelegte Tangente T recht­ winklig zu dem von der Werkstückachse ausgehenden Radius­ strahl R verläuft, verdeutlicht.

Bei den anhand der Fig. 1 bis 5 beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispielen werden die Aussparungen in einem aus Vollmaterial bestehenden ringförmigen Werkstück erstmals hergestellt werden.

Anhand der Fig. 6 wird eine Nachbearbeitung beschrieben, bei der in den in Umfangsrichtung liegenden Randbereichen der Aussparungen weiteres Material entfernt wird, das zur Ver­ deutlichung gepunktet dargestellt ist, wobei die gewünschte Endform im Querschnitt schraffiert gezeigt ist. Hierzu weist das im Inneren des Werkstücks 60 angeordnete einschneidige Werkzeug 64 zwei als Stoßkanten ausgebildete Schneidkanten 69a und 69b und quer dazu verlaufende Schneidkanten auf. Das Werkzeug 64 rotiert im gleichen Drehsinn wie das Werkstück 60.

Anhand der Fig. 6 wird beschrieben, wie die in der Zeichnung obere Begrenzung der Aussparung A1₆ und die entsprechenden Begrenzungen der anderen Aussparungen nachgearbeitet werden. Hierzu wird im Beispiel ein Verhältnis der Drehzahl des Werk­ stücks zur Drehzahl des Werkzeugs von 4:13 gewählt. Der Radius des Werkzeugs 64, nämlich der Abstand der Schneide (also beider Schneidkanten) von der Werkzeugachse 66, ist etwas größer als der halbe Außenradius des Werkstücks 60. Das Werkzeug ist durch Auskehlungen 64′ so gestaltet, daß es ohne Kollision in die Aussparungen A1₆ bis A13₆ von innen her, wo diese relativ schmal sind, eintauchen kann. Dabei erfolgt lediglich ein Eingriff mit dem zu entfernenden Material und zwar während desjenigen Teil des Bewegungsablaufs, bei dem die jeweilige Schneidkante des Werkzeugs bezüglich der gerade bearbeiteten Stelle des Werkstücks eine radial nach außen gerichtete Bewegungskomponente aufweist. Bei der weiteren Drehung von Werkzeug und Werkstück verläßt das Werkzeug wieder die Aussparung, ohne dabei noch mit deren Wänden zu kollidieren.

In Fig. 6 und 6a ist die andere Begrenzung der Aussparungen bereits im Endzustand dargestellt, es ist also die im Uhr­ zeigersinn vordere Kontur der Ausnehmung mit der Schneide 69b bereits fertigbearbeitet. Diese Bearbeitung erfolgte bei umgekehrter Drehrichtung von Werkzeug und Werkstück.

An die in Pfeilrichtung liegende vordere Kontur der Aus­ nehmung in Fig. 6 hat sich das Schneidwerkzeug während der Periode der Phasenverschiebung, bei der die relative Dreh­ stellung zwischen Werkzeug und Werkstück verändert wird, ohne Axialvorschub herangearbeitet und trägt jetzt bei der ersten Umdrehung mit Vorschub in Achsrichtung des Werkstücks eine pro Ausnehmung zunehmende Spandicke ab. Die Spandicke der weiteren Umdrehungen ist pro Ausnehmung gleich. Wenn die gewünschte Ausnehmungstiefe in Axialrichtung erreicht ist, wird die Vorschubbewegung abgestellt. Die Periode der Phasen­ verschiebung ist gekennzeichnet durch ein trapezförmiges Diagramm, wobei die ansteigende und abfallende Trapezseite die positive und negative kurzzeitige Winkelbeschleunigung, das waagrechte Trapezteil die kurzzeitig höhere Winkel­ geschwindigkeit, z. B. der Werkzeugspindel, darstellt. In dieser Periode der Phasenverschiebung greift die Schneide 69a an der innen liegenden äußersten Spitze des punktiert darge­ stellten abzutragenden Teiles an und arbeitet sich bei der ersten Umdrehung des Werkstückes mit von Ausnehmung zu Aus­ nehmung zunehmender Spandicke in den punktieren Bereichen rechtwinklig zur Zeichenebene vor. Bei weiteren Umdrehungen ist die abgetragene Spandicke jeder Ausnehmung gleich. Mit Beendigung der Phasenverschiebung nimmt die Werkzeugschneide 69a die mit Fig. 6 dargestellte Lage ein.

Fig. 6a verdeutlicht das Merkmal, daß die Tangente T′ durch den Mittelpunkt der Bahn, die das Werkzeug im Material bei der Nachbearbeitung eines Rands der Aussparung zurücklegt, etwa in Richtung auf die Werkstücksmitte verläuft.

Wegen des gewählten Drehzahlverhältnisses 4:13 liegen in Drehrichtung des Werkstücks gesehen zwischen zwei unmittelbar nacheinander bearbeiteten Aussparungen A1₆ und A2₆ insgesamt weitere 3 Aussparungen (A11₆, A8₆, A5₆), die bei nachfolgen­ den Umläufen bearbeitet werden. Im Beispiel der Fig. 6 sind die Aussparungen, nachdem sie beidseitig nachbearbeitet worden sind, im Bereich der Innenfläche des Werkstücks in Umfangsrichtung größer als an der Außenfläche.

Um die Phasenverschiebung vorzunehmen, ist es vorteilhaft, ein elektronisches Getriebe bei der Werkzeugmaschine vorzuse­ hen. Das elektronische Getriebe bewirkt eine elektrische Kopplung der Wellen (Werkzeugspindel und Werkstückspindel) in der Weise, daß diese unabhängig von der jeweiligen Belastung durch Werkzeugeingriff mit dem vorgesehenen Drehzahlverhält­ nis rotieren und dabei die jeweils erforderliche Drehstellung des Werkzeugs relativ zu den zu erzeugenden oder bereits erzeugten Aussparungen oder nachzuarbeitenden Aussparungen exakt beibehalten wird (starre Phasenkopplung) oder, wie soeben erwähnt, von Zeit zu Zeit verändert (Phasenverschie­ bung) wird, um einen Vorschub zu erreichen (es handelt sich hierbei nicht um eine Phasenmodulation, bei der ja, wie oben ausgeführt, während eines einzigen Umlaufs des Werkzeugs dessen Drehgeschwindigkeit (Winkelgeschwindigkeit) und somit dessen Phasenlage relativ zum Werkstück nach einem vorgegebe­ nen Verlauf verändert wird.)

Die Anordnung nach Fig. 7, bei der die Werkzeugspindelachse 76 sich außerhalb des Werkstücks 70 befindet, dient dem gleichen Zweck wie die Anordnung nach Fig. 6. Jedoch sollen hier die Aussparungen Al₇ bis A13₇ nach Abschluß der Nach­ arbeit an der Außenseite des Werkstücks größer sein als an dessen Innenseite. Die Drehzahlen von Werkstück 70 und Werk­ zeug 74 verhalten sich wie 6:13. Im Eingriffsbereich ist die Bewegungsrichtung von Werkstück und Werkzeug gleich. Auch hier wird dann, wenn alle Aussparungen im Bereich ihrer einen Endfläche durch die Schneidkante 79a des einschneidigen Werk­ zeugs fertig bearbeitet worden sind, die Drehrichtung von Werkzeug und Werkstück umgekehrt und nun wird die andere End­ fläche bearbeitet, wobei hierbei die andere Schneidkante 79b des Werkzeugs verwendet wird.

Die beiden Schneidkanten des einschneidigen Werkzeugs 74 in Fig. 7 sind keine reinen Stoßschneidkanten, (die unter einem Winkel von annähernd 90° an der zu bearbeitenden Fläche an­ liegen und an dieser entlang geführt würden,) sondern sie weisen einen von 90° verschiedenen Schnittwinkel auf und bil­ den einen Keil, dessen Winkel kleiner ist als 90°. Ein der­ artiges Werkzeug ist besonders zur Bearbeitung von Messing gut geeignet. Beide Schneidkanten 79a und 79b des Werkzeugs 74 in Fig. 7 sind in der geschilderten Weise ausgebildet, und es wird zunächst jeweils die eine Endfläche der Aussparungen bearbeitet, und nachdem diese bearbeitet sind, durch die bereits genannte Phasenverschiebung das Werkzeug relativ zum Werkstück etwas verstellt und anschließend wird die andere Endfläche der Aussparungen durch eine Relativbewegung des Werkzeugs im wesentlichen radial von außen nach innen bezüg­ lich der Drehachse des Werkstücks nachgearbeitet.

Das Drehzahlverhältnis des Werkstücks zum Werkzeug ist in diesem Beispiel 6:13, d. h., daß wiederum 13 Aussparungen erzeugt werden, daß jedoch zeitlich unmittelbar aufeinander­ folgende Aussparungen 6 Schritte auseinanderliegen, daß also zwischen der zuerst und der anschließend bearbeiteten Ausspa­ rung 5 Aussparungen liegen, die erst später bearbeitet wer­ den. In Fig. 7 sind die ersten drei in zeitlicher Reihenfolge hintereinander bearbeiteten Aussparungen mit A1₇, A2₇ und A3₇ bezeichnet.

Bei der Anordnung nach Fig. 8 wird die Nachbearbeitung der bereits durch eine Bearbeitung von innen her gebildeten 14 Aussparungen A1₈ bis A14₈ wiederum von außen her vorgenommen. Die Drehzahlen des Werkstücks 80 und des Werkzeugs 84 verhal­ ten sich wie 9:14. Das Werkzeug 84 weist eine Schneide mit zwei unterschiedlichen Schneidkanten auf, und zwar eine im wesentlichen stoßende Schneidkante 89a, die ähnlich wie bei der Anordnung nach Fig. 7 einen Keilwinkel von weniger als 900 aufweist, und eine ziehende Schneidkante 89b. Durch die Wahl des Radius des Werkzeugs, dessen beide Schneidkanten den gleichen Abstand von der Drehachse 86 des Werkzeugs haben, und den Abstand der Drehachse 86 des Werkzeugs von der Dreh­ achse 82 des Werkstücks sowie das gewählte Verhältnis der Radien von Werkzeug und Werkstück wird erreicht, daß die 14 zuvor gebildeten Aussparungen jeweils bei einem einzigen Ein- und Austauchen des Werkzeugs an beiden in Umfangsrichtung liegenden Endbereichen nachgearbeitet werden, und zwar zuerst beim Eintauchen im wesentlichen stoßend und anschließend beim Herausziehen des Werkzeugs aus der Aussparung im wesentlichen ziehend. Fig. 8 zeigt den Eingriff der stoßenden Schneidkante 89a, und Fig. 8a zeigt den Eingriff der ziehenden Schneid­ kante 89b.

Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen war der Radius der Werkzeugschneide bzw. Werkzeugschneiden kleiner als der Außenradius des Werkstücks.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 9 ist der Abstand der beiden Schneidkanten 99a und 99b des als Stoßwerkzeug aus­ gebildeten einschneidigen Werkzeugs 94 von der Drehachse 96 des Werkzeugs größer als der Außenradius des Werkstücks 90. Der Abstand der Drehachse 96 des Werkzeugs 94 von der Dreh­ achse 92 des Werkstücks 90, der natürlich auch hier besteht, ist kleiner als der Innenradius des Werkstücks 90. In Fig. 9 liegt die Drehachse 96 links von der Drehachse 92, und der Eingriff des Werkzeugs erfolgt in einem Bereich rechts von der Drehachse 92 des Werkstücks. Im Eingriffsbereich bewegen sich Werkzeug und Werkstück in gleicher Richtung und das Werkzeug führt eine stoßende Nachbearbeitung der bereits vor­ handenen 13 Aussparungen A1₉ bis A13₉ von außen her durch. Die Drehzahlen des Werkstücks und Werkzeugs verhalten sich wie 6:13. Es werden somit hier 13 Aussparungen nachbearbei­ tet, wobei das Werkzeug nach dem Eingriff in eine Begren­ zungsfläche einer Aussparung die 5 folgenden Aussparungen ausläßt und erst bei der sechsten Aussparung mit der näch­ sten Aussparung in Eingriff kommt. Die andere Begrenzungs­ fläche wird nach einer Drehrichtungsumkehr von Werkzeug und Werkstück bearbeitet. Das um die Drehachse 96 rotierende Werkzeug ist mit seiner Schneide immer dem Werkstück zuge­ wandt. Wegen der hohen Drehzahl des Werkstücks ergeben sich hier hohe Schnittgeschwindigkeiten, was insbesondere bei räumlich kleinen Werkstücken nützlich ist, um bei diesen auf die in Abhängigkeit von der jeweils gewünschten Oberflächen­ güte und dem Material optimale Schnittgeschwindigkeit zu kommen, die beispielsweise bei 100 in/min liegen mag. Der Abstand der Schneide oder Schneiden von der Werkzeugachse ist jedenfalls in den meisten Fällen größer als der Außenradius des Werkstücks.

Fig. 9a zeigt das Merkmal, daß der Eingriff zwischen Werkzeug und Werkstück auf dem der Drehachse des Werkstücks zugewand­ ten ausgeprägt gekrümmten Bereich der Zykloidenbahn erfolgt.

Fig. 10a zeigt in einem Werkstück 110a die Außenkontur einer vollständig mittels eines Stoßwerkzeugs 114a ähnlich wie in Fig. 6 nachgearbeiteten Aussparung 111a mit in wesentlichem quadratischem Querschnitt und abgerundeten Ecken. Das Werk­ zeug 114a hat ebenfalls eine im wesentlichen quadratische Form mit abgerundeten Ecken, die völlig von Schneidkanten 119a begrenzt wird. Diese sind als stoßende Schneidkanten ausgebildet. Durch geeignete Steuerung der Bewegung des Werkzeugs kann die genannte Form der Aussparung erzeugt werden, wobei die Aussparung z. B. zuerst im rechten Bereich der Fig. 10a und anschließend im linken Bereich nachgear­ beitet wird.

Bei der Anordnung nach Fig. 10b ist die zu erzeugende Aus­ sparung 111b im Querschnitt trapezförmig, und dies gilt auch für das im Querschnitt jedoch kleinere Werkzeug 114b, das ebenfalls allseitig stoßende Schneidkanten aufweist. Um die Aussparung zu erzeugen, muß das Werkzeug bei einem Vorschub gegenüber dem Werkstück 110b in Richtung von dessen Drehachse (in der Figur nach oben) durch eine Phasenverschiebung in Umfangsrichtung des Werkstücks verlagert werden, so daß sich die gewünscht Kontur ergibt.

Bei der Anordnung der Fig. 10c haben die durch stoßende Bearbeitung zu erzeugende Aussparung 111c und das Werkzeug eine ballige Querschnittsform. Um die Aussparung zu erzeugen, muß die Phasenverschiebung beim Vorschub in Achsrichtung des Werkstücks in der Richtung geändert werden.

Die Fig. 11a bis 11c zeigen Aussparungen und Werkzeuge von gleicher Querschnittsform wie die Fig. 10a bis 10c, aller­ dings weisen die Werkzeuge anstatt der in den Fig. 10a bis 10c jeweils links liegenden stoßenden Kante eine ziehende Schneidkante 119a′, 119b′ bzw. 119c′ auf, so daß wie in Fig. 8 die Bearbeitungszeit halbiert werden kann, weil bei einem einzigen Eintauchen in die Aussparung deren beide in Fig. 11 rechts und links liegende Begrenzungsflächen nachgearbeitet werden.

Fig. 12 zeigt in Seitenansicht ein kreiszylindrisches Werk­ stück 120, in das eine Nut 121 eingearbeitet wurde, die nicht parallel zu der von oben nach unten verlaufenden Achse des Werkstücks verläuft, sondern die Form einer sehr steilen Schraubenlinie hat. Der Querschnitt der Aussparung oder Nut 121 ist nahezu halbkreisförmig. Die Nut wird mit einer Anord­ nung ähnlich wie in Fig. 1a von außen her eingebracht, wobei zur Erzeugung einer vorgegebenen Anzahl von Nuten unter Berücksichtigung der erforderlichen Schnittgeschwindigkeit ein entsprechendes Kopplungsverhältnis zwischen den Drehzah­ len der Werkzeugspindel und Werkstückspindel gewählt wird. Während des stetigen Vorschubs des Werkzeugs relativ zum Werkstück in dessen Achsrichtung wird eine stetige Phasenver­ schiebung zwischen den jeweiligen Drehstellungen von Werkzeug und Werkstück vorgenommen, so daß sich der von einer achs­ parallelen Anordnung abweichende Verlauf der Nuten ergibt.

Das in Fig. 13 gezeigte Werkzeug 134 weist eine stoßende Schneidkante 139a und eine ziehende Schneidkante 139b auf. Es ist für einen ganz bestimmten Arbeitsauftrag so gestaltet, daß es mit keinem Teil des Werkstücks während dessen Bearbei­ tung in unerwünschter Weise kollidiert und daß das Werkzeug dennoch möglichst massiv und kräftig ist, damit es große Schnittkräfte aufnehmen kann.

Die in Fig. 14 schematisch dargestellte Werkzeugmaschine 140 weist eine Werkstückspindel 142 auf, die zur Ausführung von Vorschubbewegungen und zur Anpassung an die Größe eines speziellen Werkstücks in Richtung der Längsachse und quer zu dieser verschiebbar ist und mit einer vom Benutzer wählbaren Geschwindigkeit antreibbar ist. Die Werkzeugspindel 144, die anstelle der Werkstückspindel 142 in gleichen Richtungen wie diese verschiebbar ausgebildet sein könnte, ist hier in kei­ ner Richtung verschiebbar, um eine möglichst robuste Lagerung zu erreichen. Die Werkzeugspindel kann mit einer bestimmten Drehzahl, die in einem vorgegebenen Verhältnis zur Drehzahl des Werkstücks liegt, angetrieben werden, darüber hinaus kann der feste Drehzahlzusammenhang beider Spindeln zeitweilig verändert werden, um eine Phasenverschiebung zu bewirken, die oben bereits erläutert wurde. Hierzu wird eine elektronische Steuer- und Regelvorrichtung, ein sogenanntes elektronisches Getriebe 146 verwendet.

Claims (17)

1. Verfahren zum Herstellen von Werkstücken mit im wesent­ lichen kreisförmiger Grundform) die auf einer Umfangsflä­ che unrund bearbeitet werden, wobei wenigstens ein mit mindestens einer Schneide versehenes Werkzeug um eine Achse rotierend angetrieben wird und die Schneide perio­ disch mit einer gegen die zu bearbeitende Oberfläche des Werkstücks gerichteten Bewegungskomponente geführt wird und das Werkstück mit einer an die periodische Bewegung der Schneide angepaßten Drehzahl um die Werkstückachse rotiert, wobei die Schneide bezüglich des als feststehend gedachten Werkstücks eine in sich geschlossene Zykloiden­ bahn beschreibt, wobei die Überlagerung der Bahn der Schneide mit der Werkstückdrehung im Eingriffsbereich zumindest einem Teil einer zu erzeugenden Ausnehmung entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugschneide im Raum auf einer Kreisbahn geführt wird und der Eingriff zwi­ schen der Schneide und dem Werkstück zur Erzeugung min­ destens einer Ausnehmung in dem der Drehachse des Werk­ stücks zugewandten oder abgewandten ausgeprägt gekrümmten Bereich der Zykloidenbahn erfolgt.

2. Verfahren zum Herstellen von Werkstücken mit im wesent­ lichen kreisförmiger Grundform, die auf einer Umfangsflä­ che unrund bearbeitet werden, wobei wenigstens ein mit mindestens einer Schneide versehenes Werkzeug um eine Achse rotierend angetrieben wird und die Schneide perio­ disch mit einer gegen die zu bearbeitende Oberfläche des Werkstücks gerichteten Bewegungskomponente geführt wird und das Werkstück mit einer an die periodische Bewegung der Schneide angepaßten Drehzahl um die Werkstückachse rotiert, wobei die Schneide bezüglich des als feststehend gedachten Werkstücks eine in sich geschlossene Zykloiden­ bahn beschreibt, wobei die Überlagerung der Bahn der Schneide mit der Werkstückdrehung im Eingriffsbereich zumindest einem Teil einer zu erzeugenden Ausnehmung entspricht, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugschneide im Raum auf einer Kreisbahn geführt wird und die im Bereich der Mitte der gekrümmten Bahn, die das Werkzeug zwischen dem ersten Eintauchen in das Werkstück und dem Verlassen des Werkstücks auf der gleichen Seite, auf der das Eintauchen erfolgte, relativ zum Werkstück beschreibt, angelegte Tangente mindestens annähernd rechtwinklig zu dem von der Drehachse des Werkstücks ausgehenden Radiusstrahl ver­ läuft, der durch die genannte Mitte der Werkzeugbahn verläuft.

3. Verfahren zum Herstellen von Werkstücken mit im wesent­ lichen kreisförmiger Grundform, die auf einer Umfangsflä­ che unrund bearbeitet werden, wobei wenigstens ein mit mindestens einer Schneide versehenes Werkzeug um eine Achse rotierend angetrieben wird und die Schneide perio­ disch mit einer gegen die zu bearbeitende Oberfläche des Werkstücks gerichteten Bewegungskomponente geführt wird und das Werkstück mit einer an die periodische Bewegung der Schneide angepaßten Drehzahl um die Werkstückachse rotiert, wobei die Schneide bezüglich des als feststehend gedachten Werkstücks eine in sich geschlossene Zykloiden­ bahn beschreibt, wobei die Überlagerung der Bahn der Schneide mit der Werkstückdrehung im Eingriffsbereich zumindest einem Teil einer zu erzeugenden Ausnehmung entspricht, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugschneide im Raum auf einer Kreisbahn geführt wird und die Tangente durch den Mittelpunkt der Bahn, die das Werkzeug vom Eintritt in das Werkstück bis zum Verlassen beschreibt, im wesent­ lichen in Richtung auf die Werkstückmitte verläuft.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Werkzeugspindelachse sich radial außerhalb des Werkstücks befindet.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Werkzeugspindelachse radial innerhalb der inneren Begrenzungsfläche des Werkstücks befindet.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneide des Werkzeugs stets dem Werkstück zugewandt ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß im Bereich des Eingriffs der Werkzeugschneide in das Werkstück eine gleichlaufende Bewegung von Werkstück und Werkzeug vorgesehen wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Bewegungen der Werkzeug­ schneide und des Werkstücks im Eingriffsbereich gegenläu­ fig sind.

9. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine rotierend antreibbare Werkstückspindel und eine rotierend antreibbare nicht-oszillierende Werkzeugspindel aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung zum Erzeugen einer Phasenverschie­ bung zwischen der Bewegung der Werkstückspindel und der Bewegung der Werkzeugspindel aufweist.

11. Vorrichtung und Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein einschneidiges Werkzeug vorgesehen ist.

12. Vorrichtung und Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Werkzeug mit mindestens zwei Schneiden vorgesehen ist.

13. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Schneiden einen unterschiedlichen Abstand von der Werkzeugachse haben.

14. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schneiden ungleichmäßig am Umfang des Werkzeugs verteilt sind.

15. Vorrichtung und Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Schneide mit zwei Schneidkanten versehen ist.

16. Vorrichtung und Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug mindestens eine Schneidkante aufweist, die in ihrer Kontur einem Abschnitt der durch diese Schneidkante zu erzeugenden Kontur der Aussparung entspricht.

17. Vorrichtung und Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug bei einer Vorschubbewegung in Achsrichtung der Werkzeug­ spindelachse oder bei einer entsprechenden Vorschub­ bewegung des Werkstücks mittels Phasenverschiebung relativ zum Umfang des Werkstücks verstellt wird, um eine Ausnehmung mit einer Begrenzung zu erzeugen, die nicht achsparallel ist.