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Einrichtung zum Erzeugen von Ausnehmungen mit regelmäßigem Vielecksquerschnitt
mit abgerundeten Ecken Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Ausnehmungen
mit regelmäßigem Vieleckquerschnitt mit abgerundeten Ecken. und bezweckt, hierzu
geeignete Einrichtungen zu schaffen, die den Anforderungen der Verwendung im Betriebe
in jeder Hinsicht gewachsen sind. Hierzu gehört es, daß diese Einrichtungen eine
zuverlässige und genaue Übertragung der in ihnen sich abspielenden Bewegungen auf
das spanabhebende Werkzeug gewährleisten, daß sie einer möglichst geringen Abnutzung
ausgesetzt sind, nur geringe Wartung und Aufsicht erfordern und in verhältnismäßig
einfacher Weise hergestellt werden können. Insbesondere soll die Einrichtung nach
der Erfindung eine solche Wirkungsweise haben, daß mit ihr Vielkantbohrungen mit
praktisch ebenen Seitenflächen hergestellt -,werden können.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bestimmte Sonderformen
der allgemeinen Kreiszykloide sehr gute Näherungen des Umrißverlaufes von Vielkanten
mit abgerundeten Ecken ergeben; in erster Linie kommen für die Erzeugung von Innenvielkanten
die Hypozykloiden in Betracht. Hierbei spielt sich auf Grund der Benutzung dieser
Kurven folgender Bewegungsvorgang ab: Während in Werkzeugstahl eine ganze Umdrehung
um eine Achse ausführt, die ihrerseits in entgegengesetzter Richtung mehrmals einen
Kreis von kleinerem Halbmesser um den Mittelpunkt des zu .erzeugenden Vielkantquerschnittes
beschreibt, umfährt die Spitze des Werkzeugstahles einmal die Umrißlinie des Vielkantes.
Bei diesem Bewegungsvorgange steht der Abstand der Stahlspitze von der Achse der
das Werkzeug tragenden Spindel zu dem Ahstande der beiden Drehachsen für jedes Vielkant
in einem bestimmten Verhältnis, welches die- beste Streckung der Vielecksseiten,
d. h. eine vollkommen. oder doch nahezu vollkommen ebene Form der Wandungen der
Vielkantbohrungen ergibt.
Es sind bereits Sondermaschinen in Form
von Fräs- und Bohrmaschinen vorgeschlagen worden, bei denen versucht worden ist,
Viel-. kantausnehmungen nach dem Zykloidenpri.n:.: zip zu erzeugen. Dort wird der
ZusammeriF,, hang zwischen beiden Bewegungen des Werkzeugträgers mittels eines Gleitsteines
hergestellt, der sich in einem Schlitze radial zu den beiden Bewegungsachsen des
Werkzeugträgers bewegt. Hierbei entsteht eine die Arbeitsgenauigkeit beeinträchtigende
Ungleichförmigkeit im Antrieb:; zu ihrer Beseitigung sind bei den bekannten Maschinen
Zwischenglieder erforderlich. Bei der dadurch bedingten großen Zahl von Antriebsgliedern
führt das unvermeidbare Spiel im Antriebe zu weiteren Ungenauigkeiten. Außerdem
lassen sich Einrichtungen der bekannten Art nur in Gestalt von umfangreichen und
kostspieligen Sondermaschinen verwirklichen.
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Demgegenüber besteht die Erfindung grundsätzlich darin, daß auf dem
Werkzeugträger auf der der Schneide abgewandten Seite ein Zahnrad befestigt ist,
das unmittelbar oder über Zwischenräder mit einem im ortsfesten Gehäuse der Einrichtung
angeordneten Zahnkranze kämmt. Bei der Einrichtung nach der Erfindung wird die Anzahl
der Antriebsglieder auf ein Mindestmaß verringert; dadurch werden im wesentlichen
die Vorteile erzielt, daß die Arbeitsgenauigkeit erhöht wird, die Einrichtung selbst
genauer und mit geringen Kosten hergestellt und in einfacher Weise als Zusatzgerät
zu vorhandenen Werkzeugmaschinen verwendet werden kann. Durch die Anordnung des
Antriebsrades auf der der Schneide abgewandter. Seite des Werkzeugträgers ist es
möglich, die Führung des Werkzeugträgers für seine beiden Bewegungen so nahe an
die Arbeitsstelle, d. h. an die Schneide des Werkzeuges, heranzulegen, daß auch
hierdurch die Arbeitsgenauigkeit der Einrichtung -wesentlich erhöht wird. Dies gilt
insbesondere für den Fall, daß Bohrungen von größerer Längenausdehnung herzustellen
sind, und zwar ermöglicht die Erfindung hierbei eine bis in die Schneidkante des
Werkzeuges sich auswirkende lange und spielarme Lagerung der Werkzeugspindel. Damit
kommt der Erfindung die Bedeutung zu, daß sie die praktisch brauchbare Anwendung
der Zykloiden zur Erzeugung von Vielkantbohrungen ermöglicht.
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Bei der neuen Einrichtung kann einerseits die Gleitlagerung mit dem
für die Genauigkeit wesentlichen Vorteile der Flächenberührung, der geringen Abnutzung
sowie der besonderen Schmierung angewendet werden, woraus sich der Vorteil einer
langen Aufrechterhaltung der Arbeitsgenauigkeit ergibt; andererseits kann man auch
die Wälzlagerung mit der Möglichkeit höherer Drehzahlen wählen. Das Verhältnis der
Eigendrehzahl der Werkzeugspindel zu ihren Umläufen um die Wittelachse des Vielkantes
wird durch ents.rechende Bemessung der Antriebsglieder so gewählt, daß sich aus
ihm in an sich bekannter-Weise ,ein Vielecksquerschnitt mit der jeweils beabsichtigten
Eckenzahl ergibt.
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Der Antrieb der Einrichtung läßt sich weiterhin nach der Erfindung
dadurch besonders einfach gestalten, daß man den Antrieb: in den den Werkzeugträger
exzentrisch aufnehmenden Lagerkörper einleitet: Dabei kann man den Antrieb mittig
in die Einrichtung einleiten, indem man erfindungsgemäß den Lagerkörper des Werkzeugträgers
so ausbildet, daß er durch die Bahnen der Antriebsräder hindurch.greift. Di se Ausbildung
macht die Einrichtung besonders geeignet als einfaches Zusatzgerät zu vorhandenen
Werkzeugmaschinen.
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Des weiteren umfaßt die Erfindung die Anordnung der Achse des Werkzeugträgers
im spitzen Winkel zu derjenigen des Lagerkörpers. Dadurch wird es ermöglicht, aus
nur zwei Rädern bestehende Innengetriebe vorzusehen, bei denen die Räder so groß
ausgeführt werden können, daß sie den zu erwartenden Beanspruchungen gewachsen sind.
Bildet man hierbei .erfindungsgemäß den Werkzeugträger in der Längsachse verschieblich
oder verlängerbar aus, so erhält man die Möglichkeit, mit der Einrichtung nach der
Erfindung Vielkantausnehmungen von beliebiger, einstellbarer, lichter Weite herzustellen;
außerdem läßt sich hierdurch die Gestalt der Seitenflächen der Vielkante in der
Weise beeinflussen, daß man sie mehr oder weniger der vollkommenen Ebene nähern
kann. Schließlich kann man dadurch, dafa man erfindungsgemäß der Schneidspitze eine
zusätzliche Bewegung unter einem spitzen Winkel zur Achse des Werkzeugträgers erteilt,
solche Ausnehmungen herstellen, die sich erweitern oder verjüngen, also die Gestalt
eines Pyramidenstumpfes häben.
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Im nachstehenden ist der Gegenstand der Erfindung in verschiedenen
Ausführungsbeispielen erläutert, die auf der Zeichnung dargestellt sind.
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Abb. i und q. zeigen im mittleren senkrechten Längsschnitt je ein
Ausführungsbeispiel, wobei Abb. z den Schnitt nach VI-VI der Abb. i -wiedergibt.
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Ab@b. 3, 5 und 6 veranschaulichen. in der gleichen Darstellungsweise
einige besondere Ausbildungen von Einzelteilen der Einrichtung nach der Erfindung.
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In Ab:b. i und a ist 32 eine Werkzeugspindel, die außermittig
in einer Büchse 33 gelagert ist, und zwar liegt diese Außermittigkeit
senkrecht
zur Zeichenebene mit Rücksicht auf die anschauliche Darstellung der übrigen Teile.
Die Büchse 33 ist derart in einem feststehenden Gehäuse 34 gelagert, daß ihre Mittelachse
mit der @ Achse M des Gehäuses und dadurch mit derjenigen der gesamten Einrichtung
zusammenfällt. Die Büchse 33 erhält eine Drehbewegung um die Achse M durch einen
Treibriemen 3 5 oder ein ähnliches Antriebsmittel, das die Büchse 33 umschlingt
und durch eine oder zwei Öffnungen 36 des Gehäuses 34 hindurchgeführt ist. Fest
mit der Spindel 32 verbunden ist ein Stirnrad 37, das mit einem Stirnrade 38 in
Eingriff steht, dessen Welle 39 in einem seitlichen Auge 40 der Büchse 33 ,gelagert
ist. Die Welle 39 trägt ein weiteres Zahnrad 41, das in ein Zahnrad 42 eingreift,
welches fest mit dem Gehäuse 34 verbunden ist und dessen Achse mit der Mittelachse
M zusammenfällt. Infolge der Büchse 33 verteilten Drehbewegung führt die das Schneidwerkzeug
tragende Spindel 32 unter der Wirkung der beiden Zahnradvorgelege 37, 38 und 44
42 eine Drehbewegung um ihre eigene Achse A sowie gleichzeitig Kreisbewegungen um
die Achse M aus, die zugleich die Mittelachse der zu erzeugenden Vielkantbohrung
ist (vgl. hierzu die Lage der Achsen A und AI in Abb.2). Hierbei wird das G,esamtübersetzungsverhältnis
der beiden Zahnradvorgelege jeweils so gewählt, wie es der gewünschten Kantenzahl
der Vielkantbohrungen entspricht; so ergibt ein Übersetzungsverhältnis von 3:2 eine
Dreikantbohrung und ein solches von 4:3 eine Vierkantbohrung.
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Anstatt des seitlichen Antriebes durch einen Riemen 3 5, eine Gelenkkette
oder auch ein Zahnradvorgelege kann bei der Einrichtung nach Abb. i eine mittlere
Antriebswelle von oben her durch das Gehäuse 34 und das Stirnrad 42 hindurch zu
der Büchse- 33 geführt werden. Unter Beibehaltung ihres grundsätzlichen Aufbaues
können bei der Einrichtung nach Abb. i statt der Stirnräder 37, 38, 41, 42 auch
zwei Kegelradvor gelege angeordnet werden.
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Die Größe der .außermittigen Lagerung der Werkzeugspindel 32 in der
Büchse 33 läßt sich beispielsweise, wie Abb.3 zeigt, dadurch verändern, daß die
Spindel 32 in einer besonderen Büchse 54 gelagert ist, die in die Büchse
33 unter spitzem Winkel zur Achse M verschiebbar eingesetzt ist. In Abb.3 deuten
die zusammengehörigen Pfeilpaare x und y
die seitliche Verschiebung der AchseA
und damit die Veränderung der Außermittigkeit r bei den verschiedenen Verschiebungsrichtungen
der Büchse 54 an. Die Außermittigkeit kann bei der Ausführung nach Abb. i und 2
noch dadurch verändert werden, daß man zwischen :die Werkzeugspindel 32 und die
Büchse eine Zwischenbüchse einschaltet, die um die Achse des Zapfens 39 schwenkbar
eingerichtet ist.
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Abb.4 zeigt eine Werkzeugspindel 43 mit einem an ihrem oberen Ende
undrehbar befestigten Kegelrade 44, das an einer in einem feststehenden Gehäuse
45 angeordneten kegeligen Innenverzahnung 46 abläuft. Die Mittelachse A der Spindel
43 bildet mit der Mittelachse M der gesamten Einrichtung einen spitzen Winkel a.
Die Spindel 43 ist in dieser Schräglage außermittig in -einer Büchse 47 drehbar
angeordnet, die in dem Gehäuse 45 gleichachsig zu der Kegelradverzahnung 46 gelagert
und mit einer ,aus dem Gehäuse 45 heraustretenden gleichachsigen Antriebswelle 48
fest verbunden ist. Während sich das Kegelrad 44 an dem feststehenden innenverzahnten
Kegelrade 46 abwälzt, erzeugt es das gewünschte Verhältnis zwischen der Drehung
der Achse A der Werkzeugspindel und ihrer gegenläufigen exzentrischen Bewegung um
die Mittelachse M der gesamten Einrichtung. Je nach dem Übersetzungsverhältnis des
Kegelradgetriebes erhält man unter Berücksichtigung der Innenverzahnung Vielkantbohrungen
mit verschiedener Seitenzahl; so ergibt ein Übersetzungsverhältnis von 3:2 eine
Dreikant- und solches von 4:3 eine Vierkantbohrung.
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Bildet man in dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 4 bei schräg liegender
Achse A die Werkzeugspindel so aus, daß die Schneidkante des Werkzeuges längs der
Achse A v erschieblich ist, so verändert man damit die Gestalt der Vielkantseiten
und kann auf diese Weise verzerrende Einfüsse auf die Formgenauigkeit, wie z. B.
ein Spiel in den Lagerungen oder Durchbiegungen der Einzelteile der Einrichtung,
beseitigen und eine genau ebene Gestalt der Vielkantseitenflächen erzielen. Die
Schneidkante des Werkzeuges kann man in der Längsrichtung in bestimmten Abständen
ober- oder unterhalb. des Schnittpunktes I( der Achsen A und M unter
gleichzeitiger Änderung des Abstandes der Schneidspitze S von der Achse A einstellen;
man kann dadurch mit einer einzigen Einrichtung eine Vielzahl geometrisch ähnlicher
Vielkante von beliebig verschiedener Weite erzeugen. Hierbei kann man dann durch
geringe Verschiebungen der Schneidkante längs der Achsre A den Vielk antquerschnitt
im Sinne der Erzielung möglichst vollkommen ebener Seitenflächen berichtigen.
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Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung lassen sich auch Bohrungen von
der Form eines Pyramidenstumpfes, d. h. nach innen sich verjüngende oder erweiternde
Ausnehmungen von Vieleckquerschnitt, herstellen.
Die Abb,5 und 6
zeigen zwei Ausbildungsmöglichkeiten des Erfindungsgegenstandes, bei denen der Werkzeugträger
an der Werkzeugspindel verschieblich angeordnet ist. Hierbei erhält die Spitze S
des Werkzeugstahles 49, nachdem sie auf die Grundform eines Vieleckes mit gut gestreckten
Seiten eingestellt. ist, während des Arbeitens eine zusätzliche gleichförmige Bewegung
auf einer durch den Punkt I( (Abt. 5) gehenden Geraden I(-S, die mit der Achse A
einen spitzen Winkel ß bildet. Gemäß Abb. 5 und 6 kann die Führung der Werkzeugspitze
durch prismatische Schlitten 5o, 51 in unmittelbarer Nähe und parallel zu der Geraden
1(-S und der Vorschub der Werkzeugspindel durch Stoßstangen 52, 53 erfolgen.
In Abb. 5 liegt die Schneidspitze S des Stahles oberhalb, in Abb. 6 unterhalb des
Schnittpunktes I(; je nach der Richtung des Vorschubes der Werkzeugspitze -entstehen
in beiden Fällen nach innen sich verengende oder erweiternde Vielkantbohrungen.