WO1984000018A1 - Procede pour fabriquer des pieces avec profile interieur et/ou exterieur polygonal et dispositif de mise en oeuvre du procede - Google Patents

Procede pour fabriquer des pieces avec profile interieur et/ou exterieur polygonal et dispositif de mise en oeuvre du procede Download PDF

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WO1984000018A1
WO1984000018A1 PCT/EP1983/000159 EP8300159W WO8400018A1 WO 1984000018 A1 WO1984000018 A1 WO 1984000018A1 EP 8300159 W EP8300159 W EP 8300159W WO 8400018 A1 WO8400018 A1 WO 8400018A1
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WO
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tool
rotation
axis
gear
speed
Prior art date
Application number
PCT/EP1983/000159
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hans Ley
Udo Neumoeck
Peter Scholz
Horst Seidler
Horst Berghaus
Manfred Schmidt
Original Assignee
Hans Ley
Udo Neumoeck
Peter Scholz
Horst Seidler
Horst Berghaus
Manfred Schmidt
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Filing date
Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q27/00—Geometrical mechanisms for the production of work of particular shapes, not fully provided for in another subclass
    • B23Q27/006—Geometrical mechanisms for the production of work of particular shapes, not fully provided for in another subclass by rolling without slippage two bodies of particular shape relative to each other
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T82/00—Turning
    • Y10T82/12—Radially moving rotating tool inside bore
    • Y10T82/122—Forming non-circular bore
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T82/00—Turning
    • Y10T82/13—Pattern section

Definitions

  • the invention relates to a method for producing workpieces with a polygonal outer and / or inner contour, preferably by machining, the workpiece to be machined rotating about a stationary axis at a constant speed while the tool is being guided on a self-contained path curve, furthermore the rotational speed of the workpiece and the rotational speed of the tool on its trajectory are dependent on one another and the tool also acts on the workpiece during the entire revolution.
  • the invention is based on the object of specifying a method which allows higher working speeds and more varied possibilities of variation.
  • This object is achieved according to the invention in that the path speed of the tool is changed during a revolution according to a movement law which is determined by the fixed rotation of the workpiece, the path of movement of the tool and the desired polygon contour.
  • This method has the advantage that the superimpositions required to generate the polygonal contour are effected directly on the workpiece instead of by superimposing a circular movement and a deviating path of movement of the tool, by corresponding changes in the speed of movement of the tool guided on a circular path. This offers considerable advantages for the practical construction.
  • the tool is essentially translationally ver on an eccentric to the workpiece axis of rotation running circular path.
  • This guiding of the tool not only offers defined engagement relationships between the workpiece and the tool, but also allows the mass forces to be compensated in a simple manner and to arrive at a much more compact and therefore stiffer design which offers a higher precision of the workpieces produced.
  • the circular path runs tangentially between the incircle and the circumference of the profile to be created.
  • the tool rotates on a circular path that is eccentric to the axis of rotation of the workpiece and surrounds it, again affecting the incircle and circumference of the profile.
  • tools with a large cutting width for example grinding wheels, can also be used.
  • Cross-sectional contours with an approximately elliptical cross-section or a "triangular" cross-section in the manner of a so-called "constant thickness" can be produced by this method.
  • such cross-sectional contours can be used, for example, for shaft plug connections or the like.
  • the shape of the contour is determined by the ratio of the number of revolutions of the tool to the number of revolutions of the workpiece.
  • the speed ratio the speed ratio.
  • the path speed of the tool is changed during a revolution according to a motion law which corresponds to the angular speed of the center of a circle which rolls without sliding on the outside of a fixed circle of the same diameter
  • the angular speed is related to the center of the fixed circle
  • a second point permanently assigned to the circumferential circle which describes a Pascal curve during the rotation of the rolling circle, being guided with a substantially constant angular velocity around a pivot point lying within the Pascal curve .
  • the measures consist in changing the path speed of the tool during a revolution according to a motion law which corresponds to the angular speed of the axis of rotation of a crank arm, which in turn rotates on a circular path with a higher angular speed but the same direction of rotation, the angular speed of the rotation of the axis of rotation on the circular path is dependent on the angular velocity of the rotation of the axis of rotation itself, and that the crank pin is driven by a loop rotating at a constant angular velocity, the axis of rotation of which is related to the axis of rotation of the circular path of the axis of rotation of the . Crank arm collapses.
  • the rotational speed of the tool is changed during a revolution in its orbit by means of a transmission which can be controlled according to Pascal's curves.
  • This method has the advantage that without changing the path curve of the tool - except for the setting of the diameter of the circular path - the desired polygon structure can only be determined by varying the path speed of the tool during one revolution.
  • the side surfaces can be both flat and curved, as well as polygons with rounded corners or with asymmetrically contoured side surfaces.
  • the mechanical excitation of the law of motion enables high precision to be achieved since there is practically no slippage between workpiece movement and tool movement.
  • Loop is used which is driven at a constant rotational speed which is matched to the rotational speed of the workpiece and that the orbital movement of the tool is removed from the orbital wheel.
  • the thrust axis and the overlapping position of the loop of the planetary gear drive are set at an angle to one another in order to produce asymmetrical polygon contours.
  • Under the thrust axis is the connecting line of the touch The points of the circle described by the cutting edge with the incircle and the circumference of the polygon contour to be understood.
  • the "overlap position" is defined by the polar axis of the given Pascal curve.
  • the law of motion is derived from the path velocity of a point which passes through an elliptical path at a constant angular velocity. It is particularly advantageous if the path speed of the tool is changed during a revolution according to a motion law that corresponds to a whole number multiple of the angular speed of the axis of rotation of a crank arm, which in turn rotates on a circular path with the same angular speed but opposite direction of rotation, the angular speed of the revolution the axis of rotation on the circular path is dependent on the angular speed of rotation of the axis of rotation itself, and that the crank pin is driven by a loop rotating at a constant angular speed, the axis of rotation of which is the axis of rotation of the circular path of the axis of rotation of the crank arm.
  • the invention further relates to a device for producing workpieces with a polygonal outer and / or inner contour, in particular by machining with a rotatably mounted, driven workpiece holder and a tool which is movably guided along a closed path curve and with the drive of the workpiece holder in Connection is established.
  • the tool is held in a tool holder, which is rotatably supported via a bearing block on a rotating support eccentric to its axis of rotation and relative thereto and is supported on the frame with a torque support.
  • This arrangement allows a very compact and therefore rigid construction, which ensures a high degree of dimensional accuracy and precision of the workpieces produced.
  • Another advantage of this design according to the invention is that the setting of the desired workpiece diameter can be simplified in terms of construction without the stiffness specified by the construction changing, since the tool can be adjusted with respect to the workpiece by radial infeed.
  • the bearing block for the adjustment of the eccentricity on the carrier is held radially displaceable and lockable.
  • the tool holder and the torque support form a crank mechanism, in particular a parallel crank mechanism.
  • the design as a parallel crank drive has the advantage that all points of the tool holder describe the same circular path, so that the engagement point of the tool can be arranged as desired with respect to the tool holder. This is important for processing by grinding, for example, because of the relatively large dimensions of the grindstone. Since the circular path is also part of a circular cylinder surface, any desired grinding stone width can be used. This also applies to the use of milling cutters or knife heads or geometrically similar tools, such as rollers or the like.
  • the parallel crank mechanism can either be designed as a double crank mechanism or advantageously as a single crank with parallel link as torque support.
  • the transmission ratio between the speed of the workpiece holder and the speed of the carrier for the tool holder is adjustable by a gear.
  • the carrier for the tool holder with the drive or the transmission gear for setting the speed ratio between the workpiece and the tool can be controlled via a Pascal curve Transmission is connected.
  • the transmission which can be controlled according to Pascal's curves is formed by an epicyclic gear drive with a loop which is connected to the epicyclic wheel via a crank pin, the loop forming the driving gear part and the web of the epicyclic gear forming the output, the one with the shaft of the carrier is connected for the tool holder, the axis of rotation of the carrier being identical to the axis of rotation of the web.
  • the respective movement law of the tool defined by Pascal's curves, can easily be generated.
  • Another advantage of this gearbox design is that it works practically without play, so that a basis for the high precision is given here. This also applies to the connection between Schleif.e and crank pin, because due to the rotating movement of the loop, the crank pin only rests on one side of the loop during the entire revolution.
  • Thrust axis of the movement of the tool and the overlap position of the loop and planet gear lie in one plane and that the overlap position of the loop with respect to the thrust axis is adjustable at an angle to this. If the shear axis and the overlap position are in one plane, symmetrical polygon contours result, while when an angular position is set between the overlap position and the shear axis, polygon contours with asymmetrical sides result.
  • the axis of rotation of the loop can be adjusted eccentrically to the axis of rotation of the web. This results in a further, structurally simple to implement variation option for the desired motion law.
  • crank pin assigned to the planet wheel is designed to be displaceable and lockable with respect to the planet wheel.
  • This measure also results in structurally simple to implement variation options for the movement law of the tool.
  • the axis of rotation of the loop becomes eccentric to the axis of rotation of the web adjusted, with the thrust axis and overlap lying in one plane, and furthermore the crank pin on the planet wheel is displaced radially, so that it coincides with the center point of the planet wheel, so there is a polygon with rounded corners and depending on the set eccentricity of the tool on the carrier with the sides curved outwards, that is to say a contour which approximately corresponds to the contour of a constant thickness when a speed ratio of 3: 1 is set.
  • a coupling is provided through which the carrier for the tool holder can be separated from the web of the planetary wheel and connected to the drive shaft of the loop.
  • the magnet wheel of the epicyclic gearbox is additionally driven in dependence on the tool feed. If you superimpose the already existing feed movement of the tool, it is possible to provide a workpiece with a helix, the helix having a corresponding polygonal contour.
  • control gear is connected to a differential gear which drives a flywheel to compensate for the moments of inertia which occur as a result of the path speed of the tool changing during one revolution.
  • differential gear for driving a swing is a planetary gear to compensate for the moments of inertia
  • the loop driving the planetary gear ger ger the sun gear is connected to the shaft of the carrier for the tool holder, and the mating gear meshing with the planet gear is mounted coaxially to the sun gear and carries the flywheel.
  • the axis of rotation of the carrier for the tool holder is adjustable at an angle to the axis of rotation of the workpiece. This configuration not only allows conical workpieces with a polygonal outer contour to be produced, but also when the two axes are set at 90 ° to one another in one end face of a rotating one
  • Another advantageous device for generating the law of motion is in an embodiment of the invention, characterized in that the output shaft of the crank is mounted in an eccentric to the axis of rotation of the crank loop and is rotated in the same direction, that the bearing bush is connected via a transmission gear to the output shaft of the crank and that the output shaft is in direct connection with the rotatably mounted tool carriers.
  • Fig. 1 is a plan view of a device with a translationally guided on a circular tool holder
  • Fig. 2 is an end view of the tool holder according to
  • Fig. 1 3 is an end view of a tool holder with a different guide
  • FIG. 4 is a plan view of a device with a gear controlled by Pascal curves for generating the law of motion for the tool holder
  • FIG. 8 is a top view of a device with the setting of the gearbox for generating the motion law corresponding to FIG. 5,
  • Fig. 12 shows an embodiment for an after
  • the device shown schematically in Fig. 1 has a rotatably mounted workpiece holder 1, which is driven by a drive motor 2 at a constant rotational speed, via a gear pair 3, 4 and a lay shaft 5 is driven via a gear pair 6, 7, a shaft 8.
  • the pair of gears 3, 4 or 6, 7 can be designed as a change-speed gearbox or as a manual gearbox, with the aid of which the speed ratio between the speed of the workpiece holder 1 on the one hand and the number of rotations of the tool on the other hand is predetermined.
  • a carrier 9 is connected, on which a bearing block 10 is arranged to be radially displaceable and adjustable.
  • a tool holder 12 is mounted via an axis 11, to which a tool 13, for example a turning tool, is firmly connected in the usual way.
  • the tool tip points radially outwards or inwards to the workpiece clamped in the workpiece holder 1.
  • the axis 11 of the tool holder 12 can be adjusted eccentrically to the axis of rotation of the carrier 9 and thus to the shaft 8, so that when the carrier 9 rotates, the axis 11 and thus also the tip of the
  • Tool describes a circular path with the radius of the eccentricity e.
  • the tool holder 12 is now fixed on the machine part via a torque support 14, so that the tool 13 describes a translatory circular movement with respect to the tool tip, the tool holder 12 and torque support 14 forming a crank mechanism.
  • FIG. 2 and 3 two different embodiments for the torque support 14 are shown in a front view.
  • the tool holder 12 is guided over parallel links 15, 16, so that the tip of the tool 13 describes the circular path 17 shown.
  • the tip of the tool 13 is always aligned parallel to the thrust axis 18. All points describe the same circular path.
  • the torque support 14 is formed by a swivel arm 19 with a linear guide.
  • the tool 13 is subject to an essentially translatory circular movement, since in the orders of magnitude that are considered here for the pivoting angle, the rotation caused by the pivoting movement about the articulation point 20 of the
  • Swivel arm 19 is negligible.
  • the tool tip should be set so that it on the
  • Circular path describes.
  • a device according to FIG. 1 with a corresponding setting of the transmission ratio between the speed of the workpiece holder 1 and the speed of the carrier 9 and a corresponding setting of the eccentricity of the tool holder 12 on the carrier 9, polygonal contours corresponding to FIGS. 9 a, b, c, d, generate e.
  • a gear ratio between the workpiece and the tool of 1: 2 is to be used, ie the tool revolution is twice as fast as the revolution of the workpiece.
  • the device according to FIG. 1 as well as the devices to be described according to FIGS. 4 and 8 are additionally provided with a feed device (not shown here) for the tool 13, by means of which the tool 13 is moved in the longitudinal direction, i.e. can be moved in the direction of the axis of rotation of the workpiece holder 1, as is known, for example, from lathes. Because of the structurally simple structure of the drive and motion mechanism of the tool holder, it can be compact
  • the embodiment according to FIG. 4 differs from the embodiment according to FIG. 1 in that the shaft 8 is additionally connected to a gear 21 which can be controlled by Pascal curves.
  • this gear is formed by a planetary gear loop gear.
  • the gear 7 of the countershaft transmission is freely rotatable on the shaft 8 and fixed connected to a gear loop 22.
  • a crank pin 24 is in engagement via a roller 23, which is connected to a planet gear 25 for variation of the crank arm 24 in a radially adjustable and fixable manner.
  • the radial adjustability of the crank arm 24 is not specified in this schematic representation.
  • the planet gear 25 is mounted in a web 26, which in turn is freely rotatably mounted on the shaft 8, so that the planet gear 25 can roll on a fixed pole wheel 27.
  • a clutch 28 the web 26 which rotates freely on the shaft 8 can now be firmly connected to it, so that the rotational movement of the web 26 is transmitted directly to the shaft 8.
  • the shaft 8 can be coupled to the loop 22 for turning.
  • the crank pin 24 is released.
  • the epicyclic-loop gear is shown in its essential parts in an end view.
  • the individual elements of the transmission can be easily identified on the basis of the reference symbols used in FIG. 4.
  • the gear setting shown in FIG. 4 corresponds to the end view according to FIG. 6.
  • the crank pin 24 with its roller 23 on the planet wheel 25 is radial kept displaceable and lockable, so that the desired movement law can be set via the distance of the crank pin 24 to the center of the planet wheel 25.
  • overlap position used can also be seen from FIG. 6.
  • An overlap position in the sense of the present invention is understood to mean the position in which the loop 22 and the web 26 are in alignment with one another, that is to say when the planetary gear 25 assumes the position shown in broken lines in FIG. 6.
  • a loop contour with at least zone-wise curved guideway for the crank 24 or the roller 23 can also be provided here.
  • Appropriate contouring of the loop 22 allows both the course of the polygon contour in the corner area and in the area of the sides affect areas. Accordingly, the trajectory curves of the center of the roller 23 that are created in such a loop design are also regarded as Pascal curves in the sense of the invention; this also applies if such curves form the basis for electronic control. Further possibilities of variation result from FIG. 7 and also from FIG. 5.
  • the variation according to FIG. 5 is shown in a corresponding top view in FIG. 8. As can be seen from the top view, the shaft 8 of the carrier 9 for the tool holder on the one hand and the drive shaft 30 for the loop 22 on the other hand are arranged eccentrically to one another.
  • a further embodiment of the device can be seen from the supervision according to FIG. 4, with the aid of which the mass inertia moments resulting from the overall arrangement are largely compensated for.
  • the web 26 is provided with a balancing mass 31 so that this part of the transmission can rotate without imbalance.
  • a differential gear 32 here a planetary gear
  • the loop 22 drives the planet carrier 33.
  • the sun gear 34 of the planetary gear is connected to the shaft 8, while the counter gear 35, with which the planet gear 36 is engaged, carries the flywheel 37 and is freely rotatably mounted on the shaft 8 or a separate shaft, not shown.
  • FIG. 10 shows a device in the form of a block diagram in which the control for periodically changing the path speed of the tool is carried out using electronic means.
  • the drive 2 of the workpiece receptacle 1 is connected to a rotary angle sensor 38.
  • the output signal of the shoot Angle encoder 38 which specifies the respective angular position of the workpiece holder 1 and thus of the workpiece, is connected to a function generator 39.
  • this signal is superimposed on the Pascal curve required for the desired polygonal contour by appropriate, known electronic means, and the desired speed ratio between the workpiece and the tool is given.
  • the output signal of the function generator 39 is applied to a controller 40 as a setpoint.
  • the carrier 9 for the tool 13 is in turn connected to a drive motor 41, which generally rotates it in the same direction as the workpiece.
  • This drive motor 41 is also connected to a rotary encoder 42, the output signal of which indicates the respective angular position of the carrier 9 and thus the length of the tool 13.
  • This output signal is switched to the controller 40 as an actual value.
  • a control signal is obtained from the comparison of the target value and the actual value, which is switched to a so-called power electronics 43 of conventional design.
  • the number of revolutions of the drive motor 41 is now controlled so that the tool 13 receives the periodically changing path speed required due to the predetermined speed ratio and the predetermined Pascal curve, which is required to generate the predetermined polygon. It is particularly expedient if stepper motors are used as drive motors.
  • Such a device also allows a discontinuous engagement of the tool or tools on the workpiece, as is known, for example, from impact rotary milling.
  • the countershaft gear it is also possible to set up the axis of rotation of the tool movement at an angle to the axis of rotation of the workpiece, so that with a corresponding feed movement of the tool in the longitudinal direction of the workpiece, conical bodies with a corresponding polygonal cross section can also be produced.
  • the axis of rotation of the tool can also run at 90 ° to the axis of rotation of the workpiece, so that in this way a polygonal contour can be incorporated into an end face of a cylindrical body, for example.
  • Tools in the form of a turning tool also include rotating tools in the form of a grinding wheel or milling cutter or knife head.
  • a corresponding rotary drive for example in the form of an electric motor, must be arranged on the tool holder.
  • this does not pose any great difficulties since, due to the translatory circular movement of the tool holder, no rotary transmitters for the energy supply, be it electrical or hydraulic, are required.
  • the invention is not limited to the gear arrangements shown and described, but also includes wheel and / or crank drives, with the aid of which Pascal curves can be represented, so that the required motion law for the tool results when the tool is driven accordingly.
  • Pascal's curves in the sense of According to the invention, asymmetrical curves are also to be understood, as they arise, for example, when the loop of the epicyclic gear mechanism does not have a straight guide contour but an at least partially curved course.
  • the invention also includes a method or an arrangement in which the rotation of the workpiece is replaced by the fact that the tool rotates around the work piece in addition to its movement specified by the movement law.
  • the application of the invention is not limited to the preferred machining. This also makes it possible to guide tools for surface treatment of already finished workpieces with a polygonal contour, for example a roller burnishing tool.
  • the compensation of the moments of inertia can be effected in addition to the specified differential gears also by other designs that perform a movement in the opposite direction to the non-uniformly moving parts of the device, for example also hydraulically controlled mass systems.
  • FIG. 11 shows a further embodiment for a Pascal one.
  • Controllable gearbox shown.
  • this transmission has some constructive simplifications both with regard to the "guidance of the tool and with regard to the generation of the" Pascal curves.
  • components correspond to the embodiment shown in Fig. 4; the same reference numerals are used.
  • the device has a rotatably mounted workpiece holder 1, which has a constant drive motor that is not shown here
  • Rotational speed is not driven over a here countershaft transmission is shown, a shaft 44 is connected to the workpiece holder 1, via which both a tool holder 12 and the gear 45 are driven, by which the motion law for the tool 13 is generated.
  • the entire arrangement is mounted on a common carrier 46 in such a way that the axis of rotation 47 of the tool holder 12 is eccentric to the axis of rotation 48 of the tool, as shown in FIG. 14 with respect to the workpiece holder 1.
  • the polygon profile to be generated is shown in FIG. 14 by its outer circumferential circumference 49 and inner circumference 50.
  • the circumference 49 and the incircle 50 are affected by the tool guided on the circular path 51 with the radius r, wherein, as can be seen from FIG. 14, the tool path 51 encloses the axis of rotation 48 of the workpiece holder or the workpiece.
  • the polygonal contour is produced in that the tool 13, although guided on a circular path, changes its speed during a revolution according to a certain movement law.
  • a gearbox controlled according to Pascal's curves is particularly useful.
  • a particularly compact embodiment is shown in FIG.
  • the gear 45 consists essentially of a crank loop 52 which drives a crank arm 54 via a sliding block 53.
  • the output shaft 55 of the crank arm 54 is mounted in a bearing bush 56, which in turn is fastened on a rotatably mounted holder 57 designed as a hollow shaft.
  • the bearing bush 56 is fastened via a corresponding adjusting element 58, which makes it possible to adjust the output shaft 55 of the crank arm 54 eccentrically with respect to the axis of rotation 44 of the crank loop 52. Accordingly, the output shaft 55 is connected to the drive shaft 8 of the tool holder via an articulated shaft 59.
  • the holder 57 is driven by a
  • Shaft 8-connected gear transmission which is designed so that the holder 57 rotates in the same direction, but at a higher speed than the shaft 8.
  • the ses gear 8 is shown in the gametypsbei shown by the two pairs of gears 60.
  • a gear ratio of 1: 2 is preferably selected.
  • a control element 61 is also provided, by means of which the length of the crank arm 54 can be changed.
  • the adjusting elements 58, 61 are used to change the desired Pascal curve, while the adjusting device 46, which adjusts the entire arrangement with respect to the workpiece axis of rotation 48 by the dimension e 1, and the adjusting device 62 used to adjust the radius r of the tool path, for assigning the tool to Circumference and incircle of the profile to be created is used.
  • the entire arrangement can also be displaced in the axial direction with respect to the workpiece, so that corresponding profile cylinders can be manufactured.
  • the crank loop can be adjusted independently here via the adjusting means 46 in order to still change the Pascal curves. Fig.
  • crank loop 52 is connected to a shaft 44, which is connected to the drive of the workpiece holder 1 via a countershaft transmission, not shown, so that this results in a convergence between the workpiece holder 1 and shaft 44, in which a sliding block 53rd of a crank arm 54 is mounted.
  • the output shaft 55 of the crank arm 54 is mounted in a bearing bush 56 which is held on a rotatably mounted holder 57 designed as a hollow shaft via an actuating element 58.
  • the output shaft 55 is also connected via an articulated shaft 59 which, however, drives two gear assemblies.
  • the holder 57 of the bearing bush 56 for the output shaft 55 is driven via a bevel gear 63 in such a way that it rotates at the same rotational speed but in the opposite direction how the output shaft 55 rotates.
  • the propeller shaft 59 also drives a transmission gear consisting of two gear pairs 64, 65, the Drive gear of the gear pair 64 is rigidly connected to the drive gear of the bevel gear 63.
  • the output gear of the gear pair 65 is firmly coupled to the shaft 8 so that the shaft 8 rotates relative to the output shaft 55 at a correspondingly higher speed.
  • the length of the crank arm R can in turn be adjusted via adjusting elements 61, while, as already described above, the eccentricity e 2 between the output shaft 55 and the shaft 44 can be adjusted via the adjusting element 58, and an additional eccentricity results via the adjusting means 46a.
  • the tool 13 is guided on a circular path, the speed ratio being set according to the predetermined polygonal contour, which will be described in more detail below, but the tool 13 passes through this circular path during a revolution not with constant Brugesehwin speed but with one after the changing web speed given by the setting of the gear motion law.
  • the gears according to the arrangement 4 and 11 give the possibility of the motion law
  • the speed ratio is to be specified as an integer. If the speed ratios are not an integer, there are screw-like twisted profile profiles in the longitudinal direction of the workpiece. 14, the number of corners is determined from the difference in the speeds of the workpiece and the tool, so that the number of corners applies
  • FIGS. 9a, 9b and 9c can also be applied in the Wei se that the drive takes place via the shaft 8, while the tool holder 12 is connected to the shaft 44. This creates polygonal contours accordingly FIGS. 9a, 9b and 9c.
  • the polygonal contour to be generated results from a superimposition of rotary movements of the workpiece and the tool, it is of course also possible to make the arrangement in such a way that the gears shown for generating the law of motion drive the workpiece holder 1, while the tool 13 itself is constant Orbit speed. Furthermore, it is possible to modify the method according to the invention in such a way that superposition gears designed in accordance with the invention are connected in series, ie the workpiece rotation is transmitted to the tool via an additional gear, so that it is also possible to apply corresponding polygon contours to stationary workpieces.
  • the method for representing the motion law can also be described in accordance with the formulation according to claim 5 or claim 8 or 9 for epicycloids, for example Pascal's curves, in such a way that the speed of the tool is changed during a revolution according to a motion law which is one of the corresponds to the desired angular number of the angular velocity proportional to a leading pointer, which is geometrically added with a likewise rotating leading pointer, the origin being stationary and the leading pointer rotating in the same direction at a higher angular speed than the leading pointer and the end point of the geometric addition describing an epicycloid, the end point of this addition also describing is guided by a driving pointer, which rotates at a preferably constant angular velocity.
  • epicycloids for example Pascal's curves
  • the path speed of the tool is changed during a revolution according to a motion law which corresponds to an angular speed of a guide pointer which is proportional to the desired number of corners and which is geometrically added with a lead pointer, the origin being stationary and the leading pointer rotates in opposite directions with at least the same angular velocity as the leading pointer and the end point of the geometric addition describes a hypocycloid, the end point of the addition being guided by a driving pointer which rotates at a preferably constant angular velocity.
  • the path speed of the tool is determined by the angular speed of the axis of rotation of the guide pointer.

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Description

Bezeichnung: Verfahren zur Herstellung von Werkstücken mit polygonaler Außen- und/oder Innenkontur und Vorrichtungen zur Durchführung des Ver fahrens
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Werkstücken mit polygonaler Außen- und/oder Innenkontur vorzugsweise durch spanabhebende Bearbeitung, wobei das zu bearbeitende Werkstück um eine ortsfeste Achse mit konstanter Geschwindigkeit rotiert, während das Werkzeug auf einer in sich geschlossenen Bahnkurve geführt wird, wobei ferner die Drehgeschwindigkeit des Werkstücks und die Umlaufgeschwindigkeit des Werkzeugs auf seiner Bahnkurve voneinander abhängig sind und wobei ferner das Werkzeug während des gesamten Umlaufs am Werkstück angreift.
Aus der DE-OS 23 55 036 ist ein Verfahren der eingangs bezeichneten Art bekannt, bei dem das Werkzeug in bezug auf das Werkstück auf einer Ellipsenbahn geführt ist. Durch die Überlagerung der Drehbewegung des Werkstücks μnd der Bewegung des eine Ellipsenbahn durchlaufenden Werkzeugs lassen sich entsprechende Polygonstrukturen, auch solche mit scharf ausgezogenen Ecken, erzeugen. Bei der Umsetzung in die Praxis ergeben sich für das vorbekannte Verfahren Nachteile, so beispielsweise eine erhebliche Reduzierung der Arbeitsgeschwindigkeiten, da die Getriebe zur Erzeugung der elliptischen Bewegung des Werkzeugs nur begrenzte Drehzahlen zulassen. Ein weiterer Nachteil der vorbekannten Verfahrensweise liegt darin, daß das zur Erzeugung des Bewegungsgesetzes erforderliche Getriebe verhäl nismäßig groß gebaut werden muß. und dementsprechend zur Erzeugung von Polygonen mit unterschiedlichen Durchmessern eine Hebeluntersetzung vorgesehen werden muß, die nur schwierig mit der erforderlichen Steifigkeit ausgeführt werden kann.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das höhere Arbeitsgeschwindigkeiten und vielfältigere Variationsmöglichkeiten zuläßt.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Bahngeschwindigkeit des Werkzeugs während eines Umlaufs nach einem Bewegungsgesetz verändert wird, das durch die ortsfeste Rotation des Werkstücks, die Bewegungsbahn des Werkzeugs und die gewünschte Polygonkontur bestimmt wird. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß die zur Erzeugung der Polygonkontur erforderlichen Überlagerungen statt durch eine Überlagerung einer Kreisbewegung und einer davon abweichenden Bewegungsbahn des Werkzeugs unmittelbar am Werkstück, dieses durch entsprechende Veränderungen der Bewegungsgeschwindigkeit des auf einer Kreisbahn geführten Werkzeugs bewirkt wird. Dies bietet für die praktische Konstruktion erhebliche Vorteile.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, daß das Werkzeug im wesentlichen translatorisch auf einer exzentrisch zur Werkstückdrehachse ver laufenden Kreisbahn geführt wird. Diese Führung des Werk zeugs bietet nicht nur definierte Eingriffsverhältnisse zwischen Werkstück und Werkzeug, sondern gestattet es auch in einfacher Weise, die Massenkräfte zu kompensieren und zu einer sehr viel kompakteren und damit steife ren Konstruktion zu kommen, die eine höhere Präzision der erzeugten Werkstücke bietet. Die Kreisbahn verläuft hierbei tangierend zwischen dem Inkreis und dem Umkreis des zu erzeugenden Profils.
In einer anderen Ausgestaltung des Verfahrens ist vorge sehen, daß das Werkzeug auf einer: Kreisbahn umläuft, die exzentrisch zur Drehachse des Werkstücks liegt und diese umschließt, wobei wieder Inkreis und Umkreis des Profils tangiert werden. Hierdurch ergeben sich geringere Werkzeuggeschwindigkeiten und günstigere Eingriffswinkel für das Werkzeug. Vorteilhaft ist es, wenn das Werkzeug auf einer Kreiszylinderbahn geführt wird, da dann auch Werk zeuge mit großer Schnittbreite, beispielsweise Schleif scheiben, eingesetzt werden können. Nach diesem Verfahren lassen sich Querschnittskonturen mit etwa elliptischem Querschnitt oder einem "dreieckigen" Querschnitt nach Art eines sogenannten "Gleichdick" erzeugen. Im Hin blick auf die erzielbare hohe Maßhaltigkeit lassen sich derartige Querschnittskonturen beispielsweise für Wellen steckverbindungen oder dgl. einsetzen. Die Konturenform wird hierbei durch das Verhältnis der Zahl der Umläufe des Werkzeugs zur Zahl der Umdrehungen des Werkstücks be stimmt. Nachstehend als Drehzahlverhältnis bezeichnet.
Während bei dem vorstehend angegebenen Verfahren eine Beeinflussung der Polygonkontur im wesentlichen nur vom Drehzahlverhältnis zwischen Werkstück und Werkzeug und dem Durchmesser der Werkzeugbahn abhängig ist, und keine Polygonkonturen mit geraden Seitenflächen erzeugt werden können, ist gemäß der Erfindung für das eingangs beschriebene Verfahren, insbesondere für das erfindungsgemäße Verfahren, wonach das Werkzeug auf einer Kreisbahn geführt wird, sind in Ausgestaltung der Erfindung Maßnahmen zur Erzeugung des Bewegungsgesetzes vorgesehen. Diese bestehen in einer Ausgestaltung der Erfindung darin, daß die Bahngeschwindigkeit des Werkzeugs während eines Umlaufs nach einem Bewegungsgesetz verändert wird, das der Winkelgeschwindigkeit des Mittelpunktes eines Kreises entspricht, der ohne zu gleiten auf der Außenseite eines feststehenden Kreises mit gleichem Durchmesser abrollt, wobei die Winkelgeschwindigkeit auf den Mittelpunkt des feststehenden Kreises bezogen ist, wobei ferner ein dem umlaufenden Kreis fest zugeordneter zweiter Punkt, der bei dem Umlauf des abrollenden 'Kreises eine Pascalsche Kurve beschreibt, mit im wesentlichen konstanter Winkelgeschwindigkeit um einen innerhalb der Pascalschen Kurve liegenden Drehpunkt geführt wi-rd. In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung bestehen die Maßnahmen darin, daß die Bahngeschwindigkeit des Werkzeugs während eines Umlaufs nach einem Bewegungsgesetz verändert wird, das der Winkelgeschwindigkeit der Drehachse eines Kurbelarmes entspricht, die ihrerseits auf einer Kreisbahn mit höherer Winkelgeschwindigkeit aber gleicher Drehrichtung umläuft, wobei die Winkelgeschwindigkeit des Umlaufs der Drehachse auf der Kreisbahn von der Winkelgeschwindigkeit der Drehung der Drehachse selbst abhängig ist, und daß der Kurbelzapfen von einer mit konstanter Winkelgeschwindigkeit umlaufenden Schleife angetrieben wird, deren Drehachse mit der Drehachse der Kreisbahn der Drehachse des .Kurbelarmes zusammenfällt. Diese Verfahren haben den Vorteil, durch die Vorgabe jeweils einer entsprechenden Pascalschen Kurve einerseits und der Vorgabe des Drehzahlverhältnisses andererseits, beliebige Polygonkonturen zu erzeugen. Durch die Vorgabe des DrehzahlVerhältnisses wird die "Eckenzahl" festgelegt, während die Vorgabe der Pascalschen Kurve den Konturenverlauf insgesamt festlegt, so beispielsweise scharf ausgezogene Ecken, ebene oder gekrümmte Seitenflächen etc. Diese Verfahren sind auch anwendbar, wenn die Werkzeugbahn nicht einer Kreisbahn entspricht. Die Drehachsen von Kurbelarm und Schleife können parallel mit Abstand zueinander angeordnet sein. Das Bewegungsgesetz kann durch eine programmierbare, elektronische Steuerung eines Antriebes zur Erzeugung des Werkzeugumlaufs erfolgen, der eine entsprechende Pascal sche Kurve und das Drehzahlverhältnis vorgegeben wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Umlaufgeschwindigkeit des Werkzeugs während eines Umlaufs auf seiner Umlaufbahn mittels eines nach Pascalschen Kurven steuerbaren Getriebes verändert wird. Dieses Verfahren hat den vorteil, daß ohne Änderung der Bahnkurve des Werkzeugs -ausgenommen die Einstellung des Durchmessers der Kreisbahn- nur durch eine Variation der Bahngeschwindigkeit des Werkzeugs während eines Umlaufs die gewünschte Polygonstruktur festgelegt werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, Vielecke mit scharf ausgezogenen Ecken zu erzeugen, wobei die Seitenflächen sowohl eben als auch gewölbt sein können, ebenso auch Vielecke mit abgerundeten Ecken oder mit unsymme trisch konturierten Seitenflächen. Durch die mechanische Erreugung des Bewegungsgesetzes läßt sich eine hohe Präzision erreichen, da praktisch kein Schlupf zwischen Werkstückbewegung und Werkzeugbewegung auftritt. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zur Veränderung der Bahngeschwindigkeit des Werkzeugs eine mit einem Umlaufrädertrieb gekoppelte, umlaufende
Schleife verwendet wird, die mit konstanter, auf die Drehteschwindigkeit des Werkstücks abgestimmter Drehgeschwindigkeit angetrieben wird und daß die Umlaufbewegung des Werkzeugs vom Umlaufrad abgenommen wird.
In einer bevorzugten weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß zur Erzeugung unsymmetrischer Polygonkonturen die Schubachse und die Überdeckungslage der Schleife des Umlaufrädertriebes unter einem Winkel zueinander eingestellt werden. Unter Schubachse ist die Verbindungslinie der Berüh rungspunkte des von der Werkzeugschneide beschriebenen Kreises mit dem Inkreis und dem Umkreis der herzustellenden Polygonkontur zu verstehen. Die "überdeckungslage" ist durch die Polarachse der vorgegebenen Pascalschen Kurve definiert.
Solange die Schubachse und die durch die überdeckungslage definierte Achse in einer Ebene liegen, ergeben sich symmetrische Polygonkonturen, während eine Winkelstellung zwischen Schubachse und überdeckungslage Polygonkonturen mit unsymmetrischen Seitenflächen ergibt. Zur Definition dieser Ebene wird davon ausgegangen, daß die Schubachse und die Achse der überdeckungslage parallel zueinander ausgerichtet sind.
In einer anderen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß das Bewegungsgesetz aus der Bahngeschwindigkeit eines Punktes abgeleitet wird, der mit konstanter Wϊnkelgeschwindigkeit eine Ellipsenbahn durchläuft. Hierbei ist besonders vorteilhaft, wenn die Bahngeschwindigkeit des Werkzeugs während eines Umlaufs nach einem Bewegungsgesetz verändert wird, das einem ganzzahϊigen Vielfachen der Winkelgeschwindigkeit der Drehachse eines Kurbelarmes entspricht, die ihrerseits auf einer Kreisbahn mit gleicher Winkelgeschwindigkeit, aber gegenläufiger Drehrichtung umläuft, wobei die Winkelgeschwindigkeit des Umlaufs der Drehachse auf der Kreisbahn von der Winkelgeschwindigkeit der Drehung der Drehachse selbst abhängig ist, und daß der Kurbelzapfen von einer mit konstanter Winkelgeschwindigkeit umlaufenden Schleife angetrieben wird, deren Drehachse die Drehachse der Kreisbahn der Drehachse des Kurbelarmes ist. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zur Herstellung von Werkstücken mit polygonaler Außen- und/oder Innenkontur insbesondere durch spanabhebende Bearbeitung mit einer drehbar gelagerten, angetriebenen Werkstückaufnahme und einem Werkzeug, das entlang einer geschlossenen Bahnkurve bewegbar geführt ist und mit dem Antrieb der Werkstückaufnahme in Verbindung steht.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß das Werkzeug in einem Werkzeughalter gehalten ist, der über einen Lagerblock an einem rotierenden Träger exzentrisch zu dessen Drehachse und relativ zu diesem, drehbar gehalten ist und mit einer Momentenstütze am Gestell abgestützt ist. Diese Anordnung erlaubt eine sehr kompakte und damit steife Bauweise, die eine hohe MaBhaltigkeit und Präzision der erzeugten Werkstücke gewährleistet. Ein weiterer Vorteil dieser erfindungsgemäßen Bauform liegt darin, daß die Einstellung der gewünschten Werkstückdurchmesser konstruktiv sehr vereinfacht werden kann, ohne daß die durch die Konstruktion vorgegebene Steifigkeit sich ändert, da das Werkzeug durch radiale Zustellung in bezug auf das Werkstück eingestellt werden kann. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist hierzu vorgesehen, daß der Lagerblock zur Einstellung der Exzentrizität auf dem Träger radial verschieb- und feststellbar gehalten ist. Hierdurch bleibt der Längsabstand zwischen der Werkzeugspitze einerseits und dem Lager für den gesamten vorgegebenen Durchmesserbereich konstant. In einer bevorzugten, vorteilhaften Ausgestaltung ist vor gesehen, daß der Werkzeughalter und die Momentenstütze ein Kurbelgetriebe, insbesondere ein Parallelkurbelgetrie be bilden. Die Ausbildung als Parallelkurbeltrieb hat den Vorteil, daß alle Punkte des Werkzeughalters die gleiche Kreisbahn beschreiben, so daß in bezug auf den Werkzeughalter der Eingriffspunkt des Werkzeugs beliebig angeordnet werden kann. Dies ist beispielsweise für eine Bearbeitung durch einen Schleifvorgang von Bedeutung wegen de relativ großen Abmessungen des Schleifsteins. Da außerdem hierbei die Kreisbahn Teil einer Kreiszylinderfläche ist, kann jede gewünschte Schleifsteinbreite eingesetzt werden. Dies gilt auch bei der Verwendung von Fräsern oder Messer köpfen oder geometrisch ähnlüh gestalteten Werkzeugen, wie Rollen oder dgl.. Das Parallelkurbelgetriebe kann entweder als Doppelkurbelgetriebe oder aber vorteilhaft als Einfachkurbel mit Parallellenker als Momentenstütze ausgebildet sein.
Tn vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Übersetzungsverhältnis zwischen der Drehzahl der Werkstückaufnahme und der Drehzahl des Trägers für den Werkzeughalter, durch ein Getriebe einstellbar ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung insbesondere der vorstehend beschriebenen Vorrichtung mit Führung des Werkzeugs auf einer Kreisbahn ist gemäß der Erfindung außerdem vorgesehen, daß der Träger für den Werkzeughalter mit dem Antrieb bzw. dem Übersetzungsgetriebe zur Einstellung des Drehzahlverhältnisses zwischen Werkstück und Werkzeug über ein nach Pascalschen Kurven steuerbares Getriebe in Verbindung steht. In einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung ist hierbei vorgesehen, daß das nach Pascalschen Kurven steuerbare Getriebe durch einen Umlaufrädertrieb mit einer Schleife gebildet wird, die über einen Kurbelzapfen mit dem Umlaufrad verbunden ist, wobei die Schleife den antreibenden Getriebeteil und der Steg des Umlaufrades den Abtrieb bildet, der mit der Welle des Trägers für den Werkzeughalter verbunden ist, wobei die Drehachse des Trägers mit der Drehachse des Steges identisch ist. Mit Hilfe eines derartigen Getriebes läßt sich einfach das jeweilige, durch Pascalsche Kurven definierte Be wegungsgesetz des Werkzeugs erzeugen. Ein weiterer Vorteil dieser Getriebebauform liegt darin, daß es praktisch spielfrei arbeitet, so daß hier eine Grundlage für die hohe Präzision gegeben ist. Dies gilt auch für die Verbindung zwischen Schleif.e und Kurbelzapfen, da hier auf grund der umlaufenden Bewegung der Schleife der Kurbelzapfen während des gesamten Umlaufs nur an einer Seite der Schleife anliegt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vor gesehen, daß die definierte
Schubachse der Bewegung des Werkzeugs und die überdeckungs lage von Schleife und Umlaufrad in einer Ebene liegen und daß die Überdeckungslage der Schleife gegenüber der Schub achse unter einem Winkel hierzu einstellbar ist. Sind Schubachse und überdeckungslage in einer Ebene, so ergeben sich symmetrische Polygonkonturen, während bei Einstellung einer Winkellage zwischen überdeckungslage und Schubachse sich Polygonkonturen mit unsymmetrischen Seiten ergeben.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Drehachse der Schleife exzentrisch zur Drehachse des Steges einstellbar ist. Hierdurch ergibt sich eine weitere, konstruktiv einfach zu verwirklichende Variationsmöglichkeit für das gewünschte Bewegungsgesetz.
In Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß der dem Umlaufrad zugeordnete Kurbelzapfen in bezug auf das Umlaufrad verschieb- und feststellbar ausgebildet ist. Auch durch diese Maßnahme ergeben sich konstruktiv einfach zu verwirklichende Variationsmöglichkeiten für das Bewegungsgesetz des Werkzeugs. Wird beispielsweise die Drehachse der Schleife exzentrisch zur Drehachse des Steges eingestellt, wobei Schubachse und überdeckungslage in einer Ebene liegen, und wird ferner der Kurbelzapfen auf dem Umlaufrad radial, so verschoben und festgelegt, daß er mit dem Mittelpunkt des Umlaufrades zusammen fällt, so ergibt sich ein Polygon mit abgerundeten Ecken und je nach der eingestellten Exzentrizität des Werkzeugs auf dem Träger mit nach außengewölbten Seitenflächen, eine Kontur also, die annähernd der Kontur eines Gleichdicks entspricht, wenn ein Drehzahlverhältnis von 3 : 1 eingestellt wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Kupplung vorgesehen, durch die der Träger für den Werkzeughalter vom Steg des Umlaufrades getrennt und mit der Antriebswelle der Schleife verbunden werden kann. Hier durch ist es möglich, die Vorrichtung von einem durch Pascalsche Kurven vorgebbaren Bewegungsgesetz auf ein allein durch die Exzentrizität der Kreisbahn des Werkzeu ges in bezug auf die Drehbewegung des Werkstücks und das Drehzahlverhältnis zwischen Werkzeug und Werkstück festgelegtes Bewegungsgesetz umzuschalten.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, das Polrad des Umlaufrädergetriebes zusätzlich in Abhängigkeit vom Werkzeugvorschub anzutrei ben. Überlagert man hierzu die ohnehin vorhandene Vorschubbewegung des Werkzeugs, so ist es möglich, ein Werkstück mit einem Wendel zu versehen, wobei der Wendel eine entsprechende Polygonkontur aufweist.
In weiterer Ausgestaltung ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß zum Ausgleich der Massenträgheitsmomente, die durch die sich jeweils während eines Umlaufs ändernde Bahngeschwindigkeit des Werkzeugs auftreten, das Steuergetriebe mit einem Differentialgetriebe verbunden ist, das eine Schwungmasse antreibt.Bevorzugt ist hierbei vorgesehen, daß das Differentialgetriebe zum Antrieb einer Schwung masse zum Ausgleich der Massenträgheitsmomente ein Planetengetriebe ist, wobei die Schleife den Planetenradträ ger antreibt, das Sonnenrad mit der Welle des Trägers für den Werkzeughalter verbunden ist, und das mit dem Planetenrad im Eingriff stehende Gegenrad koaxial zum Sonnenrad gelagert ist und die Schwungmasse trägt.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Drehachse des Trägers für den Werkzeughalter unter einem Winkel zur Drehachse des Werkstücks einstellbar ist. Diese Ausgestaltung erlaubt es nicht nur, konische Werkstücke mit polygonaler Außenkontur herzustellen, sondern darüber hinaus auch bei einer Einstellung der beiden Achsen zueinander unter 90° in eine Stirnfläche .eines rotierenden
Werkstückes entsprechende Polygonkonturen einzuarbeiten.
Eine weitere vorteilhafte Vorrichtung zur Erzeugung des Bewegungsgesetzes ist in Ausgestaltung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle der Kurbel in einer exzentrisch zur Drehachse der Kurbelschleife ange ordneten und gleichsinnig umlaufenden Lagerbüchse gelagert ist, daß die Lagerbüchse über ein Übersetzungsgetriebe mit der Abtriebswelle der Kurbel verbunden ist und daß die Abtriebswelle mit den drehbar gelagerten Werkzeugträgern in direkter Verbindung steht.
Die, Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen von Ausf ührungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Aufsicht auf eine Vorrichtung mit einem translatorisch auf einer Kreisbahn geführten Werkzeughalter
Fig. 2 eine Stirnansicht des Werkzeughalters gemäß
Fig. 1 Fig. 3 eine Stirnansicht für einen Werkzeughalter mit einer anderen Führung,
Fig. 4 eine Aufsicht auf eine Vorrichtung mit einem durch Pascalsche Kurven steuerbaren Getriebe zur Erzeugung des Bewegungsgesetzes für den Werkzeughalter,
Fig. 5,6 + 7 verschiedene Einstellmöglichkeiten des Getriebes zur Erzeugung des Bewe gungsgesetzes in einer Stirnansicht,
Fig. 8 in einer Aufsicht eine Vorrichtung mit der Einstellung des Getriebes zur Er zeugung des Bewegungsgesetzes entsprechend Fig. 5,
Fig. 9 a-h mit den Vorrichtungen gemäB Fig. 1 bzw.
Fig. 4 erzeugbare Polygonkonturen,
Fig. 10 ein Blockschaltbild für eine elektronisch gesteuerte Vorrichtung,
Fig. 11 eine andere Ausführungsform für ein nach Pascalschen Kurven steuerbares Getriebe,
Fig. 12 eine Ausführungsform für ein nach einer
Ellipse steuerbares Getriebe,
Fig. 13, 14 die Bahn der Werkzeugspitze in bezug auf das Werkstück und Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Vorrichtung weist eine drehbar gelagerte Werkstückaufnahme 1 auf, die über einen Antriebsmotor 2 mit konstanter Drehgeschwindigkeit angetrieben wird, über ein Zahnradpaar 3, 4 und eine Vor gelegewelle 5 wird über ein Zahnradpaar 6, 7 eine Welle 8 angetrieben. Das Zahnradpaar 3, 4 bzw. 6 , 7 kann als Wech selrädergetriebe oder auch als Schaltgetriebe ausgebildet sein, mit dessen Hilfe das Drehzahlverhältnis zwischen der Drehzahl der WerkStückaufnahme 1 einerseits und der Umlauf zahl des Werkzeugs andererseits vorgegeben wird.
Mit der Welle 8 ist ein Träger 9 verbunden, an dem ein Lagerblock 10 radial verschieb- und einstellbar angeordnet ist. Im Lagerblock 10 ist über eine Achse 11 ein Werkzeughalter 12 gelagert, mit dem ein Werkzeug 13, beispielsweise ein Drehmeißel in üblicher Weise fest verbunden ist. Je nach dem, ob eine Innenkontur oder eine Außenkontur zu drehen ist, weist die Werkzeugspitze radial nach außen bzw. nach innen auf das in der Werkstückaufnahme 1 eingespannte Werkstück.
Durch entsprechende Einstellung des Lagerblocks 10 auf dem Träger 9 kann die Achse 11 des Werkzeughalters 12 exzentrisch zur Drehachse des Trägers 9 und damit zur Welle 8 eingestellt werden, so daß bei einer Drehung des Trägers 9 die Achse 11 und damit auch die Spitze des
Werkzeugs eine Kreisbahn mit dem Radius der Exzentrizität e beschreibt.
Der Werkzeughalter 12 ist nun über eine Momentenstütze 14 am Maschinenteil festgelegt, so daß das Werkzeug 13 in bezug auf die Werkzeugspitze eine translatorische Kreisbewegung beschreibt, wobei Werkzeughalter 12 und Momentenstütze 14 einen Kurbeltrieb bilden.
in Fig. 2 und 3 sind zwei unterschiedliche Ausführungsformen für die Momentenstütze 14 in einer Stirnansicht dargestellt. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist der Werkzeughalter 12 über Parallellenker 15, 16 geführt, so daß die Spitze des Werkzeugs 13 die eingezeichnete Kreisbahn 17 beschreibt. Hierbei ist die Spitze des Werkzeugs 13 immer parallel zur Schubachse 18 ausgerichtet. Alle Punkte beschreiben hierbei die gleiche Kreisbahn.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 wird die Momentenstütze 14 durch einen Schwenkarm 19 mit Linearführung gebildet. Auch bei dieser Ausgestaltung unterliegt das Werkzeug 13 einer im wesentlichen translatorischen Kreisbewegung, da in den hier in Betracht kommenden Größenordnungen für den Schwenkwinkel die durch die Schwenkbewegung bewirkte Drehung um den Anlenkungspunkt 20 des
Schwenkarmes 19 vernachlässigbar ist. Die Werkzeugspitze soll hierbei aber so eingestellt sein, daß sie auf der
Verlängerung der Achse 11 liegt, da sie sonst keine exakte
Kreisbahn beschreibt. Mit einer Vorrichtung gemäß Fig. 1 lassen sich bei entsprechender Einstellung des Übersetzungsverhältnisses zwischen Drehzahl der Werkstückaufnahme 1 und Drehzahl des Trägers 9 sowie entsprechender Einstellung der Exzen trizität des Werkzeughalters 12 auf dem Träger 9 Polygonkonturen entsprechend Fig. 9 a, b, c, d, e erzeugen. Für die Polygonkontur gemäß Fig. 9c ist beispielsweise ein Übersetzungsverhältnis zwischen Werkstück und Werkzeug von 1 : 2 einzusetzen, d.h. der Werkzeugumlauf ist dop pelt so schnell wie der Umlauf des Werkstücks.
Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 sowie die noch zu beschreibenden Vorrichtungen gemäß Fig. 4 und Fig. 8 sind zusätzlich mit einer hier nicht näher dargestellten Vorschubein richtung für das Werkzeug 13 vorgesehen, durch das dieses in Längsrichtung, d.h. in Richtung der Drehachse der Werk stückaufnahme 1 verschoben werden kann, wie dies beispiels weise von Drehbänken her bekannt ist. Anfgrund des kon struktiv einfachen Aufbaues des Antriebs- und Bewegungsme chanismusses des Werkzeughalters kann dieser als kompakte
Baueinheit auf den Support einer Drehbank aufgebaut werden, so daß lediglich für eine entsprechende Koppelung der Welle 8 des Werkzeugantriebes mit dem Antrieb der Werkzeugaufnahme zu sorgen ist. Drehrichtung der Werkstückaufnahme 1 und der Welle 8 und damit die Bahnbewegung des Werkzeugs werden vorzugsweise gleichsinnig eingestellt.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 4 weicht von der Ausführungsform gemäß Fig. 1 dadurch ab, daß die Welle 8 zusätzlich mit einem Getriebe 21 verbunden ist, das durch Pascalsche Kurven steuerbar ist. Bei dem Auεführungsbeispiel wird dieses Getriebe durch ein Umlaufrad-Schleifen-Getriebe gebildet.
Bei dieser Ausführungsform ist das Zahnrad 7 des Vorgelegegetriebes frei drehbar auf der Welle 8 gelagert und fest mit einer Getriebeschleife 22 verbunden. Mit dieser Getriebeschleife steht über eine Rolle 23 ein Kurbelzapfen 24 im Eingriff, der mit einem Umlaufrad 25 zur Varia tion des Kurbelarms 24 radial verstell- und festlegbar verbunden ist. Die radiale Verstellbarkeit des Kurbel arms 24 ist in dieser schematischen Darstellung nicht näher angegeben. Das Umlaufrad 25 ist in einem Steg 26 gelagert, der seinerseits auf der Welle 8 frei drehbar gelagert ist, so daß das Umlaufrad 25 auf einem festste henden Polrad 27 abrollen kann. Durch eine Schaltkupplung 28 kann nun der auf der Welle 8 frei umlaufende Steg 26 mit dieser fest verbunden werden, so daß die Drehbewegung des Steges 26 unmittelbar auf die Welle 8 übertragen wird. Zum Vordrehen kann die Welle 8 mit der Schleife 22 gekoppelt werden. Hierbei wird der Kurbelzapfen 24 gelöst.
Wird nun die konstante Drehbewegung der WerkStückaufnahme 1 über das Vorgelegegetriebe 6, 7 auf die Schleife 22 übertragen, so läuft diese ebenfalls mit konstanter Geschwindigkeit um. Das durch die Kurbel 24 des Umlaufrädergetriebes 25, 26, 27 vorgegebene Bewegungsgesetz bewirkt nun, daß die Welle 8 nicht mehr mit gleichbleibender Geschwindigkeit umläuft, sondern während einer Umdrehung entsprechend dem vom Umlaufrädergetriebe vorgegebenenBewegungsgesetz eine Änderung der Geschwindigkeiten erfährt, so daß das Werkzeug 13 zwar eine Kreisbewegung ausführt, den Bewegungskreis während eines Umlaufs jedoch mit entsprechend wechselnden Geschwindigkeiten durchläuft.
In den Fig. 5, 6 und 7 ist das Umlaufrad-Schleifen-Getriebe in seinen wesentlichen Teilen in einer Stirnansicht dargestellt. Die einzelnen Elemente des Getriebes sind anhand der in Fig. 4 verwendeten Bezugszeichen ohne weiteres zu identifizieren. Die in Fig. 4 wiedergegebane Getriebeeinstellung entspricht der Stirnansicht gemäß Fig. 6. Wie in den Figuren angedeutet, ist der Kurbelzapfen 24 mit seiner Rolle 23 auf dem Umlaufrad 25 radial verschieb- und feststellbar gehalten, so daß über den Abstand des Kurbelzapfens 24 zur Mitte des Umlaufrades 25 das jeweils gewünschte Bewegungsgesetz eingestellt werden kann. Aus Fig. 6 ist auch der verwendete Begriff "Überdeckungslage" ersichtlich. Unter überdeckungslage im Sinne der vorliegenden Erfindung wird die Stellung verstanden, bei der die Schleife 22 und der Steg 26 mit einander fluchten, d.h. also, wenn das Umlaufrad 25, die in Fig. 6 gestrichelt eingezeichnete Position einnimmt. Liegen die Schubachse des Werkzeugs und die Achse 29 der überdeckungslage in einer Ebene, wobei davon ausgegangen wird, daß beide Achsen parallel verlaufen, dann ergeben sich bei entsprechender Abstimmung von Übersetzungsverhältnis zwischen Drehzahl des Werkstücks und Drehzahl des Werkzeugs, Exzentrizität des Werkzeugs und Länge des Kurbelarmes 24, beispielsweise die Polygonkontur gemäß Fig. 9f. Durch Veränderung der Exzentrizität er gibt sich dann bei sondt unveränderter Einstellung der Vorrichtung eine Polygonkontur gemäß Fig. 9f mit scharfen Kanten, jedoch mit nach innen eingewölbten bzw. nach außen vorgewölbten Seitenflächen, wie dies jeweils für eine Seitenfläche in Fig. 9f dargestellt ist.
Werden die Schubachse und die Achse 29 der überdeckungslage mit Bezug zueinander unter einem Winkel zueinander eingestellt, so ergibt sich bei der ansonsten für eine Sechseckkontur vorgegebene! Grundeinstellung die in Fig. 9h wiedergegebene Polygonkontur mit unsymmetrischen Seitenflächen.
Anstelle der in Fig. 5, 6 und 7 wiedergegebenen geradlinigen Kontur für die Schleife 22 kann hier auch eine Schleifenkontur mit wenigstens zonenweise gekrümmter Führungsbahn für die Kurbel 24 bzw. die Laufrolle 23 vorgesehen werden. Durch eine entsprechende Konturierung der Schleife 22 lassen sich sowohl der Verlauf der Polygonkontur im Eckenbereich als auch im Bereich der Seiten flächen beeinflussen. Dementsprechend werden auch die bei einer derartigen Schleifengestaltung entstehende Bahnkurven des Mittelpunktes der Rolle 23 auch als Pascalsche Kurven im Sinne der Erfindung angesehen; dies gilt auch, wenn derartige Kurven die Basis für eine elektronische Steuerung bilden. Weitere Möglichkeiten der Variation ergeben sich aus Fig. 7 und auch aus Fig. 5. Die Variation gemäß Fig. 5 ist in einer entsprechenden Aufsicht in Fig. 8 dargestellt. Wie aus der Aufsicht er sichtlich, sind hierbei die Welle 8 des Trägers 9 für den Werkzeughalter einerseits und die Antriebswelle 30 für die Schleife 22 andererseits exzentrisch zueinander angeordnet.
Aus der Aufsicht gemäß Fig. 4 ist eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit für die Vorrichtung ersichtlich, mit deren Hilfe die sich aus der Gesamtanordnung ergebenden M assent räghei ts m omente weitgehend ausgegli chpn werden kennen. Zum einen wird hierzu der Steg 26 mit einer Ausgleichsmasse 31 versehen, so daß hier dieser Teil des Getriebes ohne Unwucht umlaufen kann.
Darüber hinaus ist mit der Schleife 22 ein Differentialgetriebe 32, hier ein Planetengetriebe, verbunden. Hierbei treibt die Schleife 22 den Planetenradträger 33 an. Das Sonnenrad 34 des Planetengetriebes ist mit der Welle 8 verbunden, während das Gegenrad 35, mit dem das Planetenrad 36 im Eingriff steht, die Schwungmasse 37 trägt und auf der Welle 8 oder einer gesonderten, nicht näher dargestellten Welle frei drehbar gelagert ist.
In Fig. 10 ist in Form eines Blockschaltbildes eine Vorrichtung dargestellt, bei der die Steuerung zur periodischen Änderung der Bahngeschwindigkeit des Werkzeugs mit elektronischen Mitteln durchgeführt wird. Hierbei steht der Antrieb 2 der WerkStückaufnahme 1 mit einem Drehwinkelgeber 38 in Verbindung. Das Ausgangssignal des Dreh winkelgebers 38, das die jeweilige Winkelstellung der Werkstückaufnahme 1 und damit des Werkstücks vorgibt, ist auf einen Funktionsgenerator 39 aufgeschaltet.
Im Funktionsgeber 39 wird diesem Signal durch entsprechende, an sich bekannte elektronische Mittel die für die jeweils gewünschte Polygonkontur erforderliche Pascalsche Kurve überlagert, sowie das gewünschte Drehzahlverhältnis zwischen Werkstück und Werkzeug vorgege ben. Das Ausgangssignal des Funktionsgenerators 39 wird als Sollwert einem Regler 40 aufgeschaltet. Der Träger 9 für das Werkzeug 13 ist seinerseits mit einem Antriebsmotor 41 verbunden, der diesen in der Regel gleichsinnig zum Werkstück dreht. Auch dieser Antriebsmotor 41 steht mit einem Drehwinkelgeber 42 in.Verbindung, dessen Ausgangssignal die jeweilige Winkelstellung des Trägers 9 und damit die Läge des Werkzeugs 13 angibt.. Dieses Aus- gangssignal ist als Ist Wert auf den Regler 40 aufge schaltet.
Durch den Regler 40 wird aus dem Vergleich von Soll-Wert und Ist-Wert ein Regelsignal gewonnen, das auf eine soge nannte Leistungselektronik 43 üblicher Bauart aufgeschal tet ist. Entsprechend diesem Regelsignal wird nun die Dreh zahl des Antriebsmotors 41 so gesteuert, daß das Werkzeug 13 die aufgrund des vorgegebenen Drehzahlverhältnisses und der vorgegebenen Pascalschen Kurve gewünschte, sich periodisch ändernde Bahngeschwindigkeit erhält, die zur Erzeugung des vorgegebenen Polygons erforderlich ist. Besonders zweckmäßig ist es, wenn als Antriebsmotore Schrittmotore verwendet werden.
Eine derartige Vorrichtung erlaubt auch einen diskontinuierlichen Eingriff des bzw. der Werkzeuge am Werkstück, wie dies beispielsweise vom Schlagdrehfräsen bekannt ist. Bei den dargestellten und beschriebenen Ausführungsbei spielen sind die Drehachse des Werkstücks einerseits und die Drehachse des Werkzeugs andererseits parallel zueinander ausgerichtet, so daß entsprechend zylindrische Kör per mit den gewünschten Polygonquerschnitten hergestellt werden können. Bei entsprechender Ausbildung des Vorgelegegetriebes ist es jedoch auch möglich, die Drehachse der Werkzeugbewegung unter einem Winkel zur Drehachse des Werkstückes einzurichten, so daß bei einer entsprechen den Vorschubbewegung des Werkzeuges in Längsrichtung des Werkstückes auch konische Körper mit entsprechendem Polygonquerschnitt erzeugt werden können.
Da das Werkzeug aufgrund der vorgegebenen Bewegungsgesetze ständig mit dem Werkstück im Eingriff steht, kann die Drehachse des Werkzeuges auch unter 90° zur Drehachse des Werkstückes verlaufen, so daß auf diese Weise in eine Stirn fläche eines beispielsweise zylindrischen Körpers eine Polygonkontur eingearbeitet werden kann.
Als Werkzeug kommen neben stationären. Werkzeugen in Form eines Drehmeißels auch rotierende Werkzeuge in Form eines Schleifkörpers oder Fräsers oder Messerkopfes in Betracht. In diesem Falle muß auf dem Werkzeughalter ein entsprechender Drehantrieb, beispielsweise in Form eines Elektromotors, angeordnet werden. Dies bereitet jedoch keine großen Schwierigkeiten, da aufgrund der translatorischen Kreisbewegung des Werkzeughalters keine Drehübertrager für die Energiezufuhr, sei es elektrisch oder hydraulisch, erforderlich sind.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Getriebeanordnungen beschränkt, sondern umfaßt auch Räder- und/oder Kurbeltriebe, mit deren Hilfe sich Pascalsche Kurven darstellen lassen, damit sich bei entsprechendem Antrieb für das Werkzeug das jeweils gewünschte Bewegungsgesetz ergibt. Unter Pascalschen Kurven im Sinne der Erfindung sind auch unsymmetrische Kurven zu verstehen, wie sie beispielsweise entstehen,, wenn die Schleife des Umlaufrädergetriebes keine geradlinige Führungskontur sondern einen wenigstens teilweise gekrümmten Verlauf aufweist.
Die Erfindung umfaßt auch ein Verfahren, bzw. eine Anordnung, bei der die Drehung des Werkstückes dadurch ersetzt wird, daß das Werkzeug zusätzlich zu seiner durch das Be wegungsgesetz vorgegebenen Bewegung insgesamt um das Werk stück umläuft.
Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf die bevorzugte spanabhebende Bearbeitung beschränkt. So ist auch die Führung von Werkzeugen zur Oberflächenbehandlung bereits fertiger Werkstücke mit Polygonkontur, beispielsweise eines Rollierwerkzeugs hiernach möglich.
Der Ausgleich der Massenträgheitsmomente kann außer mit den angegebenen Differentialgetrieben auch durch andere Bauformen bewirkt werden, die eine gegenläufige Bewegung zu den ungleichförmig bewegten Teilen der Vorrichtung ausführen, so beispielsweise auch hydraulisch gesteuerte Massensysteme.
In Fig. 11 ist eine weitere Ausführungsform für ein nach Pascalschen. Kurven steuerbares Getriebe dargestellt. Dieses Getriebe weist jedoch gegenüber dem in Fig. 4 dargestellten und beschriebenen Getriebe einige konstruktive Vereinfachungen sowohl hinsichtlich der "Führung des Werkzeuges als auch hinsichtlich der Erzeugung der "Pascalschen Kurven auf. Soweit Bauteile mit der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform übereinstimmen; sind gleiche Bezugszeichen verwendet. Auch hier weist die Vorrichtung eine drehbar gelagerte Werkstückaufnähme 1 auf, die über einen hier nicht näher dargestellten Antriebsmotor mit konstanter
Drehgeschwindigkeit angetrieben wird, über ein hier nicht näher dargestelltes Vorgelegegetriebe steht eine Welle 44 mit der Werkstückaufnahme 1 in Verbindung, über die sowohl ein Werkzeughalter 12 als auch das Getriebe 45 angetrieben wird, durch das das Bewegungsgesetz für das Werkzeug 13 erzeugt wird. Die gesamte Anordnung ist hierbei auf einem gemeinsamen Träger 46 gelagert und zwar so, daß die Drehachse 47 des Werkzeughalters 12 exzentrisch zur Drehachse 48 des Werkzeugs ist, wie in Fig. 14 in bezug auf die Werkstückaufnähme 1 dargestellt. In Fig. 14 ist das zu erzeugende Polygonprofil durch seinen außen begrenzenden Umkreis 49 und innen begrenzenden Inkreis 50 dargestellt. Der Umkreis 49 und der Inkreis 50 werden von dem auf der Kreisbahn 51 mit dem Radius r geführten Werkzeug tangiert, wobei, wie aus Fig. 14 ersichtlich, die Werk zeugbahn 51 die Drehachse 48 der Werkstückaufnahme bzw. des Werkstücks umschließt.
Im Vergleich däzu ist in Flg. 13 die Werkzeugbahn 17 in bezug. auf Umkreis 49 und Inkreis 50 des zu erzeugenden Profils dargestellt. Auch hier berührt das auf einer Kreisbahn 17 geführte Werkzeug Um- und Inkreis des zu erzeugenden Profils, liegt. jedoch zwischen Um- und Inkreis, ohne die Werkstückachse 48 zu umgreifen. Aufgrund der translatorischen Führung ist -bei der Führung entsprechend Fig. 13 das durch eine Spitze symbolisch dargestellte Werkzeug 13 gleichgerichtet, während bei der Ausführungsform gemäß Fig. 11, wie in Fig. 14 dargestellt, die Werkzeugspitze immer auf den Mittelpunkt ihrer Drehachse 47 gerichtet ist. Dies ist durch entsprechende Spitzen in Fig. 14 angedeutet.
Die Polygonkontur wird, wie vorstehend bereits ausführlich für andere Vorrichtungen dargelegt, dadurch erzeugt, daß das Werkzeug 13, obwohl auf einer Kreisbahn geführt, während eines Umlaufs nach einem bestimmten Bewegungsgesetz seine Geschwindigkeit verändert. Zur Erzeugung von Polygonprofilen mit praktisch beliebiger Kontur und be liebiger Eckenzahl ist hierzu ein nach Pascalschen Kurven gesteuertes Getriebe besonders zweckmäßig. In Fig.11 ist eine besonders kompakte Ausführungsform dargestellt. Das Getriebe 45 besteht im wesentlichen aus einer Kurbel schleife 52, die über einen Gleitstein 53 einen Kurbelarm 54 antreibt. Die Abtriebswelle 55 des Kurbelarmes 54 ist in einer Lagerbüchse 56 gelagert, die ihrerseits auf einem als Hohlwelle ausgebildeten, drehbar gelagerten Halter 57 befestigt ist. Die Befestigung der Lagerbüchse 56 erfolgt über ein entsprechendes Stellelement 58, das es ermöglicht, die Abtriebswelle 55 des Kurbelarmes 54 exzentrisch gegenüber der Drehachse 44 der Kurbelschleife 52 einzustellen. Dementsprechend ist die Abtriebswelle 55 über eine Gelenkwelle 59 mit der Antriebswelle 8 des Werkzeughalters verbunden.
Der Antrieb des Halters 57 erfolgt über ein mit der
Welle 8 in Verbindung stehendes Zahnradgetriebe, das so ausgelegt ist, daß der Halter 57 gleichsinnig, jedoeh mit höherer Geschwindigkeit als die Welle 8 rotiert. Die ses Getriebe 8 ist bei dem dargestellten Ausführungsbei spiel durch die beiden Zahnradpaare 60 dargestellt. Hierbei wird vorzugsweise ein Übersetzungsverhältnis von 1 :2 gewählt. Außer der über das Stellelement 58 einstellbaren Exzentrizität e2 zwischen Abtriebswelle 55 und Antriebswelle 44 ist ferner noch ein Stellelement 61 vorgesehen, durch das die Länge des Kurbelarmes 54 verändert werden kann. Die Stellelemente 58, 61 dienen zur Veränderung der jeweils gewünschten Pascalschen Kurve, während die die gesamte Anordnung in bezug auf die Werkstückdrehachse 48 um das Maß e1 verstellbare Stelleinrichtung 46 sowie die zur Einstellung des Radius r der Werkzeugbahn dienende VerStelleinrichtung 62 der Zuordnung des Werkzeugs zum Um- und Inkreis des zu erzeugenden Profils dient. Hierbei ist die gesamte Anordnung auch in bezug auf das Werkstück in axialer Richtung verschiebbar, so daß entsprechende Profilzylinder gefertigt werden können. Die Kurbelschleife kann hier über das Stellmittel 46 unabhängig verstellt werden, um die Pascalschen Kurven jeweils noch zu verändern. Fig. 12 zeigt die Modifikation des vorstehend beschriebenen Getriebes, das es ermöglicht, als Bewegungsgesetz für die Veränderung der Bahngeschwindigkeit des Werkzeugs 13 eine Ellipse vorzugeben, d.h. daß zur Steuerung der Bahn geschwindigkeit des Werkzeugs die Bahngeschwindigkeit eines Punktes herangezogen wird, der mit im wesentlichen konstan ter Winkelgeschwindigkeit eine vorgegebene Ellipsenbahn durchläuft. Der Aufbau dieses Getriebes entspricht weitgehend dem anhand von Fig. 11 beschriebenen Getriebe 45, so daß hier identische Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Auch hier ist wieder die gesamte Wellenanordnung in einem Gestell gehalten, das mit einer Verstelleinrichtung 46 in bezug auf die Drehachse 48 der Werkstückaufnahme 1 zur Einstellung der Exzentrizität e1 versehen ist.
Auch bei diesem Getriebe ist mit einer Welle 44, die über ein nicht dargestelltes Vorgelegegetriebe mit dem Antrieb der Werkstückaufnahme 1 in Verbindung steht, so daß hierdurch ein Zusammenlauf zwischen Werkstückaufnahme 1 und Welle 44 gegeben ist, eine Kurbelschleife 52 verbunden, in der ein Gleitstein 53 eines Kurbelarmes 54 gelagert ist.. Die Abtriebswelle 55 des Kurbelarmes 54 ist in einer Lagerbüchse 56 gelagert, die an einem als Hohlwelle ausgebildeten drehbar gelagerten Halter 57 über ein Stellelement 58 gehalten ist.
Die Abtriebswelle 55 ist ferner über eine Gelenkwelle 59 verbunden, die jedoch zwei Getriebeanordnungentreibt, Über ein Kegelradgetriebe 63 wird zum einen der Halter 57 der Lagerbüchse 56 für die Abtriebswelle 55 angetrieben und zwar so., daß dieser mit der gleichen Drehgeschwindigkeit, jedoch mit entgegengesetzter Drehrichtung wie die Abtriebswelle 55 umläuft.
Die Gelenkwelle 59 treibt ferner ein aus zwei Zahnradpaaren 64, 65 bestehendes Übersetzungsgetriebe an, wobei das Antriebszahnrad des Zahnradpaares 64 starr mit dem Antriebszahnrad des Kegelradgetriebes 63 verbunden ist. Das Abtriebszahnrad des Zahnradpaares 65 ist hierbei mit der Welle 8 fest gekuppelt, so daß die Welle 8 gegenüber der Abtriebswelle 55 mit entsprechend höherer Drehzahl umläuft.
Über Stellelemente 61 kann wiederum die Länge des Kurbelarmes R verstellt werden, während wie vorstehend bereits beschrieben, über das Stellelement 58 die Exzentrizität e2 zwischen Abtriebswelle 55 und der Welle 44 eingestellt werden kann, über das Stellmittel 46a ergibt sich eine zu sätzliche Exzentrizität. Bei allen beschriebenen Getrieben wird das Werkzeug 13 auf einer Kreisbahn geführt, wobei das Drehzahlver hältnis entsprechend der vorgegebenen Polygonkontur eingestellt wird, was nachstehend noch näher beschrieben wird, aber das Werkzeug 13 durchläuft diese Kreisbahn während eines Umlaufes nicht mit konstanter Bahngesehwin digkeit sondern mit einer nach dem' durch die Einstellung des Getriebes vorgegebenen Bewegungsgesetzes sich ändernden Bahngeschwindigkeit. Die Getriebe gemäß der Anordnung 4 und 11 geben die Möglichkeit, das Bewegungsgesetz nach
Pascalschen Kurven vorzugeben, so daß hier Polygonkonturen auch mit geraden Flanken und scharf ausgezogenen 'Ecken erzeugt werden können. Die Getriebeanordnung gemäß Fig. 12, die das Bewegungsgesetz nach einer Ellipsenbahn vorgibt, ermöglicht es, Polygonkonturen herzustellen, die abgerundete Ecken und gewölbte Flanken aufweisen.
Bei einer Führung des Werkzeugs entsprechend Fig. 13 ergibt sich die Eckenzahl des zu erzeugenden Polygonprofils durch die Vorgabe des Drehzahlverhältnisses zwischen der Werkstückdrehzahl n1 und der Werkzeugdrehzahl n2 in der Weise, daß E = n2 /n1 ist. Das Drehzahkverhältnis ist ganzzahlig vorzugeben. Bei nicht ganzzahligen Drehzahlverhältnissen ergeben sich in WerkStücklängsrichtung schraubenartig verdrehte Profilverläufe. Bei einer Werkzeugführung entsprechend Fig. 14 bestimmt sich die Eckenzahl aus der Differenz der Drehzahlen von Werkstück und Werkzeug, so daß gilt Eckenzahl
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Auch bei den Getriebeanordnungen gemäß Fig. 11 und 12 kann der Ausgleich von Unwuchten und Massenträgheitsmo menten mit den anhand von Fig. 4 beschriebenen Mitteln vorgenommen werden.
Die Getriebe gemäß Fig. 11 und 12 können auch in der Wei se angewandt werden, daß der Antrieb über die Welle 8 erfolgt, während der Werkzeugträger 12 mit der Welle 44 verbunden wird. Hierbei entstehen Polygonkonturen ent sprechend den Fig. 9a, 9b und 9c.
Da die zu erzeugende Polygonkontur aus einer Überlagerung von Drehbwegungen von Werkstück und Werkzeug resultiert, ist es natürlich auch möglich, die Anordnung in der Weise zu treffen, daß die dargestellten Getriebe zur Erzeugung des Bewegungsgesetzes die Werkstückaufnahme 1 antreiben, während das Werkzeug 13 selbst mit konstanter Bahngeschwindigkeit umläuft. Ferner ist es möglich, das erfindungsgemäße Verfahren dahingehend abzuwandeln, daß entsprechend der Erfindung ausgebildete Überlagerungsgetriebe hintereinander geschaltet werden, d.h. über ein zu sätzliches Getriebe noch die Werkstückdrehung auf das Werkzeug übertragen wird, so daß es möglich wird, auch an stillstehenden Werkstücken entsprechende Polygonkonturen anzubringen. Dies ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn derartige Polygonkonturen beispielsweise in Form von entsprechenden Ausnehmungen angebracht werden sollen, wobei die Form und/oder Größe des Werkstücks eine Drehung des Werkstücks selbst nicht zuläßt. Auch bei den Getriebeanordnungen gemäß Fig. 11 und 12 ist die anhand der von Fig. 5, 6 und 7 beschriebene Verdrehung von Schubachse und Überdeckungslager zur Erzeugung unsymmetrischer Polygonkonturen möglich, da ent sprechend der mathematischen Vorgabe des Bewegungsgesetzes auf der Basis Pascalscher Kurven der in Fig. 5 angegebene Steg 26 bei dem Getriebe gemäß Fig. 11 der Kurbel 54 entspricht.
Das Verfahren zur Darstellung des Bewegungsgesetzes läßt sich gemäß der Formulierung gemäß Anspruch 5 bzw. Anspruch 8 oder 9 für Epizykloiden, beispielsweise Pascalschen Kurven auch in der Weise beschreiben, daß die Bahnge schwindigkeit des Werkzeugs während eines Umlaufs nach einem Bewegungsgesetz verändert wird, das einer der gewünschten Eckenzahl proportionalen Winkelgeschwindigkeit eines Führungszeigers entspricht, der mit einem ebenfalls rotierenden Leitzeiger geometrisch addiert wird, wobei der Ursprung ortsfest ist und der Leitzeiger gleichsinnig mit höherer Winkelgeschwindigkeit als der Führungszeiger rotiert und der Endpunkt der geometrischen Addition eine Epizykloide beschreibt, wobei ferner der Endpunkt dieser Addition von einem Treibzeiger geführt wird, der mit vorzugsweise konstanter Winkelgeschwindigkeit umläuft.
Für Hypozykloiden, beispielsweise Ellipsen, ergibt sich dann entsprechend, daß die Bahngeschwindigkeit des Werkzeugs während eines Umlaufs nach einem Bewegungsgesetz verändert wird, das einer der gewünschten Eckenzahl proportionalen Winkelgeschwindigkeit eines Führungszeigers entspricht, der mit einem Leizeiger geometrisch addiert wird, wobei der Ursprung ortsfest ist und der Leitzeiger gegenläufig mit mindestens der gleichen Winkelgeschwindigkeit rotiert wie der Führungszeiger und der Endpunkt der geometrischen Addition eine Hypozykloide beschreibt, wobei der Endpunkt der Addition von einem Treibzeiger geführt wird, der mit vorzugsweise konstanter Winkelgeschwindigkeit umläuft. In beiden Fällen wird die Bahngeschwindigkeit des Werkzeuges bestimmt von der Winkelgeschwindigkeit der Drehachse des Führungszeigers.
Bei einer Umkehrung der Zeigeranordnung, wenn also der Treibzeiger zum Führungszeiger und der Führungszeiger zum Treibzeiger wird, ergeben sich ebenfalls aus der Überlagerung von Werkstückbewegung und Werkzeugbewegung Polygonkonturen.
1g-ks

Claims

Ansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von Werkstücken mit polygonaler Außen- und/oder Innenkontur vorzugsweise durch spanabhebende Bearbeitung, wobei das zu bearbeitende Werkstück um eine ortsfeste Achse mit konstanter Geschwindigkeit rotiert, während das Werkzeug auf einer in sich geschlossenen Bahnkurve geführt wird, wobei die
Drehgeschwindigkeit des Werkstücks und die Umlaufgeschwindigkeit des Werkzeuges auf seiner Bahnkurve voneinander abhängig sind und wobei ferner das Werkzeug während des gesamten Umlaufs am Werkstück angreift, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Bahngeschwindigkeit des Werkzeugs während eines Umlaufs nach einem Bewegungsgesetz verändert wird, das durch die ortsfeste Rotation des Werkstücks,die Bewegungsbahn des Werkzeugs und die gewünschte Polygonkontur bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug im wesentlichen translatorisch auf einer exzentrisch zur Werkstückdrehachse verlaufenden Kreisbahn geführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug auf einer Kreisbahn umlaufend geführt wird, die exzentrisch zur Drehachse des Werkstücks liegt, diese aber umschließt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug auf einer Kreiszylinderbahn geführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahngeschwindigkeit des Werkzeugs während eines Umlaufs nach einem Bewegungsgesetz verändert wird, das der Winkelgeschwindigkeit des Mittelpunktes eines Kreises entspricht, der ohne zu gleiten auf der Außenseite eines feststehenden Kreises mit gleichem Durchmesser abrollt, wobei die Winkelgeschwindigkeit auf den Mittelpunkt des feststehenden Kreises bezogen ist, wobei ferner ein dem umlaufenden Kreis fest zugeordneter zweiter Punkt, der bei dem Umlauf des abrollenden Kreises eine Pascalsche Kurve beschreibt, mit im wesentlichen konstanter Winkelgeschwindigkeit um einen innerhalb der Pascalschen Kurve liegenden Drehpunkt geführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, daß die Bahngeschwindigkeit des Werkzeuges während eines Umlaufs auf seiner Bahn mittels eines nach Pascalschen Kurven steuerbaren Getriebes verändert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung unsymmetrischer Polygonkonturen die Schubachse der Werkzeugbewegung und die überdeckungslage der Schleife des Umlaufrädertriebes unter einem Winkel zueinander eingestellt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahngeschwindigkeit des Werkzeugs während eines Umlaufs nach einem Bewegungsgesetz verändert wird, das der Winkelgeschwindigkeit der Drehachse eines Kurbelarmes entspricht, die ihrerseits auf einer Kreisbahn mit höherer Winkelgeschwindigkeit aber gleicher Drehrichtung umläuft, wobei die Winkelgeschwindigkeit des Umlaufs der Drehachse auf der Kreisbahn von der Winkelge schwindigkeit der Drehung der Drehachse selbst abhängig ist, und daß der Kurbelzapfen von einer mit konstanter Winkelgeschwindigkeit umlaufenden Schleife angetrieben wird, deren Drehachse mit der Drehachse der Kreisbahn der Drehachse des Kurbelarmes zusammenfällt oder radial dazu verschoben ist.
9. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahngeschwindigkeit des Werkzeugs während eines Umlaufs nach einem Bewegungsgesetz verändert wird, das einem ganzzahligen Vielfachen der Winkelgeschwindigkeit der Drehachse eines Kurbelarmes entspricht, die ihrerseits auf einer Kreisbahn mit gleicher Winkelgeschwindigkeit, aber gegenläufiger Drehrichtung umläuft, wobei die Winkelgeschwindigkeit des Umlaufs der Drehachse auf der Kreisbahn von der Winkelgeschwindigkeit der Drehung der Drehachse selbst abhängig ist, und daß der Kurbelzapfen von einer mit konstanter Winkelgeschwindigkeit umlaufenden Schleife angetrieben wird, deren Drehachse mit der Drehachse der Kreisbahn der Drehachse des Kurbelarmes zusammenfällt oder radial dazu verschoben ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahngeschwindigkeit des Werkzeugs während eines Umlaufs auf seiner Bahn mittels eines nach Ellipsen steuerbaren Getriebes verändert wird.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7 mit einer drehbar gelagerten, angetriebenen Werkstückaufnahme und einem Werkzeug, das entlang einer geschlossenen Bahnkurve bewegbar geführt ist und mit dem Antrieb der Werkstückaufnahme in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (13) in einem Werkzeughalter (12) gehalten ist, der über einen Lagerblock (10) an einem rotierenden Träger (9) exzen trisch zu dessen Drehachse und relativ zu diesem drehbar gehalten ist und mit einer Momentenstütze (14) am Gestell abgestützt ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerblock (10) zur Einstellung der Exzentrizität auf dem Träger (9) im wesentlichen radial verschieb- und feststellbar gehalten ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn zeichnet, daß Werkzeughalter (12) und Momentenstütze
(14) ein Kurbelgetriebe, insbesondere ein Parallelkurbelgetriebe bilden.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1-1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Momentenstütze (14) als Schwenkarm mit Linearführung (19) ausgebildet ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsverhältnis zwischen der Drehzahl der Werkzeugaufnahme (1) und der Drehzahl des Trägers (9) für den Werkzeughalter (12) durch ein Vorgelegegetriebe (3, 4, 5, 6, 7) einstellbar ist.
16. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 15mit einer drehbar gelagerten, angetriebenen Werkstückaufnahme und einem Werkzeug, das entlang einer geschlossenen Bahnkurve geführt ist und mit dem Antrieb der Werkstückaufnahme in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (9) für den Werkzeughalter (12) mit dem Antrieb (2) bzw. dem Übersetzungsgetriebe (3, 4, 5, 6, 7) zur Einstel ( 1 ) lung des Drehzahlverhältnisses zwischen Werkstück und ( 13) Werkzeug uber ein nach Pascalschen Kurven steuerbares
Getriebe (21) in Verbindung steht.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das nach Pascalschen Kurven steuerbare Getriebe (21) durch einen Umlaufrädertrieb mit einer Schleife (22) gebildet wird, die über einen Kurbelzapfen (24) mit dem Umlaufrad (25) verbunden ist, wobei die Schleife (22) den antreibenden Getriebeteil und der Steg (26) des Umlaufrades (25) den Abtrieb bildet, der mit der Welle (8) des Trägers (9) für den Werkzeughalter (12) verbunden ist, wobei die Drehachse des Trägers (9) mit der Drehachse des Steges (26) identisch ist.
18. Vorrichtung nach den Ansprüchen 11 bis 17 , dadurch gekennzeichnet, daß die
Schubachse (18) der Bewegung des Werkzeugs (13) und die überdeckungslage (29) von Schleife (22) und Umlaufradsteg (26) in einer Ebene liegen und die überdeckungslage (29) der Schleife (22) gegenüber der Schubachse (18) unter einem Winkel hierzu einstellbar ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18/ dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (30) der Schleife (22) exzentrisch zur Drehachse (8) des Steges (26) einstellbar ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 17, 18 oder 19 , dadurch gekennzeichnet, daß der dem Umlaufrad (25) zugeordnete Kurbelzapfen (24) in bezug auf das Umlaufrad (25) verschieb- und feststellbar ausgebildet ist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kupplung (28) vorgesehen ist, durch die der Träger (9) für den Werkzeughalter (12) vom Steg (26) des Umlaufrades (25) getrennt und mit der Antriebswelle der Schleife (22) verbunden werden kann.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Polrad des Umlaufrädergetriebes (21) zusätzlich in Abhängigkeit vcm Werkzeugvorschüb angetrieben wird.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich der Massenträgheitsmomente, die durch die sich jeweils während eines Umlaufs ändernde Bahngeschwindigkeit des Werkzeugs auftreten, das Steuergetriebe (21) mit einem Differentialgetriebe (32) verbunden ist, das eine Schwungmasse (37) antreibt.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23 , dadurch gekennzeichnet, daß das Differentialgetriebe (32) zum Antrieb der Schwungmasse (37) ein Planetengetriebe ist, wobei die Schleife (22) den Planetenradträger (33) antreibt, das Sonnenrad (34) mit der Welle (8) des Trägers (9) für den Werkzeughalter (12) verbunden ist, und das mit dem Planetenrad (36) im Eingriff stehende Gegenrad (35) koaxiale zum Sonnenrad (34 ) ge lagert ist und die Schwungmasse (37) trägt.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (8) des Trägers (9) für den Werkzeughalter (12) unter einem Winkel zur Drehachse der Werkstückaufnahme (1) einstellbar ist.
26. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, 6 oder 8, mit einer drehbar gelagerten, angetriebenen Werkstückaufnahme und einem Werkzeug, das entlang einer geschlossenen Bahnkurve bewegbar geführt ist und mit dem Antrieb der Werkstückauf nahme in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß das nach Pascalschen Kurven steuerbare Getriebe durch eine umlaufende Kurbelschleife gebildet wird, wobei die Kurbelschleife den antreibenden Getriebeteil und die Kurbel den Abtrieb bildet, daß die Abtriebswelle (55) der Kurbel
(54) in einer exzentrisch zur Drehachse (44) der Kurbelschleife (52) angeordneten und gleichsinnig umlaufenden Lagerbüchse (56) gelagert ist, daß die Lagerbüchse (56) über ein Übersetzungsgetriebe (45) mit der Äbtriebswelle (55) der Kurbel (54) verbunden ist und daß die Ab triebswelle (55) mit den drehbar gelagerten Werkzeugträgern (12) in Verbindung steht.
27. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, 9 oder 10 mit einer drehbar gelagerten, angetriebenen Werkstückaufnahme und einem Werkzeug, das entlang einer geschlossenen Bahnkurve bewegbar geführt ist und mit dem Antrieb der Werkstückaufnahme in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger für den Werkzeughalter (12) mit dem Antrieb (2) bzw. dem Übersetzungsgetriebe (3, 4, 5, 6, 7) zur Einstellung des DrehzahlVerhältnisses zwischen Werkstück (1) und Werkzeug (13) über ein nach Ellipsen steuerbares Getriebe in Verbindung steht.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das nach Ellipsen steuerbare Getriebe durch eine umlaufende Kurbelschleife (52) gebildet wird, wobei die Kurbelschleife (52) den antreibenden Getriebeteil und die Kurbel (54) den Abtrieb bildet, daß die Abtriebswelle (55) der Kurbel (54) in einer exzentrisch zur Drehachse der Schleife (52) angeordneten und gegenläufig umlaufenden Lagerbüchse (56) gelagert ist, daß die Lagerbüchse (56) über ein Getriebe (63) zur Drehrichtungsumkehr mit der Abtriebswelle (55) der Kurbel (54) verbunden ist und daß die Abtriebswelle (55) gleichzeitig über ein Übersetzungsgetriebe (64, 65) mit dem drehbar gelagerten Werkzeugträger (12) in Verbindung steht.
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