DE19544301A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Formstechen und Formdrehen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein spezielles Verfahren zum Formstechen und Formdrehen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Ver­ fahrens. Die beiden Bearbeitungsmethoden dienen der spanenden Be­ arbeitung von Werkstücken, gewöhnlich solchen aus einem Metall. Dabei wird unter Formstechen im Sinne der Erfindung das stirnsei­ tige Einbringen unrunder Konturen, vor allem solcher mit mehr oder weniger radialem Verlauf (z. B. Schlitze, Sterne, usw.), in das Werkstück, bzw. unter Formdrehen eine unrund gestaltete Be­ arbeitung (z. B. Vierkant, Sechskant, Schlüsselflächen, und der­ gleichen) am Umfang des Werkstücks verstanden.

In der Technik werden solche Formen in den unterschiedlichsten Ausführungen für die verschiedensten Anwendungen benötigt. Für die Massenherstellung von Teilen mit derartigen Geometrien wird häufig auf das Kalt- oder Warmfließpressen, zum Teil auch auf das Gießen oder Sintern zurückgegriffen, weil sich mit diesen Verfahren gut brauchbare Oberflächen bei niedrigsten Stückkosten erzielen lassen. Wenn das jeweilige Bauteil ein derartiges Ver­ fahren nicht zuläßt oder kleinere Stückzahlen gefordert sind, kommt in den meisten Fällen nur eine spanende Herstellung, vor allem durch Fräsen, in Betracht. Ein Nachteil der frästechnischen Herstellung ist jedoch der verhältnismäßig langsame Arbeitsfort­ schritt, so daß gefräste Teile mit relativ hohen Kosten belastet sind.

Nun sind zwar bestimmte Apparate bekannt, mit denen unrunde Geo­ metrien spanend mit kürzeren Bearbeitungszeiten hergestellt wer­ den können, jedoch sind diese Apparate mit verschiedenen Nachtei­ len behaftet. So ist z. B. eine Vorrichtung bekannt, welche auf den Maschinentisch einer Fräsmaschine aufspannbar ist, und welche die Aufnahme eines Werkstücks in einem drehbaren Futter erlaubt.

Das Futter wird mit der Spindel der Fräsmaschine verbunden, um so während der Bearbeitung in eine Drehbewegung versetzt zu werden. Gleichzeitig läuft ein in der Spindel befindlicher Messerkopf um. Aus der Relativbewegung der beiden rotierenden Komponenten ergibt sich eine mehrkantige Geometrie, wobei die Anzahl der Flächenele­ mente vom Drehzahlverhältnis zwischen Werkstück und Werkzeug und der Zahl der Werkzeugschneiden abhängt. Der Nachteil dieser Vor­ richtung ist, daß sie für die Installation einen hohen Zeitauf­ wand erfordert, daß das Werkstück generell zur Bearbeitung umge­ spannt werden muß, so daß eine sogenannte Komplettbearbeitung von vorneherein ausscheidet, ferner daß die fertigen Flächen aufgrund einer gewissen Balligkeit nur eine reduzierte Formgenauigkeit be­ sitzen, und außerdem die geometrischen Möglichkeiten auf Mehrkan­ te beschränkt sind.

Andererseits ist aus der DE-OS 40 39 489 A1 ein Apparat bekannt, welcher die spanende Herstellung der unterschiedlichsten Geome­ trien in Bohrungen und am Umfang von Werkstücken mit hoher Form­ genauigkeit und kleinstem Zeitaufwand ermöglicht. Mit diesem Ge­ rät können jedoch stirnseitig höchstens umlaufende Einstiche her­ gestellt werden. Bestimmte mehr oder weniger radial verlaufende Einstiche sind damit nicht realisierbar. Es ist damit auch nicht möglich, hinter der Stirnkante eines Werkstücks an dessen Umfang einzutauchen, etwa um zwei von der Stirnkante zurückversetzte Schlüsselflächen spanend herzustellen. Nachteilig an dem genann­ ten Apparat ist ferner, daß eine sehr genaue Tolerierung der Ab­ messungen derartiger Konturen z. B. mittels einer Korrektureingabe in die numerische Steuerung der Werkzeugmaschine wegen des ge­ wählten Verfahrens generell verwehrt ist. Eine Feineinstellung der Schneide bzw. Nachstellung wegen Schneidenverschleiß ist nur per Hand durch Justieren einer exzentrischen Einstellhülse mög­ lich.

Es bestand daher die Aufgabe zur Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung der betreffenden Art, womit es möglich sein sollte, unrunde Formen mit hoher Genauigkeit bei gleichzeitig ho­ her Zerspanungsleistung an der Stirnseite bzw. auch hintertau­ chend am Umfang von Werkstücken herzustellen.

Die genannte Aufgabe wird nach der Erfindung durch die Schaffung eines speziellen Verfahren und einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gelöst. Danach wird vorgeschlagen, sowohl das zu zerspanende Werkstück als auch den mit wenigstens einer Schneide ausgerüsteten Werkzeugträger in eine vorzugsweise gleichsinnige Drehbewegung zu versetzen und dabei ein genau festgelegtes gegen­ seitiges Drehzahlverhältnis beizubehalten. Werkstück und Werkzeug werden dann um radial mit einem bestimmten Abstand versetzte Drehachsen rotierend relativ zueinander axial verfahren, um so einen Vorschub zu realisieren. Erfindungsgemäß wird dann die Schneide während ihres Umlaufs abweichend von einer reinen Kreis­ bahn in der Radialebene so ausgelenkt, daß sich die zu zerspanen­ de Kontur aus der Relativbewegung der umlaufenden Schneidenspitze zum rotierenden Werkstück ergibt. Die Schneidenspitze ist während ihres Umlaufs um 360° lediglich in einem Teilbereich mit dem Werkstück in Kontakt, um Zerspanungsarbeit zu leisten. Dieser Zerspanungssektor wird mit dem Umlaufwinkel α bezeichnet. Dem Zerspanungssektor ist ein Anfahrsektor mit dem Umlaufwinkel β vorgeschaltet, bzw. ein Wegfahrsektor mit dem Umlaufwinkel γ nachgeschaltet. Die Summe der Umlaufwinkel aus Anfahrsektor, Zer­ spanungssektor und Wegfahrsektor wird als aktiver Sektor mit dem Umlaufwinkel ϑ bezeichnet, während die Differenz zwischen dem gesamten Umlaufwinkel von 360° und dem aktiven Sektor den passi­ ven Sektor definiert. Im Prinzip dient der passive Sektor der Rückführung der Schneide in Richtung auf den Wiedereintritt in das Werkstück, während den sogenannten Kurvenfüllstücken in Ge­ stalt der von der Werkzeugschneide beschriebenen Anfahr- bzw. Wegfahrbewegung in den entsprechenden Sektoren die Aufgabe zu­ fällt, einen möglichst stetigen Kurvenverlauf mit tangentialen Übergängen der Kurvenabschnitte zu realisieren. Es wird ferner die Möglichkeit angeboten, den Werkzeugträger mit einer Anzahl n von Schneiden zu versehen. Der Umlaufwinkel α des Zerspanungs­ sektors berechnet sich dann zu 360° : n - (β : 2) - (γ : 2). Es wird als besonders vorteilhaft vorgeschlagen, den Anfahr- bzw. Wegfahrsektor möglichst klein zu gestalten bzw. eine an die zu zerspanende Geometrie bzw. die Wiederholung ihrer Konturelemente angepaßte Zahl von Werkzeugschneiden zu benutzen, um eine hohe Zerspanungsleistung zu verwirklichen. Im günstigsten Fall kann die entsprechende Abstimmung darin resultieren, daß eine zweite Schneide genau in dem Moment mit dem Werkstück in Berührung kommt, wenn eine erste Schneide aus dem Werkstück austritt. Für die Anzahl x sich wiederholender Konturelemente bzw. die Anzahl n der Schneiden werden im wesentlichen Werte zwischen 1 und 12 herangezogen. Das vorzugsweise festzulegende Drehzahlverhältnis zwischen Werkstück und Werkzeug wird als umgekehrt proportional dem Verhältnis x : n angegeben.

Die mit weiterer Erfindung vorgeschlagene Vorrichtung zur Ausfüh­ rung des Verfahrens besteht im wesentlichen aus einem feststehen­ den Gehäuse, einem rotierenden Antriebsschaft, einem umlaufenden Werkzeugträger mit mindestens einer Schneide, sowie Elementen zur zwangsweisen Bewegungssteuerung des Werkzeugträgers. Die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung ist hauptsächlich für die Benutzung auf einer Drehmaschine mit angetriebenen Werkzeugen vorgesehen. Das zu bearbeitende Werkstück wird dabei im Futter der Drehmaschine gespannt, während die Vorrichtung auf dem Revolver des Kreuz­ schlittens in einer angetriebenen Position montiert wird.

Der Antriebsschaft der Vorrichtung dient der Einleitung des zum Zerspanen benötigten Drehmoments und ist im Gehäuse unter Verwen­ dung von Wälzlagern drehbar gelagert. Er ist so gestaltbar, daß die Aufnahme der Vorrichtung mittels aller genormten oder angebo­ tenen Systeme möglich ist, damit die Vorrichtung universell an die entsprechende maschinenseitige Schnittstelle und den Antrieb anschließbar ist.

Das während des Betriebs feststehende Gehäuse ist vorzugsweise so ausgelegt, daß es auf der Revolverscheibe einer Drehmaschine mit angetriebenen Werkzeugen befestigbar ist, wobei gleichzeitig der Anschluß für das Kühlschmiermittel in Eingriff kommt. Zum Gehäuse gehört ferner eine Steuereinheit, welcher mindestens eine fest mit dem Gehäuse verbindbare und vorzugsweise auswechselbare Kur­ venscheibe zugeordnet ist. Die vorzugsweise mit einer Skala ver­ sehene Steuereinheit ist mittels Drehung so justierbar, daß die drehwinkelmäßige Lage des Kurvenzuges relativ zur Gehäusestellung abgelesen bzw. genau eingestellt werden kann.

Im Gehäuse ist ein Werkzeugträger rollend so gelagert, daß er un­ ter Ausschluß irgendwelcher Kippbewegungen während seiner eigenen Rotation in der Radialebene auslenkbar ist. Er ist über eine spe­ zielle Kupplung (z. B. Oldham-Kupplung, Schmidt-Kupplung, Kardan­ gelenk, Helicoflex-Kupplung, Schraubenfeder, Wellbalg oder der­ gleichen) mit dem Antriebsschaft verbunden, so daß eine rotative Kraftkomponente vom Antriebsschaft auf den Werkzeugträger über­ tragen wird, auch wenn sich der Werkzeugträger in einer radial ausgelenkten Position befindet. Dem Werkzeugträger sind auf der vorzugsweise einzigen Kurvenscheibe abrollende Elemente (z. B. Ku­ gellager, Nadellager, Rollhülsen, Rollkörper) in einer vorzugs­ weisen Anzahl von drei Stück zugeordnet. Der Werkzeugträger be­ sitzt an seinem unteren Ende wahlweise eine Direktaufnahme für mindestens eine auswechselbare Schneidplatte, oder eine Aufnahme für einen Werkzeugschaft. Es ist vorteilhaft, den Werkzeugträger mit einem Strömungsweg für ein flüssiges Kühlschmiermittel zu versehen, um den Abtransport von Spänen und die Kühlung der Werk­ zeugschneide zu verbessern.

Im Hinblick auf die angestrebte Funktion der Vorrichtung kommt dem Kurvenzug der Kurvenscheibe besondere Bedeutung zu. Dieser Kurvenzug ist so ausgeführt, daß die drei mit dem Werkzeugträger verbundenen Rollkörper in ständigem spielfreien Kontakt umlaufen können und demgemäß nacheinander folgend identische Bahnen be­ schreiben. Mit der Erfindung wird vorgeschlagen, den Kurvenzug in mehrere Bereiche aufzugliedern. Die grobe Aufgliederung erfolgt zuerst in einen sogenannten aktiven und einen sogenannten passi­ ven Sektor, wobei der passive Sektor im Prinzip lediglich der Rückführung der umlaufenden Werkzeugschneide zu einem definierten Ausgangspunkt dient. Da die Werkzeugschneide in diesem Bereich keinen Werkstückkontakt hat, ist die genaue Formgestalt dieses Kurvenabschnitts im Hinblick auf die dort von der Werkzeugschnei­ de beschriebenen Bahn ohne Belang. Daher kann dieser Kurvenab­ schnitt als Komplementärkurve zum übrigen Kurvenbereich genutzt werden. Erst diese Auslegung ermöglicht die Benutzung lediglich einer Kurvenscheibe und die Verwirklichung der Wiederholung von Konturabfolgen.

Der sogenannte aktive Bereich des Kurvenzuges wird nochmals fei­ ner in einen Zerspanungssektor, sowie je einen Anfahr- bzw. Weg­ fahrsektor untergliedert. Da die Werkzeugschneide sich nur im Zerspanungssektor mit dem Werkstück in Kontakt befindet, dient ausschließlich dieser Bereich zur Erzeugung der angestrebten und für die Verwirklichung einer bestimmten Formgestalt erforderli­ chen Relativbewegung der zugeordneten umlaufenden Werkzeugschnei­ de im Bezug zum rotierenden Werkstück. Den sozusagen als Kurven­ füllstücken agierenden Kurvenabschnitten der Anfahr- bzw. Weg­ fahrsektoren kommt die Aufgabe zu, für einen möglichst stetigen Verlauf und glatten gegenseitigen tangentialen Übergang der im Zerspanungssektor bzw. passiven Sektor gebildeten Kurvenabschnit­ te zu sorgen.

Für die genaue Festlegung des Kurvenzuges im Zerspanungssektor ist die exakte radiale Position der einzelnen Werkzeugschneide zu berücksichtigen, wobei es vorteilhaft ist, wenn dieser Abstand von der Mittelachse des Werkzeugträgers weniger weit entfernt ist als der entsprechende Rollenkörper-Mittelpunkt vom imaginären Mittelpunkt der Kurvenscheibe. Dann kann für die zu berechnende Rollenkörper-Mittelpunktsbahn eine ins Große projizierte Concho­ ide herangezogen werden, wodurch sich sehr weiche Kurvenzüge er­ geben. In bestimmten Fällen stärkerer Spanwinkeländerungen auf­ grund unstet verlaufender Konturen kann es vorteilhaft sein, für die Konstruktion von ins Große projizierten Conchoiden einen wechselnden Kurvenursprung zu verwenden, um so die Spanwinkelän­ derungen der Werkzeugschneide herabzusetzen. In jedem Fall jedoch repräsentiert der tatsächlich an der Kurvenscheibe vorhandene Kurvenzug eine mit dem halben Rollkörperdurchmesser nach außen versetzte Äquidistante zu der berechneten imaginären Rollkörper- Mittelpunktskurve.

Das Wesen der Erfindung soll im folgenden anhand der sechs Zeich­ nungsfiguren näher erläutert werden. Fig. 1 zeigt ein Werkstück mit einer sternförmigen stirnseitigen Nut als Bearbeitungsresul­ tat, während in Fig. 2 die kinematischen Grundlagen des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung zu seiner Durchfüh­ rung unter Heranziehung des in Fig. 1 gezeigten Bearbeitungsbei­ beispiels dargestellt sind. Die Fig. 3 bis 5 zeigen jeweils anhand eines Schemas eine Sequenz mit der jeweiligen Position von Rollkörpern, Schneiden und Werkstück, unter der Annahme der Verwendung von drei Kurvenrollen, bzw. drei Schneiden. In der Zeichnungsfigur 6 wird mittels einer Skizze ein Ausführungskon­ zept der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.

In Fig. 1 wird in einer geschnittenen Darstellung ein als Bear­ beitungsbeispiel dienendes Werkstück 1 gezeigt, welches mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und der entsprechenden Vorrich­ tung mit einer stirnseitig liegenden sternförmigen Nut 2 verse­ hen worden ist, deren drei Arme jeweils mit einem Übergangsradius ineinanderlaufen. Das Werkstück wurde dabei zeichnerisch so ver­ größert, daß seine Abmessungen den Dimensionierungen in der Fig. 2 entsprechen. Für die spanende Bearbeitung der Nut wird die in der Zeichnung links liegende Flanke 3 der Nut als Basis für die Be­ rechnung der Bahn der Schneidenspitze herangezogen.

Die Zeichnungsfigur 2 soll die kinematischen Grundlagen des er­ findungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung zu seiner Durch­ führung anhand des in Fig. 1 gezeigten Bearbeitungsbeispiels ver­ deutlichen. Für die mehr oder weniger schematische Darstellung wurde eine stärkere Vergrößerung gewählt, um die Einzelheiten besser sichtbar zu machen. In der linken Hälfte der Zeichnung ist der Umfang des Werkstücks mittels einer Kreislinie eingezeichnet. Während der Bearbeitung rotiert das Werkstück um seine eigene Achse, wobei für das Beispiel eine Rechtsdrehung gewählt wurde. Die Drehrichtung wird durch einen Pfeil symbolisiert. Innerhalb der Kreisfläche des Werkstücks sind ferner drei Linien 4, 5, 6 ein­ gezeichnet, welche die linke Flanke 3 der Nut in verschiedenen Positionen während der Drehung des Werkstücks beschreiben. Der Mittelpunkt des nicht gezeigten Werkzeugträgers liegt gegenüber dem des Werkstücks radial (in der Zeichnung nach rechts) ver­ setzt etwa im Bereich des Werkstück-Umfangs. Für das gezeigte Beispiel wurde der Werkzeugträger mit drei um 120° versetzte Werkzeugschneiden ausgerüstet, von denen aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit nur eine einzige Schneide (11) eingezeichnet ist. Dem Werkzeugträger sind, wie vorzugsweise empfohlen, drei ebenfalls um 120° versetzte Rollkörper zugeordnet. Auch in diesem Fall wurde nur ein Rollkörper 15 mit seiner Achse 14 dargestellt. Eine Besonderheit des gewählten Beispiels besteht darin, daß die drei Schneiden des Werkzeugträgers um einen halben Teilungs­ schritt gegenüber den Positionen der Rollkörper winkelmäßig ge­ dreht liegen, was sich in der Praxis als vorteilhaft erwiesen hat. Die mit der des Werkstücks gleichsinnige Drehrichtung des Werkzeugträgers wird durch den nahe dem Rollkörper eingetragenen Pfeil angezeigt, wobei sowohl für den Werkzeugträger als auch für das Werkstück die gleiche Drehzahl angesetzt wurde.

Während des rotativen Umlaufs des Werkzeugträgers werden seine drei Schneiden entlang der gestrichelt dargestellten Kurve 8 be­ wegt. Gleichzeitig laufen die Rollkörper mit ihren Mittelpunkten auf der gepunktet eingezeichneten Rollkörper-Mittelpunktsbahn 9 um. Die Rollkörper rollen dabei spielfrei auf dem geschlossenen Kurvenzug 10 der einzigen Kurvenscheibe ab. Die Schneide 11 wird innerhalb des sogenannten aktiven Sektors mit dem Umlaufwinkel ϑ im Anfahrsektor mit dem Umlaufwinkel β an das Werkstück herange­ führt, bis es dieses am Beginn des Kurvenzuges 4 berührt. Im fol­ genden Zerspanungssektor mit dem Umlaufwinkel α durchläuft die Schneide unter Span das Werkstück bis zum Austritt am Ende des inzwischen weitergelaufenen Kurvenzuges 6, wobei die zu zerspa­ nende Kontur aus der Relativbewegung zwischen Werkzeugschneide und Werkstück entsteht. Bis zum Ende des aktiven Umlaufbereichs schließt sich noch der sogenannte Wegfahrbereich mit dem Umlauf­ winkel γ an. Der restliche Sektor mit dem Umlaufwinkel be­ steht aus einem vom Kurvenzug des aktiven Sektors abgeleiteten komplementären Kurvenzug. Er dient der Rückführung der Schneiden zum Anfahrsektor vor dem Wiedereintrittspunkt in das Werkstück. Die Vorrichtung ist erfindungsgemäß so ausgelegt, daß sich eine erste Schneide im Wegfahrsektor bewegt, während sich eine zweite Schneide bereits im Anfahrsektor befindet. Die zweite Schneide kann im gleichen Augenblick in das Werkstück eintreten, in wel­ chem die erste Schneide den Wegfahrsektor verläßt.

Zwecks Auslegung der Kurvenscheibe zur Erzielung der erforderli­ chen Zwangssteuerung wurde im Beispiel auf eine Ableitung der Rollkörper-Mittelpunktskurve unter Benutzung einer vergrößernden Projektion in Form einer umlaufenden Conchoide zurückgegriffen, um einen weich geschwungenen Kurvenzug zu erhalten. Der Kurvenzug wurde zwecks Beeinflussung des Spanwinkels der Schneide noch zu­ sätzlich dadurch modifiziert, daß der jeweilige Kurvenursprung geringfügig verschoben wurde. Die aus den benutzten Kurvenur­ sprungsmittelpunkten gebildete Kurve 7 ist im Zentrum der Zeich­ nungsfigur dargestellt. Bei der Konstruktion der Rollkörper-Mit­ telpunktskurve 9 war außerdem der winkelmäßige Versatz zwischen Rollkörpern und Schneidenpositionen zu berücksichtigen. Der Kur­ venzug 10 der Kurvenscheibe wurde dann aus der Rollkörper-Mittel­ punktskurve durch Bildung einer Äquidistanten mit dem halben Rollkörperdurchmesser berechnet.

Die drei Zeichnungsfiguren 3 bis 5 zeigen eine Sequenz des in Fig. 1 herangezogenen kinematischen Modells, wobei die jeweiligen Positionen des Werkstücks 1 mit einer seiner Nutflanken 3, der drei Schneiden 11, 12, 13 und der drei Rollkörper 15, 17, 19 mit ih­ ren Achsen 14, 16, 18 während eines Bearbeitungsablaufs dargestellt sind. Die drei Rollkörper haben einen gegenseitigen winkelmäßigen Abstand von 120°. Sie laufen auf dem Kurvenzug 10 einer schraf­ fiert angedeuteten Kurvenscheibe ab. Dabei bewegen sich die Mit­ telpunkte der Rollkörperachsen auf der gepunkteten Bahn 9 in der eingetragenen Pfeilrichtung. Gleichzeitig rotiert das Werkstück 1 mit gleichsinniger Drehrichtung wie eingezeichnet. Die Spitzen der drei mit der Rollkörpereinheit fest verbundenen Schneiden 11, 12, 13 bewegen sich dabei entlang der gestrichelten Kurve 8.

Die Fig. 3 zeigt die Situation beim Eintritt der Schneide 11 in das Werkstück 1. Die Schneide 12 hat hier das Werkstück bereits verlassen und befindet sich etwa am Ende des Wegfahrsektors, wäh­ rend sich die Schneide 13 im hinteren Teil der Rückführungs­ schleife im sogenannten passiven Sektor der Schneidenbahn 8 be­ wegt.

In Fig. 4 ist die gesamte Anordnung mit einem zeitlichen Versatz dargestellt, wobei nun die Schneide 11 bereits die Werkstückmitte erreicht hat und die anderen beiden Schneiden im Rückführungsbe­ reich umlaufen. Aufgrund der synchronen Rotation des Werkstücks 1 hat sich dabei die zu bearbeitende Flanke 3 der Nut um einen ent­ sprechenden Winkelbetrag weitergedreht.

Das Ende der Zerspanungssequenz wird in Fig. 5 gezeigt. Die Schneide 11 wird jetzt unmittelbar aus dem Werkstück 1 austreten und sich in den Wegfahrsektor hineinbewegen, während die Schnei­ de 13 soeben in den Anfahrsektor hineinläuft und die Schneide 12 inzwischen den hinteren Rückführungsbereich der Schneidenbahnkur­ ve 8 umrundet. Am Werkstück ist aus der Relativbewegung zur um­ laufenden Schneide 11 ein Abbild der Flanke 3 der Nut entstanden. Gemäß der Erfindung wird nun die beschriebene Zerspanungssequenz in identischer Weise wiederholt, mit dem Unterschied, daß nun die Schneide 13 mit der nächstfolgenden, bzw. die Schneide 12 mit der übernächsten Flanke der Nut in Berührung kommt. Aufgrund des Vor­ schubs des Werkzeugträgers gegen das Werkstück wird schließlich nach einer entsprechenden Zahl von Spanfolgen die vorgegebene Nut in voller Tiefe hergestellt.

Mit der Zeichnungsfigur 6 wird ein Konzept für eine Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgestellt. Um die Skizze nicht zu unübersichtlich zu machen, wurden dabei der­ artige konstruktive Einzelheiten weggelassen, die ohnehin jedem durchschnittlich gebildeten Fachmann bekannt sein dürften. Die Vorrichtung wird mittels einer abgeschnitten gezeichneten Welle 20 angetrieben, wobei deren rotative Kraftkomponente über zwei Zapfen (wegen der perspektivischen Darstellung ist nur ein Zapfen 21 sichtbar) auf zwei gegenüberliegende Schlitze 23, 24 einer Mit­ nehmerscheibe 22 übertragen werden. Die anderen beiden Schlitze 25, 26 nehmen die entsprechenden Zapfen 30, 31 des Taumelkopfes 29 auf, so daß auf diese Weise ein radial auslenkbarer Kupplungs­ strang gebildet ist. Der Taumelkopf ist seinerseits unter Verwen­ dung von Wälzkörpern (z. B. Kugelkäfige) an seinem Flansch 34 in einem Gehäuse so lagerbar, daß er reibungsarm auch bei radialer Auslenkung rotieren kann. Im Taumelkopf sind drei Rollkörper (32, 33, dritter nicht sichtbar) in winkelmäßigen Inkrementen von 120° drehbar gelagert. Diese laufen im Betrieb spielfrei an dem Kur­ venzug 28 der einzigen Kurvenscheibe 27 ab und versetzen den Tau­ melkopf bei seiner Rotation zwangsweise in eine wechselnde radia­ le Auslenkung. Der Taumelkopf ist an seiner unteren Seite für die Aufnahme eines Werkzeugträgers 35 ausgebildet. Der Werkzeugträger ist bei dem als Beispiel vorgestellten Konzept mit drei Schneiden versehen, von denen aufgrund der gewählten Darstellungsweise nur eine Schneide 36 sichtbar ist. Die Schneiden stehen axial vor, um eine Nut geringer Tiefe einstechen zu können. Sowohl die Anzahl der Schneiden am Werkzeugträger, als auch deren Arbeitsrichtung (z. B. radiale Ausrichtung) sind jedoch im Hinblick auf die jewei­ lige Bearbeitungsaufgabe anpaßbar. Um die Bearbeitung verschiede­ ner anderer Konturen zu ermöglichen, wird darüberhinaus vorge­ schlagen, die Kurvenscheibe innerhalb der Vorrichtung so zu inte­ grieren, daß sie schnell und mit einfachen Mitteln austauschbar ist.

Claims (13)

1. Verfahren zum Formstechen und Formdrehen, wobei während des Zerspanungsvorgangs sowohl das zu zerspanende Werkstück als auch ein mit wenigstens einer spanenden Schneide ausgerüsteter Werk­ zeugträger unter Beibehaltung eines festen gegenseitigen Dreh­ zahlverhältnisses um radial mit einem definierten Abstand ver­ setzte Drehachsen rotierend relativ zueinander axial verfahren werden, um so einen Vorschub zu realisieren, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schneide während ihres Umlaufs abweichend von einer reinen Kreisbahn in der Radialebene so ausgelenkt wird, daß sich die zu zerspanende Kontur aus der Relativbewegung der Schneiden­ spitze zum rotierenden Werkstück ergibt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehrichtung von Werkstück und Werkzeugträger gleichsinnig ist.

3. Verfahren gemäß Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugträger mit einer Anzahl n von Schneiden ausgerü­ stet ist, von denen eine während ihres Umlaufs um 360° in einem sogenannten aktiven Sektor mit dem Umlaufwinkel ϑ innerhalb ei­ nes als Zerspanungssektor bezeichneten Teilbereichs mit dem Um­ laufwinkel α mit dem Werkstück in Berührung ist, und innerhalb eines Anfahrsektors mit dem Umlaufwinkel β an den Zerspanungs­ sektor heran bewegt, bzw. innerhalb eines Wegfahrsektors mit dem Umlaufwinkel γ von diesem weg bewegt wird, wobei der Umlaufwin­ kel α des Zerspanungssektors durch die Beziehung definiert ist.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Schneidenspitze beschriebenen Kurvenabschnitte des An­ fahr- bzw. Wegfahrsektors (β bzw. γ) jeweils mit glatten tan­ gentialen Übergängen in den Kurvenabschnitt des Zerspanungssek­ tors einmünden.

5. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Schneidenspitze beschriebenen Kurvenabschnitte des An­ fahr- bzw. Wegfahrsektors (β bzw. γ) jeweils mit glatten tan­ gentialen Übergängen in den Kurvenabschnitt des sogenannten passiven Sektors einmünden, wobei der den passiven Sektor einschließende Umlaufwinkel als Differenz zwischen 360° und dem Umlaufwinkel des aktiven Sektors ϑ definiert ist.

6. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprü­ che, wobei die zu zerspanende Kontur eine Anzahl x sich wiederho­ lender Konturelemente und der Werkzeugträger eine Anzahl n von Schneiden besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß für x bzw. n Werte zwischen 1 und 12 herangezogen werden und das Drehzahlverhältnis zwischen Werkstück und Werkzeugträger dem Verhältnis zwischen x und n umgekehrt proportional ist.

7. Vorrichtung zur Ausführung eines Verfahrens gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche unter Festlegung des Zerspan­ ungssektors auf einen Umlaufwinkel α von nicht größer als 240°, bestehend aus einem Antriebsschaft, einem feststehenden Gehäuse und einem Werkzeugträger, wobei Antriebsschaft und Werkzeugträger im Gehäuse drehbar gelagert sind und derart miteinander in Ver­ bindung stehen, daß während des Betriebs eine rotative Kraftkom­ ponente vom Antriebsschaft auf den Werkzeugträger übertragen wird, der Werkzeugträger aber gleichzeitig radial auslenkbar ist, wobei diese Auslenkung mittels dem Gehäuse und dem Werkzeugträger zugeordneter Steuerelemente zur Konturenerzeugung steuerbar ist, und die Steuerelemente aus mindestens drei dem Werkzeugträger zu­ geordneten Rollkörpern und mindestens einer mit dem Gehäuse fest verbundenen und der Führung der Rollkörper dienenden Kurvenschei­ be bestehen, und der Kurvenzug der Kurvenscheibe eine dem halben Durchmesser der Rollkörper entsprechende Äquidistante zu einer festlegbaren Rollkörper-Mittelpunktskurve (9) beschreibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollkörper-Mittelpunktskurve in Bezug auf ihren gesamten Umlauf in einen sogenannten aktiven und einen so­ genannten passiven Bereich aufgegliedert ist, wovon der aktive Bereich aus einem Zerspanungsbereich α und sowohl einem soge­ nannten Anfahr- (β) als auch aus einem sogenannten Wegfahrbe­ reich γ gebildet ist, wobei die Rollkörper-Mittelpunktskurve im Zerspanungsbereich zusammen mit der Drehbewegung des Werkstücks und der festgelegten Position der Schneidenspitze des Werkzeug­ trägers und deren Umlauf zu einer Relativbewegung führt, welche die zu zerspanende Kontur beschreibt.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Abstand der Rollkörper-Mittelpunkte von der Achse des Werkzeugträgers größer ist, als der entsprechende Abstand der Schneidenspitze, und die Rollkörper-Mittelpunktskurve 9 als Con­ choide durch radiale Vergrößerung der als Ausgangskurve benutzten Bahn 8 der Schneidenspitze festgelegt ist.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß für die Festlegung der Ausgangskurve 8 und der radial zur Aus­ gangskurve vergrößerten Conchoide 9 ein wechselnder Ursprungs­ punkt herangezogen wird, um die bei bestimmten Konturen während des Zerspanungsvorgangs auftretenden Spanwinkeländerungen der Werkzeugschneide möglichst klein zu halten.

10. Vorrichtung gemäß einen oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergänge zwischen den aus passi­ vem Bereich, Anfahr-, Zerspanungs-, und Wegfahrbereich gebildeten einzelnen Segmente des Kurvenzugs 10 der Kurvenscheibe in Gestalt glatter tangentialer Übergänge ausgeführt sind.

11. Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelemente aus einer einzigen Kurvenscheibe mit drei darauf ablaufenden Rollkörper bestehen, und der Kurvenzug der Kurvenscheibe in einem ersten Teilbereich der zu zerspanenden Kontur zugeordnet ist, während der restliche Bereich des Kurvenzugs die Komplementärkurve zu dem genannten er­ sten Teilbereich bildet.

12. Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Schneidenspitze einer an dem Werkzeugträger befestigten Schneide auf dem gleichen win­ kelmäßigen Strahl positioniert ist, wie einer der dem Werkzeug­ träger zugeordneten Rollkörper.

13. Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Schneidenspitze einer an dem Werkzeugträger befestigten Schneide auf einem Strahl posi­ tioniert ist, welcher winkelmäßig genau mittig zwischen zwei dem Werkzeugträger zugeordneten Rollkörpern verläuft.