DE19544301C2 - 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 Verfahrens. Die beiden Bearbeitungsmethoden die­ nen der spanenden Bearbeitung von Werkstücken, gewöhnlich solchen aus Metall. Dabei wird unter Formstechen im Sinne der Erfindung das stirnseitige Einbringen unrunder Kon­ turen, vor allem solcher mit mehr oder weniger radialem Verlauf (z. B. Schlitze, Sterne, usw.), in das Werkstück, bzw. unter Formdrehen eine unrund gestaltete Bearbeitung (z. B. Vierkant, Sechskant, Schlüsselflächen, und dergleichen) am Umfang des Werkstücks ver­ standen.

In der Technik werden solche Formen in den unterschiedlichsten Ausführungen für die ver­ schiedensten 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 Ober­ flächen bei niedrigsten Stückkosten erzielen lassen. Wenn das jeweilige Bauteil ein derar­ tiges Verfahren nicht zuläßt oder kleinere Stückzahlen gefordert sind, kommt in den mei­ sten Fällen nur eine spanende Herstellung, vor allem durch Fräsen, in Betracht. Ein Nachteil der frästechnischen Herstellung ist jedoch der verhältnismäßig langsame Arbeits­ fortschritt, so daß gefräste Teile mit relativ hohen Kosten belastet sind.

Nun sind zwar bestimmte Apparate bekannt, mit denen unrunde Geometrien spanend mit kürzeren Bearbeitungszeiten hergestellt werden können, jedoch sind diese Apparate mit verschiedenen Nachteilen 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 Fräs­ maschine verbunden, um so während der Bearbeitung in eine Drehbewegung versetzt zu werden. Gleichzeitig läuft ein in der Spindel befindlicher Messerkopf um. Aus der Relativ­ bewegung der beiden rotierenden Komponenten ergibt sich eine mehrkantige Geometrie, wobei die Anzahl der Flächenelemente vom Drehzahlverhältnis zwischen Werkstück und Werkzeug und der Zahl der Werkzeugschneiden abhängt. Der Nachteil dieser Vorrichtung ist, daß sie für die Installation einen hohen Zeitaufwand erfordert, daß das Werkstück generell zur Bearbeitung umgespannt werden muß, so daß eine sogenannte Komplettbear­ beitung von vorneherein ausscheidet, ferner daß die fertigen Flächen aufgrund einer ge­ wissen Balligkeit nur eine reduzierte Formgenauigkeit besitzen, und außerdem die geome­ trischen Möglichkeiten auf Mehrkante beschränkt sind.

Andererseits ist aus der DE-OS 40 39 489 A1 ein Apparat bekannt, welcher die spanende Herstellung der unterschiedlichsten Geometrien in Bohrungen und am Umfang von Werk­ stücken mit hoher Formgenauigkeit und kleinstem Zeitaufwand ermöglicht. Mit diesem Ge­ rät können jedoch stirnseitig höchstens umlaufende Einstiche hergestellt 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 einzutau­ chen, etwa um zwei von der Stirnkante zurückversetzte Schlüsselflächen spanend herzu­ stellen. Nachteilig an dem genannten Apparat ist ferner, daß eine sehr genaue Tolerierung der Abmessungen derartiger Konturen z. B. mittels einer Korrektureingabe in die numeri­ sche Steuerung der Werkzeugmaschine wegen des gewählten Verfahrens generell verwehrt ist. Eine Feineinstellung der Schneide bzw. Nachstellung wegen Schneidenverschleiß ist nur per Hand durch Justieren einer exzentrischen Einstellhülse möglich.

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 hoher Zerspanungsleistung an der Stirnseite bzw. auch hintertauchend am Umfang von Werkstücken herzustellen.

Die genannte Aufgabe wird nach der Erfindung durch ein Ver­ fahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach wird vor­ geschlagen, sowohl den mit wenigstens einer Schneide ausgerüsteten Werkzeugträger mit einem genau definierten radialen Abstand seiner Umlaufachse zur Mittelachse des In- bzw. Umkreises der zu zerspanenden Werkstückkontur, als auch das Werkstück selbst in eine vorzugsweise gleichsinnige Drehbewegung zu versetzen und dabei ein genau festgelegtes gegenseitiges Drehzahlverhältnis beizubehalten. Werkstück und Werkzeug werden dann um radial mit einem bestimmten Abstand versetzte Drehachsen rotierend relativ zueinan­ der axial verfahren, um so einen Vorschub zu realisieren. Erfindungsgemäß wird dann die Schneide während ihres Umlaufs abweichend von einer reinen Kreisbahn in der Radial­ ebene so ausgelenkt, daß sich die zu zerspanende Kontur aus der Relativbewegung der umlaufenden Schneidenspitze zum rotierenden Werkstück ergibt. Die Schneidenspitze ist während ihres Umlaufs um 360° lediglich in einem winkelmäßigen 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 nachge­ schaltet. Die Summe der Umlaufwinkel aus Anfahrsektor, Zerspanungssektor und Wegfahr­ sektor wird als aktiver Sektor mit dem Umlaufwinkel δ bezeichnet, während die Differenz zwischen dem gesamten Umlaufwinkel von 360° und dem aktiven Sektor den passiven Sektor κ definiert. Im Prinzip dient der passive Sektor der Rückführung der Schneide in Richtung auf den Wiedereintritt in das Werkstück, während den sogenannten Kurvenfüll­ stücken in Gestalt der von der Werkzeugschneide beschriebenen Anfahr- bzw. Wegfahrbe­ wegung in den entsprechenden Sektoren die Aufgabe zufällt, einen möglichst stetigen Kur­ venverlauf mit tangentialen Übergängen der Kurvenabschnitte zu realisieren. Es wird ferner die Möglichkeit angeboten, den Werkzeugträger mit einer Anzahl n von Schneiden zu ver­ sehen. Der Umlaufwinkel α des Zerspanungssektors berechnet sich dann zu

α = 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 Zer­ spanungleistung 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 wesent­ lichen Werte zwischen 1 und 12 herangezogen. Das vorzugsweise festzulegende Drehzahl­ verhältnis zwischen Werkstück und Werkzeug wird als umgekehrt proportional dem Verhältnis x : n angegeben.

Die vorgeschlagene Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens be­ steht im wesentlichen aus einem feststehenden Gehäuse, einem rotierenden Antriebsschaft, einem umlaufenden Werkzeugträger mit mindestens einer Schneide, sowie Elementen zur zwangsweisen Bewegungssteuerung des Werkzeugträgers. Die erfindungsgemäße Vorrich­ tung ist hauptsächlich für die Benutzung auf einer Drehmaschine mit Werkzeugantrieb vor­ gesehen. Das zu bearbeitende Werkstück wird dabei im Futter der Drehmaschine ge­ spannt, während die Vorrichtung auf dem Revolver des Kreuzschlittens in einer angetriebenen Position montiert wird.

Der Antriebsschaft der Vorrichtung dient der Einleitung des zum Zerspanen benötigten Drehmoments und ist im Gehäuse unter Verwendung 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 maschi­ nenseitige 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 verbind­ bare und vorzugsweise auswechselbare Kurvenscheibe zugeordnet ist. Die vorzugsweise mit einer Skala versehene Steuereinheit ist mittels Drehung so justierbar, daß die drehwinkel­ mäßige Lage des Kurvenzuges relativ zur Gehäusestellung abgelesen bzw. genau einge­ stellt werden kann.

Im Gehäuse ist ein Werkzeugträger rollend so gelagert, daß er unter Ausschluß irgendwel­ cher Kippbewegungen während seiner eigenen Rotation in der Radialebene auslenkbar ist. Er ist über eine spezielle Kupplung (z. B. Oldham-Kupplung, Schmidt-Kupplung, Kardange­ lenk, Helicoflex-Kupplung, Schraubenfeder, Wellbalg oder dergleichen) mit dem Antriebs­ schaft verbunden, so daß eine rotative Kraftkomponente vom Antriebsschaft auf den Werk­ zeugträger übertragen wird, auch wenn sich der Werkzeugträger in einer radial ausge­ lenkten Position befindet. Dem Werkzeugträger sind auf der vorzugsweise einzigen Kurven­ scheibe abrollende Elemente (z. B. Kugellager, Nadellager, Rollhülsen, Rollkörper) in einer vorzugsweisen Anzahl von drei Stück zugeordnet. Der Werkzeugträger besitzt an seinem unteren Ende wahlweise eine Direktaufnahme für mindestens eine auswechselbare Schneidplatte, oder eine Aufnahme für einen Werkzeugschaft. Es ist vorteilhaft, den Werk­ zeugträger mit einem Strömungsweg für ein flüssiges Kühlschmiermittel zu versehen, um den Abtransport von Spänen und die Kühlung der Werkzeugschneide zu verbessern.

Im Hinblick auf die angestrebte Funktion der Vorrichtung kommt dem Kurvenzug der Kur­ venscheibe besondere Bedeutung zu. Dieser Kurvenzug ist so ausgeführt, daß eine Anzahl mit dem Werkzeugträger verbundener Rollkörper in ständigem spielfreien Kontakt umlau­ fen kann, wobei diese Rollkörper nacheinander folgend identische Bahnen beschreiben. Mit der Erfindung wird vorgeschlagen, den Kurvenzug in mehrere Bereiche aufzugliedern. Die grobe Aufgliederung erfolgt zuerst in einen sogenannten aktiven und einen sogenann­ ten passiven Sektor, wobei der passive Sektor im Prinzip lediglich der Rückführung der um­ laufenden Werkzeugschneide zu einem definierten Ausgangspunkt dient. Da die Werk­ zeugschneide in diesem Bereich keinen Werkstückkontakt hat, ist die genaue Formgestalt dieses Kurvenabschnitts im Hinblick auf die dort von der Werkzeugschneide beschriebene Bahn ohne Belang. Daher kann dieser Kurvenabschnitt als Komplementärkurve zum übri­ gen Kurvenbereich genutzt werden. Erst diese Auslegung ermöglicht die Benutzung ledig­ lich einer Kurvenscheibe und die Verwirklichung der Wiederholung von Konturabfolgen.

Der sogenannte aktive Bereich des Kurvenzuges wird nochmals feiner in einen Zerspa­ nungssektor, sowie je einen Anfahr- bzw. Wegfahrsektor untergliedert. Da die Werkzeug­ schneide sich nur im Zerspanungssektor mit dem Werkstück in Kontakt befindet, dient aus­ schließlich dieser Bereich zur Erzeugung der angestrebten und für die Verwirklichung einer bestimmten Formgestalt erforderlichen Relativbewegung der zugeordneten umlaufenden Werkzeugschneide im Bezug zum rotierenden Werkstück. Den sozusagen als Kurvenfüll­ stücken agierenden Kurvenabschnitten der Anfahr- bzw. Wegfahrsektoren kommt die Auf­ gabe zu, für einen möglichst stetigen Verlauf und glatten gegenseitigen tangentialen Über­ gang der im Zerspanungssektor bzw. passiven Sektor gebildeten Kurvenabschnitte zu sor­ gen.

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 proji­ zierte Konchoide herangezogen werden, wodurch sich sehr weiche Kurvenzüge ergeben. In bestimmten Fällen stärkerer Spanwinkeländerungen aufgrund unstet verlaufender Konturen kann es vorteilhaft sein, für die Konstruktion von ins Große projizierten Konchoiden einen wechselnden Kurvenursprung zu verwenden, um so die Spanwinkeländerungen der Werk­ zeugschneide herabzusetzen. In jedem Fall jedoch repräsentiert der tatsächlich an der Kur­ venscheibe 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 Zeichnungsfiguren näher er­ läutert werden. Fig. 1 zeigt ein Werkstück mit einer sternförmigen stirnseitigen Nut als Bear­ beitungsresultat, während in Fig. 2 die kinematischen Grundlagen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung zu seiner Durchführung unter Heranziehung des in Fig. 1 gezeigten Bearbeitungsbeibeispiels dargestellt sind. Die Fig. 3 bis 5 zeigen jeweils anhand eines Schemas eine Sequenz mit der jeweiligen Position von Rollkörpern, Schnei­ den und Werkstück, unter der Annahme der Verwendung von drei Kurvenrollen, bzw. drei Schneiden. In der Zeichnungsfigur 6 wird mittels einer Skizze ein Ausführungskonzept der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.

In Fig. 1 wird in einer geschnittenen Darstellung ein als Bearbeitungsbeispiel dienendes Werkstück 1 gezeigt, welches mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und der entspre­ chenden Vorrichtung mit einer stirnseitig liegenden sternförmigen Nut 2 versehen worden ist, deren drei Arme jeweils mit einem Übergangsradius ineinanderlaufen. Das Werkstück wurde dabei zeichnerisch so vergrößert, 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 Berechnung der Bahn der Schneidenspitze herangezogen.

Die Zeichnungsfigur 2 soll die kinematischen Grundlagen des erfindungsgemäßen Verfah­ rens und der Vorrichtung zu seiner Durchführung anhand des in Fig. 1 gezeigten Bearbei­ tungsbeispiels verdeutlichen. 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 einge­ zeichnet. 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 einge­ zeichnet, welche die linke Flanke 3 der Nut in verschiedenen Positionen während der Dre­ hung des Werkstücks beschreiben. Der Mittelpunkt des nicht gezeigten Werkzeugträgers liegt gegenüber dem des Werkstücks radial (in der Zeichnung nach rechts) versetzt 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 bes­ seren Übersichtlichkeit nur eine einzige Schneide (11) eingezeichnet ist. Dem Werkzeug­ träger sind, wie vorzugsweise empfohlen, drei ebenfalls um 120° versetzte Rollkörper zu­ geordnet. 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 Werk­ zeugträgers um einen halben Teilungsschritt gegenüber den Positionen der Rollkörper winkelmäßig gedreht 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 Umlaufbahn 8 bewegt. 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 δ im Anfahrsektor mit dem Umlaufwinkel β an das Werkstück heran­ geführt, bis es dieses am Beginn des Kurvenzuges 4 berührt. Im folgenden Zerspanungs­ sektor mit dem Umlaufwinkel α durchläuft die Schneide unter Span das Werkstück bis zum Austritt am Ende des inzwischen weitergelaufenen Kurvenzuges 6, wobei die zu zerspanen­ de Kontur aus der Relativbewegung zwischen Werkzeugschneide und Werkstück entsteht. Bis zum Ende des aktiven Umlaufbereichs schließt sich noch der sogenannte Wegfahr­ bereich mit dem Umlaufwinkel γ an. Der restliche Sektor mit dem Umlaufwinkel κ besteht 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 Anfahr­ sektor befindet. Die zweite Schneide kann im gleichen Augenblick in das Werkstück ein­ treten, in welchem die erste Schneide den Wegfahrsektor verläßt.

Zwecks Auslegung der Kurvenscheibe zur Erzielung der erforderlichen Zwangssteuerung wurde im Beispiel auf eine Ableitung der Rollkörper-Mittelpunktskurve unter Benutzung einer vergrößernden Projektion in Form einer umlaufenden Konchoide zurückgegriffen, um einen weich geschwungenen Kurvenzug zu erhalten. Der Kurvenzug wurde zwecks Beein­ flussung des Spanwinkels der Schneide noch zusätzlich dadurch modifiziert, daß der jewei­ lige Kurvenursprung geringfügig verschoben wurde. Die aus den benutzten Kurvenur­ sprungspunkten gebildete Kurve 7 ist im Zentrum der Zeichnungsfigur dargestellt. Bei der Konstruktion der Rollkörper-Mittelpunktskurve 9 war außerdem der winkelmäßige Versatz zwischen Rollkörpern und Schneidenpositionen zu berücksichtigen. Der Kurvenzug 10 der Kurvenscheibe wurde dann aus der Rollkörper-Mittelpunktskurve durch Bildung einer Äquidistanten mit dem halben Rollkörperdurchmesser berechnet.

Nachfolgend wird das Ausführungsbeispiel anhand von Zeichnungen näher erläutert.

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 ihren Achsen 14, 16, 18 während eines Bearbeitungsablaufs dargestellt sind. Die drei Rollkörper haben einen gegenseitigen winkelmäßigen Abstand von 120°. Sie laufen auf dem Kurven­ zug 10 einer schraffiert angedeuteten Kurvenscheibe ab. Dabei bewegen sich die Mittel­ punkte der Rollkörperachsen auf der gepunkteten Bahn 9 in der eingetragenen Pfeilrich­ tung. Gleichzeitig rotiert das Werkstück 1 mit gleichsinniger Drehrichtung wie eingezeich­ net. Die Spitzen der drei mit der Rollkörpereinheit fest verbundenen Schneiden 11, 12, 13 bewegen sich dabei entlang der gestrichelten Umlaufbahn 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, während sich die Schneide 13 im hinteren Teil der Rückführungsschleife im sogenannten passiven Sektor der Umlaufbahn 8 bewegt.

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 Rückführungsbereich umlaufen. Aufgrund der synchronen Rotation des Werkstücks 1 hat sich dabei die zu bearbeitende Flanke 3 der Nut um einen entsprechenden Winkelbetrag weitergedreht.

Das Ende der Zerspanungssequenz wird in Fig. 5 gezeigt. Die Schneide 11 wird jetzt un­ mittelbar aus dem Werkstück 1 austreten und sich in den Wegfahrsektor hineinbewegen, während die Schneide 13 soeben in den Anfahrsektor hineinläuft und die Schneide 12 in­ zwischen den hinteren Rückführungsbereich der Umlaufbahn 8 umrundet. Am Werkstück ist aus der Relativbewegung zur umlaufenden Schneide 11 ein Abbild der Flanke 3 der Nut entstanden. Gemäß der Erfindung wird nun die beschriebene Zerspanungssequenz in iden­ tischer Weise wiederholt, mit dem Unterschied, daß nun die Schneide 13 mit der nächst­ folgenden, bzw. die Schneide 12 mit der übernächsten Flanke der Nut in Berührung kommt. Aufgrund des Vorschubs des Werkzeugträgers gegen das Werkstück wird schließ­ lich 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 erfin­ dungsgemäßen Verfahrens vorgestellt. Um die Skizze nicht zu unübersichtlich zu machen, wurden dabei derartige konstruktive Einzelheiten weggelassen, die ohnehin jedem durch­ schnittlich 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 Mitnehmerscheibe 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 Kupplungsstrang gebildet ist. Der Taumelkopf ist seinerseits unter Verwendung 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 lau­ fen im Betrieb spielfrei an dem Kurvenzug 28 der einzigen Kurvenscheibe 27 ab und ver­ setzen den Taumelkopf bei seiner Rotation zwangsweise in eine wechselnde radiale Aus­ lenkung. Der Taumelkopf ist an seiner unteren Seite für die Aufnahme eines Werkzeug­ trägers 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 jeweilige Bearbeitungsaufgabe anpaßbar. Um die Bearbeitung verschiedener anderer Konturen zu ermöglichen, wird darüberhinaus vorgeschlagen, die Kurvenscheibe innerhalb der Vorrich­ tung so zu integrieren, daß sie schnell und mit einfachen Mitteln austauschbar ist.

Claims (13)

1. Verfahren zum Formstechen und Formdrehen, wobei während des Zerspanungsvor­ gangs sowohl das Zerspanungswerkzeug in Gestalt eines mit wenigstens einer spanenden Schneide ausgerüsteten Werkzeugträgers mit einem genau definierten radialen Abstand seiner Umlaufachse zur Mittelachse des In- oder Umkreises der zu zerspanenden Werk­ stückkontur, als auch das Werkstück selbst unter Beibehaltung eines festen gegenseitigen Drehzahlverhältnisses rotierend relativ zueinander axial verfahren werden, um so einen Vorschub zu realisieren, dadurch gekennzeichnet, daß als Umlaufachse des Werkzeug­ trägers die Mittelachse des In- oder Umkreises der Umlaufbahn (8) einer der Schneiden (11, 12, 13) heran­ gezogen wird, die Schneide während ihres Umlaufs nur in einem winkelmäßig begrenzten Teilbereich spanabhebend mit dem Werkstück in Berührung ist und dabei abweichend von einer reinen Kreisbahn in der Radialebene so ausgelenkt wird, daß sich die zu zerspannende Werkstückkontur aus der Relativbewegung der Schneidenspitze zum rotierenden Werkstück ergibt.

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

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugträger mit einer Anzahl n von Schneiden ausgerüstet ist, von denen eine während ihres Umlaufs um 360° in einem sogenannten aktiven Sektor mit dem Umlaufwinkel δ innerhalb eines als Zerspanungssektor bezeichneten Teilbereichs mit dem Umlaufwinkel α mit dem Werk­ stück in Berührung ist, und innerhalb eines Anfahrsektors mit dem Umlaufwinkel β an den Zerspanungssektor heran bewegt, sowie innerhalb eines Wegfahrsektors mit dem Umlauf­ winkel γ von diesem weg bewegt wird, wobei der Umlaufwinkel α des Zerspanungssektors durch die Beziehung
definiert ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Schneiden­ spitze beschriebenen Kurvenabschnitte des Anfahr- und Wegfahrsektors (β bzw. γ) jeweils mit glatten tangentialen Übergängen in den Kurvenabschnitt des Zerspanungssektors α einmünden.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Schneiden­ spitze beschriebenen Kurvenabschnitte des Anfahr- und Wegfahrsektors (β bzw. γ) jeweils mit glatten tangentialen Übergängen in den Kurvenabschnitt des sogenannten passiven Sektors κ einmünden, wobei der den passiven Sektor einschließende Umlaufwinkel als Differenz zwischen 360° und dem Umlaufwinkel des aktiven Sektors β definiert ist.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zu zerspanende Kontur eine Anzahl x sich wiederholender Konturelemente und der Werkzeugträger eine Anzahl n von Schneiden besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß für x sowie n Werte zwischen 1 und 12 herangezogen werden und das Drehzahlverhältnis zwischen Werkstück und Werkzeugträ­ ger dem Verhältnis zwischen x und n umgekehrt proportional ist.

7. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche unter Festlegung des Zerspanungssektors auf einen Umlaufwinkel α von nicht größer als 240°, bestehend aus einem Antriebsschaft (20) einem feststehenden Gehäuse und einem Taumelkopf (29, 34) mit Werkzeugträger (35), wobei Antriebsschaft (20) und Taumelkopf (29, 34) im Gehäuse drehbar gelagert sind und derart miteinander in Verbindung stehen, daß wäh­ rend des Betriebs eine rotative Kraftkomponente vom Antriebsschaft (20) auf den Taumel­ kopf (29, 34) übertragen wird, der Taumelkopf aber gleichzeitig radial auslenkbar ist, wobei diese Auslenkung mittels dem Gehäuse und dem Taumelkopf (29, 34) zugeordneter Steuer­ elemente aus mindestens drei dem Taumelkopf (29, 34) zugehörenden Rollkörpern (32, 33, . . .) (15, 17, 19) und mindestens einer mit dem Gehäuse fest verbundenen und der Führung der Rollkörper (32, 33, . . .); (15, 17, 19) dienenden Kurvenscheibe 27 steuerbar ist, und der Kurvenzug (28) bzw. (10) der Kurvenscheibe (27) eine dem halben Durchmesser der Rollkörper entsprechende Äquidistante zu einer festlegbaren Rollkörper-Mittelpunktskurve (9) be­ schreibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollkörper-Mittelpunktskurve (9) in Bezug auf ihren gesamten Umlauf in einen sogenannten aktiven und einen sogenannten passiven Bereich aufgegliedert ist, wovon der aktive Bereich aus einem Zerspanungsbereich α und sowohl einem sogenannten Anfahr- (β) als auch aus einem sogenannten Wegfahrbereich γ gebildet ist, wobei die Rollkörper-Mittelpunktskurve (9) im Zerspanungsbereich zusammen mit der Drehbewegung des Werkstücks (1) und der festgelegten Position der Schneidenspitze der Schneide (11); (12, 13) und deren Umlaufbahn (8) zu einer Relativbewegung führt, welche die zu zerspanende Kontur (3) beschreibt.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Abstand der Rollkörper-Mittelpunkte von der Achse des Werkzeugträgers (35) größer ist, als der ent­ sprechende Abstand der Schneidenspitze, und die Rollkörper-Mittelpunktskurve (9) als Konchoide durch radiale Vergrößerung der als Ausgangskurve benutzten Umlaufbahn (8) der Schneidenspitze festgelegt ist.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß für die Festlegung der Umlaufbahn (8) und der radial zur Ausgangskurve vergrößerten Konchoide (9) ein auf einer Bahn (7) umlaufender Ursprungspunkt herangezogen wird, um die bei bestimmten Konturen während des Zerspanungsvorgangs auftretenden Spanwinkeländerungen der Werkzeug­ schneide möglichst klein zu halten.

10. Vorrichtung gemäß einen der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergänge zwischen den aus passivem Bereich, Anfahr-, Zerspanungs-, und Wegfahr­ bereich gebildeten einzelnen Segmenten des Kurve (28), (10) der Kurvenscheibe (27) in Gestalt tangentialer Übergänge ausgeführt sind.

11. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelemente aus einer einzigen Kurvenscheibe (27) mit drei darauf ablaufenden Rollkör­ pern (32, 33, . . .); (15, 17, 19) bestehen, und der Kurvenzug (28) der Kurvenscheibe (27) in einem ersten Teilbereich der zu zerspanenden Kontur zugeordnet ist, während der restliche Bereich des Kurvenzugs die Komplementärkurve zu dem genannten ersten Teilbereich bildet.

12. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Schneidenspitze einer an dem Werkzeugträger (35) befestigten Schneide (36) auf einem dem Ursprung entspringenden Strahl positioniert ist, wie einer der dem Werkzeugträger zugeordneten Rollkörper (32, 33, . . .); (15, 17, 19).

13. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Schneidenspitze einer an dem Werkzeugträger (35) befestigten Schneide (36) auf einem dem Ursprung entspringendem Strahl positioniert ist, welcher winkelmäßig genau mittig zwischen zwei dem Werkzeugträger (35) zugeordneten Rollkörpern (32, 33, . . .); (15, 17, 19) verläuft.