DE4137923A1 - Werkzeugkopf fuer eine vorrichtung zum herstellen von drehteilen - Google Patents
Werkzeugkopf fuer eine vorrichtung zum herstellen von drehteilenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Werkzeugkopf für eine Vorrich
tung zum Herstellen von Drehteilen, die eine Werkstückauf
nahme und einen in bezug auf das zu bearbeitende Werkstück
einstellbaren Support zur Lagerung des Werkzeugkopfes auf
weist, wobei der Werkzeugkopf eine mit einem Arbeitsantrieb
verbundene Hohlspindel aufweist, die mit wenigstens einem
radial verschiebbaren Werkzeughalter versehen ist.
Aus der DE 37 18 295 A1 ist ein Werkzeugkopf der eingangs
bezeichneten Art bekannt, der zum Herstellen von Werkstücken
mit polygonaler Außen- und/oder Innenkontur so konzipiert
ist, daß durch die Überlagerung von zwei Drehbewegungen mit
exzentrisch zueinander liegenden parallelen Achsen eine Bahn
kurve für das Werkzeug erzeugt werden kann, so daß in Ver
bindung mit der Drehung des Werkstücks Polygone in nahezu
beliebiger Kontur als Drehteile herstellbar sind, wobei die
Form der möglichen Konturen lediglich durch die Einhaltung
der Schnittbedingungen begrenzt sind.
Da für die Herstellung einfach konturierter Drehteile, wie
sie beispielsweise für Polygon-Wellen-Naben-Profile oder
dergl. gegeben sind, die Möglichkeit, die der vorbekannte
Werkzeugkopf bietet, überhaupt nicht ausgeschöpft zu werden
brauchen, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen
gegenüber dem vorbekannten Werkzeugkopf einfacher gestalteten
und für eine Massenfertigung robusteren Werkzeugkopf zu
schaffen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß
an der Hohlspindel wenigstens ein konzentrisches Stellrad
um einen vorgegebenen Winkel hin- und herdrehbar gelagert
ist, das mit einem steuerbaren Stellantrieb verbunden und
über wenigstens ein Übertragungsmittel mit wenigstens einem
Werkzeughalter verbunden ist. Ein derartiger Werkzeugkopf
kann in einfacher Weise auf dem Support beispielsweise einer
Drehbank angeordnet werden, wobei je nach Ausrichtung des
Werkzeugs sowohl Außen- als auch Innenkonturen bearbeitet
werden können. Über den Support kann nun die Lage der Dreh
achse der Hohlspindel in bezug auf die durch die Werkstück
aufnahme definierte Drehachse des Werkstücks eingestellt
werden. Bei einer gleichachsigen Einstellung können zylindri
sche Oberflächen bearbeitet werden, wobei für diesen Ein
satzfall die Werkstückaufnahme stillsteht. Bei einer achs
parallelen Einstellung der Drehachse der Hohlspindel zur
Drehachse des Werkstücks lassen sich bei entsprechender Vor
gabe der Drehzahlverhältnisse zwischen Werkstückdrehzahl
und Hohlspindeldrehzahl in der Überlagerung beider Bewegun
gen Konturen erzeugen, die als Epizykloiden beschrieben wer
den können. Durch eine Schrägstellung der Drehachse der Hohl
spindel in bezug auf die Werkstückdrehachse ergibt sich in
bezug auf die Drehachse des Werkstücks eine elliptische Bahn
kurve des Werkzeuges, die es wiederum erlaubt, in der Über
lagerung mit der Werkstückdrehzahl weitere der Bahnkurve
entsprechende Querschnittskonturen am Werkstück zu erzeugen.
Der Werkzeughalter kann während des Betriebes über das mit
umlaufende konzentrische Stellrad und dem ihm zugeordneten
steuerbaren Stellantrieb in radialer Richtung eingestellt
werden. Dies erlaubt eine Werkzeugzustellung sowohl zum Aus
gleich des Werkzeugverschleißes als auch in Verbindung mit
einer dem Stellantrieb zugeordneten NC-Steuerung das Einar
beiten von Konturen, wie beispielsweise Radien, Absätze,
Einstiche oder dergl., wie sie üblicherweise auch mit einer
normalen NC-gesteuerten Drehmaschine möglich sind. Ein wei
terer besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Werkzeugkopfes
besteht darin, daß zusätzlich zur Überlagerung der Drehbewe
gung von Werkzeug und Werkstück eine Radialbewegung des Werk
zeugs in Abhängigkeit von der Werkstückdrehung und/oder der
Hohlspindeldrehung vorgenommen werden kann, so daß außer
einer Einflußnahme auf die zu erzeugende Werkstückkontur
infolge der Überlagerung der Drehbewegung von Werkstück und
Werkzeugkopf eine zusätzliche Einflußnahmemöglichkeit besteht,
die es erlaubt, gezielt bestimmte Zonen der zu erzeugenden
Kontur abweichend von der durch die Überlagerung der beiden
Drehbewegungen vorgegebenen Kontur vorzunehmen. Wichtig ist
hierbei nur, daß die Verbindung zwischen dem Stellantrieb
und dem Stellrad so beschaffen ist, daß das Stellrad mit
der Hohlspindel in einer festen Phasenlage umläuft, die nur
durch Aktivierung des Stellantriebes veränderbar ist. Durch
eine Reduzierung der Bauelemente ergibt sich eine Vereinfa
chung der Verstellung und gleichzeitig eine Reduzierung des
Spiels und damit eine größere Präzision für das herzustellen
de Werkstück.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorge
sehen, daß der Stellantrieb durch einen Elektromotor gebildet
wird, der das Stellrad antreibt und der über ein elektroni
sches Getriebe mit dem als Elektromotor ausgebildeten Arbeits
antrieb verbunden ist, und daß eine Steuerung für den Stell
antrieb zur Änderung der Drehzahl und damit zur Veränderung
seiner Phasenlage gegenüber dem Arbeitsantrieb vorgesehen
ist. Ein derartiger Stellantrieb ist einfach im Aufbau und
einfach zu steuern, da über die modernen elektronischen Ge
triebe beide Elektromotoren mit großer Genauigkeit in einem
konstanten Drehzahlverhältnis zueinander schlupffrei betrie
ben werden können. Will man nun die Phasenlage des Stellrades
gegenüber der Hohlspindel verändern, d. h. die radiale Zustel
lung des Werkzeughalters nach innen oder nach außen bewirken,
dann ist es lediglich erforderlich, über die Ansteuerung
des den Stellantrieb bildenden Elektromotors diesen kurzzei
tig schneller oder langsamer als den Elektromotor des Arbeits
antriebes laufen zu lassen, um eine Änderung der Phasenlage
und damit eine gezielte radiale Zustellung des Werkzeugs
möglich ist. Durch eine Drehzahlübersetzung bzw. Drehzahlun
tersetzung zwischen dem Stellantriebsmotor und dem Stellrad
läßt sich darüber hinaus auch noch die Zustellgeschwindig
keit vorgeben.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
daß der Stellantrieb durch einen axial wirkenden Schiebean
trieb gebildet wird, der auf einen axial verschiebbaren und
frei drehbaren Zahnradblock einwirkt, daß der Zahnradblock
einen ersten Verzahnungsteil und einen zweiten Verzahnungsteil
aufweist, daß wenigstens einer der beiden Verzahnungsteile
eine Schrägverzahnung aufweist, daß der erste Verzahnungsteil
von einem mit der Hohlspindel verbundenen Antriebszahnrad
angetrieben wird und daß der zweite Verzahnungsteil das mit
einer entsprechenden Schrägverzahnung versehene Stellrad
antreibt. Diese Ausbildung des Stellantriebs erlaubt sowohl
einen für manuelle Verstellung ausgebildeten Schiebeantrieb
als auch einen fernsteuerbaren Schiebeantrieb. Solange der
Zahnradblock fest in seiner axialen Position gehalten wird,
bleibt die Phasenlage zwischen Hohlspindel und Stellrad un
verändert. Wird der Zahnradblock jedoch axial verschoben,
dann wirkt die Schrägverzahnung des zweiten Verzahnungsteils
wie eine Steuerkurve auf das Stellrad, so daß infolge der
Axialverschiebung das Stellrad während des Betriebes um ein
zum Weg der Axialverschiebung proportionales Maß gegenüber
der Hohlspindel verdreht wird, so daß wiederum über die
Übertragungsmittel eine entsprechende radiale Bewegung des
Werkzeughalters bewirkt wird. Der steuerbare Antrieb kann
über einen elektrischen Servomotor mit integriertem Drehgeber
erfolgen, wobei der Drehgeber die Position des Rotors gegen
über dem Stator angibt. Dieser Servomotor kann entweder über
einen Zahnstangenantrieb die axiale Verschiebung des Zahnrad
blocks bewirken oder auch über eine Kugelgewindespindel,
auf der die Drehlagerung des Zahnradblocks axial führbar
gehalten ist. Ebenso ist eine axiale Verstellung über eine
hydraulisch oder pneumatisch beaufschlagte Kolben-Zylinder-
Einheit mit einer entsprechenden wegfühlenden Steuerung für
die Axialverschiebung möglich. Die axiale Verstellung kann
auch über einen elektrischen Linearmotor vorgenommen werden.
In Ausgestaltung der Erfindung ist für das Übertragungsmittel
Zur Umsetzung der Drehbewegung des Stellrades in eine radial
gerichtete Linearbewegung des Werkzeughalters vorgesehen,
daß das Übertragungsmittel durch wenigstens eine mit dem
Stellrad in Wirkverbindung stehende stirnseitig angeordnete
Steuerkontur gebildet wird, die in eine entsprechende Gegen
kontur am Werkzeughalter eingreift. Die stirnseitige Steuer
kontur kann fest mit dem Stellrad verbunden sein, beispiels
weise in Form eines Spiralbogenstücks, das in eine entspre
chende Gegenkontur am linear verschiebbaren Werkzeughalter
eingreift. Die Steuerkontur kann aber auch durch eine Zahn
stange gebildet werden, die mit einer Zahnreihe in eine
Stirnverzahnung am Stellrad eingreift und mit einer um 90°
hierzu versetzten Keilzahnreihe in eine wiederum um 90° ver
setzte entsprechende Verzahnung am Werkzeughalter eingreift.
Der Vorteil einer derartigen Keilverzahnung ist die Spiel
freiheit, was der Präzision der herzustellenden Werkstücke
zugute kommt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß
das frei drehbar auf der Hohlspindel gelagerte Stellrad über
Mitnehmer mit einer in der Hohlspindel frei drehbaren Über
tragungshülse formschlüssig verbunden ist, die ihrerseits
mit der Steuerkontur in Wirkverbindung steht. Diese Anordnung
hat den Vorteil, daß das den Werkzeughalter tragende Ende
der Hohlspindel mit nur geringer Länge die Lagerung der Hohl
spindel frei überragt, so daß sich eine kurze und gedrungene
Bauweise ergibt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorge
sehen, daß die Steuerkontur durch eine den Werkzeughalter
tragende Schraubspindel mit radialer Drehachse gebildet wird,
die mit einem Zahnrad versehen ist, das mit einer entspre
chenden Verzahnung am Stellrad bzw. an der Übertragungshülse
im Eingriff steht.
In vorteilhafter weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist
vorgesehen, daß wenigstens zwei Werkzeughalter diametral
gegenüberliegend an der Hohlspindel angeordnet sind. Da
zweckmäßigerweise beide Werkzeughalter jeweils über eine
Steuerkontur mit dem Stellrad in Verbindung stehen und somit
beide Werkzeughalter gleichzeitig und um ein gleiches Maß
nach innen oder außen verstellt werden, ist nicht nur die
Möglichkeit gegeben, mit zwei Werkzeugen gleichzeitig zu
arbeiten. Diese Anordnung bietet auch den Vorteil, daß bei
einer Bearbeitung mit nur einem Werkzeug das Gesamtsystem
durch den anderen Werkzeughalter für jede radiale Positionie
rung des Werkzeugs das System ausgewuchtet bleibt und damit
hohe Arbeitsdrehzahlen vibrationsfrei möglich sind. Will
man mehr als zwei Werkzeuge einsetzen, so werden entsprechen
de Werkzeughalter gleichmäßig über den Umfang verteilt an
der Hohlspindel angeordnet, um wiederum die automatische
Wuchtung zu gewährleisten. Auch bei einer Anordnung von drei
oder vier Werkzeughaltern ist wiederum eine Bearbeitung mit
nur einem Werkzeug ohne Beeinträchtigung der Wuchtung möglich.
Vier Werkzeughalter ermöglichen so den Einsatz von zwei unab
hängig steuerbaren Werkzeugen.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Ar
beitsantriebsmotor der Hohlspindel über ein steuerbares elek
tronisches Getriebe mit dem Antriebsmotor der drehbaren Werk
stückaufnahme in Verbindung steht, so daß die Hohlspindel
mit einer Drehzahl umläuft, die in einem einstellbaren Ver
hältnis zur Drehzahl des Werkstücks steht. Hierdurch ist
eine gezielte Überlagerung der Werkstückdrehung und der Werk
zeugdrehung möglich, die beispielsweise die Herstellung von
entsprechenden einfachen Polygonprofilen erlaubt. Bei entspre
chenden Einsatzfällen ist es aber auch möglich, über das
elektronische Getriebe dem Antriebsmotor der Werkstückauf
nahme die Drehzahl "0" vorzugeben, so daß das Werkstück fest
gehalten wird und nur die Hohlspindel mit dem Werkzeug um
läuft. Dies erlaubt es beispielsweise in einer Aufspannung
eine Exzenterwelle zu drehen, da die gewünschte Exzentrizi
tät lediglich über einen Querverschub des die Hohlspindel
tragenden Supportes einzustellen ist. Die übrigen Werkzeug
bewegungen, wie Axialvorschub, Radialverstellung des Werk
zeugs und/oder Querbewegung des Supportes werden in üblicher
Weise vorgenommen, bei Vorrichtungen mit NC-Steuerung in
entsprechender Weise über die NC-Steuerung. So ist es bei
spielsweise möglich, mit dem erfindungsgemäßen Werkzeugkopf
bei einer entsprechenden Ansteuerung den Rotor für eine
Exzenterschneckenpumpe herzustellen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
daß der Stellantrieb mit einer Ansteuerung verbunden ist,
die eine gesteuerte, insbesondere eine periodische Hin- und
Herbewegung des Werkzeughalters in Abhängigkeit von der Dreh
zahl der Hohlspindel und/oder Drehzahl des Werkstücks und/oder
dem Axialvorschub des Werkzeugkopfes bewirkt. Durch die Über
lagerung der Drehbewegungen einerseits mit der Querbewegung
des Werkzeughalters bzw. des Werkzeugs andererseits lassen
sich auch komplizierte Drehteile, deren Kontur nicht mathema
tisch definiert ist, in einer Drehbearbeitung herstellen.
Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen eines
Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Aufsicht auf eine Vorrichtung zur
Herstellung von Drehteilen mit einem
Werkzeugkopf,
Fig. 2 in einem Vertikalschnitt durch den Werk
zeugkopf eine erste Ausführungsform,
Fig. 3 in einem Vertikalschnitt durch den Werk
zeugkopf eine zweite Ausführungsform,
Fig. 4 ein mit dem Werkzeugkopf herstellbares
Polygonprofil.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zur Herstellung von
Drehteilen besteht im wesentlichen aus einer drehbaren Werk
stückaufnahme 1, die über einen Antriebsmotor 2, beispiels
weise einen Elektromotor, antreibbar ist. Der Werkstückauf
nahme 1 ist am nicht dargestellten Maschinengestell ein Reit
stock 3 mit drehbarer Pinole 4 zum Spannen eines Werkstücks 5
zugeordnet.
Auf einem mit dem nicht dargestellten Maschinengestell ver
bundenen Support 6 ist ein Werkzeugkopf 7 angeordnet, der
in seinem Aufbau und seiner Funktion nachstehend noch näher
erläutert werden wird. Der Support 6 ist in üblicher Weise
mit einem Axialvorschub versehen, durch den der Support 6
in Abhängigkeit von der Werkstückdrehung in axialer Rich
tung (Pfeil 8) hin- oder herbewegt werden kann. Der Support 6
ist ferner in üblicher Weise mit einem Querantrieb versehen,
der eine Bewegung quer zur Achsrichtung des Werkstücks 5
(Pfeil 9) ermöglicht. Sowohl der Axialvorschub als auch der
Quervorschub können mit einem entsprechenden Stellantrieb
verbunden sein, der mit einer NC-Steuerung in Verbindung
steht. Eine derartige Ausrüstung ist von Drehvorrichtungen
grundsätzlich bekannt und braucht nicht näher erläutert zu
werden.
Wie die Aufsicht in Fig. 1 zeigt, bietet der Support 6 ferner
die Möglichkeit, den Werkzeugkopf 7 unter einem Winkel α
zur Drehachse 10 des Werkstücks einzustellen, so daß die
vom Werkzeug 11 beschriebene Laufbahn in bezug auf die Werk
stückdrehachse eine elliptische Schnittbahn am Werkstück
5 ergibt.
Der Werkzeugkopf 7 weist ein mit dem Support 6 fest verbunde
nes Gehäuse 12 auf, in dem eine Hohlspindel 13 drehbar gela
gert ist, die über einen Arbeitsantrieb 14, beispielsweise
in Form eines Elektromotors antreibbar ist. Stirnseitig ist
die Hohlspindel mit wenigstens einem radial zustellbaren
Werkzeughalter 15 versehen, an dem das Werkzeug 11 befestigt
ist.
Der vertikale Längsschnitt in Fig. 2 zeigt an einem Ausfüh
rungsbeispiel den Aufbau des Werkzeugkopfes 7. Die Hohlspin
del 13 ist hierbei in dem nur angedeuteten Gehäuse 12 dreh
bar gelagert und an ihrem einen Ende mit einem Zahnrad 16
fest verbunden, das über ein Antriebszahnrad 17 mit dem Ar
beitsantrieb 14 in Verbindung steht. Am anderen Ende der
Hohlspindel 13 sind in einer radialen Führung die zwei Werk
zeughalter 15 angeordnet, wobei für das dargestellte Ausfüh
rungsbeispiel nur ein Werkzeug 11 zur Bearbeitung einer
Außenkontur eingesetzt ist. Der die Werkzeughalter 15 tragen
de Haltekopf 18 ist hierbei drehfest mit der Hohlspindel
13 verbunden.
Auf der Außenseite der Hohlspindel 13 ist ein Stellrad 19
frei drehbar gelagert, das über radial nach innen gerichtete
Mitnehmer 20 mit einer im Innern der Hohlspindel frei dreh
baren angeordneten Übertragungshülse 21 formschlüssig verbun
den ist. Die Mitnehmerstifte 20 ragen hierbei durch in Um
fangsrichtung verlaufende Langlöcher 22 in der Hohlspindel
13 hindurch, so daß für das Stellrad 19 eine begrenzte Hin-
und Herdrehung möglich ist.
Mit ihrem stirnseitigen Ende wirkt die Übertragungshülse 21
auf ein Übertragungsmittel 23 ein, das die durch das Stell
rad 19 bewirkte relative Verdrehung der Übertragungshülse 21
gegenüber der Hohlspindel 13 in eine lineare Bewegung des
Werkzeughalters 15 umsetzt. Bei dem dargestellten Ausführungs
beispiel besteht das Übertragungsmittel aus einer Stirnver
zahnung 24 am freien Ende der Übertragungshülse 21, die mit
einer Zahnstange 25 zusammenwirkt, deren um 90° versetzte
Keilerzahnung 26 auf eine entsprechende, wiederum um 90°
versetzte Keilerzahnung 27 am Werkzeughalter 15 einwirkt.
Im Gehäuse 12 ist ein frei drehbares Zwischenrad 28 gelagert,
das mit einem Antriebszahnrad 29 eines als Elektromotor aus
gebildeten Stellantriebs 30 in Verbindung steht. Sieht man
nun für das Zahnrad 16 mit seinem Arbeitsantriebsmotor 14
einerseits und für das Stellrad 19 mit seinem Stellantriebs
motor 30 gleiche Übersetzungsverhältnisse vor und läßt beide
Motoren 14 und 30 mit der gleichen Drehzahl laufen, dann
ergibt sich zwischen dem Stellrad 19 und der Hohlspindel 13
keinerlei Relativbewegung, so daß sich die Phasenlage des
Stellrades 19 gegenüber der Hohlspindel 13 nicht verändert.
Um dies zu erzwingen, sind nun die beiden Motoren 14 und 30
über ein sogenanntes elektronisches Getriebe 31 miteinander
verbunden, das hier nur schematisch dargestellt ist, so daß
der notwendige Gleichlauf zwischen dem Arbeitsantriebsmotor
14 und dem Stellantriebsmotor 30 garantiert ist. Um nun
eine radiale Zustellung des Werkzeugs 11 zu bewirken, wird
über eine entsprechende Steuerschaltung im elektronischen
Getriebe 31 der Stellantriebsmotor 30 je nach der Richtung
der gewünschten radialen Verstellung kurzfristig beispiels
weise über kurze Stellimpulse schneller oder langsamer ge
dreht, so daß das Stellrad 19 gegenüber der Drehung der Hohl
spindel 13 in seiner Drehung vorläuft oder zurückbleibt.
Die relative Verdrehung des Stellrades 19 gegenüber der Hohl
spindel 13 bewirkt nun über die Übertragungsmittel 23 eine
entsprechende radiale Verstellung des Werkzeughalters 15.
Über entsprechende Geber kann hierbei die Veränderung der
Phasenlage des Stellrades 19 gegenüber der Hohlspindel 13
und damit die Richtung und das Maß der radialen Verschiebung
des Werkzeughalters 15 kontrolliert werden.
Wie Fig. 2 erkennen läßt, sind bei dem dargestellten Aus
führungsbeispiel zwei Werkzeughalter 15 diametral einander
gegenüber angeordnet, wobei die Übertragungsmittel beider
Werkzeughalter 15 so ausgebildet sind, daß bei einer Drehung
des Stellrades 19 sich die beiden Werkzeughalter 15 jeweils
entgegengesetzt zueinander bewegen. Damit ist eine automa
tische Wuchtung des Gesamtsystems gewährleistet, auch dann,
Wenn, wie in Fig. 2 dargestellt, nur ein Werkzeughalter 15
mit einem Werkzeug 11 bestückt ist. Der andere Werkzeughalter
kann hierbei dann mit einem entsprechend bemessenen Blind
werkzeug ausgerüstet werden, um hier eine optimale Wuchtung
zu gewährleisten.
Die in Fig. 3 ebenfalls in einem Vertikalschnitt dargestellte
Ausführungsform weicht lediglich in bezug auf den Stellan
trieb des Systems von der Ausführungsform gem. Fig. 2 ab.
Gleiche Bauteile sind daher mit gleichen Bezugszeichen ver
sehen, so daß insoweit auf die Beschreibung zu Fig. 2 ver
wiesen werden kann.
Bei dem Ausführungsbeispiel gem. Fig. 3 treibt das Zahnrad 16
ein im Gehäuse 12 freilaufend gelagertes Ritzel 32 an. Das
Stellrad 19 steht wiederum mit einem im Gehäuse freilaufend
gelagerten Ritzel 33 in Verbindung. Das Ritzel 32 und das
Ritzel 33 sind über einen Zahnradblock 34 miteinander gekop
pelt, der einen ersten Verzahnungsteil 35 mit einer Geradver
zahnung und einen zweiten Verzahnungsteil 36 mit einer
Schrägverzahnung aufweist. Das Ritzel 32 weist dann dement
sprechend ebenfalls eine Geradverzahnung und das Ritzel 33
sowie das Stellrad 19 eine entsprechende Schrägverzahnung
auf. Der Zahnradblock 34 ist nun auf einem Lagerkörper 37
drehbar gelagert, der jedoch seinerseits undrehbar aber
längsverschieblich im Gehäuse 12 des Werkzeugkopfes gelagert
ist. Wird nun die Hohlspindel 13 über den Arbeitsantrieb
14 in Drehung versetzt, so sind über das Ritzel 32, den
Zahnradblock 34 und das Ritzel 33 die Hohlspindel 13 und
das Stellrad 19 starr miteinander gekuppelt, so daß sich
keine Relativdrehung zwischen Hohlspindel 13 und Stellrad
19 ergibt. Wird nun über einen axial wirkenden Schiebeantrieb
38, dessen Aufbau und Wirkungsweise nachstehend noch näher
beschrieben werden wird, der Lagerkörper 37 mit dem Zahnrad
block 34 axial verschoben, so bewirkt die Schrägverzahnung
des zweiten Verzahnungsteils 36 eine relative Verdrehung
des Stellrades 19 auf der Hohlspindel 13. Über die anhand
von Fig. 2 beschriebenen Übertragungsmittel erfolgt nun wie
der eine radiale Verstellung des Werkzeughalters 15 entspre
chend dem Maß der relativen Verdrehung des Stellrades 19
gegenüber der Hohlspindel 13. Der Schiebeantrieb 38 kann
in beliebiger Weise ausgebildet sein. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel ist als Schiebeantrieb ein elektrischer
Servomotor 39 mit integriertem Drehgeber vorgesehen, durch
den die Position des Rotors gegenüber dem Stator angezeigt
wird. Der Servomotor 39 ist hierbei mit einer Kugelgewinde
spindel 40 verbunden, die mit dem undrehbar aber längsver
schiebbar gehaltenen Lagerkörper 37 zusammenwirkt, so daß
bei entsprechender Drehung der Kugelumlaufspindel 40 der
Zahnradblock 34 axial verschoben wird. Der Servomotor 39
steht im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel gem. Fig. 2 still
und wird nur dann eingeschaltet, wenn eine Zustellung des
Werkzeughalters 15 bewirkt werden soll.
Die Art der Verzahnung der beiden Verzahnungsteile 35 und
36 kann auch vertauscht werden, d. h. der Verzahnungsteil
35 weist eine Schrägverzahnung und der Verzahnungsteil 36
weist eine Geradverzahnung auf. Insbesondere wenn große Ver
stellwege für den Werkzeughalter gewünscht werden, ist es
zweckmäßig, wenn beide Verzahnungsteile jeweils - und zwar
gegenläufig - mit einer Schrägverzahnung versehen sind.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der
Werkzeughalter 15 mit einer sogenannten Bohrstange 11′ verse
hen, die es ermöglicht, mit dem Werkzeugkopf in gleicher
Weise Innenkonturen zu drehen, wie dies vorstehend für Außen
konturen beschrieben ist.
Der Werkzeugkopf dient in Verbindung mit den übrigen beschrie
benen Maschinenbaugruppen in erster Linie der Herstellung
polygonaler Konturen. Die Einsatzmöglichkeiten sind jedoch
nicht hierauf beschränkt. Die Einrichtung kann z. B. auch
in an sich bekannter Weise zur Herstellung von Gewinden und
Schnecken durch das sogenannte Wirbelverfahren genutzt werden,
wobei hier der Werkzeugeingriff diskontinuierlich ist und
das Werkstück nur eine langsame Drehung als Vorschubbewegung
ausführt. Eine sogenannte Endenbearbeitung bei stillstehendem
Werkstück ist ebenfalls möglich. Hier wird die Drehachse
der Werkzeughohlspindel konzentrisch zur Werkstückdrehachse
eingestellt.
Werden in dieser Einstellung Werkzeug- und Werkstückspindel
in eine vorzugsweise gegensinnige Drehung versetzt, so kann
durch die sich ergebende Addition der Drehzahlen eine hohe
Schnittgeschwindigkeit erreicht werden. Es ergibt sich hier
bei, insbesondere beim Einsatz mehrerer Werkzeuge, ein Stabi
lisierungseffekt, der sich besonders bei langen schlanken
Wellen bemerkbar macht.
Wird eine der beiden Spindellagerungen in einer zusätzlichen
verdreh- und klemmbaren Hülse gelagert, so ergibt sich hierbei
die Möglichkeit, den unvermeidlichen Rundlauffehler einer
Spindellagerung, der in etwa "ellipsenähnlich" ist, durch
Verdrehung der Lagersitze in der oben genannten Hülse so
gegeneinander zu verdrehen, daß die "Ellipsenmaxima" der
beiden Spindeln um 90° gegeneinander verschoben sind. Die
sich hieraus ergebende geometrische Addition der Rundlauffeh
ler in bezug auf das Werkstück ergibt einen "Konturverlauf",
der eine erheblich reduzierte Abweichung von der gewünschten
"runden Kontur" aufweist.
Mit der Einrichtung können, wie bereits dargestellt, auch
- bezogen auf die Werkstückdrehachse - Exzenter hergestellt
werden. Die Herstellung von Kurbelwellen ist hiernach möglich,
wobei im Gegensatz zu dem bekannten Kurbelwellen-Wirbelver
fahren des Werkzeug kontinuierlich am Werkstück angreift.
Der Verfahrensablauf ergibt sich wie folgt: Die Kurbelwelle
wird mit ihren äußeren Hauptlagern zwischen Werkstückaufnahme
und Reitstock bzw. Setzstock aufgenommen, wobei das Werkstück
durch den Werkzeugkopf geführt wird. Der radiale Versatz
zwischen der Drehachse der Werkstückaufnahme und der Drehachse
des Werkzeugkopfes wird auf die gewünschte Exzentrizität,
d. h. den Versatz zwischen den Hauptlagern und den Kurbelwel
lenzapfen eingestellt. Durch eine getaktete Verdrehung der
Kurbelwelle werden nacheinander die Kurbelzapfen in die Dreh
achse des Werkzeugkopfes geführt und in dieser Position durch
radiale Zustellung des Werkzeugs und eine axiale Verschiebung
des Supportes bearbeitet. Zwischen den Bearbeitungsschritten
wird das Werkzeug soweit außer Eingriff gebracht, daß eine
Verdrehung des Werkstücks in die nächste Position möglich
wird. Es ist in dieser Weise nicht nur eine Bearbeitung der
Kurbelzapfen, sondern auch der Kurbelwangen möglich.
Eine kontinuierliche, in Abhängigkeit von der Axialbewegung
des Supports gesteuerte langsame Drehbewegung eines z. B.
zylindrisch geformten Werkstücks ergibt eine Exzenterschnecken
welle, wie sie z. B. für Exzenterschneckenpumpen zum Einsatz
kommt. Auch hier greift das Werkzeug, im Gegensatz zu bekann
ten Verfahren, kontinuierlich am Werkstück an.
In Fig. 4 ist nun ein Beispiel für eine besonders zweckmäßige
Gestaltung der Profilkontur eines Polygonprofils dargestellt
und beschrieben, das auf einem sogenannten Normpolygonprofil
aufbaut. Die Kontur 41 zeigt hierbei ein sogenannten P3G-
Normprofil. Derartige Profile werden für drehfeste Verbindun
gen benötigt, so daß die Profilkontur 41 sowohl als Innen
profil als auch als Außenprofil in einer entsprechenden Pas
sungsgüte hergestellt werden müssen. Die Schwierigkeit bei
der Herstellung dieses Profils besteht darin, daß die Berüh
rungslinien bzw. Berührungsflächen zwischen Innen- und Außen
profil identisch hergestellt werden, so daß schon geringste
Konturabweichungen zu undefinierten Tragverhältnissen führen.
Das vorgegebene Profil ist durch drei "Ecken" E markiert,
die jeweils den Bereich der stärksten Krümmung der Kontur
aufweisen und den "Ecken" E gegenüberliegend jeweils den
Bereich mit der geringsten Krümmung aufweisen.
Die Kontur 42 zeigt eine mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug
kopf hergestellte Außenkontur, die so bemessen ist, daß sie
mit der Linie 41 der Normkontur kompatibel ist. Die Besonder
heit dieses Profils besteht jedoch darin, daß jeweils im
Bereich der stärksten Krümmung an den "Ecken" E und im gegen
überliegenden Bereich der geringsten Krümmung das Profil
zurückgenommen ist, so daß sich keinerlei Berührung mehr
mit der Kontur 41 des Normprofils ergibt. Lediglich in den
Zwischenbereichen Z fällt der Verlauf der Kontur 41 und der
Verlauf der Kontur 42 zusammen, wobei die Krümmung so gewählt
ist, daß sich die Kontur 42 im Bereich Z an die Kontur 41
in diesem Bereich anschmiegt. Der Konturverlauf 42 kann nun
deshalb mit dem erfindungsgemäßen Werkzeugkopf hergestellt
werden, weil durch eine entsprechende Schrägstellung des
Werkzeugkopfes gegenüber der Werkstückdrehachse die Kontur
modifiziert werden kann. Zusätzlich zu der Überlagerung der
beiden Drehbewegungen von Werkstück und Werkzeug kann das
Werkzeug auch gezielt während eines Umlaufes um ein vorgege
benes Maß über den Stellantrieb gegen das Werkstück zugestellt
und wieder zurückgenommen werden. Bei dem gegebenen Polygon
wird also das Werkzeug während eines Werkstückumlaufs sechs
mal gegen des Werkstück zugestellt und wieder zurückgenommen.
Die Kontur 43 stellt eine weitere Polygonkontur dar, die
mit dem Polygon gem. Kontur 41 kompatibel ist und die für
das vorliegende Beispiel als Innenkontur ausgelegt ist. Diese
Innenkontur kann mit dem erfindungsgemäßen Werkzeugkopf nach
den gleichen Prinzipen hergestellt werden, d. h. durch eine
Schrägstellung des Werkzeugkopfes und/oder dadurch, daß je
weils im Bereich der "Ecken" E, d. h. im Bereich mit der
größten Krümmung des Normprofils und im gegenüberliegenden
Bereich mit der geringsten Krümmung das Werkzeug zusätzlich
zu dem sich aus der Überlagerung der Drehbewegung von Werk
zeug und Werkstück ergebenden Kontur gegen das Werkstück,
d. h. im vorliegenden Fall nach außen zugestellt wird, so
daß in diesen Bereich gezielt ein Freiraum geschaffen wird.
Wie Fig. 4 zeigt, ergibt sich auch hier wiederum der jeweili
ge Zwischenbereich Z, in dem sich die Kontur 41 an die Kontur
43 anschmiegt, so daß auch hier definierte Berührungsbereiche
vorgegeben sind.
Fig. 4 läßt zudem erkennen, daß die mit dem erfindungsgemäßen
Werkzeugkopf erzeugte Profilkontur 42 nicht nur mit der Norm
profilkontur 41 sondern auch mit der entsprechend erzeugten
neuen Profilkontur 43 zusammenwirkt. Es ist somit möglich,
Innen- oder Außenprofilkonturen zu erzeugen, die mit vorhan
denen Normprofilkonturen kompatibel sind, die jedoch nicht
die festgestellten Nachteile einer nur aus Normpolygonprofi
len hergestellten Verbindung aufweisen.
Das vorstehende, an einem Dreier-Polygonprofil beschriebene
neuartige Konstruktionsprinzip ist nicht auf das beschriebene
Ausführungsbeispiel beschränkt sondern kann ebenso auf eine
Ellipsenkontur, also ein 2er-Polygon wie auch auf ein Polygon
mit mehr als drei Ecken angewendet werden. Das Prinzip besteht
darin, daß, bezogen auf den Umfang der Polygonkontur, für
eine Außenkontur jeweils im mittleren Bereich zwischen zwei
Ecken der "Durchmesser" gegenüber dem vorgegebenen Verlauf
der zugehörigen Innenkontur etwas zurückgenommen wird. Zu
sätzlich kann der Durchmesser auch im Eckenbereich etwas
zurückgenommen werden.
Anstelle der vorgegebenen Profilpaarung mit einer "Normalkon
tur" für die Innenkontur und der erfindungsgemäßen Ausbildung
der einzuschiebenden Außenkontur kann bei einer "Normalkon
tur" für die Außenkontur die zugehörige Innenkontur auch
in der Weise ausgebildet werden, daß gegenüber der zugehöri
gen Normalkontur für den Bereich zwischen je zwei in Umfangs
richtung gesehen aufeinanderfolgenden Ecken der Durchmesser
etwas vergrößert wird. Auch hier kann zusätzlich in den
Eckenbereichen der Durchmesser vergrößert sein.
Durch die vorbeschriebenen Maßnahmen ergibt sich für eine
Steckverbindung mittels Polygonprofilen ein definierter Trag
bereich zwischen der einzusteckenden Außenkontur und der
die Außenkontur aufnehmenden Innenkontur. Die Darstellung
in Fig. 4 ist hierbei aus Gründen der Zeichnungsklarheit
bezüglich der Durchmesserrücknahme bei der Außenkontur 42
einerseits und der Durchmesservergrößerung bei der Innen
kontur 43 andererseits, jeweils im Vergleich zur Normalkon
tur 41, vergrößert dargestellt. Mit dem vorbeschriebenen
erfindungsgemäßen Werkzeugkopf wäre auch eine derartige Kon
turgebung ohne weiteres herstellbar, wobei die Kontur 43
im Normalfall wie die Kontur 42 mit "runden Ecken" ausgeführt
wird. Für den gegebenen Anwendungszweck reicht es jedoch
aus, wenn die Zurücknahme des Durchmessers bzw. die Durch
messerzugabe nur Bruchteile von Millimetern beträgt, da durch
diese Maßnahme nur sichergestellt werden muß, daß sich die
beiden Profilkonturen nur in den in Fig. 4 gekennzeichneten
Zwischenzonen Z berühren. Daraus ist aber auch ersichtlich,
daß die in Abhängigkeit von Werkstückdrehung und Werkzeug
drehung notwendige periodische Radialverstellung des Werk
zeuges nur geringfügig zu sein braucht, so daß die entspre
chende Drehbearbeitung auch mit hoher Drehzahl erfolgen kann.
Claims (10)
1. Werkzeugkopf für eine Vorrichtung zum Herstellen von Dreh
teilen, die eine Werkstückaufnahme und einen in bezug auf
das zu bearbeitende Werkstück einstellbaren Support zur Lage
rung des Werkzeugkopfes aufweist, wobei der Werkzeugkopf
eine mit einem Arbeitsantrieb verbundene Hohlspindel aufweist,
die mit wenigstens einem radial verschiebbaren Werkzeughalter
versehen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß an der Hohlspindel (13) wenigstens ein konzentrisches
Stellrad (19) um einen vorgegebenen Winkel hin- und herdreh
bar gelagert ist, das mit einem steuerbaren Stellantrieb
und wenigstens ein Übertragungsmittel mit wenigstens einem
Werkzeughalter (15) verbunden ist.
2. Werkzeugkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Stellantrieb durch einen Elektromotor (30) gebildet
wird, der das Stellrad (19) antreibt und der über ein elek
tronisches Getriebe (31) mit dem als Elektromotor (14) ausge
bildeten Arbeitsantrieb verbunden ist und daß eine Steuerung
für den Stellantrieb zur Änderung der Drehzahl und damit
zur Veränderung seiner Phasenlage gegenüber dem Arbeitsan
trieb vorgesehen ist.
3. Werkzeugkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Stellantrieb durch einen axial wirkenden Schiebe
antrieb (38) gebildet wird, der auf einen axial verschieb
baren und frei drehbaren Zahnradblock (34) einwirkt, daß
der Zahnradblock (34) einen ersten Verzahlungsteil (35)
und einen zweiten Verzahnungsteil (36) aufweist, daß wenig
stens einer der beiden Verzahnungsteile eine Schrägverzah
nung aufweist, daß der erste Verzahnungsteil (35) von einem
mit der Hohlspindel (13) verbundenen Antriebszahnrad ange
trieben wird und daß der zweite Verzahnungsteil (36) das
mit einer entsprechenden Schrägverzahnung versehene Stellrad
(19) antreibt.
4. Werkzeugkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das Übertragungsmittel durch wenigstens
eine mit dem Stellrad (19) in Wirkverbindung stehende stirn
seitig angeordnete Steuerkontur (23) gebildet wird, die in
eine entsprechende Gegenkontur am Werkzeughalter (15) ein
greift.
5. Werkzeugkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das frei drehbar auf der Hohlspindel (13)
gelagerte Stellrad (19) über Mitnehmer (20) mit einer in
der Hohlspindel (13) frei drehbaren Übertragungshülse (21)
formschlüssig verbunden ist, die ihrerseits mit der Steuer
kontur (23) in Wirkverbindung steht.
6. Werkzeugkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuerkontur (23) durch eine den
Werkzeughalter (15) tragende Schraubspindel mit radialer
Drehachse gebildet wird, die mit einem Zahnrad versehen ist,
das mit einer entsprechenden Verzahnung am Stellrad bzw.
an der Übertragungshülse im Eingriff steht.
7. Werkzeugkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Werkzeughalter (15) dia
metral gegenüberliegend an der Hohlspindel (13) angeordnet
sind.
8. Werkzeugkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß mehrere Werkzeughalter (15) gleichmäßig
über den Umfang verteilt an der Hohlspindel (13) angeordnet
sind.
9. Werkzeugkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der Arbeitsantriebsmotor (14) der Hohl
spindel (13) über ein einstellbares elektronisches Getriebe
(31) mit dem Antriebsmotor (2) der drehbaren Werkstückauf
nahme (1) in Verbindung steht, so daß die Hohlspindel (13)
mit einer Drehzahl umläuft, die in einem einstellbaren Ver
hältnis zur Drehzahl des Werkstücks (5) steht.
10. Werkzeugkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß der Stellantrieb mit einer Ansteuerung
verbunden ist, die eine periodische Hin- und Herbewegung
des Werkzeughalters (15) in Abhängigkeit von der Drehzahl
der Hohlspindel (13) und/oder der Drehzahl des Werkstückes
(5) und/oder dem Axialvorschub des Werkzeugkopfes (7) be
wirkt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914137923 DE4137923A1 (de) | 1991-11-18 | 1991-11-18 | Werkzeugkopf fuer eine vorrichtung zum herstellen von drehteilen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914137923 DE4137923A1 (de) | 1991-11-18 | 1991-11-18 | Werkzeugkopf fuer eine vorrichtung zum herstellen von drehteilen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4137923A1 true DE4137923A1 (de) | 1993-05-19 |
Family
ID=6445069
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19914137923 Withdrawn DE4137923A1 (de) | 1991-11-18 | 1991-11-18 | Werkzeugkopf fuer eine vorrichtung zum herstellen von drehteilen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4137923A1 (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE4419163A1 (de) * | 1994-03-22 | 1995-09-28 | Index Werke Kg Hahn & Tessky | Drehbearbeitungseinrichtung zum Erzeugen nicht-rotationssymmetrischer Konturen an rotierenden Werkstücken |
EP0683001A1 (de) * | 1994-05-10 | 1995-11-22 | MANNESMANN Aktiengesellschaft | Verfahren und Vorrichtung zum spanenden Bearbeiten von Stangen, Rohren oder Rohrluppen |
DE19624722A1 (de) * | 1996-06-21 | 1998-01-08 | Iprotec Masch & Edelstahlprod | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von von der Kreisform abweichenden Innen- und/oder Außenkonturen |
FR2752760A1 (fr) * | 1996-09-02 | 1998-03-06 | Esco Sa | Unite d'usinage a tete rotative |
-
1991
- 1991-11-18 DE DE19914137923 patent/DE4137923A1/de not_active Withdrawn
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US6761096B1 (en) | 1996-06-21 | 2004-07-13 | Iproptech Maschinen- Und Edelstahlprodukte Gmbh | Method and device for producing workpieces with a non-circular internal and/or external shape |
FR2752760A1 (fr) * | 1996-09-02 | 1998-03-06 | Esco Sa | Unite d'usinage a tete rotative |
WO1998009755A1 (fr) * | 1996-09-02 | 1998-03-12 | Esco S.A. | Unite d'usinage a tete rotative |
US6055893A (en) * | 1996-09-02 | 2000-05-02 | Esco S.A. | Machining unit with a rotating head |
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