WO1992005004A1 - Verfahren zur herstellung von runden werkstücken mit stegförmigen vorsprüngen, insbesondere zur herstellung von zahnrädern - Google Patents

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WO1992005004A1
WO1992005004A1 PCT/EP1991/001768 EP9101768W WO9205004A1 WO 1992005004 A1 WO1992005004 A1 WO 1992005004A1 EP 9101768 W EP9101768 W EP 9101768W WO 9205004 A1 WO9205004 A1 WO 9205004A1
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tool
axis
workpiece
rotation
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PCT/EP1991/001768
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Inventor
Hans Ley
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Hans Ley
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23F—MAKING GEARS OR TOOTHED RACKS
    • B23F19/00—Finishing gear teeth by other tools than those used for manufacturing gear teeth
    • B23F19/10—Chamfering the end edges of gear teeth
    • B23F19/102—Chamfering the end edges of gear teeth by milling
    • B23F19/107—Chamfering the end edges of gear teeth by milling the tool being a fly cutter
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23F—MAKING GEARS OR TOOTHED RACKS
    • B23F15/00—Methods or machines for making gear wheels of special kinds not covered by groups B23F7/00 - B23F13/00
    • B23F15/06—Making gear teeth on the front surface of wheels, e.g. for clutches or couplings with toothed faces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23F—MAKING GEARS OR TOOTHED RACKS
    • B23F9/00—Making gears having teeth curved in their longitudinal direction
    • B23F9/08—Making gears having teeth curved in their longitudinal direction by milling, e.g. with helicoidal hob
    • B23F9/10—Making gears having teeth curved in their longitudinal direction by milling, e.g. with helicoidal hob with a face-mill
    • B23F9/105—Making gears having teeth curved in their longitudinal direction by milling, e.g. with helicoidal hob with a face-mill with continuous indexing, i.e. with continuous work rotation

Definitions

  • the invention relates to a method for the production of workpieces with a preferably circular basic shape, which is provided with web-shaped projections, in particular for the production of gearwheels, in which at least one tool provided with at least one cutting edge is guided in periodic engagement over the surface to be machined and that Workpiece rotates around the workpiece axis at a speed adapted to the periodic movement of the tool cutting edge.
  • gear shaping a toothed rack or a gearwheel is used as the tool, the end faces of which are designed as cutting edges.
  • Tool and workpiece roll together like a gear.
  • the cutting movement takes place as an impact or planing movement in the direction of the tooth gaps.
  • gear shaping the tool has to be set off from the workpiece by a small amount during the return stroke.
  • gearwheels produced in this way, the head profile and the end edges of the teeth must then be machined in further processing steps in both methods.
  • the invention is based on the object of creating a method of the type mentioned at the outset which permits the production of such workpieces, and not only of gearwheels, in a technique similar to turning or impact turning milling, but a simpler tool design and higher machining speed allowed and extensive freedom in the design of the web flanks.
  • this object is achieved in that the tool with its cutting edge by one
  • Central axis is guided at a predetermined angular velocity all the way around on a cycloidal path and that the workpiece axis on the one hand and the central axis of the tool on the other hand are oriented at an angle and at a distance from one another and that the cross-sectional contour of the web to be produced is superimposed by a feed movement of the tool against the workpiece in at least one infeed axis and the rotary movement is generated with a predetermined change in the speed of the workpiece.
  • a cycloid trajectory can be specified for the movement of the tool cutting edge in space, there are now great possibilities for variation, since the course of the web-shaped projection to be generated in connection with the superimposed rotary movement can be determined via the selection of the cycloid trajectory running in the cutting direction of the tool.
  • the change in the rotational speed of the rotary movement of the workpiece is zero, so that a groove predetermined by the cutting profile of the tool on the one hand and the superimposition of the movements of the workpiece and tool on the other hand is machined.
  • the advantage over gear hobbing here is that the tool is guided on a self-contained path curve and does not have to be returned through the groove to be created or set down from the workpiece for the return stroke.
  • any cross-sectional contours of the web-shaped projection to be produced can be produced in wide areas. This is particularly important for the use of the method for manufacturing gear wheels.
  • a groove can first be pierced, as already indicated above. After plunging, a slight change in speed is superimposed on the rotary movement of the workpiece. This so-called “differential rotation” causes an additional rolling of the tool cutting edge on the tooth flank. This creates an envelope cut that results in the desired involute shape over the entire course of the tooth flank.
  • additional corrections can be made here.
  • a slow tangential relative movement in the Y direction can also be superimposed. A combination of both movements is also possible.
  • tooth flank contour can be specified with almost any values directly via the NC program. This effect is achieved by a differential rotation of the workpiece controlled as a function of the radial infeed and / or a movement of the Y direction. Tooth flank corrections, such as are carried out today for highly loaded gears, have so far only been able to be produced by tooth flank grinding or scraping machines. If the finishing is carried out according to this method, a "normal" grooving tool, which is ground on the side, can also be used for the preliminary processing. Compared to the trapezoidal tool, higher cutting values are achieved here. The manufacturing options are not only applicable to the manufacture of gears. An additional
  • the particular advantage of the method according to the invention is that, instead of a molding tool, only a tool in the manner of a turning tool can be used for the finishing.
  • the tool can have a profile cutting edge or a pointed cutting edge.
  • fibers for the tool in contrast to the to the state of Te 'chnik belonging Wälzfrä- and impact tools, high-strength cutting materials, in the form of cutting plates can be used, spielnger carbide or ceramic inserts, which in turn very allow high cutting speeds, so that overall shorter manufacturing times are possible and the costs for manufacturing and maintenance of the tools are reduced.
  • Another advantage of the method according to the invention is that such a machine, in conjunction with a corresponding, customary programmable electronic control for the infeed, the speed setting and speed change, but also for influencing the cycloid path, can be used for a variety of tasks and not is limited to the manufacture of a workpiece type, for example the manufacture of gear wheels.
  • the cycloid path is generated in that the tool on a circular path with a preferably constant speed n ⁇ is guided, the axis of rotation of at least one further
  • Axis preferably the central axis, preferably rotates at a constant speed n e , the direction of rotation of the two circular paths relative to one another and the ratio of the speed n s of the tool about its axis of rotation to the speed n e of the axis of rotation about the further axis due to the predetermined shape the cycloid orbit.
  • the method of the invention permits a simple determination of the desired Zykloiden ⁇ ground by the superposition of two circular movements and has the advantage that the au each * f their circular paths moving components in relation to their own rotation economically ⁇ , so that practically here balanced operation is possible and correspondingly high speeds can be specified.
  • the shape of the cycloid path is influenced by the radius of the respective circular path of the circular movements to be superimposed, so that a wide selection range can be achieved by varying the ratio of the rotational radii and the rotational speeds or the rotational directions to one another stands.
  • the basic form of the cycloid trajectories can be predetermined, adaptations in partial areas can be easily determined using computer simulations.
  • the cycloid path is specified as a hypocycloid by an opposite direction of movement of the tool on the one hand and its axis of rotation about the central axis on the other becomes.
  • a large number of engagement paths for the tool on the workpiece that are interesting for practical use can be represented.
  • simple turbine blades can be machined with an elliptical cycloid trajectory.
  • the curved tool path curve when superimposed with the rotating tool, results in a higher-order cutting curve.
  • Coordinate systems take place when the tool path curve has a relatively small curvature and / or slope.
  • the vectorial representation in the computer results in a 3-pointer system which is formed from the two rotating pointers e and E and a non-rotating pointer R which is attached to E and oscillates regularly in its amount from 0 to a maximum value.
  • the pointer points in the circumferential direction according to the direction of rotation of the workpiece.
  • the oscillation frequency of the pointer R results from the number of webs.
  • the duty cycle of the frequency is determined by the ratio of the engagement time and idle time.
  • the curvature and slope of the actual cutting curve can thus be determined, and the tool path curve can be corrected by the corresponding values.
  • the pointer R For strong curvatures and / or slopes of the trajectory, the pointer R must be assumed to be a space pointer in a manner known per se in order to determine the current intersection curve.
  • a profile that is convex on both sides such as is used, for example, for stabilizing wings on missiles or a profile that is concave on both sides, can also be produced.
  • the variation of curvature and pitch can be achieved by a relative displacement of the workpiece and tool in the Y / Z plane, by engaging other areas of the tool path curve on the workpiece.
  • the slope of the tool path can be superimposed by a
  • Rotation of the phase position of the tool and eccentric axes can also be adjusted during operation, even during machining.
  • the superimposed rotation of the phase position of the tool and eccentric axis also enables the production of twisted blade and wing profiles.
  • a CNC it is possible, depending on the radial infeed of the tool, to rotate the tool path in space, so that a twisted profile, which can also be undercut, is created.
  • the curvature of the path can also be changed during the radial infeed.
  • a workpiece has only a relatively few webs, e.g. ' . only three or four or only one web
  • the material can be turned off by means of several radial recesses and correspondingly superimposed workpiece rotation. Any division of the cut by radial and superimposed circular feed is possible.
  • This processing also makes it possible to give webs and / or grooves a contour running on the circumference.
  • a hypocycloid with at least one essentially linear path region is selected for the cycloid path. Such hypocycloids are of particular importance for gear manufacturing.
  • In beson ⁇ d erer embodiment of the invention is to achieve a polygonför--shaped hypocycloid with an odd number of corners, preferably with five corners, is provided.
  • a polygonal hypocycloid is essentially rotationally symmetrical with respect to the central axis, so that the tool cutting edge, which is moving on this path curve, likewise essentially performs a rotational movement with respect to the central axis, so that here, in view of the permissible cutting speed, one on the one hand, and the speed ratios of the rotary movements to be superimposed, which are required for generating the path curve, on the other hand, only slight changes in the cutting speed and the cutting angles occur for the engagement area of the tool cutting edge lying in a substantially straight path region.
  • a particular advantage in particular in the case of a hypocycloid with five corners, is that two tools can be attached to the same cycloid path, but essentially opposite one another, so that two tools come into engagement in one revolution. If the tools are substantially offset by 90 °, up to four tools can be attached so that four tools come into engagement each time the tool spindle is rotated.
  • the factor i corresponds to the number of corners of the "polygon".
  • each tool cuts its own groove. If the workpiece speed is adjusted accordingly, each tool ultimately cuts each groove, so that different grooves or webs can be produced in one operation by different shape of the tools on a tool carrier.
  • conical webs such as those used for bevel and ring gears.
  • the web shape can be optimized for the respective application by the width of the tool path.
  • Straight, helical, circular and spiral gears can be produced with the same machine.
  • the tool path can be displaced relative to the workpiece such that it can be brought into engagement at any point on the circumference of the workpiece. If the tool path is above or below the workpiece axis of rotation as defined above, then radially undercut grooves and webs can also be created. The prerequisite for this is a tool that is free in the feed direction. An alternate displacement of the tool path above and below the workpiece axis of rotation results in undercut webs and grooves on both sides.
  • the Y axis is now the main feed direction and the tools are arranged essentially radially to the tool rotation axis.
  • Disadvantages here are the relatively long cantilever arm length of the tool holder and the changes in the cutting angle on the main cutting edge, with only cutting angle changes on the secondary cutting edge resulting for the methods described so far.
  • This method can be used e.g. for the production of long tooth profile shafts and for the production of worm wheels.
  • tool path The various possible variations of tool path, arrangement of axes, delivery options and speed ratios enable e.g. also the production of threads and spirals.
  • the tool movement is used here as a rapid feed movement, so that higher cutting speeds and thus more economical production are also possible here compared to the previous methods.
  • plane spirals such as those used for compressors.
  • a planing tool is guided radially through the corresponding cycloidal path, the tool cutting against the direction of rotation of the workpiece in the circumferential direction of the workpiece.
  • the tool is automatically lifted or lifted into the freely rotated center of the workpiece by the cycloid track.
  • the slope of the spiral can be changed by periodically varying the speed of rotation of one or more axes of rotation in the course of the spiral. Axial threads are produced accordingly.
  • the angular velocity of the axes of rotation during a revolution is preferably constant, the superimposed differential rotations as feed movements being relatively slow.
  • Basic rotation plus differential rotation are assumed to be constant angular velocity during one revolution.
  • Bevel gear hobbing machines are used. In this case, one groove after the other is machined and the workpiece stands still during machining and is cycled further during machining breaks.
  • the three axes of rotation in connection with the three linear and one swivel axes enable a very versatile conventional processing in addition to the procedural manufacturing methods.
  • the tool height can be adjusted relative to the workpiece by turning, or if available, via the Y axis.
  • the tool spindle can also be used for drilling and milling work. By rotating the swivel axis, radial, axial and oblique bores and mills can be carried out. This can be done with the workpiece spindle at a standstill or rotating in the so-called C-axis mode. The position of the drill or milling axis can be in its "height"
  • a rotating face slide head can be used in a manner known per se, e.g. to change the cycloid trajectory during operation.
  • the workpiece and tool spindle can be arranged parallel to the axis and concentrically to one another. If the tool and workpiece spindle rotate in opposite directions, the sum of the two speeds results in the resulting speed.
  • the radial infeed takes place via the face slide head. The production of threads and screws is through the
  • Workpiece and tool spindle can be used as a whirling device in a manner known per se.
  • Fig. 1 is a perspective view of the
  • Fig. 3 shows a preferred trajectory for guiding the
  • Fig. 7 shows a partial section. the line VII-VII in Fig. 5 with a molding tool
  • Fig. 8 shows a partial section. the line VII-VII in Fig. 5 with a pointed tool
  • a workpiece 1 is rotatably mounted about the workpiece axis of rotation W at the speed n w .
  • a workpiece with web-shaped projections is to be produced from the workpiece blank, for example a spur gear. This is done in that corresponding grooves 2 are machined into the peripheral surface of the workpiece 1.
  • the axis of rotation S of the tool 3 is in this case mounted on an arm 5 which rotates counter to the arm 4 about a central axis Z at the speed n e .
  • the length E of the arm 4, on the one hand, and the length e of the arm 5, on the other hand, are each adjustable, so that by changing the ratio of e to E on the one hand and correspondingly specifying the ratio of the speed n s to n e, the shape of the cycloidal path can be specified.
  • a hypocycloid results in the opposite direction of rotation of n s and n e indicated in FIG. 1, a hypocycloid results.
  • an epicycloid results.
  • the groove 2 is then worked in by the infeed, ie the advance of the central axis Z in the direction of the arrow x against the tool 1.
  • the ratio of the speed n s of the tool 3 to the speed n w of the workpiece 1 is determined by the number z of the web-shaped projections to be produced.
  • the speeds are determined by the permissible cutting speed of the cutting material used for the tool 3.
  • FIG. 2 shows in a schematic representation a device from which the arrangement of the individual functional elements with respect to one another, their adjustability with respect to one another and the drive arrangement can be seen.
  • the workpiece 1 is held in a chuck 6, which is rotatable about the workpiece axis of rotation W in a support 7 and driven by a motor 8. Support with a tailstock or a setstock is easily possible.
  • the support 7 is in the direction of the double arrow 9, i.e. the Z-axis of a coordinate system related to the axis of rotation of the workpiece is displaceably mounted on a slide 10, which in turn transversely thereto, i.e. is slidably mounted on the machine bed 11 in the direction of the Y axis.
  • Support 7 and slide 10 are provided in the usual way with feed drives, not shown in detail.
  • the tool drive 14 is mounted on a swivel support 13 on a base support 12, which can be advanced against the workpiece 1 in the direction of arrow x with a feed drive (not shown here).
  • the swivel support 13 can be designed such that it can be swiveled and locked, or it can also be connected to an infeed drive which causes a change in the swivel angle of the swivel support 13 with respect to the basic support 12 during operation.
  • a cylindrical drive bushing 16 is rotatably mounted in a bearing block 15, which has a Motor 17 is drivable.
  • the axis of rotation of the eccentric bushing 16 defines the central axis Z.
  • a further eccentric bushing 18 is arranged such that it can be rotated and locked, the inner bore 19 of which is arranged eccentrically to the outer circumference and defines the axis of rotation S of the tool 3 and in which a tool spindle 20 is rotatable is stored.
  • the tool spindle 20 is driven by a separate drive motor 21 via a clutch 20 ′ to compensate for the parallel offset, for example a cardan shaft, the drive motor 17 for the eccentric bushing 16 and the drive motor 21 for the tool spindle 20 is maintained via an electronic speed control in the specified speed ratio.
  • the straight-line path region 22 is correspondingly assigned to the workpiece surface to be machined, it can be seen without further notice that a path curve shown in FIG. 3 is used to move A straight groove can be machined into the workpiece, the tool 3 always running through the groove to be produced in the same direction. 3 also shows that two tools 3 can be arranged in such a path curve, so that two tools can come into engagement one after the other with a full revolution of a tool carrier. Four tools can also be used.
  • the adjacent curved corner region in addition to the rectilinear path region 22 shown in FIG. 3. This is of interest, for example, in the manufacture of gearwheels, since the front edges of the teeth can then also be produced in a correspondingly rounded manner.
  • FIG. 5 and 6 show the assignment of a movement path of the tool corresponding to the path curve 23 to the workpiece 1 for different applications, for example for the production of spur gears.
  • the phase relationship of the individual speeds to one another and the alignment of the central axis Z with the workpiece axis of rotation W must be carried out in the direction of rotation indicated by the arrows n s and n w in the manner shown in FIG.
  • ie rectilinear path region 22 defining the engagement region of the tool must be inclined with respect to the workpiece axis of rotation, so that in the event of an inclination of path region 22 determined by the superimposition of the two rotary movements n s and n w , ultimately a groove in the direction of workpiece axis W into the workpiece is incorporated.
  • 5 and 6 shows the assignment of the trajectory 23 for producing a helical spur gear.
  • 5 and 6 also show that, with a corresponding width, the rounded regions of the path curve in the corners of the polygon can also be included in the engagement region of the tool, the "diameter" D of the five-sided polygon curve then being related the predetermined workpiece width must be reduced so that the rounded corners of the polygon curve still belong to the engagement area of the tool, so that the front edges of the teeth to be manufactured are rounded.
  • Fig. 7 shows schematically according to the section in Fig. 5 a basic form for the tool formation.
  • the tool 3 shown in FIG. 7 is designed in the manner of a turning tool, so that the cutting area can be used as a cutting plate 26 due to the defined cutting angle conditions, so that the tool costs are considerably reduced and higher cutting speeds are possible.
  • the trapezoidal tool with circumferential cutting edge shown in FIG. 7 grooves are continuously inserted into the workpiece 1, which then produce the desired involute tooth flanks due to the workpiece rotation in the form of an envelope cut.
  • the tip circle of the finished gear can also be machined after the tool has been pulled out in one setting.
  • the end edge of the tooth can also be machined with a corresponding design of the length of the engagement region.
  • tooth flanks with a spherical shape can be produced. If other cross-sectional contours of the web-shaped projections to be produced are desired, after preprocessing, as described with reference to FIG. 7, in the same clamping 8a and 8b, after using a left-hand cutting tool 27 and then a right-hand cutting tool 28, the contour of the tooth flank can be produced in a practically any shape that deviates from the pure involute shape.
  • phase position of the groove pre-machined in the workpiece relative to the tool running through is changed slightly by a predetermined value in each case by means of an appropriate electronic control via a brief change in the speed of the workpiece. It is then possible, for example, to produce wheels whose teeth have a tooth flank that deviates from the involute to be produced by an envelope cut, for example a tooth flank that is circular in cross section.
  • FIG. 9 and 10 show different orientations of the tool axis of rotation S to the workpiece axis of rotation W, which also require different arrangements of the tools 3 on the associated tool carrier.
  • the alignment according to Fig. 9 has the advantage that there is only a small distance between the bearing of the tool spindle and the tool tip, so that here small deflections can be expected and thus high cutting forces can be applied.
  • FIG. 11 shows the arrangement according to FIG. Fig. 9 with an angled tool 3 1 , which is left-hand cutting.
  • a tool 3 * correspondingly angled in mirror image must then be used to machine the right flank.
  • FIG. 12 shows a tool arrangement with the aid of which grooves 29 undercut in a workpiece 1 can be machined using the method according to the invention.
  • FIG. 13 and 14 show an assignment of tool and workpiece, which shows the machining of the end face of a circular workpiece, wherein either web-shaped projections or correspondingly extending grooves can be worked in here.
  • the radial course of the grooves or webs is here determined by the speed ratios and the predetermined cycloid path.
  • FIG. 14 and 15 show the shape and assignment of the tool path to the workpiece, as are specified for the production of curved webs 32, for example on turbine wheels.
  • An ellipse 30 is expediently specified as the hypocycloid. With a given ellipse, a large number of different curvature profiles in the engagement area can be specified solely by changing the phase position and thus changing the assignment of the axes to the workpiece.
  • hypocycloids are used as the tool path, then according to the basic arrangement according to Fig. 1, the directions of rotation of the arm 4 with the length E around the axis of rotation S and the arm 5 with the length e around the axis of rotation Z in opposite directions.
  • Hypocycloids with a larger number of corners can be used to produce slightly curved profiles which change into a strong curvature, such as, for example, in the case of an airfoil profile.
  • X axis is defined by an axis perpendicular to the machine bed.
  • infeed movements can now take place in only one or in the superposition of two or three axes, depending on the workpiece to be produced.
  • These infeed movements can be carried out according to a predetermined program if the machine is equipped with appropriate CNC equipment.
  • the rotational movement of the workpiece is always superimposed on these movements and the movement of the tool in the cutting direction.
  • the workpiece can rotate at a constant speed, i.e. with a change in speed equal to zero, or with changing speeds according to a predetermined program.
  • the individual method steps described above, in particular the preliminary and final machining of the tooth flank shape via the NC program, are also to be considered as embodiments of the invention when the cycloid path becomes a circular path, for example by stopping the drive bushing 16 together with the further eccentric bushing 18 are and the tool spindle 20 is rotated.
  • the tool spindle 20 can also, in a manner known per se, directly be built in the bearing block 15 on the swivel support 13, drive bushing 16, eccentric bushing 18 and drive motor 17 being eliminated. This is technically expedient, particularly in the production of bevel gears with spiral and circular toothing.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Milling Processes (AREA)

Abstract

Die Herstellung von Werkstücken (1) mit einer kreisförmigen Grundform, die mit stegförmigen Vorsprüngen versehen ist, beispielsweise von Zahnrädern, konnte bisher nur im Abwälzfräs- oder Abwälzstossverfahren mit kostspieligen Werkzeugen erfolgen. Durch eine Überlagerung von wenigstens zwei Kreisbewegungen lässt sich ein Werkzeug (3) auf einer Zykloidenbahn führen, so dass fÜr den Eingriffsbereich mit dem drehenden Werkstück (1) praktisch jeder gewünschte Schnittlinienverlauf, auch eine gerade Schnittlinie, vorgegeben werden kann. Damit wird es möglich, mit einfachen Werkzeugformen und hochbeanspruchbaren Schneidwerkstoffen zu arbeiten, wie sie von der normalen Drehbearbeitung her bekannt sind.

Description

Bezeichnung: Verfahren zur Herstellung von runden Werk¬ stücken mit εtegförmigen Vorsprüngen, insbe¬ sondere zur Herstellung von Zahnrädern
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Werkstücken mit einer vorzugsweise kreisförmigen Grundform, die mit stegförmigen Vorsprüngen versehen ist, insbesondere zur Herstellung von Zahnrädern, bei dem wenigstens ein mit wenigstens einer Schneide versehenes Werkzeug über die zu bearbeitende Oberfläche im periodischen Eingriff geführt wird und das Werkstück mit einer an die periodische Bewe¬ gung der Werkzeugschneide angepaßten Drehzahl um die Werk¬ stückachse rotiert.
Zur industriellen Herstellung von Zahnrädern ist zum einen das kontinuierliche Wälzfräsen bekannt, bei dem das Werkzeug aus einem schneckenförmigen Wälzfräser besteht. Durch Drehung des Fräsers einerseits und daran angepaßter Drehung des Werk- Stücks um seine Werkstückachse andererseits entsteht ein in Fräsachsrichtung wanderndes Bezugsprofil. Bei der Erzeu¬ gung von Stirnrädern wird hierbei der Wälzfräser langsam quer über die Werkstückbreite verschoben. Die Herstellung und das Nachschärfen eines derartigen Wälzfräsers ist aufwen¬ dig, die Schnittgeschwindigkeiten können nicht so hoch ange¬ setzt werden, da für ein derartiges Werkzeug nur Werkzeug¬ stähle verwendbar sind.
In einem anderen Verfahren, dem sogenannten Wälzstoßen, wird als Werkzeug eine Zahnstange oder ein Zahnrad eingesetzt, dessen Stirnflächen als Schneiden ausgebildet sind. Werkzeug und Werkstück wälzen wie ein Getriebe miteinander ab. Während des Wälzens erfolgt die Schnittbewegung als Stoß- oder Hobel¬ bewegung in Richtung der Zahnlücken. Auch hier bestehen hin¬ sichtlich Herstellung und Wartung des Werkzeuges im wesent¬ lichen die gleichen Probleme wie sie beim Wälzfräsen vorhan¬ den sind. Des weiteren muß beim Wälzstoßen jeweils beim Rück- hub das Werkzeug vom Werkstück um ein geringes Maß abgesetzt werden. Bei derart hergestellten Zahnrädern müssen bei beiden Verfahren dann in weiteren Bearbeitungsschritten das Kopf¬ profil und die stirnseitigen Kanten der Zähne bearbeitet werden.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, das eine Herstel¬ lung derartiger Werkstücke, und zwar nicht nur von Zahnrädern, in einer Technik ähnlich des Drehens bzw. Schlagdrehfräsens erlaubt, aber eine einfachere Werkzeuggestaltung und höhere Bearbeitungsgeschwindigkeit erlaubt und eine weitgehende Freiheit in der Gestaltung der Stegflanken ermöglicht.
Diese Aufgabe wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren da- durch gelöst, daß das Werkzeug mit seiner Schneide um eine
Zentralachse mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit umlaufend auf einer Zykloidenbahn geführt wird und daß die Werkstück¬ achse einerseits und die Zentralachse des Werkzeuges anderer¬ seits unter einem Winkel und mit Abstand zueinander verlaufend ausgerichtet sind und daß die zu erzeugende Querschnittskon¬ tur des Steges durch eine Überlagerung einer Zustellbewegung des Werkzeugs gegen das Werkstück in wenigstens einer Zustell- achse und der Drehbewegung mit einer vorgebbaren Änderung der Drehzahl des Werkstücks erzeugt wird. Da für die Bewegung der Werkzeugschneide im Raum eine Zykloidenbahn vorgebbar ist, bestehen nun große Variationsmöglichkeiten, da über die Auswahl der in Schnittrichtung des Werkzeugs verlaufenden Zykloidenbahn der Verlauf des zu erzeugenden stegför igen Vorsprungs in Verbindung mit der überlagerten Drehbewegung festlegbar ist. In der einfachsten Arbeitsweise ist die Ände¬ rung der Drehzahl der Drehbewegung des Werkstücks gleich Null, so daß eine durch das Schneidenprofil des Werkzeugs einerseits und die Überlagerung der Bewegungen von Werkstück und Werkzeug andererseits vorgegebene Nut eingearbeitet wird. Der Vorteil gegenüber dem Abwälzstoßen besteht hierbei darin, daß das Werkzeug auf einer in sich geschlossenen Bahnkurve geführt wird und dabei nicht durch die zu erzeugende Nut zurückgeführt werden muß bzw. vom Werkstück für den Rückholhub abgesetzt werden muß. Bei entsprechender Bemessung des "Durch¬ messers" der Zykloidenbahn ist es mit diesem Verfahren ferner möglich, auch mehrere Werkzeuge vorzusehen, die auf der glei- chen Zykloidenbahn umlaufend nacheinander am Werkstück zum Eingriff kommen. So lassen sich beispielsweise durch die Vorgabe einer ellipsenförmigen Zykloidenbahn einfach geformte Schaufelräder für Axialturbinen herstellen oder an vorgefertig¬ ten Rohlingen nachbearbeiten. Dadurch, daß über eine entspre- chende Steuerung die Drehzahl des Werkstücks veränderbar ist und darüber hinaus in Abhängigkeit von der Zustellbewegung auch die Winkellage der Werkstückdrehachse einerseits zur Zentralachse des Werkzeugs andererseits während des Betriebes verstellt werden kann, ist es darüber hinaus möglich, auch verwundene Schaufeln zu bearbeiten. Da das Verfahren auch während des Betriebes eine unabhängige Veränderung der Dreh- zahlverhältnisse zueinander erlaubt, insbesondere eine Verän¬ derung der Drehzahl des Werkstücks bei konstanter Drehzahl des Werkzeugs, lassen sich in weiten Bereichen beliebige Querschnittskonturen des zu erzeugenden stegförmigen Vor¬ sprungs herstellen. Dies ist insbesondere für den Einsatz des Verfahrens zur Herstellung von Zahnrädern von Bedeutung. Mit einem entsprechend geformten, vorzugsweise trapezförmig geformten Werkzeug kann zunächst, wie vorstehend bereits angegeben, eine Nut eingestochen werden. Nach dem Einstechen wird der Drehbewegung des Werkstücks eine leichte Drehzahlver¬ änderung überlagert. Diese sogenannte "Differentialdrehung" bewirkt ein zusätzliches Abwälzen der Werkzeugschneide an der Zahnflanke. Es entsteht ein Hüllschnitt, der über den gesamten Verlauf der Zahnflanke die gewünschte Evolventenform ergibt. Mit den heute üblichen Möglichkeiten einer CNC können hier jedoch zusätzliche Korrekturen vorgenommen werden. An- stelle der Differentialdrehung des Werkstücks kann auch eine langsame tangentiale Relativbewegung in Y-Richtung überlagert werden. Eine Kombination beider Bewegungen ist ebenfalls möglich.
Wird z.B. für die Fertigbearbeitung eines wie bereits beschrie¬ ben vorbearbeiteten Zahnrades kein Formwerkzeug sondern ein "normales Drehwerkzeug" eingesetzt, dann kann die Zahnflanken¬ kontur direkt über das NC-Programm mit fast beliebigen Werten vorgegeben werden. Dieser Effekt wird durch eine in Abhängig- keit von der radialen Zustellung gesteuerte Differentialdre¬ hung des Werkstücks und/oder eine Bewegung der Y-Richtung erreicht. Zahnflankenkorrekturen, wie sie heute für hochbela¬ stete Getriebe vorgenommen werden, sind bisher nur durch Zahnflankenschleif- oder -schabmaschinen herstellbar. Erfolgt die Fertigbearbeitung nach dieser Methode, so kann für die Vorbearbeitung auch ein "normales" Stechwerkzeug, das seit¬ lich hinterschliffen ist, eingesetzt werden. Gegen+ber dem trapezförmigen Werkzeug werden hier höhere Schnittwerte er¬ reicht. Die Fertigungsmöglichkeiten sind nicht nur bei der Herstellung von Zahnrädern anwendbar. Eine zusätzliche
Variationsmδglichkeit ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren jedoch dadurch gegeben, daß der Verlauf des zur erzeugenden stegförmigen Vorsprungs in Schnittrichtung des Werkzeugs durch die Wahl der Zykloidenbahn vorgegeben wird. So können bei dem vorerwähnten Beispiel von Turbinenschaufeln nicht nur in bezug auf die Drehachse des Werkstücks geneigt verlau¬ fende Schaufeln sondern in Axialrichtung gesehen auch gekrümm¬ te Konturen hergestellt werden. Bei dem vorerwähnten Beispiel zur Herstellung von Zahnrädern ist es ebenso möglich, nicht nur in Schnittrichtung gerade verlaufende Zahnflanken sondern auch leicht ballige Zahnflanken zu erzeugen, wie sie heute für hochbelastete geräuscharme Getriebe eingesetzt werden und in einem Arbeitsgang die Stirnseiten der Zähne bzw. die Zahnkanten zu bearbeiten, beispielsweise abgerundete oder angefaste Zahnkanten herzustellen und in einem Arbeitsgang die Stirnseiten der Zähne zu bearbeiten, beispielsweise abge¬ rundete Einlaufkanten herzustellen. Auch der Zahnkopf läßt sich in einer Aufspannung durch entsprechende Veränderungen bei der Zustellung und der Drehzahl bearbeiten.
Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteh darin, daß für die Fertigbearbeitung anstelle eines Formwerk- zeugs lediglich ein Werkzeug nach Art eines Drehmeißels ein¬ gesetzt werden kann. Das Werkzeug kann entsprechend dem Ein¬ satzfall eine Profilschneide oder auch eine Spitzschneide aufweisen. Das bedeutet aber auch, daß für das Werkzeug, anders als bei den zum Stande der Te'chnik gehörenden Wälzfrä- sern und Stoßwerkzeugen, hochfeste Schneidwerkstoffe, auch in Form von Schneidplatten, eingesetzt werden können, bei¬ spielsweise Hartmetall oder Schneidkeramik, die wiederum sehr hohe Schnittgeschwindigkeiten erlauben, so daß insgesamt kürzere Herstellungszeiten möglich und die Kosten für Herstel lung und Wartung der Werkzeuge reduziert sind. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß eine derartige Maschine in Verbindung mit einer entsprechen¬ den üblichen programmierbaren elektronischen Steuerung für die Zustellung, die Drehzahleinstellung und Drehzahlverände¬ rung aber auch für die .Beeinflussung der Zykloidenbahn, für vielfältige Aufgaben einsetzbar ist und nicht auf die Her¬ stellung eines Werkstücktyps, beispielsweise die Herstellung von Zahnrädern, beschränkt ist.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Zykloidenbahn dadurch erzeugt wird, daß das Werkzeug auf einer Kreisbahn mit vorzugsweise konstanter Drehzahl nΞ geführt wird, deren Drehachse um wenigstens eine weitere
Achse, vorzugsweise die Zentralachse, vorzugsweise mit kon¬ stanter Drehzahl ne rotiert, wobei die Drehrichtung beider Kreisbahnen zueinander und das Verhältnis der Drehzahl ns des Werkzeugs um seine Drehachse zur Drehzahl ne der Dreh¬ achse um die weitere Achse durch die vorgegebene Form der Zykloidenbahn bestimmt ist. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine einfache Festlegung der gewünschten Zykloiden¬ bahn durch die Überlagerung von zwei Kreisbewegungen und hat den Vorteil, daß die jeweils au*f ihren Kreisbahnen sich bewegenden Bauteile in bezug auf ihre Eigenrotation ausge¬ wuchtet werden können, so daß hier praktisch ein wuchtfreier Betrieb möglich ist und dementsprechend hohe Drehzahlen vor¬ gegeben werden können. Durch die Überlagerung von nur zwei Kreisbewegungen lassen sich bereits eine Vielzahl von einfa¬ chen Zykloidenbahnen erzeugen, mit denen sich gängige Ver¬ läufe der zu erzeugenden Eingriffskurve der Schneide, wie sie beispielsweise für Zahnräder oder Turbinenschaufeln er¬ forderlich sind, darstellen lassen. Bei der Überlagerung von drei Bewegungen, d.h. wenn zwischen die Drehachse des Werkzeuges und die ortsfeste Zentralach.se eine weitere Dreh¬ achse zwischengeschaltet wird, lassen sich Zykloidenbahnen höherer Ordnungen darstellen. Außer vom Verhältnis der Dreh¬ zahlen zueinander wird die Form der Zykloidenbahn jeweils durch den Radius der jeweiligen Kreisbahn der zu überlagern¬ den Kreisbewegungen beeinflußt, so daß durch Variationen des Verhältnisses der Drehradien und der Drehzahlen bzw. der -Drehrichtungen zueinander ein weiter Auswahlbereich be¬ steht. Aufgrund der vorgegebenen mathematischen Gesetzmäßig¬ keiten für Zykloiden lassen sich die Zykloidenbahnen in ihrer Grundform vorbestimmen, Anpassungen in Teilbereichen lassen sich über Rechnersimulationen ohne weiteres festlegen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorge¬ sehen, daß durch eine gegenläufige Bewegungsrichtung von Werkzeug einerseits und seiner Drehachse um die Zentralachse andererseits, die Zykloidenbahn als Hypozykloide vorgegeben wird. Bereits durch die Überlagerung von zwei Drehbewegungen lassen sich hiermit eine Vielzahl, für die praktische Anwen¬ dung interessanter Eingriffsbahnen für das Werkzeug am Werk¬ stück darstellen. So lassen sich beispielsweise mit einer elliptischen Zykloidenbahn einfache Turbinenschaufeln bear¬ beiten. Die gekrümmte Werkzeugbahnkurve ergibt in der Über¬ lagerung mit dem sich drehenden Werkzeug eine Schnittkurve höherer Ordnung. Obwohl das Problem sich vom Ansatz her 3- dimensional darstellt, kann die Ermittlung der momentanen Schnittkurve für viele Anwendungsfälle im 2-dimensionalen
Koordinatensystem erfolgen, wenn die Werkzeugbahnkurve eine relativ geringe Krümmung und/oder Steigung aufweist.
Die vektorielle Darstellung im Rechner ergibt ein 3-Zeiger- System, das aus den beiden rotierenden Zeigern e und E und einem an E angehängten nicht rotierenden, in seinem Betrag von 0 bis zu einem Maximalwert regelmäßig oszillierenden Zeiger R gebildet wird. Der Maximalwert des Zeigers R ergibt sich aus dem Umfang des Werkstücks, der Eingriffslänge des Werkzeugs am Werkstück und der Drehfrequenz des Werkstücks. Beim Eintritt des Werkzeugs in das Werkstück ist der Betrag von R = 0 und erreicht am Austritt sein Maximum. Der Zeiger weist in Umfangsrichtung entsprechend der Drehrichtung des Werkstücks. Die Oszillationsfrequenz des Zeigers R ergibt sich aus der Anzahl der Stege. Das Tastverhältnis der Frequenz wird durch das Verhältnis von Eingriffszeit und Leerlaufzeit bestimmt. Krümmung und Steigung der tatsächlichen Schnittkurve können so ermittelt werden, und die Werkzeugbahnkurve kann um die entsprechenden Werte korrigiert werden. Für starke Krümmungen und/oder Steigungen der Bahnkurve muß der Zeiger R in an sich bekannter Weise als Raumzeiger angenommen werden, um die momentane Schnittkurve zu ermitteln.
Durch die vielseitigen Variationsmöglichkeiten des Verfahrens können nicht nur einfache Turbinenschaufeln mit parallelem Verlauf von Unter- und Oberseite hergestellt werden sondern auch Schaufeln mit unterschiedlicher Krümmung an Ober- und Unterseite. Das Profil kann so als Tragflügelprofil ausgebil¬ det werden.
Ein beidseitig konvexes Profil, wie es zum Beispiel für Stabi¬ lisierungsflügel an Flugkörpern eingesetzt wird oder ein beidseitig konkaves Profil, ist ebenfalls herstellbar.
Die Variation von Krümmung und Steigung kann im einfachsten Fall durch eine relative Verschiebung von Werkstück und Werk¬ zeug in der Y/Z-Ebene erreicht werden, indem am Werkstück andere Bereiche der Werkzeugbahnkurve im Eingriff sind. Die Steigung der Werkzeugbahn kann durch eine überlagerte
Verdrehung der Phasenlage von Werkzeug- und Exzenterachse auch im laufenden Betrieb auch während der Bearbeitung ver¬ stellt werden.
Reichen diese Variationsmδglichkeiten nicht aus, so können durch Verstellung allerSystemparameter, wie z.B.. e und E fast beliebige Formen erreicht werden.
Die überlagerte Verdrehung der Phasenlage von Werkzeug- und Exzenterachse ermöglicht auch die Herstellung verwundener Schaufel- und Flügelprofile. Durch den Einsatz einer CNC ist es möglich, in Abhängigkeit von der radialen Zustellung des Werkzeuges die Werkzeugbahn im Raum zu verdrehen, so daß ein in sich verdrehtes Profil, das auch hinterschnitten sein kann, entsteht. Während der radialen Zustellung kann auch die Krümmung der Bahn verändert werden.
Weist ein Werkstück nur relativ wenige Stege, z.B'. nur drei oder vier oder auch nur einen Steg auf, dann kann durch mehre¬ re radiale Einstiche und entsprechend überlagerter Werkstück¬ drehung das Material abgedreht werden. Eine beliebige Schnitt¬ aufteilung durch Radial- und überlagerten Rundvorschub ist möglich. Durch diese Bearbeitung ist es auch möglich, Stegen und/oder Nuten eine auf dem Umfang verlaufende Kontur zu geben. In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß für die Zykloidenbahn eine Hypozykloide mit wenigstens einem im wesentlichen geradlinigen Bahnbereich ausgewählt wird. Derartige Hypozykloiden sind insbesondere für die Zahnradfertigung von Bedeutung. In beson¬ derer Ausgestaltung der Erfindung ist hierbei eine polygonför- mige Hypozykloide mit ungerader Eckenzahl, vorzugsweise mit fünf Ecken, vorgesehen. Eine derartige polygonförmige Hypo¬ zykloide ist im wesentlichen drehsymmetrisch in bezug auf die Zentralachse, so daß die auf dieser Bahnkurve sich bewe¬ gende Werkzeugschneide in bezug auf die Zentralachse ebenfalls im wesentlichen eine Rotationsbewegung ausführt, so daß hier im Hinblick auf die zulässige Schnittgeschwindigkeit einer¬ seits und die für die Erzeugung der Bahnkurve erforderlichen Drehzahlverhältnisse der zu überlagernden Drehbewegungen andererseits, für den in einem im wesentlichen geradlinig verlaufenden Bahnbereich liegenden Eingriffsbereich der Werk¬ zeugschneide nur geringfügige Änderungen in der Schnittge¬ schwindigkeit und den Schnittwinkeln auftreten. Ein besonde¬ rer Vorteil besteht insbesondere bei einer Hypozykloide mit fünf Ecken darin, daß auf der gleichen Zykloidenbahn, jedoch im wesentlichen einander gegenüberliegend, zwei Werkzeuge angebracht werden können, so daß bei einer Umdrehung jeweils zwei Werkzeuge zum Eingriff gelangen. Sind die Werkze.uge im wesentlichen um 90° versetzt, können bis zu vier Werkzeuge angebracht werden, so daß bei einer Umdrehung der Werkzeug¬ spindel jeweils vier Werkzeuge zum eingriff gelangen.
Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, daß bei einer Hypozy¬ kloide mit fünf Ecken zur Erzeugung eines im wesentlichen geradlinig verlaufenden Bahnbereichs des Grundverhältnis V des Radius e des Bewegungskreises der Mittelachse um die Zentralachse zum Radius E des Bewegungskreises der Werkzeug¬ schneide um ihre Drehachse V = e : E = 0,066 beträgt. Bei Einhaltung dieses Verhältnisses läßt sich jeweils durch Vor¬ gabe der Länge von e und E die Länge des geradlinigen Bahnbe- reichs vorgeben. Für einen geradlinigen Bahnbereich von etwa 40 mm Länge ist hier bei einer fünfeckigen Hypozykloide e = etwa 3,95 mm und E = etwa 60 mm vorzugeben. Gelangt nur ein relativ kleiner Teilbereich des im wesentlichen geraden Teilstücks der Zykloide mit dem Werkstück in Eingriff, so kann die ungleichförmige Bahngeschwindigkeit des Werkzeuges vernachlässigt werden. Soll jedoch aus Gründen der höheren Wirtschaftlichkeit ein größeres Teilstück der Zykloide am Werkstück zum Eingriff gebracht werden, so kann der Einfluß der Bahngeschwindigkeitsänderung, der zu einer gebogenen
Stegflanke führt, durch eine Veränderung von V = e: E ent¬ sprechend kompensiert werden, so daß durch Verwendung einer leicht gebogenen Werkzeugbahn am Werkstück wieder eine im wesentlichen gerade Stegflanke entsteht.
In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ferner vorgesehen, daß bei einer im wesentlichen durch die zulässige Schnittgeschwindigkeit der Werkzeugschneide vorgegebenen Drehzahl ns die Werkzeugschneide um ihre Drehachse die Dreh- zahl dieser Drehachse um die Zentralachse den Wert ne = ns • (i + 1) für eine Epizykloide oder ne = ns * - (i - 1) für eine Hypozykloide aufweist und daß die Werkstückdrehzahl nw = ns * z beträgt, wobei z die Zahl der zu erzeugenden stegförmigen Vorsprünge ist. Der Faktor i entspricht der Eckenzahl des "Polygons".
Wird die Werkstückdrehachse beim Einsatz mehrerer Werkzeuge nach dieser Regel gewählt, so schneidet jedes Werkzeug seine eigene Nut. Wird die Werkstückdrehzahl -entsprechend angepaßt, schneidet jedes Werkzeug letztlich jede Nut, so daß durch unterschiedliche Form der Werkzeuge an einem Werkzeugträger in einem Arbeitsgang unterschiedliche Nuten bzw. Stege erzeugt werden können.
Schneiden sich die Werkstückdrehachse und die Zentralachse nicht unter einem rechten Winkel, so ist die Herstellung von kegelförmigen Stegen, wie sie beispielsweise bei Kegel- und TellerZahnrädern Anwendung finden, möglich. Die Stegform kann hierbei durch die Variationsbreite der Werkzeugbahn für den jeweiligen Einsatz optimiert werden. Gerade-, schräg-, kreisbogen- und spiralverzahnte Räder können mit der gleichen Maschine hergestellt werden.
Die Fertigungsmethoden, wie sie für die Herstellung von Stirn¬ zahnrädern dargelegt wurden, finden auch hier entsprechende Anwendung.
Die Herstellung von radialen bzw. diagonalen Schaufel- und Flügelprofilen ist bei entsprechender Anwendung der Regeln, wie sie für Axialschaufel- und -flügelprofile angegeben sind, ebenfalls möglich.
Für alle bisher beschriebenen Anwendungen des Verfahrens wurde angenommen, daß sich die Werkzeugbahn insgesamt im wesentlichen rechtwinklig zur Werkzeugzustellung in X-Richtung und mit ihrem Eingriffsbereich im Werkstück im wesentlichen in Höhe der Werkstückdrehachse befindet. Es ist für eine Vielzahl von Zykloidenformen grundsätzlich möglich, die Werk¬ zeugbahn in jedem ihrer Bereiche mit dem Werkstück in Ein¬ griff zu bringen. Die in Y-Richtung gesehenen oberen und unteren Bereiche finden für die z.Z. technisch wichtigen Anwendungsfälle besondere Anwendung.
Durch Verfahren der Y-Achse außer Eingriff ist es z.B. mög¬ lich, ohne Drehrichtungswechsel im laufenden Betrieb die Schnittrichtung des Werkzeugs am Werkstück ohne Werkzeugwech¬ sel umzukehren, indem einmal der obere und zum anderen der untere Bereich der Zykloide in Eingriff gebracht wird. Die Herstellung von Nuten mit gegenläufiger Steigung, wie sie z.B. für Gleichlaufgelenke benötigt werden, kann so bewerk¬ stelligt werden.
Darüber hinaus kann durch Verstellung der Y-Achse die Werk¬ zeugbahn relativ zum Werkstück so verschoben werden, daß sie an beliebigen Stellen am Umfang des Werkstücks in Ein¬ griff gebracht werden kann. Befindet sich die Werkzeugbahn nach obiger Definition unter- oder oberhalb der Werkstückdrehachse, dann können auch radial hinterschnittene Nuten und Stege erzeugt werden. Voraussetzung hierfür ist ein Werkzeug, daß in Vorschubrichtung freigestellt ist. Eine wechselweise Verschiebung der Werkzeugbahn über und unter die Werkstückdrehachse ergibt beidseitig hinterschnit¬ tene Stege und Nuten.
Werden Werkzeugbahn und Werkstück relativ zueinander soweit verschoben, daß die Werkzeugbahn gegenüber der Ausgangspo¬ sition um ca. +/- 90° verschoben ist, so ergeben sich neue Variationsmöglichkeiten.
Waren bisher die Hauptvorschubrichtung, die X-Achse und die Werkzeuge entsprechend angeordnet, so wird jetzt die Y-Achse zur Hauptvorschubrichtung und die Werkzeuge werden im wesent¬ lichen radial zur Werkzeugdrehachse angeordnet.
Nachteilig ist hier die relativ große Kragarmlänge des Werk- zeughalters und die Schnittwinkeländerungen an der Haupt¬ schneide, wobei sich für die bisher beschriebenen Methoden nur Schnittwinkeländerungen an der Nebenschneide ergeben. Einsetzbar ist diese Methode z.B. zur Herstellung von langen Zahnprofilwellen und zur Herstellung von Schneckenrädern.
Die vielfältigen Variationsmöglichkeiten von Werkzeugbahn, Anordnung der Achsen, Zustellmöglichkeiten und Drehzahlver¬ hältnissen ermöglichen z.B. auch die Herstellung von Gewinden und Spiralen. Die Werkzeugbewegung wird hier als schnelle Vorschubbewegung genutzt, so daß auch hier gegenüber den bisherigen Methoden höhere Schnittgeschwindigkeiten und somit eine wirtschaftlichere Fertigung möglich werden.
So ist z.B. auch die Herstellung von Planspiralen möglich, wie sie z.B. für Kompressoren eingesetzt werden. Ein Plan¬ stechwerkzeug wird durch die entsprechende Zykloidenbahn radial geführt, wobei das Werkzeug entgegen der Drehrichtung des Werkstücks in Umfangsrichtung des Werkstücks schneidet. Der Abhub bzw. Einhub des Werkzeugs in die freigedrehte Werk¬ stückmitte erfolgt durch die Zykloidenbahn automatisch. Die Steigung der Spirale kann durch periodische Variation der Drehgeschwindigkeit einer oder mehrerer Drehachsen im Verlauf der Spirale verändert werden. Die Herstellung von Axialgewin¬ den erfolgt entsprechend.
Die Anordnung der Vorschubachsen in Beziehung zu den Drehach¬ sen ist nur beispielhaft dargestellt. Jede andere Achsenzuord- nung ist ebenfalls möglich. Es können für Spezialaufgaben einzelne Achsen, wie z.B. die Y-Achse oder die Schwenkachse, entfallen.
Die Winkelgeschwindigkeit der Drehachsen während eines Umlaufs ist vorzugsweise konstant, wobei die überlagerten Differenti¬ aldrehungen als Vorschubbewegungen relativ langsam sind. Grunddrehung plus Differentialdrehung werden per Definition als konstante Winkelgeschwindigkeit während eines Umlaufs angenommen.
Wie bereits am Beispiel der Planspirale gezeigt, kann durch Veränderung der Winkelgeschwindigkeit während eines Umlaufs einer oder mehrerer Achsen die Variationsvielfalt des Ver¬ fahrens vergrößert werden. Diese Veränderung erfolgt auf elektronischem oder mechanischem Wege ind bereits bekannter Weise.
Neben den bisher dargestellten Einsatzmδglichkeiten, welche als Abwälz erfahren einzuordnen sind, ist selbstverständlich auch ein Teilverfahren möglich, wie es z.B. auch bei
Kegelradwälzfräsmaschinen Verwendung findet. In diesem Fall wird eine Nut nach der anderen bearbeitet und das Werkstück steht während der Bearbeitung still und wird in Bearbeitungs¬ pausen weitergetaktet. Die drei Drehachsen in Verbindung mit den drei Linear- und einer Schwenkachse ermöglichen über die verfahrensmäßigen Fertigungsmethoden hinaus eine sehr vielseitige konventio¬ nelle Bearbeitung.
Werden Werkzeug- und Exzenterachse geklemmt oder über die elektronische Lageregelung stillgesetzt und nur die Werkstück- achse gedreht, kann normal gedreht werden. Die Werkzeughöhe kann gegenüber dem Werkstück durch Verdrehen , oder wenn vorhanden, über die Y-Achse, eingestellt werden.
Die Werkzeugspindel kann ebenfalls für Bohr- und Fräsarbeiten eingesetzt werden. Durch Drehen der Schwenkachse können radia¬ le, axiale und schräge Bohrungen und Einfräsungen durchgeführt werden. Dies kann bei -stillstehender oder im sogenannten C-Achsbetrieb rotierender Werkstückspindel erfolgen. Die Lage der Bohrer- oder Fräsachse kann in ihrer "Höhe" zur
Werkstückdrehachse durch die Y-Achse oder, wenn nicht vorhan¬ den, in begrenztem Umfang durch Verdrehen der Exzenterachse verschoben werden.
Für die Werkzeugverstellung im laufenden Betrieb kann in an sich bekannter Weise ein rotierender Planschieberkopf verwendet werden, um z.B. die Zykloidenbahn im laufenden Betrieb zu verändern.
Für Werkstoffe, die hohe Schnittgeschwindigkeiten erfordern und/oder für kleine Werkstückdurchmesser, können Werkstück- und Werkzeugspindel achsparallel und konzentrisch zueinander angeordnet werden. Drehen Werkzeug und Werkstückspindel gegenläufig, so ergibt sich die Summe der beiden Drehzahlen als resultierende Drehzahl. Die radiale Zustellung erfolgt über den Planschieberkopf. Die Herstellung von Gewinden und Schnecken ist durch den
Einsatz von Werkstück--und Werkzeugspindel als Wirbelvcrrich- tung in an sich bekannter Weise möglich.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der
Funktionselemente zur Durchführung des Verfahrens,
Fig. 2 schematisch den Aufbau einer Vorrichtung in der Zuordnung der Funktionselemen*εe,
Fig. 3 eine bevorzugte Bahnkurve zur Führung des
Werkzeugs,
Fig. 4 Variationsmöglichkeiten der Bahnkurve nach
Fig. 3,
Fig. 5 die Ausrichtung der Bahnkurve in bezug auf das Werkzeug zur Herstellung achs¬ paralleler Vorsprünge,
Fig. 6 die Zuordnung der Bahnkurve für die Her¬ stellung eines Werkstücks mit schräg zur Werkstuckacb.se verlaufenden Vorsprüngen,
Fig. 7 einen Teilschnitt gem. der Linie VII-VII in Fig. 5 mit einem Formwerkzeug,
Fig. 8 einen Teilschnitt gem. der Linie VII-VII in Fig. 5 mit einem Spitzwerkzeug,
Fig. 9 und 10 unterschiedliche Ausrichtungen der Zentral¬ achse des Werkzeugs zur Werkstückachse, Fig. 11 und 12 unterschiedliche Ausrichtung des Werkzeugs zum Werkstück,
Fig. 13 und 14 die Zuordnung des Werkzeugs zur Erzeugung von stegförmigen Vorsprüngen auf der Werk¬ stückstirnseite,
Fig. 15 und 16 die Form und Ausrichtung der Bahn zur Her¬ stellung von Schaufelkränzen.
Wie die perspektivische Darstellung gem. Fig. 1 erkennen läßt, ist ein Werkstück 1 um die Werkstückdrehachse W mit der Drehzahl nw rotierbar gelagert. Aus dem Werkstückrohling soll ein Werkstück mit stegförmigen VorSprüngen hergestellt werden, beispielweise ein Stirnzahnrad. Dies geschieht dadurch, daß in die Umfangsfläche des Werkstücks 1 entsprechende Nuten 2 eingearbeitet werden. Dies geschieht mit Hilfe eines Werkzeuges 3, das an einem Arm 4 befestigt ist, der um seine Drehachse S mit der Drehzahl ns in der angegebenen Drehrich¬ tung umläuft. Die Drehachse S des Werkzeugs 3 ist hierbei an einem Arm 5 gelagert, der um eine Zentralachse Z mit der Drehzahl ne gegenläufig zum Arm 4 umläuft. Die Länge E des Armes 4 einerseits und die Länge e des Armes 5 andererseits ist jeweils einstellbar, so daß durch Veränderung des Verhält¬ nisses von e zu E einerseits und entsprechende Vorgabe des Verhältnisses der Drehzahl ns zu ne die Form der Zykloiden¬ bahn vorgegeben werden kann. Bei der in Fig. 1 angegebenen gegenläufigen Drehrichtung von ns und ne ergibt sich eine Hypozykloide. Bei gleichsinniger Drehung ergibt sich eine Epizykloide. Durch die Zustellung, d.h. den Vorschub der Zentralachse Z in Richtung des Pfeiles x gegen das Werkzeug 1 erfolgt dann die Einarbeitung der Nut 2.
Das Verhältnis der Drehzahl ns des Werkzeugs 3 zur Drehzahl nw des Werkstücks 1 ist durch die Zahl z der zu erzeugenden stegförmigen Vorsprünge festgelegt. Die Drehzahlen werden durch die zulässige Schnittgeschwindig¬ keit des für das Werkzeug 3 verwendeten Schneidwerkstoffs bestimmt. Bei der Vorgabe der Drehzahl ns ist hierbei die sich aus der Überlagerung der Drehzahlen ns und ne einerseits und der Längenverhältnisse der Arme 4 und 5 ergebende Maximal- geschwindigkeit der Werkzeugschneide zu berücksichtigen.
Fig. 2 zeigt in einer εchematischen Darstellung eine Vorrich¬ tung, aus der die Anordnung der einzelnen Funktionselemente zueinander, ihre Verstellbarkeit zueinander und die Antriebs¬ anordnung ersichtlich ist.
Das Werkstück 1 ist hierbei in einem Spannfutter 6 gehalten, das um die Werkstückdrehachse W in einem Support 7 drehbar und über einen Motor 8 antreibbar gelagert ist. Eine Abstüt- zung durch einen Reitstock oder einen Setzstock ist ohne weiteres möglich. Der Support 7 ist hierbei in Richtung des Doppelpfeiles 9, d.h. der Z-Achse eines auf die Drehachse des Werkstücks bezogenen Koordinatensystems auf einem Schlit- ten 10 verschiebbar gelagert, der seinerseits quer dazu, d.h. in Richtung der Y-Achse, auf dem Maschinenbett 11 ver¬ schiebbar gelagert ist. Support 7 und Schlitten 10 sind hier¬ bei in üblicher Weise mit nicht näher dargestellten Vorschub¬ antrieben versehen.
Am Maschinenbett ist auf einem Grundsupport 12, der mit einem hier nicht näher dargestellten Zustellantrieb in Richtung des Pfeiles x gegen das Werkstück 1 zustellbar ist, auf einem Schwenksupport 13 der Werkzeugantrieb 14 gelagert. Der Schwenk- support 13 kann hierbei verschwenk- und arretierbar ausgebil¬ det sein oder aber auch mit einem Zustellantrieb verbunden sein, der während des Betriebes eine Änderung des Schwenkwin¬ kels des Schwenksupportes 13 gegenüber dem Grundsupport 12 bewirkt.
Auf dem Schwenksupport ist in einem Lagerbock 15 eine zylin¬ drische Antriebsbuch.se 16 drehbar gelagert, die über einen Motor 17 antreibbar ist. Die Drehachse der Exzenterbuchse 16 definiert hierbei die Zentralachse Z.
In der exzentrisch zur Zentralachse Z angeordneten Innenboh- 5 rung der Exzenterbuchse 16 ist hierbei eine weitere Exzenter- buchse 18 dreh- und feststellbar angeordnet, deren exzentrisch zum Außenumfang angeordnete Innenbohrung 19 die- Drehachse S des Werkzeuges 3 definiert und in der eine Werkzeugspindel 20 drehbar gelagert ist. Durch Verdrehen der Exzenterbuchse 18 0 gegenüber der Exzenterbuchse 16 kann somit die Exzentrizität e der Drehachse S des Werkzeugs in bezug auf die Zentralachse Z eingestellt werden. Diese Exzentrizität e definiert den in Fig. 1 angegebenen Arm 5. Die Drehachse Z ist aus Gründen der Übersichtlichkeit der Darstellung weggelassen. Der Ab-
- •-• stand E des Werkzeuges 3 von der Drehachse S entspricht dem
Arm 4 in der schematischen Darstellung gem. Fig. 1.
Die Werkzeugspindel 20 wird bei dem dargestellten Ausführungs- beispiel über eine Kupplung 20 ' zum Ausgleich des Parallelver- 20 satzes, beispielsweise eine Gelenkwelle, durch einen eigenen Antriebsmotor 21 angetrieben, wobei der Antriebsmotor 17 für die Exzenterbuchse 16 und der Antriebsmotor 21 für die Werkzeugspindel 20 über eine elektronische Drehzahlsteuerung im vorgegebenen Drehzahlverhältnis eingehalten wird. Anstelle
25 einer elektronischen Steuerung ist es aber auch möglich, mit nur einem Antriebsmotor und einem entsprechenden Getriebe zu arbeiten. Die Verwendung von zwei Antriebsmotoren mit elektronischer Steuerung erlaubt jedoch nicht nur die Ein¬ stellung jedes gewünschten Drehzahlverhältnisses sondern
30 auch eine Veränderung der Drehzahlverhältnisse während des Betriebes, wenn dies aufgrund der Form des zu erzeugenden stegförmigen Vorsprungs am Werkstück 1 erforderlich ist.
über die genannte elektronische Steuerung wird ferner das "--■5 vorgegebene Drehzahlverhältnis zum Antriebsmotor 8 der Werk- stückaufnähme 6 eingehalten. Da derartige elektronische Steu¬ erungen sehr genau arbeiten und sich die erforderlichen Dreh- Zahlverhältnisse sehr genau einstellen lassen, ist es bei¬ spielsweise möglich, Zähnräder praktisch ohne Teilungsfehler zu erzeugen.
Aufgrund der anhand von Fig. 1 beschriebenen Überlagerungsmög¬ lichkeiten der verschiedenen Drehzahlen und Drehrichtungen sowie durch die Möglichkeit der Vorgabe des Exz*entrizitäts- verhältnisses e/E besteht nun die Möglichkeit, bei gegenläu¬ figer Drehbewegung des Armes 4 und des Armes 5 eine Hypozy- kloide zu erzeugen, die, wie in Fig. 3 dargestellt, einem fünfeckigen Polygon entspricht. Bei entsprechender Vorgabe des Verhältnisses e/E läßt sich nun diese Hypozykloide so bemessen, daß sie jeweils fünf im wesentlichen gerade Bahn¬ bereiche 22 aufweist. So ist beispielsweise für ein Stirn- zahnrad mit gerader Zahnflanke, die eine Länge von etwa 40 mm haben soll, die Exzentrizität e, die sich aus der Einstel¬ lung der Exzenterbuchsen 16 und 18 zueinander ergibt, mit 3,95 mm vorgegeben und die Exzentrizität E, d.h. der Abstand der Schneide von der Werkzeugdrehachse S mit 60 mm vorgegeben, so daß sich ein Verhältnis V = e/E = 0,066 ergibt. Ordnet man nun, wie nachstehend noch näher erläutert werden wird, den geradlinigen Bahnbereich 22 in entsprechender Weise der zu bearbeitenden Werkεtückoberfläche zu, dann ist ohne weite¬ res zu erkennen, daß mit Hilfe eines auf der in Fig. 3 darge- stellten Bahnkurve sich bewegenden Werkzeugs in das Werkstück eine geradlinig verlaufende Nut eingearbeitet werden kann, wobei das Werkzeug 3 immer in gleicher Richtung die zu erzeu¬ gende Nut durchläuft. Fig. 3 läßt auch erkennen, daß bei einer derartigen Bahnkurve zwei Werkzeuge 3 angeordnet werden können, so daß bei einer vollen Umdrehung eines Werkzeugträ¬ gers zwei Werkzeuge nacheinander in Eingriff kommen können. Es können auch vier Werkzeuge eingesetzt werden.
Fig. 4 zeigt ausgehend von der in Fig. 3 dargestellten Bahn- kurve 23 das durch Veränderungen des Wertes V = e/E = 0,066 der geradlinige Bahnbereich 22 in einen zunehmend konkav verlaufenden Bahnbereich 24 und bei einer Reduzierung des Wertes V in einem zunehmend konvexen Bahnbereich 25 verformt werden kann. Bei der Festlegung der tatsächlichen Eingriffs- länge des Werkzeuges am .Werkstück kann dann noch über den in Fig. 3 angegebenen geradlinigen Bahnbereich 22 hinaus auch jeweils der angrenzende gekrümmte Eckenbereich mit ein- bezogen werden. Dies ist beispielsweise bei der Herstellung von Zahnrädern von Interesse, da dann auch die Stirnkanten der Zähne bereits entsprechend abgerundet hergestellt werden können.
Fig. 5 und 6 zeigen hierbei für unterschiedliche Anwendungs¬ fälle die Zuordnung einer Bewegungsbahn des Werkzeugs ent¬ sprechend der Bahnkurve 23 zum Werkstück 1, beispielsweise für die Herstellung von Stirnzahnrädern. Für die Herstellung eines geradverzahnten Stirnzahnrades muß hierbei die Phasen- läge der einzelnen Drehzahlen zueinander und die Ausrichtung der Zentralachse Z zur Werkstückdrehachse W bei den durch die Pfeile ns und nw vorgegebenen Drehrichtungen in der in Fig. 5 dargestellten Weise vorgenommen werden, d.h. der den Eingriffsbereich des Werkzeugs definierende geradlinige Bahn- bereich 22 muß in bezug auf die Werkstückdrehachse geneigt verlaufen, so daß bei einer durch die Überlagerung der beiden Drehbewegungen ns und nw bestimmten Neigung des Bahnbereichs 22 letztlich eine Nut in Richtung der Werkstückachse W in das Werkstück eingearbeitet wird.
Fig. 6 zeigt dann entsprechend die Zuordnung der Bahnkurve 23 zur Herstellung eines schrägverzahnten Stirnrades. Fig. 5 und 6 lassen auch erkennen, daß bei entsprechender Breite die abgerundeten Bereiche der Bahnkurve in den Ecken des Polygons mit in den Eingriffsbereich des Werkzeuges einbezo¬ gen werden können, wobei dann der "Durchmesser" D der fünfsei- tige Polygonkurve in bezug auf die vorgegebene Werkstückbreite so reduziert werden muß, daß die abgerundeten Ecken der Poly¬ gonkurve noch mit zum Eingriffsbereich des Werkzeugs gehören, so daß die Stirnkanten der herzustellenden Zähne angerundet werden. Die Erläuterungen anhand der Fig. 3, 4, 5 und 6 lassen erken¬ nen, daß durch entsprechende Veränderungen der Zykloidenbahn der Verlauf des auf dem Werkstück 1 zu erzeugenden Steges in weiten Bereichen veränderbar ist, so daß nicht nur gerad- verzahnte sondern auch spiralverzahnte oder kreisbogenver¬ zahnte Zahnräder bei entsprechender Vorgabe der Bewegungsbahn herstellbar sind. Bei der Herstellung von Stirnzahnrädern, wie sie anhand von Fig. 5 und 6 beschrieben ist, wird bei der anhand von Fig. 2 beschriebenen Vorrichtung der Schwenk- support 13 so verschwenkt, daß die Zentralachse Z senkrecht zur Werkstückachse W verläuft. Wie jedoch Fig. 2 erkennen läßt, können bei einer entsprechenden VerSchwenkung auch Kegelräder und auch Tellerräder hergestellt werden.
Fig. 7 zeigt schematisch entsprechend dem Schnitt in Fig. 5 eine Grundform für die Werkzeugausbildung. Das in Fig. 7 dargestellte Werkzeug 3 ist nach Art eines Drehmeißels ausge¬ bildet, so daß der Schneidenbereich aufgrund der definierten Schnittwinkelverhältnisse als Schneidplatte 26 eingesetzt werden kann, so daß hier die Werkzeugkosten erheblich redu¬ ziert werden und höhere Schnittgeschwindigkeiten möglich sind. Bei dem in Fig. 7 dargestellten trapezförmigen Werkzeug mit umlaufender Schneide werden fortlaufend Nute in das Werk¬ stück 1 eingestochen, die dann aufgrund der Werkstückdrehung in Form eines Hüllschnitts die gewünschten evolventenförmigen Zahnflanken erzeugen. Nachdem dann das Werkzeug 3 bis in den Zahngrund geführt worden ist und der Zahn fertigbearbeit¬ et ist, kann anschließend nach dem Herausziehen des Werkzeugs in einer Aufspannung auch noch der Kopfkreis des fertigen Zahnrads bearbeitet werden. Wie vorstehend bereits beschrie¬ ben, kann bei entsprechende Auslegung der Länge des Eingriffs¬ bereichs auch jeweils die Stirnkante des Zahns mit bearbeitet werden. Wie anhand von Fig. 4 erläutert, können beispiels¬ weise bei der Vorgabe einer konkaven Bahnkurve 25 in Längs- richtung balliggeformte Zahnflanken hergestellt werden. So¬ fern andere Querschnittskonturen der zu erzeugenden stegför¬ migen Vorsprünge gewünscht sind, kann nach einer Vorbearbei¬ tung, wie anhand von Fig. 7 beschrieben, in gleicher Aufspan- nung, wie Fig. 8a und 8b zeigen, nach Einsatz eines links- schneidenden Spitzwerkzeugs 27 und anschließend eines rechts¬ schneidenden Spitzwerkzeugs 28 jeweils die Kontur der Zahn¬ flanke in einer von der reinen Evolventenform abweichenden praktisch beliebigen Form erzeugt werden. Hierzu ist es ledig¬ lich erforderlich, daß über eine entsprechende elektronische Steuerung über eine kurzzeitige Drehzahländerung der Werk¬ stückdrehzahl die Phasenlage der im Werkstück vorbearbeiteten Nut zum durchlaufenden Werkzeug jeweils geringfügig um einen vorgegebenen Wert verändert wird. So ist es dann beispiels¬ weise möglich, Räder zu erzeugen, deren Zähne eine von der durch Hüllschnitt zu erzeugenden Evolvente abweichende Zahn¬ flanke, beispielsweise eine im Querschnitt kreisförmige Zahn¬ flanke aufweisen.
Fig. 9 und 10 zeigen unterschiedliche Ausrichtungen der Werk¬ zeugdrehachse S zur Werkstückdrehachse W, die auch entspre¬ chend unterschiedliche Anordnungen der Werkzeuge 3 am zugehö¬ rigen Werkzeugträger bedingen. Die Ausrichtung gem. Fig. 9 hat den Vorteil, daß nur ein geringer Abstand zwischen dem Lager der Werkzeugspindel und der Werkzeugspitze besteht, so daß hier mit geringen Durchbiegungen zu rechnen ist und somit auch hohe Schnittkräfte aufgebracht werden können.
Fig. 11 zeigt hierbei die Anordnung gem. Fig. 9 mit einem abgewinkelten Werkzeug 31, das linksschneidend ist. Zur Bear¬ beitung der rechten Flanke muß dann ein entsprechend spiegel¬ bildlich abgewinkeltes Werkzeug 3* eingesetzt werden.
Fig. 12 zeigt eine Werkzeuganordnung, mit dessen Hilfe in einer Werkstück 1 hinterschnittene Nuten 29 mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens eingearbeitet werden können.
Fig. 13 und 14 zeigen eine Zuordnung von Werkzeug und Werk- stück, die das Bearbeiten der Stirnseite eines kreisförmigen Werkstückes zeigt, wobei hier entweder stegformige Vorsprünge oder entsprechend verlaufende Nuten eingearbeitet werden können. Der radiale Verlauf der Nuten bzw. Stege wird hierbei durch die Drehzahlverhältnisse und die vorgegebene Zykloiden¬ bahn bestimmt.
Fig. 14 und 15 zeigen Form und Zuordnung der Werkzeugbahn zum Werkstück, wie sie zur Herstellung von gekrümmten Stegen 32, beispielsweise an Turbinenrädern, vorgegeben werden. Als Hypozykloide wird zweckmäßig hier eine Ellipse 30 vorge¬ geben. Mit einer vorgegebenen Ellipse können allein durch Änderung der Phasenlage und damit Änderung der Zuordnung der Achsen zum Werkstück eine Vielzahl von unterschiedlichen Krümmungsverläufen im Eingriffsbereich vorgegeben werden.
Für den zu erzeugenden Verlauf des Steges am Werkstück 1 muß nun noch die Drehbewegung des Werkstücks 1 der Bewegung des Werkzeugs 3 überlagert werden, wie dies in Fig. 15 in größerem Maßstab dargestellt ist. Die tatsächliche Schnitt¬ linie des Werkzeugs verläuft auf dem Werkstück etwas stärker gekrümmt und etwas steiler geneigt. Sowohl die Krümmung als auch die Steigung lassen such bei gegebener Bahnkurve und gegebener Geschwindigkeit des Werkzeugs noch über die Drehzahl des Werkstücks beeinflussen.
Fig. 15 zeigt die Lage der Werkzeugbahn 30 in bezug auf die Schnittlinie 31, also die Längskontur des zu erzeugenden Schaufelsteges 32 zu dem Zeitpunkt, an. dem das Werkzeug 3 gerade außer Eingriff gelangt. Die Bewegungsrichtungen sind durch die Pfeile nw und ns gekennzeichnet.
Die vorstehend beschriebene Überlagerung der beiden Bewegun- gen läßt sich an einem Rechner, dem die Anordnung gem. Fig.
1 vorgegeben wird, einfach simmulieren, so daß bei konstruktiv vorgegebenem Stegverlauf die an der Vorrichtung einzustellen¬ den Parameter leicht ermittelt werden können. Werden als Werkzeugbahn Hypozykloiden verwendet, dann sind, entsprechend der Grundanordnung gem. Fig. 1, die Drehrichtungen des Armes 4 mit der Länge E um die Drehachse S und des Armes 5 mit der Länge e um die Drehachse Z gegensinnig. Die einfachste ypozykloide ist die Ellipse mit dem Drehzahlverhältnis nw/ne = 1/-1. Das Achsverhältnis der Ellipse D/d ergibt sich aus dem Verhältnis der Armlängen e und E, so daß D/d = 2(E+e)/2(E- e) ist.
Zur Erzeugung von leicht gekrümmten Profilen die in eine starke Krümmung übergehen, wie z.B. bei einem Tragflügel¬ profil können Hypozykloiden mit größerer Eckenzahl eingesetzt werden. Für eine dreieckige Hypozykloide beträgt das Drehzahl- Verhältnis nw/ne = 1/-2.
Im Zusammenhang mit Fig. 2 wurde das auf des Werkstück 1 bezogenen Koordinatensystem erläutert, dessen Z-Achse durch die Drehachse des Werkstücks definiert ist, dessen Y-Achse senkrecht dazu durch die Ebene des Maschinenbettes und der
X-Achse durch eine Achse senkrecht zum Maschinenbett definiert ist.
Ausgehend von diesem Koordinatensystem können nun entsprechend dem zu erzeugenden Werkstück Zustellbewegungen in nur einer oder in der Überlagerung von zwei oder drei Achsen erfolgen. Diese Zustellbewegungen können bei einer entsprechenden CNC- Ausrüstung der Maschine nach einem vorgegebenen Programm erfolgen. Die Drehbewegung des Werkstücks wird diesen Bewe- gungen sowie der Bewegung des Werkzeugs in Schnittrichtung immer überlagert. Das Werkstück kann hierbei mit konstanter Drehzahl rotieren, also mit einer Drehzahländerung gleich Null, oder aber mit sich nach vorgegebenem Programm ändernden Drehzahlen.
Die einzelnen vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte, insbesondere die Vor- und Fertigbearbeitung der Zahnflanken¬ form über das NC-Programm sind auch dann als Ausführungsformen der Erfindung zu betrachten, wenn die Zykloidenbahn zu einer Kreisbahn wird, indem z.B. die Antriebsbuchse 16 zusammen mit der weiterenExzenterbuchse 18 stillgesetzt werden und die Werkzeugspindel 20 in Drehung versetzt wird. Die Werkzeug¬ spindel 20 kann auch, in an sich bekannter Weise, direkt in dem Lagerbock 15 auf dem Schwenksupport 13 aufgebaut werden, wobei Antriebsbuchse 16, Exzenterbuchse 18 und Antriebsmotor 17 entfallen. Dies ist insbesondere bei der Herstellung von Kegelrädern mit Spiral- und Kreisbogenver¬ zahnung technisch sinnvoll.

Claims

Ansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von Werkstücken mit einer vor¬ zugsweise kreisförmigen Grundform, die mit stegförmigen Vor- Sprüngen versehen ist, insbesondere zur Herstellung von Zahn¬ rädern, bei dem wenigstens ein mit wenigstens einer Schneide versehenes Werkzeug über die zu bearbeitende Oberfläche im periodischen Eingriff geführt wird und das Werkstück mit einer an die periodische Bewegung der Werkzeugschneide ange- paßten Drehzahl um die Werkstückachse W rotiert, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug mit seiner Schneide um eine Zentralachse Z mit vorgegebener Winkelgeschwindig¬ keit umlaufend auf einer Zykloidenbahn geführt wird und daß die Werkstückachse W einerseits und die Zentralachse Z des Werkzeuges andererseits unter einem Winkel und mit Abstand zueinander verlaufend ausgerichtet sind, und daß die zu er¬ zeugende Querschnittskontur des Steges durch eine Überlage¬ rung einer Zustellbewegung des Werkzeugs gegen das Werkstück wenigstens einer Zustellachse und der Drehbewegung mit einer vorgebbaren Änderung der Drehzahl des Werkstücks erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zykloidenbahn dadurch erzeugt wird, daß das Werkzeug auf einer Kreisbahn mit vorzugsweise konstanter Drehzahl ns geführt wird, deren Drehachse S um wenigstens eine weitere Achse, vorzugsweise die Zentralachse Z mit vorzugsweise konstanter Drehzahl ne rotiert, wobei die Drehrichtung beider Kreisbahnen zueinander und das Verhältnis der Drehzahl ns des Werkzeugs um seine Drehachse S zur Drehzahl ne der
Drehachse S um die weitere Achse Z durch die vorgegebene Form der Zykloidenbahn bestimmt ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, d ß durch eine gegenläufige Bewegungsrichtung von Werkzeug einerseits und seiner Drehachse S um die Zentralachse Z ande¬ rerseits die Zykloidenbahn als Hypozykloide vorgegeben wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zykloidenbahn eine Hypozykloide mit wenigstens einem im wesentlichen geradlinigen Bahnbereich ausgewählt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß für die Zykloidenbahn eine polygonförmige Hypo¬ zykloide mit ungerader Eckenzahl, vorzugsweise mit fünf Ecken, vorgesehen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Zypozykloide mit fünf Ecken zur Erzeugung eines im wesentlichen geradlinig verlaufenden Bahnbereichs das Grundverhältnis V des Radius e des Bewegungskreises der Dreh¬ achse S um die Zentralachse Z zum Radius E des Bewegungs- kreises des Werkzeuges um seine Drehachse S beträgt V = e : E = etwa 0,066.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 , dadurch gekenn¬ zeichnet, daß für eine" polygonförmige Zykloidenbahn mit der Eckenzahl i bei einer im wesentlichen durch die zulässige Schnittgeschwindigkeit der Werkzeugschneide vorgegebenen Drehzahl ns des Werkzeugs um seine Drehachse S die Drehzahl dieser Drehachse S um die Zentralachse Z den Wert ne = ns • (i + 1) für eine Epizykloide oder ne = ns • - (i - 1) für eine Hypozykloide aufweist und daß die Werkstückdrehzahl nw = ns • z beträgt, wobei z die Zahl der zu erzeugenden stegförmigen Vorsprünge ist.
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