Verfahren und Einrichtung zur Erzeugung von nach zyklischen lturven gewölbten Flächen an Werkstücken. Gegenstand der Erfindung ist ein Ver- fahren und eine das Verfahren ermöglichende Einrichtung, durch welche nach zyklischen Kurven, zweckmässig der verschiedensten Art, und nach beliebigen Äquidistanten zu diesen ]Kurven gewölbte Flächen an Werkstücken, zum Beispiel für Verzahnun gen, genau und wirtschaftlich hergestellt werden können. Unter zyklischen Kurven sind hauptsächlich sowohl normale, wie auch verlängerte und verkürzte Epi- und Hypo- zykloiden verstanden.
Das Verfahren kennzeichnet sich dadurch. dass zwecks relativer Bewegung zwischen Werkzeug und Werkstück zwei kreisende Be wegungen ausgeführt werden, von denen eine Bewegung eine körperlich kreisende ist, welche sich aus der Winkelgeschwindigkeit eines Rollkreises und aus einer Exzentrizität gleich dem Ab4tand des die zyklische Kurve erzeugenden Punktes von der Rollkreismitte bestimmt und die andere eine Drehbewegung darstellt, die mit der Winkelgeschwindigkeit eines Punktes des an Stelle des Kreisberüh- rungspunktes rotierend gedachten Grund kreises durchgeführt wird.
Auf den beiliegenden Zeichnungen ist die Wirkungsweise des Verfahrens und eine Ein richtung zu seiner Durchführung schema tisch und in einem Ausführungsbeispiel dar gestellt, und zwar zeigen: Fig. 1 bis einschliesslich Fig. 8 ein Aus führungsbeispiel der Einrichtung gemäss der Erfindung; dabei ist Fig. 1 eine Seitenansicht der Maschine, Fig. 2 eine Draufsicht, während Fig. 3 einen Schnitt durch die Maschine in grösserem Massstabe wiedergibt;
Fig. 4 zeigt einen Werkstückträger der Maschine in grösserem Massstab, Fig. 5 den Antrieb eines Werkstückarmes im Vertikalschnitt nach der Linie A-A der Fig. 3 vergrössert; Fig. 6 zeigt denselben Antrieb im Ilori- zontaIschnitt; Fig. 7 zeigt Teile nach Fig. 6 in ge schwenkter Stellung; Fig. 8 ist ein Vertikalschnitt durch einen Werkzeugschlitten.
Anhand der Fig. 9 bis 13 wird das Ver fahren zur Erzeugung zyklischer Kurven beschrieben, und zwar zeigt: Fig..9 in schematischer Form die Wir kungsweise des Verfahrens; Fig. 10 zeigt die dem Verfahren gemäss der Erfindung zugrunde liegenden Konstruk tionslinien bei einer verkürzten Epizykloide; Fig. 11 zeigt dasselbe für eine Hypo- zykloide;
Fig. 12 zeigt die Erzeugung einer Epi- zykloide, und Fig. 13 die Erzeugung einer Hypo- zykloide; .
Fig. 14 zeigt die Einrichtung zur Aus führung des Verfahrens in schematischer Form, anhand der die Einrichtung be schrieben ist.
Um die Erzeugung von Zykloiden durch die Verbindung von zwei Drehbewegungen besser verständlich zu machen, sei, auf Fig 12 und 13 verwiesen, von denen die erste die Erzeugung einer verkürzten Epi-, die zweite einer ebensolchen Hypozykloide darstellen. In beiden Fällen ist a der Radius des Grund kreises, b der Radius des Rollkreises, e die Exzentrizität, beziehungsweise der Abstand des erzeugenden Punktes C von der Mitte des Rollkreises M. A ist die Mitte des Grund kreises.
Beim Abwälzen des Rollkreises auf den Grundkreis entstehen Zykloiden h. Der Punkt C läuft dabei mit der Winkelge schwindigkeit co' um ill, und der Berührungs punkt der Kreise mit der WinkelgescUwin- digkeit o' um A.
Diese Kurven entstehen ebenfalls, wenn die Mitte M des Rollkreises feststehend gedacht ist und nur der Erzeu gungspunkt C im Sinne des Pfeils mit der Winkelgeschwindigkeit co, um dieselbe kreist und gleichzeitig eine Drehbewegung des Grundkreises, zum Beispiel zusammen mit Einer Werkstückscheibe um den Punkt A mit derWinkelgeschwindigkeit co, stattfindet. Das Verhältnis der beiden Winkelge schwindigkeiten entspricht dem Verhältnis
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oder der gegebenen Unter setzung.
Ferner kann der erzeugende Punkt C vollständig feststehend gedacht sein, und beide Drehbewegungen können dem Grund kreis übertragen werden in der Weise, dass die Grundkreismitte A mit der Winkelge schwindigkeit au,. des Rollkreises und mit einer Exzentrizität e, die gleich ist dem Abstand des Erzeugungspunktes von der Mitte des Rollkreises, um eine Achse 0 gedreht wird, die von dem Punkt C den gleichen Abstand hat wie die Grundkreismitte von der Rollkreismitte. Die Werkstückscheibe ist ebenfalls um die Achse A drehbar ange ordnet und wird mit der Winkelgeschwin digkeit cu. des Grundkreises in Pfeilrichtung gedreht.
Die Bahnen des Mittelpunktes A des Grundkreises und der Rollkreismitte dl sind für diesen Fall punktiert eingezeichnet. Es entstehen also zyklische Kurven beim LTbereinanderlagern zweier Drehbewegungen, und zwar, wie aus den beiden Abbildungen zu sehen ist, Epizykloiden bei gegenläufi ger und Hypozykloiden bei gleichgerichteter Drehbewegung. Die beiden Drehbewegungen des Werkstückes oder beziehungsweise und des Werkzeuges entsprechen dem gleichmä ssigen Abwälzen des Rollkreises auf den Grundkreis und der Bewegung des erzeu genden Punktes um die Rollkreismitte.
Alle Punkte einer in der angegebenen Weise mit zwei Drehbewegungen angetrie benen Scheibe beschreiben Zykloiden ver schiedener Form, in einem bestimmten Ab stand von der Scheiben-Drehachse jedoch die gesuchte fortlaufende Zykloidenbahn, die durch ein in diesem Abstand vorgesehenes Werkzeug, beispielsweise durch einen auf und ab- bewegten Stossstahl, ausgearbeitet werden kann:, Ein in anderm Abstand vor gesehener rotierender Fräser, beziehungsweise eine Schleifscheibe, erzeugt eine Äquidi- stante zu dieser Zykloide.
Die günstigsten Vorbedingungen zur Er zeugung einer Kurve sind dann gegeben, wenn das Profil der Arbeitsfläche des er zeugenden Werkzeuges, zum Beispiel Quer- schnittslinie eines Schleifscheibenrandes, tan- gential zur Kurve geführt wird. Die Ar beitsfläche des Werkzeuges muss, falls die Kurve konkav ist, um nicht seitwärts zu unterschneiden, einen Krümmungsradius be sitzen, welcher kleiner ist als der kleinste Krümmungsra.dius der Kurven.
Bei zyk lischen Kurven ist es möglich, die Normal- stellung des -N#@'erkzeuges einzuhalten. Die X ormale eines Punktes einer Zykloide geht durch den zugehörigen@Berührungspunktvon Grundkreis und Rollkreis.
Dies trifft auch zu für verkürzte .und verlängerte Zykloiden. Ferner hat sich herausgestellt, dass die N or- male beim Abwälzen des Rollkreises einen zweiten Kreis schneidet, auf dem der Schnitt punkt mit gleichmässiger Geschwindigkeit fortschreitet.
Der Radius r dieses Kreise ist, wie aus Fig. 12 und 13 zu ersehen, gleich dem Abstand des erzeugenden Punktes von Rollkreismitte
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wobei das positive Vorzeichen bei Epizy- klodien (Fig.12) und das negative bei Hypo- zykloiden (Fig.l3) anzuwenden ist.
Falls die zu bearbeitende Kurve nur eine Dreh bewegung mit der Winkelgeschwindigkeit a>> ausführt und die körperlich kreisende Bewegung durch das Werkzeug vollzogen wird, muss der Konstruktionskreis auf die Kurvenmitte bezogen werden. Der Radius r1 des abgeänderten Könstruktionskreises muss um den Abstand des erzeugenden Punk tes von Rollkreismitte verändert, und zwar für die Epizykloide vermindert und für die Ilypozykloide vermehrt werden.
Unter Benützung dieser Tatsache kann eine zyklische Kurve in der Weise erzeugt werden, dass das Merkzeug sehwenkbax um eine Achse angeordnet wird, welche senk recht zur Ebene der Zykloidenbahn liegt und die Zykloide schneidet. Mit dem VTerlkzeug kann ein die Normale verkörpernder Arm verbunden sein, welcher durch einen mit dem Werl#:stüeli: sich bewegenden Kurbelstift geschwenkt wird.
Dieser Stift bewegt sich entweder auf dein Grundkreis mit der Ab- ivälzgeschwindigkeit des Rollkreises oder auf dem zweiten oben angegebenen Kreis mit der Winkelgeschwindigkeit des Rollkreises. Anstatt des schwenkbar angeordneten Werk- zeuges kann dieses auch feststehen und das Werkstück schwenkbar um das Werkzeug angeordnet werden.
Der Werkzeugträger kann als Schlitten ausgebildet sein, auf dem das Werkzeug ein stellbar ist, so dass beliebige Aquidistanten der Zykloiden erzeugt werden können.
In Fig. 9 ist das Werkzeug 1, welches hier eine umlaufende Scheibe (Schleifscheibe) ist, schwenkbar um eine Achse ? gelagert, während das \Verkstiick 3 eine doppelte Be- ausführt. Einmal nämlich wird es exzentrisch um eine Achse .1 bewegt und zwei tens vollführt es eine Drehung um eine Achse 5 mit gleichmässiger aber anderer Winkelge schwindigkeit als die Exzenterbewegung,
so da.ss Punkte am Umfang der Scheibe 3 eine Zykloidenba.hn 6 beschreiben. Die Ent fernung der Achse 2 von der Mitte der Achse I muss gleich dem Grundkreis- und Rollen kreisha.lbmesser sein. Die Schwenkbewegung des Werkzeuges 1 wird durch einen mit dem Werkzeughalter verbundenen Hebel 7 und durch einen mit der Winkelgeschwindigkeit der Exzenterbewegung um die Achse 5 im Abstaride r1 kreisenden Mitnehmer 8, der in einer Führungsbahn 9 des Hebels 7 gleitet, verursacht.
Die Linien 10 zeigen den grössten Winkelausschlag des Werkzeuges 1. Falls, wie gezeigt, das Werkzeug nicht in dem Punkt 2, beziehungsweise in der Bahn 6, sondern in einer Entfernung davon arbeitet, entsteht - eine Äquidistante 11 zur Zykloide, welche beispielsweise bei Verzahnungen mit Rollen Verwendung finden.
In Fig. 10 ist eine Epi- und in Fig. 11 eine Hypozy kloide dargestellt, deren Grund kreisra.dius mit a und deren Rollkreisradius mit. b bezeichnet ist. Der Abstand des er zeugenden Punktes von dem Rollkreismittel- punkt ist gleich e, und r-1 ist der Radius eines Konstruktionskreises für die Normalen. Mit den griechischen Buchstaben<I>u,</I> (S, <I>7</I> usw.
sind zusammengehörige Punkte der einen Kurve bezeichnet, während a',<I>ss', y'</I> usw. die Schnittpunkte der jeweiligen Normalen mit dem Grundkreis und a", ss", y" usw. mit dem Konstruktionskreis angeben. Hieraus ist ohne weiteres ersichtlich, dass bei schwenk barer Anordnung des 'Verkzeuges mit seiner Achse senkrecht zur Kurvenbahn a, ss, y usw. diese schneidend eine Führung des Schwenk. hebels auf dem Grundkreis<I>a',</I> ss', <I>y'</I> usw. mit der Drehgeschwindigkeit des Grundkreises und auf dem Konstruktionskreis a", ss", y" usw. mit der Winkelgeschwindigkeit des Rollkreises erfolgen muss.
Ein im Abstand o nach innen, beziehungsweise o' nach aussen von der Drehachse des Werkzeugträgers an geordnetes Werkzeug erzeugt Äquidistanten, die durch die Bezeichnungen <I>a</I>'<I>, ss"', y"'</I> usw., beziehungsweise a"-", ss',',', <I>y</I> usw. ge kennzeichnet sind.
Die Erläuterung der beispielsweisen Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens gemäss der Erfindung zeigt vorerst die sche matische Fig. 14. Eine das Werkstück be wegende Hauptwelle 55 wird zum Beisspiel durch einen Elektromotor 57a über eine ge eignete Zahnradübersetzung gleichmässig in Drehung versetzt. Das Werkstück 87 ist auf einer Hülse 86 angeordnet, welche durch einen Exzenter 89 der Welle 55 mit der Ex zentrizität e bewegt wird.
Durch eine von der Welle 55 abgezweigte Zahnradüber tragung wird ein gleichachsig zur Welle 55 angeordneter Mitnehmer 78 in Drehung ver setzt, wobei der DrehAinn und die Winkel geschwindigkeit im Verhältnis zur Haupt welle durch eine Wechselräderübertragung 73, 74, 76 und 77 den Erfordernissen der herzustellenden Kurve entsprechend geändert werden kann. Die Drehbewegung des Mit nehmers wird durch Stifte 14 auf die Hülse 86 übertragen. Um die Exzenterbewegung der Hülse 86 zu gestatten, muss die Länge der Mitnehmerschlitze 15 doppelt so gross sein wie die Exzentrizität.
Die beschriebene Ein richtung zur Bewegung des Werkstückes ist nebst der Hauptwelle 55 in einem Träger 52 angeordnet. Der um eine Achse 53 schwenk bar angebrachte Träger 52 ist zweiteilig aus- gebildet, so da.ss die Entfernung der Welle 55 zur Achse 53 verstellt werden kann. Der Abstand der beiden Wellen muss -gleich der Summe des Grundkreis- und Rollkreishalb- messers der zu erzeugenden Zykloide sein. Die Welle 5 trägt am untern Ende eine zweite Kurbel 103 mit verstellbarem Halb messer, die gleichgerichtet mit der Kurbel 89 angebracht ist.
Der Kurbelradius muss ebenfalls der zu erzeugenden Kurve ent sprechend eingestellt werden, und zwar auf den schon beschriebenen Radius r des Kon struktionskreises. Ein auf der Kurbel<B>103</B> vorgesehener Gleitschuh 105 ist in einer fest stehenden, radial zur Achse 53 eingestellten Gleitbahn 106 seitlich geführt. Bei einer Drehbewegung der Hauptwelle 55 und der damit verbundenen Kurbel 103 verursacht die Bewegungskomponente der Kurbel senk recht zur Gleitbahn eine Schwenkbeweg ing des Trägers 52 um die Achse 53.
Die Arbeitsfläche der Schleifscheibe<B>20</B> muss zur Achse 53 dem Halbmesser r1 des Hüllkreises entsprechend eingestellt werden. Um die festgestellte Stellung auch bei einem Verschleiss der Scheibe 20 zu wahren, ist ein Abdrehdiamant 31 vorgesehen, der schwenk bar um eine Achse 33@ angeordnet ist, um gleichzeitig der Scheibe eine Krümmung zu geben, die das seitliche Unterschneiden ver- hindert. Beim Nachstellen der Scheibe 20 durch eine Spindel 16 wird die Achse 33 durch ihre Mutter doppelt so weit verstellt, wie der Schleifscheibenträ,ger 36,
so dass eine frischabgezogene Scheibe mit ihrer schnei denden Kante zum Arbeitsstück wieder die gleiche Stellung einnimmt wie vorher. Das 'Werkzeug wird in später beschriebener Weise von oben nach unten in axialer Richtung an dem Werkstück 15 vorbeigeführt. Alle Be wegungen lassen sich in geeigneter '(reise vollständig selbsttätig durchführen, so dass mehrere Maschinen gleichzeitig von einem Arbeiter bedient werden können.
Die konstruktive Ausbildung dieser be schriebenen Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens gemäss der Erfindung zeigen die Fi. 1 bis 8, wobei beispielsweise als Werk- kn zeug eine Schleifscheibe verwendet wird, obgleich hierfür auch eine rotierende Fräser- scheibe, ein zylindrischer Schaftfräser, ein hin und her bewegter Stossstahl, ein Schneid brenner oder ähnliche Werkzeuge, Verwen- dung finden können. Dann sind natürlich gewisse Einzelheiten, zum Beispiel die Werk zeuganordnung, entsprechend anders auszu bilden.
Im Ständer'-)]. ist die Achse 53 ange ordnet, in welcher der Träger<B>522</B> schwenk bar gelagert ist.
Die Bewegungen des Werkstückes wer den von einer Scheibe 57 abgeleitet, @#elehe durch eine oberhalb der Maschine angeord nete Scheibe 58 über an einem Schwenkarm 59 befestigte Leitrollen 60 angetrieben wird. Räder 62, 63 übertragen die Drehbewegung von der Achse 61 der Scheibe 5 7 auf die Achse 64 des Rades 63. Letztere ist als Hohlwelle ausgebildet und steht mittelst eines Federkeils axial verschiebbar in Ver bindung mit der Welle 65 eines Schnecken antriebes 66,<B>67.</B> Mit dem Schneckenrad 6 7 steht ein Schlittenträger 103 und die Haupt antriebswelle 53 für die Werkzeugführung in Verbindung.
Oberhalb des Trägers 52 ist die Einrich tung zur Aufnahme und Bewegung des Werkstückes angeordnet. Der Werkstück träger 51 ist als Schlitten ausgebildet und kann auf dem Träger 52 radial zur Dreh achse 53 des Trägers verschoben werden (Fig. 3, .1, 5). In ähnlicher Weise ist die Welle 55 im entgegengesetzten Ende des Trägers 52 mittelst eines radial verstellbaren Lagers 54 gelagert. Am obern Ende der Welle 55 ist dieselbe mit einer axialen Bohrung 70 versehen, in welche die Exzenter welle 71 für das Werkstück hineinragt und durch einen Beil 7 2 mitgenommen wird. Durch Wechselräder 73, 74, 76, 69, 77 wird eine Büchse 78 in Drehung versetzt.
Diese im Deckel 79 des Werkzeugträgers an geordnete Büchse lagert die Welle 71, deren oberes verstärktes Ende seitlich mit Flächen 80 und 81 versehen ist, über die ein Zwischen- stiiclz 83 einer Kreuzschlittenanordnung passt. Das Zwischenstück trägt rechtwinklig zu den beiden Flächen 80 und 81 zwei weitere Flächen, wodurch der obere Teil 85 des Kreuzschlittens vollständig freie seitliche Be weglichkeit erhält. Diese Anordnung ent spricht der in Fig. 14 schematisch darge stellten Mitnehmerverbindung 14, 15.
Mit dem Kreuzschlittenteil 85 ist eine Büchse 86 verbunden, welche das Werkstück 87 auf nimmt, das durch eine Mutter 88 auf der Büchse 86 befestigt ist:. Auf der Welle 71 ist ein Exzenter 89 durch einen Keil 90 be festigt. Die Hülse 86 dreht sich auf dem Exzenter 89. Eine Schraube 91 am Ende der Welle 71 hält durch eine Unterlegscheibe 92 den Exzenter 89 fest und gibt der Büchse 86 eine. axiale Führung. Eine Hülse 93, die in der Büchse 86 befestigt ist, dient zum Ab decken des Kreuzschlittens gegen Eindringen von Schmutz und Eine ähnliche Hülse 94 ist zum gleichen Zweck an der Hülse 78 befestigt.
Bremsstücke 95, welche durch Federn 96 von innen gegen den Rand der Hülse 94 gedrückt werden und eine auf der Hauptwelle angeordnete Brems scheibe 97 verhindern einen toten Gang der Bewegungsübertragungsorgane.
Durch eine Kurbelschleife wird der Trä ger 52 mit der Einrichtung zur Aufnahme und Führung des Werkzeuges geschwenkt. Zu diesem Zwecke ist auf dem Schlitten träger 10$ ein Schlitten 102 einstellbar be festigt, welcher einen in einer Büchse 101 gelagerten Zapfen 104 eines Schlittens<B>107</B> mitnimmt. Eine Gleitbahn 106 dient dem Schlitten 105 als Führung. Die Gleitbahn ist durch ein Zwischenstück 107 am Ständer 21 der Maschine befestigt. Bei einer Drehung der Hauptwelle 55 kreist die Büchse 101 der Einstellung des Schlittens 102 entsprechend mit mehr oder minder grossem Radius. Der Zapfen 104 jedoch kann wegen der Führung in der Gleitbahn 106 nur geradlinige hin und her gehende Bewegungen ausführen.
Die Komponenten der Kreisbewegung senkrecht zu dieser Bahn werden auf den Träger 52 und damit auf das Werkstück 87 übertragen, so dass zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück eine der in Fig. 9 gezeigten Kur- belschleifbewegung analoge Relativbewegung entsteht.
Das Werkzeug 20 ist in einem Lagerbock 28 angeordnet,-welcher in einem Schlitten 22 beweglich geführt wird. Die Führung, bezie hungsweise Einstellung des Lagerbockes 28 für das Werkzeug erfölgt mittelst einer im Schlitten 22 gelagerten Hohlspindel 19.
Ein auf der Hohlspindel befestigtes Schrauben rad 37a ermöglicht in Verbindung mit einem auf einer Welle .38 (Fig. 8) befestigten Schraubenrad 37 die Einstellung des Werk- zeuges mittelst eines Handrades 39 durch die Bewegung einer Mutter 36, die am Lager bock 28 befestigt ist und mit der Spindel 19 in Verbindung steht.
Zum Abdrehen der Mantelfläche der Werkzeugscheibe dient ein Diamant 31, welcher in einem schwenkbaren Halter 32 befestigt ist. Die Schwenkbewegungen des Armes 32 erfolgen um die Achse 33, wobei der Schwenkradius des Diamanten geringer ist, als der kleinste Krümmungsradius der herzustellenden Kurve. Der Bolzen 33, uni den der Halter 32 schwenkt, ist in einem kleinen Schlitten 34 befestigt (Fig. 3 und 8), der durch eine Mutter 35- mit einer Spindel 29 in Eingriff steht.
Dieselbe dient mit ihrem Schaft der Hohlspindel 19 als La gerung. .Beide können durch Festziehen eines auf der Spindel 19 angeordneten Handrades mittelst der Schraube 18 verbunden werden. Die Steigung der Spindel 29 ist zweimal so gross als die der Hohlspindel 19. Auf diese Weise wird, sobald die Spindeln mitein ander verbunden sind, der Abdrehdiamant zweimal so schnell nach rechts verschoben als die Schleifscheibe. Hierdurch wird be wirkt, dass die Arbeitsfläche des Werkzeuges nach jeder Nachstellung relativ zum Werk stück immer dieselbe Stellung behält.
Der Schlitten 22 ist am Ständer 21 ge führt. Eine Spindel 23, welche in einer Nabe 24 des Schlittens drehbar gelagert ist,. hebt und senkt den Schlitten bei einer Drehung einer Mutter 25. Zwei Kegelräder 26, von denen das eine mit der Spindel 28. das andere, nichtgezeigte, durch eine Spindel mit einem Handrad 27 verbunden ist, er möglichen eine Verstellung des Schlittens 22 von Hand. L m durch den Antrieb des Werk stückes gleichzeitig den Vorschub für das Werkzeug zu bewirken, ist am Träger 5 2 eine Platte<B>111</B> mit einem Schlitz 112 be festigt (Fig.6). Ein Winkelarm 114 wird durch eine Schraube 112 in diesem Schlitz gehalten.
Der Arm 114 trägt am Ende einen Bolzen 115, der durch eine Verbindungs stange 116 ein Schaltwerk 117 betätigt. In bekannter Weise wird die durch die Ver bindungsstange<B>116</B> übertragene Schwing bewegung des Trägers 52 durch Rollkörper 118 auf einen innern Schaltkörper 119 über tragen. Durch ein Verstellen des Winkel armes 114 im Schlitz 112 können die Bewe gungen des Trägers 52 in veränderlicher Grösse auf den Schaltkörper 119 übertragen werden. Derselbe ist über eine Zahnkupplung 120 mit der Mutter 25 verbunden und be wirkt hierdurch die vertikale Verstellung des Schlittens 22 und dadurch den Vorschub des Werkzeuges.
Die Zahnkupplung kann durch einen verstellbaren Anschlag 124 am Schlitten 22 (Fig. 1) ausgerückt werden, wo bei ein Anschlaghebel 122 eine Welle 123 und eine Gabel 121 die Bewegungen auf den Schaltkörper 119 übertragen.
Das für die Kühlung der Schleifscheibe benötigte Wasser wird durch eine nichtge zeigte Pumpe zugeführt. Das abströmende Wasser wird in einer Wanne 125 aufge fangen. und durch eine Öffnung 126 in die Hohlachse 53 abgeleitet, von wo es durch eine 'Öffnung<B>127</B> nach dem Saugraum der Pumpe abströmen kann.
Method and device for the production of surfaces on workpieces that are curved according to cyclical curves. The subject of the invention is a method and a device enabling the method, by means of which curved surfaces on workpieces, for example for toothing conditions, are precisely and economically produced according to cyclical curves, suitably of various types, and according to any equidistant to these curves can. Cyclic curves are mainly understood to mean normal as well as elongated and shortened epicycloids and hypocycloids.
The procedure is characterized by this. that for the purpose of relative movement between tool and workpiece, two circular movements are carried out, one of which is a physical circular movement, which is determined from the angular velocity of a rolling circle and an eccentricity equal to the distance of the point generating the cyclic curve from the rolling circle center the other represents a rotary movement that is carried out at the angular velocity of a point of the basic circle, which is imagined to rotate instead of the circle contact point.
In the accompanying drawings, the mode of operation of the method and a device for carrying it out is shown schematically and in an exemplary embodiment, namely: FIGS. 1 to 8, inclusive, an exemplary embodiment of the device according to the invention; FIG. 1 is a side view of the machine, FIG. 2 is a plan view, while FIG. 3 shows a section through the machine on a larger scale;
FIG. 4 shows a workpiece carrier of the machine on a larger scale; FIG. 5 shows the drive of a workpiece arm enlarged in vertical section along the line A-A of FIG. 3; 6 shows the same drive in a horizontal section; Fig. 7 shows parts of Figure 6 in ge pivoted position; Fig. 8 is a vertical section through a tool slide.
With reference to FIGS. 9 to 13, the process for generating cyclic curves will be described, specifically showing: FIG. 9 in schematic form the manner in which the method operates; 10 shows the construction lines on which the method according to the invention is based for a shortened epicycloid; 11 shows the same for a hypocycloid;
FIG. 12 shows the generation of an epicycloid, and FIG. 13 the generation of a hypocycloid; .
Fig. 14 shows the device for imple menting the method in schematic form, based on which the device is be written.
In order to make the generation of cycloids by the connection of two rotary movements better understandable, reference is made to FIGS. 12 and 13, of which the first depicts the generation of a shortened epi-, the second of a hypocycloid of the same kind. In both cases, a is the radius of the base circle, b is the radius of the rolling circle, e is the eccentricity, or the distance of the generating point C from the center of the rolling circle M. A is the center of the base circle.
When rolling the pitch circle onto the base circle, cycloids h arise. The point C runs with the angular velocity co 'around ill, and the point of contact of the circles with the angular velocity o' around A.
These curves also arise if the center M of the rolling circle is intended to be fixed and only the generation point C in the direction of the arrow with the angular velocity co, circles around the same and at the same time a rotational movement of the base circle, for example together with a workpiece disk around point A the angular velocity co takes place. The ratio of the two Winkelge speeds corresponds to the ratio
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or the given gear ratio.
Furthermore, the generating point C can be thought to be completely fixed, and both rotary movements can be transmitted to the base circle in such a way that the base circle center A is speed at the Winkelge. of the rolling circle and with an eccentricity e, which is equal to the distance of the point of generation from the center of the rolling circle, is rotated about an axis 0, which has the same distance from the point C as the base circle center from the rolling circle center. The workpiece disk can also be rotated around axis A and is driven at the angular speed cu. of the base circle rotated in the direction of the arrow.
The paths of the center point A of the base circle and the rolling circle center dl are drawn in dotted for this case. Thus, cyclic curves arise when two rotary movements are superposed, namely, as can be seen from the two figures, epicycloids with opposing rotations and hypocycloids with parallel rotation. The two rotary movements of the workpiece or or and of the tool correspond to the uniform rolling of the rolling circle onto the base circle and the movement of the generating point around the rolling circle center.
All points of a disk driven in the specified manner with two rotary movements describe cycloids in different shapes, but at a certain distance from the disk axis of rotation, the desired continuous cycloid path, which is provided by a tool provided at this distance, for example by an up and down - Moving cutting tool, can be worked out: A rotating milling cutter or grinding wheel positioned at a different distance creates an equidistant to this cycloid.
The most favorable preconditions for generating a curve are given when the profile of the working surface of the generating tool, for example the cross-section line of a grinding wheel edge, is tangential to the curve. If the curve is concave, the working surface of the tool must have a radius of curvature which is smaller than the smallest radius of curvature of the curves in order not to undercut sideways.
With cyclical curves it is possible to keep the normal position of the -N # @ 'tool. The X ormal of a point of a cycloid goes through the associated contact point of the base circle and the rolling circle.
This also applies to shortened and elongated cycloids. Furthermore, it has been found that the normal when rolling the rolling circle intersects a second circle on which the intersection point advances at a constant speed.
The radius r of this circle is, as can be seen from FIGS. 12 and 13, equal to the distance of the generating point from the center of the rolling circle
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whereby the positive sign is to be used for epicyclodes (Fig. 12) and the negative for hypocycloids (Fig. 13).
If the curve to be machined only executes a rotary movement with the angular speed a >> and the physical circular movement is carried out by the tool, the construction circle must be related to the center of the curve. The radius r1 of the modified construction circle must be changed by the distance of the generating point from the rolling circle center, namely reduced for the epicycloids and increased for the ilypocycloids.
Using this fact, a cyclic curve can be generated in such a way that the tool is sehwenkbax arranged around an axis which is perpendicular to the plane of the cycloid path and intersects the cycloid. An arm embodying the normal can be connected to the tool, which is pivoted by a crank pin that moves with the Werl #: stüeli:
This pin moves either on the base circle with the rolling speed of the rolling circle or on the second circle given above with the angular speed of the rolling circle. Instead of the pivotably arranged tool, it can also be stationary and the workpiece can be arranged pivotably around the tool.
The tool carrier can be designed as a slide on which the tool can be adjusted so that any equidistants of the cycloids can be generated.
In FIG. 9, the tool 1, which here is a rotating disk (grinding disk), can be pivoted about an axis? stored, while item 3 performs a double operation. On the one hand, it is moved eccentrically around an axis .1 and, secondly, it rotates around an axis 5 at a more uniform but different angular speed than the eccentric movement,
so that the points on the circumference of the disk 3 describe a cycloidal path 6. The distance of axis 2 from the center of axis I must be equal to the base circle and roller circle diameter. The pivoting movement of the tool 1 is caused by a lever 7 connected to the tool holder and by a driver 8 rotating at the angular speed of the eccentric movement around the axis 5 in a distance r1, which slides in a guide track 9 of the lever 7.
The lines 10 show the greatest angular deflection of the tool 1. If, as shown, the tool does not work at point 2 or in path 6, but at a distance from it, an equidistant 11 to the cycloid is created, which, for example, with toothing with Find roles.
In Fig. 10 an epi- and in Fig. 11 a hypocycloid is shown, the base of which is circular.dius with a and the rolling circle radius with. b is designated. The distance of the generating point from the center of the rolling circle is equal to e, and r-1 is the radius of a construction circle for the normals. With the Greek letters <I> u, </I> (S, <I> 7 </I> etc.
points of one curve that belong together are designated, while a ', <I> ss', y' </I> etc. indicate the intersection points of the respective normal with the base circle and a ", ss", y "etc. with the construction circle. From this it can be readily seen that with a pivotable arrangement of the 'tool with its axis perpendicular to the cam path a, ss, y, etc., this intersecting guide of the pivoting lever on the base circle <I> a', </I> ss' , <I> y '</I> etc. must be done with the rotation speed of the base circle and on the construction circle a ", ss", y "etc. with the angular speed of the rolling circle.
A tool arranged at a distance o inwards or o 'outwards from the axis of rotation of the tool carrier generates equidistants that are identified by the designations <I> a </I>' <I>, ss "', y"' </ I > etc., or a "-", ss', ',', <I> y </I> etc. are marked.
The explanation of the exemplary device for performing the method according to the invention initially shows the schematic Fig. 14. A main shaft 55 moving the workpiece is, for example, rotated evenly by an electric motor 57a via a suitable gear ratio. The workpiece 87 is arranged on a sleeve 86 which is moved by an eccentric 89 of the shaft 55 with the eccentricity.
Through a gear transmission branched off from the shaft 55, a driver 78 arranged on the same axis as the shaft 55 is set in rotation, with the rotation and the angular speed in relation to the main shaft through a change gear transmission 73, 74, 76 and 77 meeting the requirements of the curve to be produced can be changed accordingly. The rotational movement of the driver is transmitted to the sleeve 86 by pins 14. In order to allow the eccentric movement of the sleeve 86, the length of the driver slots 15 must be twice as large as the eccentricity.
The described device for moving the workpiece is arranged in a carrier 52 along with the main shaft 55. The carrier 52, which is attached so that it can pivot about an axis 53, is constructed in two parts, so that the distance between the shaft 55 and the axis 53 can be adjusted. The distance between the two shafts must be the same as the sum of the base circle and rolling circle radius of the cycloid to be produced. The shaft 5 carries at the lower end a second crank 103 with an adjustable half knife, which is attached to the crank 89 in the same direction.
The crank radius must also be set accordingly to the curve to be generated, namely to the radius r of the construction circle already described. A slide shoe 105 provided on the crank 103 is laterally guided in a fixed slide track 106 set radially to the axis 53. When the main shaft 55 and the crank 103 connected to it rotate, the component of movement of the crank perpendicular to the slide causes a pivoting movement of the carrier 52 about the axis 53.
The working surface of the grinding wheel <B> 20 </B> must be adjusted to the axis 53 according to the radius r1 of the enveloping circle. In order to maintain the established position even when the disc 20 is worn, a twist-off diamond 31 is provided which is pivotable about an axis 33 @ in order to simultaneously give the disc a curvature which prevents lateral undercutting. When the wheel 20 is readjusted by a spindle 16, the axis 33 is adjusted by its nut twice as far as the grinding wheel carrier 36,
so that a freshly stripped pane with its cutting edge to the workpiece again assumes the same position as before. The tool is moved past the workpiece 15 in the axial direction from top to bottom in the manner described later. All movements can be carried out completely automatically during a suitable journey, so that several machines can be operated by one worker at the same time.
The structural design of this be written device for performing the method according to the invention show the Fi. 1 to 8, a grinding wheel being used as the tool, for example, although a rotating milling cutter, a cylindrical end mill, a reciprocating cutting tool, a cutting torch or similar tools can also be used for this purpose. Then, of course, certain details, for example the work tool arrangement, train accordingly differently.
In the stand'-)]. the axis 53 is arranged, in which the carrier <B> 522 </B> is pivotably mounted.
The movements of the workpiece who derive from a disk 57, @ # elehe is driven by a disk 58 arranged above the machine via guide rollers 60 attached to a pivot arm 59. Wheels 62, 63 transmit the rotary movement from the axis 61 of the disk 57 to the axis 64 of the wheel 63. The latter is designed as a hollow shaft and is axially displaceable by means of a spring wedge in connection with the shaft 65 of a worm drive 66, <B> 67. A slide carrier 103 and the main drive shaft 53 for tool guidance are connected to the worm wheel 6 7.
Above the carrier 52, the device for receiving and moving the workpiece is arranged. The workpiece carrier 51 is designed as a slide and can be moved on the carrier 52 radially to the axis of rotation 53 of the carrier (Fig. 3, .1, 5). In a similar way, the shaft 55 is mounted in the opposite end of the carrier 52 by means of a radially adjustable bearing 54. At the upper end of the shaft 55 the same is provided with an axial bore 70 into which the eccentric shaft 71 protrudes for the workpiece and is carried along by an ax 7 2. A sleeve 78 is set in rotation by means of change gears 73, 74, 76, 69, 77.
This bushing, which is arranged in the cover 79 of the tool carrier, supports the shaft 71, the upper reinforced end of which is laterally provided with surfaces 80 and 81, over which an intermediate piece 83 of a compound slide arrangement fits. The intermediate piece carries two further surfaces at right angles to the two surfaces 80 and 81, whereby the upper part 85 of the compound slide receives completely free lateral movement. This arrangement corresponds to the driver connection 14, 15 shown schematically in FIG. 14.
A bushing 86 is connected to the cross slide part 85 and accommodates the workpiece 87, which is fastened to the bushing 86 by a nut 88 :. On the shaft 71 an eccentric 89 is fastened by a wedge 90 BE. The sleeve 86 rotates on the eccentric 89. A screw 91 at the end of the shaft 71 holds the eccentric 89 through a washer 92 and gives the bush 86 a. axial guidance. A sleeve 93, which is fixed in the sleeve 86, is used to cover the cross slide against the ingress of dirt and a similar sleeve 94 is attached to the sleeve 78 for the same purpose.
Brake pieces 95, which are pressed by springs 96 from the inside against the edge of the sleeve 94 and a brake disc 97 arranged on the main shaft prevent a dead gear of the motion transmission organs.
The Trä ger 52 with the device for receiving and guiding the tool is pivoted by a crank. For this purpose, a slide 102 is adjustable be fastened on the slide carrier 10 $, which takes a pin 104 mounted in a bush 101 of a slide <B> 107 </B>. A slide 106 serves as a guide for the slide 105. The slide is attached to the stand 21 of the machine by an intermediate piece 107. When the main shaft 55 rotates, the bushing 101 circles with a more or less large radius according to the setting of the slide 102. The pin 104, however, can only perform straight reciprocating movements because of the guidance in the slide way 106.
The components of the circular movement perpendicular to this path are transferred to the carrier 52 and thus to the workpiece 87, so that a relative movement analogous to the crank grinding movement shown in FIG. 9 arises between the tool and the workpiece.
The tool 20 is arranged in a bearing block 28, which is movably guided in a slide 22. The guide or adjustment of the bearing block 28 for the tool takes place by means of a hollow spindle 19 mounted in the slide 22.
A screw wheel 37a attached to the hollow spindle, in conjunction with a screw wheel 37 attached to a shaft .38 (FIG. 8), enables the tool to be adjusted by means of a handwheel 39 through the movement of a nut 36 which is attached to the bearing block 28 and is in communication with the spindle 19.
A diamond 31, which is fastened in a pivotable holder 32, is used to turn off the outer surface of the tool disk. The pivoting movements of the arm 32 take place about the axis 33, the pivoting radius of the diamond being smaller than the smallest radius of curvature of the curve to be produced. The bolt 33, uni which the holder 32 pivots, is fastened in a small slide 34 (FIGS. 3 and 8) which is in engagement with a spindle 29 by a nut 35.
The same serves with its shaft of the hollow spindle 19 as a storage. .Both can be connected by tightening a handwheel arranged on the spindle 19 by means of the screw 18. The slope of the spindle 29 is twice as great as that of the hollow spindle 19. In this way, as soon as the spindles are connected to each other, the turning diamond is moved twice as fast to the right than the grinding wheel. This ensures that the working surface of the tool always retains the same position after each adjustment relative to the workpiece.
The carriage 22 is ge on the stand 21 leads. A spindle 23 which is rotatably mounted in a hub 24 of the carriage. raises and lowers the carriage when a nut 25 rotates. Two bevel gears 26, one of which is connected to the spindle 28 and the other, not shown, is connected by a spindle to a handwheel 27, allowing the carriage 22 to be adjusted by hand. L m by driving the workpiece at the same time to effect the feed for the tool, a plate <B> 111 </B> with a slot 112 is fastened to the carrier 5 2 (FIG. 6). An angle arm 114 is held in this slot by a screw 112.
The arm 114 carries a bolt 115 at the end, the rod 116 actuates a switching mechanism 117 through a connection. In a known manner, the vibrating movement of the carrier 52 transmitted by the connecting rod 116 is carried by rolling elements 118 to an internal switching element 119. By adjusting the angle arm 114 in the slot 112, the movements of the carrier 52 can be transferred to the switch body 119 in variable sizes. The same is connected via a tooth coupling 120 to the nut 25 and thereby acts the vertical adjustment of the carriage 22 and thereby the advance of the tool.
The tooth coupling can be disengaged by an adjustable stop 124 on the slide 22 (FIG. 1), where a shaft 123 and a fork 121 transmit the movements to the switching body 119 with a stop lever 122.
The water required to cool the grinding wheel is supplied by a pump that is not shown. The outflowing water is caught in a trough 125. and discharged through an opening 126 into the hollow shaft 53, from where it can flow out through an opening 127 to the suction chamber of the pump.