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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Rotationssystem gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1, insbesondere ein Rotationssystem, um an einem spanend
zu bearbeitenden Element, das in einem drehfesten Zustand abgestützt ist,
durch Antreiben von Walzen in einer rotierenden Bewegung schnelle Rotationen
auszuführen.
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Stand der Technik
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Es
sind verschiedene Arten von Rotationssystemen als Rotationssysteme
zum Ausführen
von schnellen Rotationen hauptsächlich
an dem Ende von rohrförmigen
Materialen bekannt, wie etwa zur Bildung eines verjüngten Rohrendes.
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Zu
diesen Rotationssystemen gehört
auch ein System, das dazu dienen soll, schnelle Rotationen auszuführen, indem
ein Ziehwerkzeug in einer rotierenden Bewegung um das spanend zu
bearbeitenden Element herum angetrieben wird, und zwar in einem
Zustand, in dem das spanend zu bearbeitende Element drehfest abgestützt ist,
wie beispielsweise in der
JP-Patentveröffentlichung
Nr. 3-8412 beschrieben ist, auf welcher der Oberbegriff
von Anspruch 1 beruht.
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Das
in dieser Patentveröffentlichung
angegebene Spindelsystem ist so konstruiert, daß eine Kurvenscheibe und eine
Werkzeuggrundplatte (Planscheibe) an einer Doppelstruktur-Hauptspindel
vorgesehen sind, um zwei Sets von Planetenradeinrichtungen anzutreiben,
die in dem hinteren Teil der Hauptspindel in Reihe vorgesehen sind,
um eine Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Innenrohr und dem
Außenrohr
der Hauptspindel bei der Rotation zu erzeugen, um ein relatives
Drehen zwischen der Kurvenscheibe und der Werkzeuggrundplatte zu
erhalten und um das Ziehwerkzeug, das sich um die Hauptspindel herum
dreht, in Radialrichtung gleiten zu lassen, um dadurch die schnellen
Rotationen auszuführen.
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Ferner
ist auch ein Rotationssystem zum Ausführen von schnellen Rotationen
bekannt, wobei nach Bedarf eine geneigte Achse und eine exzentrische
Achse kombiniert sind und Walzen, welche Bearbeitungswerkzeuge sind,
in einer rotierende Bewegung um das spanend zu bearbeitende Element
herum angetrieben werden, wie etwa die in den offengelegten
JP-Patentveröffentlichungen Nr. 11-147 138 und
Nr. 11-151 535 beschriebenen
Rotationssysteme.
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Im
Gegensatz zu einem Rotationssystem, welches das spanend zu bearbeitende
Element dreht, indem das Werkzeug fixiert wird, ist es bei einem
System zum Ausführen
schneller Rotationen mit Hilfe eines Werkzeugs, das sich um die
Hauptspindel herum dreht, wie bei dem in der
JP-Patentveröffentlichung
3-8412 angegebenen Spindelsystem, schwierig, eine Bearbeitung
auszuführen,
wenn eine Vielzahl von Werkzeugen, wie etwa ein Ziehwerkzeug und
eine Schneidklinge, nebeneinander angeordnet werden; dies macht
es erforderlich, das spanend bearbeitete Ende durch Verwendung einer
separaten Einrichtung in einem separaten Vorgang nach Beendigung
der schnellen Rotationsbearbeitung abzuschneiden.
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Ein
solcher Schneidvorgang nach den schnellen Rotationen wird als Endbearbeitung
des Rohrendes wichtig, insbesondere nach dem Ausführen einer
schnellen Rotationsbearbeitung mit geneigter Achse und exzentrischer
Achse, wie es in den offengelegten
JP-Patentveröffentlichungen
Nr. 11-147138 usw. angegeben ist.
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Ferner
ist bisher trotz des Bedarfs für
ein System zum Ausführen
von schnellen Rotationen mit Hilfe eines Werkzeugs, das um die Hauptspindel
herum rotiert, um die schnellen Rotationen kontinuierlich beispielsweise
durch Verwendung von zwei verschiedenen Walzenarten auszuführen, kein
solches System realisiert worden.
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Offenbarung der Erfindung
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Angesichts
der vorstehend beschriebenen Situation ist es Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Rotationssystem anzugeben, um schnelle Rotationen
auszuführen,
indem ein Werkzeug in einer rotierenden Bewegung an einem drehfest
abgestützten,
spanend zu bearbeitenden Element angetrieben wird, wobei das System
nicht nur schnelle Rotationen ordnungsgemäß ausführen kann, sondern nach den schnellen
Rotationen auch andere Arbeiten, wie etwa Schneiden usw., durchführen kann.
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Zum
Lösen dieser
Aufgabe ist das Rotationssystem nach der vorliegenden Erfindung
so ausgebildet, daß es,
wie in dem nachstehenden Anspruch 1 angegeben, folgendes aufweist:
eine Hauptspindel, die aus einem Doppelrohr mit einem Außenrohr
und einem Innenrohr besteht; einen ersten Rotor, der an dem Endbereich
von einem von dem Außenrohr
oder dem Innenrohr vorgesehen ist und der sich zusammen mit dem einen
Rohr relativ zu der Hauptspindel dreht; einen zweiten Rotor, der
an dem Endbereich von dem anderen von dem Außenrohr oder dem Innenrohr
parallel zu dem ersten Rotor vorgesehen ist und der sich zusammen
mit dem anderen von dem Außenrohr
oder dem Innenrohr relativ zu der Hauptspindel dreht und sowohl
einen ersten als auch einen zweiten Führungsweg um die Achse von
dem anderen von dem Außenrohr
oder dem Innenrohr bildet; ein erstes Werkzeug und ein zweites Werkzeug,
die an dem ersten Rotor entlang des ersten bzw. des zweiten Führungsweges
des zweiten Rotors beweglich abgestützt sind; und eine Antriebseinrichtung zum
rotationsmäßigen Antreiben
des Außenrohrs und
des Innenrohrs in einer und derselben Richtung an einem drehfest
abgestützten,
einer spanenden Bearbeitung zu unterziehenden Elements sowie zum rotationsmäßigen Antreiben
des Außenrohrs
und des Innenrohrs in relativer Weise nach Bedarf derart, daß eine Rotationsdifferenz
zwischen dem Außenrohr und
dem Innenrohr erzeugt wird, um dadurch das erste Werkzeug in einer
Radialrichtung entlang dem ersten Führungsweg anzutreiben und das
zweite Werkzeug in einer Radialrichtung entlang dem zweiten Führungsweg
anzutreiben, während
das erste und das zweite Werkzeug in einer rotierenden Bewegung
angetrieben werden, und ist dadurch gekennzeichnet, daß sich das
zweite Werkzeug nicht in Radialrichtung nach innen bewegt, wenn
sich das erste Werkzeug in Radialrichtung nach innen bewegt, und daß sich das
erste Werkzeug nicht in Radialrichtung nach innen bewegt, wenn sich
das zweite Werkzeug in Radialrichtung nach innen bewegt.
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Mit
dem in Anspruch 1 angegebenen Rotationssystem ist es möglich, schnelle
Rotationen ordnungsgemäß auszuführen, in
dem die Werkzeuge in einer rotierenden Bewegung angetrieben werden, und
ferner nach den schnellen Rotationen auch andere Bearbeitungsvorgänge, wie
etwa Schneiden usw., an einem drehfest abgestützten, spanend zu bearbeitenden
Element auszuführen.
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Das
System kann derart ausgebildet sein, daß sich das zweite Werkzeug
in Radialrichtung nach außen
bewegt, wenn sich das erste Werkzeug in Radialrichtung nach innen
bewegt, und daß sich
das zweite Werkzeug in Radialrichtung nach innen bewegt, wenn sich
das erste Werkzeug in Radialrichtung nach außen bewegt, wie in Anspruch
2 angegeben ist. Mit dem in Anspruch 2 angegebenen Rotationssystem
ist es möglich,
jeden Kontakt zwischen dem ersten und dem zweiten Werkzeug präzise zu verhindern
und somit den Freiheitsgrad bei der Anordnung des ersten und des
zweiten Werkzeugs zu erhöhen.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist
in Anspruch 3 angegeben.
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Ferner
ist es möglich,
die vorgeschriebenen Längen
an beiden Enden des ersten und des zweiten Führungswegs, die an dem zweiten
Rotor konzentrisch gebildet sind, zu bilden, wie in Anspruch 4 angegeben
ist. Mit dem in Anspruch 4 angegebenen Rotationssystem ist es möglich, den
konzentrisch ausgebildeten Bereich als Ausweichposition entweder
für das
erste oder das zweite Werkzeug zu verwenden.
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Außerdem ist
es zu diesem Zweck möglich, einen
Umkehrmechanismus entweder an dem ersten oder dem zweiten Werkzeug
vorzusehen, wie in Anspruch 5 angegeben ist. Mit dem in Anspruch
5 angegebenen Rotationssystem ist es möglich, die Bewegungsrichtung
des ersten und des zweiten Werkzeugs mit einem einfachen Mechanismus
umzukehren.
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Ferner
ist möglich,
in dem Rotationssystem eine schnell rotierende Walze als erstes
Werkzeug und eine Schneidklinge als zweites Werkzeug zu verwenden,
wie in Anspruch 6 angegeben ist. Durch die Verwendung einer schnell
rotierenden Walze als erstes Werkzeug und einer Schneidklinge als
zweites Werkzeug, wie es in Anspruch 6 angegeben, wird es möglich, nach
den schnellen Rotationen ein nachbearbeitendes Zurichten auszuführen.
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Ferner
ist es möglich,
in dem Rotationssystem, als das erste Werkzeug eine schnell rotierende Walze
mit einer großen
Krümmung
in dem Bereich zu verwenden, der mit dem spanend zu bearbeitenden Element
in Kontakt zu bringen ist, und als das zweite Werkzeug eine schnell
rotierende Walze mit einer kleinen Krümmung in dem Bereich zu verwenden, der
mit dem spanend zu bearbeitenden Element in Kontakt zu bringen ist,
wie es in Anspruch 7 angegeben ist.
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Während die
schnell rotierende Walze mit einer großen Krümmung in dem Bereich, der mit
dem spanend zu bearbeitenden Element in Kontakt zu bringen ist,
zum Bilden einer Rohform geeignet ist, ist die schnell rotierende
Walze mit einer kleinen Krümmung
in dem Bereich, der mit dem spanend zu bearbeitenden Element in
Kontakt zu bringen ist und der zum Formen imstande ist, während gleichzeitig
eine hohe Flächengenauigkeit
des spanend zu bearbeitenden Elements aufrechterhalten wird, zur
Endbearbeitung geeignet.
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Durch
das Vorsehen von zwei Sätzen
von Walzen, deren Krümmungen
in dem Bereich verschieden sind, der mit dem spanend zu bearbeitenden
Element in Kontakt zu bringen ist, wie es oben erwähnt ist,
wird es möglich,
eine allgemeine Bearbeitung und eine Endbearbeitung aufeinanderfolgend
mit hoher Genauigkeit auszuführen.
Durch die Verwendung einer schnell rotierenden Walze mit einer großen Krümmung in
dem Bereich, der mit dem spanend zu bearbeitenden Element in Kontakt
zu bringen ist, als das erste Werkzeug und durch Verwendung einer
schnell rotierenden Walze mit einer kleinen Krümmung in dem Bereich, der mit
dem spanend zu bearbeitenden Element in Kontakt zu bringen ist,
als das zweite Werkzeug, wie es in Anspruch 6 angegeben, wird es
möglich,
die allgemeine Bearbeitung und die Endbearbeitung aufeinanderfolgend mit
hoher Genauigkeit auszuführen
und somit die schnelle Rotationsbearbeitung gleichmäßig durchzuführen.
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Wie
oben beschrieben, ist eine schnell rotierende Walze als erstes Werkzeug
vorgesehen, und zusätzlich
zu der schnell rotierenden Walze sind als zweites Werkzeug Schneidklingen
zum Schneiden des spanend zu bearbeitenden Elements, ein Schneidwerkzeug
zum Behandeln der Schnittfläche, ein
Schleifstein usw. vorgesehen.
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Dadurch
ist es möglich,
die schnellen Rotationen gleichmäßig auszuführen und
nach den schnellen Rotationen die gewünschte Bearbeitung, wie etwa
Schneiden usw., aufeinanderfolgend an dem spanend zu bearbeitenden
Element durchzuführen.
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Der
erste und der zweite Führungsweg
können
entweder Rillen oder vorstehende Stege sein, und das erste und das
zweite Werkzeug können
jeweils entlang dem erstem bzw. dem zweiten Führungsweg angetrieben werden
durch das Vorsehen von Stiften, die geführt werden, indem sie in der
Rille befestigt sind, oder durch Rillen, die geführt werden, indem sie mit den
vorstehenden Stegen in Eingriff sind. Der erste und der zweite Führungsweg
können auch
als einzelne kontinuierliche Führungswege
ausgebildet sein.
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Kurze Erläuterung der Zeichnungen
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1 ist
eine Schnittansicht, die eine allgemeine Ansicht des Rotationssystems
gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 ist
eine Vorderansicht, welche die Relation zwischen der Walze und der
Schneidklinge in dem Rotationssystem gemäß einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt.
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3 ist
eine Vorderansicht, welche die Relation zwischen der Walze und der
Schneidklinge in dem Rotationssystem gemäß einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt.
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4 ist
eine Vorderansicht, welche die Relation zwischen der Walze und der
Schneidklinge in dem Rotationssystem gemäß einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt.
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5 ist
eine Seitenansicht des Zustands gemäß 4, welche
die Relation zwischen der Walze und der Schneidklinge in dem Rotationssystem gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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6 ist
eine Seitenansicht des Zustands gemäß 4, welche
die Relation zwischen der Walze und der Schneidklinge in dem Rotationssystem gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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7 ist
eine Vorderansicht, welche die Relation zwischen der Walze und der
Schneidklinge in dem Rotationssystem gemäß einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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8 ist
eine Vorderansicht, welche die Relation zwischen der Walze und der
Schneidklinge in dem Rotationssystem gemäß einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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9 ist
eine Vorderansicht, die den zweiten Rotor in dem Rotationssystem
gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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10 ist
eine Perspektivansicht der Geschwindigkeitsänderungseinrichtung.
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11 ist
ein Längsschnitt
der Geschwindigkeitsänderungseinrichtung
(Schnittansicht entlang der Linie Q-Q in 12).
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12 ist
ein Längsschnitt
der Geschwindigkeitsänderungseinrichtung
(Schnittansicht entlang der Linie R-R in 11).
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13 ist
ein Längsschnitt
des Hauptteils der Geschwindigkeitsänderungseinrichtung gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung (Schnittansicht entlang der Linie P-P
in 14).
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14 ist
eine Vorderansicht, welche die Relation zwischen der Walze und der
Schneidklinge in dem Rotationssystem gemäß einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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15 ist
eine Vorderansicht, die den zweiten Rotor in dem Rotationssystem
gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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16 ist
ein Querschnitt, der den zweiten Rotor in dem Rotationssystem gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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17 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie T-T in 14.
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18 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie U-U in 14.
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19 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie V-V in 14.
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20 ist
eine erläuternde
Ansicht des Umkehrmechanismus.
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Bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung
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Ausführungsformen
des Rotationssystems gemäß der vorliegenden
Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
erläutert.
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1 und 2 zeigen
das Rotationssystem gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, das beispielsweise den Endteil des Rohrmaterials 4 auf
einen reduzierten Durchmesser bearbeiten kann, und das Endprodukt
dieser Ausführungsform
wird als Außenzylinder
eines Schalldämpfers
für ein
Kraftfahrzeug (nicht gezeigt), als Katalysator und für verschiedene
Arten von Druckbehältern verwendet.
Das Ausgangsmaterial (Rohmaterial vor der Bearbeitung) ist bei dieser
Ausführungsform
ein Metallrohrmaterial, wobei der Typ dieses Materials nicht speziell
vorgegeben ist.
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In 1 und 2 ist
ein Paar von Führungsschienen 5 an
einer Basis 1 befestigt, und ein Gehäuse 20 ist entlang
diesen Führungsschienen 5 bewegbar
angeordnet. An der Unterseite dieses Gehäuses 20 ist ein Sockel 7 befestigt,
und eine damit zu verbindende Lochschraube bzw. eine Gewindespindel 8 ist
an der Basis 1 parallel zu den Führungsschienen 5 angeordnet
und von einem Servomotor 9 drehbar abgestützt. Die
Konstruktion ist derart, daß sich
das Gehäuse 20 entlang
den Führungsschienen 5 bewegt,
während
die Gewindespindel 8 von dem Servomotor 9 rotationsmäßig angetrieben
wird.
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Ferner
ist eine Hauptspindel 2 auf einer zu der Basis 1 parallelen
Ebene angeordnet und von dem Gehäuse 20 über ein
Lager 3 usw. um ihre Mittelachse herum drehbar abgestützt. Wie 1 zeigt, ist
die Hauptspindel als Doppelrohr mit einem Außenrohr 21 und einem
Innenrohr 23 in Zylindergestalt ausgebildet und mit einer
noch zu beschreibenden Geschwindigkeitsänderungseinrichtung 50 verbunden.
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Außerdem ist
eine Verbindungsstange 41 eines Dorns 40 derart
abgestützt,
daß sie
sich unabhängig
von der Hauptspindel durch den hohlen Teil des Innenrohrs 23 hindurch
in Axialrichtung vorwärts und
rückwärts bewegt.
Dabei ist die Verbindungsstange 41 so abgestützt, daß sie über ein
Lager gegenüber
dem Innenrohr 23 der Hauptspindel 2 Spiel hat,
und ist daher derart ausgebildet, daß sie sich in Axialrichtung
bewegt, ungeachtet der Rotation und Bewegung der Hauptspindel 2 in
Axialrichtung.
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Der
Dorn 40 ist so ausgebildet, daß er mit der Form an der Innenseite
des offenen Endes des Rohrmaterials 4 übereinstimmt. Das Endteil der
Verbindungsstange 41 ist von einem Zylinder 42 für Vorwärts- und
Rückwärtsantrieb
abgestützt,
und der Zylinder 42 ist von der Basis 1 über eine
Halterung 1c abgestützt.
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Andererseits
ist ein Rohrmaterial 4 von einer Einspanneinrichtung (nicht
gezeigt) drehfest abgestützt,
so daß die
Sollmittelachse zur Bearbeitung an ihrem Ende mit der Mittelachse
der Hauptspindel 2 übereinstimmt.
Dabei sind sie derart ausgebildet, daß die Sollmittelachse zur Bearbeitung
des Rohrmaterials 4 und die Mittelachse der Hauptspindel 2 in der
gleichen Ebene wie die Basis 1 (auf gleicher Höhe von der
Basis 1) positioniert sind.
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Das
Außenrohr 21 der
Hauptspindel 2 ist mit einem Element in Zylindrergestalt
ausgebildet, in dessen hohlem Teil das Innenrohr 23 in
Zylindergestalt untergebracht ist, und ist mit der noch zu beschreibenden
Geschwindigkeitsänderungseinrichtung 50 verbunden.
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Ferner
ist die Verbindungsstange 41 des Dorns 40 so abgestützt, daß sie sich
durch den hohlen Teil des Innenrohrs 23 in Axialrichtung
vorwärts und
rückwärts bewegt.
Der Dorn 40 ist derart ausgebildet, daß er mit der Form der Innenseite
an dem Öffnungsende
des Rohrmaterials 4 übereinstimmt.
Das Basisende der Verbindungsstange 41 ist von dem Zylinder 42 für Vorwärts- und
Rückwärtsantrieb
abgestützt,
und der Zylinder 42 ist von der Basis 1 über die Halterung 1c abgestützt.
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Das
Außenrohr 21 ist über einen
Getriebezug 22a mit einer Riemenscheibe 22b verbunden, und
diese Riemenscheibe 22b ist über einen Riemen (nicht gezeigt)
mit einem Motor usw. (nicht gezeigt) verbunden, und das Außenrohr 21 wird
von diesem Motor usw. rotationsmäßig angetrieben.
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Andererseits
ist an dem Endbereich des Außenrohrs 21 ein
erster Rotor 24 befestigt, und der erste Rotor 24 dreht
sich um die Mittelachse, während
das Außenrohr 21 rotationsmäßig angetrieben wird.
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Ferner
ist der Endbereich des Innenrohrs 23 an diesem ersten Rotor 24 drehbar
abgestützt.
An dem Endbereich des Innenrohrs 23 ist ein zweiter Rotor 25 befestigt,
und der zweite Rotor 25 wird gemeinsam mit dem Innenrohr 23 rotationsmäßig um seine
Mittelachse angetrieben.
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Wie 2 zeigt,
sind an dem zweiten Rotor 25 dieser Ausführungsform
vier Führungsrillen
in kreisförmiger
Gestalt gebildet, die den ersten und den zweiten Führungsweg
der vorliegenden Erfindung bilden (ein Satz von einander zugewandten Führungsrillen
ist mit 25a bzw. 25b bezeichnet), und in jeder
dieser Führungsrillen 25a, 25b ist
ein Führungsstift 26 angeordnet,
der sich mit einer Rotation des zweiten Rotors 25 in Radialrichtung
bewegt. Diese Führungsstifte 26 sind
von einem Paar von Stützelementen 27 bzw.
einem Paar von Stützelementen 29 gehalten.
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Die
Stützelemente 27 sind
so angeordnet, daß sie
einander zugewandt sind, von dem zweiten Rotor 25 gleitbar
abgestützt
sind und über
den Führungsstift 26 entlang
der Führungsrille 25b bewegbar gehalten
sind. Gleichermaßen
sind die Stützelemente 29 ebenfalls
so angeordnet, daß sie
einander zugewandt sind, von dem zweiten Rotor 25 gleitbar
abgestützt
sind und über
den Führungsstift 26 entlang der
Führungsrille 25b bewegbar
gehalten sind.
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Wie 1 und 2 zeigen,
sind an den jeweiligen Stützelementen 27 Rollen
oder Walzen 28 drehbar abgestützt, und an den jeweiligen
Stützelementen 29 sind
Schneidklingen 30 drehbar abgestützt. In 2 (und in
den nachfolgenden Figuren) ist der Rotor 24 im Hinblick
auf eine Vereinfachung der Erläuterung
weggelassen, und nur die Stützelemente 27, 29,
die Walze 28 und die Schneidklinge 30, die von
dem ersten Rotor 24 abzustützen ist, sind gezeigt.
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Die
Führungsrillen 25a, 25b sind
derart ausgebildet, daß sich
die Stützelemente 27 (und
die Walze 28) und die Stützelemente 29 (und
die Schneidklinge 30) relativ zueinander bewegen, während sich der
zweite Rotor 25 in der einen Richtung dreht. Dabei ist
das Profil der Führungsrillen 25a, 25b so
ausgebildet, daß sich
die Stützelemente 29 in
Radialrichtung nach innen bewegen, wenn sich die Stützelemente 27 in
Radialrichtung nach außen
bewegen, und daß umgekehrt
sich die Stützelemente 29 in
Radialrichtung nach außen
bewegen, wenn sich die Stützelemente 27 in
Radialrichtung nach innen bewegen.
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Während das
Außenrohr 21 von
einem nicht gezeigten Motor usw. rotationsmäßig angetrieben wird, drehen
sich die jeweiligen Walzen 28 und Schneidklingen 30 um
die Mittelachse des Rohrmaterials 4. Während sich der zweite Rotor 25 relativ
zu dem ersten Rotor 24 dreht, werden in diesem Zustand
die Stützelemente 27 in
Radialrichtung angetrieben, die Walze 28 wird derart angetrieben,
daß sie sich
der Mittelachse des Rohrmaterials 4 nähert und sich davon entfernt,
die Stützelemente 29 werden
in Radialrichtung entgegen der Bewegungsrichtung der Stützelemente 27 angetrieben,
und die Schneidklinge 30 wird derart angetrieben, daß sie sich
der Mittelachse des Rohrmaterials 4 nähert und sich davon entfernt.
Dabei gelangen sie aus dem Zustand gemäß 2 in den
in 3 gezeigten Zustand, und während dieses Zeitraums, während der
Durchmesser des Endteils des Rohrmaterials 4 von der Walze 28 reduziert
wird, bleibt die Schneidklinge 30 in Bereitschaft in einer
von dem Rohrmaterial 4 entfernten Position.
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Die
Geschwindigkeitsänderungseinrichtung 50,
mit der das Außenrohr 21 und
das Innenrohr 23 verbunden sind, ist eine Differentialeinrichtung
zum rotationsmäßigen Antreiben
des Außenrohrs 21 und des
Innenrohrs 23 relativ zueinander, um so eine Rotationsdifferenz
zwischen dem Außenrohr 21 und dem
Innenrohr 23 zu erzeugen, und bildet einen Teil der Antriebseinrichtung
der vorliegenden Erfindung.
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Die
Geschwindigkeitsänderungseinrichtung 50 bei
dieser Ausführungsform,
die ein Antriebssystem mit flexiblem Ineinandergreifen verwendet,
ist gemäß 1 und 11 bis 13 mit
folgenden Komponenten versehen: einem Paar von Außenringen 51, 52,
mit denen das Außenrohr 21 bzw.
das Innenrohr 23 in Eingriff ist; einem flexiblen Zahnkranz 53,
an dem Zähne
ausgebildet sind, um in die gleiche Anzahl von Zahnnuten einzugreifen,
die in der inneren Oberfläche
davon gebildet sind, sich aber hinsichtlich der Anzahl von Zähnen davon
unterscheiden; und einem Wellenformungsring 54, der so
angeordnet ist, daß er
diesen Zahnkranz 53 drehbar abstützt und in die Zahnnuten der
Außenringe 51, 52 an zwei
einander zugewandten Stellen eingreift.
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Dieser
Wellenformungsring 54 wird von einem Geschwindigkeitsreduziermotor 55 für den Antrieb
rotationsmäßig angetrieben.
Die Außenringe 51, 52 sind
von Stützrädern 56 bzw. 57 abgestützt, und ein
Antriebsrad 58, welches in das Stützrad 56 eingreift,
ist an dem Außenrohr 21 angebracht,
während ein
angetriebenes Rad 59, welches in das Stützrad 57 eingreift,
an den Innenrohr 23 angebracht ist.
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Dieses
Antriebssystem mit flexiblem Ineinandergreifen ist mit einer Differentialeinrichtung
versehen, um in Abhängigkeit
von dem Antrieb des Geschwindigkeitsreduziermotors 55 zum
Antreiben eine relative Geschwindigkeitsdifferenz zwischen den Außenringen 51, 52 zu
erzeugen; eine Erläuterung
des Arbeitsprofils dieses Systems entfällt jedoch hier, da es als
HD-Getriebe bekannt ist (Informationen sind beispielsweise zu erhalten
im Internet: http://www.hds.co.jp/hdss.htm).
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Ferner
sind die Baugruppen so ausgebildet, daß während des rotationsmäßigen Antreibens
des Außenrohrs 21 durch
einen nicht gezeigten Motor usw. der zweite Rotor 25 durch
das Innenrohr 23 mittels einer Differentialbewegung zwischen
den Außenringen 51, 52 rotationsmäßig angetrieben
wird, und die Stützelemente 27, 29 sowie
die Walze 28 und die Schneidklinge 30 bewegen
sich in Radialrichtung gegen die Mittelachse der Hauptspindel 2.
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Ferner
sind sie derart ausgebildet, daß die jeweiligen
Antriebseinrichtungen, wie etwa die Motoren 9, 55 usw.,
und der Zylinder 42 usw. mit einer Steuereinheit (nicht
gezeigt) elektrisch verbunden sind und von dieser Steuereinheit
Steuersignale an die jeweiligen Antriebseinrichtungen abgegeben
werden, um eine numerische Steuerung auszuführen. Die Geschwindigkeitsänderungseinrichtung 50 ist
auf dieses Antriebssystem mit flexiblem Ineinandergreifen nicht
beschränkt,
sondern andere Differentialeinrichtungen, wie etwa Planetenradeinrichtungen
usw., können
ebenfalls verwendet werden.
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Zur
Erläuterung
der Wirkungen des Rotationssystems, das in der oben beschriebenen
Weise ausgebildet ist, wird zunächst
gemäß 1 das Rohrmaterial 4 von
einer Einspanneinrichtung (nicht gezeigt) in einem drehfesten Zustand
gehalten. Zu diesem Zeitpunkt wird das Rohrmaterial 4 so
positioniert, daß seine
Mittelachse mit der Mittelachse der Hauptspindel 2 koaxial
wird. Außerdem
ziehen sich die jeweiligen Walzen 28 vom Außendurchmesser des
Rohrmaterials 4 nach außen zurück.
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Dann
wird das Gehäuse 20 angetrieben,
um sich entlang der Führungsschiene 5 zu
bewegen (nach links in 1), und es stoppt in der Position zum
Starten der schnellen Rotationen des Rohrmaterials 4 in
dem Zustand, in dem die jeweiligen Walzen 28 zurückgezogen
sind. Ferner wird der Dorn 40 angetrieben, um sich so zu
bewegen, daß er
in der Öffnung
an einem Ende des Rohrmaterials 4 positioniert wird. Ausgehend
von diesem Zustand wird das Außenrohr 21 von
einem nicht gezeigten Motor usw. rotationsmäßig angetrieben, und der erste
Rotor 24 dreht sich um seine Mittelachse, während gleichzeitig der
zweite Rotor 25 durch die Geschwindigkeitsänderungseinrichtung 50 rotationsmäßig angetrieben wird.
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Das
Außenrohr 21 und
das Innenrohr 23 werden von einem Geschwindigkeitsreduziermotor 55 relativ
zueinander rotationsmäßig angetrieben, und
eine Rotationsgeschwindigkeitsdifferenz wird zwischen den beiden
und schließlich
zwischen dem ersten Rotor 24 und dem zweiten Rotor 25 erzeugt, das
Stützelement 27 gleitet
in der Richtung der Mittelachse entlang der Führungsrille 25a, während gleichzeitig
das Stützelement 29 entlang
der Führungsrille 25b nach
außen
gleitet.
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Infolgedesssen
werden die jeweiligen Walzen 28 zur Bearbeitung in Radialrichtung
zu der Sollachse hin angetrieben. Gleichzeitig wird das Gehäuse 20 von
dem Motor 9 angetrieben, sich entlang der Führungsschiene 5 zurückzuziehen
(nach rechts in 1), und die jeweiligen Walzen 28 werden
angetrieben, sich in die gleiche Richtung zurückzuziehen. Aufgrunddessen
drehen sich die jeweiligen Walzen 28 von selbst (d. h.
sie rotieren) in dem Zustand, in dem sie an die Außenumfangsfläche an dem
Ende des Rohrmaterials 4 gedrückt sind, und während sie sich
zur Bearbeitung um die Sollachse drehen (d. h. rotieren), werden
sie in zur Bearbeitung Radialrichtung zu der Sollachse hin angetrieben,
um schnelle Rotationen auszuführen,
wie in 3 gezeigt ist.
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Während dieser
Zeit werden, während
das Stützelement 29 entlang
der Führungsrille 25b nach außen gleitet,
die jeweiligen Schneidklingen 30 in eine von dem Rohrmaterial 4 entfernte
Position zurückgezogen,
wie es in 3 gezeigt ist. Insbesondere
das Profil der Führungsrillen 25a, 25b ist
so vorgegeben, daß die
jeweiligen Schneidklingen 30 in Radialrichtung nach innen
gleiten, um eine Störung des
Rohrmaterials 4 auch dann zu vermeiden, wenn sich die jeweiligen
Walzen 28 in Radialrichtung in vollem Ausmaß nach außen bewegen.
Auf die gleiche Weise wird eine Vielzahl von Arbeitszyklen ausgeführt, und
ein verjüngter
Bereich 4b und ein Halsbereich 4c der Endgestalt,
die in 5 gezeigt ist, werden an dem Ende des Rohrmaterials 4 gebildet.
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Wenn
der Geschwindigkeitsreduziermotor 55 derart angetrieben
wird, daß die
relative Rotationsrichtung des Innenrohrs 23 gegenüber dem
Außenrohr 21 der
oben beschriebenen Richtung entgegengesetzt ist, und zwar in dem
Zustand, in dem das Außenrohr 21 in
der gleichen Richtung wie oben von einem Motor usw. rotationsmäßig angetrieben
wird, gleitet das Stützelement 27 entlang
der Führungsrille 25a nach
außen,
und das Stützelement 29 gleitet
in der Richtung der Mittelachse entlang der Führungsrille 25b.
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Dabei
wird das Gehäuse 20 von
dem Motor 9 entlang der Führungsschiene 5 angetrieben,
und die jeweiligen Schneidklingen 30 hören auf, sich in Axialrichtung
zu bewegen, und zwar in einer Position, die der vorgeschriebenen
Position des Halses 4c nach der Bearbeitung zugewandt ist,
und in dieser Position werden die jeweiligen Schneidklingen 30 in der
Radialrichtung zu dem Hals 4c hin angetrieben, wie es in 6 gezeigt
ist, und der Hals 4c wird in der vorgeschriebenen Position
abgeschnitten. Deshalb befinden sich während dieses Zeitraums die
jeweiligen Walzen 28 in der zurückgezogenen Position, wie 5 zeigt.
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Wie
oben beschrieben, wird es mit dieser Ausführungsform möglich, schnelle
Rotationen an dem drehfest abgestützten Rohrmaterial 4 auszuführen, indem
die Walze 28 als Werkzeug in einer rotierenden Bewegung
angetrieben wird, und daraufhin das Zurichten auszuführen, indem
das Rohrmaterial 4 nach der Bearbeitung an der vorgeschriebenen
Position mit Hilfe der Schneidklinge 30 abgeschnitten wird.
Da außerdem
weder das Rohrmaterial 4 noch die Verbindungsstange 41 rotieren,
ist es ferner möglich,
auf einfachere Weise eine Konstruktion bereitzustellen, die einen
kräftigen
Druck auf das Rohrmaterial 4 aufbringt, Fehler, wie etwa
eine Verlagerung des Rohrmaterials 4 usw., aufgrund von
Rotationen zu vermeiden und eine präzise Positionierung vorzunehmen.
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Die
Walze 28 und die Schneidklinge 30 können jeden
Bewegungsweg nehmen, solange sie sich in Radialrichtung bewegen
können,
und ihre Wege können
sich teilweise überlappen.
Als zweites Werkzeug kann anstelle der Schneidklinge 30 ohne
weiteres auch ein Schneidwerkzeug, ein Schleifstein, ein Walzwerkzeug
usw. verwendet werden. Ferner können
anstelle der Walze 28 und der Schneidklinge 30 eine
schnell rotierende Walze (nicht gezeigt) mit einer großen Krümmung in
einem Bereich, der mit dem Rohrmaterial 4 in Kontakt zu
bringen ist, und eine schnell rotierende Walze (nicht gezeigt) mit
einer kleinen Krümmung
in dem Bereich, der mit dem Rohrmaterial 4 in Kontakt zu
bringen ist, verwendet werden, um das erste und das zweite Werkzeug
auszubilden.
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Die
Krümmung
in dem Bereich, der mit dem Rohrmaterial 4 in Kontakt zu
bringen ist, betrifft die sogenannte Krümmung des Radius an dem Endbereich
R (Krümmung
in der Richtung parallel zu der Mittelachse) und bedeutet nicht
den Durchmesser am Außenumfang
der Walze.
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Während die
schnell rotierende Walze mit einer großen Krümmung in dem Bereich, der mit
dem Rohrmaterial 4 in Kontakt zu bringen ist, zur Ausbildung
einer Rohform mit geringen Dickenverlusten geeignet ist, so ist
eine schnell rotierende Walze mit einer kleinen Krümmung in
dem Bereich, der mit dem Rohrmaterial 4 in Kontakt zu bringen
ist, zur Endbearbeitung geeignet, da sie den Formvorgang ausführen kann,
indem sie eine hohe Flächengenauigkeit der
bearbeiteten Oberfläche
aufrechterhält.
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7 und 8 zeigen
einen Fall von schnellen Rotationen mit einem Rotationssystem gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wobei der erste und der zweite Führungsweg
der vorliegenden Erfindung ohne Unterbrechung einer Führungsrille 25c von
elliptischer Gestalt gebildet sind, während die Konstruktion anderer Teile
gleich derjenigen bei der vorhergehenden Ausführungsform ist.
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Bei
dieser Ausführungsform
kann der schnelle Rotationsvorgang zyklisch auf eine solche Weise
wiederholt werden, daß sich
die Walze 28 und die Schneidklinge 30 in entgegengesetzte
Richtungen bewegen, während
gleichzeitig ihre relative Rotations richtung die gleiche bleibt,
ohne die relative Rotationsrichtung des zweiten Rotors 25 gegenüber dem
ersten Rotor 24 umzuschalten.
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Es
ist möglich,
die schnellen Rotationen gemäß 7 auszuführen, und
danach das Schneiden gemäß 8 auszuführen.
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Ferner
können
bei dieser Ausführungsform das
Schneidwerkzeug, der Schleifstein usw. anstelle der Schneidklinge 30 als
zweites Werkzeug verwendet werden. Ferner können anstelle der Walze 28 und der
Schneidklinge 30 eine schnell rotierende Walze (nicht gezeigt)
mit einer großen
Krümmung
in dem Bereich, der mit dem Rohrmaterial 4 in Kontakt zu bringen
ist, und eine schnell rotierende Walze (nicht gezeigt) mit einer
kleinen Krümmung
in dem Bereich, der mit dem Rohrmaterial 4 in Kontakt zu
bringen ist, verwendet werden, um das erste und das zweite Werkzeug
auszubilden.
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9 zeigt
den zweiten Rotor 25 des Rotationssystems gemäß einer
anderen Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, wobei der erste Führungsweg der vorliegenden
Erfindung mit zwei Führungsrillen 25d gebildet
ist, während
der zweite Führungsweg
mit einer einzigen Führungsrille 25e gebildet
ist, wobei die Führungsrille 25e so
ausgebildet ist, daß sie
in die entgegengesetzte Richtung in bezug auf die Führungsrille 25d führt, wie
es mit einer strichpunktierten Linie gezeigt ist.
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Walzen
(nicht gezeigt) sind jeweils von zwei, sich entlang der Führungsrille 25d bewegenden
Stützelementen
(nicht gezeigt) drehbar abgestützt,
und eine Schneidklinge (nicht gezeigt) ist von einem sich entlang
der Führungsrille 25e bewegenden
Stützelement
(nicht gezeigt) drehbar abgestützt.
Die Ausbildung anderer Teile ist die gleiche wie bei der vorhergehenden
Ausführungsform.
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Sämtliche
oben genannten Ausführungsformen
zeigen zwar einen Zustand, in dem die Achse des verjüngten Teils 4b und
der Hals 4c mit der Achse des Rohrmaterials 4 während der
schnellen Rotationen koaxial ist; es ist jedoch auch möglich, entweder
einen verjüngten
Teil und einen Hals (nicht gezeigt) entlang einer Achse zu bilden,
die bezug auf die Achse des Rohrmaterials 4 geneigt ist,
oder einen verjüngten
Teil und einen Hals entlang einer Achse zu bilden, die zu der Achse
des Rohrmaterials 4 exzentrisch ist. Außerdem können eine geneigte Achse und
eine exzentrische Achse nach Bedarf kombiniert werden, um schnelle
Rotationen auszuführen.
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Schnelle
Rotationen mit einer solchen geneigten Achse und einer solchen exzentrischen
Achse sind in den offengelegten
JP-Patentveröffentlichungen
Nr. 11-147 138 und
Nr.
11-151 535 beschrieben, und ein solches Bearbeitungsverfahren
kann beim Formen des verjüngten
Teils und des Halses angewandt werden. Dabei wird bevorzugt, eine schnell
rotierende Walze (nicht gezeigt) mit einer großen Krümmung in einem Bereich, der
mit dem Rohrmaterial
4 in Kontakt zu bringen ist, durch
das Stützelement
27 drehbar
abzustützen
und eine schnell rotierende Walze (nicht gezeigt) mit einer kleinen Krümmung in
dem Bereich, der mit dem Rohrmaterial
4 in Kontakt zu bringen
ist, durch das Stützelement
29 drehbar
abzustützen,
um so die erstere Walze in dem Vorgang zum Reduzieren des Durchmessers des
Rohrmaterials
4 und die letztere Walze in dem Vorgang zur
Endbearbeitung des Halses
4c zu verwenden.
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13 bis 20 zeigen
das Rotationssystem gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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In
diesem Rotationssystem sind an dem zweiten Rotor 25 Führungsrillen 25f, 25g spiralförmig als
erster und zweiter Führungsweg
ausgebildet.
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Die
Führungsrillen 25f, 25g sind über ungefähr 270° ausgebildet,
wie es 14 und 15 zeigen,
und wenn der Gesamtumfang des zweiten Rotors 25 in vier
gleiche Teile Winkelbereiche α, β, γ, δ unterteilt
ist, sind die Bereiche der Winkel β, δ in konzentrischen Kreisen gebildet
mit der einen Führungsrille 25f (25g)
als einem konzentrischen Kreis mit kleinem Durchmesser und der anderen
Führungsrille (25g)
(25f) als einem konzentrischen Kreis mit großem Durchmesser,
während
die Bereiche der Winkel α, γ aus Teilen
mit unterschiedlichen Durchmessern bestehen, die eine Verbindung
zwischen dem konzentrischen Kreis mit kleinem Durchmesser und dem konzentrischen
Kreis mit großem
Durchmesser herstellen.
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Entweder
die Walze 28 als erstes Werkzeug oder die Schneidklinge 30 als
zweites Werkzeug, bei der vorliegenden Ausführungsform jedoch die Schneidklinge 30 als
zweites Werkzeug ist mit einem Umkehrmechanismus 60 versehen.
Dieser Umkehrmechanismus 60 ist so realisiert, daß dann,
wenn sich beispielsweise die Führungswalzen 26a, 26b entlang
den Führungsrillen 25f, 25g oder
in Radialrichtung nach innen bewegen, sich die jeweiligen Schneidklingen 30 beispielsweise
in Gegenrichtung oder in Radialrichtung nach außen bewegen; konkrete Beispiele
solcher Bewegungen sind in den 18 bis 20 gezeigt.
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Der
Umkehrmechanismus 60 besteht aus einer Stützbasis 61 von
jeweiligen Schneidklingen 30, einem unteren Bewegungselement 62,
das diese Stützbasis 61 in
Radialrichtung gleitbar abstützt,
und einem Umkehrgetriebeelement 63.
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Außerdem bewegt
sich die Stützbasis 61 entlang
der Führungsrille 24a des
ersten Rotors 24, und das Umkehrgetriebeelement 63 besteht
aus einem Zahnrad 65 zum Eingriff mit einer Zahnstange 64,
die an einer Seite des unteren Bewegungselements 62 gebildet
ist, einem Zwischenrad 66, das in dieses Zahnrad 65 eingreift,
einem Antriebsrad 68, das mit diesem Zwischenrad 66 an
der gleichen Achse 67 angebracht ist, und einer Zahnstange 69,
die an einer Seite der Stützbasis 61 ausgebildet
ist und in das Antriebsrad 68 eingreift.
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Wenn
sich die jeweiligen Führungswalzen 26a, 26b in
den in 15 gezeigten Positionen befinden,
d. h. an dem Grenzbereich zwischen dem konzentrischen Teil und dem
Teil mit unterschiedlichen Durchmessern der Führungsrillen 25f, 25g, sind
infolgedessen die jeweiligen Walzen 28 und Schneidklingen 30 in
zurückgezogenen
Positionen.
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Wenn
ausgehend von diesem Zustand der zweite Rotor 25 in Richtung
des Pfeils Y gedreht wird, so bewegen sich die jeweiligen Führungwalzen 26a durch
den Teil mit unterschiedlichen Durchmessern der Führungsrillen 25f, 25g in
Radialrichtung nach innen, um die schnellen Rotationen des Rohrmaterials (nicht
gezeigt) mit den jeweiligen Walzen 28 auszuführen. Dabei
befinden sich die jeweiligen Schneidklingen 30 in zurückgezogenen
Positionen, da sich die jeweiligen Führungswalzen 26b durch
den Durchmesser des konzentrischen Kreises mit kleinem Durchmesser
bewegen.
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Wenn
ausgehend von diesem Zustand und nach dem obengenannten Vorgang
der zweite Rotor 25 in der zu der Richtung des Pfeils Y
entgegengesetzten Richtung bis zu der Position jenseits der in 15 gezeigten
Position gedreht wird, dann bewegen sich die jeweiligen Führungswalzen 26b durch den
Teil mit unterschiedlichen Durchmessern der Führungsrillen 25f, 25g in
Radialrichtung nach innen, um das Ende des Rohrmaterials (nicht
gezeigt) nach der Bearbeitung mit den jeweiligen Schneidklingen 30 abzuschneiden.
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Da
sich die jeweiligen Führungswalzen 26a durch
den Durchmesser des konzentrischen Teils mit großem Durchmesser bewegen, nachdem
sie sich durch den Teil mit unterschiedlichen Durchmessern der Führungsrillen 25f, 25g in
Radialrichtung nach außen
bewegt haben, ziehen sich in diesem Fall die jeweiligen Walzen 28 aus
der schnellen Rotationssposition zurück und bleiben in der zurückgezogenen Position.
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Dadurch
ist es möglich,
schnelle Rotationen an dem Rohrmaterial auszuführen und danach das Endteil
nach der Bearbeitung abzuschneiden.
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Andere
Grundkonstruktionen und Wirkungen des Rotationssystems dieser Ausführungsform
sind die gleichen wie bei dem Rotationssystem gemäß der oben
beschriebenen Ausführungsform.
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Die
bisherigen Erläuterungen
beziehen sich auf das Rotationssystem gemäß der vorliegenden Erfindung
auf der Grundlage einer Vielzahl von Ausführungsformen; die vorliegende
Erfindung ist jedoch nicht auf die in den oben beschriebenen Ausführungsformen
angegebenen Ausbildungen beschränkt,
und die Ausbildung des Systems kann im Rahmen des Schutzumfangs
gemäß der Definition
in den beigefügten
Ansprüchen
modifiziert werden.
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Mögliche gewerbliche Anwendung
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Gemäß dem Rotationssystem
der vorliegenden Erfindung ist es möglich, schnelle Rotationen auszuführen, indem
ein Werkzeug in einer rotierenden Bewegung an einem drehfest abgestützten, spanend
zu bearbeitenden Element angetrieben wird, und ferner nach den schnellen
Rotationen auf einfache Weise andere Arbeiten wie etwa Schneiden
usw. durchzuführen.