CH662964A5

CH662964A5 - Verfahren zur bearbeitung eines werkstuecks in einer drehmaschine zwischen spitzen sowie spannvorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens.

Info

Publication number: CH662964A5
Application number: CH203/84A
Authority: CH
Inventors: Helmut Friedrich Link; Erich Ewald Schaefer
Original assignee: Index Werke Kg Hahn & Tessky
Priority date: 1983-01-18
Filing date: 1984-01-17
Publication date: 1987-11-13
Also published as: US4604923A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks in einer Drehmaschine zwischen einer an einer Arbeitsspindel angebrachten ersten Spitze und einer an einem Reitstock angebrachten, in axialer Richtung verschiebbaren zweiten Spitze, bei dem das Werkstück zwischen die Spitzen eingesetzt und durch axiales Anpressen der beiden Spitzen zentriert wird, worauf das Werkstück durch an der Arbeitsspindel angebrachte und in axialer Richtung verschiebbare, gegen die eine Stirnseite des Werkstücks ange-presste Stirnmitnehmer angetrieben sowie mittels eines Drehwerkzeugs zunächst einer Grob- und dann einer Feinbearbeitung (Schruppen bzw. Schlichten) unterworfen wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Spannvorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens, die eine Arbeitsspindel aufweist, an der eine erste Spitze sowie in axialer Richtung verschiebbare Stirnmitnehmer angeordnet sind, und die ferner einen Reitstock besitzt, an dem eine in axialer Richtung verschiebbare zweite Spitze angeordnet ist.

Es ist bekannt, in die Arbeitsspindel einer Drehmaschine einen Mitnehmerkopf einzusetzen, der im Zentrum seiner Stirnseite eine feste Spitze und auf einem zu dieser konzentrischen Kreis mehrere Stirnmitnehmer aufweist, bei denen es sich um in axialer Richtung vorschiebbare und gegen die eine Stirnseite des Werkstücks z.B. mittels einer Hydraulik anpressbare Bolzen handelt, die an ihrem werkstück-seitigen Ende jeweils eine Schneide zum Eindrücken in das Werkstück aufweisen. Während durch die Stirnmitnehmer eines derartigen Mitnehmerkopfs das Werkstück sowohl bei der Grob- als auch bei der Feinbearbeitung (Schruppen bzw. Schlichten) angetrieben wird, sind bei einem anderen bekannten Mitnehmerkopf zwei Sätze von Stirnmitnehmern vorgesehen, die wechselweise vorschiebbar sind, so dass beim Schruppen der eine und beim Schlichten der andere Stirnmitnehmersatz benutzt wird. Beide Arten von Mitnehmerköpfen bringen den Nachteil mit sich, dass infolge der beim Schruppen auftretenden hohen Zerspanungskräfte das Zentrum in der der Arbeitsspindel zugewandten Werkstück-Stirnseite deformiert wird, da ja das Antriebsdrehmoment in diese Stirnseite des Werkstücks eingeleitet wird und die Zerspanungskräfte tangential zum Werkstück verlaufen; mit einem deformierten Zentrum lässt sich jedoch eine hohe Rundlaufgenauigkeit für das Schlichten nicht mehr erreichen.

Es ist ferner ein sogenanntes Ausgeleichsfutter bekannt, bei dem es sich um ein auf der Arbeitsspindel zu befestigendes Spannfutter handelt, das an seiner Stirnseite im Zentrum eine gefederte oder feste Spitze sowie zu beiden Seiten derselben Spannbacken aufweist, durch die ein Werkstück an seinem Umfang gespannt werden kann. Zur Erzielung einer Ausgleichsfunktion sind diese Spannbacken schwimmend gelagert, und die innere Reibung des Spannfutters führt dazu, dass die Mitte zwischen den Spannstellen nicht mit der Achse der Spitze bzw. des Werkstückzentrums zusammenfallt, so dass auch beim Ausgleichsfutter das Zentrum an der

2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

662 964

der Arbeitsspindel zugekehrten Stirnseite des Werkstücks beim Schruppen deformiert wird, so dass sich für das Schlichten keine hohe Rundlaufgenauigkeit mehr erzielen lässt. Gleiches gilt für einen sogenannten Drehmitnehmer, der gleichfalls in der Arbeitsspindel anzuordnen ist und nach Art doppelarmiger Hebel ausgeführte Spannbacken besitzt, zwischen denen das Werkstück an seinem Umfang gespannt wird; der Drehmitnehmer weist ausserdem eine gewisse Unwucht auf, die den Rundlauf des Werkstücks beeinträchtigt.

Den Nachteil, dass beim Schruppen das Zentrum in der der Arbeitsspindel zugewandten Werkstückstirnseite deformiert wird, weist schliesslich auch die Spannvorrichtung nach dem DE-GM 1 985 829 auf, die eine feste Spitze, in axialer Richtung, nach vorn federnde Stirnmitnehmer sowie in radialer Richtung verschiebbar geführte Spannbacken eines Spannfutters aufweist, welche um den vorderen Endbereich der Spitze herum angeordnet sind, jeder zur individuellen Verstellung in radialer Richtung mit einem gesonderten Hydraulikkolben verbunden ist und alle gemeinsam an einem in axialer Richtung verschiebbaren, ringförmigen Futterkörper gehalten sind. Bei dieser bekannten Spannvorrichtung befinden sich die Spitze und die Stirnmitnehmer während der ganzen Bearbeitung ständig im Eingriff mit dem Werkstück. Das Spannfutter kann jedoch nach dem Zurückziehen der Spannbacken axial hinter die Stirnmitnehmer zurückgezogen werden, so dass sich beim Schüchten das Werkstück über seine ganze Länge bearbeiten lässt.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Methode zu entwickeln, die es erlaubt, zwischen Spitzen in einer Drehmaschine zu bearbeitende Werkstücke mit höherer Rundlaufgenauigkeit feinzubearbeiten. Ausgehend von einem Verfahren der eingangs erwähnten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Werkstück nach dem Zentrieren zwischen den Spitzen bei in axialer Richtung nachgiebiger zweiter Spitze durch die Stirnmitnehmer von der arbeitsspindelseitigen Spitze abgehoben und an seinem Umfang mittels eines an der Arbeitsspindel angebrachten Spannfutters gespannt wird, worauf das Werkstück der Grobbearbeitung (Schruppen) unterworfen wird, dass das Werkstück dann vom Spannfutter freigegeben und wieder zwischen den beiden Spitzen gespannt sowie über die gegen seine eine Stirnseite angepressten Stirnmitnehmer angetrieben wird, worauf das Werkstück feinbearbeitet (geschlichtet) wird.

Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird das Werkstückzentrum auf derjenigen Werkstückseite, in die das Drehmoment eingeleitet wird, während des Schruppens also gar nicht beansprucht, so dass für das Schlichten höchste Rundlaufgenauigkeit gewährleistet ist. Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens eignet sich eine Spannvorrichtung der eingangs erwähnten Art, deren Arbeitsspindel zusätzlich zu den Stirnmitnehmern mit einem Spannfutter, und zwar mit einem sogenannten Hohlspannfutter, versehen wird, dessen Spannbacken die Spitze und die Stirnmitnehmer umgeben. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird während des Schruppens aber nicht nur das arbeits-spindelseitige Werkstückzentrum geschont, sondern die ar-beitsspindelseitige Stirnseite des Werkstücks wird auch nicht durch starke Eindrücke der Stirnmitnehmer beschädigt, so dass die letzteren beim Schlichten gegen eine noch nicht deformierte Stirnfläche angelegt werden können. Durch die Erfindung können die Arbeitsgänge Schruppen und Schlichten also in einer Aufspannung erfolgen, u.z. bei höchster Rundlaufgenauigkeit während des Schlichtens.

Selbstverständlich kann das Werkstück durch andere Mittel als die Stirnmitnehmer von der arbeitsspindelseitigen Spitze abgehoben werden, ehe das Werkstück für das Schruppen an seinem Umfang gespannt wird. Sieht man z. B.

schräg zur Arbeitsspindelachse geführte Spannbacken vor. so kann das Werkstück während des Spannens im Spannfutter auch durch diese von der arbeitsspindelseitigen Spitze abgehoben werden. Hierzu genügt schon die axiales Komponente der Spannbackenbewegung während des Erfassens und Einspannens des Werkstücks, d.h. dessen axiale Mitnahme durch Reibung. Bevorzugt wird jedoch eine Konstruktion, bei der die Spannbacken an ihren radial inneren Enden einen in axialer Richtung wirkenden Werkstück-Anschlag für die eine Werkstück-Stirnseite aufweisen.

Da auf der Reitstock-Seite des Werkstücks kein Drehmoment in dieses eingeleitet wird, besteht dort nicht die Gefahr einer Deformation des Werkstückzentrums; es wird deshalb empfohlen, während der Grobbearbeitung die zweite Spitze, d.h. die reitstockseitige Spitze, mit hohem Druck gegen das Werkstück zu pressen.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der beigefügten zeichnerischen Darstellung zweier bevorzugter Ausführungsformen der erfindungsgemässen Spannvorrichtung sowie der nachfolgenden Beschreibung dieser Ausführungsbeispiele und des Ablaufs des erfindungsgemässen Verfahrens in seiner vorteilhaftesten Form; in der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: einen axialen Schnitt durch die Arbeitsspindel und den Reitstock einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2: einen Ausschnitt aus Fig. 1 in grösserem Massstab;

Fig. 3 bis 6: die verschiedenen Schritte des erfindungsgemässen Arbeitsverfahrens;

Fig. 7: einen dem linken Teil der Fig. 2 entsprechenden Schnitt durch die zweite Ausführungsform der erfindungsgemässen Spannvorrichtung;

Fig. 8: eine Vorderansicht einer Drehmaschine mit erfin-dungsgemässer Spannvorrichtung, und

Fig. 9: eine Ansicht der Drehmaschine, gesehen in Richtung des Pfeils «A» in Fig. 8.

Die Fig. 1 zeigt eine Arbeitsspindel 10 einer üblichen Drehmaschine, die vorn mit einem als Ganzes mit 12 bezeichneten Spannfutter versehen ist. Das letztere hat ein Gehäuse 14, in dem z. B. drei an der Gehäusestirnseite angeordnete Spannbacken 16 in üblicher Weise in radialer Richtung verschiebbar geführt sind. Von diesen drei Spannbacken zeigt die Fig. 1 lediglich eine einzige, da die beiden anderen bezüglich der Arbeitsspindelachse um jeweils 120° gegenüber der gezeigten Spannbacke 16 versetzt und infolgedessen in Fig. 1 nicht sichtbar sind. Der Betätigung des Spannfutters 12 dient ein doppelt-wirkender und an die Arbeitsspindel 10 angeflanschter Hydraulikzylinder 18 mit einem Kolben 20 und einem Kolbenstangenrohr 22, welches über Stifte 24 mit einem im Spannfuttergehäuse 14 in axialer Richtung verschiebbar geführten Keilring 26 verbunden ist, welcher der Betätigung der Spannbacken 16 dient. Zu diesem Zweck weist der Keilring an seiner Schrägfläche mehrere T-Nuten 28 auf, in die eine an der jeweiligen Spannbacke 16 angebrachte und ein entsprechendes T-Profil aufweisende Leiste 30 eingreift, so dass durch Verschieben des Keilrings 26 in axialer Richtung alle Spannbacken 16 synchron und zwangsläufig in radialer Richtung so nach innen bzw. nach aussen bewegt werden, dass sie stets konzentrisch zur Achse der Ar-beitsspindel 10 sind.

Am vorderen Ende der Arbeitsspindel 10 ist ein Mitnehmerkopf 32 angebracht, der eine feste erste Spitze 34 so trägt, dass deren Achse mit derjenigen der Arbeitsspindel 10 zusammenfällt. Ausserdem sind im Mitnehmerkopf 32 z. B. drei bolzenförmige Stirnmitnehmer 36 in axialer Richtung verschiebbar geführt, die an ihren vorderen Enden mit jeweils einer Schneide 36a und an ihren hinteren Enden mit jeweils einem Kopf 36b versehen sind, so dass sie, wenn sie

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

662 964

4

sich ausser Funktion befinden, durch Rückstellfedern 38 hinter den vorderen Bereich der Spitze 34 zurückgezogen werden. Der Betätigung der Stirnmitnehmer 36 dient ein zweiter doppelt-wirkender Hydraulikzylinder 40 mit Kolben 42 und Kolbenstange 44, welch letztere über eine Druckplatte 46 die Stirnmitnehmer 36 nach vorn schieben kann.

Ein als Ganzes mit 50 bezeichneter Reitstock bildet mit seinem rückwärtigen Teil einen dritten doppelt-wirkenden Hydraulikzylinder 52 und mit seinem vorderen Teil eine Axialführung für ein Lagergehäuse 54, das an der Kolbenstange 56 des Kolbens 58 des Hydraulikzylinders 52 befestigt ist. Es nimmt Lager 60 auf, in denen eine zweite Spitze 62 drehbar gelagert ist.

Wenn nun ein Werkstück 64 mit Zentren 66 und 68 auf den Spitzen 34 und 62 angeordnet ist, lässt sich mit Hilfe des Hydraulikzylinders 52 der Anpressdruck der beiden Spitzen gegen das Werkstück einstellen.

Anhand der Fig. 3 bis 6 soll nun das erfindungsgemässe Verfahren näher erläutert werden:

Zunächst wird ein zu bearbeitendes Werkstück 64 zwischen die Spitzen 34 und 62 eingesetzt und durch Vorschieben der zweiten Spitze zentriert (Fig. 3). Dann wird die zweite Spitze 62 entweder drucklos gemacht oder nur noch mit geringem Druck gegen das Werkstück angelegt, so dass das letztere durch Vorschieben der Stirnmitnehmer 36 von der ersten Spitze 34 abgehoben werden kann (sh. Fig. 4).

Jetzt kann das Werkstück an seinem Umfang zwischen den Spannbacken 16 eingespannt werden (sh. gleichfalls Fig. 4), worauf die Stirnmitnehmer 36 druckentlastet und deshalb vom Werkstück zurückgezogen werden (sh. Fig. 5). Dann kann das Werkstück grobbearbeitet, d.h. geschruppt, werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass das Werkstückzentrum auf derjenigen Seite, an der das Antriebsdrehmoment in das Werkstück eingeleitet wird, durch eine Spitze deformiert werden kann. Es empfiehlt sich, während des Schruppens die zweite Spitze 62 mit hohem Druck gegen das Werkstück anzupressen.

Nach Abschluss der Grobbearbeitung geht man zweckmässigerweise so vor, dass man den Anpressdruck der zweiten Spitze 62 reduziert und erst dann das Spannfutter 12 öffnet, so dass das Werkstück mit geringem Druck wieder auf die erste Spitze 34 gedrückt wird. Anschliessend werden die Stirnmitnehmer 36 gegen die linke Stirnfläche des Werkstücks gepresst, so dass dieses bei angetriebener Arbeitsspindel durch die Stirnmitnehmer mitgenommen wird. (sh. Fig. 6).

Dabei muss die Anpresskraft der Stirnmitnehmer 36 jedoch kleiner sein als die Axialkraft der zweiten Spitze 62.

In diesem Zustand erfolgt die Feinbearbeitung, d.h. das Schlichten, worauf die Stirnmitnehmer zurückgezogen, das fertig bearbeitete Werkstück durch einen nicht dargestellten Greifer erfasst und schliesslich die reitstockseitige Spitze 62

zurückgezogen wird, so dass sich das Werkstück aus der Drehmaschine abführen lässt.

Der in der Fig. 7 dargestellte, arbeitsspindelseitige Teil einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemässen Spannvorrichtung soll im folgenden nur insoweit beschrieben werden, als er von der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform abweicht.

Bei dieser zweiten Ausführungsform sind Spannbacken 16' unter einem spitzen Winkel und vorzugsweise unter einem Winkel von 45° zur Arbeitsspindelachse 10' in einem Spannfuttergehäuse 14' verschiebbar geführt. Jede der Spannbacken und eine der Kolbenstange 22 der ersten Ausführungsform entsprechende Kolbenstange 22' besitzen eine Verzahnung 16a bzw. 22a, und ausserdem ist für jede der Spannbacken 16' im Spannfuttergehäuse 14' ein Zahnradsegment 26' um eine Achse 24' drehbar gelagert, welches in die Verzahnung 16a der zugeordneten Spannbacke 16' und in die Verzahnung 22a der Kolbenstange 22' eingreift, so dass durch Verschieben der Kolbenstange die Spannbacken 16' sämtlich synchron und mit ihren radialen inneren Enden stets konzentrisch zur Arbeitsspindelachse 10' vorgeschoben und zurückgezogen werden können.

Jede der Spannbacken 16' trägt an ihrem radial inneren Ende eine angeschraubte Aufsatzbacke 70' mit einer Spannfläche 72' und einer Schulter 74', welch letztere zwischen den Stirnmitnehmern 36' gegen die eine Stirnseite 64a eines Werkstücks 64' angelegt wird, wenn das Werkstück zwischen den Spannbacken 16' eingespannt wird. Da die Spannbewegung der Spannbacken 16' eine vom Spannfuttergehäuse 14' wegweisende axiale Komponente in Richtung der Arbeitsspindelachse 10' besitzt, lässt sich auf diese Weise das Werkstück 64' von der Spitze 34' und den Stirnmitnehmern 36' abheben, wenn es zum Schruppen zwischen den Spannbacken 16' eingespannt und durch diese angetrieben wird.

Da die Fig. 8 und 9 lediglich dem Zweck dienen sollen, die Anordnung einer erfindungsgemässen Spannvorrichtung an einer Drehmaschine zu verdeutlichen, genügt eine kursorische Beschreibung dieser beiden Figuren. Sie zeigen ein Maschinengestell 100 mit einem Spindelkasten 102 und einem sogenannten Schrägbett 104 für ein Kreuzschlittensystem 106, welches einen Werkzeugrevolver 108 trägt. In diesen sind z.B. ein Schruppwerkzeug 110 und ein Schlichtwerkzeug 112 zum Überdrehen des Werkstücks 64 eingesetzt, wobei das Schlichtwerkzeug durch Drehen des Werkzeugrevolvers 108 um die Revolverachse 114 in Arbeitsstellung gebracht werden kann. Die im Spindelkasten 102 drehbar gelagerte Arbeitsspindel 10 wird über einen Riementrieb 120 von einem Motor 122 angetrieben, und der Reitstock 50 ist längs einer auf dem Maschinengestell 100 befestigten Führung 124 in Richtung der Arbeitsspindelachse verschiebbar.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

S

5 Blatt Zeichnungen

Claims

662964 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks in einer Drehmaschine zwischen einer an einer Arbeitsspindel angebrachten ersten Spitze und einer an einem Reitstock angebrachten, in axialer Richtung verschiebbaren zweiten Spitze, bei dem das Werkstück zwischen die Spitzen eingesetzt und durch axiales Anpressen der beiden Spitzen zentriert wird, worauf das Werkstück durch an der Arbeitsspindel angebrachte und in axialer Richtung relativ zur ersten Spitze verschiebbare, gegen die eine Stirnseite des Werkstücks ange-presste Stirnmitnehmer angetrieben sowie mittels eines Drehwerkzeugs bearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück nach dem Zentrieren bei in axialer Richtung nachgiebiger zweiter Spitze von der ersten Spitze in axialer Richtung abgehoben und dann an seinem Umfang mittels eines an der Arbeitsspindel angebrachten Spannfutters gespannt wird, worauf das Werkstück der Grobbearbeitung unterworfen wird, dass das Werkstück dann vom Spannfutter freigegeben und wieder zwischen den beiden Spitzen gespannt sowie über die gegen seine eine Stirnseite angepressten Stirnmitnehmer angetrieben wird, worauf das Werkstück der Feinbearbeitung unterworfen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannbacken des Spannfutters stets synchron und konzentrisch zur Arbeitsspindelachse zwangsbetätigt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück vor dem Spannen mittels des Spannfutters durch die Stirnmitnehmer von der ersten Spitze abgehoben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück während des Spannens durch schräg zur Arbeitsspindelachse verschiebbare Spannbacken des Spannfutters von der ersten Spitze abgehoben wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass während der Grobbearbeitung die zweite Spitze mit hohem Druck gegen das Werkstück ge-presst wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der Grobbearbeitung die Stirnmitnehmer vom Werkstück zurückgezogen sind.

7. Spannvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Arbeitsspindel, an der eine erste Spitze sowie relativ zu dieser in axialer Richtung verschiebbare Stirnmitnehmer angeordnet sind, und mit einem Reitstock, an dem eine in axialer Richtung verschiebbare zweite Spitze angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an der Arbeitsspindel ein Spannfutter mit synchron und konzentrisch zur Arbeitsspindelachse zwangsbetätigbaren Spannbacken angeordnet ist.

8. Spannvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spitze sowie die Stirnmitnehmer im Innern des Spannfutters angeordnet sind.

9. Spannvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnmitnehmer in axialer Richtung zurückziehbar sind.

10. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass für die Verschiebung bzw. das Anpressen der Stirnmitnehmer und der zweiten Spitze Druckmittelzylinder vorgesehen sind.

11. Spannvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spitze axial unverschiebbar mit der Arbeitsspindel verbunden ist.

12. Spannvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannbacken (16') derart schräg zur Arbeitsspindelachse verschiebbar geführt sind, dass die Spannbewegung ihrer radial inneren Enden eine axiale Komponente in Ausfahrrichtung der Stirnmitnehmer aufweist und dass die Spannbacken — in axialer Richtung — bis hinter das vordere Ende der ersten Spitze und die vordere Endstellung der vorderen Stirnmitnehmerenden zurückziehbar sind.

13. Spannvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannbacken (16') an ihren radial inneren Enden einen in axialer Richtung wirkenden Werkstückanschlag (74') für die eine Werkstück-Stirnseite aufweisen.