DE102004006839B4 - Zuführvorrichtung für von Drehautomaten oder der gleichen Werkzeugmaschinen zu bearbeitende Materialstangen - Google Patents

Abstract

Zuführvorrichtung für von einem Drehautomaten oder der gleichen Werkzeugmaschine zu bearbeitende Materialstangen (5), mit einem in einem Träger gelagerten Führungsrohr (1) und einem in dem Führungsrohr axial verschiebbaren, mit einem Vorschubantrieb gekoppelten Schieber, dessen vorderes Ende ein Kupplungselement für eine Materialstange (5) trägt, sowie mit mehreren in einen Kanal (4) des Führungsrohrs mündenden Ölzuflussleitungen (6, 7, 8; 16, 17; 26, 27; 36, 37), wobei wenigstens drei Ölzuflussleitungen in wenigstens einer zur axialen Länge des Führungsrohres (1) senkrechten Stützebene (10, 12, 14) angeordnet und innerhalb einer Stützebene in Umfangsrichtung des Führungsrohres (1) gleich beabstandet sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Ölstrahl mit hohem Druck aus jeder Ölzuflussleitung radial auf eine zentral in dem Kanal (4) gehaltene Materialstange (5) gerichtet ist und eine Abstützung der Materialstange (5) im Zentrum des Kanals (4) gewährleistet ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Zuführvorrichtung für von einem Drehautomaten oder der gleichen Werkzeugmaschine zu bearbeitenden Materialstangen, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• In der spanenden Fertigung gibt es verschiedene Methoden zur Herstellung von Massenteilen. Eine wesentliche Stellung nehmen bei dieser Produktion Drehautomaten ein, die aufgrund der in den letzten Jahren entwickelten Werkzeug- und Steuerungssysteme in der Lage sind, auch Fräs- und Bohroperationen in allen Raumrichtungen vorzunehmen. Soweit die Vormaterialien anzusprechen sind, handelt es sich hier häufig um Stangen, deren jeweiliges Ende zur Teilegeometrie fertig ausgeformt wird. Das Fertigteil wird anschließend von der Stange abgetrennt, die Stange wird um das Teilefertigmaß nachgeschoben, und der Vorgang beginnt von neuem.
• Das Hauptproblem bei dieser Bearbeitungsmethode besteht darin, Materialstangen in Längen bis zu 4 teilweise 6 Metern vibrationsfrei in eine rohrähnliche Vorrichtung zu führen. Dies ist um so wichtiger, als die Stange im Verlauf der Drehoperationen erheblichen Drehbeschleunigungen und Drehzahlen (bis zu 14.000 U/min) ausgesetzt ist. Es wurden deshalb die unterschiedlichsten Vorrichtungen und Verfahren entwickelt, mit dem Ziel, eine vibrationsarme Führung dieser Materialstangen zu erreichen. Die gängigen Techniken sind wie folgt aufzulisten:
• 1. Verwendung von Rohren bzw. Kanälen, die exakt auf den Materialdurchmesser (D + 1 mm) abgestimmt sind. Vorteil: Gute Führung der Materialstange Nachteil: Der Umstellungsaufwand bei Wechsel des Materialdurchmessers ist sehr erheblich.
• 2. Verwendung von anzustellenden Rollen, die anstelle des Rohres die Materialstange in bestimmten Längenabschnitten stützen. Vorteil: Wenig Umrüstaufwand, gute Materialführung bei Rundmaterial Nachteil: Hoher mechanischer Aufwand, hoher Rollenverschleiß, völlig ungeeignet zur Führung von Mehrkantmaterialien.
• 3. Verwendung von wechselbaren Kanälen, die in bestimmten Abständen gestuft sind. Dabei müssen zwischen dem Durchmesser der zu bearbeitenden Stange und dem Kanaldurchmesser teilweise erhebliche Differenzen (20–30 mm und mehr) in Kauf genommen werden. Vorteil: Relativ geringer Rüstaufwand Nachteil: Gute Führung nur für Stangendurchmesser zu erreichen, die nahe beim Kanaldurchmesser liegen.
• 4. Ölbefüllte Kanäle Diese Methode baut auf 3. auf, der Kanal wird dabei unter leichtem Überdruck mit einer Ölfüllung versehen. Das Ölvolumen füllt dabei den Raum, der sich zwischen dem Kanalinnendurchmesser und dem kleineren Stangendurchmesser ergibt. Diese, durch die rotierende Materialstange in Turbulenz versetzte Öffnung, lässt die Materalstange aufschwimmen. Eine direkte Berührung mit dem Führungsrohr wird vermieden. Bei dünneren Materialstangen und hohen Drehzahlen entsteht ein Wirbel, in dessen Zentrum die Materialstange Führung findet. Bei Verarbeitung von stärkeren Materialstangen, die sich in den Durchmessern dem maximalen Durchlass nähern, kann eine Turbulenz in der Ölfüllung nicht mehr zu Stande kommen. Hier tritt dann der als hydrodynamische Lagerwirkung bezeichnete Effekt ein. Die sich zu Druckkeilen verdichtende Flüssigkeit hält die Materialstange im Zentrum des Führungsrohres.
• Diese Führungsmethode gilt heute als Stand der Technik, dokumentiert unter anderem durch die US-Patentschrift 4,421,446 .
  Vorteile dieses Verfahrens: Relativ gute Stangenführung bei niedrigem Umrüstaufwand.
  Nachteil: Größere Durchmessersprünge verlangen nach Kanalwechsel; an die Geradheit der Stangen sind relativ hohe Anforderungen zu stellen.
• Aus der DE 34 09 345 A1 ist eine Zuführungsvorrichtung für Materialstangen an einem Drehautomaten oder einer anderen Werkzeugmaschine bekannt, wobei diese Vorrichtung ein ölbefülltes Tragrohr umfasst, an welchem in bestimmten Abständen Ölzuflusseinrichtungen angeordnet sind. Die Ölzuflusseinrichtungen haben jeweils eine bestimmte Anzahl radial angeordnete Einspritzöffnungen, die tangential und in Drehrichtung auf eine im Tragrohr zustützende Materialstange ausgerichtet sind. Das durch die Einspritzöffnungen eingespritzte Öl ruft in einem Spalt zwischen Tragrohr und Materialstangen einen Stromlinienfluss hervor, in dem sich die Materialstange frei 1abstützen kann.
• Weitere ölbefüllte Zuführungsvorrichtung sind aus der JP 63267104 und der US 4,507,992 bekannt.
• Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die geräuscharme und vibrationsfreie Führung einer Materialstange im Führungsrohr zu verbessern.
• Gelöst wird die Aufgabe durch eine Zuführungsvorrichtung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1. Die Erfindung sieht also vor, dass die Zuführung des Ölvolumens in das Führungsrohr aktiv zur Stützung der drehenden Materialstange benutzt wird. Mit der Erfindung wird eine erhebliche Verstärkung der Stützwirkung erreicht, der Rundlauf, insbesondere auch kantiger Materialstangen, wird wesentlich ruhiger. Das unter hohem Druck von beispielsweise bis zu etwa 160 bar durch die Ölzuflussleitungen in das Führungsrohr eingespritzte Öl bildet im Inneren desselben einen freien Strahl aus, der auf die Materialstange trifft und diese wegen des auftretenden Strömungswiderstandes stützt. Wegen der Verteilung der Ölzuflussleitungen innerhalb der Stützebene wird die vom Öldruck beaufschlagte Materialstange daran gehindert, ihren Mittelpunkt exzentrisch zu verlagern und somit in Schwingungen zu geraten.
• In Weiterbildung der Erfindung sind über die Länge des Führungsrohres mehrere beabstandete Stützebenen vorgesehen, die zweckmäßig gleichbeabstandet sind. Zur Verbesserung eines radialsymmetrischen Ölflusses und Stützung der Materialstange im Führungsrohr kann vorgesehen sein, dass die Ölzuflussleitungen innerhalb einer Stützebene in Umfangsrichtung gleich beabstandet sind. Für viele Anwendungsfälle kann es ausreichen, wenn in bevorzugter Ausgestaltung innerhalb einer Stützebene wenigstens drei gleichmäßig um den Umfang des Führungsrohres verteilte Ölzuflussleitungen vorgesehen sind.
• Im Übrigen sind bevorzugte Ausbildungen der Erfindung in den Unteransprüchen angegeben. Die Erfindung wird nachstehend an Hand der beigefügten Figur im Einzelnen beschrieben. Die Figur zeigt schematisch und prinzipiell eine perspektivische Darstellung eines Führungsrohres aus einer Zuführvorrichtung für Materialstangen.
• Eine Zuführvorrichtung für von einem Drehautomaten oder der gleichen Werkzeugmaschine zu bearbeitende Materialstangen, die als technologischer Ausgangspunkt für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung angesehen werden kann, ist in dem Dokument DE-A-3233692 beschrieben, auf deren Inhalt ergänzend Bezug genommen wird. Die beigefügte Figur zeigt demgegenüber schematisch eine Vorrichtung, die mit den Merkmalen der Erfindung ausgerüstet ist.
• Ein längsgeteiltes und einseitig aufklappbares Führungsrohr 1 von quadratischem Querschnitt ist mit geräuschdämmenden Einlagen 3 ausgekleidet, die einerseits an den Innenflächen des Führungsrohres 1 anliegen und andererseits einen im Querschnitt kreisrunden Kanal 4 umschließen. In Längsrichtung des Führungsrohres 1 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel vier gleich beabstandete Stützebenen 10, 12, 14 vorgesehen, von denen die dem Betrachter der Figur am nächsten liegende Stützebene mit einem Vertikalschnitt durch das Führungsrohr zusammen fällt. Die Stützebenen sind in der Figur gestrichelt angedeutet und werden apparativ definiert durch in jeder Stützebene angeordnete Ölzuflussleitungen, die in der ersten Stützebene mit 6, 7 und 8 bezeichnet sind. Diese drei Ölzuflussleitungen 6, 7, 8 sind über den Umfang des Kanals 4 gleich beabstandet, so dass je zwei Ölzuflussleitungen einen Umfangswinkel von ungefähr 120° miteinander einschließen.
• Die Ölzuflussleitungen der Stützebene 10 sind mit 16 und 17, die Ölzuflussleitungen in der Stützebene 12 sind mit 26, 27 und die Ölzuflussleitungen in der Stützebene 14 sind 36 und 37 bezeichnet, wobei in der perspektivischen Schemadarstellung der beigefügten Figur die in jeder der Stützebenen 10, 12, 14 noch vorhandene dritte Ölzuflussleitung nicht zu erkennen und daher nicht dargestellt ist.
• Jede der genannten Ölzuflussleitungen ist an dem Führungsrohr 1 verschraubt, wie bei 11 angedeutet ist, durchsetzt die Einlagen 3 und mündet in den Kanal 4. Jede der Ölzuflussleitungen 6, 7, 8, 16, 17, 26, 27, 36, 37 ist an ein nicht dargestelltes Öl-Umlaufsystem angeschlossen, welches einen Ölsumpf sowie wenigstens eine Ölhochdruckpumpe umfasst. Über nicht dargestellte Ölabflussleitungen gelangt aus dem Kanal 4 abfließendes Öl in ein Ölreservoir zurück. Die Ölhochdruckpumpe versorgt jede der genannten Ölzuflussleitungen mit Öl hohen Drucks von beispielsweise bis zu 160 bar. Jede Ölzuflussleitung richtet daher einen Hochdruck-Ölstrahl radial auf die zentral im Kanal 4 gehaltene Materialstange 5 und bewirkt deren Abstützung im Zentrum des Kanals 4, so dass die Materialstange 5 auch bei hohen Umdrehungen aus dem Zentrum des Kanals 4 nicht radial entweichen kann. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Materialstange 5 nicht exakt gerade ist und/oder kantigen Querschnitt hat.
• Die Erfindung sieht ergänzend eine nicht dargestellte Steuereinrichtung vor, die automatisch oder manuell in Abhängigkeit von der Länge und/oder Vibration einer vorgeschobenen Materialstange, von ihrer Umdrehungsgeschwindigkeit, ihrem Querschnittsprofil, sowie ihrer Vorschubgeschwindigkeit den Öldruck in den einzelnen Ölzuflussleitungen steuert.

Claims (4)

1. Zuführvorrichtung für von einem Drehautomaten oder der gleichen Werkzeugmaschine zu bearbeitende Materialstangen (5), mit einem in einem Träger gelagerten Führungsrohr (1) und einem in dem Führungsrohr axial verschiebbaren, mit einem Vorschubantrieb gekoppelten Schieber, dessen vorderes Ende ein Kupplungselement für eine Materialstange (5) trägt, sowie mit mehreren in einen Kanal (4) des Führungsrohrs mündenden Ölzuflussleitungen (6, 7, 8; 16, 17; 26, 27; 36, 37), wobei wenigstens drei Ölzuflussleitungen in wenigstens einer zur axialen Länge des Führungsrohres (1) senkrechten Stützebene (10, 12, 14) angeordnet und innerhalb einer Stützebene in Umfangsrichtung des Führungsrohres (1) gleich beabstandet sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Ölstrahl mit hohem Druck aus jeder Ölzuflussleitung radial auf eine zentral in dem Kanal (4) gehaltene Materialstange (5) gerichtet ist und eine Abstützung der Materialstange (5) im Zentrum des Kanals (4) gewährleistet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützebenen (10, 12, 14) längs des Führungsrohres (1) gleich beabstandet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Stützebene die gleiche Anzahl von Ölzuflussleitungen vorgesehen sind.
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung, welche den Druck des Ölstrahls in den einzelnen Ölzuflussleitungen in Abhängigkeit von Länge und Vibrationen der Materialstange ihrer Umdrehungsgeschwindigkeit und der Vorschubgeschwindigkeit regelt.