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Beschreibung zum Patentgesuch "Drehmeißel- bzw. Drehstahlführungsvorrichtung
zum Drehen von Kugeln" Die Erfindung betrifft eine Drehmeißel- bzw. Drehstahlführungsvorrichtung
zum Drehen von Kugeln.
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Derartige Vorrichtungen, im allgemeinen als "Kugel drehapparate"
bezeichnet, weisen gewöhnlich eine Welle auf, die mit dem Kugelzentrum fluchtet
und einen Support für den Drehmeißel bzw. -stahl trägt. Die Welle ist häufig nicht
vertikal, sondern schräg zu den Wangen der Drehbank angeordnet, damit sich eine
Plats- und Gewichtsersparnis ergibt und die Vorrichtung besser zugänglich ist. Zum
Drehen der Kugel wird die Welle um einen bestimmten Winkelbereich geschwenkt, wobei
der Drehmeibel bzw. -stahl die Schwenkbewegung mitmacht und je nach der Genauigkeit,
mit der die Vorrichtung justiert ist, einen mehr oder weniger genauen Kreis bogen
um den Kugelmittelpunkt durchlauft. Pür die Schwenkbewegung der Welle sind Steuereinrichtungen
im Gebrauch, die beispielsweise hydraulisch arbeiten.
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Will man die Kugel in zwei Arbeitsgängen drehen- etwa zuerst in einem
Schrupparbeitsgang einen dicken Span abdrehen und danach in einem Schlichtarbeitsgang
die Kugelfläche fertigdrehen-, so muß der Drehstahl um die gewünschte Schlichtspantiefe
nachgestellt werden. Dieser Nachstellvorgang ist bei einem Kugeldrehapparat schwierig
zu bewerkstelligen, weil sich die Schnittgeometrie nicht ändern soll, der Drehstahl
also genau parallel zu sich selbst verschoben werden muß, und andererseits die Spantiefe
sehr eng toleriert ist. Die üblichen Kreuzsupportanordnungen mit
antrieben sind für diesen Zweck denkbar ungeeignet.
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AufgabQ4er Erfindung ist es, eine Drehstahl-Führungsvorrichtung der
eingangs genannten Art zu schaffen, die eine einfache und genau arbeitende Zweispan-Einrichtung
aufweist.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass der Support
einen mit der Welle fest verbundenen Unterschlitten aufweist, an dem ein den Drehstahl
tragender Oberschlitten mittels Blatt federn um eine einstellbare Spantiefe nachstellbar
befestigt ist.
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Die Verbindung von Unter- und Oberschlitten mittels Blattfedern gewährleistet
eine gleichbleibende Höhen- und Seiteneinstellung des Drehstahls, während die Blattfedern'für
die Nachstellung des- Drehstahl elastisch verformbar sind. Weitere Ftlhrungsglieder
wie Schwalbenschwanznuten und dergleichen können zusätzlich vorgesehen werden, sind
Jedoch im allgemeinen höchstens für Montagezwecke erforderlich. Die Blattfedern
sind kräftig genug ausgebildet, dass sie den Druck aufzunehmen vermögen, der beim
Drehen auf den Drehstahl wirkt. Andererseits vermag die
Führungsvorrichtung
gemäß der Erfindung einer hydraulischen Betätigung sehr schnell und exakt zu folgen,
wobei die Gefahr von die Genauigkeit herabsetzendem Spiel se-gut-whe ausgeschlossen
ist, In der einfachsten Ausführungsform sind vier Blattfedern vorgesehen, die sich
parallel zu der Welle erstrecken, mit ihren breiten Seiten der Nachstellrichtung
zugekehrt sind und mit ihrem einen Ende jeweils mit dem Unterschlitten und mit ihrem
anderen Ende mit dem Oberschlitten verbunden sind.
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Bei dieser Ausführungsform führt der Oberschlitten zwar keine genau
geradlinige, sondern eine gekrümmte Bewegung beim Nachstellen aus, doch ist die
Krümmung vernachlässigbar gering, wenn die Blattfedern lang genug, d.h.- lang gegenüber
der Spantiefe, ausgeführt werden. Es sind natürlich auch Blattfederformen möglich,
bei denen der Oberschlitten eine fast vollkommen geradlinige Bewegungsbahn besitzt,
ohne dass die Vorteile der Blattfeder-Abstützung verloren gingen.
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Da die Vorrichtung gemäß der Erfindung besonders für automatisch
arbeitende Drehmaschinen geeignet und konzipiert ist, wird zweckmäßig ein im Unterschlitten
gelagerter, hydraulisch betätigbarer Hebel für das Nachstellen des Oberschlittens
vorgesehen. Ebenfalls im Unterschlitten kann ein verstellbarer Anschlag für die
Nachstellbewegung des Oberschlittens angeordnet sein, mit dem die Spantiefe für
den zweiten Schnitt vorgegeben wird. Für die hydraulische Betätigung des Hebels
kann im Unterschlitten in einer zylindrischen Bohrung ein auf den Hebel wirkender
Kolben verschieblich angeordnet sein, wobei die Bohrung hinter dem Kolben zweckmäßig
durch die Welle hindurch mit einer Druckquelle eines Hydraulikmediums verbunden
ist. Bei Abschalten der Druckquelle kann der Oberschlitten durch eine Rtlckstellfeder
* in notieren Fülirungsorganen, z.B. chwalbenciiyanznuten
in die
Ausgangsstellung (Schruppstellung) zurückgeführt werden, sofern nicht die Blattfedern
selbst entsprechend vorgespannt werden.
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Für die Durchführung der Schwenkbewegung ist gemäß einer Weiterbildung
der Erfindung vorgesehen, dass auf der Welle ein Ritzel angeordnet ist, mit dem
eine hydraulisch betätigbare Zahnstange für den Schwenkvorschub des Supports kämmt.
Die Zahnstange kann mit der Kolbenstange eines Hydraulikkolbens in einem Hydraulikzylinder
verbunden sein und ein Betätigungsglied für einstellbare Endschalter zum Umsteuern
der Kolbenverschiebung tragen. Für die Zweischnitt-Einrichtung kann es dabei wünschenswert
sein, wenn der Vorschub für den Schrupp- und den Schlichtschnitt unterschiedlich
einstellbar ist. Es können zu diesem Zweck Drosselglieder für den Rückfluß des Hydraulikmediums
vorgesehen werden, deren Drosselwirkung die Jeweilige Schwenkgeschwindigkeit bestimmt.
Die Anordnung kann dabei so getroffen werden, dass bei Betätigen des Nachstellhebels
zugleich ein Umsteuerkolben verschoben wird, der den Rücklauf des Mediums über das
eine oder andere Drosselglied leitet.
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Die Erfindung soll nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen
näher erläutert werden.
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Fig. 1 zeigt halbschematisch in Seitenansicht, teilweise weggebrochen,
die Drehstahl-Führungsvorrichtung gemäß der Erfindung; und Fig. 2 stellt den Hydraulikplan
für die Vorrichtung nach Fig. 1 dar.
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Die Schwenkwelle lo trägt fest angeflanscht den Unterschlitten 12.
An den Unterschlitten sind Stufen 14 und 16 mit Schlitzen 18 bzw. 20 angefräst.
In den Schlitzen sind zwischen Beilagen 22 Blattfedern 24 mittels Schrauben 26 eingeklemmt.
Man erkennt die Schmalseiten der vertikal nach oin ragenden Blattfedern 24; auf
der gegenüberliegenden Seite des -Unterschlittens befinden sich in symmetrischer
Anordnung zwei weitere Blattfedern, Die oberen Enden der Blattfedern sind in Schlitze
28 im Oberschlitten 30 mittels Beilagen 32 und Schrauben 34 eingespannt. Der Oberschlitten
weist zwei senkrecht hochstehende Seitenwandungen 36, 38 auf; in der Seitenwandung
36 sitzt eine Stellschraube 40, während sich in der Seitenwandung 38 zwei Bohrungen
42 und ein horizontaler Schlitz &4 befinden. Die Stellschraube 40, die Bohrungen
42 und der Schlitz 44 dienen der Befestigung einer Kassette für den (nicht dargestellten)
Drehstahl.
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An der dem Unterschlitten zugekehrten Fläche weist der Oberschlitten
30 eine Ausnehmung 46 sowie einen Vorsprung 48 auf.
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In die Ausnehmung 46 ragt das obere Ende eines Hebels 50, der an
der vertikalen Fläche 92 der Ausnehmung 46 anliegt und um einen Zapfen 54 schwenkbar
ist. In der dargestellten Position befindet sich der Oberschlitten in der Schruppstellung.
Der VOFI sprung 48 des Oberschlittens sitzt dabei in einer Ausnehmung 26 des Unterschlittens
und liegt an deren vertikaler Wandung 58 an, gegen die er mittels einer Rückstellfeder
60 gedrückt wird.
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Die Rückstellfeder stützt sich gegen den Kopf einer in den Unterschlitten
eingeschraubten Anschlagschraube 62 ab. Die Anschlagschraube 62 ist an ihrem Kopf
mit Gewinde- versehen, während ihr verlängerter Schaft 64 einen verringerten Durchmesser
aufweist und Platz für die Rückstellfeder 60 lEsst. Das freie Ende deg Schaftes
64 dient als Anschlag für die Nachstellbwegung
des Oberschlittens;
durch Verdrehen der Anschlagschraube 62 wird der Anschlag verstellt.
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Das untere Ende des Hebels 50 steht seitlich in Berührung mit einer
Nase 66 eines Kolbens 68, der axialverschieblich in einer zylindrischen Bohrung
70 des Unterschlittens angeordnet ist. Der Kolben 68 ist gegen die Bohrung 70 mittels
0- Ringdichtungen 72 abgedichtet, die in Ringnuten des Kolbens sitzen.
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Der freie Raum der Bohrung 70 hinter dem Kolben 68 kommuniziert mit
einer Axialbohrung 74, die sich durch die Welle lo erstreckt und an deren Fußende
an eine Leitung anschließbar ist, die zu einer Hydraulimedium-Druckquelle führt.
Die Welle ist mittels eines O-Rings 76 gegen den Unterschlitten abgedichtet.
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Wird der Kolben 68 mit Hydraulikmedium beaufschlagt, so wird er in
der Bohrung 70 in Richtung auf den Hebel 50 verschoben und schwenkt diesen um den
Zapfen 54. Das obere, an der Fläche 52 in der Ausnehmung 46 des Oberschlittens anliegende
Ende des Hebels 50 drückt den ganzen Oberschlitten entgegen der Wirkung der Rückstellfeder
60 nach rechts, wobei der (nicht dargestellte) Drehstahl um eine Spantiefe nachgestellt
wird, die durch die-Yorschubbewegung des Oberschlittens bestinwnt ist, welche ihrerseits
mittels der Anschlagschraube 62 eingestellt wird. Wenn der Druck des Hydraulikmediums
wieder abgeschaltet wird, gleitet der Oberschlitten wieder in die dargestellte Schruppstellung
zurück.
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Bei dieser relativ kleinen Hin- und Herbewegung wird der Oberschlitten
von den Blattfedern 24 in stabiler Höhen- und Seitenlage gehalten. Die Beilagen
22 gestatten dabei, die Blattfedern unverspannt zu befestigen, doch kann gegebenenfalls
auch eine gewisse Vorspannung der Blattfedern erwünscht sein, die sich durch Auswechseln
der Beilagen ebenfalls leicht einstellen lässt.
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An dem dem Support abgewandten Ende der Welle 10 trägt diese ein
Ritzel 80 oder- ein Zahnsegment, das mit einer Zahnstange 62-käiuift. Die Zahnstange
ist am einen Ende mit einer Kolbenstange 84 eines Hydraulikkolbens 86 verbunden,
der gleitbeweglich in einem Hydraulikzylinder 88- sitzt. Die Zylinderräume 90 und
92 vor bzw. hinter dem Kolben 84 sind über je eine Leitung 94 bzw. 96 mit einer
Druckquelle eines Hydraulikmediums verbindbar. Wird einer der Zylinderräume 90 oder
92 mit hydraulischen druck beaufscillagt, so wird der Kolben 84 entsprechend versciioben,
und die Z.elmstall;e 82 dreht das Ritzel 80 und die mit ihm verbundeneWelle, so
dass sich auch der Unterschlitten 12 und der Oberschlitten 30 mit drehen. Bliprechend
wird der auf dem Obersolilitten angeordnete Drehstahl durch eine Kreisbahn geschwenift,
deren Mittelpunkt auf der Achse der Welle 10 liegt.
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Es ist freilich auch möglich, Zahnstange und Kolben in einem Teil
zu vereinigen, beispielsweise einen verhältnismässig langen Kolben im-mittleren
Teil mit einer seitlichen Verzahnung zu versehen. Das Ritzel ragt dann teilweise
durch einen Durchbruch in der Zylinderwandung in den Zylinderraum, wo es mit der
Verzahnung des Kolbens kämmt.
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Beim i3inrichten der Vorrichtung wird die Anordnung so getroffen,
dass die Achse der Welle 10 mit dem Mittelpunkt der zu drehenden Kugel fluchtet.
Eine Abweichung von der Ausfluchtung ermöglicht, in bestimmter Weise die Profilform
des Drehlings von der genauen Kugelform abweichend zu verzerren, etwa zu einer tonnenartigen
Verdickung am Umfang; das Drehen von Ellipsoiden ist möglich, wenn man die Schneide
des Drehstahls über oder unter Mitte stellt.
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Die Länge des Hydraulikzylinders 88 und die Verzahnung des Ritzels
80 und der Zahnstange 82 sind so ausgelegt, dass bei einem vollen Durchlauf
ein Winkel von 180° durchlaufen wird. Für den häufigsten Anwendungsfall, nämlich
das Drehen von Kugelzapfen für Kugelgelenke, genügt ein maximaler
Schwenkbereich
von 1650. Damit jedoch auch kleinere Schwenkbereiche durchfahren werden können,
ist die Zahnstange 82 mit einem Betätigungsglied 100 versehen, das schernatisch
als ein Plättchen dargestellt ist, das beim Verfahren der Zahnstange 82 auf Endschalter
102, 104 aufläuft. Mittels der Endschalter werden Stromkreise unterbrochen oder
geschlossen, die die Umsteuerung der Bewegung des Hydraulikkolbens 86 bewirken.
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ird die andere Ausführung - Kolben mit Verzahnung -angewendet, so
können zusätzlich zu den Zndschal-tern mechanisch wirkende Anschläge, beispielsweise
Gewindespindeln, angewendet werden, gegen die die Stirnfläclien des Kolbens laufen.
Diese Anschläge können gleichliegend zu den Endschaltern eingestellt werden, und
bieten zusätzliche Sicherheit in der Begrenzung der Kolbenwege.
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In Pig. 2 ist beispielsweise ein Hydraulikplan für die Betäti£Yung
der Vorrichtung nach Fig. 1 dargestellt.
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Titan erkennt die schematisch dargestellten Bauelemente Welle 10,
Ritzel 80, Zahnstange 82, Hydraulikkolben 84, Zylinderräume 90 und 9;?, Anschlüsse
94 und 96 für die Schwenkbeweung des Supports sowie den Oberschlitten 30 mit Drehmeißel
31, Anschlagschaft 64 und Rückstellfeder 60, Hebel 50 Illit Zapfen 54 sowie den
Kolben 68 in der Bohrung 70 und die Zuleitung 74 durch die Welle. Die Zuordnung
dieser Bauelemente wurden oben anhand der Fig. 1 erläutert.
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Der Zylinderraum 92 ist über die Zuleitung 96 sowie über einen Druckschlauch
202 mit einem Auslass eines Steuerschiebers 204 verbunden, der als Vierwegeschieber/Dreistellungsgerät
ausgebildet ist. In der gezeigten Stellung sind sowohl der Zylinderraum 92 als auch
der Zylinderraum 90, der iiber die Zuleitung 94, ein Rückschlagventil 208 und einem
Druckschlauch 210 an dem anderen ausgangsseitigen Anschluss des Steuerschiebers
204 angeschlossen ist, von der Druckquelle 206 abgetrennt
wurde.
Infolgedessen führt der Support keine Schwenkbewegung aus, sondern steht still:
diese Stell-ung des Steuerschiebers 204 ermöglicht die bequeme ninrichtung der Vorrichtung0
Für die Vorlaufbewegung des Supports in Richtung des Pfeiles 200 wird der Steuersenieber
2Q4 nach links verschoben.
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Dadurch wird der Zylinderraum 96 mit Hydraulikmedium unter Druck von
beispielsweise 30 at beaufschlagt und der Hydraulikkolben 84 in Pfeilrichtung verschoben;
der Drehstahl 31 führt den ersten c'1chnitt aus. Das aus dem Zylinderraum 90 über
die Zuleitung 94 abströmende Hydraulikmedium wird durch das Rückschlagve-ntil 208
abgesperrt und strömt über einen Umsteuerkolben 214, ein Filter 216, ein Stromregelventil
218 und den Druckschlauch 210 zurück zum Steuerschieber 204 und von dort über eine
Rückleitung 220 zum Medium-Reservoir (nicht dargestellt)0 kllttels des Stromregelventils
218 lässt sich die Geschwindigkeit des Hydraulikkolbens 84 und damit die Schnittgeschwindigkeit
des Drehstahls 31 einzegulieren.
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Sobald das Betätigungsglied 100 den Endschalter 102 erreicht, wird
der Steuerschieber in die andere Endstellung umgeschaltet. Das iiedium strömt nun
über das Rückschlagventil 208 vor den Hydraulikkolben 84 in den Zylinderraum 90
und führt den Support wieder in die Ausgangsstellung zurück. Der Rückfluss des Mediums
aus dem Zylinderraum 92 erfolgt dabei ungehindert über die Zuleitung 96 und den
Druckschlauch 202 zum Steuerschieber 204 und von dort zur Rückleitung 220o Die Rücklaufbewegung
endet, wenn das Betätigungsglied 100 auf den lDndschalter 104 aufläuft0 Hinter der
DruckquelLe 206 ist noch ein Drosselorgan 212 eingeschaltet, das der Regulierung
des Mediumstromes beim Support-Rücklauf dient; vor dem Drosselorgan 206 zweigt eine
Druckleitung 222 ab, die zu einem Schaltsohieber 224 füht. Diee.r sperrt in der
dargeetellton Position die Leitung 222 ab und verbindet den Druckschlauch 226 mit
einer Leckleitung 228. In
dieser Stellung des Schaltschiebers 224
wird der Schruppschnitt ausgeführt. Der Druckschlauch ist über eine Zuleitung 230
einerseits mit der Axialbohrung 74 der Welle 10 verbunden, andererseits mit den
Steuerraum 232 des Umsteuerkolbens 214. Soll, zum Beispiel nach I3eendigung des
Sohruppschnitts, der lrehstahl 31 nachgestellt und ein Schlichtschnitt ausgeführt
werden, so wird der Schaltschieber 224 umgeschaltet und der Leitung 230 Hydraulikmedium
unter Druck zugeführt. Damit wird einmal der Kolben 68 verschoben und damit, wie
oben erläutert, der Oberschlitten 30 nachgestellt, zum anderen wird der Umsteuerkolben
gegen die Kraft einer Druckfeder 236 so verschoben, dass seine ;5teuer nut 234 die
Zuleitung 94 mit einem weiteren Stromregelventil 238 über ein Filter 216 verbindet.
Dies ermöglicht, für den Schlichtechnitt eine ande-re Vorscubgeschwindigkeit einzustellen
als für den Schruppschnitt. Bei Rückschaltung des Schaltächiebers 224 drückt die
Feder 236 den Ümsteuerkolben wieder in die darestellte Position. Der Raum hinter
dem Umsteuerkolben kaiin über eine Leckleitung drucklos mit dem Hediumreservoir
verbunden sein, Die elektrische Steuereinrichtung bildet keinen Teil der Erfindung
und braucht, da sie zum Stande der Technik gehört, nicht erläutert zu werden.
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Die Zweischnitteinrichtung gemäss der Erfindung ist auch in Fällen
nützlich, bei denen die Kugel in einem einzigen Arbeitsgang fertiggedreht wird.
Man kann dann die Vorrichtung dafür verwenden, für den Rücklauf des Drehstahls diesen
vom Werkstück abzuheben, so dass gegebenenfalls während des Rücklauf dae fertige
Werkstück aus- und das nächste eingespannt werden kann.
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Auch ermöglicht die Vorrichtung, mit einer entsprechenden Programmsteuerung
nur bestimmte Zonen der Kugel mit zwei Schnitten zu bearbeiten, während andere in
einem Schnitt fertiggedreht erden.
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--Pat entans prüche-