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Teilvorrichtung an Werkzeugmaschinen, z. B. Räummaschinen Die Erfindung
bezieht sich auf eine Teilvorrichtung an Werkzeugmaschinen, z. B. Räummaschinen,
zur genauen Indexierung nacheinander folgender Bearbeitungen am selben Werkstück,
wobei letzteres mit Anschlägen versehen ist und die Teilvorrichtung eine Werkstückaufnahme-
und Zentriervorrichtung aufweist. Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, derartige
Teilvorrichtungen mit dem Ziel zu verbessern, daß der Aufwand an Bearbeitungszeit
und -genautgkeit in bezug auf die Vorbereitung des Werkstückes geringer wird. Außerdem
soll die Vorrichtung kompakt und möglichst einfach sein und bei Zerspanungen unter
hohen Belastungen eine große Steifigkeit aufweisen, wodurch die Genauigkeit des
Arbeitsprosesses gesteigert werden kann. Schließlich soll Uie Vorrichtung so beschaffen
sein, daß am Werkstück durch die Spannkr#fte eine möglichst geringe, elastische
Verformung entsteht, welche die Genauigkeit der Bearbeitung herabsetzen würde.
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Bei bekannten derartigen Teilvorrichtungen, die nach dem sogenannten
Taktverfahren angewendet werden, muß am Werkstück eine mit hoher Genauigkeit hergestellte
Zentrierfläche, z, B. eine Rundbohrung, vorhanden sein. Von der Genauigkeit dieser
Zentrierfläche und der Genauigkeit der im ersten Bearbeitungsvorgang bearbeiteten
Fläche bzw.
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Flächen hängt die mögliche Genauigkeit der nachfolgenden Bearbeitungsvorgänge
ab. Das Werkstück muß nacheinander von verschiedenen Vorrichtungen, entsprechend
der Teilungszahl, aufgenommen werden, so daß bei den aufeinanderfolgenden Bearbeitungen
jeweils ein anderes Werkzeug, z. B. eine Räumnadel, zum Einsatz kommt. Durch diese
verschiedenen Werkzeuge und Aufnahmevorrichtungen entstehen unerwünschte Toleranzfelder,
die im Endergebnis die Genauigkeit des fertig bearbeiteten Werkstückes nachteilig
beeinflussen.
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Dabei müssen Werkzeugmaschinen zum Einsatz kommen, die mindestens
eine der Teilungszahl entsprechende Anzahl von Arbeitseinheiten aufweisen.
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Bei einer anderen bekannten Teilvorrichtung, die nach dem sogenannten
Teilverfahren mit kalibrierter Stiftaufnahme angewendet wird, muß das Werkstück
eine der Teilung entsprechende Anzahl von Bohrungen aufweisen, die in bezug auf
die Drehachse der Teilvorrichtung gleiche Abstände mit sehr hoher Genauigkeit haben
müssen und auch mit ihrem Durchmesser sehr genau mit dem Durchmesser von Aufnahmestiften
der Teilvorrichtung übereinstimmen müssen. Diese Bearbeitung des Werkstückes ist
naturgemäß sehr kostspielig und umständlich, wenn eine hohe Genauigkeit des fertigen
Teiles gewährleistet sein soll.
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Bei einer ebenfalls bekannten Teilvorrichtung, welche mit einem sogenannten
Teilverfahren mit Indexierung an den bearbeiteten Flächen angewendet wird, müssen
die höchsten Anforderungen an die Genauigkeit der Zentrierfläche am Werkstück gestellt
werden. Die Spannkräfte führen zu einer unerwünschten elastischen Verformung des
Werkstückes, wodurch die Genauigkeit der einzelnen Arbeitsgänqe nachteilig beeinflußt
wird.
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Bei der Teilvorrichtung an Werkzeugmaschinen, z. B. Räummaschinen,
zur genauen Indexierung nacheinander#olgender Bearbeitungen am selben Werkstück
der eingangs erwähnten Art weist die Aufnahme- und Zentriervorrichtung erfindungsmäßig
in Umfangsrichtung für jede Bearbeitung jeweils einen Punkt- bzw. Linienanschlag
auf, der den Anschlägen am Werkstück formmäßig angepaßt ist und dessen Genauigkeit
in bezug auf Radius und Zentriwinkel zur Drehachse der Teilvorrichtung der geforderten
Genauigkeit des fertigen Werkstückes entspricht, wobei eine Spannvorrichtung vorgesehen
ist, die am Werkstück eine Spannkraft auch in Umfangsrichtung liefert.
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Dadurch kommt das Werkstilek mit einem Anschlag in Umfangsrichtung
zur Anlage. Bei der nachfolgenden Operation kommt der gleiche Anschlag am Werkstück
zur Anlage gegen den nächsten Punkt- oder Linienanschlag der Teilvorrichtung, so
daß die Teilgenauigkeit der Bearbeitungen zueinander der Teilgenauigkeit der Punkt-
bzw. Linienanschläge in Umfangsrichtung an der Teilvorrichtung entspricht.
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Die Teilvorrichtung kann alle Anschläge für die nacheinander folgenden
Bearbeitungen aufweisen. Das hat den Vorteil, daß das Werkstück auf einer Vorrichtung
fertig bearbeitet werden kann.
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Hierbei wird das Werkstück mit der gleichen Anzahl von entsprechenden,
jedoch ungenau vorbereiteten Anschlägen versehen. Durch die Spannkraft in Umfangsrichtung
kommt das Werkstück zur Anlage, Durch die Ungenauigkeit der Werkstückanschläge kommt
zwangsläufig ein Anschlaq am Werkstück in Umfangsrichtung zur Anlage auf einen Anschlag
der Teilvorrichtung. Bei der nachfolgenden Operation kommt, durch die Spannkraft
in Umfangsrichtung, wieder das WeSætUck zur Anlage. Hierbei kommt der g 1 e i c
h e A n s c h 1 a g a m W e r k s t U c k zwangsläufig zur Anlage gegen den nächsten
Punkt- oder Linienanschlag der Teilvorrichtung, so daß die Teilgenauigkeit der Bearbeitungen
zueinander der Teilgenauigkeit der Punkt- bzw. Linienanschläge in Umfangsrichtung
an der Teilvorrichtung entspricht.
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Daraus folgt zwingend, daß die Teilgenauigkeit der Bearbeitungen am
fertigen Werkstück unabhängig von der Genauigkeit der vorbereiteten Anschläge am
Werkstück ist. Die Ungenauigkeit der vorbereiteten Anschläge am Werkstück, in Umfangsrichtung
betrachtet, wird also ausgenutzt, um am fertigen Werkstück eine vorrichtungsgetreue
Genauigkeit der verschiedenen Bearbeitungen zueinander zu erzielen.
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Die Teilvorrichtung kann aber auch so ausgeführt sein, daß für jeden
Bearbeitungsvorgang eine Teilvorrichtung mit einem Anschlag für eine der nacheinander
folgenden Bearbeitungen vorgesehen ist. Das hat den Vorteil, daß die gewünschte
Teilungsgenauigkeit unabhängig ist von der Genauigkeit, mit der die Vorrichtung
hergestellt wurde, weil die erforderliche Teilungsgenauigkeit bei der Einstellung
bzw. Fixierung der einzelnen Teilvorrichtungen auf der Werkzeugmaschine erreicht
wird.
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Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist die Teilvorrichtung
eine Spannvorrichtung auf, bei welcher das Spannorgan auf das Werkstück in einer
Richtung einwirkt, welche durch die Auflagefläche geht und mit dem Halbmesser, der
von der Drehachse der Teilvorrichtung aus zum Angriffspunkt der Spannkraft am Werkstück
führt und mit der Umfangsrichtung am Angriffspunkt einen spitzen Winkel einschließt,
wobei die Spannkraft in 3 Komponenten zerlegbar ist, durch welche das Werkstück
einmal auf die Auflagefläche, dann in Umfangsrichtung gegen einen Anschlag und schließlich
gegen die Zentriereinrichtung preßbar ist.
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Durch diese Maßnahme ist die Teilvorrichtung besonders einfach, weil
nur ein Spannelement vorhanden ist, welches bei jeder Bearbeitung an einem Punkt
des Werkstückes so einwirkt, daß die Spannkraft in mehrere Komponenten zerlegt wird,
die das Werkstück spannen, zentrieren und gegen einen Anschlag der Vorrichtung pressen.
Die Einfachheit der Teilvorrichtung wird noch weiter dadurch gefördert, daß das
Spannorgan bei jeder der aufeinander folgenden Bearbeitungen immer an der gleichen
Stelle der Teilvorrichtung bleibt. Die Genauigkeit der Bearbeitung des Werkstückes
wird dadurch gefördert, daß die aus dem einen Spannelement herrührenden verschiedenen
Komponenten g 1 e i c h z e i t t g wirksam werden, so daß eine gegenseitige Störung
der einzelnen Spann funktionen ausgeschlossen ist.
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Die Wiederholgenauigkeit der Lage des Werkstückes in der Teilvorrichtung
ist hierdurch in höchstem Maße gesichert.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen beschrieben.
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Abbildung 1 zeigt einen Teilschnitt einer Teilvorrichtung für eine
Räummaschine.
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Abbildung 2 zeigt eine Draufsicht in Richtung X auf die Teilvorrichtung
nach Abbildung 1.
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Abbildung 2a zeigt eine Draufsicht in Richtung X auf eine ähnliche
Teilvorrichtung mit einer anderen Zentrierung des Werkstückes, wobei dieZentrierung
anstatt an einem Innendurchmesser durch ein Prisma an einem Außendurchmesser erfolgt.
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Abbildung 3 zeigt ein fertig bearbeitetes Werkstück in Draufsicht
nach Durchführung von 3 aufeinander folgenden Räumungen.
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Abbildung 3a zeigt einen Mitteischnitt durch das Werkstück nach Abbildung
3.
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Die Abbildungen 4, 5 und 6 zeigen das in der Teilvorrichtung aufgenommene
und festgespannte Werkstück nach jeweils einem der insgesamt drei aufeinander folgenden
Räumoperationen, bei denen am Innenumfang des ringförmig ausgebildeten Werkstückes
schräg angeordnete, halbkreisförmige Nuten bzw.
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Bahnen mit gleicher Teilung angebracht wurden.
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Die Abbildungen 7 und 7a zeigen schematisch die Teilvorrichtung mit
der Spannvorrichtung und die von dem einzigen Spannorgan der Teilvorrichtung auf
das Werkstück einwirkende Spannkraft, die in mehrfacher Richtung in Komponenten
zerlegt wirksam ist.
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Die Abbildungen 8, 9 und 10 zeigen dasselbe Werkstück nach den Abbildungen
4, 5 und 6 mit den gleichen Räumvorgängen, jedoch aufgenommen jeweils in einer besonderen
Teilvorrichtung für jeden der drei aufeinander folgenden Räumungen.
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Die Abbildungen 11, lla und 12, 12a zeigen je ein ringförmiges Werkstück
ähnlich dem inden vorhergehenden Abbildungen dargestellten, bei dem die geräumten
Bahnen am Innenumfang insofern anders angeordnet sind, daß die Bahnrichtung einmal
zu der Werkstückachse in radialer Richtung eine Schrägung aufweist und einmal in
beiden Richtungen zur Werkstückachse geneigt ist.
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Die Abbildungen 13 mit 22 zeigen Teilvorrichtungen bekannter Ausführung
nach drei bisher angewendeten Bearbeitungsverfahren.
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Bei der bekannten Teilvorrichtung nach den Abbildungen 13, 14 und
15 erfolgt die Bearbeitung des Werkstückes nach einem sogenannten Taktverfahren,
d. h. daß das Werkstück von einer Operation zur anderen getaktet und dabei von einer
Aufnahmevorrichtung auf die andere aufgenommen wird. Auch hier handelt es sich um
dz Bearbeitung eines ringförmigen Werkstückes auf einer Räummaschine.
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In Räumstelle 1 gemäß Abbildung 13 wird das erste Bahnpaar geräumt,
wobei das Werkstück mit Innenbohrung +seiner zentriert wird. Die zweiten und#itten
Bahnpaare werden gemäß Abbildung 14 bis 15 jeweils geräumt, wobei jeweils zwei in
der Vorrichtung fest angebrachte gegenüberliegende Stifte zur Aufnahme und Fixierung
des Werkstückes in das erste Bahnpaar dienen.
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Abbildung 14a zeigt einen Teilschnitt durch Abbildung 14 bzw. 15,
wobei die Auflage mit a, ein Stift mit b und das Werkstück mit c bezeichnet sind.
Bei diesem Verfahren werden die drei Bahnpaare mit drei verschiedenen Räumnadeln
bearbeitet, so daß der Abstand der gegenüberliegenden Bahnen entsprechend der Toleranz
an den Räumnadeln unterschiedlich ist. Dies bedeutet, daß die radiale Exzentrizität
der
Bahnen bzw. die Differenz der 6 Radien zueinander dadurch entsprechende
Toleranzfehler aufweisen. Bei Veränderung des Abstandsmaßes zwischen den Bahnen
des ersten Bahnpaares durch Abnutzung der Räumnadel oder Einsatz von ausgewechselten
Räumnadeln wird die Lage des Werkstückes in den darauffolgenden Räumpositionen zunehmend
ungenau.
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Bei der Anwendung dieses Verfahrens muß eine Räummaschine mit drei
Räumstellen angewendet werden, wobei unterschiedliche Werkstücke nicht gleichzeitig
geräumt werden können.
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Das sogenannte Teilverfahren mit kalibrierter Stiftaufnahme gemäß
den Abbildungen 16 mit 18 erfordert zur Positionierung und Indexierung des Werkstückes
drei Paßstifte der Vorrichtung. Dabei müssen, um die notwendige Genauigkeit zu erzielen,
drei der verhAltnismäßig ungenau angebrachten Befestigungslöcher am Werkstück mit
noch höherer Genauigkeit passend zu den drei Paßstiften kalibriert werden, so daß
eine kostspielige und umständliche zusätzliche Bearbeitung des Werkstückes erforderlich
ist.
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Bei dem sogenannten Teilverfahren mit Indexierung an den bearbeiteten
Flächen nach den Abbildungen 19 mit 21 kann das Werkstück, ähnlich wie beim oben
geschilderten Verfahren, auf einer Räumstelle fertig geräumt werden, wobei das Werkstück
jeweils mit seiner Innenbohrung zentriert wird. Abbildung lg zeigt das Werkstück
beim Räumen des 1. Bahnpaares.
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Zum Räumen des 2. Bahnpaares wird das Werkstück um ca.
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1200 verdreht. Zum Indexieren wird ein Indexierkeil b zwischen Vorrichtungskdrper
a und Werkstück c, an eine der gerammten Bahnen, gemäß Abbildung 20a eingepreßt.
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Die Innenbohrung des ringförmigen Werkstückes, welche hier als Zentrierfläche
dient, muß mit einer extrem hohen Genauigkeit vorbereitet werden, weil die Genauigkeit
der Teilung in höchstem Grade davon abhängt. Außerdem wird
durch
den Indexierkeil b eine unerwünschte elastische Verformung des Werkstückes hervorgerufen,
durch welche die Genauigkeit der Bearbeitung herabgesetzt wird.
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Die Abbildung 22 zeigt schematisch die Toleranz abhängigkeit bei dem
Teilverfahren mit Bahnindexierung gemäß Abbildungen 19 mit 21.
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A1 und A2 stellen Anlagepunkte zwischen Werkstück und Zentriereinrichtung
der Vorrichtung dar.
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B1 und B2 sind die Mittelpunkte zweier Bahnen, die in nacheinander
folgenden Räumungen am ringförmigen Werk-Stück angebracht wurden.
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O ist der Mittelpunkt der Vorrichtung.
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o stellt das Zentrum des Werkstückes dar unter BerUcksichtigung der
Verschiebung dieses Zentrums gegenüber dem Mittelpunkt 0 der Vorrichtung durch einen
Fehler an den Zentrierflächen am Radius der Innenbohrung, die als Zentrierfläche
dient.
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Der Fehler ist hier der Deutlichkeit halber vergrößert dargestellt.
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B OB, ist der Zentriwinkel der Vorrichtung und beträgt mit hoher Genauigkeit
1200.
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Der tatsächliche Zentriwinkel am Werkstück B1QB2 ist, wie die Abbildung
zeigt größer als B1OB2, hervorgerufen durch die beschriebene Ungenauigkeit der Innenbohrung
am Werkstück.
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Der Teilungsfehler entspricht der Differenz zwischen dem Istwinkel
B1QB2 und dem Sollwinki B1OB2 bzw. der Summe der beiden spitzen Winkel OB1Q + OB2Q.
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Bei den weiteren Räumungen entstehen wieder die gleichen Fehler, wodurch
ein Summenteilungsfehler gleich der Anzahl der Indexiervorgänge mal der Teilungsfehler
insgesamt entsteht.
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Im Gegensatz hierzu ist der Teilungsfehler gemäß dem in Abbildung
23 dargestellten Schema der Teilvorrichtungnach der Erfindung wesentlich kleiner.
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Die Abbildung 23 zeigt ein Schema der Toleranzabhängigkeit bei Anwendung
der Teilvorrichtung nach der Erfindung.
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Bei dem hier behandelten Ausführungsbeispiel der Teilvorrichtung handelt
es sich um eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines ringförmigen Werkstückes auf einer
Räummaschine, wobei an der Innenwand Rillen durch Räumung angebracht werden. Das
Werkstück ist in verschiedenen Ausführunqen in den Abbildungen 3, 3a, 4 mit 6 und
8 mit 12a dargestellt. Die Teilvorrichtung ist in verschiedenen Ansichten in den
Abbildungen 1,2,7 und 7a dargestellt.
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Die Abbildung 2a zeigt eine insofern abgeänderte Teilvorrichtung,
als hier die Zentrierung des Werkstückes anstatt an der Innenbohrung an der Außenwand
erfolgt.
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Nach den Abbildungen 1 und 2 hat die Teilvorrichtung eine zur Waagerechten
geneigte Aulagefläche a. Bei der Abbildung 7a ist der einfacheren Darsellung halber
auf diese Neigung der Auflagefläche a verzichtet worden. Die Neigung der Auflagefläche
kann verschieden groß sein und hängt davon ab, in welcher Art die Neigung der geräumten
Rillen am Werkstück ausgeführt sein muß.
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Abbildung 2 zeigt die Teilvorrichtung mit dem Zentrieransatz z und
den Punkt- bzw. tinienanschlägen g, deren Abstand zum Mittelpunkt und deren Teilung
in Umfangsrichtung mit der erforderlichen Genauigkeit angebracht sind.
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Die Abbildung 7a zeigt die Teilvorrichtung mit der Spannvorrichtung
schematisch, wobei ein Spannorgan k mit einer Kraft p in Pfeilrichtung, entsprechend
der Längsachse von k, in einer beliebigen Weise durch die Spannkraft in Richtung
gegen
das Werkstück verschiebbar ist, wobei sich die Kraft p in mehrere Komponenten pv,
ph gemäß Abbildung 7a zerlegt. Die Komponente ph wiederum zerlegt sich gemäß Abbildung
7 in die Teilkomponenten phu und phr, so daß das Werkstück einmal gegen die Auflagefläche
gepreßt, dann an den Zentrieransatz z angelegt und in Umfangsrichtung mit einer
seiner Bohrungen D gegen einen der Anschläge gl gehalten wird. Dabei ist es wesentlich,
daß die verschiedenen Kraftkomponenten der Spannkraft zu gleicher Zeit zur Wirkung
kommen, so daß eine gegen seitige Störung der Spannfunktionen ausgeschlossen ist.
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Somit ist eine exakte Wieerholbarkeit der Aufspannung in der richtigen
Lage des Werkstückes auf der Teilvorrichtung gesichert.
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Das Werkstück nimmt gemäß den Abbildungen 4 bis 6 bei drei aufeinander
folgenden Räumvorgängen, entsprechend der Umfangsteilung, jeweils eine andere Lage
auf der Vorrichtung ein, wobei eine Bohrung D gemäß Abbildung 7, welche zuerst an
einem Anschlag gl zur Anlage kam, bei der folgenden Räumung an dem nächsten Anschlag
g2 bzw.
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g3 zur Anlage kommt. Da die Spannkraft durch das Spannorgan k gemäß
Abbildung 7a immer an derselben Stelle der Teilvorrichtung bleibt, wird das Werkstück
bei jeder der aufeinander folgenden Räumvorgänge gegen den Zentneransatz z gepreßt.
Gemäß den Abbildungen 8 mit 10 kann für jeden Räumvorgang eine besondere Teilvorrichtung
angefertigt werden mit einer jeweils anderen Lage des punkt- bzw. linienförmigen
Anschlages g zum Zentrieransatz z.
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Die Herstellung dieser drei Teilvorrichtungen mit je einem Anschlag
in Umfangsrichtung ist einfacher, weil keine so hohe Teilungsgenauigkeit in der
Herstellung der Vorrichtungen erforderlich ist. Die notwendige Genauigkeit der Vorrichtungsanschläge
zueinander ist durch Einstellung
auf der Räummaschine zu erzielen.
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Die Abbildung 23 zeigt im Vergleich mit der Abbildung 22 die erzielte
größere Teilungsgenauigkeit der verschiedenen Räumvorgänge zueinander bei einem
angenommenen gleichen Fehler am Radius der Zentrierfläche.
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In Abbildung 23 sind A1 und A2 Punkte der Zentrierfläche am Werkstück.
L1 ist die Lage der Bohrung D am Anschlag g1 und L2 ist die Lage der gleichen Bohrung
D am Anschlag g2 bei der nachfolgenden Raumoperation. 0 entspricht, wie in Abbildung
22, dem MEttelpunkt der Teilvorrichtung.
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Gemäß Abbildung 22 muß die Kraftrichtung OB1 zur Indexierung des Werkstückes
innerhalb der Anlagepunkte A1 - A2 liegen.
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Infolgedessen müssen diese Punkte einen sehr großen Umfangsabstand
voneinander haben.
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Bei Abbildung 23 kann der Abstand A1 - A2 sehr klein sein.
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Aufgrund dessen ist bei einem gleichen Radiusfehler an der Zentrierfläche
der Abstand OQ kleiner als bei Abbildung 22. Das hängt damit zusammen, daß die gleiche
Verkürzung eines Halbmessers bei einem größeren Zentriwinkel bzw. Prismenwinkel
zu einer größeren Verschiebung des Mittelpunktes in radialer Richtung führt als
bei einem kleinen Zentriwinkel bzw. Prismenwinkel. Infolgedessen wird die Verschiebung
OQ nach Abbildung 23 mit einem kleineren Abstand zwischen A1 und A2 immer kleiner
sein als nach Abbildung 22.
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Der Istteilungswinkel L1 Q L2 bei Abbildung 23 ist um den Spitzenwinkel
OL2Q kleiner als der Sollwinkel L1OL2.
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Dieser Fehler OL2Q ist viel kleiner als einer der entstandenen Fehler
durch die Bahnindexierung in Abbildung 22 bzw. OB2Q und noch kleiner als der Gesamtfehler
OB2Q und OB1Q.
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Bei Abbildung 23, bzw. bei der Teilvorrichtung dieser Anmeldung, ist
die Teilungsgenauigkeit nicht von den bearbeiteten Flächen abhängig. Dadurch kann
kein Summenteilungsfehler resultieren. Daraus folgt, daß für einen bestimmten zulässigen#ilungsfehler
bzw.
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Summenteilungsfehler eine viel engere Toleranz der Zentrierfläche
bei Abbildung 22 notwendig wird, gegenüber Abbildung 23.