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Innenräunuias chine Die Erfindung betrifft eine Innenräummaschine,
insbesondere zum Bearbeiten von zylindrischen Bohrungen, mit einer das Räumwerkzeug
mit der Länge 1 an seinem nachlaufenden Ende axial sichernden Halterung, die an
einem Zubringerschlitten angeordnet ist, mit diesem auf einem Teil des Arbeitshubs
mitgeführt und bei Erreichen einer freien Werkzeuglänge 12 durch eine Anschlageinrichtung
gelöst wird.
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Räummaschinen sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. So
werden beispielsweise waagerechte Außenräummaschinen in zunehmendem Haß statt Hobelmaschinen
eingesetzt, da die Räummaschinen hohe Schnittgeschwindigkeiten bei hoher Zerspanleistung
gestatten.
Diese Außenräu aschinen sind auch in senkrechter Bauweise bekannt, die sich gegenüber
waagrecht arbeitenden Maschinen im wesentlichen durch die Hublänge unterscheiden.
Bei allen Außenräumnaschinen ist das Werk.
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zeug während seines gesamten Arbeitshubs fest eingespannt und an einem
stabilen Maschinenständer geführt.
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Beim Innenräumen, dessen Bedeutung anfangs fast nur auf dem Gebiet
der Herstellung nicht zylindrischer Bohrungen lag, ist die Halterung und Führung
des Werkzeugs erheblich schwieriger.
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Üblicherweise wird das vorbearbeitete, z.B. vorgebohrte Werkstück
am Maschinentisch nur eingelegt, das Räunwerkzeug mit seinem kleineren Durchresßer
voraus mittels eines Zubringerschlittens von oben her an das Werkstück herangeführt
und das Werkzeug durch die vorbearbeitete Bohrung hindurch geschoben0 Dort wird
das Werkzeug an seinen vorderen Ende von einem Schafthalter erfaßt1 verriegelt und
mittels eines meist hydraulischen Antriebs durch die Bohrung hindurchgezogen, nachdem
zuvor das nachlaufende Ende des Werkzeugs aus der Halterung von Zubringerschlitten
gelöst worden ist. Auf diese Weise lassen sich Bohrungen mit unterschiedlichen Querschnitt
herstellen. Nach Entnahme des Werkstücks kann das Werkzeug wieder nach oben geführt
und an der Halterung festgelegt werden.
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Die langjährige Praxis hat gezeigt, daß insbesondere beim Räumen von
rein zylindrischen Bohrungen die Oberfläche der Schnitt geräumten Bohrung mit zunehmendersgeschwindigkeit
ihrer schlechter wird, so daß Innenräummaschinen in ihrer Schnittgeschwindigkeit
begrenzt sind. Es hat sich gezeigt, daß in gewissen Fällen eine Verbesserung dadurch
erreicht werden kann, daß das nachlaufende Ende des Werkzeugs in einer Halterung
axial fixiert und diese Halterung zumindest auf einem Teil des
Arbeitshubs
mitgeführt wird. Hiermit können erhin beim Räumen von Profilbohrungen Schnittgeschwindigkeiten
bis 30m/min erreicht werden.
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Unabhängig von der Tatsache, ob eine teilweise mitlaufende Halterung
für das Werkzeugende vorgesehen ist oder nicht, hat sich ferner gezeigt, daß die
Oberflächenbeschaffenheit um so besser ist bzw. die Schnittgeschwindigkeiten um
so mehr gesteigert werden können, je stärker das Profil- der Bohrung von der zylindrischen
Form abweicht. Diese und die zuvor geschilderte Tatsache sind im wesentlichen darin
begründet, daß das Räumwerkzeug während des Arbeitshubs Biegeschwingungen ausführt,
die zwar bei einer nicht zylindrischen Bohrung und durch die das Werkzeugende axial
sichernde Halterung gedämpft, jedoch offenbar nur teilweise verhindert werden können.
Diese Biegeschwingungen werden in erster Linie durch die ein- und austretenden Schneiden
des Werkzeugs hervorgerufen und können bei entsprechendem Verhältnis der so entstehenden
Erregerfrequenz zur Eigenfrequenz des Werkzeugs zu besondersgefährlichen Resonanzschwingungen
führen0 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schnittgeschwindigkeit bei
Innenräunnaschinen des eingangs geschilderten Aufbaus zu steigern bzw. bei einer
gegebenen Schnittgeschwindigkeit die Oberflächengüte zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgen=äß dadurch gelöst, daß das Werkzeugende
in mindestens einer zur Arbeitsrichtung senkrechten Ebene fixiert ist und bei Erreichen
einer freien Werkzeuglänge von 1 < 0,264 1 gelöst wird.
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2 Während bei den bekannten Maschinen das in der Halterung befindliche
Werkzeugende lediglich durch zwei di#etral gegenüberliegende
Haltebolzen
axial gesichert ist, wird durch die Erfindung eine allseitige Fixierung des Werkzeugendes
erreicht, so daß zumindest auf den größten Teil des Arbeitshubs keine freien Biegeschwingungen
auftreten können. Diese sind allerdings noch denkbar, sobald das Werkzeugende aus
der Halterung gelöst und die freie Werkzeuglänge 12 durch das Werkstück hindurchgezogen
wird. Durch die weitere Maßnahme, daß die Halterung erst bei Erreichen einer freien
Werkzeugs länge von 12 #0,246 1 gelöst wird, kann jedoch auch dieser Effekt vermieden
werden. In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird das Werkzeugende bei Erreichen
einer freien Werkzeuglänge von 12 etwa o,18 1 gelöst.
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Der erfindungsgemäßen Lösung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß das
nur einseitig eingespannte Räumwerkzeug schwingungstechnisch einen einseitig gestützten
am anderen Ende freien Stab gleichgesetzt werden kann. Bei einen solchen Stab -
ein etwa gleichbleibender Querschnitt über die gesamte Länge vorausgesetzt - liegt
der Schwingungsknoten der ersten Biegeoberschwingung bei einer Stablänge 12 gleich
0,264 1. wobei 1 die Länge des Stabs ist und 12 von dessen freien Ende aus genessen
wird. Kommt bein Räumen ein niedriges Werkstück dies ist der häufigste Fall - an
diesen Schwingungsknoten so stellt es kurzzeitig keine weitere Einspannung dar1
so daß das Werkzeug die Biegeschwingung so ausführt, als ob kein Werkstück vorhanden
ware. Wird nun das Werkzeug bis über diesen Schwingungsknoten hinausgeführt, so
klingt diese Biegeschwingung sehr schnell ab, sofern überhaupt noch eine auftritt.
In der Praxi hat sich gezeigt, daß die freie Werkzeuglänge, also diejenige Länge,
die nach Lösen der Halterung noch durch das Werkstück hindurchzuziehen ist, vorzugsweise
bei etwa 0,18 1 liegen sollte.
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Es sind zwar bereits Innenräumaaschinen bekannt, bei denen die Halterung
des Werkzeugendes zumindest bei bestimmten
Werkzeuglängen bis in
den genannten Bereich mitgeführt wird, doch trifft dies einerseits bei kleineren
Werkzeuglängen nicht mehr zu, andererseits ist das nachlaufende Werkzeugende in
keinem Fall ausreichend fixiert, so daß der erfindungsgemäß erreichte Effekt in
geringem s Maß und darüber hinaus nur zufällig eintritt.
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Praktische Untersuchungen haben gezeigt, daß bei einer erfindungsgenäß
ausgebildeten Innenräummaschine bein Räumen rein zylindrischer Bohrungen die Schnittgeschwindigkeiten
bis zum etwa vierfachen Wert gesteigert werden können, ohne daß dabei die Oberflächengüte
beeinträchtigt wird. Es hat sich ferner überraschenderweise gezeigt, daß die Oberflächengüte
bei Schnittgeschwindigkeiten zwischen 2 und 50 imin.
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praktisch gleichbleibend gut ist. Die Vorteile sind beim Räumen rein
zylindrischer Bohrungen besonders auffallend, da hier bei den bekannten Räummaschinen
die schlechtesten Oberflächen in Kauf genommen werden müssen. Bei einer Maschine
gemäß der Erfindung lassen sich selbst bei hohen-Schnittgeschwindigkeiten Oberflächen
erzeugen, die das Räumen sogar für eine Zwischenbearbeitung zur Erzielung von Bezugs
flächen geeignet machen, was bisher nicht denkbar war. Das Innenräumen mit einer
bekannt geringen Bearbeitungszeit kann somit das Feinbohrcn Feindrehen, Reiben oder
Hohnen ersetzen, so daß eine beträchtliche Zeitersparnis erreicht wird.
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Die Untersuchungen haben ferner gezeigt, daß der Verschleiß des Werkzeugs
trotz größerer Schnittgeschwindigkeiten geringer wird. Der Standweg erhöht sich
durch ein weiteres, nicht vorhersehbares Phänomen. Die Untersuchungen haben nämlich
gezeigt, daß der Verschleiß, der bei den bekannten Maschinen an Werkzeugende an
größten ist, bei einer erfindungsgemäß ausgebildeten Maschine in die Werkzeugmitte
verlegt wird1 so daß das Werkzeug länger verwendbar ist, da in ~erster Linie das
Werkzeugende aaßhaltig sein nuß. Dio endgültig. Maßhaltigkeit
des
Werkstücks ist also gleichfalls verbessert. Es wird also nicht nur der Standweg
erhöht, sondern auch die Anzahl der Standwege. Dies bringt eine beachtliche Kosten
ersparnis, weil Räumwerkzeuge sehr teuer sind und die Kosten für das Nachschleifen
gleichfalls hoch sind.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die mit der An.-schlageinrichtung
an der Maschine zusamnenwirkende Halterung für das Werkzeugende an unterschiedliche
Werkzeuglängen anpassbar. Eine solche Halterung kann beispielsweise aus zwei axial
gegeneinander verstellbaren Teilen bestehen, von denen eines mit der Anschlageinrichtung
zusammenwirkt, während das andere das Werkzeugende aufnimmt, und deren Relativlage
entsprechend der Höhe des zu bearbeitenden Werkstückes und der Länge des jeweils
eingebauten Werkzeugs feststellbar ist.
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Damit werden praktisch sämtliche Erfindungsmerkmale konstruktiv in
die Halterung hineinverlegt. Es wird der weitere beachte liche Vorteil erreicht,
daß die Halterung als Baueinheit am Zubringerschlitten der Maschine angebracht werden
kann, also auch bei vorhandenen Maschinen oder solchen Maschinen, die nicht erfindungsgenäß
ausgestattet sind, montiert werden kann.
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Nach einem anderen Merkmal der Erfindung kann die Anschlagainrichtung
an der Maschine derart fest angeordnet rein, daß sie bei Erreichen einer freien
Werkzeuglänge von 12 etwa 0,18 11 in Wirkung tritt, wobei 11 die kleinste auftretende
Werkzeuglänge ist. Damit gehorcht die Maschine den geschilderten Bedingungen unabhängig
von der Werkzeuglänge. Gemäß einer anderen Aus führungs form ist die Anschlageinrichtung
entsprechend den an der Maschine eingesetsten Werkzeuglängen auf jeweils 12 kleiner
oder gleich 0,18 1 einstellbar. Diese Äusführungsform ist bei Einzweckmaschinen
für Werkstücke mit nur geringer und nur wenig variierender Höhe möglich.
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Gesäß einer weiteren Ausführungsform kann die Anschlageinrichtung
selbst entsprechend den an der Maschine eingesetzten Werkzeuglängen auf jeweils
12 etwa 0,18 1 einstellbar i.inO während für den Zubringerschlitten bzw. die Halterung
ein vergleichsweise großer Hub vorgesehen ist.
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Bei den bekannten Maschinen ist der in der Höhe nicht verstellbare
Anschlag so angebracht, daß der Zubringerschlitten auch bei hohen Werkstücken nicht
auf diese auffahren kann.
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In der untersten Stellung des Zubringerschlittens befindet sich die
Unterkante der Halterung ca. 300 mm (" 12*) über der Oberkante der Werkstückvorlage,
so daß Werkstücke von maximal 300 mm Höhe eingelegt werden können0 Genäß der Xrfindung
wird dieser Respektabstand auf 12 270 mm festgelegt, was für die Praxis einen ausreichenden
und wirkungsvollen Wert darstellt.
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Das Werkzeugende ist in einer zylindrischen Bohrung der Halterung
angeordnet. Hierbei ist eine spielbehaftete Passung gemäß DIN 1417 von d 8 gegen
H 7 vorgesehen. Ferner sind gemäß DIN 1418 zwei diametral gegenüberliegende Haltebolzen
vorgesehen, die das Werkseng lediglich axial sichern. Hingegen kann das Werkzeugende
seitlich ausweichen. Zine bevorzugte Ausführungsforn der Erfindung zeichnet sich
deshalb aus durch mindestens zwei in einer zur Arbeiterichtung senkrechten Ebene
und zu den Haltebolzen drehwinkelversetzt angeordnete Fixierorgane. Diese Fixierorgane
können beispielsweise federbelastet oder selbst federnd ausgebildet sein.
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Statt dessen können auch die Fixierorgane in gleichen Winkelabständen,
jedoch in verschiedenen Ebenen zur Arbeiterichtung angeordnet sein. Beispielsweise
entsprechen zwei in einen Abstand voneinander liegende gestützt Lagerungen einer
quasi
festen Einspannung durch die die Biege.-Eigenfrequenz des
Werkzeugs weiter erhöht wird.
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Schließlich kann auch die Passung zwischen der das Werkzeugende aufnehmenden
Bohrung der Halterung und dem Werkzeugende selbst enger als e 8 gegen H 7 sein,
so daß praktisch eine Fixierung in unendlich vielen Ebenen gegeben ist0 Weitere
Merkmales Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden
Beschreibung einiger bevorzugter Aus führungs formen sowie anhand der Zeichnung.
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Hierbei zeigen: Figur 1 eine schematische Seiten- und Frontansicht
einer Innenräumraaschine vor Durchführung eines Arbeitshubs; Figur 2 eine der Figur
1 ähnliche Ansicht nach Durchführung des Arbeitshubs ohne mitgeführte Werkzeughalterung;
Figur 3 eine der Figur 2 entsprechende Ansicht einer Ausführungsform mit teilweise
mitgeführt er Werkzeughalterung; Figur 4 eine schematische Ansicht einer längenverstellbaren
Werkzeughalterung im Schnitt und Figur 5 eine vergrößerte schematische Ansicht der
Halterung des Werkzeugendes in Axialschnitt (obere Darstellung) und einen Querschnitt
gemäß Linie V - V in der oberen Darstellung.
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Die Innenräummaschine in Zweiständerbauweise (Fig. 1 bis 3) mit den
seitlichen Zylindern 3, den darin geführten Arbeits.-kolben
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und den Querjoch 1 weist eine steife Rahmen~ konstruktion auf. Zwischen den beiden
Zylindern 3 ist eine Führungsplatte 4 angebracht.
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Das zu prä ende Werkstück 5 mit einer vorbearbeiteten Bohrung liegt
einer Werkstückvorlage 6 auf, die wiederum | auf eine Tischplatte 7 des Maschinentischs
8 aufgelegt ist. Unter~ halb des Naschinentischs 8 ist der Räumschlitten 9 angeordnet,
der von den beiden Arbeitskolben 2 angetrieben wird und einen Schafthalter 10 zum
Einspannen des vorlaufenden Endes des Werkzeugs 11 aufweist. Das nachlaufende Ende
des Werkzeugs 11 sitzt in einer Halterung 129 die an einen an der Führungsplatte
4 geführten Zubringerschlitten 13 angeordnet ist.
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Aus der in Figur 1 gezeigten Ausgangsstellung, in der das Werkstück
5 eingelegt wird, führt der Zubringerschlitten 13 das Werkzeug 11 durch die vorbearbeitete
Bohrung des Werkstücks 5 bis das vorlaufende Ende des Werkzeugs den Schafthalter
10 erZ reicht und dort eingespannt werden kann. Danach wird der Räume schlitten
9 mit dem Schafthalter 10 und dem eingespannten Werkzeug 11 mittels der Arbeitskolben
2 nach unten bewegt, wobei das Werkzeug 11 durch das Werkstück 5 hindurchgezogen
wird und. diesem die gewünschte Innenform gibt. Bei den bekannten Maschinen bleibt
der Zubringerschlitten 13 mit der Halterung 12 entweder im Augenblick der Übergabe
des Werkzeugs 11 an den Schafthalter 10 stehen (Fig. 2) oder er wird noch auf einem
Teil des Arbeitshubs mitgeführt und erst dann stillgesetzt (Fig. 3). Das nachlaufende
Ende des Werkzeugs 11 ist im ersten Fall während des gesamten Arbeitshubs, im zweiten
Fall während eines großen Teils desselben ohne Führung.
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In beiden Fällen läuft der Zubringerschlitten 13 gegen eine Anschlageinrichtung
an, die - da bekannt - hier nicht näher zu beschreiben ist.
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In Figur 4 ist eine verstellbare Halterung 12 für das nachlaufende
Ende des nicht dargestellten Werkzeugs 11 gezeigt0 Beim wiedergegebenen Ausführungsbeispiel
besteht diese Halterung aus zwei gegeneinander axial verstellbaren und in ihrer
Relativlage festlegbaren Teilen 14, z.ß. einer am Zubringerschlitten 13 angebrachten
Führung 20, einer darin geführten Stange 21 und einem an deren vorderem Ende angebrachten
Haltekopf 22. Der Zubringerschlitten 13 fährt nur soweit mit, daß bei eingefahrener
Stange 21 der Halte" kopf 22 auch bei hohen Werkstücken nicht auf diese aufläuft.
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Die um das Maß 13 verstellbare Halterung 12 erlaubt jedoch durch diese
Verstellung eine Führung des nachlaufenden Endes des Werkzeugs 11 bis kurz oberhalb
des Werkstücks, wobei das Maß der Verstellung durch die Werkstückhöhe und die Werkzeuglänge
bestimmt ist, Bein Lösen der Halterung durch Auflaufen des Zubringerschlittens 13
oder der Führung 20 gegen die Anschlageinrichtung wird das Werkzeugende aus den
Haltekopf 22 gelöst, wobei die freie Werkzeuglänge 12 um 13 verkürzt ist.
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So kann die Forderung 12 ' 0,264 1, vorzugsweise 12# l2#O#18 1 mühelos
in jeden Bearbeitungsfall erfüllt werden. Für den Fall einer festen Einstellung
der Maschine hat sich ein Maß von 12 *#27O mm bewährt, In Figur 5 ist die Halterung
12 näher dargestellt. Das Werkzeug 11 ist in axialer Richtung durch zwei diametral
gegenüberliegende, durch Federn vorgespannte Haltebolzen 15 gesichert, die in entsprechende
Ausdrehungen des Werkzeugendes eingreifen. Die radiale Fixierung des nachlaufenden
Endes des Werkzeugs 11 erfolgt durch zwei vorzugsweise durch drei Fixierorgane 16
in einer, vorzugsweise in zwei, zur Arbeitsrichtung senkrechten Ebene. Die Fixierorgane
16 bestehen beim wiedergegebenen Ausführungsbeispiel aus Kugeln 17, die über Kunststoffbolzen
18 vorgespannt dem Werkzeugschaft kraftschlüssig anliegen. Diese Art der Fixierung
des Werkzeugendes läßt sich bei Erreichen der genannten freien Werkzeuglänge 12
leicht lösen.