DE2209234C3 - Verfahren zum Abtransport von Spänen aus dem Arbeitsbereich eines Werkzeuges und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtransport von Spänen aus dem Arbeitsbereich eines Schälmesserkopfes oder eines kombinierten Feinbohr- und Glattwalzgerätes.

Bohrungen, von deren Innenwandungen eine hohe Obcrflächenquiilität verlangt wird, werden überwiegend in drei Schritten hergestellt.

1. Vorbohren

2. Fertigbohren

3. Honen

Da es sich bei dem dritten Schritt, bei dem Honen, um ein zeitaufwendiges Verfahren handelte, war man hier bestrebt, dieses Verfahren abzukürzen.

Das Verfahren »Honen« wurde durch das Verfahren »Glattwalzen« ersetzt. Hierdurch wurde die Fertigung solcher hochwertigen Bohrungen, z. B. der Zylinderbohrungen für Pneumatik- oder Hydraulikzylinder, wesentlich verbilligt.

Man kann nun die Arbeitsschritte zur Herstellung einer solchen Bohrung also grundsätzlich unterteilen in spanende Bearbeitung und spanlose Bearbeitung.

Nun ist aber insbesondere von der Außenbearbeitung zylindrischer Werkstücke bekannt, daß die spanabhebende und spanlose Verformung gleichzeitig vorgenommen werden kann. An Drehbänken wird dem Drehstahl, der die spanende Außenbearbeitung der zylindrischen Werkstücke vornimmt, ein Glattwalzgerät nachgeführt und vor der Anlage tier Glattwalzrollen werden die Drehspäne entfernt. Dies kann auf einfache Weise geschehen, z. B. durch einen kräftigen ölstrom, der die Drehspäne vor den Glaltwalzrollen wegschwemmt. Sowohl Späne als auch Spülöl werden durch die Zentrifugalkraft vom Werkstück fortgeschleudert.

Dieses Verfahren wenden z. B. die bekannten Schälmaschinen, insbesondere für Stangenmaterial, die ein zylindrisches Werkstück gleichzeitig spanabhebend und spanlos bearbeiten, an (DP 6 61 77!),

In Kenntnis dieser Dinge liegt es nahe, eine solche kombinierte Bearbeitung von spanloser und spanender Fertigung auch bei der Herstellung zylindrischer Bohrungen anzuwenden. Man ist also hergegangen und hat bekannte Innenglattwalzwerkzeuge, wie sie z. B. in der OS 19 54 337 dargestellt werden, mit einem ebenfalls bekannten Messerkopf oder auch Schälmesserkopf koaxial kombiniert. Die in einem vorangegangenen Arbeitsschritt erfolgte Vorbearbeitung (Vorbohrung) sollte nun in einem Schritt, nämlich Fertigbohren oder Schälen, mit gleichzeitigem Glattwalzen zu Ende geführt werden. Hierbei ergab sich aber sofort das Problem des Späneabtransportes. Die vom Schälmesserkopf, der dem Glattwalzwerkzeug vorangeschaltet war, ausgehenden Späne blieben infolge der Zentrifugalkraft an der Bohrungsinnenwandung haften und wurden vom nachfolgenden Glattwalzwerkzeug eingewalzt.

Dieses Problem versuchte man in gleicher Weise wie bei der kombinierten Außenbearbeitung zu lösen, indem man die Bohrung in Vorschubrichtung während der Bearbeitung mit einem kräftigen ölstrom durchspülte. Hierzu benutzte man Ölzuführapparate, wie sie in der Tiefbohrtechnik üblich sind. Aber so konnte das Problem des Späneabtransportes nicht gelöst werdon. Durch das mit hoher Drehzahl umlaufende Werkstück entsteht so viel Fliehkraft, daß die Späne fest gegen die Bohrungswandung gepreßt werden und vom durchströmenden öl nicht weggeschwemmt werden können. Das nachfolgende Glattwalzwerkzeug walzt also nach wie vor die Späne in die Bohrungswandung ein. Nach diesem Mißerfolg versuchte man, das Problem mit Gewalt zu lösen und pumpte während der Bearbeitung in den verbleibenden Spalt zwischen Werkzeug und Werkstück große Ölmengen unter hohem Druck hindurch und vertrat die Auffassung, daß so auf alle Fälle die Späne aus der Bohrung entfernt wurden, aber auch diese Anstrengungen blieben erfolglos. Das nun unter hohem Druck mit Gewalt durchgepumpte Öl wurde so stark verwirbelt, daß es zwar die Späne packte, aber nun infolge der Verwirbelung förmlich unter die Glattwalzrollen transportierte, so daß nach wie vor wieder Späne eingewalzt wurden.

Mit der DT-PS 3 06 297 ist ein verspanendes Innenbearbeitungswerkzeug bekanntgeworden, bei welchem die Spülflüssigkeit durch eine ringförmige Düse in Scheiben- oder kegelförmig verteilter Strahlfläche austritt und auf dem ganzen Umfang mit hoher Geschwindigkeit auf den Zylinderkörper trifft. Hierbei treten Nachteile, wie schon vorher beschrieben, auf. Das Spülöl wird nicht ausschließlich auf die Stellen der Spanbildung gespritzt, sondern berührt kreisförmig die gesamte Werkzeugwandung in der Schnittebene, wobei die Schnittebene senkrecht zur Vorschubrichtung steht und wird daher beim Auftreffen auf die Werkstückwandung zerstäubt und verwirbelt, wodurch ein sicherer Späneabtransport aus dem Arbeitsbereich eines eventuell nachfolgenden zweiten Werkzeuges, wie ebenfalls vorhin schon beschrieben, nicht mehr gewährleistet wird.

Weiterhin ist mit der DT-PS 5 97 679 eine Werkzeugmaschine, insbesondere ein Drallzichmaschine, bekanntgeworden, welche mit einem hydraulischen Schlittenantrieb ausgerüstet ist und die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Kolbenstange des hydraulischen Antriebes des Schlittens hohl ist und als Pumpenzylinder für die Schmierung dient. Hierdurch wird das Ziehwerkzeug im Inneren des Werkstückes in besonders vorteilhafter Weise mit Schmieröl versorgi, welches durch einen Kanal in Richtung der Werkzeugschneide gebracht wird. Es handelt sich also, wie gesagt, nicht um eine Spülung, sondern um eine Schmierung. Das Schmieröl wird nicht auf die Stelle der Spanbildung

gespritzt, sondern trifft zum größten Teil erst dahinter auf das Werkstück. Es geht bei dieser Vorrichtung auch gar nichi um den Abtransport der S₁)UnC, sondern ausschließlich um die Schmierung und Kühlung des Werkzeuges. Selbst unter der Berücksichtigung, daß das Werkstück sich nicht dreht, also keine Fliehkraft entsteht, ist der angebotene ölvolumenstrom ungeeignet, die entstehenden Spane auszuspülen. Aber selbst bei genügendem ölvolumenstrom würde der bereits mehrfach zitierte Nachteil auftreten, daß der in ungeeigneter Weise auf die Werksiückwandung treffende ölstrahl zerstäub· und verwirbelt und damit die Späne nicht zuverlässig aus dem Arbeitsbereich eines eventuell nachfolgenden Werkzeuges entfernt werden.

Die bisher genannten Schwierigkeiten haben dazu geführt, daü man in der Technik allgemein resigniert und auf den Einsatz kombinierter Werkzeuge im größeren Rahmen verzichtet.

Es liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das den Einsatz solcher kombinierter Werkzeuge ermöglicht. Ein Verfahren also, das zuverlässig die entstehenden Späne aus dem Arbeitsbereich des nachfolgenden Werkzeuges, also des Glattwalzwerkzeuges, entfernt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Späne von gezielt und in Vorschubrichtung auf die Stelle der Spanbildung gerichteten Ölstrahlen mit hoher Strömungsgeschwindigkeit in Vorschubrich'.ung vorgeschleudert werden.

Zur Durchführung des Verfahrens ist bei einem zum Einsatz gelangenden, an sich bekannten mit einem Schälmesser ausgerüsteten kombinierten Feinbohr- und Glattwalzgerät erfindungsgemäß vorgesehen, daß zwischen Feinbohr- und Glattwalzteil des kombinierten Gerätes eine nur wenige Zehntel Millimeter von der Bohrungswand entfernte Kappe angebracht ist, die über den Schälmesserkopf gestülpt und mit Nuten versehen ist, die das angebotene Öl direkt auf die Stelle der Spanbildung leiten.

Es empfiehlt sich weiterhin, den gesamten Teil des kombinierten Werkzeuges, der sich während der Bearbeitung der zu bearbeitenden Bohrung innerhalb dieser Bohrung befindet, so auszubilden und zu formen, daß eine weitestgehend laminare Umströi.iung durch das Spülmittel gewährleistet ist.

Um Verfahren und Vorrichtung näher zu erläutern, sei zunächst anhand der Zeichnung ein kombiniertes Werkzeug beschrieben, das sich aufgrund seiner erfindungsgemäßen Gestaltung zur Durchlührung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet. Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird in der Zeichnung näher dargestellt und im folgenden näher beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 das erfindungsgemäße Gerät links der Mittellinien in Ansicht, rechts der Mittellinie im Schnitt;

Fig. 2 das erfindungsgemäße Gerät in einer im Querschnitt gezeigten Vorrichtung zur Aufnahme des Werkstückes und/oder zur ölzufuhr.

Die Beschreibung, welche Aufbau- und Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gestattet, erläutert, erläutert auch gleichzeitig das vorliegende Arbeitsverfahren,

Im Stützkegel 1 des Glattwalzgerätes ist der Bohrkopf 2 eingeschraubt, in dessen Schrägschlitzen die Bohrmesser 3 gleiten, die unter dem Druck der Feder 4 stehen und sich gegen den Kegel 5 der Verstellspindel 6 legen. Über den Bohrkopf 2 ist die Kappe 7 gestülpt, in der Nuten 8 eingearbeitet sind. Diese Nuten 8 dienen als »Ölleimnnen«. Auf dem Siützkegel 1 des Glattwalzgerätes wälzen sich zwischen diesem und der Bohrungswandung die Glattwalzrollen 9 ab, die im Rollenkäfig 10 geführt sind. Dieser ist mit der Mutter 11 verbunden, die auf dem Schaft 12 des Stülzkegels 1 verschraubt werden kann. Damit wird die Stellung der Glattwalzrollen 9 auf dem Stützkegel geändert und damit der Arbeitsbereich des Glatlwalzgerätes. Sind die Glattwalzrollen aus der Bohrung des Werkstückes hinausgefahren und wird die Vorschubrichtung umgekehrt, kommen die Federn 13 zur Wirkung.

Der .'jtützkegel 1 ist direkt mit der Antriebsspindel verbunden. Das Gewicht des Rollenkäfigs wird z. B. bei vertikalem Einsatz von der Feder 13 aufgenommen. Beim Herausfahren des Gerätes ist die Haftreibung an der Bohrungswand größer als die am Stützkegel und dieser wird unter den Rollen nach oben bzw. entgegengesetzt zur vorherigen Vorschubrichtung gezogen, so daß die Rollen zusammenfallen und einen kleineren Hüllkreis bilden. Damit erfolgt beim Glattwalzgerät die Zurücknahme der Werkzeuge bei Umkehr der Vorschubrichtung automatisch.

Anders beim Feinbohrgerät: Hier werden die Messer durch den Kegel 5 der Verstellspindel 6 zur Durchmessereinstcllung gegen die Spannung der Feder 4 verstellt. Dabei bleiben die Messer mit den Verstellkegeln immer in Beriihrungskontakt, so daß sie im Bohrkopf nicht nur zugestellt, sondern auch zurückgezogen werden können.

Die Verstellspindel 6 ist durch das Glattwalzgerät hindurchgeführt, also durch den Stützkegel 1 und den Schaft 12 bis in die Antriebsspindel 15. Am oberen Ende ist die Verstellspindel 6 z. B. mit einem Vierkant 16 versehen, der sich in einer entsprechenden Bohrung des Zahnrades 17 verschiebt. Dieses ist axial durch die Gewindestifte 18 gesichert, die sich in einer entsprechenden Ringnut im Zahnrad 17 befinden und kämmt mit dem Ritzel 19 das in der Wandung der hohlen Antriebsspindel 15 durch zwei an den Paßfedern 20 und 21 angedrehte Zapfen 22 und 23 gelagert ist. Das Ritzel 19 kämmt mit der Innenverzahnung 24 des gekordelten Griffes 25, der durch die Gewindestifte 26 gesichert ist, die sich in einer entsprechenden Ringnut in der Antriebsspindel 15 bewegen.

Nach Fertigstellung der Bohrung und Stillsetzung der Antriebsspindel können die Bohrmesser durch Verstellen des gekordelten Griffes 25 zurückgezogen werden. Als Maß für die Zurückstellung dient eine an der Antriebsspindel angebrachte Teilung.

Natürlich können auch einfacher aufgebaute kombinierte Werkzeuge eingesetzt werden, bei denen die Messer des Bohrkopfes feststehen und das gesamte Werkzeug nach Fertigbearbeitung des Werkstückes am Ende des Werkstückes einfach herausgenommen werden und zur Bearbeitung des nächsten Werkstückes erneut mit den entsprechenden Aufnahmeelementen der tragenden Werkzeugmaschine verbunden werden.

Das Werkstück 27 befindet sich beispielsweise auf einer handelsüblichen Tieflochbohrmaschine und das Werkzeug wird auf der gleichen Maschine unter Zuhilfenahme eines handelsüblichen ölzuführapparates zur Bearbeitung des eingespannten Werkstückes 27 eingesetzt, oder aber das Werkstück befindet sich, wie in Fig. 2 gezeigt, beispielsweise in einer zweiteiligen Vorrichtung, deren unterer Teil 28 auf dem Tisch 29 einer Senkrechtbohrmaschine befestigt ist, durch deren

oberen Teil 30 die Antriebsspindel 15 geführt und gegen Drucköl abgesichert ist. Oberteil und Unterteil 28 und 30 der Vorrichtung können nach Einlegen des Werkstückes 27 beispielsweise verschraubt und an ein Hydraulikaggregat mit Spanabsatzbecken 31, Pumpe 32 und Filter 33 angeschlossen werden. Das Drucköl fließt nun in Vorschubrichtung (Pfeilrichtung Aj im Ringraum zwischen Werkzeug und Bohrungswandung nahezu ungehindert bis zu der über den Schälkopf gestülpten Kappe 7. Diese Kappe 7 ist in ihrem Durchmesser nur wenige Zehntel Millimeter kleiner als der fertig gebohrte Durchmesser des zu bearbeitenden Zylinders. Das angebotene öl kann durch den verbleibenden engen Spalt nicht abströmen und staut sich stark auf. Die Kappe 7 ist mit Nuten versehen,die in ihrer Lage so ij angebracht sind, daß sie genau auf die Stellen der Spanbildung an den Bohrmessem 3 zeigen. Das an der Kappe 7 aufgestaute und unter hohem Druck stehende Öl fließt durch diese Nuten mit laminarer Strömung und sehr hoher Strömungsgeschwindigkeit ab und schleudert die am Bohrmesser 3 während der Bearbeitung entstehenden Späne mit hoher Geschwindigkeit in Vorscluibrichlung aus dem Arbeitsbereich des Werkzeuges heraus. Gleichzeitig wird durch die intensive Abstrahhing der Oberfläche mit Spülöl diese für die nachfolgende Glattwalzbcarbeitung bestens gereinigt.

Durch den erfindungsgemäßen und problemlosen Abtransport der bei der Bearbeitung entstehenden Späne und der entsprechenden erfindungsgemäßen Ausgestaltung eines an sich bekannten kombinierten Feinbohr- und Glattwalzgerätcs wird es erstmals möglich, derartige Werkzeuge ohne Komplikationen in der Massenfertigung einzusetzen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Abtransport von Sj η aus dem Arbeitsbereich eines Sehälmesserkopics oder eines kombinierten Feinbohr- und Glattwalzgerätes miliels einer das Werkzeug umströmenden ölflut, dadurch gekennzeichnet, daß die Späne von gezielt und in Vorschubrichtung auf die Stelle der Spanbildung gerichteten ölstrahlen mit hoher Strömungsgeschwindigkeit in Vorschubrichtung vorgeschleudert werden.

2. Vorrichtung zur Durchführung ues Verfahrens gemäß Anspruch 1 an einem kombinierten Feinbohr- und Glatlwalzgerät mit einem Schälmesser, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Feinbohr- und Glattwalzteil des kombinierten Geräts eine nur wenige Zehntel Millimeter von der Bohrungswand entfernte Kappe (7) angebracht ist, die über den Schülmesserkopf gestülpt und mit Nuten (8) versehen ist, die das angebotene öl direkt auf die Stelle der Spanbildung leiten.