DE2356290C2

DE2356290C2 - Einrichtung zum spanenden Bearbeiten einer endlosen, nicht kreisförmigen Kontur an einem Werkstück

Info

Publication number: DE2356290C2
Application number: DE2356290A
Authority: DE
Inventors: Arthur A. Fairfield Conn. Tomenceak
Original assignee: White Consolidated Industries Inc 44111 Cleveland Ohio; White Consolidated Industries Inc
Current assignee: DEVLIEG Inc BELVIDERE ILL US
Priority date: 1972-11-13
Filing date: 1973-11-10
Publication date: 1983-11-03
Also published as: FR2206148A1; GB1449655A; IT996946B; JPS53134286A; US3822618A; JPS4986983A; DE2356290A1; JPS5333790B2; FR2206148B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum spanenden Bearbeiten einer endlosen, nicht kreisförmigen Kontur an einem Werkstück mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches.

Das Fräsen einer endlosen, nicht kreisförmigen Kontur an einem Werkstück ist bezüglich der Bearbeitungsgcchwindigkeit und der Bearbeitungsginauigkeit problematisch. Daher ist es beim spanenden Bearbeiten derartiger Konturen vorteilhafter, die Bearbeitung durch Drehen vorzunehmen.

Bei einer bekannten Einrichtung der eingangs genannten Gattung in Form einer Drehbank zum Unrunddrehen (DE-PS 5 85 000) werden die Drehmeißel von außen gegen das einen etwa quadratischen Querschnitt aufweisende Werkstück dadurch angestellt, daß die sie tragenden radial verschiebbaren Schlitten unter Federdruck mit Rollen an einer Kurvenschablone entlang laufen. Der Anstelldruck der Drehmeißel gegen das Werkstück wird also allein durch das Abfahren der Kurvenschablone erzeugt, gegen welche die die Drehmeißel tragenden Schlitten unter Federdruck gedruckt sind. Daher kann mit dieser vorbekannten Drehbank unrunde Konturen nicht mit hoher Präzision bei gleichzeitig höherer, modernen Hochleistungsdrehmeißcln gemäßer Zefspanungsleislung herstellen, insbesondere wenn es sich um Innenkonturen eines Werkstückes wie epitrochoidal oder auch ovale Konturen handelt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die bekannte Einrichtung so weiterzubilden, daß mit ihr unrundc Konturen wie epitrochoidal oder auch ovale Konturen mit höherer Zerspanungsleistung bei gleichzeitig hoher Genauigkeit bearbeitet werden können.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einer Einrichtung der eingangs genannten Gattung dadurch gelöst, daß jedem Schlitten eine einseitig wirkende und sich am Träger abstützende Kolbenzylindereinheit sowie eine sich ebenfalls am Träger abstützende Rückstellfeder zugeordnet ist.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung werden die radial verschiebbaren Schlitten, an denen tfie Drehmeißel befestigt sind, mittels der Kolbenzylindereinheiten

to vorzugsweise hydraulisch gegen die zu bearbeitende Fläche angestellt, wobei die Anstellkraft beim Bearbeiten von Innenkonturen noch durch die Fliehkraft unterstützt werden kann. wenn der Werkzeugträger mit entsprechend hoher Geschwindigkeit rotiert Die Schneidkraft läßt sich daher gezielt steuern. Am Ende der Bearbeitung hebt man den Druck der Kolbenzylindereinheiten auf, wodurch die Rückstellfedern die Schlitten von der bearbeiteten Räche zurückziehen, so daß deren Oberfläche nicht durch Riefen, Kratzer oder dergleichen beschädigt werden kann. Da sich der Ansteüdruck der Drehmeißel an die zu bearbeitenden Rächen durch Beaufschlagung der Kolbenzylindereinheit mit Druckmittel einstellen läßt, kann man auch mit höherer Zerspanungsleistung nicht kreisförmige Konturen mit hoher Genauigkeit spanend bearbeiten.

Mit dieser Einrichtung kann beispielsweise die eine epitrochoidal Kontur aufweisende Seitenwand der Brennkammer eines Drehkolben-Motors wesentlich günstiger und preiswerter als bisher möglich bearbeitet werden. Die Bearbeitung ist auch schneller als das herkömmliche Fräsen, obwohl sie in zwei Stufen erfolgt. Auch läßt sich eine hohe Genauigkeit erzielen mit maximalen Abweichungen vom Sollmaß in der Größenordnung von etwa 0.13 mm.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung zum spanenden Bearbeiten einer endlosen, nicht kreisförmigen Kontur an einem Werkstück dargestellt, und zwar zeigt

F i g. I einen senkrechten SchMt: durch die erfindungsgemäße Einrichtung.

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Einrichtung aus Fig. I in einer um 90' versetzten Blickrichtung und
F i g. 3 vergrößert den Teilschnitt 3-3 aus Fig. !.

Die Einrichtung gemäß F i g. 1 und 2 hat ein Gehäuse 10. das über einem tischförmigen Werkstückträger 11 angeordnet is:. Das Gehäuse 10 läßt sich horizontal und ggfs. auch vertikal verstellen. Anstelle der vertikalen Verstellbarkeit des Gehäuses 10 kann auch der Werkstückträger 11 vertikal verstellbar sein.

Im Gehäuse 10 mittels Lagern 12 und 13 eine Spindel 14 axial unverrückbar, jedoch um ihre Längsachse 15 drehbar gelagert. Eine Verlängerung 16 der Spindel 14 ist mit einem nicht dargestellten Elektromotor über ein ebenfalls nicht dargestelltes Getriebe verbunden, um die Spindel 14 mit der gewünschten Drehzahl antreiben zu können.

Über und unter den Lagern 12 und Π ist das Gehäuse 10 jeweils mit einem Lagerdeckel 17 bzw. 18 und einer in diese eingesetzten Dichtung 19 bzw. 20 dicht verschlossen.

Am unteren Ende der Spindel 14 ist ein als Werkzeugträger dienender erweiterter Kopf 21 angeordnet, der im Abstand voneinander an entgegengcsetzten Seiten befindliche Flansche 22 und 23 (Fig. 2) aufweist, die an ihrer Innenseite jeweils eine gehärtete Führungsbahn 24 bzw. 25 tragen. Diesen liegen ebenfalls gehärtete Führungsbahnen 26 und 27 gegenüber, wobei

zwischen den einander zugeordneten Führungsbahnen 24 und 26 bzw. 25 und 27 jeweils Rollen 28 angeordnet sind, die lineare Rollenlager für unabhängig voneinander gelagerte Schlitten 29 und 30 bilden. Die Schlitten 29 und 30 lassen sich also senkrecht zur Längsachse 15 der Spindel 14 unabhängig voneinander nach außen bzw. innen verschieben.

An der Unterseite des Kopfes 21 ist in Verlängerung der Längsachse 15 ein T-förmiges Verbindungsstück 31 (siehe insbesonüere Fig.3) mittels Schrauben 31a befestigt, das am unteren Ende zwei entgegengesetzt gerichtete zylindrische Kolben 32 und 33 aufweist, die jeweils in einer Büchse 34 bzw. 35 stecken, welche in den Schlitten 29 bzw. 30 eingeschraubt sind. Die Schlitten 29 und 30 enthalten zu diesem Zweck Sackbohrungen 36 bzw. 37, welche Druckkammern bilden, in die Druckmittel eingeleitet werden kann. Auf jedem Kolben 32 und 33 sitzt jeweils ein federndes Dichtungselement 38, das mittels einer aufgeschraubten Oberwurfmutter 39 gehalten ist, so daß eine gleitende Dichtung zwischen den Kolben 32 und 33 und den Büchsen 34 bzw. 35 gegeben ist

Die Kolben 32 und 33 enthalten Kanäle 40 und 41 für die Zufuhr und Abfuhr von Druckmedium, Jie mit vertikalen Kanälen 42 und 43 im mittleren Teil des Verbindungsstückes 31 in Verbindung stehen. Die Kanäle 42 und 43 münden in Kanäle 44 bzw. 45, die koaxial in der Spindel 14 verlaufen. Zwischen den Lagern 12 und 13 sitzt auf der Spindel 14 eine Büchse 46, die zwei umlaufende Nuten 47 und 48 enthält, in weiche jeweils ein Rohr 49 bzw. 50 mündet Radial in der Spindel 14 verlaufende Kanäle 51 und 52 stellen eine Verbindung zwischen den Kanälen 44 und 45 und den Nuten 47 und 48 und damit den Rohren 49 bzw. 50 her, so daß ein geschlossener Strömungskreis für in die Bohrungen 36 und 37 einzuleitendes Druckmedium gegeben ist.

Im radial außenliegenden Abschnitt jedes Schlittens

29 und 30 ist jeweils eine sich in radialer Richtung erstreckende Aussparung 53 bzw. 54 vorgesehen. welche jeweils eine Rückstellfeder 55 und 56 aufnimmt. Die äußeren Enden dieser Aussparungen 53 und 54 sind mittels Halteplatte 57 verschlossen, die mit Schrauben

58 an der Außenseite des Kopfes 21 befestigt sind. Die Rückstellfedern 55 und 56 werden in ihren Aussparungen 53 biw. 54 ständig unter einer gewissen Vorspannung gehalten, so daß sie die Schlitten 29 und 30 in ihre Ausgangsposition zurückstellen, wenn sich in den von den Bohrungen 36 und 37 gebildeten Druckkammern kein Überdruck befindet.

An jedem Schlitten 29 und 30 ist jeweils ein geschlitzter Block 59 bzw. 60 befestigt und mittels eines quer verlaufenden Vorsprunges 61 bzw. 62 gegen Verschieben gesichert. Am radial äußeren Ende jedes Blockes 59 und 60 M jeweils eine Tastrolle 63 bzw. 64 angeordnet. Wie Fig. I zeigt, ist das untere Ende der Achse jeder Tastrolle 63 b/w. 64 im betreffenden Block

59 bzw. 60 drehbar gelagert, während das obere Ende dieser Achse drehbar im betreffenden Schütten 29 bzw.

30 steckt. Die Anordnung ist derart, daß jede Tastrolle 63 und 64 aus dem betreffenden Block 59 bzw. 60 herausragt und dementsprechend in radialer Richtung etwas über das betreffende äußere Ende des Blockes 59 bzw. 60 übersteht.

Die Blöcke 59 und 60 sind im Bereich der Tastrollen 63 und 64 von einer kurvenschablone 65 umschlossen, deren Steuerfläche 66 i'.i'ch innen weist, so daß deren Kontur von den Tastrollen 63 und 64 abgefahren wird.

wenn sich die Spindel 14 dreht Die Kurvenschablone 65 ist fest mit dem Gehäuse 10 verbunden, so daß sie sich mit demselben und der Spindel 14 auf und ab bewegt, jedoch nicht mit der Spindel 14 gedreht wird. Das Gehäuse 10 hat zu diesem Zweck am unteren Ende einen radial nach außen vorstehenden Flansch 67, an dem ein Ring 68 befestigt ist der die Schlitten 29 und 30 umschließt und an dessen unteren Ende die Kurvenschablone 65 mittels Schrauben 69 angebracht ist. Die Kurvenschablone 65 hat einen äußeren kreisförmigen Zentrieransatz 70, mit dem sie in den Ring 68 gesteckt ist

Die Blöcke 59 und 60 enthalten jeweils eine schwalbenschwanzförmige Nut 80, die teilweise von einer Aufsatzplatte 59a bzw. 60a gebildet wird, welche mittels Schrauben 81 am Block 59 bzw. 60 befestigt ist. Werkzeughalter 82 und 83 greifen mit jeweils einem schwalbenschwanzförmigen Ansatz H4 bzw. 85 in die Nuten 80 ein und werden in diesen von der jeweiligen Aufsatzplatie 59a bzw. 60a festgeklemmt Drehmeißel 78 und 79 sind mittels Klemms trauben 86 am betreffenden Werkzeughalter 82 bzw. 83 befestigt. Durch die Anordnung der Werkzeughalter 82 und 83 an den Blöcken 59 und 60 lassen sich die Spitzen 76 und 77 der Drehmeißel 78 und 79 genau gegenüber den Abtastrt-len 63 und 64 einstellen.

Im Betrieb wird auf dem Werkstückträger 11 ein Werkstück W ausgerichtet zur Längsachse 15 der Spindel 14 festgespannt. Durch den Kanal 45 wird Druckmittel in die Bohrungen 36 und 37 eingeleitet, so daß die Schlitten 29 und 30 radial nach außen gedruckt und die Abtastrollen 63 und 64 in feste Anlage an die Steuerfläche 66 der Kurvenschablone 65 gebracht werden. Wird nun die Spindel 14 im Gehäuse 10 gedreht, werden die Schlitten 29 und 30 entsprechend der Kontur der Kurvenschablone 65 vom Druckmittel radial nach innen und außen verschoben. Die durch die Drehbewegung erzeugten Zentrifugalkräfte verstärken den Druck, mit dem die Schlitten 29 und 30 nach außen und damit die Tastrolien 63 und 64 gegen die Steuerfläche 66 der Kurvenschablone 65 gedruckt werden.

Um radial nach innen gerichtete Bewegungen der Schlitten 29 und 30 zu ermöglichen, ist im Falle der Verwendung von hydraulischer Flüssigkeit als Druckmedium im Drucksystem ein Speicher 90 vorgesehen, in den ein Teil des Druckmediums bei nach innen gerichteten Bewegungen der Schlitten 29 und 30 ausweichen kann. Wird als Druckmedium Gas verwendet, ist dies im allgemeinen nicht notwendig, weii Gas genügend kompressibel ist. um die im Betrieb auftretenden radialen Bewegungen der Schlitten 29 und 30 ausgleichen zu können.

Um die Drehmeißel 78 und 79 am Ende der Be \rKitang schnell vom Werkstück ^zurückziehen /u können, damit keine Kratzer. Riefen oder sonstige Schaden an der bearoeiteten Fläche entsteher, wird das als Auslaß dienende Rohr 50 druckentlastet, wodurch der Druck in den Bohrungen 36 und 37 abgebaut wird, so daß die Rückstellfedern 55 und 56 die Schlitten 29 und 30 radial nach innen zurückschieben. Dabei kann der Antrieb der Spindel 14 verlangsamt oder ganz gestoppt werden, damit Zentrifugalkräfte das Zurückziehen der Schlitten 29 und 30 nicht behindern.

Ali der Rohr 50 ist ein Auslaßventil 91 nach Art eines Ablaßventils angeschlossen, so daß ein Druckmittelkreislauf aufrechterhalten werden kann, wobei die Drucksteuerung durch Veränderung der Menge des durch ein Einlaßventil 91 α zugeführten Druckmediums

erfolgt. Auf diese Weise wird eine Überhitzung des Druckmediums im System verhindert.

Als Schutz gegen herumfliegende Metallspäne sind an neben den Schlitten 29 und 30 am Kopf 21 vorgesehene Abstandhaltern 93 bogenförmig ausgebildete AbJeekplattcn 93 und 95 befestigt, die mit ihrer gebotenen äußeren Kante in eine nach innen offene Ringnut eingreifen, die teilweise in der Kurvenschablone 65 und teilweise in einem an der Kurvenschablone 65 befestigten Haltering 97 ausgebildet ist. An den Innenkanten sind die Abdcckpkuten 94 und 95 mit nach unter abgebogenen Diehtlippen 98 b/w. 99 versehen, die sich entlang den Blöcken 59 und 60 erstrecken. Zwischen den Abdeckplatten 94 und 95 befindet sich eine längliche, querverlatifende öffnung, welche die gewünschten radialen Bewegungen der Blöcke 5'ϊ und 60 ermöglicht.

An den äußeren Enden der Blöcke 59 und 60 sind Abdeckplatlen 100 bzw. 101 angeordnet, die sich radial nach außen über die Außenkanten der Blöcke erstrecken und im Bereich der Tastrollen 63 und 64 an der Unterseite der Kurvenschablone 65 anliegen. Wenn die Tastrollen 63 und 64 im Betrieb fest an der Steuerfläche 66 anliegen, bewirken die Abdeckplatten 100 und 101 eine wirksame Abdeckung des unmittelbar unter ihnen und neben ihnen befindlichen Bereiches, so

ίο daß keine bei der Bearbeitung anfallenden Späne eindringen können.

Im Betrieb können die Schlitten 29 und 30 mit den daran angebrachten Drehmeißeln 78 bzw. 79 voneinander unabhängige radiale Bewegungen ausführen. Daher

ι $ sind auch komplizierte Konturen wie die der Brennkammer eines Drehkolben-Verbrennungsmotors in einfacher Weise durch Drehbarbeiten herstellbar.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum spanenden Bearbeiten einer endlosen, nicht kreisförmigen Kontur an einem Werkstück, mit einem Halter für das Werkstück, einem in Achsrichtung des Werkstückes relativ beweglichen Werkzeugträger, der gegenüber einem Gehäuse um die Achse des Werkstückes drehbar gelagert und angetrieben ist, und mit zwei auf dem Träger um 180° versetzt angeordneten und in radial verschiebbaren Schlitten befestigten Drehmeißeln, deren radiale Bewegung von einer gemeinsamen Kurvenschablone gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Schlitten (29; 30) eine einseitig wirkende und sich am Träger (14, 21) abstützende Kolbenzylindereinheit (32, 34, 36 bzw. 33, 35, 37) sowie eine sich ebenfalls am Träger (14, 21) abstützende Rückstellfeder (55; 56) zugeordnet ist.

2. Einricfctung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kolbenzylindereinheiten (32, 34, 36 bzw. 33, 35, 37) ein gemeinsames feststehendes Verbindungsstück (31) mit Kanälen (40 bis 43) für das Druckmittel aufweist, das die einander entgegengesetzten Kolben (32 und 33) der Kolbenzylindereinheiten (32, 34, 36 bzw. 33, 35, 37) trägt, und daß die Zylinder der Kolbenzylindereinheiten (32,34,36 bzw. 33,35.37) von jeweils einer in den beiden Schlitten (29; 30) vorhandenen Sackbohrung (36; 37). in die eine Büchse (34; 35) eingeschraubt ist. gebildet ist