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Titel: Verfahren zur spanabhebenden Bearbeitung von Werk-
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stücken auf Drehbänken, Schleifmaschinen, Drechselbänken od.dgl.
und Mitnehmer zur Durchführung dieses Verfahrens Beschreibung Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur spanabhebenden Bearbeitung von Werkstücken auf Drehbänken, Schleifmaschinen,
Drechselbänken od.dgl., bei welchem das Werkstück in einen Reitstock mit axial feststehender
Körnerspitze eingelegt, mit diesem axial verschoben, gegen eine an seiner Stirnseite
außermittig angreifende Mitnehmerverzahnung der Arbeitsspindel zur Anlage gebracht,
zwischen Reitstock und Arbeitsspindel verspannt sowie der Einwirkung des Zerspanungswerkzeugs
ausgesetzt wird, und einen zur Durchführung dieses Verfahrens geeigneten Mitnehmer.
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Bei der spanabhebenden Bearbeitung von Werkstücken ist eine der Hauptvoraussetzungen
für die Erzielung guter Schnittleistungen eine einwandfreie Einspannung des Werkstücks.
Demnach kommt den
Spannwerkzeugen erhöhte Bedeutung zu. Dabei ist
es jedoch nicht nur wichtig, eine absolut lagerichtige und sichere Einspannung des
Werkstücks zu erreichen; vielmehr muß auch der Einspannvorgang selbst möglichst
einfach zu bewerkstelligen und rasch durchführbar sein, da erfahrungsgemäß gerade
die Spannzeiten den größten Teil der Bearbeitungszeit ausmachen und ein hoher Rationaliesierungsgrad
eigentlich erst durch deren Verkürzung zu erzielen ist.
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Eine bekannte Möglichkeit, dieses Problem zu lösen, stellt die Stirnmitnahme
dar. Bei dieser Technik wird an der der Arbeitsspindel zugekehrten Stirnseite des
Werkstücks eine Zentrierbohrung vorgesehen, in welche die Körnerspitze des Mitnehmers
eingreift, während dessen schneidenartige Mitnahmespitzen in den die Zentrierbohrung
umgebenden Bereich der Stirnseite des Werkstücks eindringen. Muß aus irgendwelchen
Gründen auf eine Zentrierbohrung verzichtet werden, weist der Mitnehmer keine Körnerspitze,
sondern lediglich eine kranzartige Mitnehmerverzahnung auf (s. bsp. DT-AS 1 036
008), die in den das Zentrum der Stirnseite des Werkstücks umgebenden Bereich eindringt.
Die zum Eindringen der Mitnahmespitzen bzw. der Mitnehmerverzahnung erforderliche
Kraft wird vom hand- bzw. - bei neueren Maschinen -kraftbetätigten Reitstock aufgebracht.
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Diese bekannte Technik ermöglicht zwar bei sicherer und lagerichtiger
Einspannung des Werkstücks eine erhebliche Verringerung der Spannzeiten, da das
Werkstück nur noch einmal eingespannt
zu werden braucht und dann
ohne Umspannen auf seiner gesamten Länge überdreht werden kann. Als ungünstig hat
sich dabei jedoch herausgestellt, daß das Einspannen des Werkstücks mit einer Spannkraft
erfolgt, welche nicht auf die zu erwartende Zerspanungskraft abgestimmt ist; die
Spannkraft wird daher regelmäßig überdimensioniert sein, und zwar unabhängig davon,
ob sie von Hand oder maschinell (z.B. hydraulisch) aufgebracht wird. Würde keine
solche Überdimensionierung stattfinden, bestünde die Gefahr, daß die Spannkraft
nicht ausreicht und das Werkstück während seiner Bearbeitung aus dem Spannwerkzeug
herausfliegt; welche Folgen das hätte, liegt auf der Hand.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur spanabhebenden
Bearbeitung von Werkstücke auf Drehbänken, Schleifmaschinen, Drechaelbänken od.dgl.
und einen Mitnehmer zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, bei dem die
axiale Spannkraft in Abhängigkeit von der jeweils auftretenden Zerspanungskraft
selbsttätig eingeregelt wird und nur kurze Spannzeiten erforderlich sind. Ausgehend
von dem eingangs skizzierten bekannten Verfahren wird diese Aufgabe erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß die Spannkraft mit dem Beginn der spanabhebenden Bearbeitung
selbsttätig in Richtung gegen den Reitstock, und zwar mittels eines von der Zerspanungskraft
über das Werkstück beaufschlagten Spannglieds, auf das Werkstück aufgebracht wird.
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Auf diese Weise wird die Spannkraft in jedem Bearbeitungsseitpunkt
direkt proportional der Zerspanungskraft gehalten; das
gilt auch
für wechselnde Spanstärken (Kopierarbeiten). Durch die selbsttätig mit dem Beginn
der Bearbeitung erfolgende Aufbringung der Spannkraft wird erheblich an Spannzeit
gespart. Diese Lösung wurde nur dadurch möglich, weil von der bisherigen Praxis,
bei welcher die Spannkraft mittels des Reitstocks in Richtung gegen die Arbeitsspindel
aufgebracht wurde, abgegangen und die Spannkraft in Richtung gegen den Reitstock
aufgebracht wird.
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Zur Durchführung dieses Verfahrens dient ein Mitnehmer mit außermittig
an der Stirnseite des Werkstücks angreifender Mitnehmerverzahnung, der erfindungsgemäß
dadurch gekennzeichnet ist, daß die Mitnehmerverzahnung auf der Stirnseite eines
im Mitnehmer axial verstellbaren und begrenzt drehbaren, das Spannglied bildenden
Sohubbolzens angeordnet ist, der sich bei Wirksamwerden der Zerspanungskraft stirnseiiig
aus dem Mitnehmer in Richtung auf den Reitstock herausschraubt, wobei das Maß der
Spannkraft durch die jeweils auftretende Zerspanungskraft bestimmt ist.
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Durch die Mitnehmerverzahnung wird eine getriebliche Kupplung zwischen
dem Werkstück und dem das Spannglied bildenden Schubbolzen hergestellt. Wenn die
Arbeitsspindel und damit das Werkstück sich zu drehen beginnen und das Zerspanungswerkzeug
am Werkstück angreift, bremst dieses ab, so daß zwischen der Arbeitsspindel einerseits
und der Kupplungseinheit Werkstück Schubbolzen andererseits eine Relativbewegung
stattfindet. Diese Relativbewegung wird in eine Ausfahrbewegung des Schubbolzens
umgesetzt, wodurch der Abstand der Spanumittel (Körnerspitze
des
Reitstocks und Mitnehmerverzahnung des Schubbolzens) geringer und die Spannkraft
größer wird. Es leuchtet ein, daß bei einem Anstieg der Zerspanungskraft die Abbremsung
des Werkstücks zunimmt und dadurch die Spannkraft entsprechend wächst.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Schubbolzen in
einer koaxialen Bohrung des Mitnehmers gelagert, wobei seine der Mitnehmerverzahnung
gegenüberliegende Stirnseite mit einer eine Steigung aufweisenden Kegelmantelfläche
versehen ist und sich über eine Rolle auf dem Boden der Bohrung abstützt. Auf diese
konstruktiv recht elegante Weise wird eine Relativbewegung zwischen Arbeitsspindel
und Kupplungseinheit Werkstück-Schubbolzen unmittelbar und mit geringstmöglichem
Reibungsverlust (rollende Reibung) in eine Ausfahrbewegung des Schubbolzens umgesetzt.
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Zweckmäßigerweise ist der Schubbolzen mit einer dessen selbsttätige
Rückführung in die Ausgangsstellung bewirkenden Spiralfeder versehen. Mittels dieser
beim Ausfahren des Schubbolzens gesp#mten Spiralfeder wird dann, wenn die Bearbeitung
des Werkstücks beendet und die Spannkraft aufgehoben ist, der Schubbolzen in seine
eingefahrene Ausgangsstellung zurückgedreht. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen,
wenn am Ende der Kegelmantelfläche ein aus dieser vorstehender Stift angeordnet
ist, mittels welchem die Rolle in die Ausgangsstellung rückführbar ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht der Boden der Bohrung
aus einer Scheibe aus gehärtetem Werkzeugstahl, in welcher ein zentraler Zapfen
und mindestens ein die Laufbahn der Rolle begrenzender Anschlag vorgesehen sind.
Der zentrale Zapfen zwingt die Rolle zu einer Abrollbewegung entlang einer Kreisringbahn,
während der Anschlag die Ausgangs- und Endstellung fixiert.
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Es hat sich als günstig erwiesen, die Rolle als kegelstumpfartigen
Wälzkörper auszubilden, dessen größere Grundfläche konvex gewölbt ist, wobei die
Kegelmantelfläche die Abrollfläche und die konvex gewölbte Grundfläche die gleitende
Abstützung gegen die Bohrungsinnenwand bildet. Diese Rollenform hat zwar gegenüber
einer Kugel eine um Geringes größere Auflage und damit auch höhere Reibung, ist
jedoch besser als diese zur Aufnahme des recht hohen Flächendrucks in der Lage.
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In der Zeichnung ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Mitnehmers dargestellt.
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Es zeigen Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht des Mitnehmers,
Fig. 2 eine Schnittansicht nach Linie A - B in Fig. 1, Fig. 3 eine Schnittansicht
nach Linie C - D in Fig. 1 und
Fig. 4 ein Diagramm, das die axiale
Spannkraft als Funktion des am Umfang des Werkstücks wirkenden Drehmoments, hervorgerufen
durch die Zerspanungskraft, zeigt.
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Der Mitnehmer 1 besteht aus einem zylindrischen Schaft 2, mittels
welchem er in die - nicht dargestellte - Arbeitsspindel einer Drehbank od.dgl. einsetzbar
ist, und aus einem hülsenartigen Grundkörper 3, dessen Öffnung dem - ebenfalls nicht
dargestellten - Reitstock der Drehbank zugekehrt ist. In der Bohrung des Grundkörpers
3 ist ein zylindrischer Schubbolzen 4 axial verstellbar und begrenzt drehbar gelagert.
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Der Grundkörper 3 besitzt einen reduzierten Wandstärkenbereich 5,
der sich von einer Ringschulter 6 bis zurOffnung des Grundkörpers 3 erstreckt. Gegen
die Ringschulter 6 ist eine den Bereich 5 umschließende Schraubendruckfeder 7 abgestützt,
während der der Öffnung benachbarte Abschnitt des Bereichs 5 als Führung für eine
Gleithülse 8 dient. Die Gleithülse 8 ist in Fig. 1 in ihrer vorderen Stellung mit
entspannter Feder 7 gezeigt; sie besitzt eine der Öffnung des Grundkörpers 3 gegenüberliegende
Kappe 9 mit einer mittig angeordneten kegeligen Zentrieröffnung 10, in welcher ein
vom Reitstock gehaltenes Werkstück 11 einzentriert ist. Die Zentrieröffnung 10 ist
so bemessen, daß das freie Ende des Schubbolzens 4 ungehindert durchtreten kann.
Der Verschiebeweg der Gleithülse 8 ist durch einen Stift 8a begrenzt, der in einer
abgewinkelten Nut 8b der Gleithülse 8 angeordnet ist.
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Der Schubbolzen 4 besitzt einen vorderen verjüngten Bereich 4a und
einen hinteren Bereich 4b größeren Durchmessers. Die Stirnseite des Bereichs 4a
weist eine auswechselbare Mitnehmerverzahnung 12 auf; vor dem Übergang zum Bereich
4b ist mit dem Schubbolzen 4 eine Spiralfeder 13 fest verbunden, die nach außen
durch eine in den Grundkörper 3 eingeschraubte Ringscheibe 14 abgedeckt ist. Der
Bereich 4b ist mittels eines Kugellagerkäfigs 15 und zweier Nadellagerkäfige 16a
und 16b gegen eine zylindrische BUchse 17 abgestützt, die in die Bohrung des Grundkörpers
3 eingepaßt ist.
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Der untere Bereich der Bohrung des Grundkörpers 3 ist mittels eines
Ringeinsatzes 18 aus gehärtetem Werkstoff ausgekleidet, der zum Boden der Bohrung
hin konisch erweitert ist. Dieser Boden ist von einer Scheibe 19 gebildet, die ebenfalls
aus gehärtetem Werkstoff besteht. Die Scheibe 19 stellt die Laufbahn für eine Rolle
20 dar, die als kegelstumpfartiger Wälzkörper ausgebildet ist, deren größere Grundfläche
20a, die entlang des Ringeinsatzes 18 abläuft, konvex gewölbt ist. Das Zentrum der
Scheibe 19 wird von einem Zapfen 21 durchdrungen, der die Rolle 20 zu einer Abrollbewegung
entlang einer Kreisringbahn zwingt; begrenzt wird diese Abrollbewegung durch Anschlagzapfen
22a, b und c, wobei die Zapfen 22a und 22c die - in der Zeichnung dargestellte -
Ausgangsstellung und die Zapfen 22b und 22c die Endstellung fixieren.
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Die Stirnseite des Bereichs 4b des Schubbolzens 4 ist mit einer Kegelmantelfläche
23 versehen, die eine bei x kenntlich gemachte Steigung besitzt. Mit 24 ist ein
Stift bezeichnet, mittels welchem die Rolle 20 bei Wirksamwerden der Spiralfeder
13 und dadurch verursachter Rückdrehung des Schubbolzens 4 in die Ausgangsstellung
in diese mitgenommen wird.
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Fig. 4 zeigt ein Diagramm, in welchem die axiale Spannkraft als Funktion
des am Umfang des Werkstücks 11 wirkenden Drehmoments, hervorgerufen durch die Zerspanungskraft,
dargestellt ist. Wie ersichtlich, ist diese Funktion linear.
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Die Wirkungsweise des Mitnehmers 1 ist folgende: Zunächst wird der
Mitnehmer 1 mittels seines Schafts 2 in die Arbeitsspindel einer Drehbank od.dgl.
eingesetzt. Weiter wird dann ein Werkstück 11 in den Reitstock der Drehbank eingelegt,
dessen Körnerspitze axial feststeht. Danach wird der Reitstock samt Werkstück 11
in Richtung auf den Mitnehmer verschoben, bis das freie Ende des Werkstücks 11 in
die Zentrieröffnung 10 der Kappe 9 der Gleithülse 8 gelangt. Bei einem weiteren
Verschieben des Reitstocks samt Werkstück 11 wird die Gleithülse 8 gegen die Kraft
der Schraubendruckfeder 7 in Richtung auf die Arbeitsspindel zurückgeschoben, bis
die Stirnseite des Werkstücks 11 gegen die Mitnebmerverzahnung 12 des Schubbolzens
4 zur Anlage kommt. Nun wird die Arbeitsspindel samt Mitnehmer 1 in Drehbewegung
versetzt und das Zerspanungswerkzeug mit dem Werkstück 11
in Eingriff
gebracht. Bei diesem Ineingriffkommen wird das Werkstück 11 abgebremst, so daß zwischen
ihm und dem mit ihm über die Mitnehmerverzahnung 12 gekuppelten Schubbolzen 4 einerseits
und der Arbeitsspindel samt Mitnehmer 1 andererseits eine Relativbewegung stattfindet.
Im Zuge dieser Relativbewegung wird die Rolle 20 entlang ihrer Laufbahn auf der
Scheibe 19 mitgenommen und verschiebt den Schubbolzen 4 infolge der Steigung x von
dessen stirnseitiger Kegelmantelfläche 23 in Richtung auf den Reitstock, d.h. also
aus dem Grundkörper 3 des Mitnehmers 1 heraus, wodurch der von der Mitnehmerverzahnung
12 auf die Stirnseite des Werkstücks 11 ausgeübte Druck wächst. Jede Änderung der
Zerspanungskraft führt so zu einer entsprechenden Änderung des Andrucks des Schubbolzens
4 gegen die Stirnseite des Werkstücks 11, d.h. also zu einer Änderung der Spannkraft.
Ist das Werkstück 11 schließlich über seine gesamte Länge bearbeitet, wobei während
des letzten Bearbeitungsabechnitte die Gleithülse 8 in Richtung auf die Arbeitsspindel
ausweichen kann, wird de eitstock von der Arbeitsspindel entfernt, wodurch das bearbeitete
Werkstück 11 frei kommt und ein neues Werkstück 11 in den Reitstock eingelegt werden
kann, während die Spiralfeder 13 den Schubbolzen 4 in seine eingefahrene Ausgangsstellung
zurückbewegt, so daß das nächste Arbeitsspiel beginnen kann.