DE2732354C3 - Drehmaschine für die Unrundbearbeitung, insbesondere von Kolbenringen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehmaschine für die Unrundbearbeitung, insbesondere von Kolbenringen, mit einem Maschinenbett, gegebenenfalls einem auf dem Maschinenbett geführten Längsschlitten und einem — je nachdem — auf diesem oder dem Maschinenbett geführten Querschlitten mit einem Werkzeugträger, welcher durch mindestens zwei numerisch ansteuerbare Stellmotoren verschiebbar ist.

Zur Umfangsbearbeitung von Kolbenringen mit unrundem Innen- und Außenumfang sind Einrichtungen bekannt die im wesentlichen einer Drehmaschine entsprechen. Die meist paketweise axial gespannten Kolbenringe werden beispielsweise nach der DE-PS 1045 204 an ihrem Innen- und Außenumfang gleichzeitig bearbeitet, wobei die Bearbeitungswerkzeuge an den Enden von schwenkbaren Werkzeugträgern angeordnet sind und deren radiale Zustellung von einem

ίο synchron mit der Arbeitsspindel umlaufenden Nocken gesteuert wird. Insbesondere offenbart die DE-PS 10 43 015 ein verstellbares Doppelhebelsystem zur Steuerung des Werkzeuges für die Unrundbearbeitung der Kolbenringe.

is Ausgehend von der Forderung nach einem im Einbauzustand am gesamten Umfang mit einer definierten Radialdruckverteilung an der Zylinderwand anliegenden Kolbenring — einem sogenannten lichtspaltdichten Kolbenring —, besteht das Hauptproblem seit vielen Jahren in der Gestaltung des Kopiernockens. Die Herstellung eines solchen Kopiernockens erfolgte früher auf handwerkliche Weise, indem man einen unrunden Kolbenring mit Nenndurchmesser an einer Umfangsstelle aufschnitt, entsprechend der gewünschten Tangentialkraft spreizte und die dabei entstandene Unrundkontur auf einen Mutternocken übertrag. Neuere Überlegungen gehen dahin, die Unrundheit des Kopiernockens mathematisch zu bestimmen, wobei das Ausrechnen der einzelnen Polarkoordinaten durch den elektronischen Rechner möglich ist.

Im Rahmen der fortschreitenden Automatisierung von Werkzeugmaschinen, insbesondere Drehmaschinen, sind inzwischen verschiedene Steuerungssysteme entwickelt worden, wie zum Beispiel die NC- und

3s CNC-Steuerung. Während bei der NC-Steuerung die werkzeugspezifischen Daten über einen Lochstreifen dem Steuerwerk der Werkzeugmaschine zugeführt werden, lassen sich bei der CNC-Steuerung die Steuerwerte direkt vom Speicher eines elektronischen

■»ο Rechners dem Steuerwerk der Maschine zuführen. Dieses System gestattet darüberhinaus unter Zuhilfenahme von entsprechenden Meßeinrichtungen durch Vergleich der Istmaße mit den vorgegebenen Sollmaßen eine ständige Anpassung der Steuerwerte. Derartige elektronische Steuersysteme sind heute bei vielen Drehmaschinen, insbesondere auch bei Kopierdrehmaschinen, im Einsatz.

Bei den bisher bekannten Anwendungsfällen werden überwiegend runde Werkstücke bearbeitet, wobei die

so Zustellbewegungen des Werkzeuges in axialer Richtung meist kontinuierlich und in radialer Richtung entweder sprungweise oder ebenfalls kontinuierlich erfolgen. Als Antriebe für den Werkzeugträger dienen an sich bekannte Servomotoren, Schrittmotoren und mechanisehe, pneumatische oder hydraulische Aggregate.

Die DE-OS 20 06 760 von deren Inhalt die Erfindung im wesentlichen ausgeht, beinhaltet darüberhinaus eine Unrunddreheinrichtung für Drehmaschinen, bei welcher das Drehwerkzeug in Abhängigkeit vom Drehwinkel eines mit der Arbeitsspindel rotierenden Werkstückes in radialer Richtung zustellbar ist Die Werkzeugzustellung erfolgt dabei durch den Gebrauch von mindestens zwei parallel nebeneinander angeordneten und mit dem Maschinenbett fest verbundenen Stellmotoren, deren r -lzelne Zustellgrößen erst in einem Koppelgetriebe einander überlagert und dann auf den Werkzeugträger übertragen werden. Bei dieser mit drei verschiedenen Bauformen beschriebenen Einrichtung sind die Stellmo-

toren bei der einen der drei Bauformen indes getriebemäßig derart miteinander gekoppelt, daß die Summe der Bewegungen aller Stellmotore nur dem entspricht, was ohne das Getriebe auch von einem einzigen Motor erreicht werden würde, während bei 5 den beiden anderen Bauformen die Stellmotoren über relativ komplizierte und damit teure und störungsanfällige Getriebestufen miteinander verbunden sind. Außerdem ist diese Einrichtung nicht darauf ausgelegt, größere Wegstrecken mit besonders erhöhter Geschwindigkeit zu durchfahren.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Drehmaschine zum Unrundbearbeiten von Werkstückumfangsflächen zu schaffen, bei der sich die Bewegungen der Stellmotoren bezüglich der Zustellbewegung ohne zwischengeschaltete Getriebestufe direkt addieren und bei der außerdem größere Wegstrecken des Werkzeugs mit besonders erhöhter Geschwindigkeit durchfahren werden können.

Diese Aufgabe ist bei der eingangs beschriebenen Drehmaschinenart dadurch gelöst, daß der erste Stellmotor — je nachdem, ob ein Längsschlitten vorhanden ist oder nicht — entweder mit diesem oder mit dem Maschinenbett fest verbunden ist und auf einen quer zur Achse der Drehspindel verschiebbaren Schlitten einwirkt, daß auf dem Schlitten der zweite, mit dem Querschlitten des Werkzeugträgers verbundene Stellmotor befestigt ist, und daß die Stellmotoren bezüglich ihrer Winkelschrittgröße unterschiedlich ausgelegt sind. Durch eine solche Anordnung wird erreicht, daß der erste mit einem Längsschlitten oder direkt mit dem Maschinenbett verbundene Stellmotor mit einer relativ großen Winkelschrittgröße eine Basis-Zustellbewegung dem den Werkzeugträger tragenden Querschlitten verleiht, während der mit dem Querschlitten verbundene zweite Stellmotor mit einer relativ kleinen Winkelschrittgröße die Feinzustellbewegung des Werkzeugträgers innerhalb des vorgegebenen Zeitintervalles bewerkstelligt.

Um den geforderten Genauigkeitsgrad in der *o Zustellbewegung einhalten zu können, sind die Stellmotoren direkt hintereinander angeordnet, so daß der erste Stellmotor bei jedem Schritt den zweiten Stellmotor über den Querschlitten insgesamt mitbewegt, während der Werkzeugträger mit dem Ausgang des zweiten Stellmotors verbunden ist. Durch diese Hintereinanderschaltung der Stellmotoren wird eine direkte Addition beider Einzelbewegungen erreicht, so daß kein weiteres Koppelgetriebe erforderlich ist. Die vom elektronischen Rechner abgegebenen Zustellwerte werden somit auf kürzestem und schnellstem Wege auf den Werkzeugträger übertragen.

Für das gleichzeitige Bearbeiten des Innen- und Außenumfanges von insbesondere Kolbenringen mit diskontinuierlicher radialer Wandstärke wird ergänzend vorgeschlagen, daß auf dem den ersten Werkzeugträger tragenden Querschlitten ein weiterer Werkzeugträger verschiebbaf angeordnet ist, der mittels eines mit dem Querschlitten verbundenen weiteren Stellmotors radial zum Werkstück zustellbar ist. Auf diese Weise ist es möglich, mit den beiden, auf den Querschlitten des Werkzeugträgers für die Außenbearbeitung des Werkstückes einwirkenden Stellmotoren die Zustellbewegungen für die Bearbeitung der äußeren Unrundkontur durchzuführen und mittels des weiteren, mit dem zusätzlichen Werkzeugträger gekoppelten Stellmotors die jeweilige Differenzzustellbewegung entsprechend der Abweichungen der inneren Unrundkontur von der äußeren Unrundkontur des Werkstückes zu bewerkstelligen. Durch diese Anordnung läßt sich eine optimale Arbeitsgeschwindigkeit bei der gleichzeitigen Bearbeitung voneinander abweichender Unrundkonturen am Außen- und Innenumfang insbesondere eines Kolbenringes erzielen.

Bei einer anderen Ausführungsform der Drehmaschine wird die gleiche Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Werkzeugträger als mittels des Querschlittens verschiebbarer Doppelhebel ausgebildet ist, wobei der eine der beiden Stellmotoren an der Gewindespindel des Querschlittens angreift und der andere Stellmotor den Werkzeugträger verschwenkt und die Stellmotoren bezüglich ihrer Winkelschrittgröße unterschiedlich ausgelegt sind. Bei dieser Anordnung ergibt sich analog zur zuvor beschriebenen ebenfalls der Vorteil, daß der Querschlitten von einem ersten Stellmotor mit einer relativ großen Winkelschrittgröße radial zum Kolbenring zustellbar ist, während der als Doppelhebel ausgebildete Werkzeugträger von einem zweiten Stellmotor mit relativ kleiner Winkelschrittgröße schwenkbar ist Durch die direkte Addition der beiden Einzelzustellbewegungen lassen sich besonders schnelle und genaue Zustellbewegungen des Werkzeugträgers realisieren.

Vorzugsweise sind die Hebel des Doppelhebels unter einem Winkel von 90° zueinander angeordnet, so daß sich die verlängerten Achsen der Stellmotoren ebenfalls unter 90° schneiden. Diese Anordnung birgt den Vorteil einer besonders kompakten Bauweise in sich.

Zur Übertragung der vom Stellmotor abgegebenen Drehbewegung auf den antreibbaren Hebel des Doppelhebels dient vorzugsweise eine als Kulissenstein ausgebildete Mutter zur Aufnahme der mit einem entsprechenden Gewinde versehenen Antriebsspindel des zweiten Stellmotors.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Frontalansicht einer ersten gattungsgemäßen Drehmaschine (Prinzipdarstellung);

F i g. 2 eine Seitenansicht einer zweiten gattungsgemäßen Drehmaschine mit auf einem Querschlitten angeordneten, linear zustellbaren Werkzeugträgern;

F i g. 3 und 4 je eine vergrößerte Seitenansicht der Drehmaschine nach F i g. 1 mit auf einem Querschlitten angeordneten Doppelhebel als Werkzeugträger, wobei für den Antrieb des Doppelhebels zwei verschiedene Getriebe verwendet sind.

Die in F i g. 1 dargestellte Prinzipskizze zeigt eine Drehmaschine für die gleichzeitige Innen- und Außenbearbeitung von unrunden Kolbenringen. Die Drehmaschine besteht aus einem Spindelstock 1 mit einer Drehspindel 2, einem Gegenjoch 3 mit einer drehbaren und axial spannbaren Aufnahme 4 zum axialen Spannen eines Kolbenringpaketes 5. Die Werkzeuge 6, 7 für die Innen- und Außenbearbeitung des Kolbenringpaketes 5 sind über einen Doppelhebel 8,13 beziehungsweise eine Bohrstange 9 mit einer schwenkbaren Schwingenstange 10 verbunden. Letztere ist in zwei auf einem Längsschlitten 11 befestigten Ständern 12, 12' drehbar gelagert.

In F i g. 2 ist eine Seitenansicht einer anderen Drehmaschine mit zwei auf einem Querschlitten 44 angeordneten Werkzeugträgern 46,47 für die gleichzeitige Außen- und Innenbearbeitung des Kolbenringpaketes 5 dargestellt. Der Antrieb des Querschlittens 44 erfolgt über zwei in ihrer Wirkrichtung hintereinander

angeordnete Stellmotoren 48, 49 unter Zwischenschaltung eines Querschlittens 50 zur Aufnahme des zweiten Stellmotors 49, während der erste Stellmotor 48 mit dem Maschinenbett 52 verbunden ist und mit seiner Antriebswelle über einen an sich bekannten Gewindetrieb auf den Querschlitten 50 einwirkt. Als zusätzliche Verstellmöglichkeit für den als Bohrstange ausgebildeten Werkzeugträger 47 dient ein weiterer Schlitten 45, der über einen weiteren Stellmotor 51 relativ zum Querschlitten 44 verschiebbar ist, so daß unrunde Werkstücke mit in Umfangsrichtung sich verändernder radialer Wandstärke hergestellt werden können.

Fig.3 zeigt eine Seitenansicht der Drehmaschine nach F i g. 1, und zwar bestehen die Werkzeugträger für die Außen- und Innenbearbeitung der Kolbenringe 5 aus Doppelhebeln, wovon nur der das Außenbearbeitungswerkzeug (Drehmeißel) 7 tragende Doppelhebel 8,13 in der Zeichnung erkennbar ist, da der die Bohrstange 9 tragende Hebel deckungsgleich auf der gleichen Schwingenstange 10 liegt und sich hinter dem Joch 3 erstreckt. Der Antrieb des Doppelhebels 8, 13 erfolgt einerseits über den ersten Stellmotor 25, der über eine Gewindespindel 19 auf den mit der Schwingachse 10 verbundenen Querschlitten 26 einwirkt, sowie andererseits über einen zweiten, über eine Traverse 21 mit dem Querschlitten 26 verbundenen Stellmotor 20, dessen Antriebsspindel 18 auf den Hebelarm 13 des Doppelhebels 8, 13 einwirkt. Die schrittweise Drehbewegung der Antriebswelle 18 wird dabei mittels einer als Kulissenstein ausgebildeten Mutter 17 übertragen, die zur Aufnahme der mit einem korrespondierenden Außengewinde versehenen Antriebsspindel 18 ausgebildet und in einem Langloch 16 im Hebel 13 verschiebbar gelagert ist.

Bei der in Fig.4 dargestellten Seitenansicht der Drehmaschine aus F i g. 1 ist anstelle des Kulissensteines bzw. der Mutter 17 eine Exzenterscheibe 28 in einem entsprechend gestalteten Kulissenstein 17' drehbar gelagert. Demzufolge ist der zweite Stellmotor 20 urn 90° versetzt angeordnet und erstreckt sich senkrecht zur Zeichnungsebene hinter der mit dem Querschlitten 26 verbundenen Traverse 21', so daß nur die Stirnfläche der Antriebswelle 53 sichtbar ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Drehmaschine für die Unrundbearbeitung, insbesondere von Kolbenringen, mit einem Maschinenbett, gegebenenfalls einem auf dem Maschinenbett geführten Längsschlitten und einem — je nachdem — auf diesem oder dem Maschinenbett geführten Querschlitten mit einem Werkzeugträger, welcher durch mindestens zwei numerisch ansteuerbare Stellmotoren verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Stellmotor (48) — je nachdem, ob der Längsschlitten (11) vorhanden ist oder nicht — entweder mit diesem oder mit dem Maschinenbett (52) fest verbunden ist und auf einen quer zur Achse der Drehspindel (2) verschiebbaren Schlitten (50) einwirkt, daß auf dem Schlitten (50) der zweite, mit dem Querschlitten (44) des Werkzeugträgers (46) verbundene Stellmotor (49) befestigt ist, und daß die Stellmotoren (48, 49) bezüglich ihrer Winkelschrittgröße unterschiedlich ausgelegt sind.

2. Drehmaschine nach Anspruch 1, für die gleichzeitige Bearbeitung des Innen- und Außenumfanges von insbesondere Kolbenringen mit diskontinuierlicher radialer Wandstärke, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Querschlitten (44) ein weiterer Werkzeugträger (47) verschiebbar angeordnet ist, der mittels eines mit dem Querschlitten (44) verbundenen weiteren Stellmotors (51) radial zustellbar ist.

3. Drehmaschine für die Unrundbearbeitung, insbesondere von Kolbenringen, mit einem Maschinenbett, gegebenenfalls einem auf dem Maschinenbett geführten Längsschlitten und einem — je nachdem — auf diesem oder dem Maschinenbett geführten Querschlitten mit einem Werkzeugträger, welcher durch mindestens zwei numerisch ansteuerbare Stellmotoren verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugträger (8,13) als mittels des Querschlittens (26) verschiebbarer Doppelhebel ausgebildet ist, wobei der eine der beiden Stellmotoren (25) an der Gewindespindel (19) des Querschlittens (26) angreift und der andere Stellmotor (20) den Werkzeugträger (8, 13) verschwenkt und die Stellmotoren (20, 25) bezüglich ihrer Winkelschrittgröße unterschiedlich ausgelegt sind.

4. Drehmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebel (8 und 13) des Doppelhebels (8, 13) unter einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind.

5. Drehmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Stellmotor (20) angetriebene Hebel (13) des Doppelhebels (8, 13) eine als Kulissenstein ausgebildete Mutter (17) zur Aufnahme der mit einem entsprechenden Gewinde versehenen Antriebsspindel (18) des zweiten Stellmotors (20) aufweist.