DE2747883B2

DE2747883B2 - Verfahren zur Herstellung einer Bohrung

Info

Publication number: DE2747883B2
Application number: DE2747883A
Authority: DE
Inventors: Heinz Vom Dorp; Theodor Lindgens; Helmut Dipl.-Ing. 5140 Erkelenz Wittkopp
Original assignee: Wilhelm Hegenscheidt GmbH
Current assignee: Hegenscheidt MFD GmbH and Co KG
Priority date: 1977-10-26
Filing date: 1977-10-26
Publication date: 1980-01-03
Also published as: GB2006650A; GB2006650B; JPS5477383A; IT7851507A0; JPS5820744B2; US4211129A; DE2747883A1; PL210237A1; IT1106187B; DE2747883C3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Bohrung an bereits vorgebohrten Werkstücken, insbesondere zur Herstellung der Nabenbohrung an vorgebohrten Eisenbahnrädern.

Bei der Herstellung oder Wiederherstellung von Radsätzen müssen die beiden Radscheiben und die Welle eines Eisenbahnradsatzes zu einem Radsatz zu-

sammengefügt werden. Hierzu ist es erforderlich, daß die beiden Nabensitze der Welle und die Nabenbohrung in jeder Radscheibe ganz bestimmte, einander zugeordnete Durchmesser - also eine Passung - aufweisen. Die Abmessungen der genannten Durchmesser müssen daher mit hoher Präzision erreicht werden, damit die Funktion der Passung sichergestellt werden kann.

Bei der Herstellung der Radscheiben eines Eisenbahnradsatzes werden diese auf ihrer gesamten Oberfläche zerspanend bearbeitet, wodurch das Werkstück sehr stark erwärmt wird. Als letzte Stufe der Bearbeitung wird die Nabenbohrung auf Passungsmaß ausgebohrt. Die Fertigbearbeitung der Nabenbohrung muß deswegen zum Schluß erfolgen, damit eine Verletzung der Bohrungsoberfläche durch Späne vermieden wird. Das Ausbohrwerkzeug wird z. B. über einen NC-gesteuerten Support auf den gewünschten Passungsdurchmesser eingefahren. Das Werkstück weist hierbei die aus der Vorbearbeitung herrührende hohe Temperatur auf. Wird nun die Bohrung des warmen Werkstückes mit dieser Werkzeugeinstellung ausgebohrt, so ist sie nach Abkühlen des Werkstückes auf Raumtemperatur oder Benutzungstemperatur zu klein. Die Radscheibe würde nach dem noch im warmen Zustand durchgeführten Fügen mit der Welle und dem nachfolgenden Erkalten so hohe Eigenspannungen aufweisen, daß sie nach kurzer Betriebsdauer reißen würde. Um diese Nachteile zu vermeiden, ist es nach dem Stande der Technik nur möglich, die Werkstücke bis auf Raumtemperatur abkühlen zu lassen und erst dann fertig zu bearbeiten. Dies aber erfordert kostspielige Hallenfläche für eine Zwischenlagerung. Deswegen werden mitunter auch die Werkstücke auf dem Hallenvorhof oder in einem unbeheizten Hallenteil zwischengelagert. Da die bearbeiteten Wellen aber keiner Zwischenlagerung bedürfen, kann es nunmehr insbesondere in kälteren Jahreszeiten oder in kiilteren Gebieten der Erde geschehen, daß die Radscheiben für eine Bearbeitung unmittelbar nach der Zwischenlagerung zu stark abgekühlt sind. Sie weisen eine Temperatur auf, die erheblich unter der Wellentemperatur liegt, da sich ja die Wellen ausschließlich in der beheizten Halle befunden haben. Auch in diesem Zustand ist eine Bearbeitung der Radnabenbohrung nicht möglich, da das korrekte Erreichen des Passungsmaßes nicht gewährleistet werden kann. Die Passung würde sich durch Erwärmen der Radscheibe oder Abkühlen der Welle Iockern.

Es ist bei Werkzeugmaschinen bereits mit der US-PS 2716368 bekanntgeworden, die Temperatur des Schneidwerkzeuges zu kontrollieren und in Abhängigkeit hiervon die Schnittgeschwindigkeit zu regeln, so daß das Werkzeug ständig optimal ausgelastet werden kann. Eine Prüfung oder sonstige Beachtung der Werkstücktemperatur ist nicht vorgesehen.

Es ist mit der OS 1922643 weiterhin bekanntgeworden, bei Werkzeugmaschinen die Beeinflussung der Position der Werkzeuge infolge Temperaturveränderung der Werkzeugmaschine durch eine die Positionsüberwachungseinrichtung für die Werkzeugmaschine durch eine die Positionsüberwachungseinrichtung für die Werkzeuge in Abhängigkeit von der Temperatur der die Werkzeuglage bestimmenden Maschinenbaugruppen beeinflussende Kompensationsschaltung zu kompensieren. Auch hier können Fehler, die in der Temperatur des Werkstückes begründet sind, nicht vermieden werden.

ίο Weiterhin sind mit dem Aufsatz »Automatisch anpassende Steuerungen und Regelungen für Werkzeugmaschinen« aus der Zeitschrift »Werkstattechnik« 58. Jg. 1968, Heft 10, Seiten 463 bis 466, insbesondere Bild 1, adaptive Regelungen für Werk-

J5 zeugmaschinen bekanntgeworden, mit denen die verschiedensten Störgrößen berücksichtigt werden können. Bei den erfaßten Störgrößen handelt es sich jedoch ausschließlich um solche Störgrößen, die an der Maschine selbst oder am Werkzeug auftreten.

Auch hier findet die Werkstücktemperatur keine Beachtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, mit dem es möglich wird, die Bohrungeines Werkstückes, vorzugsweise die Nabenbohrung eines Eisenbahnrades, mit dem gewünschten präzisen Durchmesser herzustellen, unabhängig davon, mit welcher Temperatur das Werkstück zur Bearbeitung angeliefert wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß unmittelbar vor der Bearbeitung die Werkstücktemperatur im Bereich der Bohrung ermittelt und die Differenz zu einer Bezugstemperatur gebildet und in Abhängigkeit von Größe und Vorzeichen dieser Differenz die Werkzeuglage korrigiert wird. Durch die vorgeschlagene Maßnahme wird also das Ausbohrwerkzeug um einen Betrag radial verschoben, also in seiner Lage korrigiert, der dem Betrag der Verschiebung der Bohrungswandung aufgrund der Temperaturdifferenz zur Bezugstemperatur entspricht. Die

bo Richtung der Korrektur wird vom Vorzeichen der Differenz bestimmt, d. h. sie hängt davon ab, ob die Bezugstemperatur von der Werkstücktemperatur über- oder unterschritten wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vor-

M geschlagen, daß die bei der Durchmessermessung vorhandene Temperatur des fertigbearbeiteten Passungspartners die Bezugstemperatur bildet. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß der Passungspart-

ner nicht unbedingt eine ganz bestimmte, als Bezugstemperatur konstant eingespeicherte Temperatur aufweisen muß, sondern selbst die Bezugstemperatur liefert und damit mit beliebiger Temperatur angeliefert werden kann. Es können somit nach der Erfindung die notwendigen Paßmaße mit hoher Präzision völlig unabhängig vom Wärmezustand der zu fügenden Werkstücke hergestellt werden.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnungen näher erläutert werden.

In Fig. ί ist auf einer Drehmaschine 1 ein Werkstück 2 in einem Spannfutter 3 eingespannt. Das Werkstück 2 weist eine zentrisch angeordnete Bohrung la auf, welche auf Passungsmaß fertiggebohrt werden soll. Dies soll beispielsweise mit einem Ausdrehwerkzeug 6, welches in einem radial verfahrbaren Ausdrehsuppon 5 gehalten ist, geschehen. Der Ausdrehsupport 5 kann beispielsweise über einen Schrittmotor 8 radial verfahren werden. Zur Herstellung des erforderlichen Passungsmaßes der Bohrung la wird zunächst über ein Durchmessermeßgerät 13 der Nabensitz 16 der Welle 12 gemessen und der diesem Durchmesser entsprechende gewünschte Passungsdurchmesser über die Durchmessereingabe 11 in an sich bekannter Weise in die Maschine eingegeben. Das Erreichen dieses Durchmessers wird beispielsweise dadurch festgestellt, daß die Impulse des Schrittmotors 8, ausgehend von einer hier als Maschinen.nitte 7 gekennzeichneten Nullage, gezählt werden, und der Schrittmotor 8 von der Durchmessereingabe 11 dann gestoppt wird, wenn die dem gewünschten Durchmessermaß entsprechende Anzahl von Impulsen eingelaufen ist. Ist das Ausdrehwerkzeug 6 derart auf die entsprechende Durchmesserposition eingefahren, wird über den Temperaturfühler 4 die Werkstücktemperatur 71 in unmittelbarer Umgebung der Bohrung la gemessen. Daraufhin wird die Werkstücktemperatur 71 einem Temperaturdifferenzrechner 9 zugeführt, der die Temperaturdifferenz AT zu einer vorgegebenen Temperatur Tc, beispielsweise der üblichen Hallentemperatur, ermittelt. Hierbei wird auch durch Zuordnung eines Vorzeichens kenntlich gemacht, ob der Betrag der errechneten Temperaturdifferenz ATdie Bezugstemperatur Tc über- oder unterschreitet. Die Größe der Temperaturdifferenz A T, der in der angegebenen Abhängigkeit ein Vorzeichen zugeordnet wurde, wird nun einem Korrekturwertrechner 10 zugeführt.

Weiterhin wird dem Korrekturwertrechner 10 der aus der Durchmessereingabe 11 stammende Durchmesserwert zugeführt.

Im Korrekturrechner 10 permanent gespeichert ist der erforderliche Wärmeausdehnungskoeffizient α.

Mit Hilfe dieser Daten errechnet der Korrekturrechner 10 einen Korrekturwert (D · AT- α). Der Schrittmotor 8 erhält nun, beispielsweise vom Korrekturwertrechner 10, unter Beachtung des Korrekturwertvorzeichens, ein Anlaufsignal und läuft so lange weiter, bis die dem Korrekturwert entsprechende Anzahl von Impulsen am entsprechenden Impulszähler eingelaufen ist. Dann wird der Schrittmotor 8 wieder abgeschaltet.

Das Zählen der Impulse des Schrittmotors kann im Prinzip an beliebiger Stelle erfolgen, geschieht aber zweckmäßigerweise in der Durchmessereingabe 11, da hier ohnehin für die Kontrolle der einlaufenden Impulse zur Durchmessereinstellung ein entsprechendes Zählwerk vorhanden sein muß. Hierzu muß natürlich vom Schrittmotor 8 eine Rückmeldung an die Durchmessereingabe 11 vorgesehen sein sowie eine Rückführung des errechneten Korrekturwertes aus dem Korrekturwertrechner 10, damit im Zählwerk die zu zahlende Impulszahl bekannt ist.

Der zu errechnende Korrekturwert ist der Betrag, den der Radius der fertigen Bohrung la bei der Temperatur 71 größer ist als bei der Temperatur Tc, bzw. kleiner ist als bei der Temperatur Tc, für den Fall,

ι« daß 71 kleiner ist als Tc.

Ist also die Werkstücktemperatur 71 höher als die Bezugstemperatur Tc, so ist der Ausdrehsupport 5, nach der eigentlichen Durchrnesserpositionierung über die Durchmessereingabe 11, um einem vom Korrekturwertrechner 10 errechneten Korrekturwert radial weiter nach außen zu fahren. Ist die Werkstücktemperatur 71 niedriger als die Bezugstemperatur Tc, so ist der Ausdrehsupport 5, nach der eigentlichen Durchmesserpositionierung über die Durchmessereingabe 11, um einen vom Korrekturwertrechner 10 errechneten Korrekturbetrag weiter nach innen zu fahren.

Da die Fertigbearbeitung der Bohrung la nur sehr wenig Zeit in Anspruch nimmt, muß eine Temperaturveränderung des Werkstückes 2 während dieser Bearbeitung nicht berücksichtigt werden.

Nach Fig. 2 wird im wesentlichen so verfahren, wie unter Fig. 1 bereits beschrieben. Allerdings wird nach Fig. 2 nicht eine frei gewählte Temperatur 7c als Be-

i<> zugstemperatur gewählt, sondern es wird über den Temperaturfühler 14 die tatsächliche Temperatur Tl des Nabensitzes 16 ermittelt und als Tl einem Differenzrechner 15 zugeführt.

Als Bezugstemperatur wird also hier die Tempera-

r> tür Tl, welche beim Passungspartner real vorhanden ist, eingesetzt. Alle übrigen Verfahrensschritte unterscheiden sich nicht von denen, die bereits in Fig. 1 beschrieben wurden.

Mit der Erfindung wird es erstmals möglich, gewünschte Abmessungen an Werkstücken, unabhängig von deren Wärmezustand, ohne Zwischenlagerung mit hoher Präzision herzustellen.

Liste der Bezugszeichen

1 Drehmaschine

2 Werkstück
la Bohrung

3 Spannfutter

4 Temperaturfühler

5 Ausdrehsupport

6 Ausdrehwerkzeug

7 Maschinenmitte

8 Schrittmotor

9 Temperaturdifferenzrechner

10 Korrekturwertrechner

11 Durchmessereingabe

12 Welle

13 Durchmessermeßgerät
14 Temperaturfühler

15 Temperaturdifferenzrechner

16 Nabensitz (Passungspai tner)
Tl Werkstücktemperatur

Tl Nabensitztemperatur

b5 4Γ Temperaturdifferenz

Tc konstante Bezugstemperatur

D Fertigdurchmesser der Bohrung la

α Ausdehnungskoeffizient

Hicr/u 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung des Fertigmaßes einer vorgebohrten Bohrung, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar vor der Bearbeitung die Werkstücktemperatur (Π) im Bereich der Bohrung (2a) ermittelt und die Differenz {AT) zu einer Bezugstemperatur ( Tc, T2) gebildet und in Abhängigkeit von Größe und Vorzeichen dieser Differenz die Werkzeuglage korrigiert -vird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Durchmessermessung vorhandene Temperatur ( Tl) des fertigbearbeiteten Passungspartners (16) als Bezugstemperatur verwendet wird.