DE2747883C3

DE2747883C3 - Verfahren zur Herstellung einer Bohrung

Info

Publication number: DE2747883C3
Application number: DE2747883A
Authority: DE
Inventors: Heinz Vom Dorp
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: 1987-06-19
Also published as: PL210237A1; DE2747883B2; JPS5820744B2; IT7851507A0; JPS5477383A; DE2747883A1; GB2006650B; IT1106187B; US4211129A; GB2006650A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung des Fertigmaßes einer vorgebohrten Bohrung, bei dem das Bearbeitungswerkzeug selbsttätig mittels einer von einer Durchmesbereingabe gesteuerten Stelleinrichtung zunächst auf den zu fertigenden Bohrungsdurchmesser eingestellt wird.

Bei der Herstellung oder Wiec !'herstellung von Radsätzen müssen die beiden Radscheiben und die Weile eines Eisenbahnradsatzes zu einem Radsatz zusammengefügt werden. Hierzu ist es erforderlich, daß die beiden Nabensitze der Welle und die Nabenbohrung m 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 Passungsdurcbmesser 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 HaI-lenteil zwischengelagert. Da die bearbeiteten Wellen aber keiner Zwischenlagerung bedürfen, kann es nunmehr insbesondere in kälteren Jahreszeiten oder in kälteren Gebieten der Erde geschehen, daß die Radscheiben für eine Bearbeitung unmittelbar na<ii der

to 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 Radnabenboh-

rung nicht möglich, da dasikorrekte Erreichen des Passungsmaßes nicht gewährleistet werden kann. Die Passung würde sich durch Erwärmen der Radscheibe oder Abkühlen der Welle lockern.

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 1 922643 weiterhin bekanntgeworden, bei Werkzeugmaschinen die Beeinflussung der Position der Werkzeuge infolge Temperaturveränderung der Werkzeugmaschine durch eine die Posi-

jo tionsüberwachungseinrichtung für die Werkzeugmaschine durch eine die Positionsüberwachungseinrichtung für die Werkzeuge in Abhängigkeit von der Temperatur der die Werkzeuglage bestimmenden Maschinenbaugruppen beeinflussende Kompensa-

J5 tionsüberwachungseinrichtung für die Werkzeuge in Abhängigkeit von der Temperatur der die Werkzeuglage bestimmenden Masehineiibaugiuppen beeinflussende Kompensationsschaltung zu kompensieren. Auch hier können Fehler, die in der Temperatur des Werkstückes begründet sind, nicht vermieden weruen.

Weiterhin sind mit dem Aufsatz »Automatisch anpassende Steuerungen und Regelungen für Werkzeugmaschinen« aus der Zeitschrift »Werkstattstechnik« 58. Jg. 1969, Heft 10, Seiten 463 bis 466, insbesondere Bild 1, adaptive Regelungen für Werkzeugmaschinen bekannt geworden, 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.

Aus einem Sonderdruck aus der Zeitschrift »Maschine und Werkzeug«, Heft 7 vom 29. März 1970 ist ein Meßverfahren zur Korrektur des Temperatureinflusses bei der spanabhebenden Fertigung bekannt geworden, mit dem die relative Längenänderung in Abhängigkeit von der Temperatur eines Werkstückes unter Berücksichtigung der werkstückspezifischen Parameter ermittelt werden kann. So ist es mit diesem Verfahren und einem in der genannten Veröffentlichung beschriebenen Meßgerät möglich, bei einem Ringrohling, der von der Walzbearbeitung kommt und der danach anmanchen Stellen eines Querschnittes um zwanzig und dreißig Millimeter abgedreht wurde und am Ende dieser Arbeitsgänge eine Temperatur von 60 bis 70°C aufweist, die relative Durchmesserveränderung des Werkstückes zu bestimmen, die eintritt, wenn dieses Werkstück auf eine vorgegebene Solltemperatur

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erkaltet Es muß also zunächst eine Bearbeitung durchgeführt werden und es muß die nach der Bearbeitung vorhandene Abweichung des Werkstückes vom Meßnormal und die nach der Bearbeitung vorhandene Temperatur des Werkstückes gemessen werden und beides durch eine Rechenoperation zu einer vorgegebenen Solltemperatur in Bezug gesetzt werden, um das maßliche Arbeitsergebnis nach Erkalten des Werkstückes auf die vorgegebene Solltemperatur festzustellen und ggf. eine weitere Arbeitsoperation anzuschließen. Es wird also zur Erreichung des gewünschten Maßes eine erste zerspanende Bearbeitung am Werkstück durchgeführt und dieses Bearbeitungsergebnis hinsichtlich seiner Maßabweichung gemessen. Gleichzeitig wird die Werkstücktemperatur gemessen und es wird danach durch eine mit dem Meßgerät selbst durchführbare Rechenoperation errechnet, welche Maßabweichung das Werkstück nach Abkühlung auf eine vorgegebene Solltemperatur aufweist. Dieses Ergebnis muß dann mit einem Sollwert verglichen werden und es muß nachfolgend eine entsprechende Korrekturbearbeitung des Werkstückes vorgenommen werden.

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 ist diese Aufgabe ausgehend von dem eingangs beschriebenen Verfahren dadurch gelöst, daß unmittelbar vor der Bearbeitung die Werkstücktenperatur im Bereich der Bohrung ermittelt und die Differenz zu einer Bezugstemperatur gebildet und in Abhängigkeit von Größe und Vorzeichen dieser Differenz die Werkzeuglage selbsttätig korrigiert wird. Durch die vorgeschlagene Maßnahme wird aiso das Ausbohrwerkzeug automatisch um einen Betrag radial verschoben, also in seiner Lage korrigiert, der dem Betrag der Verschiebung der Bohrungswandung aufgrund derTemperaturdifferenz zur Bezugstemperatur entspricht. Die 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 weHerer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die bei der Durchmessermessung des fertigbearbeiteteten Passungspartners vorhandene Temperatur als Bezugstemperatur verwendet wird. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß der Passungspartner nicht unbedingt eine ganz bestimmte, als Bezugst-.mperatur 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. 1 ist auf einer Drehmaschine 1 ein Werkstück 2 in einem Spannfutter 3 eingespannt. Das Werkstück 2 weist eine zentrisch angeordnete Bohrung 2a auf, welche auf Passungsmaß fertiggebohrt werden soll. Dies soll beispfelsweise mit einem Ausdrehwerkzeug 6, welches in einem radial verfahrbaren Ausdrehsupport 5 gehalten ist, geschehen. Der Ausdrehsupport 5 kann beispielsweise über einen Schritt-

motor 8 radial verfahren werden. Zur Herstellung des erforderlichen Passungsmaßes der Bohrung 2a 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 Maschinenmitte 7 gekennzeichneten Nullage, gezählt werden, und der Schrittmotor 8 von der Durchmessereingabe 11 dann gestopptwird.wenn die dem gewünschten Durchmessermaß entsprechende Anzahl von Impulsen eingelaufen ist. 1st das Ausdrehwerkzeug 6 derart auf die entsprechende Durchmesserposition eingefahren, wird über den Temperaturfühler 4 die Werkstücktemperatur 71 in unmittelbarer Umgebung der Bohrung 2a gemessen. Daraufhin wird die Werkstücktemperiitur Tl einem Temperaturdifferenzrechner 9 zugeführt, der die Temperaturcferenz &Dgr;&Tgr; 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 &Dgr;&Tgr;, 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 Korrekturwertrechner 10 permanent gespeichert ist der erforderliche Wärmeausdehnungskoeffizient a.

Mit Hilfe dieser Daten errechnet der Korrekturwertrechner 10 einen Korrekturwert (D -AT ■ a). Der Schrittmotor 8 erhält nun, beispielsweise vom Korrekturwertrechner 10, unter Beachtung des Korrskturwertvorzeichens, 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 Durchmessereinsteliung ein entsprechendes Zählwerk vorhanden sein muß. Hierzu muß natürlich vom Schrittmotor 8 eine Rückmeldung an die Durchmessereingabe 11 vorgesehen sein sowie oine Rückführung des errechneten Korrekturwertes aus dem Korrekturwertrechner 10, damit im Zählwerk die zu zählende Impulszahl bekannt ist.

Der zu errecnnende 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 ^ei der Temperatur Tc, für den Fall, daß 71 kleiner ist als 7c.

Ist also die Werkstucktemperatur 7&Iacgr; höher als die .Bezugstemperatur Tc, so ist der Au'idrehsupport 5, nach der eigentlichen Durchmesserpositionierung über die Durchmessereingabe 11, um einen vom Korrekturwertrec.hner 10 errechneten Korrekturwert radial weiter nach außen zu fahren. Ist die Werkstücktemperatur 71 niedriger als die Bezugstemperatur Tc, so ist der Ausdrehsupport S, 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 unterFig. 1 bereits beschrieben. Allerdings wird nach Fig. 2 nicht eine frei gewählte Temperatur Tc als Bezugstemperatur gewählt, sondern es wird über den Temperaturfühler 14 die tatsächliche Temperatur Tl des Nabensitzes 16 ermittelt und als T2 einem Differenzrechner IS zugeführt.

Als Bezugstemperatur wird also hier die Temperatur Ti, welche beim Passungspartner real vorhanden ist, eingesetzt. Alle übrigen Verfahrensschritte unterscheiden sich r.jchi von dzr.sn, die bereits in Fig. 1 beschrieben wurden.

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

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 (Passungspartner)
71	Werkstücktemperatur
Tl	Nabensitztemperatur
AT	Temperaturdifferenz
Tc	konstante Bezugstemperatur
D	Fertigdurchsnesser der Bohrung la
a	Ausdehnungskoeffizient
	Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Jo

J5

50

55

60

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung des Fertigmaßes einer vorgebohrten Bohrung, bei dem das Bearbeitungswerkzeug selbsttätig mittels einer von einer Durchmessereingabe gesteuerten Stelleinrichtung zunächst auf den zu fertigenden Bohrungsdurchmesser eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar vor der Bearbeitung die Werkstücktemperatur (7*1) im Bereich der Bohrung (2 a) ermittelt und die Differenz (AT) zu einer Bezugstemperatur (Tc, Tl) gebildet und in Abhängigkeit von Größe und Vorzeichen dieser Differenz (A T) die Werkzeuglage selbsttätig korrigiert wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1 für Passungspaarungen, bei denen das Durchmessermaß des fertig bearbeiteten Passungspartners das Fertigmaß der Bohrung bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Durchmessermessung des fertig bearbeiteten Passungspartners (16) vorhandene Temperatur (7"2) als Beurgstemperatur verwendet wird.