DE2824624A1

DE2824624A1 - Verfahren und drehmaschine zur unrund - umfangsbearbeitung

Info

Publication number: DE2824624A1
Application number: DE19782824624
Authority: DE
Inventors: Horst Bornefeld; Otto Feller; Walter Dr Ing Johann; Manfeed Kuehl; Heinz Oepen; Hans Guenter Seiler; Alois Skrobek
Original assignee: Goetze GmbH
Current assignee: Goetze GmbH
Priority date: 1978-06-05
Filing date: 1978-06-05
Publication date: 1979-12-13
Also published as: DE2824624C3; DE2824624B2; CH641070A5; GB2071551A; US4282784A; GB2026366A; GB2026366B; JPS5524886A

Description

GOETZEWERKE Burscheid, d. 01. 06. 1978

Friedrich Goetze AG T ZT 329/We./Mo. (1662)

Verfahren und Drehmaschine zur Unrund - Umfang s be arbe itung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Drehmaschinen zur Umfangsbearbeitung von unrunden Werkstücken, insbesondere Kolbenringen.

Zur Umfang s be ar be itung von Kolbenringen mit unrundem Innen - und Außen umfang sind Vorrichtungen bekannt, die im wesentlichen einer Drehmaschine mit einer Kopier einrichtung entsprechen. Die meist paketweise axial verspannten und mit einer antreibbaren Arbeitsspindel verbundenen Kolbenringe werden beispielsweise nach der DE - PS 10 45 204 gleichzeitig am Innen - und Außenumfang bearbeitet, wobei die Bearbeitungswerkzeuge an den Enden von schwenkbaren Werkzeugträgern angeordnet sind, deren radiale Zustellung von einem synchron mit der Arbeitsspindel umlaufenden Kopiernocken steuerbar ist. Insbesondere offenbart die DE - PS 10 43 015 ein verstellbares Doppelhebelsystem zur Steuerung des Werkzeuges für die Unrundbearbeitung der Kolbenringe. Derartige Drehmaschinen haben sich seit vielen Jahren bewährt.

Nachteilig ist jedoch die von der Unrundform des Kolbenringes abhängige maximale Drehzahl der Arbeitsspindel. Insbesondere im späteren Stoßbereich des Kolbenringes mit einer relativ geringen Krümmung besteht das Problem, daß bei einer Steigerung der Arbeits Spindeldrehzahl und damit synchron auch der Kopiernockendrehzahl die Kopierrolle abhebt bzw. die Massenträgheit des Kopierhebelsystemes eine exakte Übertragung der Unrundkontur nicht mehr gewährleistet. Andererseits wurden zwischenzeitlich Schneidwerkzeuge entwickelt, die eine wesentlich höhere Schnittgeschwindigkeit zulassen und somit zu einer Steigerung der Arbeitsleistung einer Drehmaschine beitragen können. Auch sprechen fertigungstechnische Untersuchungen für eine wesentliche Erhöhung der Schnitt-

909850/0195 2/.

Verfahren und Drehmaschine zur JnranJ - Umritt.. - 2 bearbeitung ( 1662 )

geschwindigkeit zwischen Werkzeug und Werkstück bei gleichzeitiger Reduzierung der Schnittiefe bzw. des Vorschubes, um die mechanische und thermische Belastung des Werkstückes beim Schneidvorgaag zu reduzieren. Auf diese Weise können im Werkstoffgefüge infolge des Bearbeitungsprozesses unerwünscht entstehende innere Spannungen auf ein Minimum reduziert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu finden und danach arbeitende Drehmaschinen zu schaffen, welches bzw. welche eine Optimierung insbesondere der Schnittbedingungen bei der spanenden Umfangsbearbeitung von unrunden Werkstücken gestatten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Werkstücke während der Bearbeitung mit einer ungleichförmigen Winkelgeschwindigkeit um ihre Längsachse gedreht werden. Das Maß der Ungleichförmig keit bzw. die Änderung der Winkelgeschwindigkeit pro Umdrehung des Werkstückes sollte dabei der Änderung der Unrundkontur des Werkstückes etwa entsprechen, um durch Reduzierung der Radialbeschleu-Jiigungsspitzen eine Erhöhung der mittleren Werkstückumfangsgeschwindigkeit zu erreichen.

Dieses Verfahren ist dabei nicht nur für die spanende Bearbeitung von unrunden Werkstücken, wie beispielsweise von Kolbenringen, Nockenscheiben und dergleichen, anwendbar, sondern in gleicher Weise auch bei der spanlosen Unrundformgebung oder auch beim Aufspritzen von Oberflächenschichten.

Axisgehend von einer üblicherweise aus einer von einem Motor, vorzugsweise einem Drehstrommotor, antreibbaren Arbeitsspindel zur Aufnahme des Werkstückes und mindestens einem axial und / oder radial zustellbaren Werkzeug bestehenden Drehmaschine, wird vorgeschlagen, als

909850/0195 3/...

Verfahren und Drehmas c_i-.nn zur UarT_ua - "ümiangs- - 3 bearbeitung ( 1662 ) _

Antrieb einen polumschaltbaren Drehstrommotor zu verwenden» Gaunt besteht die Möglichkeit, unter Ausnutzung der Massenträgheitümomente des Antriebssystenies der Drehmaschine durch periodiscnes Umschalten und der daraus resultierenden, abwechselnden Beschleunigung hrvr. Abbremsung eine Veränderung in der Läufer drehzahl des Motc i ur^i ά* mit eine Schwankung der Winkelgeschwindigkeit der Motor - Ant£ibbäwelle zu erreichen, die etwa einer Sinusschwingung entspricht*

Zur Verwirklichung von relativ hohen, ungleichförmigen A drehbewegungen ist es auch möglich, als Hauptantrieb einen Gleichstrom - Servomotor zu verwenden, der vorzugsweise mittels emü· L,. einem Rechner gespeicherten Rampenfunktion elektronisch in beide Drehrichtungen steuerbar ist. Die Verwendung eines schrittweise elektronisch steuerbaren Servomotores hat den weiteren Vorteil, daß sowohl die Gesamtdrehzahl der Arbeitsspindel als auch die Änderung der Winkelgeschwindigkeit der Arbeitsspindel pro Umdrehung ohne Zwischengetriebe direkt verwirklicht werden kann. Vorzugsweise ist dann der Servomotor fluchtend mit der Arbeitsspindel angeordnet, und die Ankerwelle des Servomotores ist direkt mit der Arbeitsspindel drehfest verbunden. Somit können die durch Getriebe oder Riementrieb unvermeidbaren und bei jedem. Schritt des Motors zu beschleunigenden Massen vermieden werden.

Bei vielen gebräuchlichen Drehmaschinen wird die Arbeitsspindel über einen Riementrieb von einem Elöktro - oder auch Hydraulikmotor angetrieben. Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung besteht das die Winkelgeschwindigkeit der Arbeitsspindel beeinflussende Stellglied aus einer mit der Arbeitsspindel verbundenen unrunden Riemenscheibe, vorzugsweise in Form eines Exzenters. Die Größe der Exzentrizität aer Riemenscheibe ist dabei ein Maß für die Größe der Änderung der Winkelgeschwindigkeit der -Vrbeifcsspindel und damit des zu bcarwji-

909850/0195 i/.

Verfahren und Drehmaschiaa ^ur Unius.«! - Umfangs- - 4 bearbeitung ( 1662 )

tenden, unrunden Werkstückes.

Auch ist es denkbar, im Antriebssystem einer Drehmaschine der vorgenannten Art einen Energiespeicher zar partiellen Aufnahme und Abgabe von kinetischer Energie pro Umdrehu-i.g der Arbeitsspindei ve. zusehen. Ein solcher Energiespeicher besteht vorzugsweise aus einer Feder, die mittels einer mit der Arbeitsspindel umlaufenden Kurvenscheibe spannbar ist. Zum Spannen einer Druck -, Zug - oder Torsionsfeder kann ein Schwenkhebel mit einer auf der Kurvenscheibe laufenden Abtastrolle angeordnet sein. Schließlich erscheint es angebracht, den Einfluß der auf den Antriebsmotor rückwirkenden ungleichförmigen Drehbewegungen der Arbeitsspindel durch eine mit der Antriebswelle des Motors verbundene Drehfeder zu reduzieren.

Prinzipskizzen der vorgeschlagenen Maschinenvarianten sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen

eine Frontalansicht einer erfindungsgemäßen Drehmaschine mit Gleichstrom Servomotor als Hauptantrieb

Figur 2 die Funktionskurve der Drehmaschine

nach Figur 1

Figar i aio Funktionskurve einer Drehmaschine

mit polumschaltbarem Drehstrommotor Antrieb

L igar 4 eine Seitenansicht einer Drehmaschine

mit exzentrisch umlaufender Riemenscheibe

9 0 9 8 5 0/0195 5/.

Verfahren und Drehmaschine i,ur Unrund - bmfangs- - ^f> bearbeitung ( 1662 )

Figuren 5 und 6 Front - und Seitenansicht einer Dreh

maschine mit Energiespeicher

Die in Figur 1 dargestellte Prinzipskizze zeigt eine Drehmaschine für die gleichzeitige Innen - und Außenbearbeitung von unrunden Kolbenrii-ge.., Die Drehmaschine besteht aus einem Spindelstock 1 mit einer darin drehbar gelagerten Arbeitsspindel 2, einem Gegenjoch 3 mit einer drehbaren und axial spannbaren Aufnahme 4 zum axialen Spannen eines Kolbenring paketes 5. Die Werkzeuge 6,7 für die Innen - und Außenbearbeitung des Kolbenringpaketes sind über einen Hebel 8 bzw. eine Bohrstange 9 mit einer schwenkbaren Schwingenstange 10 verbunden. Letztere ist in zwei auf einem Längs Schlitten 11 befestigten Ständern 12, 12' gelagert. Die bei der gegebenen unrunden Umfangskontur der Kolbenringe bedingten radialen Schwingbewegungen der Werkzeuge 6, 7 werden von einem synchron mit der Arbeitsspindel 2 umlaufenden Kopiernocken 13 über einen Hebel 14 mit Abtastrolle auf die Schwingenstange 10 übertragen. Der Antrieb der Arbeitsspindel besteht aus einem Gleichstrom - Servomotor 16, dessen Ankerwelle 17 über einen Riementrieb 19 mit der Arbeitsspindel 2 verbunden ist. Die Steuerung des Servomotors erfolgt über einen elektronischen Rechner 20, in welchem eine Rampen funktion gespeichert ist.

Bei einer anderen Drehmaschine ist der Servomotor 16' mit Encoder 16" zur Überwachung der Winkelstellung direkt mit der Arbeitsspindel fluchtend angeordnet und mit dieser verbunden, so daß zusätzlich zu beschleunigende Massen des Riementriebes vermieden werden. In Figur 1 ist diese Ausführungsvariante gestrichelt angedeutet.

*. xrifi I <li<"·· KuuM ίοιίΗρΙιί-,ν/,η «Irr Λ rbr-Hsniiinilr·! ·'· «If«" Πι nach Figur 1. Über dem Drehwinkel ist die Winkelgeschwindigkeit aufgetragen.

909850/0195 ₆/.

Verfahren und Drehmaschine rur v.'r.ruiii - L ml;; ng s - - 6 bearbeitung ( 1662 )

282A624

Nach einem weiteren, nicht weiter dargestellten Aus führung sbeispiel wild anstelle des Servomotors 16 ein polumschaltbar er Drehstrommotor als Antrieb für die Arbeitsspindel verwendet. Durch alternierendes Beschleunigen und Abbremsen dex* Massen des Antriebssysttmes mittels des polumschaltbar en Drehstrommotors lassen sich Ungleichförmigkeitsgrade in der Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle etwa nach der in Figur 3 dargestellten Funktion einer Sinusschwingung realisieren, womit eine ausreichende Annäherung an verschiedene Unrund formen, insbesondere die von Kolbenringen, sichergestellt ist.

In Figur 4 ist der Riementrieb einer anderen Drehmaschine dargestellt. Die von einem üblichen Drehstrommotor mit konstanter Drehzahl angetriebene Riemenscheibe 30 treibt mittels des Riemens 31 die auf der Arbeitsspindel einer Drehmaschine befestigte Riemenscheibe an. Zur Erzeugung einer ungleichförmigen Drehbewegung der Arbeitsspindel dient die als Exzenter ausgebildete Riemenscheibe 32, wobei die Größe der Exzentrizität X die Änderung der Winkelgeschwindigkeit pro Umdrehung der Arbeitsspindel bestimmt. Eine federgespannte Andrückrolle 33 sorgt für eine etwa gleichbleibende Riemenspannung.

Schließlich zeigen die Figuren 5 und 6 ein Antriebssystem einer weiteren erfindungsgemäßen Drehmaschine, wobei die von einem Hauptmotor 34 abgegebene gleichförmige Drehbewegung mittels eines Riementriebes auf die Arbeitsspindel 36 übertragen wird. Durch eine auf der Arbeitsspindel befestigte Kurvenscheibe 37 wird pro Umdrehung über eine am Ende des Schwenkhebels 38 angeordnete Abtastrolle 39 eine Zugfeder 40 periodisch gespannt und entspannt, d.h. es wird abwechselnd kinetische Energie in eine potentielle Federspannenergie und umgekehrt umgewandelt. Als Folge davon verringert sich beim Spannen der Feder ( 40 ) die Winkelgeschwindigkeit der Arbeitsspindel 36, und nach Überlaufen des höcheten Kurvenscheibenpunktea mittels der Abtastrolle 39 bewirkt die

909850/0195

Verfahren und Drehmaschine i,ar Uwur^ - U^ifa^go- - 7 bearbeitung ( 1662 )

sich dann entspannende Feder 40 eine Beschleunigung der Spindel. Da der antreibende Drehstrom - Motor 34 mit quasi konstanter Drehzahl läuft, ist eine Drehfeder 41 als Torsionsausgleich auf der Antriebswelle 42 innerhalb der Riemenscheibe 43 angeordnet.

Durch geeignete "Wahl der Systemparameter ( Kurvenscheibenform, Federkonstanten, Hebelanordnung ) läßt sich unter Berücksichtigung der Massenträgheitsmomente des Systemes ein für die Maschine günstiger und für die Werkstückbearbeitung gewünschter Ungleichförmigkeitsgrad in der Winkelgeschwindigkeit der Arbeitsspindel erzeugen.

909850/0195

Claims

GOETZEWERKE Burscheid, d. 01. 06. 1978

Friedrich Goetze AG T Z T 329/We./Mo. (1662)

PATENTANSPRÜCHE

.J Verfahren zur Umfangsbearbeitung von unrunden Werkstücken, insbesondere von Kolbenringen, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke mit einer ungleichförmigen Winkelgeschwindigkeit um ihre Längsachse gedreht werden.

. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Winkelgeschwindigkeit pro Werkstückumdrehung der ?mderung der Umfangskontur des Werkstückes entspricht.

. Drehmaschine zur Umfangsbearbeitung von unrunden Werkstücken, insbesondere Kolbenringen, mit einer die Werkstücke einzeln oder paketweise aufnehmenden, von einem Motor antreibbaren Arbeitsspindel, gekennzeichnet durch die Verwendung eines polums ehalt baren Drehstrommotors.

. Drehmaschine zur Umfangsbearbeitung von unrunden Werkstücken, insbesondere Kolbenringen, mit einer die Werkstücke einzeln oder paketweise aufnehmenden, von einem Motor antreibbaren Arbeitsspindel, gekennzeichnet durch die Verwendung eines elektronisch steuerbaren Gleichstrom - Servomotors ( 16 ).

. Drehmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerwelle des Servomotors ( 16' ) direkt mit der Arbeitsspindel ( 2 ) fest verbunden ist.

. Drehmaschine zur Umfangsbearbeitung von unrunden Werkstücken, insbesondere Kolbenringen, mit einer die Werkstücke einzeln oder paketweise aufnehmenden, von einem Motor über einen

909850/0195 ₂/..

' ORiOiNAL INSPECTED

Verfahren und Drehmaschine zur Ur.rund - Umfaags- - 2 bearbeitung ( 1662 )

Riementrieb antreibbaren Arbeitsspindel, gekennzeichnet durch die Verwendung einer mit der Arbeitsspindel verbundenen, unrunden Riemenscheibe ( 32 ).

. Drehmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Riemenscheibe ( 32 ) ein Exzenter ist.

. Drehmaschine zur Umfangsbearbeitung von unrunden Werkstücken, insbesondere Kolbenringen, mit einer die Werkstücke einzeln oder paketweise aufnehmenden, von einem Motor antreibbaren Arbeitsspindel, gekennzeichnet durch die Verwendung eines zwischen Motor ( 34 ) und Arbeitsspindel ( 36 ) angeordneten Energiespeichers zur partiellen Aufnahme und Abgabe von kinetischer Energie pro Umdrehung der Arbeitsspindel ( 36 ).

. Drehmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher aus einer Feder ( 40 ) besteht, die mittels einer mit der Arbeitsspindel ( 36 ) umlaufenden Kurvenscheibe ( 37 ) spannbar ist.

. Drehmaschine nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß zum Spannen der Feder ( 40 ) ein Schwenkhebel ( 38 ) mit einer auf der Kurvenscheibe ( 37 ) laufenden Abtastrolle ( 39 ) dient.

. Drehmaschine nach den Ansprüchen 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Antriebswelle ( 42 ) des Motors ( 34 ) und Riemenscheibe ( 43 ) eine Drehfeder ( 41 ) vorgesehen ist.

'ossieck

909850/0195