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Drehmaschine
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Die Erfindung betrifft eine Drehmaschine zum Innenbearbeiten von
großen zylindrischen Werkstücken mit einer Werkstückmitnehmerejnrichtung mit Drehantrieb
sowie einem in das und aus dem Werkstück in Richtung der Drehachse ein-und ausfahrbaren
hohlen Ausleger mit Rechteckquerschnitt und geschlossenen glatten Außenflächen,
auf welchem ein Werkzeugsupport verfahrbar ist, nach Patent ..... (Patentanmeldung
P 29 41 619.1).
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Nachteile der Drehmaschine nach dem Hauptpatent .....
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(Patentanmeldung P 29 41 619.1) sind darin zu sehen, daß diese eine
sehr große Baulänge aufweist aufgrund der Notwendigkeit, daß das Maschinenbett mindestens
die doppelte Werkstücklänge haben muß, daß an dem Werkstück vor Beginn der Innendreharbeiten
auf einer anderen Drehmaschine eine Lauffläche für eine Rollenlünette o. dgl. am
Außenmantel des Werkstücks angedreht werden muß und daß die Oberflächengüte sowie
die geometrische Genauigkeit der Werkstücke bei der Innenbearbeitung durch die spielbehaftete
Gleitführung des Werkzeugsupports auf dem Ausleger beeinträchtigt werden.
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Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, die vorbeschriebenen Nachteile
der Drehmaschine nach dem Hauptpatent (Patentanmeldung P 29 41 619.1 ) durch eine
Weiterentwicklung zu beseitigen.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Drehmaschine der eingangs
beschriebenen Art dadurch gelöst, daß der Ausleger
in einem Führungskasten
in Führungen verschiebbar gelagert ist und mittels eines motorischen Antriebs als
beweglich eingespannter Frei träger in die Betriebsstellung fahrbar ist, in welcher
das vordere Ende des Auslegers zusätzlich gelagert wird,und daß der Führungskasten
auf dem Maschinenunterbau in Richtung der Drehachse verfahrbar ist.
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Zweckmäßig ist der Ausleger mittels in seinen Kantenbereichen eingesetzter,
gehärteter Führungsschienen in vorgespannten Wälzelementen, welche im Führungskasten
eingebaut sind, mittels eines ebenfalls im Führungskasten untergebrachten motorischen
Antriebs auf der Vorder- und der Rückseite des Führungskastens frei aus- und einfahrbar.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in einem Zahnstangenantrieb
des Auslegers mit einer auf der Unterseite desselben durchgehend und geschützt angeordneten
Zahnstange, welche mit einem Antriebsritzel im Führungskasten in Eingriff steht,
das über ein Getriebe durch einen Elektromotor angetrieben ist.
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Die Betriebssicherheit der erfindungsgemäßen Drehmaschine ist durch
eine Einrichtung zum Verriegeln des Auslegers in der Betriebsstellung gewährleistet.
Die Verriegelungseinrichtung weist einen im Führungskasten angeordneten Verriegelungsbolzen
auf, welcher mit der Zahnstange des Auslegers in Eingriff bringbar ist.
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Weiterhin sieht die Erfindung vor, daß der Werkzeugsupport ein kastenförmiges
Gehäuse mit Rechteckquerschnitt aufweist und auf vorgespannten Wälzelementen laufend
durch einen mitfahrenden Vorschub-Antriebsmotor auf am Ausleger angebrachten Führungsschienen
verfahrbar ist und daß der Werkzeugsupport mit zwei gegenüberliegend in einer Führung
angeordneten, auswechselbaren Werkzeugträgern ausgerüstet ist, welche durch Antriebsmotoren
in
Zustellrichtung einzeln oder synchron verschiebbar sind.
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Der Werkzeugsupport ist vorteilhaft mit einem Zahnstangenantrieb
ausgerüstet, der ein Antriebsritzel aufweist, welches mit der Zahnstange auf der
Unterseite des Auslegers in Eingriff steht und über ein Schneckengetriebe durch
einen Elektromotor angetrieben ist.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung erfährt die Erfindung durch eine
Kupplungsvorrichtung zum Ankuppeln des Werkzeugsupports an den Führungskasten beim
Ein- und Ausfahren des Auslegers in das bzw. aus dem Werkstück. Die Kupplungsvorrichtung
weist eine am Werkzeugsupport angeordnete Klinke mit einer Einrastmulde für einen
am Führungskasten angebrachten Bolzen auf.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist zwischen dem Antriebsritzel
und dem Schneckengetriebe des Zahnstangenantriebs des Werkzeugsupports eine elektromagnetische
Kupplung angeordnet, welche durch ein Schaltglied beim Kuppeln von Werkzeugsupport
und Führungskasten ausgekuppelt und beim Entkuppeln von Werkzeugsupport und Führungskasten
eingekuppelt wird.
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In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung ist am vorderen Ende
des Auslegers eine kombinierte Vorrichtung zum Justieren und Abstützen des in die
Betriebsstellung vorgefahrenen Auslegers in der Werkstückmitnehmereinrichtung beim
Innenbearbeiten sowie zum Zentrieren und zur Aufnahme des Werkstücks in der zurückgefahrenen
Reitstockstellung des Auslegers beim Außenbearbeiten von Werkstücken angeordnet.
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Die Justier- und Abstützvorrichtung des Auslegers ist durch eine im
vorderen Ende des Auslegers drehbar gelagerte und in Richtung der Auslegerlängsachse
motorisch ein- und ausfahrbare Pinole gebildet, welche eine Körnerspitze zur Aufnahme
des
Werkstücks und einen an diese anschließenden konischen Lagerzapfen
zum Abstützen des Auslegers in einem Gegenlager aufweist, welches in einem Lager-
und Zentrierflansch angeordnet ist, der mittig in der Planscheibe zum Aufspannen
des Werkstücks eingebaut ist. Zum Ausgleich des Durchhangs des Auslegers ist eine
Verstelleinrichtung zum außermittigen Verstellen des Lager- und Zentrierflansches
für den Ausleger an der Planscheibe vorgesehen.
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Bei einer ersten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Drehmaschine
auf einem eigenen Maschinenunterbau aufgebaut, wobei der Führungskasten auf einem
Unterteil angeordnet ist, welches auf dem Maschinenunterbau verfahrbar ist.
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Eine zweite Ausführung der erfindungsgemäßen Drehmaschine ist dadurch
gekennzeichnet, daß diese auf dem Maschinenbett einer vorhandenen Drehmaschine aufgebaut
ist, wobei der Führungskasten auf das Reitstockunterteil aufgesetzt ist und der
Außendrehwerkzeugsupport zum Außenbearbeiten des Werkstücks dient.
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Einem weiteren Merkmal der Erfindung zufolge ist die Drehmaschine
mit einer an sich bekannten Vorrichtung, z.B.
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einem Rollenbock, zur Führung und Lagerung des Werkstücks am Außenumfang
ausgerüstet.
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Das Fertigungsprogramm der neuen Drehmaschine wird durch die Ausrüstung
mit einer numerischen Stetigbahnsteuerung wesentlich erweitert.
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Ein vorteilhaftes Merkmal der Erfindung besteht schließlich noch
in einer am Werkzeugsupport angebauten Absaugeinrichtung für die Drehspäne.
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Die erfindungsgemäße Drehmaschine zeichnet sich durch folgende Vorteile
aus: Durch die verschiebbare Lagerung des Auslegers in einem Führungskasten, der
auf dem Maschinenunterbau verfahrbar ist, kann die Baulänge der Drehmaschine gegenüber
der Maschine nach dem Hauptpatent auf eine Länge herabgesetzt werden, welche das
Längenmaß der zu bearbeitenden größten Werkstücklänge zuzüglich des Oberstandes
des Werkzeugsupports über den Führungskasten und eines Sicherheitsabstandes aufweist.
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Die Lauffläche zum Abstützen des Werkstückes am Außenmantel mittels
eines Rollenbockes o. dgl. beim Innenbearbeiten des Werkstücks kann auf derselben
Drehmaschine ohne Umrüsten angedreht werden, so daß Drehaliaschinenkapazitäten für
andere Arbeiten frei werden und die Fertigung der Spezialdrehteile gesteigert werden
kann. Durch die Spielfreiheit der Führung des auf dem Ausleger verfahrbaren Supports
und der Lagerung des vor- und zurückfahrbaren Auslegers im Führungskasten mittels
vorgespannter Wälzelemente werden die Oberflächengüte und die geometrische Genauigkeit
beim Innenbearbeiten großer, zylindrischer Werkstücke wesentlich verbessert. Ferner
bietet sich der Vorteil, daß eine vorhandene Plandreh- oder Großdrehmaschine nach
einer Art Baukastensystem durch den Aufbau der erforderlichen Bauelemente auf dem
vorhandenen Maschinenbett in die erfindungsgemäße Drehmaschine zum Innen- und Außendrehen
umgebaut werden kann. Eine bedeutende Vereinfachung der neuen Drehmaschine ergibt
sich dadurch, daß der Ausleger als einfach eingespannter Träger "freiliegend" in
das bzw. aus dem Werkstück eingefahren bzw. ausgefahren werden kann, während bei
der Drehmaschine nach dem Hauptpatent der Ausleger beim Einfahren und Ausfahren
in das bzw. aus dem Werkstück vor diesem durch einen Rollenbock o. dgl. und im Werkstück
durch eine Stützrolle an der Innenwand desselben abgestützt werden muß. Durch die
bewegliche Lagerung des Auslegers in dem Führungskasten können mit der neuen Drehmaschine
Werkstücke mit einer wesentlich größeren Länge als mit der
Drehmaschine
nach dem Hauptpatent bearbeitet werden. Schließlich werden durch die spielfreie,
verschleißlose Führung und Lagerung mit einer geringen Reibung von Ausleger und
Support die entscheidenden Voraussetzungen für den einwandfreien Betrieb einer numerisch
gesteuerten Werkzeugmaschine erfüllt.
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Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert.
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Es zeigen Fign. la und lb eine teilweise aufgebrochen gezeichnete
Seitenansicht der erfindungsgemäßen Drehmaschine in schematischer Darstellung, Fig.
2 einen Querschnitt der Drehmaschine nach Linie II-II der Fig. 1 und Fig. 3 einen
Querschnitt der Drehmaschine nach Linie 111-1 II der Fig. 1.
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Die Hauptbauelemente der auf dem Maschinenbett 2 einer vorhandenen
Drehmaschine aufgebauten Drehmaschine 1 nach den Fign. 1 bis 3 zum Innen- und Außenbearbeiten
großer zylindrischer Werkstücke 3, z. B. von Trockenzylindern für Papiermaschinen,
sind der Werkstück-Spindelstock 4 mit der Planscheibe 5 zum Drehantrieb des Werkstücks
3 sowie der in Richtung der Drehachse 6-6 mit dem Reitstockunterteil 7 auf dem Maschinenbett
2 verfahrbare Führungskasten 8, in welchem der Ausleger 9 in Führungen verschiebbar
gelagert ist.
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Das Werkstück 3 ist mit seinem einen Ende 3a auf der Planscheibe
5 eingespannt und mit einer am Außenmantel des anderen Endes 3b angedrehten Lauffläche
11 in einem Rollenbock 12 drehbar gelagert, welcher auf dem Maschinenbett 2 versetzbar
befestigt ist.
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Der Ausleger 9 ist als hohler Kastenträger mit Rechteckquerschnitt
und geschlossenen glatten Außenflächen ausgebildet und weist eine hohe Biege- und
Torsionsfestigkeit auf. Der Ausleger 9 ist mittels in seinen vier Kantenbereichen
eingesetzter, gehärteter Führungsschienen 13 in vorgespannten Wälzelementen 14,
welche als sogenannte¢Rollenumlaufschuhe bekannt sind, auf der Vorder- und Rückseite
15, 16 des Führungskastens 8 frei aus- und einfahrbar. Um die Kantenpressung so
gering wie möglich zu halten, sind im vorderen und im rückwärtigen Teil des Führungskastens
8 jeweils acht Wälzelemente 14 zur Führung des Auslegers 9 eingebaut. Die Wälzelemente
14 gewährleisten eine vollkommen spielfreie Führung des Auslegers 9, sind nahezu
verschleißlos und erzeugen auch bei hohen Belastungen nur geringe Reibmomente.
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Der Antrieb des Auslegers 9 erfolgt über einen Zahnstangenantrieb
mit einer auf der Unterseite 17 des Auslegers durchgehend und geschützt angeordneten
Zahnstange 18, welche mit einem Antriebsritzel 19 im Führungskasten 8 in Eingriff
steht, das über ein Planetengetriebe 20 durch einen Elektromotor 21 angetrieben
ist.
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Der Werkzeugsupport 10 ist als ein kastenförmiges Gehäuse mit Rechteckquerschnitt
ausgebildet und auf vorgespannten Wälzelementen 22 entsprechend den Wälzelementen
14 des Auslegers 9 laufend durch einen mitfahrenden Antriebsmotor 23 auf den im
Ausleger 9 eingelassenen Führungsschienen 13 in Vorschubrichtung x verfahrbar. Zur
Führung des Werkzeugsupports 10 auf dem Ausleger 9 sind wie bei der Auslegerführung
im Führungskasten 8 im vorderen und hinteren Teil des Supports 10 jeweils acht Wälzelemente
22 eingebaut.
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Der Werkzeugsupport 10 ist mit zwei gegenüberliegend angeordneten
Werkzeugträgern 24, 25 für zwei Drehmeißel 26, 27
ausgerüstet.
Die auswechselbaren Werkzeugträger 24, 25 sind als zylindrische Pinolen ausgebildet,
welche in Führungsstützen 28, 29 in und entgegen der Zustellrichtung z1,z2 einzeln
oder synchron durch Antriebsmotoren 30, 31 verstellbar sind.
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Zur Überbrückung größerer Werkstückdurchmesserbereiche können Werkzeugträger
24, 25 und entsprechende Führungsstützen 28, 29 mit verschiedenen Längen verwendet
werden. Der Werkzeugsupport 10 ist auf dem Ausleger durch einen Zahnstangenantrieb
verfahrbar mit einem Antriebsritzel 32, welches mit der Zahnstange 18 auf der Unterseite
17 des Auslegers 9 in Eingriff steht und über ein Schneckengetriebe 33 durch den
Gleichstrom-Servomotor 23 angetrieben ist.
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Die Drehmaschine 1 ist mit einer Kupplungsvorrichtung zum Ankuppeln
des Werkzeugsupports 10 an den Führungskasten 8 beim Ein- und Ausfahren des Auslegers
9 in das bzw. aus dem Werkstuck 3 ausgestattet. Die Kupplungsvorrichtung weist eine
am Werkzeugsupport 10 angeordnete Klinke 34 mit einer Einrastmulde 35 für einen
am Führungskasten 8 angebrachten Bolzen 36 auf.
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Zwischen dem Antriebsritzel 32 und dem Schneckengetriebe 33 des Zahnstangenantriebs
für den Werkzeugsupport 10 ist eine elektromagnetische Kupplung 37 eingebaut, welche
durch ein Schaltglied beim Kuppeln von Werkzeugsupport 10 und Führungskasten 8 ausgekuppelt
und beim Entkuppeln von Werkzeugsupport 10 und Führungskasten 8 ausgekuppelt wird.
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Der Werkzeugsupport 10 kann ggf. eine nicht dargestellte Absaugeinrichtung
für die Drehspäne aufweisen.
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Am vorderen Ende 38 des Auslegers 9 ist eine kombinierte Vorrichtung
zum Justieren und Abstützen des in die Betriebsstellung 9' vorgefahrenen Auslegers
in der Planscheibe 5 beim Innenbearbeiten sowie zum Zentrieren und zur Aufnahme
des
Werkstücks 3 in der zurückgefahrenen Reitstockstellung 9" des
Auslegers beim Außenbearbeiten von Werkstücken 3 angeordnet. Diese Justier- und
Aufnahmevorrichtung besteht aus einer im vorderen Ende 38 des Auslegers 9 drehbar
gelagerten und in Richtung der Auslegerlängsachse hydraulisch ein-und ausfahrbaren
Pinole 39, welche eine Körnerspitze 40 zur Aufnahme des Werkstücks 3 und einen an
diese anschließenden konischen Lagerzapfen 41 zum Abstützen des Auslegers 9 in einem
Gegenlager 42 aufweist, welches in einem Lager- und Zentrierflansch 43 angeordnet
ist, der mittig in der Planscheibe 5 eingebaut ist.
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Beim Einsatz von Auslegern 9 mit einer großen Arbeitslänge zum Innendrehen
von langen zylindrischen Werkstücken bis zu 15 Metern ist in die Planscheibe 5 ein
Planschieber 44 zum außermittigen Verstellen des Lager- und Zentrierflansches 43
zum Ausgleich des Durchhangs des Auslegers 9 eingebaut.
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Zum Drehen von besonderen Innenkonturen, beispielsweise des Innenradius
46 der Endflansche 45 des Werkstücks 3, kann die Drehmaschine 1 mit einer numerischen
Stetigbahnsteuerung ausgerüstet sein.
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Zum Drehen des zylindrischen Werkstücks 3 wird zunächst der Führungskasten
8 durch Verfahren des Reitstockunterteils 7, welches durch den Elektromotor 47 über
einen üblichen Reitstock-Zahnstangenantrieb angetrieben ist, entsprechend der Länge
des Werkstücks 3 grob vorpositioniert. Anschließend wird der Werkzeugsupport 10
an den Führungskasten 8 herangefahren und durch Einrasten des Bolzens 36 in der
Klinke 34 mit dem Führungskasten 8 gekuppelt, wobei gleichzeitig die elektromagnetische
Kupplung 37 durch ein nicht dargestelltes Schaltglied betätigt und das Antriebsritzel
32 vom Schneckengetriebe 33 des Supports 10 entkuppelt wird. Der Ausleger 9 wird
jetzt in die Reitstockstellung 9" gefahren, in welcher sein vorderes Ende 38 etwas
über den Support 10 vorsteht. Beim Verfahren
des Auslegers 9 durch
den Antriebsmotor 21 läuft das Antriebsritzel 32 des Supports 10 lose mit, so daß
ein Blockieren des Auslegers 9 durch eine Selbsthemmung des Supportantriebs vermieden
wird. Das mit einem Hebezeug eingebrachte Werkstück 3 wird mit seinem einen Ende
3a auf der Planscheibe 5 eingespannt und mit seinem anderen Ende 3b von der Pinole
39 des in die Reitstockstellung 9" zurückgefahrenen Auslegers 9 aufgenommen. Für
diesen Zweck wird auf das Ende 3b des Werkstücks 3 vorübergehend ein Spannstern
oder ein Deckel mit einer Zentrierung (nicht dargestellt) aufgesetzt, in welche
die Körnerspitze 40 der Pinole 39 hydraulisch eingefahren wird. Die Drehmaschine
1 wird nunmehr als Außendrehmaschine betrieben in der Weise, daß mit den Drehmeißeln
49 des Außendrehsupports 48 der vorhandenen Drehmaschine die Lauffläche 11 am Außenmantel
des Werkstückendes 3b angedreht wird. Ggf. können mit dem Support 48 noch weitere
Außendreharbeiten am Werkstück 3 durchgeführt werden. Nach Beendigung der Außendreharbeiten
wird die Pinole 39 aus der Zentrierung des auf dem Ende 3b des Werkstücks 3 angebrachten
Spann sterns bzw. Deckels herausgefahren, der Spannstern bzw. der Deckel wird abgenommen
und das Ende 3b des Werkstücks 3 wird mit der angedrehten Lauffläche 11 auf dem
Rollenbock 12 drehbar abgestützt,welcher entsprechend der Werkstücklänge auf dem
Maschinenbett 2 positioniert ist. Jetzt wird der Ausleger 9 durch den Elektromotor
21 "freifliegend" in die Betriebsstellung 9' in das Werkstück 3 vorgefahren. Beim
Vorfahren des Auslegers 9 bleibt der Werkzeugsupport 10 mit dem Führungskasten 8
gekuppelt,und das Antriebsritzel 32 des Supportantriebs läuft lose mit. Vor Erreichen
der Betriebsstellung 9' wird die Vorfahrgeschwindigkeit des Auslegers 9 auf einen
Schleichgang herabgesetzt, so daß das einen gewissen Durchhang aufweisende vordere
Ende 38 des Auslegers 9 durch die Körnerspitze 40 zunächst im Gegenlager 42 des
Lagerflansches 43 im Zentrum der Planscheibe 5 auf die Drehachse 6-6 justiert wird
und dann mit dem Lagerzapfen 41 sicher in das Gegenlager 42
eingeführt
wird. Sobald der Ausleger 9 die Betriebsstellung 9' erreicht hat, wird seine Vorwärtsfahrt
durch einen in der Planscheibe 5 angeordneten Endschalter o. dgl. Schaltglied angehalten.
Zur Verriegelung des ^Auslegers 9 in der Betriebsstellung 9' wird ein im Führungskasten
8 angeordneter Verriegelungsbolzen 50 mit der Zahnstange 18 am Ausleger 9 in Eingriff
gebracht. In der Betriebsstellung 9' bildet der Ausleger 9 mit seinen beiden fest
eingespannten Enden einen statisch bestimmten Träger, welcher aufgrund der großen
Widerstandsmomente seines Rechteckquerschnittes eine hohe Biege- und Torsionsfestigkeit
aufweist. Nach dem Kuppeln des Antriebsritzels 32 mit dem Schneckengetriebe 33 durch
Betätigen der elektromagnetischen Kupplung 37 und dem Entkuppeln des Werkzeugsupports
10 von dem Führungskasten 8 können die Innendreharbeiten begonnen werden.
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Zu diesem Zweck wird der Werkzeugsupport 10 in das Werkstück vorgefahren,und
die Werkzeugträger 24, 25 mit den Drehmeißeln 26, 27 werden durch die Antriebsmotoren
30, 31 entsprechend dem zu bearbeitenden Innendurchmesser des Werkstücks 3 in Zustellrichtung
zl, z2 angestellt. Nunmehr werden zum Innendrehen des Werkstücks 3 der Drehantrieb
der Planscheibe 5 und der Vorschubantrieb des Supports 10 eingeschaltet.
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Beim Abstützen langer Ausleger 9 zum Bearbeiten von Werkstücken 3
mit einer Länge bis zu 15 Metern in der Planscheibe 5 tritt an dem vorderen Auslegerende
38 ein Durchhang bis zu 10 Millimetern auf, der ausgeglichen werden muß. Zu diesem
Zweck ist der Lagerflansch 43 mit dem Gegenlager 42 als Schiebeflansch ausgebildet,
der durch einen in der Planscheibe 5 eingebauten Planschieber 44 verstellbar ist.
Der Lagerflansch 43 wird zunächst durch den Planschieber 44 entsprechend dem Durchhang
des vorderen Auslegerendes 38 unter die Drehachse 6-6 abgesenkt, danach wird der
Lagerzapfen 41 der Pinole 39 in das Gegenlager 42 eingefädelt und schließlich wird
der Lagerflansch 43 mit dem eingeschobenen Lagerzapfen 41 des Auslegers 9 durch
eine Stellspindel 44a des Planschiebers 44, die gegen einen Festanschlag verstellt
wird, zentrisch zur Drehachse 6-6 angehoben.
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Zur Verringerung des Durchhanges des Auslegers 9 beim Ein-und Ausfahren
in den bzw. aus dem Führungskasten 8 ist in den am Reitstockunterteil 7 einer vorhandenen
Drehmaschine angebrachten Vorbau 51 bzw. in einem gesondert angefertigten Unterbau
für den Führungskasten 8 eine höhenverstellbare Stütze 52 zum Abstützen des vorderen
Endes des an den Führungskasten 8 angekuppelten Werkzeugsupports 10 eingebaut. Die
Stütze 52 wird in der Reitstockstellung 9" des Auslegers 9 mit einem nicht dargestellten
motorischen Antrieb so weit hochgefahren, daß zwischen Stütze 52 und Unterseite
des Werkzeugsupports 10 ein geringes Spiel verbleibt. Beim Ausfahren des Auslegers
9 in das Werkstück 3 stützt sich der Werkzeugsupport 10 auf der Stütze 52 ab, so
daß aufgrund der nunmehr vergrößerten Einspannlänge des Auslegers 9 dessen Durchhang
verringert wird.
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