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"Maschine zum spanenden Bearbeiten ruhender zylindrischer
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Werkstücke" Werkstücke" Die Erfindung betrifft eine Maschine zum spanenden
Bearbeiten ruhender zylindrischer Werkstücke beliebiger Länge.
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Es ist bekannt, zylindrische Körper an den zylindrischen Flächen (außen
wir innen) spanabhebend zu bearbeiten, indem ein stehendes Werkzeug, z. B. ein Drehstahl,
entlang einer Erzeugenden relativ zu dem sich drehenden Werkstück bewegt wird. Sollen
abgestufte Formen hergestellt werden, wird das Werkzeug zusätzlich quer zur Werkstückachse
bewegt. Um optimale Leistungen zu erzielen, wird das Werkstück so schnell rotieren
gelassen, als es die jeweils zulässige Schnittgeschwindigkeit erlaubt. Die Schnittgeschwindigkeit
konnte dank der Entwicklung neuer Schneidstoffe, z. B. Hartmetalle, keramische Schneidstoffe,
bedeutend gesteigert werden. Das führt zu entsprechend hohen Werkstückdrehzahlen.
Danach müssen Hochleistungsdrehmaschinen mit extrem hohen Arbeitsdrehzahlen entwickelt
werden. Der Drehzahlwahl sind jedoch nicht nur durch den Werkstückdurchmesser sondern
auch durch die Werkstückform Grenzen gesetzt. Dies gilt für vergleichsweise große
Körper, insbesonders aber für sperrige oder unwuchtige Werkstücke, wie
z.
B. große Körper mit angewachsenen Zapfen kleinen Durchmessers. Diese können nur
so schnell umlaufen, als es die Größe des Körpers oder dessen Unwucht erlaubt. Als
Beispiel seien Turbinenschaufeln genannt, deren Außendurchmesser bis zum 30-fachen
so groß sein kann, als der Durchmesser des Lagerzapfens.
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Auch bei der Massenfertigung von Drehteilen auf Automaten, bei der
von rohen oder gezogenen Stangen weggearbeitet wird, sind Beschränkungen gegeben,
da es einen unverhältnismäßig hohen Aufwand erfordert, rohe,d.h., unbearbeitete,
lange Stangen schwingungsfrei schnell rotieren zu lassen. In beiden Fällen kann
somit nicht die vom Schneidwerkzeug her mögliche maximale Schnittgeschwindigkeit
erreicht werden.
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Diese Schwier#igkeiten können durch Umkehrung der Arbeitsweise vermieden
werden: Es wird das Werkstück fest (ruhend) eingespannt und der Drehstahl (die Drehstähle)
rotierend um das Werkstück. Zum Einspannen eines zu bearbeitenden Stückes genügen
dann einfache feststehende, für den ganzen Durchmesserbereich passende, zweckmäßig
selbstzentrierende Spannböcke. Die Drehstähle sind in einem Messerkopf eingespannt,
der von einem Antriebsmotor (z. B. Elektromotor oder Hydromotor) direkt oder über
wahlweise variable Ubersetzungsglieder angetrieben wird. Ein ähnliches Verfahren
wird bereits beim Schälen langer Rundstangen angewendet (Inversdrehen).
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maschine zum spanenden
Bearbeiten ruhender zylindrischer Werkstücke derart auszubilden, daß kleine Drehteile
von der Stange weg abgearbeitet werden können, insbesondere die Anarbeitung profilierter
(abgestufter) Zylinderkörper ermöglicht wird, wobei diese Drehteile in einer Aufspannung
möglichst in einem Durchgang hergestellt werden sollen.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung im wesentlichen dadurch gelöst,
daß ein mit mindestens einem Drehstahl bestückter Messerkopf zentrisch um ein in
ein stehendes Spannfutter einspannbares Werkstück rotierbar und axial verschiebbar
vorgesehen ist, daß die Drehstähle radial verschiebbar in dem am Ende einer als
Hohlwelle ausgebildeten Arbeitsspindel sitzenden Messerkopf eingesetzt sind und
daß Verstellmittel zur radialen Zustellung des Drehstahles oder der Drehstähle während
des Laufes von einem ruhenden Punkt auf den jeweils gewünschten Durchmesserwert
vorgesehen sind.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Hohlwelle,
die an ihrer Stirnseite den mit radial verschiebbaren Drehstählen bestückten Messerkopf
trägt, in einem stehenden Gehäuse gelagert und durch einen Motor antreibbar, in
der Hohlwelle ist eine rohrartige und mit der Hohlwelle auf Drehung gekuppelte Schiebewelle
gelagert, die am messerkopfseitigen Ende mit einer Verzahnung versehen ist und an
ihrem anderen Ende einen Nutflansch trägt, in dessen Ringnut eine Steuergabel eingreift,
wobei die messerkopfseitige Verzahnung in ein in der Hohlwelle gelagertes Zahnrad
eingreift, welches seinerseits mit einer Zahnstangen-Verzahnung des radial im Messerkopf
gelagerten Messerhalters kämmt und die Steuergabel mit der Vorrichtung zur Verstellung
der Drehstähle in Wirkverbindung steht.
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Dadurch wird erreicht, daß bei axialer Verschiebung der Verschiebewelle
über das Zahnsegment der Stahlhalter radial verschoben wird. Bei einem Übersetzungsverhältnis
von beispielsweise 1 : 1 bewegt sich der Stahlhalter radial genau um das gleiche
Maß, wie die Verschiebewelle axial. Diese Verstellung ist bei vollem Lauf möglich.
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Besonders vorteilhaft ist es, den Messerkopf mit zwei diametral gegenüberstehenden
Messerhaltern auszustatten. Dadurch wird ein seitliches Abdrängen des Werkstückes
vermieden, denn die Radialkomponenten der Schnittkräfte heben sich annähernd auf.
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Vorteilhafterweise können als Drehstähle an sich bekannte Wende-Schneidplatten
vorgesehen sein.
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Die Radialverstellung der Drehstähle kann, während des Laufes, beispielsweise
von Hand aus vorgenommen werden, indem die am Gehäuse angelenkte #Gabel, die in
den Nutflansch der Verschiebewelle eingreift, von einer an der dem Anlenkpunkt gegenüberliegenden
Seite angreifenden selbsthemmenden Gewindespindel verschwenkt wird. In vorteilhafter
Weise dient zum Verdrehen der Gewindespindel ein Handrad.
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Es ist aber auch, nach einem weiteren Merkmal der Erfindung, möglich,
die radiale Steuerung der Drehstähle während des Laufes der Maschine im Zuge des
Vorschubes durch einen Servomotor von einer auf dem Bett der Maschine befestigten
Steuerkurve abzuleiten. Der Antrieb kann beispielsweise über einen Zahnstangenantrieb
vorgenommen werden. Die Ableitung der Steuerbewegung von der beispielsweise ebenen
Steuerkurve kann mit Hilfe einer an sich bekannten elektromechanischen oder hydraulischen
Kopiereinrichtung erfolgen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dient zur Steuerung
der Drehstähle im Laufe des Vorschubes ein einen Servo-motor steuerndes Steuergerät
mit einem ablaufenden Speicherelement. Dabei ist der Motor NC-gesteuert und wird
nach einer auf einem ablaufenden Speicherelement (z. B.
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einem Band, einer Scheibe, einer Magnetplatte) eingeprägten (programmierten)
Arbeitsfolge gesteuert. Bei einer automatischen Steuerung
ist es
auch möglich, konform mit der Radialverstellung der Drehstähle gleichzeitig andere
Einstellgrößen, wie Schnittgeschwindigkeit und Vorschub, zu beeinflussen.
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Zur Befestigung langer dünner Werkstücke ist in vorteilhefter Weise
an das Gehäuse der Maschine eine vorlaufende selbstzentrierende Lünette angebracht,
die radial zuzustellende Backen aufweist, die unter wählbarem abschaltbarem Druck
vorzugsweise durch den Kolben eines hydraulischen Zylinders an das Werkstück andrückbar
sind. Die beim üblichen Drehen verwendeten Büchsen weisen immer ein gewisses Spiel
auf. Für roh gewalzte Stangen sind sie deshalb kaum verwendbar. In einer Lünette
kann das Werkstück spielfrei, beispielsweise in federnden Backen geführt werden,
die mit Druck am Werkstück anliegen. Wegen der langsamen Bewegung kann der Anpreßdruck
ganz wesentlich erhöht werden.
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So können Schwingungen oder Vibrationen wirksam unterdrückt werden.
Damit wird das zentrische Führen roher Werkstücke möglich. Die Möglichkeit, Werkstücke
unter ständigem vergleichsweise hohem Druck zentrisch zu führen, ist von entscheidendem
Vorteil.
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Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen.
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Dabei zeigt: Fig. 1 die erfindungsgemäße Maschine,vereinfacht im Schnitt,
Fig. 2 Seitenansicht eines Messerkopfes, Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel für eine
Handverstelleinrichtung der Drehstähle, Fig. 4 eine mechanische Steuerung für das
Verstellen der Drehstähle in Abhängigkeit von einer Steuerkurve, und
Fig.
5 ein Ausführungsbeispiel für eine elektromotorische Verstellung der Drehstähle
mit Hilfe eines Motors.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist im einem Gehäuse 1, das
auf einem Unterbau 34 in Richtung der Maschinenachse längsverschiebbar steht, eine
Hohlwelle 3 in Lagern 11 radial und axial spielfrei gelagert. Die Hohlwelle 3 wird
über Keilriemen 27 beispielsweise von einem Elektromotor 2 angetrieben.
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Am arbeitsseitigen Ende ist ein Messerkopf 4 angeflanscht.
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Der Messerkopf 4 enthält Nuten, in denen Messerhalter 6a, 6b radial
beweglich eingelassen sind, deren Rücken eine Geradverzahnung aufweisen. In der
Hohlwelle 3 sind Steuerzahnräder 5a, 5b eingebaut, die mit ihren Zähnen in die Geradverzahnung
der Messerhalter 6a, 6b eingreifen. In der Hohlwelle 3 ist, auf Drehung mit ihr
gekuppelt, jedoch axial frei beweglich, z. B. in Längskugelbüchsen 26 geführt, eine
Schiebehohlwelle 12 gelagert. Diese Hohlwelle 12 trägt ebenfalls, den Messerhaltern
6a, 6b analog, eine Geradverzahnung, die in die Steuerzahnräder 5a, 5b eingreift.
Damit ist eine mechanisch schlüssige Verbindung 1 : 1 zwischen der Schiebehohlwelle
12 und den Messerhaltern 6a, 6b erreicht.
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Ein Werkstück 25 ist fest in ein Spannfutter 24 eingespannt, das einen
Bestandteil eines auf dem Unterbau 34 befestigten Spannbockes 23 bildet. Bei dem
beschriebenen Beispiel ist ein fliegend eingespanntes Werkstück 25 gezeichnet. Sil
von der Stange weggearbeitet werden, ist ein zweiter, auf dem Unterbau befestigter
Spannbock, etwa dicht neben dem rechten Ende der Maschine sitzend, vorzusehen. Selbstverständlich
kann mit dieser Maschine auch eingestochen werden.
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Jeder Messerhalter 6a, 6b nimmt einen Drehstahl (Dreimeißel) 8a, 8b
auf. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind Wendeplattenhalter gezeichnet,
deren jeder mit einer umsetzbaren Hartmetellwendeplatte 9 bestückt ist.
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Die Schiebehohlwelle 12 trägt am anderen Ende über Wälzlager 16 einen
nicht rotierenden Steuerring 13, der mit zwei diametral gegenüberliegenden Zapfen
14 ausgestattet ist. An diesen Zapfen 14 greifen Laschen 15 an, die an qegengleichen
Zapfen18,19 einerkonzentrisch zur Geräteachse angeordneten Steuergabel 17 eingehängt
sind. Die Steuergabel 17 ist an einem Ende an einem Gelenkzapfen bzw. Drehzapfen
30 eingehängt, am anderen Ende greift, ebenfalls an einem Gelenkzapfen bzw. Drehzapfen
31 ein Stein 32 an, in dem sich eine Gewindespindel 20 axial spielfrei führt. Die
Gewindespindel 20 dreht sich in einer Zapfenmutter 33, die in einen am Gehäuse 1
befestigten Lagerbock 28 eingehängt ist.
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Auf einem Antriebszapfen 21 der Gewindespindel 20 kann beispielsweise
ein Handrad 36 aufgesteckt werden, wobei die Ubersetzung zweckmäßig so gewählt wird,
daß einer Umdrehung des Handrades 36 ein geradzahliger Wert für die radiale Zustellung
der Messerhalter 6 entspricht. (Fig. 3).
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Aus Fig. 2 ist der Messerkopf 4 in Seitenansicht zu sehen.
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Daraus ist ersichtlich, daß durch zwei diametral gegenüberstehenden
Messerhalter 6a, 6b ein seitliches Abdrängen des Werkstückes 25 vermieden wird,
denn die Radialkomponenten der Schnittkräfte heben sich annähernd auf. Überdies
kann die Fliehkraft jedes einzelnen Messerhalters 6a, 6b durch Gegengewichte 7a,
7b und auch die Fliehkräfte der beiden MesserIIalter 6a, 6b untereinander ausreichend
ausgeglichen werden.
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Wie aus Fig. 4 ersichtlich, kann das Verstellen der Drehmeißel 8a,
8b bzw. der Wendeplatten 9 im Zuge der Längsbewiegung der Maschine selbsttätig von
einer auf dem Fundament 34 befestigten Steuerkurve 35 abgeleitet werden. Am Gehäuse
1 ist ein Lagerbock 38 angeschraubt, in dem die Gelenkzapfen
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der Zapfenmutter 33 eingehängt sind. Der Lagerbock 38 enthält weiters eine Radialnut,
in der ein mit Verzahnung versehener Taststift 37 geradlinig geführt ist. Der Taststift
37 tastet im Verlauf des Vorschiebens der Maschine -gegen die Wirkung einer Rückführfeder
42 - die auf dem Unterbau 34 befestigte Steuerkurve 35 ab. Die Radialbewegung des
Taststifes 37 wird über Zahnräder 39 auf eine im Lagerbock 38 gelagerte Steuerwelle
40 übertragen, die über eine Gelenkwelle 41 mit der im Stein 32 geführten Gewindespindel
20 verbunden ist. Auf diese Weise wird die Radialbewegung des Taststiftes 37 zwangsläufig
in eine Axialbewegung der Schiebewelle 12 und über die Zahnräder 5a, 5b analog auf
die Messerhalter 6a, 6b übertragen.
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Die Übertragung der Axialbewegung auf die Radialbewegung kann jedoch
auch auf andere Art, z. B. über Keilflächen, geschehen.
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Desgleichen kann es zweckmäßig sein, den Winkel zwischen Messerachse
und Hohlwellenachse kleiner als 90° auszuführen, etwa wenn spezielle einseitig abgestufte
Profilformen gedreht werden sollen. Die Steuerung der Radialbewegung der Drehstähle
8a, 8b kann - von einem festen Punkt aus gegenauch auf andere Weise gelöst werden,
z. B. unter Zuhilfenahme eines Differentialgetriebes.
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Wie aus Fig. 5 ersichtlich, kann die Gewindespindel 20 auch durch
einen Kraftantrieb ferngesteuert betätigt werden, indem ein Getriebemotor oder ein
Hydromotor 43 an den Stein 32 angebaut wird. Wird an seiner Stelle ein Schrittmacher
verwendet, dann ergibt sich eine NC-steuerbare Drehzahlverstellung.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel
beschränkt. Sie umfaßt auch alle fachmännischen Abwandlungen und Weiterbildungen
sowie Tcil- und Unterkombinationen der beschriebenen und/oder dargestellten Merkmale
und Maßnahmen.
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