DE3306303C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeuganordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Werkzeuganordnung ist aus der DE-PS 24 62 847 bekannt. Bei der bekannten Werkzeuganordnung zur Honbearbeitung von Bohrungen ist ein Einstellkörper vorge­ sehen, welcher mit dem hohlen Werkzeugkörper verschraubt ist und mit seinem freien unteren Ende einen Druck auf einen Kopf des Schaftes ausüben kann, um diesen nach unten zu verstellen. Es ist ein Nachteil dieser bekannten Werk­ zeuganordnung, daß ein Überlaufen der gewünschten Position durch einen an dem Schaft vorgesehenen Stellkonus prak­ tisch nicht mehr korrigiert werden kann, da der Schaft we­ gen des Fehlens einer formschlüssigen Verbindung zu dem Einstellkörper nicht mehr nach oben zurückgezogen werden kann und andererseits die relativ flachen zusammenwirken­ den Konusflächen auch keine Rückstellkraft erzeugen, durch die der Schaft automatisch in Kontakt mit dem unteren Ende des Einstellkörpers gehalten würde.

Ein weiterer Nachteil der vorbekannten Werkzeuganordnung besteht darin, daß dort ein separates, leicht deformier­ bares und verlierbares Kupplungsteil benötigt wird.

Ausgehend von diesem Stande der Technik, liegt der Erfin­ dung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Werkzeuganord­ nung anzugeben, bei der eine feinfühlige axiale Verstel­ lung des Schaftes in beiden Richtungen möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch eine gattungsgemäße Werkzeug­ anordnung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Es ist ein besonderer Vorteil der Werkzeuganordnung gemäß der Erfindung, daß der Schaft aufgrund des Vorhandenseins einer Schraubverbindung zwischen Stellstange und Schaft durch Drehen der Stellstange in dem einen oder anderen Drehsinn nach oben oder unten bewegt werden kann, um einen größeren oder kleineren Arbeitsdurchmesser der Schleifein­ richtungen einzustellen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Werkzeuganordnung eine Werkzeugmaschine mit ein oder mehreren Schleif­ werkzeugen, die entsprechenden Maschinen­ spindeln zugeordnet sind.

Das von dem Schaft abgewandelte zweite Ende der Stellstange durchgreift die zugeordnete Spindel und steht in Wirkverbindung mit Antriebseinrichtungen, vorzugsweise mit einem Schrittschaltmotor zum Drehen der Stellstange in Abhängigkeit von einem Signal, wel­ ches von Kalibriereinrichtungen erzeugt wird und an­ zeigt, daß der Arbeitsdurchmesser unter einen vorgegebenen Grenzwert abgesunken ist. Vorzugsweise ist die Stellstange mit einem Flansch versehen, der mittels einer Buchse drehbar in dem einen offenen Ende des Werkzeugkörpers gehaltert ist. Wenn mehrere Schleifwerkzeuge vorhanden sind, sind die Stellstangen der einzelnen Werkzeuge zur Verschleißkompensation vorzugsweise individuell nachstellbar. Dabei können Einzelantriebe oder ein gemeinsamer Antrieb mit einem entsprechenden Getriebe zum individuellen Antreiben der Stellstangen vorgesehen sein.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht einer Maschine zum maßgenauen Abrichten einer Bohrung mit mehreren Schleifwerkzeugen, die von links nach rechts in der Zeichnung einen zunehmend größeren Durchmesser haben und bei jedem Arbeitszyklus eine einzige drehende Hin- und Herbewegung durch die zu bearbeiten­ de Bohrung ausführen;

Fig. 2 einen vergrößerten Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform eines Schleifwerkzeugs;

Fig. 3 einen Teil-Längsschnitt durch eine ab­ gewandelte Ausführungsform eines Schleif­ werkzeugs und

Fig. 4 eine schematische Vorderansicht eines in der Maschine gemäß Fig. 1 montierten Schleifwerkzeugs mit den zugehörigen Antriebseinrichtungen und mit einem Kalibrierzapfen.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 eine Maschine zum maßgenauen Nachbearbeiten vertikaler Bohrungen mit einem Maschinen­ rahmen 2, an dem eine Werkstückhalterung 4 vorgesehen ist, und mit einem vertikalen Rahmen 6, an dem ein Ma­ schinenkopf 8 in senkrechter Richtung auf die Werk­ stückhalterung 4 zu und von dieser wegbewegbar ist. Der Maschinenkopf 8 wird längs Führungsschienen hin- und herbewegt, von denen nur eine - Schiene 10 - ge­ zeigt ist, wobei der Antrieb mittels zweier hydrauli­ scher Zylinderaggregate 12 und 14 erfolgt, die am Rahmen 6 befestigt sind. Diese Art von Anordnung ist für hin- und herbewegliche Maschinenköpfe gut bekannt. Die Ma­ schine arbeitet mit vier drehbar gelagerten Spindeln 20, 22, 24 und 26, die jeweils über eine Treibriemen/Riemen­ scheiben-Anordnung von einem zugeordneten Elektro­ motor oder einem anderen Spindelmotor angetrieben wer­ den. Wie Fig. 4 zeigt, ist beispielsweise eine Riemen­ scheibe 30 drehfest mit einer hohlen Antriebswelle 32 verkeilt. Dabei ist die Antriebswelle 30 ihrerseits mit einem Spindelgehäuse 36 verschweißt oder auf andere Weise fest verbunden. Es liegt im Rahmen der Erfindung, auch andere, dem Fachmann geläufige Spindel­ antriebseinrichtungen vorzusehen.

Mit den Spindeln 20, 22, 24 und 26 ist jeweils ein Schleifwerkzeug 40, 42, 44 bzw. 46 verbunden. Die Be­ festigung der Schleifwerkzeuge erfolgt, wie dies Fig. 4 zeigt, beispielsweise mittels eines radialen Flansches 40A, der an das Spindelende 20A mittels Schrauben 50 und einer Klemmplatte 51 angeklemmt ist. Jedes Werkzeug trägt ferner einen Kalibrierzapfen. Die Kalibrier­ zapfen sind in Fig. 1 mit den Bezugszeichen 41, 43, 45 und 47 bezeichnet. Derartige Kalibrierzapfen sind aus der US-PS 42 91 504 bekannt, wo sich auch eine nähere Beschreibung findet. Wie in der genannten Pa­ tentschrift beschrieben, dienen die Kalibrierzapfen dazu, die Größe der Bohrung abzutasten und festzustel­ len, ob der Durchmesser eines bestimmten Schleifwerk­ zeugs innerhalb der vorgegebenen Toleranzen liegt. In der genannten Patentschrift sind auch die in Fig. 4 gezeigten Relais- und Schalteinrichtungen 48, 49 be­ schrieben, die in Verbindung mit den einzelnen Kali­ brierzapfen dazu dienen, festzustellen, ob ein Werk­ zeugdurchmesser ein Untermaß aufweist oder nicht. Das Ausgangssignal des Schalters 49 wird dabei einer elektrischen Schaltung S zugeführt, um den Werkzeug­ durchmesser automatisch auf den ursprünglichen Wert bzw. den Nennwert zu bringen, wie dies nachstehend noch näher beschrieben wird.

Ein Luft-Kalibrierzapfen 58 bekannter Bauart wird zu­ erst in die Werkstückbohrung eingesetzt, um zunächst die Bohrungsgröße zu prüfen, ehe das maßgenaue Abrich­ ten mit den Schleifwerkzeugen 40, 42, 44 und 46 erfolgt. Diese Vorprüfung ist nützlich, um die Werkstücke aus­ zuscheiden, deren Bohrungen von Anfang an außerhalb der für diese Fertigungsstufe vorgegebenen Toleranzen liegen.

Bei dem mit der Maschine gemäß Fig. 1 durchzuführenden Abrichtvorgang werden die Werkstückbohrungen nacheinan­ der mit den Schleifwerkzeugen 40, 42, 44 und 46 in die­ ser Reihenfolge bearbeitet, und die Werkzeuge haben, beginnend mit dem Werkzeug 40, einen zunehmend größeren Durchmesser und werden in den Werkstückbohrungen je­ weils nur einmal hin- und herbewegt. Bei dem Richten gewisser Verbindungsstangenbohrungen haben die vier Werkzeuge 40 bis 46 beispielsweise Durchmesser von 2,5223 cm, 2,5233 cm, 2,5241 cm und 2,5246 cm. Bei einer einzigen Hin- und Herbewegung eines Werkzeugs ist nur ein vergleichsweise geringer Materialabtrag möglich, der maximal bei wenigen Tausendstel mm liegt. Wie ausgeführt, sind die Werkzeuge 40 bis 46 so ein­ gestellt, daß sie einen zunehmend größeren Durchmesser besitzen, derart, daß der maximal zulässige Material­ abtrag an den einzelnen Werkzeugen nicht überschritten wird.

Die Werkstückhalterung 4 ist derart an dem Maschinen­ rahmen 2 angebracht, daß jedes Werkstück so festgelegt wird, daß seine Bohrung 3A koaxial zur Drehachse des jeweiligen Schleifwerkzeugs ausgerichtet ist (Fig. 4). Da die Werkstücke mit den Schleifwerkzeugen nacheinan­ der bearbeitet werden, ist es wünschenswert, daß die Werkstückhalterung als Transporteinrichtung zum Anheben und schrittweisen Weitertransportieren der Werkstücke ausgebildet ist. Zu diesem Zweck sind ein feststehen­ der Tisch 4A, eine Endführung 4B und ein Hub- und Transport-Tisch 4C vorgesehen, der in den Zwischenraum zwischen den feststehenden Tisch und die Endführung 4B angehoben werden kann, um den schrittweisen Transport eines Werkstücks von einem Werkzeug zum nächsten zu bewirken. Dabei wird die Endführung 4B an dem Maschinen­ rahmen 2 mittels mehrerer Stützarme 4D gehaltert. Die beschriebene Art von Werkstücktransporteinrichtungen ist dem Fachmann wohlbekannt. Einzelne, zurückzieh­ bare obere Werkstückklammern 4E wirken mit dem fest­ stehenden Tisch 4A und der Endführung 4B zusammen, um die Werkstücke in ihrer Lage zu sichern, während die Bearbeitung der Werkstückbohrungen erfolgt. Beim Wei­ terbewegen der Werkstücke von einem Werkzeug zum nächsten werden die oberen Klammern 4E jeweils zurück­ gezogen.

Die Schleifwerkzeuge 40, 42, 44 und 46 sind alle gleich aufgebaut, so daß nachstehend lediglich das Werkzeug 40 anhand von Fig. 2 näher beschrieben werden soll. Wie Fig. 2 zeigt, besitzt das Werkzeug 40 einen Werk­ zeugkörper 60 mit offenen Enden, wobei in der Nähe des oberen offenen Endes 62 ein radial nach außen abstehender Flansch 40A vorgesehen ist, der dazu dient, das Werkzeug 40 an der zugeordneten Spindel 20 zu befestigen. Die Klemmplatte 51 ist an der Spindel mit Hilfe der Schrauben 50 befestigt, wodurch der Werkzeugkörper fest mit der Spindel verbunden wird, wie dies bereits beschrieben wurde. Der Werkzeug­ körper 60 besitzt eine durchgehende zylindrische Bohrung 63. In der Bohrung 63 ist ein Schaft 80 gleit­ verschieblich angeordnet, welcher an seinem oberen Ende mit einer Gewindebohrung 81 versehen ist. Das un­ tere Ende 82 des Schaftes 80 ist konisch ausgebildet und steht über das untere offene Ende 64 des Werkzeug­ körpers 60 in Richtung auf das Werkstück vor. Auf dem konischen Ende 82 des Schaftes 80 sitzt eine geschlitzte Schleifhülse 90, die in Abhängigkeit von axialen Bewe­ gungen des Schaftes 80 durch dessen konisches Ende 82 mehr oder weniger weit aufspreizbar ist. Typischer­ weise besitzt die Schleifhülse 90 axiale Schlitze 90A, die der Aufnahme des Schleifstaubs aus den bearbeiteten Bohrungen dienen. Weiterhin sind die Schleifhülsen typischerweise mit Diamantstaub oder kubischem Bor­ nitritstaub besetzt, damit sie in einem einzigen Ar­ beitshub eine genau vorgegebene Materialmenge abtragen und für eine hohe Oberflächenqualität der bearbeiteten Bohrung sorgen. Die Schleifhülse 90 besitzt ein oberes Ende 90B, welches eine Schulter bildet, die sich am unteren Ende 64 des Werkzeugkörpers 60 abstützt. Während der Schaft 80 in der Bohrung 63 gleitverschieb­ lich sein soll, darf er sich gegenüber dem Werkzeug­ körper 60 nicht drehen. Zu diesem Zweck ist in den Schaft 80 im Preßsitz ein Stift 100 eingesetzt, der nach außen radial in zugeordnete Schlitze 66 des Werk­ zeugkörpers 60 eingreift, wie dies aus Fig. 2 deutlich wird. Bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel ist gemäß Fig. 3 zur Drehsicherung eine Madenschraube 102 vorgesehen, die in eine Gewindebohrung 67 des Werk­ zeugkörpers 60 eingeschraubt ist und mit ihrem inneren Ende mit einer Fläche 83 des Schaftes 80 zusammen­ wirkt, um eine Drehung desselben zu verhindern. Dabei ist jedoch ein kleiner Zwischenraum zwischen der Fläche 83 und dem Ende der Schraube 102 vorgesehen, um eine axiale Gleitbewegung des Schaftes 80 zu er­ möglichen.

Das obere Ende 62 des Werkzeugkörpers 60 ist mit einer Senkbohrung 68 versehen, die in Verlängerung der zy­ lindrischen Bohrung 63 vorgesehen ist und in der eine ringförmige Buchse 105 sitzt. Eine Stellstange 120 durchgreift die Senkbohrung 68 und eine zylindrische Verbindungsbohrung 69 und ragt in die zylindrische Bohrung 63 hinein, wo ihr unteres, mit einem Gewinde versehenes Ende 122 in die Gewindebohrung 81 des Schaftes 80 eingeschraubt ist. Das andere Ende 124 steht nach oben über das obere Ende 62 des Werkzeug­ körpers 60 vor und ragt in die Spindel 20 hinein, wie dies Fig. 4 zeigt. Die Betätigung der Schaltstange 120 erfolgt an deren oberem Ende 124, welches im Quer­ schnitt quadratisch bzw. ganz allgemein komplementär zu einer Aussparung 130 in der Antriebswelle 132 eines Schrittschaltmotors 140 ausgebildet ist. Zwischen ihren Enden 122 und 124 besitzt die Schaltstange 120 einen radial nach außen abstehenden Flansch 126, der sich an der freien Stirnseite der in der Senkbohrung 68 befindlichen Buchse 105 abstützt.

Wie Fig. 4 zeigt, besitzt die Spindel 20 an ihrem un­ teren Ende eine Aussparung 20A, die das obere Ende 62 des Werkzeugkörpers 60 bis zu dessen Flansch 40A auf­ nehmen kann. Außerdem besitzt die Spindel 20 eine obere Aussparung 20B, die sich über der Aussparung 20A be­ findet und das angetriebene obere Ende 124 der Schalt­ stange 120 aufnimmt. Die hohle Antriebsspindel 32 ist in der in Fig. 4 gezeigten Weise mit dem Spindelge­ häuse 36 verschweißt. Eine Betätigungsstange 132 für die Schaltstange 120 durchgreift die hohle Antriebs­ welle 32 und die obere Aussparung 20B und steht in die untere Aussparung 20A der Spindel 20 vor. Am unteren Ende der Betätigungsstange 132 ist eine Aussparung 130 vorgesehen, die im Querschnitt auf die Querschnitts­ form des Schaltstangenendes 124 abgestimmt ist und dieses aufnimmt. Die Betätigungsstange 132 steht nach oben über die hohle Antriebsspindel 32 vor und ist an ihrem oberen Ende mit Hilfe einer Kupplungsbuchse 150 und eines Keils 152 drehfest mit der Abtriebswelle 142 des Schrittschaltmotors 140 verbunden. Der Schritt­ schaltmotor 140 kann direkt an dem vertikalen Rahmen 6 befestigt oder über einen Dämpfungsblock 160 mit diesem verbunden sein. Der Schrittschaltmotor kann gegebenen­ falls auch direkt am Spindelgehäuse 36 oder in diesem montiert sein. Konventionelle Präzisions-Schrittschalt-Motoren in Form pneumatischer, hydraulischer oder elek­ trischer Motoren können verwendet werden, um die Be­ tätigungsstange 132 zu betätigen, die ihrerseits die Schaltstange 120 betätigt, durch welche der Schaft 80 in axialer Richtung gegenüber der Schleifhülse 90 ver­ schoben wird, um deren Durchmesser zu verändern, ins­ besondere um den Werkzeugverschleiß zu kompensieren. Dabei versteht es sich, daß zur Einstellung des Werk­ zeugdurchmessers kleine, sehr genaue Bewegungen erfor­ derlich sind, so daß der Schrittschaltmotor entsprechend auszuwählen ist.

Für den Fachmann versteht es sich, daß der Kalibrier­ zapfen und die Schalteinrichtungen gemäß US-PS 42 91 504 in Verbindung mit einer geeigneten elektrischen Schal­ tungseinrichtung eingesetzt werden können, um den Schritt­ schaltmotor 140 zu betätigen, wenn ein Schleifwerk­ zeug aufgrund des Verschleißes gegenüber seinem Soll-Durch­ messer einen zu geringen Durchmesser aufweist. In diesem Fall kann in der Maschine automatisch jedes abgenutzte Werkzeug einzeln neu eingestellt werden, um den Soll-Durchmesser wieder herzustellen. Beispiels­ weise können die elektrischen Ausgangsleitungen 71 und 72 des Kalibrierzapfenschalters 49 mit einem be­ kannten Schrittschalt-Richtungsschalter S verbunden werden, über den der Motor 140 so angesteuert wird, daß sich seine Abtriebswelle in der einen oder anderen Richtung dreht, und zwar in Abhängigkeit vom gemesse­ nen Werkzeugdurchmesser. Es versteht sich, daß darin ein beträchtlicher Fortschritt gegenüber den derzeit von Hand durchgeführten Kompensationsmaßnahmen liegt.

Während vorstehend ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, versteht es sich, daß ausgehend von dem Ausführungsbeispiel gewisse Änderungen möglich sind. Beispielsweise können die Schleifwerkzeuge ein­ zelne Schleif- bzw. Honsteine aufweisen, die in Schlitzen des Werkzeugkörpers montiert sind und durch einen konischen Stellstangenteil radial nach außen bewegt werden können, wie dies in einer weiteren An­ meldung der Anmelderin (US-Serial No. 3 05 008) be­ schrieben ist. Weiterhin kann für sämtliche Spindeln ein gemeinsamer Schrittschaltmotor vorgesehen sein, welcher über ein entsprechendes Getriebe selektiv mit den einzelnen Werkzeugen kuppelbar ist. Darüber hinaus müssen die Kalibrierzapfen nicht mit den einzelnen Werkzeugen verbunden sein, sondern können an eigenen Kalibrierstationen angeordnet sein, die alternierend mit den Schleifstationen vorgesehen sind. Insgesamt stehen also dem Fachmann, ausgehend von dem beschrie­ benen Ausführungsbeispiel, zahlreiche Möglichkeiten für Änderungen und/oder Ergänzungen zu Gebote, ohne daß er dabei den Grundgedanken der Erfindung verlassen müßte.

Claims (6)

1. Werkzeuganordnung mit mindestens einem dem Schleifen einer Werkstückbohrung auf einen genau vorgegebenen Durchmesser dienenden Schleifwerkzeug, mit einem hohlen, ein erstes mit einer Maschinenspindel verbindbares offenes Ende und ein zweites, im Betrieb der Werkstückbohrung zugewandtes offe­ nes Ende aufweisenden Werkzeugkörper, mit einem Schaft, der in axialer Richtung in dem Werkzeugkörper gleitverschieb­ lich ist und angrenzend an das erste offene Ende des Werk­ zeugkörpers ein mittels Stelleinrichtungen beaufschlag­ bares, inneres Ende und im Inneren des Werkzeugkörpers einen konischen Bereich aufweist, mit Schleifeinrichtungen, die von dem Werkzeugkörper getragen werden und einen Ar­ beitsdurchmesser besitzen, der so gewählt ist, daß sich bei einer einzigen drehenden Hin- und Herbewegung der Schleif­ einrichtungen durch die Werkstückbohrung der vorgegebene Durchmesser derselben ergibt, und die bezüglich des Werk­ zeugkörpers in Abhängigkeit von einer axialen Verstellung des Schaftes in radialer Richtung beweglich sind, dadurch gekennzeichnet, daß der konische Bereich des Schaftes (80) durch das sich konisch in Richtung auf dessen inneres Ende verjüngendes äußeres Ende (82) gebildet ist und daß eine der Kompensation des Verschleißes der Schleifeinrichtungen (90) dienende Stellstange (120) vorgesehen ist, die in dem Werkzeugkörper (60) drehbar ist, die ein erstes, mit einem Gewinde versehenes Ende (122) aufweist, welches in das er­ ste offene Ende (62) des Werkzeugkörpers (60) hineinragt und mit einem Gewinde (81) am inneren Ende des Schaftes (80) verschraubt ist, und die ein zweites Ende (124) aufweist, welches nach außen über das erste offene Ende (62) des Werkzeugkörpers (60) vorsteht, derart, daß durch Drehen der Stellstange (120) eine axiale Stellbewegung des Schaftes (80) gegenüber dem Werkzeugkörper (60) zum Ein­ stellen des Arbeitsdurchmessers der Schleifeinrichtungen (90) herbeiführbar ist.

2. Werkzeuganordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellstange (120) zwischen ihren Enden (122, 124) mit einem Flansch (126) versehen ist, welcher drehbar vom ersten offenen Ende (62) des Werkzeugkörpers (60) aufgenom­ men wird.

3. Werkzeuganordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ersten offenen Ende (62) des Werkzeugkörpers (60) eine Buchse (105) angeordnet ist und daß der Flansch (160) durch die Buchse (105) abgestützt ist.

4. Werkzeuganordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Werkzeugkörper (60) einerseits und an dem Schaft (80) andererseits Einrichtungen (66, 100; 67, 83, 102) vorgesehen sind, die den Schaft (80) in dem Werkzeugkörper (60) gegen eine Drehung sichern.

5. Werkzeuganordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewinde an dem einen Ende des Schaftes (80) als Gewindebohrung (81) ausgebildet ist und daß das zugeordnete Ende (122) der Stellstange (120) mit einem Außengewinde versehen ist.

6. Werkzeuganordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellstange (120) ein Schritt­ schaltmotor (140) als Antriebseinrichtung zugeordnet ist.