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Verfahren zur Bearbeitung eines
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Werkstücks in einer Drehmaschine zwischen Spitzen sowie Spannvorrichtung
zur Durchführung dieses Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung
eines Werkstücks in einer Drehmaschine zwischen einer an einer Arbeitsspindel angebrachten
ersten Spitze und einer an einem Reitstock angebrachten, in axialer Richtung verschiebbaren
zweiten Spitze, bei dem das Werkstück zwischen die Spitzen eingesetzt und durch
axiales Anpressen der beiden Spitzen zentriert wird, worauf das Werkstück durch
an der Arbeitsspindel angebrachte und in axialer Richtung verschiebbare, gegen die
eine Stirnseite des Werkstücks angepresste Stirnmitnehmer angetrieben sowie mittels
eines Drehwerkzeugs zunächst einer Grob- und dann einer Feinbearbeitung (Schruppen
bzw. Schlichten) unterworfen wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Spann vorrichtung
zur Durchführung eines solchen Verfahrens, die eine Arbeitsspindel aufweist, an
der eine erste Spitze sowie in axialer Richtung verschiebbare Stirnmitnehmer angeordnet
sind, und die ferner einen Reitstock besitzt, an dem eine in axialer Richtung verschiebbare
zweite Spitze angeordnet ist.
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Es ist bekannt, in die Arbeitsspindel einer Drehmaschine einen Mitnehmerkopf
einzusetzen, der im Zentrum seiner Stn'rnseite eine feste Spitze und auf einem zu
dieser konzentrischen Kreis mehrere Stirnmitnehmer aufweist, bei denen es sich
um
in axialer Richtung vorschiebbare und gegen die eine Stirnseite des Werkstücks z.B.
mittels einer Hydraulik anpressbare Bolzen handelt, die an ihrem werkstück-seitigen
Ende jeweils eine Schneide zum Eindrücken in das Werkstück aufweisen.
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Während durch die Stirnmitnehmer eines derartigen Mitnehmerkopfs das
Werkstück sowohl bei der Grob- als auch bei der Feinbearbeitung (Schruppen bzw.
Schlichten) angetrieben wird, sind bei einem anderen bekannten Mitnehmerkopf zwei
Sätze von Stirnmitnehmern vorgesehen, die wechselweise vorschiebbar sind, so dass
beim Schruppen der eine und beim Schlichten der andere Stirnmitnehmersatz benutzt
wird. Beide Arten von Mitnehmerköpfen bringen den Nachteil mit sich, dass infolge
der beim Schruppen auftretenden hohen Zerspanungskräfte das Zentrum in der der Arbeitsspindel
zugewandten Werkstück-Stirnseite deformiert wird, da ja das Antriebsdrehmoment in
diese Stirnseite des Werkstücks eingeleitet wird und die Zerspanungskräfte tangential
zum Werkstück verlaufen; mit einem deformierten Zentrum lässt sich jedoch eine hohe
Rundlaufgenauigkeit für das Schlichten nicht mehr erreichen.
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Es ist ferner ein sogenanntes Ausgleichsfutter bekannt, bei dem es
sich um ein auf der Arbeitsspindel zu befestigendes Spannfutter handelt, das an
seiner Stirnseite im Zentrum eine gefederte oder feste Spitze sowie zu beiden Seiten
derselben Spannbacken aufweist, durch die ein Werkstück an seinem Umfang gespannt
werden kann. Zur Erzielung einer Ausgleichsfunktion sind diese Spannbacken schwimmend
gelagert, und die innere Reibung des Spannfutters führt dazu, dass die Mitte zwischen
den Spannstellen nicht mit der Achse der Spitze bzw. des Werkstückzentrums zusammenfällt,
so dass
auch beim Ausgleichsfutter das Zentrum an der der Arbeitsspindel
zugekehrten Stirnseite des Werkstücks beim Schruppen deformiert wird, so dass sich
für das Schlichten keine hohe Rundlaufgenauigkeit mehr erzielen lässt. Gleiches
gilt für einen sogenannten Drehmitnehmer, der gleichfalls in der Arbeitsspindel
anzuordnen ist und nach Art doppelarmiger Hebel ausgeführte Spannbacken besitzt,
zwischen denen das Werkstück an seinem Umfang gespannt wird; der Drehmitnehmer weist
ausserdem eine gewisse Unwucht auf, die den Rundlauf des Werkstücks beeinträchtigt.
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Den Nachteil, dass beim Schruppen das Zentrum in der der Arbeitsspindel
zugewandten Werkstückstirnseite deformiert wird, weist schliesslich auch die Spannvorrichtung
nach dem DE-GM 1 985 829 auf, die eine feste Spitze, in axialer Richtung, nach vorn
federnde Stirnmitnehmer sowie in radialer Richtung verschiebbar.geführte Spannbacken
eines Spannfutters aufweist, welche um den vorderen Endbereich der Spitze herum
angeordnet sind, jeder zur individuellen Verstellung in radialer Richtung mit einem
gesonderten Hydraulikkolben verbunden ist und alle gemeinsam an einem in axialer
Richtung verschiebbaren, ringförmigen Futterkörper gehalten sind. Bei dieser bekannten
Spannvorrichtung befinden sich die Spitze und die Stirnmitnehmer während der ganzen
Bearbeitung ständig im Eingriff mit dem Werkstück. Das Spannfutter kann jedoch nach
dem Zurückziehen der Spannbacken axial hinter die Stirnmitnehmer zurückgezogen werden,
so dass sich beim Schlichten das Werkstück über seine ganze Länge bearbeiten lässt.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Methode zu entwickeln,
die es erlaubt, zwischen Spitzen in einer Drehmaschine zu bearbeitende Werkstücke
mit höherer Rundlaufgenauigkeit.
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feinzubearbeiten. Ausgehend von einem Verfahren der eingangs erwähnten
Art wird diese Aufgabe erf-indungsgemäss dadurch gelöst,
dass das
Werkstück nach dem Zentrieren zwischen den Spitzen bei in axialer Richtung nachgiebiger
zweiter Spitze durch die Stirnmitnehmer von der arbeitsspindelseitigen Spitze abgehoben
und an seinem Umfang mittels eines an der Arbeitsspindel angebrachten Spannfutters
gespannt wird, worauf das Werkstück der Grobbearbeitung (Schruppen) unterworfen
wird, dass das Werkstück dann vom Spannfutter freigegeben und wieder zwischen den
beiden Spitzen gespannt sowie über die gegen seine eine Stirnseite angepressten
Stirnmitnehmer angetrieben wird, worauf das Werkstück feinbearbeitet (geschlichtet)
wird.
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Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird das Werkstück zentrum auf
derjenigen Werkstückseite, in die das Drehmoment eingeleitet wird, während des Schruppens
also gar nicht beansprucht, so dass für das Schlichten höchste Rundlaufgenauigkeit
gewährleistet ist. Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens eignet sich
eine Spannvorrichtung der eingangs erwähnten Art, deren Arbeitsspindel zusätzlich
zu den Stirnmitnehmern mit einem Spannfutter,und zwar mit einem sogenannten Hohlspannfutter,
versehen wird, dessen Spannbacken die Spitze und die Stirnmitnehmer umgeben. Bei
dem erfindungsgemässen Verfahren wird während des Schruppens aber nicht nur das
arbeitsspindelseitige Werkstückzentrum geschont, sondern die arbeitsspindelseitige
Stirnseite des Werkstücks wird auch nicht durch starke Eindrücke der Stirnmitnehmer
beschädigt, so dass die letzteren beim Schlichten gegen eine noch nicht deformierte
Stirnfläche angelegt werden können. Durch die Erfindung können die Arbeitsgänge
Schruppen und Schlichten also in einer Aufspannung erfolgen, u.z. bei höchster Rundlaufgenauigkeit
während des Schlichtens.
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Selbstverständlich kann das Werkstück durch andere Mittel als die
Stirnmitnehmer von der arbeitsspindelseitigen Spitze abgehoben werden, ehe das Werkstück
für das Schruppen an seinem
Umfang gespannt wird. Sieht man z.B.
schräg zur Arbeitsspindelachse geführte Spannbacken vor, so kann das Werkstück während
des Spannens im Spannfutter auch durch diese von der arbeitsspindelseitigen Spitze
akgehoben werden. Hierzu genügt schon die axiale Komponente der Spannbackenbewegung
während des Erfassens und Einspannens des Werkstücks, d.h. dessen axiale Mitnahme
durch Reibung. Bevorzugt wird jedoch eine Konstruktion, bei der die Spannbacken
an ihren radial inneren Enden einen in axialer Richtung wirkenden:X}erkstück-Anschlag
für die eine Werkstück-Stirnseite aufweisen.
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Da auf der Peitstock-Seite des Werkstücks kein Drehmoment in dieses
eingeleitet wird, besteht dort nicht die Gefahr einer Deformation des Werkstückzentrums;
es wird deshalb empfohlen, während der Grobbearbeitung die zweite Spitze, d.h. die
reitstockseitige Spitze, mit hohem Druck gegen das Werkstück zu pressen.
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tseitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben
sich aus der beigefügten zeichnerischen Darstellung zweier bevorzugter Ausführungsformen
der erfindungsgemässen Spannvorrichtung sowie der nachfolgenden Beschreibung dieser
Ausiührungsbeispiele und des Ablaufs des erfindungsgemässen Verfahrens in seiner
vorteilhaftesten Form; in der Zeichnung zeigen: Fig. 1: einen axia'en Schnitt durch
die Arbeitsspindel und den Reitstock einer ersten Ausführungsform; Fig. 2: einen
Ausschnitt aus Fig. 1 in grösserem Massstab; Fig. 3 die verschiedenen Schritte des
erfindungsgemässen bis 6 : Arbeitsverfahrens; Fig. 7: einen dem linken Teil der
Fig. 2 entsprechenden Schnitt durch die zweite Ausführungsform der erfindungsgemassen
Spannvorrichtung; Fig. 8: eine Vorderansicht einer Drehmaschine mit erfindungsgemässer
Spannvorrichtung, und
Fig. 9: eine Ansicht der Drehmaschine, gesehen
in Richtung des Pfeils "A" inhFig.8.
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Die Fig. 1 zeigt eine Arbeitsspindel 10 einer üblichen Drehmaschine,
die vorn mit einem als Ganzes mit 12 bezeichneten Spannfutter versehen ist. Das
letztere hat ein Gehäuse 14, in dem z.B. drei an der Gehäusestirnseite angeordnete
Spannbacken 16 in üblicher Weise in radialer Richtung verschiebbar geführt sind.
Von diesen drei Spannbacken zeigt die Fig. 1 lediglich eine einzige, da die beiden
anderen bezüglich der Arbeitsspindelachse um jeweils 1200 gegenüber der gezeigten
Spannbacke 16 versetzt und infolgedessen in Fig. 1 nicht sichtbar sind. Der Betätigung
des Spannfutters 12 dient ein doppelt-wirkender und an die Arbeitsspindel 10 angeflanschter
Hydraulikzylinder 18 mit einem Kolben 20 und einem Kolbenstangenrohr 22, welches
über Stifte 24 mit einem im Spannfuttergehäuse 14 in axialer Richtung verschiebbar
geführten Teilring 26 verbunden ist, welcher der Betätigung der Spannbacken 16 dient.
Zu diesem Zweck weist der Teilring an seiner Schrägfläche mehrere T-Nuten 28 auf,
in die eine an der jeweiligen Spannbacke 16 angebiachte urd ein entsprechendes T-Profil
aufweisende Leiste 30 eingreift, so dass durch Verschieben des Keilrings 26 in axialer
Richtung alle Spannbacken 16 synchron und zwangsläufig in radialer Richtung so nach
innen bzw. nach aussen bewegt werden, dass sie stets konzentrisch zur Achse der
Arbeitsspindel 10 sind.
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Am vorderen Ende der Arbeitsspindel 10 ist ein Mitnehmerkopf 32 angebracht,
der eine feste erste Spitze 34 so trägt, dass deren Achse mit derjenigen der Arbeitsspindel
10 zusammenfällt. Ausserdem sind im Mitnehmerkopf 32 z.B. drei bolzenförmige Stirnmitnehmer
36 in axialer Richtung verschiebbar geführt, die an ihren vorderen Enden mit jeweils
einer
Schneide 36a und an ihren hinteren Enden mit jeweils einem
Kopf 36b versehen sind, so dass sie, wenn sie sich ausser Funktion befinden, durch
Rückstellfedern 38 hinter den vorderen Bereich der Spitze 34 zurückgezogen werden.
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Der Betätigung der Stirnmitnehmer 36 dient ein zweiter doppelt-wirkender
Hydraulikzylinder 40 mit Kolben 42 cnc, Kolbenstange 44, welch letztere über eine
Druckplatte t6 die Stirnmitnehmer 36 nach vorn schieben kann.
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Ein als Ganzes mit 50 bezeichneter Reitstock bildet mit seinem rückwärtigen
Teil einen dritten doppelt-wirkenden Hydraulik zylinder 52 und mit seinem vorderen
Teil eine Axialführung für ein Lagergehäuse SL, das an der Kolben stange 56 des
Kolbens 58 des Hydraulikzylinders 52 befestigt ist. Es nimmt Lager 60 auf, in denen
eine zweite Spitze 62 drehbar gelagert ist.
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Wenn nun ein Werkstück 64 mit Zentren 66 und 68 auf der Spitzen 34
und 62 angeordnet ist, 12sps' sich Fit Hilfe des Hydraulikzylinders 52 der Anpressdruck
der beiden Spitzen gegen das Werkstück einstellen.
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Anhand der Fig. 3 bis 6 soll nun das erfinduncsgemässe Verfahren
näher erläutert werden: Zunächst wird ein zu bearbeitendes Werkstück 64 zwischen
die Spitzen 34 und 62 eingesetzt und durch Vorschieben der zweiten Spitze zentriert
(Fig. 3). Dann wird die zweite Spitze 62 entweder drucklos gemacht oder nur noch
mit geringem Druck gegen das Werkstück angelegt, so dass das letztere durch Vorschieben
der Stirnmitnehmer 36 von der ersten Spitze 34 abgehoben werden kann.<sh. Fig.
4).
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Jetzt kann das Werkstück an seinem Umfang zwischen den Spannbacken
16 eingespannt werden (sh. gleichfalls Fig. 4), worauf die Stirnmitnehmer 36 druckentlastet
und weshalb vom Werkstück zurückgezogen werden (sh. Fig. 5). Dan kann das Werkstück
grobbearbeitet, d...h. geschruppt, werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass das
Werkstückzentrum a derjenigen Seite, an der das Antriebsdrehmoment in das Werkstück
eingeleitet wird, durch eine Spitze deformiert werden kann.
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Es empfiehlt sich, während des Schruppens die zweite Spitze 62 mit
hohem Druck gegen das Werkstück anzupressen.
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Nach Abschluss der Grobbearbeitung geht man zweckmässigerweise so
vor, dass man den Anpressdruck der zweiten Spitze 62 reduziert und erst dann das
Spannfutter 12 öffnet, so dass das Werkstück mit geringem Druck wieder auf die erste
Spitze 34 gedrückt wird. Anschliessend werden die Stirnmitnehmer 36 gegen die linke
Stirnfläche des Werkstücks gepresstr so dass dieses bei angetriebener Arbeitsspindel
durch die Stirnmitnehmer mitgenommen wird (sh. Fig. 6).
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Dabei muss die Anpresskraft der Stirnmitnehmer 36 jedoch kleiner sein
als die Axialkraft der zweiten Spitze 62.
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In diesem Zustand erfolgt die Feinbearbeitung, d.h. das Schlichten,
worauf die Stirnmitnehmer zurückgezogen1 das fertig bearbeitete Werkstück durch
einen nicht dcigestellten Greifer erfasst und schliesslich die reitstockseitige
Spitze 62 zurückgezogen wird, so dass sich das Werkstück aus der Drehmaschine abführen
lässt.
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Der in der Fig. 7 dargestellte, arbeitsspindelseitige Tawl einer zweiten
Ausführungsform der erfindungsgemässen Spannvorrichtung soll im folgenden nur insoweit
beschrieben werden, als er von der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform abweicht.
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Bei dieser zweiten Ausführungsform sind Spannbacken 16' unter einem
spitzen Winkel und vorzugsweise unter einem Winkel von 450 zur Arbeitsspindelachse
10' in einem Spannfuttergehäuse 14' verschiebbar geführt. Jede der Spannbacken und
eine der Kolbenstange 22 der ersten Ausführungsform entsprechende Kolbenstange 22'
besitzen eine Verzahnung 16a bzw. 22a, und ausserdem ist für jede der Spannbacken
16' im Spannfuttergehäuse 14' ein Zahnradsegment 26' um eine Achse 24' drehbar gelagert,
welches in die Verzahnung 16a der zugeordneten Spannbacke 16' und in die Verzahnung
22a der Kolbenstange 22' eingreift, so dass durch Verschieben der Kolbenstange die
Spannbacken 16' sämtlich synchron und mit ihren radialen inneren Enden stets konzentrisch
zur Arbeitsspindelachse 10' vorgeschoben und zurückgezogen werden können.
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Jede der Spannbacken 16' trägt an ihrem radial inneren Ende eine angeschraubte
Aufsatzbacke 70' mit einer Spannfläche 72' und einer Schulter 74', welch letztere
zwischen den Stirnmi-tnehmern 36' gegen die eine Stirnseite 64a eines Werkstücks
64' angelegt wird, wenn das Werkstück zwischen den Spannbacken 16' eingespannt wird.
Da die Spannbewegung der Spannbacken 16' eine vom Spannfuttergehäuse 14' wegweisende
axiale Komponente in Richtung der Arbeitsspindelachse 10' besitzt, lässt sich auf
diese
Weise das Werkstück 64' von der Spitze 34' und den Stirnmitnehmern
36' abheben, wenn es zum Schruppen zwischen den Spannbacken 16' eingespannt und
durch diese angetrieben wird.
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Da die Fig. 8 und 9 lediglich dem Zweck dienen sollen, die Anordnung
einer erfindungsgemässen Spannvorrichtung an einer Drehmaschine zu verdeutlichen,
genügt eine kursorische Beschreibung dieser beiden Figuren. Sie zeigen ein Maschinengestell
100 mit einem Spindelkasten 102 und einem sogenannten Schrägbett 104 für ein Kreuzschlittensystem
106, welches einen Werkzeugrevolver 108 trägt. In diesen sind z.B. ein Schruppwerkzeug
110 und ein Schlichtwerkzeug 112 zum Ueberdrehen des Werkstücks 64 eingesetzt, wobei
das Schlichtwerkzeug durch Drehen des Werkzeugrevolvers 108 um die Revolverachse
114 in Arbeitsstellung gebracht werden kann. Die im Spindelkasten 102 drehbar gelagerte
Arbeitsspindel 10 wird über einen Riementrieb 120 von einem Motor 122 angetrieben,
und der Reitstock 50 ist längs einer auf dem Maschinengestell 100 befestigten Führung
124 in Richtung der Arbeitsspindelachse verschiebbar.
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