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BESCHREIBUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Metallbearbeitung und
betrifft ein Verfahren zur spallend-llmformenden Bearbeitung von zylindrischen Werkstückoberflächen
und eine Einrichtung zur Durchführung desselben, und kann bei der Bearbeitung der
zylindrischen Außen- und Innenflächen von Werkstücken wie Wellen und Buchsen verwendet
werden.
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Bekannt sind kombinierte Einrichtungen zur gleichzeitigen Bearbeitung
von zylindrischen Innenflächen mittels eines "schwimmenden" Zweimeißelblocks und
Mehrrollenplanetenumformköpfe (siehe beispielsweise die Prospekte der Firma Högenscheidt11,
BRD). In diesen Binrichtungen sind Mechanismen vorgesehen, die die Meißel des 'schwimmenden"
Blocks in radialer Richtung verschieben, wodurch auf der fertig bearbeiteten Oberfläche
beim Wegführen der kombinierten Einrichtung keine iiängsrisse entstehen.
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Jedoch macht die Einfügung einer Vorrichtung zur Meißellagesteuerung
im "schwimmenden" Block die Konstruktion der Einrichtung sehr kompliziert, setzt
ihre Betriebszuverlässigkeit herab, verhindert die Erzielung einer hohen Bearbeitungsgenauigke
it.
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Bekannt ist ferner ein Verf ahren zur spanend-umformenden Bearbeitung
der Oberflächen von zylindrischen Werkstücken, nach dem die Bearbeitungszugabe von
der Werkstückoberfläche mittels Schneidkräfteflabgehoben werden, welche durch gegenüberliegende
"schwimmende " Meißel des Meißelblocks erzeugt werden, wonach die Werkstücke einer
Bearbeitung durch das bildsame Oberflächenumformen unterzogen werden.
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Die Einrichtung für die Durchführung des bekannten Verfahrens enthält
ein Gehäuse, in dem ein Schneidkopf und ein Umformkopf angeordnet sind. Im Schneidkopf
ist in einer Ebene, die zur Werkstückdrehachse senkrecht ist, ein Meißelhalter mit
gegenüberliegenden Meißeln "schwimmend" angebracht. Der Umformkopf enthält einen
Käfig mit an dessen Kreisumfang gleichmäßig verteilten Kegelrollen und einen
Druckkegel,
der auf die Rollen einwirkt. Da das erwähnte Verfahren eine gleichzeitige Werkstückbearbeitung
mit zwei symmetrisch gegenüberliegenden Schneidkopf-me 1-Beln vorsieht, wird die
Produktivität des Bearbeitungsprozesses insgesamt erhöht und die Bearbeitungsgenautgkeit
dank der verminderten Beeinträchtigung derselben durch den maßverzerrenden ;leißelverschleiß
gesteigert.
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Die Diarnetralmaße des zu bearbeitenden Werkstücks sind von der Feineinstellung
der Meißel, der Größe und der Konstanz der Radialkomponente der Schnittkräfte an
jedem der Meißel, von den Reibungsverlusten des "s¢hwimmenden" Blocks in dessen
Führungen abhängig und übersteigen stets den Abstand zwischen den Spitzen der Meißelschneidkanten.
Dadurch entstehen bei der Rückbewegung (Wegführung) der Einrichtung Risse an der
Oberfläche des bearbeiteten Werkstüoks.
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Leine Feinnachstellung der Meißel des schwimmenden" Blocks erfolgt
in der Regel außerhalb der Werkzeugmaschine durch Radialverschiebung der vorher
losgespannten Meißel, was die Produktivität des Bearbeitungsprozesses herabsetzt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Sinrichtung zur spanend-umformenden Bearbeitung von zylindrischen Werkstückoberflächen
zu schaffen, in denen die Meißel des "schwimmenden" Blocks derart angebracht sind,
daß sie eine stufenlose Feinnachstellung derselben sowohl vor dem Beginn als auch
wahrend des Bearbeitungsvorgangs erlauben sowie eine Wegführung der Einrichtung
ohne deren Abnahme und ohne Beschädigung der fertig bearbeiteten Werkstückoberfläche
ermöglichen.
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Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einem Verfahren
zur spanend-umformenden Bearbeitung von zylindrischen Werkstückoberflächen, das
darin besteht, daß die Bearbeitungszugabe von der Werkstückoberfläche von Meißeln
eines "schwimmenden" Blocks abgehoben wird, die an entgegengesetzten Werkstückseiten
angeordnet werden, wonach das Werkstück einer Bearbeitung durch das bildsame Ober-
flächenumformen
unterzogen wird, erfindungsgemäß die Bearbeitungszugabe mittels Spitzen der Meißelschneidkanten
abgehoben wird, die relativ zueinander in Längsvorschubrichtung versetzt und in
einem unterschiedlichen Abstand von der Werkstüokdrehachse angeordnet sind.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird mit Hilfe einer Einrichtung zur
spanend-umformenden Bearbeitung durchgeführt, die ein Gehäuse hat, in dem ein Schneid-
und ein Umformkopf untergebracht sind, wobei im Schneidkopf in bezug auf die Werkstüokdrehachse
ein Meißelhalter mit Meißeln "schwimmendt' angeordnet ist, die an entgegengesetzten
Werkstückseiten angeordnet werden, in der erfindungsgemäß die Meißel so ausgeführt
und im Meißelhalter auf eine solche Weise angeordnet sind, daß die Spitzen ihrer
Schneidkanten relativ zueinander in Längsvorschubrichtung versetzt sind und während
des Abhebens der Bearbeitungszugabe in einem unterschiedlichen Abstand von der Werkstückdrehachse
liegen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die Einrichtung gestatten es,
die Arbeitsproduktivität dadurch zu erhöhen, daß die Schneideinheit bzw. das bearbeitete
Werkstück nach dem Abschluß der spanenden Bearbeitung und des Oberflächenumformens
ohne deren Abnahme weggeführt werden. Das letztere wird dadurch erreicht, daß die
Diametralmaße zwischen den Meißelspitzen stets größer als der Durchmesser des fertig
bearbeiteten Werkstücks oder kleiner als der Durchmesser der fertig bearbeiteten
Bohrung sind.
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Zur Versetzung der Spitzen der Schneidkanten relativ zueinander können
die Meißel im lUeiBelhalter auf Einlagen unterschiedlicher Dicke angebracht werden,
oder aber können die Schärfschliffmittelpunkte der Schneidkanten des einen I;Teißels
in bezug auf den Schärfschliffmittelpunkt der Schneidkante des anderen meißel verschoben
sein, was es erlaubt, ohne daß die Konstruktion der Schneideinheit verwickelt wird,
die Schneideinheit ohne Beschädigung der fertig bearbeiteten Oberfläche wegzuführen.
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Zweckmäßigerweise wird der Meißelhalter zur Versetzung der Schneidkantenspitzen
relativ zu-
einander im Schneidkopfgehäuse auf einer Führung montiert,
die in Zapfen in bezug auf eine Ebene, die zur Werkstückdrehebene senkrecht ist,
mit Hilfe eines Schraubenpaars drehbar angeordnet wird, dessen Mutter mit der Führung
gelenkig verbunden ist, während die Schraube sich im Schneidkopfgehäuse befindet.
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Zweckmäßigerweise werden die Meißelschneidkanten krummlinig ausgeführt.
Die Meißelschneidkanten können unterschiedlicher Krümmung sein, was die Spaltgröße
zwischen den Meißeln des "schwimmenden' Blocks und dem Sertig bearbeiteten Werkstück
zu erhöhen erlaubt.
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Diese konstruktive Ausführung der Einrichtung zur spanendumformenden
Bearbeitung gestattet es, die Bearbeitungsgenauigkeit dank der Anwendung einer starren
Bauweise des "schwimmenden" Blocks, der ermöglichten Feinnachstellung der Meißel
in bezug auf die Werkstückdrehachse, der vorgesehenen Anwendung von Führurigselementen
zu Beginn der spanenden Bearbeitung zu erhöhen, die Einstellgenauigkeit der Meißel
des "schwimmenden" Blocks ad3erhalb der Werkzeugmaschine dank der ermöglichten genauen
Feststellung des Meißelblocks in axialer und radialer Richtungen zu steigern.
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Im folgenden wird die Erfindung in einer ausführlichen Beschreibung
des erfindungsgemäßenVerfahrens und der erfindungsgemäßen Einrichtung zur spanend-umformenden
Bearbeitung von zylindrischen Werkstückoberflächen unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen erläutert; in den Zeichnungen zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung
der Spitzen der J\eißelschneidkanten, wobei in Fig. la die Versetzung durch Anbringung
von Einlagen, in Fig. lb aber durch Verlagerung des Schärfschliffmittelpunkts der
Meißelschneidkanten erzielt ist; Fig. 2 in schematischer Darstellung eine Einrichtung
zur spanend-wilformenden Bearbeitung von Werkstücken; Fig. 2a in ein Schema des
Abhebens der Bearbeitungszugabe durch Meißel, die an einem Meißelhalter montiert
sind, der in bezug auf die zur Werkstückdrehachse senkrechte Ebene gedreht ist;
Fig.
3 ein Schema des Abhebens der Bearbeitungszugaben mittels verschobener Schneidkantenspitzen;
Fig. 4 Meißel mit Schneidkanten unterschiedlicher Krümmung; Fig. 5 ein Bearbeitungsschema
von zylindrischen Innenflächen mittels Meißeln mit verschobenen Spitzen der Sche
idkanten.
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Das erf ind ungsgemäß e Verfahren zur spanend-umformenden Bearbeitung
von zylindrischen Werkstückoberflächen besteht darin, daß von der Oberfläche eines
in Drehung versetzten Werkstücks B (Fig. 1 - 5) die Bearbeitungszugabe t mittels
in einem "schwimmenden" Block befestigter Meißel 1 und 2 abgehoben wird, die an
den entgegengesetzten Werkstückseiten angeordnet werden, wobei die Spitzen C1 und
C2 der Meißelschneidkanten relativ zueinander um einen Betrag A in Längsvorschubrichtung
versetzt sind, die in Fig. 2, 3,5 durch einen Pfeil S angedeutet ist, so daß die
Spitzen Cl und C2 in unterschiedlichen Abständen rl und r2 von der Werksttickdrehachse
0-0 zu liegen kommen.
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Die Çle ißel des "schwimmenden"Blocks stellt man vor der Bearbeitung
auf die Größe Dp =r1 + r2 ein.
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Dank der Verschiebung der £eißelspitzen C1 und C2 um den Betrag A,
der nach der Größe des Längsvorschubs S gewählt wird, wird bei der Bearbeitung einer
Welle aus dem Werkstück mit einem Durchmesser D, wie dies in Fig. 3 dargestellt
ist, eine Umverteilung der Bearbeitungszugaben tl und t2 erreicht, die mittels der
Meißel 1 und 2 abgehoben werden, und dadurch eine Reduzierung des Bearbeitungsdurchmessers
des Werkstücks bis auf den vorgegebenen Wert d erzielt. Da die Profilhalbmesser
R1 und R2 der MeiBelschneidkanten einander ungleich sind, so läßt sich durch Variierung
der Größe und des Verhältnisses derselben ein unterschiedlicher Effekt des Einflusses
der axialen Verschiebung A der Meißelspitzen auf den Betrag der Diametralmaße des
Werkstücks erzielen.
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Bei der Verschiebung der Spitzen Ol und C2 der Schneidkanten der
Meißel 1 und 2 um den Betrag A nimmt die Belastung des ersten Meißeln 1 und somit
auch die Radial-
komponente der Schnittkraft Py1 ZU. Der "schwimmende"
Block verschiebt sich zum Werkstückdrehmittelpunkt hin so lange, bis ein Gleichgewicht
der wirkenden Kräfte und Reaktionen auftritt, was ungefähr durch die Gleichung KR1.t#=
KR2.t# ausgedrückt wird (worin E Rt 9 Kr@ Xoeffizienten sind, die die Abhängigkeit
der Radialkomponenten der Schnittkraft von der Grösse des Profilhalbmessers und
der Geometrie der Schneidkante eines jeden Meissels charakterisieren, und n ein
Exponent ist), wobei die Spitzen C1 und C2 der Schneidkanten der Meissel 1 und 2
in einem Abstand r1 und r2 von der Werkstückdrehachse O - O ZU liegen kommen.
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Der vorgegebene Bearbeitungsdurchmesser d wird durch den kleinsten
Abstand r2 der formbildenden Meisseispitze von der Werkstückdrehachse O - 0 bestimmt
und ist 2r2 gleich, aber kleiner als Dp = r1 + r2.
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Das erfindungsgemässe Verfahren wird mit Hilfe einer bekannten Einrichtung
ur spanend-umformenden Bearbeitung durchgeführt in deren Gehäuse 3 (Fig. 2) ein
Schneidkopf und ein Umformkopf einer bekannten Bauart angeordnet sind.
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Die Einrichtung wird auf dem Support einer bekannten Werkzeugmaschine
mit der Möglichkeit eines Längsvorschubs S angeordnet.
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Der Umformkopf enthält in einem Käfig untergebrachte Umformrollen
4 und einen Druckkegel 5, der mit den Rollen 4 in Beruhrung steht.
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Im Schneidkopf ist in bezug auf die Drehachse O - 0 des Werkstücks
B ein Meisselhalter 6 mit den Meisse)nl und 2 "schwimmend" angeordnet, die an den
entgegengesetzten Seiten des Werkstücks B angeordnet werden. Die Meissel 1 und 2
sind so ausgeführt und im Meisselhalter 6 auf eine solche Weise angeordnet, dass
die Spitzen C1 und C2 ihrer Schneidkanten um den Abstand A in Längsvorschubrichtung
8 versetzt sind und während des Abhebens der Bearbeitungszugabe in einem unterschiedlichen
Abstand r1 und r2 von der Werkstückdrehachse 0 - O liegen.
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Zur Werkstückbearbeitung werden Meissel mit krumm-
linigen
Schneidkanten angewendet.
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Die Verschiebung der Spitzen C1 und C2 der Schneidkanten der Meißel
1 und 2 relativ zueinanoer kann auf verschiedene Weise vorgenommen werden, d.h.,
auf der in Fig. la, lb, 2, 4 dargestellten Weise. So wird die Verschiebung der Spitzen
Cl und C2 durch Anbringung einer bzw.zwei einlagen 7 und 8 (Fig. la) unterschiedlicher
Dicke erzielt, mit deren Hilfe die Meißel 1 und 2 im Meißelhalter 6 montiert sind.
Bei einer anderen Bauart wird der Meißelhalter 6 im Schneidkopfgehäuse auf einer
Führung 9 (Fig. 2) montiert, die in Zapfen 10 in bezug auf eine Ebene die zur Werkstückdrehebene
0 - O senkrecht ist, drehbar angeordnet wird. In diesem Fall lIegen sich le Meißel
1 und 2 im Meißelhalter gegenüber. Das Drehen der Führung 9 mit dem Meißelhalter
6 erfolgt mit Hilfe eines Schraubenpaares, dessen Mutter 11 mit der Führung 9 gelenkig
verbunden ist und Schraube 12 sich im Schneidkopfgehäuse befindet. Auf der der Anordnungsstelle
des Schraubenpaares entgegengesetzten Seite ist im Gehäuse eine Feder 13 angebracht,
die mit der Führung 9 zusammenwirkt und für die Beseitigung des Spiels im Gewinde
der Mutter 11 sorgt. Zu einer genauen Regelung des Drehens der Führung 9 mit dem
Meißelhalter 6 sind im Schneidkopf ein Anzeiger 14 einer beliebigen bekannten Bauart,
der mit der Führung 9 in Berührung steht, sowie ein Drehanzeiger 15 vorgesehen,
dessen Zeiger mit der Schraube l2 verbunden ist.
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Die Verschiebung der Schneidkantenspitzen C1 und C2 kann auch durch
Anwendung von in einem "schwimmenden" Block angeordneten Meißeln 16 und 17 erzielt
werden, die mit Schneidkanten unterschiedlicher Krümmung ausgeführt sind, wie dies
in Fig. 4 dargestellt ist, oder aber ist zweckentsprechend der Schärfschliffmittelpunkt
der Schneidkante des einen eeißels in bezug auf den Schärfschliffmittelpunkt der
Schneidkante des anderen Meißels verlagert, wie dies in Fig. lb dargestellt ist.
Bei diesen Ausführungsvarianten der Schneidkanten sind die ieißel im Meißelhalter
gegenüberliegend angeordnet.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung arbeitet auf folgende Weise.
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I)ie lvIeißel 1 und 2, in der in Sig. la, 1b, 3, 4 dargestellten
Ausführung und Anordnung im Meißelhalter 6 (d. h. die Spitzen der Meißelschneidkanten
sind relativ zueinander um einen Abstand A verschoben und liegen in einem unterschiedlichen
Abstand r1 und r2 von der Werkstückdrehachse), werden auf den Bearbeitungsdurchmesser
Dp eingestellt. Das Werkstück B mit einem Durchmesser D wird in den Werkzeugmaschinenspitzen
auf die bekannte Weise aufgespannt, dann wird ebenfalls auf die bekannte Weise die
Drehbewegung der Spindel (n U/min) und der Längsvorschub S des die er£indungsgemäße
Einrichtung zur spanend-uin;ormenden Bearbeitung tragenden Supports einescnaltet.
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Bei der Anwendung von Meißeln, die im Meißelhalter gemäß Fig. 2,
2a angeordnet sind, wird eine Nachstellung der Meißel auf das Maß Dp vorgenommen,
während der die Führung 9 mit dem Meißelhalter 6 um einen vorgegebenen Winkel o(
gedreht wird, der eine Verschiebung der Spitzen C1 und C2 der Sciineidkanten der
Meißei 1 und 2 relativ zueinander um den vorgegebenen Abstand A und deren Anordnung
in einem unterschiedlichen Abstand r1 und r2 von der Werkstüokdrehaohse gewährleistet.
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Während der Arbeit der Einrichtung zur spanend-umfor menden bearbeitung
wird infolge der Verschiebung der Spitzen C1 und C2 der Meißelschneidkanten (Fig.
1 - 4) um den Abstand A voneinander und deren Anordnung in einem unterschiedlichen
Abstand r1 und r2 von der Werkstückdrehaohse eine Umverteilung der von den Meißeln
abgehobenen Bearbeitungszugaben tl und t2 herbeigeführt und ein Werkstück mit dem
vorgegebenen Durchmesser d erzeugt, der stets kleiner als Dp sein wird, d.h., es
gesohieht eine Einstellung der Meißel. Dies ermöglicht es, bei der Wegführung des
Schneidkopfs keine Spuren auf der bearbeiteten Werkstückoberfläche zu hinterlassen.
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Das Oberflächenumformen der Werkstücke erfolgt mittels Rollen 4 auf
die bekannte Weise.
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In Fig. 2a ist die Bearbeitung einer Welle mit Hilfe eines Zweimeisselblocks
dargestellt, bei der die Meisselverschiebung um den Betrag A1 bei der Meisseiblockeinstellung
auf die Grösse Dp p = ra + r2 durch Drehen des Meisselblocks um einen Winkel α
erzielt wird, wodurch eine Ämderung des Werkstückmasses von D zu dA1 stattfindet,
so dass dA1 < Dp.
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In Fig. 5 ist das Bearbeitungsschema einer Bohrung mit Hilfe eines
schwimmenden Zweimeisselblocks bei der Versetzung der Spitzen C1 und C2 der Schneidkanten
um den Betrag Ä in dem Werkstück mit einem Bohrtingsinnendurchmesser D dargestellt.
Die Bearbeitungszugabe t1 wird mittels des Meissels 1, dann die Bearbeitungrsugabe
t2 mittels des Meissels 2 abgehoben, wobei das erzeugte Diametralmass d= 2r2. Da
der Meisselblock vor dem Bearbeitungsbeginn auf die Grösse D 5 r1 + r2 eingestellt
ist und die Bearbeitungszugabe so abgehoben worden war, dass r1 > r2, wird der
erzeugte Bohrungsdurchmesser d kleiner als die zwischen den Meisseln eingestellte
Grösse D p sein, so dass der Meisselblock aus der Bohrung ungehindert her ausgeführt
werden kann.
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Die Anwendung der vorliegenden Erfindung gestattet es, die Bearbeitungsgenauigkeit
und -produktivitlit dank der ermöglichten massrichtigen Nachstellung während und
nach der Beendigung der Funktion des Meisselblocks zu erhöhen, und erlaubt es, den
Meisselblock ohne Beschädigung der fertig bearbeiteten Werkstückoberfläche herauszuführen.