DE3940181A1 - Verfahren und vorrichtung zum abdrehen von werkstuecken - Google Patents

Description

Beim spanabhebenden Abdrehen von Werkstücken kommt es ins­ besondere beim Schruppdrehen von langspanenden Werkstoffen vor, daß sich endlose Späne bilden. Diese müssen dann für deren Entsorgung von Hand gestückelt werden. Derartig lange Späne sind auch ein Sicherheitsrisiko, indem sie sich um drehende Teile wickeln und damit Sach- und Personen­ beschädigungen herbeirufen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abhilfe für das Schruppdrehen von langspanenden Werkstoffen zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei einer gleichmäßigen Abdrehbewegung ein Span mit homogener Abmessung, insbesondere mit gleichbleibender Dicke, erzeugt wird, der, wenn er aus einem eher plastischen Werkstoff besteht, nicht leicht bricht. Wird nun aber der Abdrehfluß von Zeit zu Zeit gestört, so daß der Span an der Stelle eine verminderte Dicke erhält, kann der Span beim Zusammen­ legen oder im Verlauf des Abdrehvorganges an der Stelle brechen.

Die Störung des Abdrehflusses kann gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung durch impulsartige Stoßbewegungen herbeige­ führt werden, die der Abdrehbewegungen überlagert werden. Damit ergibt sich eine kurzzeitige Verschiebung des Werk­ zeugs am Werkstück, die eine Änderung der Spangeometrie hervorruft.

Die Stoßbewegung wird vorzugsweise vom Werkzeug bzw. der Werkzeughalterung ausgehend durchgeführt. Es ist aber auch möglich, die Stoßbewegung mittels der rotierenden Halterung für das zu bearbeitende Werkstück auszulösen, indem die Halterung beispielsweise mit einem Führungsstück versehen wird, das nach jeder Umdrehung über eine gestellfeste Nocke geführt wird.

Die Erfindung erstreckt sich auf eine bevorzugte Vorrich­ tung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Ver­ fahrens. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht in einer Halterung für das Schneidwerkzeug, die mit Mitteln ausge­ stattet ist, mit denen das Schneidwerkzeug impulsartig oder stoßartig bewegt werden kann. In periodischen Abständen lösen die Mittel einen Stoß auf das Schneidwerkzeug aus, derart, daß das Werkzeug an der Bearbeitungsstelle wenige Zehntel mm von seiner normalen Position verschoben wird. Diese Verschiebung erfolgt vorzugsweise in Umfangsrichtung des abzudrehenden Werkstücks in oder entgegen der Bearbei­ tungsrichtung.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Schneidwerkzeug schwenkbar in der Halterung gelagert, wobei die Stoßbewegungen mit elektromagnetischen, hydraulischen oder mechanischen Mitteln ausgelöst werden können.

Eine einfache Ausführung besteht in einem motorangetriebenen Mechanismus, mit einer rotierenden Plankurvenscheibe, die auf das Werkzeug bzw. ein Aufnahmestück für das Werkzeug einwirkt.

Vorzugsweise sind zwei parallel miteinander verbundene Plan­ kurvenscheiben vorgesehen, zwischen denen ein Führungsteil der Werkzeughalterung gleitend gehalten wird und wobei die Kurve in der Form einer Nocke in der einen Scheibe mit zuge­ höriger Nut in der zweiten Scheibe besteht. Die Plankurven­ scheiben werden vom Motor mit einer vorbestimmten Geschwin­ digkeit angetrieben. Das zwischen den Plankurvenscheiben zwangsgesteuerte, schwenkbar gelagerte Führungsteil für das Schneidwerkzeug wird darin gleitend geführt. Nach jeder Umdrehung erfährt das Führungsteil beim Durchfahren der Nocken-Nut-Kurve eine kurze Schwenkbewegung, durch die im Span eine Schwachstelle eingebracht wird.

Als Gleitmittel zwischen den Plankurvenscheiben und dem Führungsteil des Werkzeugs sind vorzugsweise Pendelkugel­ lager vorgesehen.

Um eine rasche Auswechselmöglichkeit des Werkzeugs zu ge­ währleisten, ist ein Schwenkhebel vorgesehen, der schwenk­ bar in der Halterung gelagert ist und dessen eines Ende mit den Schwenkmitteln zusammenwirkt und an dessen anderes Ende das Werkzeug lösbar, z. B. mittels Schrauben befestigt wird.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 die Bearbeitungsstelle an einem Werkstück,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1,

Fig. 3 ein Detail aus Fig. 2 und

Fig. 4 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Werkzeug­ halterung,

Fig. 5 und 7 je einen Längsschnitt eines zweiten Aus­ führungsbeispieles einer Werkzeughalterung und

Fig. 6 ein Detail aus Fig. 5.

In Fig. 1 ist ein Abschnitt eines zylindrischen Werk­ stücks 10 gezeigt, das mittels eines Werkzeugs 11 abgedreht wird. Das Werkstück 10 wird zu diesem Zweck um die Z-Achse gedreht, während das Werkzeug in Richtung der Z-Achse ver­ schoben wird. Beim Drehen, insbesondere Schruppdrehen eines Werkstücks 10 aus einem nicht spröden Material, formt sich der Span 12 zu einer endlosen Spirale, die insbesondere bei höherer Steifigkeit bei der Entsorgung Schwierigkeiten bereitet. Der lange Span 12 muß daher von Hand zerstückelt werden.

Um hier Abhilfe zu schaffen, wird erfindungsgemäß der - durch die Rotation und Schubbewegung des Werkstücks 10 verursachten - Relativbewegung zwischen Werkzeug 11 und Werkstück 10 in gewissen Zeitabständen eine kurze, impuls­ artige oder stoßartige Bewegung überlagert. Dadurch ver­ ändert sich kurzzeitig die Orientierung bzw. Stellung zwischen Werkzeug 11 und Werkstück 10, mit der Folge einer Konfigurationsänderung des Schnittes und folglich des Spanes 12. Zur Verdeutlichung ist der in Fig. 1 eingekreiste Bereich in Fig. 2 vergrößert dargestellt. Im normalen Ver­ lauf des Abdrehvorganges folgt die Hartmetallplatte 13 des Werkzeugs 11 der gestrichelt gezeichneten Linie 14 am Werk­ stück 10. Durch eine Schwenkbewegung um die Achse 22 ver­ setzt sich die Ansatzstelle der Werkzeugspitze radial um einen Abstand d, der geringer ist als die Spandicke a. Durch die Überlagerung dieser Bewegung mit dem Vorschub 37 folgt die Hartmetallspitze 19 dem mit Pfeilen 19′ gezeigten Verlauf. Der an dieser Stelle erzeugte Span 12 hat eine auf a-d=b reduzierte Dicke. Nach der Stoßbewegung befindet sich das Hartmetall 13 wieder an der Ursprungslinie 14.

Wie in Fig. 3 näher dargestellt, erhält der Span 12 eine Einkerbung 18 und damit eine Schwachstelle 17, an der der Span leicht brechen kann. Durch Auslegung der Nocken-Nut- Kurve in Abstimmung mit den Drehgeschwindigkeiten des Ab­ drehvorganges und der Plankurvenscheiben 34, 35 läßt sich die Einkerbungstiefe (d) und -breite (18 oder 18′) bestim­ men. Je nach Anwendungsfall, Material und Verstaumöglich­ keiten wird die Stoßbewegung in größeren oder kleineren Zeitabständen durchgeführt. Die Stoßbewegung erfolgt vor­ nehmlich in der Weise, daß eine Verschiebung des Hart­ metalls 13 am Werkstück 10 erfolgt, ohne daß sich das Hart­ metall 13 vom Werkstück 10 absetzt. Die Stoßbewegung sollte in der Umfangsebene des Werkstücks 10 liegen und der Richtung des Abdrehverlaufes folgen, d. h. kurzzeitig dem Abdrehvorgang vorauseilen, oder in entgegengesetzter Richtung, d. h. dem Abdrehvorgang nachlaufend erfolgen.

Die Stoßbewegung kann entweder vom Werkstück 10 oder vom Werkzeug 11 aus ausgelöst werden, wobei entweder die Werk­ stückhalterung oder die Werkzeughalterung entsprechend gelagert und mit entsprechenden Mitteln ausgestattet wird, mit denen in vorgegebenenen Zeitabständen eine Stoßbewegung erzeugt werden kann. Es ist dabei unerheblich, ob der axiale Vorschub von der Werkzeughalterung oder Werkstückhalterung erfolgt.

Nachstehend werden Ausführungen beschrieben, bei denen eine Stoßbewegung im Werkzeug ausgelöst wird. Die Aus­ führungen bestehen in einer Vorrichtung, die in das Spann­ futter, die Spannplatte oder dergleichen einer Drehmaschine einspannbar ist und am freien Ende das Werkzeug bzw. die Hartmetallplatte trägt und im übrigen einen Mechanismus zur Einleitung einer Stoßbewegung des Werkzeugs enthält.

Anhand der Fig. 4 wird eine Vorrichtung im allgemeinen beschrieben. Die Vorrichtung 20 zur Halterung des Werk­ zeugs 11 ist mittels einer Spannplatte 21 gestellfest mit einer nicht näher dargestellten Drehmaschine verbunden. Das in Seitenansicht gezeigte Werkzeug 11 ist in der Vor­ richtung 20 um eine Achse 22 schwenkbar gelagert, die senk­ recht zur Werkstückachse Z verläuft. Das in die Vor­ richtung 20 hineinragende Ende des Werkzeugs 11 steht in Zusammenwirkung mit einem Mechanismus 23, der einerseits das Werkzeug 11 in seiner normalen Arbeitsposition ver­ ankert und andererseits das Werkzeug 11 in eine kurze Schwenkbewegung 25 um die Achse 22 versetzen kann. Ausge­ löst wird die Schwenkbewegung durch eine Steuerkraft 26 und eine Rückstellkraft 27, die mechanisch, elektro­ magnetisch oder hydraulisch auferlegt werden können. Durch die Steuerkraft 26 wird die Spitze der Hartmetallplatte 13 in Abdrehrichtung 37 geschwenkt. Durch die Rückholkraft 27 kehrt sie wieder in die normale Arbeitsposition zurück.

In den Fig. 5 bis 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer derartigen Vorrichtung 20′ gezeigt. Die Hartmetall­ platte 13 wird von einem Aufnahmeteil 11′ gehalten, das mittels Schrauben 30 lösbar an einem Schwenkhebel 31 be­ festigt ist. Der Schwenkhebel 31 ist um eine Achse 22′, die senkrecht zur Werkzeugachse Z verläuft, schwenkbar gelagert und trägt an seinem freien Ende 32 ein Gleitlager 33. Der die Stoßbewegung auslösende Mechanismus 23′ besteht im wesentlichen aus zwei parallel zueinander angeordneten und starr miteinander verbundenen Plankurvenscheiben 34 und 35, die mittels einer Antriebswelle 36 in Drehbewegung gebracht werden können. Zwischen den Plankurvenscheiben 34, 35 ist das freie Ende 32 des Schwenkhebels 31 samt den Gleit­ lagern 33 gleitend eingespannt. Die Plankurvenscheiben 34, 35 sind parallel zur Schwenkachse 22′ des Schwenkhebels 31 gerichtet, so daß bei einer Drehbewegung der Plankurven­ scheiben 34, 35 der Schwenkhebel 31 und damit die Hart­ metallplatte 13 in der normalen Betriebsstellung zwangs­ geführt sind, in der der Abdrehvorgang durchgeführt wird.

Für die Einleitung einer Stoßbewegung über den Schwenk­ hebel 31 hat die eine Plankurvenscheibe 35 einen radial gerichteten Nocken 40, der auf der zweiten Plankurven­ scheibe 34 einer radial gerichteten Nut 41 zugeordnet ist. Der Nocke 40 und die zugehörige Nut 41 sind im Querschnitt in Fig. 6 gezeigt, der Schnitt ist in Fig. 5 mit der Linie VI-VI angedeutet. Wird das Gleitlager 33, beispielsweise ein Pendelkugellager, über die Nocken-/Nut-Stelle 40, 41 geführt, dann wird das freie Ende 32 des Schwenkhebels 31 um den Betrag der Nockenhöhe um die Achse 22′ geschwenkt. Dementsprechend wird die Hartmetallplatte 13 entgegen der Vorschubrichtung 37 des Werkzeugs geschwenkt und entfernt sich kurzzeitig radial um einige µm vom zuvor abgedrehten Werkstückumfang 45, während die Drehbewegung 46 des Werk­ stücks 10 und die Schubbewegung 37 des Werkzeugs 20′ sich fortsetzen.

Nach dem Durchlaufen der Nocken/Nut-Stelle kehrt die Hart­ metallplatte 13 wieder in ihre normale Arbeitsposition zurück. Die Hartmetallplatte 13 könnte auch in die Gegen­ richtung, d. h. in Richtung des Vorschubs 37 geschwenkt werden. Dazu wäre das Plankurvenscheibenpaar nur 180° zu verdrehen.

Der Abtrieb der Welle 36 für die Plankurvenscheiben 34, 35 erfolgt über ein Schneckenrad 38 und eine Schnecke 39 mittels eines Elektromotors 44. Der Motor 44 ist in Fig. 7 gezeigt, in der ein Längsschnitt der Vorrichtung 20 dar­ gestellt ist, der senkrecht zum Längsschnitt nach Fig. 5 gerichtet ist. Der Elektromotor 44 ist Bestandteil der gesamten Vorrichtung 20 zur Halterung des Werkzeugs 11′, 13.

Claims (11)

1. Verfahren zum Abdrehen von Werkstücken aus langspanendem Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß der Abdrehfluß in Zeitabständen kurzzeitig gestört wird, derart, daß der Span (12) eine Sollbruchstelle (17) erhält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Abdrehvorganges der Bewegung des Systems (10, 11) eine Stoßbewegung überlagert wird, mit der die Spandicke (b bzw. a) verändert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoßbewegung mit dem Werkzeug (11, 13) durchgeführt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Halterung (20) für ein Schneid­ werkzeug, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (20′) mit Mitteln (23, 23′) ausgestattet ist, mit denen das Schneidwerkzeug (11′, 13) impulsartig bewegt werden kann.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidwerkzeug (13, 11 bzw. 11′) schwenkbar in der Halterung (20, 20′) gelagert ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß elektromagnetische oder hydraulische Mittel (23) zum Auslösen einer Stoßbewegung des Werk­ zeugs (11, 11′, 13) vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Mittel zum Auslösen einer Stoß­ bewegung des Schneidwerkzeugs (11′, 13) ein motor­ angetriebener Mechanismus (23′) vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Mechanismus (23′) aus einer motorangetriebenen Plankurvenscheibe (34, 35) besteht, die auf das Abdrehwerkzeug (11′, 13) wirkt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Plankurvenscheiben (34, 35) vorgesehen sind, zwischen denen das Schneidwerkzeug (13, 11′, 31) gleitend zwangsgeführt ist und wobei die Kurven in der Form einer Nocke (40) in der einen Planscheibe und einer der Nocke gegenüberliegenden Nut (41) in der zweiten Planscheibe (34) bestehen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Gleitmittel zwischen dem Schneidwerk­ zeug (13, 11′, 31) und den beiden Plankurvenschei­ ben (34, 35) ein Gleitlager (33), insbesondere Pendel­ kugellager, vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schneidwerkzeug (13, 11′) und den Mitteln (23′) zum Auslösen der Stoß­ bewegung (37) ein Schwenkhebel (31) vorgesehen ist, an dem das Schneidwerkzeug lösbar befestigt ist.