-
TECHNISCHES
GEBIET
-
Diese
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Anzahl von
sich in Längsrichtung
erstreckenden Schlitzen in der Bohrung eines Bauteils gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 (siehe
US 5,390,408 ).
Ein Beispiel für
ein derartiges Bauteil ist das Buchsenelement von einem Drehschieber
für eine
Automobil-Servolenkung. Insbesondere ist die Erfindung auf ein Verfahren
zum Minimieren der Gratbildung der Schlitzkanten des Buchsenelements gerichtet.
-
STAND DER
TECHNIK
-
Der
Stand der Technik, der der vorliegenden Erfindung am nächsten kommt,
ist der, der durch US-Patent 5,328,309 (Bishop u.a.), US-Patent 5,292,214
(Bishop u.a.) abgedeckt ist. Diese zum Stand der Technik gehörenden Dokumente
beziehen sich auf "Räummaschinen", die Schlitze in
der Bohrung von Ventilbuchsen für
Servolenkgetriebe herstellen. Der Aufbau dieser Maschinen erfordert,
daß jeder
der Schlitze aus der Bohrung eines gedrehten Rohlings durch ein
fingerartiges Schneidwerkzeug herausgestoßen wird, das an einer Schneidspindel montiert
ist, die sich um eine Achse im Winkel in einer Folge von immer tiefergehenden
Schnitten und Rückführhüben hin-
und herbewegt, um Schlitze in Form von (üblicherweise) geschlossenen
Kammern zu bilden, die bogenförmig
oder teilweise bogenförmig
im Längsschnitt
sind. Die Buchse wird in einem Werkstückspannfutter gehalten, das
seinerseits in einer Werkstückhaltespindel
angebracht ist, und das eine Drehachse hat, die senkrecht zu und
in Bezug auf die Schneidspindelachse versetzt ist. Durch genaues
Zustellen der Werkstückhaltespindel
bei Beendigung jeder Nut wird die erforderliche Anzahl von Schlitzen
präzise
in der Buchse ausgearbeitet, und zwar üblicherweise 4, 6, 8, 10 oder
12 Schlitze für
die meisten automobilen Anwendungen.
-
Ein
Problem, das mit der Schlitzbildung einhergeht, ist die Tendenz
für Bohrungsmaterial
an den Kanten jedes herausgearbeiteten Schlitzes einen Grat zu bilden.
Sobald eine Anordnung von Schlitzen in der Bohrung einer Buchse
herausgearbeitet worden ist, kann eine Bohrungsendbearbeitung durch ein
Bohrwerkzeug vorgenommen werden. Ein derartiges Verfahren ist in
dem US-Patent 5,390,408 (Bishop u.a.) beschrieben. Bei diesem Vorgang
muss das Bohrwerkzeug jedoch die Grate an den Schlitzkanten in Drehrichtung
wegdrücken,
was dazu führt, daß Gratmaterial
von einer Kante der Schlitze in jedem Schlitz überhängt. Für eine typische Schlitzbreite
von beispielsweise 4,5 mm kann der Überstand des Grats in der Größenordnung
von 30 bis 70 μm sein.
-
Ein
Problem mit den Schlitzkantengraten besteht darin, daß sie die "Verstärkungssteuerung" beeinflussen und
das Geräusch
erhöhen,
das während des
Betriebs des Servolenkventils erzeugt wird. Es hat sich herausgestellt,
daß die
zuvor genannten Einschränkungen
der Schlitzausarbeitung von Buchsen Einschränkungen für die Gestaltung von Lenkventilen
zur Folge hatten und es ist daher ein Ziel der Erfindung, die Situation
dadurch zu verbessern, daß die entstehenden
Grate an den Schlitzkanten so klein wie möglich gehalten werden.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Ein
erster breiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Herausarbeiten von zumindest einem sich in Längsrichtung erstreckenden Schlitz
in einer Bohrung eines Bauteils, umfassend die Schritte des Festhaltens
des Bauteils in einer Spannvorrichtung einer Werkzeugspannvorrichtung,
Durchführen
eines ersten Schneidvorgangs, bei dem der Schlitz in die Bohrung
durch eine Reihe von aufeinanderfolgend tiefergehenden Schneidhüben eines
Schneidwerkzeugs geschnitten wird, Durchführen eines Bohrvorganges in
der Bohrung des Bauteils, wobei der Bohrvorgang ausgeführt wird,
während
das Bau teil in der Spannvorrichtung gehalten wird, dadurch gekennzeichnet,
daß während das
Bauteil in der Spannvorrichtung gehalten wird, der Schlitz einem
zweiten Schneidvorgang ähnlich
dem ersten Schneidvorgang unterworfen wird.
-
Vorzugsweise
ist der mindestens eine in Längsrichtung
verlaufende Schlitz eine Anordnung von parallelen, in Längsrichtung
verlaufenden Schlitzen, die im Winkel um die Bohrung angeordnet
sind, und wobei die Werkzeugspannvorrichtung auf einer schrittweise
vorstellbaren Werkzeughaltespindel montiert ist, wobei nach dem
ersten und zweiten Schneidvorgang für jeden Schlitz ein Zustellen
der Werkzeughaltespindel folgt.
-
Vorzugsweise
wird während
des Bohrvorganges und des zweiten Schneidvorganges das Bauteil an
der selben Stelle und in der selben Ausrichtung wie bei dem ersten
Schneidvorgang gehalten.
-
Vorzugsweise
wird nach dem Bohrvorgang für
die Bohrung und während
das Bauteil in der Spannvorrichtung gehalten wird, die Werkzeughaltespindel
vorzugsweise um einen kleinen Betrag vor dem Schneidvorgang im Uhrzeigersinn
oder gegen den Uhrzeigersinn gedreht.
-
Vorzugsweise
wird das erste Schneidwerkzeug für
den zweiten Schneidvorgang verwendet.
-
Vorzugsweise
verwendet der zweite Schneidvorgang ein zweites Schneidwerkzeug,
das größer als
das erste Schneidwerkzeug ist.
-
Vorzugsweise
sind die ersten und zweiten Schneidwerkzeuge beide auf dem gleichen
Werkzeugkopf montiert.
-
KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Die
vorliegende Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung
mit den beiliegenden Zeichnungen erläutert, in denen:
-
1 eine
perspektivische Schnittdarstellung einer Schlitzmaschine gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist.
-
2 ist
ein vertikaler Teilquerschnitt durch eine Buchse mit einem Schlitz,
der geschlossene Enden hat, in Bezug auf das Schneidwerkzeug der
in 1 dargestellten Maschine.
-
3(a), 3(b) und 3(c) zeigen Querschnittsansichten von einem Schlitz
in einer Buchse entlang der Linie II-II nach einem ersten Schneidvorgang,
einem Bohrvorgang bzw. einem zweiten Schneidvorgang.
-
AUSFÜHRUNGSART
DER ERFINDUNG
-
1 zeigt
eine Schlitzmaschine, die eine Buchse 1 in einer Spannvorrichtung 2 einer
Werkzeughaltespindel 3 hält, die sowohl zur Drehung
als auch zur axialen Verschiebung auf einer Maschinenbasis 4 montiert
ist. Ein Schneidwerkzeug 5 ist an einem Arm 6 befestigt,
der sich von der Schneidspindel 7 erstreckt. Die Schneidspindel 7 schwenkt über einen
Winkel von etwa 45° hin
und her und das Schneidwerkzeug 5 ist in seiner obersten
Stellung dargestellt. Die Schneidspindel 7 ist zur Drehung
um eine Achse 8 in einem Spindelträger 9 gelagert, der seinerseits
um eine Achse 10 in einer Schneidkapsel 11 gelagert
ist. Die typische Winkeloszillation des Spindelträgers 9 beträgt etwa
8°.
-
Die
Nockenantriebsanordnung zur Erzeugung der Hin- und Herbewegung für das Schneidwerkzeug 5,
das in der Schneidkapsel 11 untergebracht ist, wird hier
nicht beschrieben, da sie vollständig
in dem US-Patent 5,292,214 (Bishop u.a.) offenbart ist. Der Zustellmechanismus
kann ein mechanischer Nockenantrieb sein, wie er in dem oben genannten
Stand der Technik beschrieben ist, oder ein geeigneter, numerisch
gesteuerter Servorantriebsmechanismus, der eine relative geradlinige
Horizontalbewegung zwischen der Schneidkapsel 11 und der Buchse
ausführt,
wodurch er ein Mittel darstellt, um das Schneidwerkzeug 5 während eines
Schneidvorgangs nach innen zu bewegen.
-
Die
Werkzeughaltespindel ist ebenfalls zur axialen (vertikalen) geradlinigen
Bewegung vorgesehen, die im Betrieb ähnlich der in dem oben genannten
Stand der Technik nach US-Patent
5,328,309 (Bishop u.a.) ist, oder alternativ ein geeigneter numerisch
gesteuerter Servoantrieb. Dadurch kann die Buchse in axialer Richtung
von dem Schneidwerkzeug weg bewegt werden.
-
In
einer anderen, nicht dargestellten Ausführungsform kann die relative
vertikale geradlinige Bewegung zwischen der Werkzeughaltespindel
und dem Schneidwerkzeug dadurch erreicht werden, indem eine vertikal
bewegbare Schneidkapsel vorgesehen wird.
-
Die
Schlitzmaschine weist eine Bohranordnung 20 auf, deren
Funktion ähnlich
wie die der Bohranordnung gemäß US-Patent
5,390,408 (Bishop u.a.) ist und die darin näher beschrieben wird. Die Bohranordnung 20 weist
eine verschiebbare Hohlwelle 21 auf, deren Achse genau
fluchtend mit den Lagern gearbeitet ist, die die Werkzeughaltespindel 3 in
der Maschinenbasis 4 halten. Die Hohlwelle 21 umfasst
eine drehbare Bohrstange 30, an der ein Bohrwerkzeug 22 montiert
ist. Wenn das Schneidwerkzeug 5 aus dem Weg bewegt ist,
kann ein Bohrvorgang in der Buchse 1 durchgeführt werden,
wobei die Werkzeughaltespindel 3 stillgehalten und ein
sich drehendes Bohrwerkzeug 22 in die Bohrung der Buchse 1 bewegt
wird. In einer anderen Ausführung kann
die Bohrstange 30 nicht-rotierend gehalten werden, während die
Werkzeughaltespindel 3 durch einen (nicht gezeigten) Motor
gedreht wird, um die Bohrwirkung zu erzielen.
-
2 zeigt
die Buchse 1 in Bezug auf das Schneidwerkzeug 5,
wenn ein bogenförmiger
Schlitz 12 mit geschlossenen Enden erzeugt werden soll. Zur
leichteren Beschreibung erläutert
diese Ausführungsform
die Herstellung einer Anordnung von Schlitzen, bei der jeder Schlitz ähnlich wie
der Schlitz 12 ist. Es wird jedoch darauf hingewiesen,
daß das erfindungsgemäße Verfahren
auch für
Schlitze einsetzbar ist, die unterschiedliche Formen haben, wie dies
in der Australischen Provisional Patent Application Nr. PN6288 vom
31. Oktober 1995 mit dem Titel "Bauteil
und Verfahren zu dessen Herstellung" und in der Australischen Provisional
Patent Application Nr. PO06247 vom 26. Juni 1996 mit dem Titel "Geschlitztes Bauteil
und Verfahren zu dessen Herstellung" beschrieben ist.
-
In
einem ersten Schneidvorgang wird eine Anordnung von Schlitzen 12 mit
geschlossenen Enden in die Bohrung einer Buchse 1 geschnitten,
wobei das Schneidwerkzeug 5 jeden Schlitz durch eine Folge
immer tiefer gehender Schneidhübe
herausarbeitet. Die Werkzeughaltespindel 3 und damit die
eingespannte Buchse 1 werden vor dem Schneiden jedes Schlitzes
genau positioniert. Nachdem alle Schlitze geschnitten sind, wird
die Bohranordnung 20 verwendet, um einen Bohrvorgang durchzuführen, während die
Buchse 1 in der Spannvorrichtung 2 der Werkzeughaltespindel 3 an
der gleichen Stelle und in der gleichen Ausrichtung wie während des
ersten Schneidvorgangs gehalten wird. Nach dem Ende des Bohrvorgangs
wird das Schneidwerkzeug 5 verwendet, um einen zweiten
Schneidvorgang auszuführen, und
zwar ebenfalls während
die Buchse 1 in der Spannvorrichtung 2 der Werkzeughaltespindel 3 an der
gleichen Stelle und in der gleichen Ausrichtung wie während des
ersten Schneidvorgangs gehalten wird. Dieser zweite Schneidvorgang
vermindert die Gratbildung an den Seitenkanten der Schlitze, indem die
Grate entfernt werden, die über
den Schlitzen hängen,
und zwar aufgrund des ersten Schneidvorgangs und des anschließenden Bohrvorgangs.
-
3(a) zeigt den Schlitz 12 in der Buchse 1 im
Querschnitt nach dem ersten Schneidvorgang. Als Folge des ersten
Schneidvorgangs haben sich Grate an den Kanten 14, 15 des
Schlitzes 12 gebildet, die sich radial in die Bohrung der
Buchse erstrecken.
-
3(b) zeigt den Schlitz 12 in der Buchse 1 im
Querschnitt nach dem Bohren. Als Folge des Bohrens, wobei die Bohrstange 30 in
Richtung des Pfeils B gedreht wird, oder wenn die Bohrstange 30 nicht-drehbar
gehalten und die Werkzeugspindel in Richtung entgegengesetzt zum
Pfeil B gedreht wird, dann wurde der Grat an der Kante 14 umgebogen und
ragt nun über
den Schlitz 12, während
der Grat an der Kante 15 im Wesentlichen entfernt ist.
-
3(c) zeigt den Schlitz 12 an der Buchse 1 im
Querschnitt nach dem zweiten Schneidvorgang. Als Folge des zweiten
Schneidvorgangs ist der verbliebene Grat an der Kante 14 praktisch
vollständig entfernt.
-
Ein
zusätzlicher
Schritt des Verdrehens der Werkzeughaltespindel um einen kleinen
Betrag, entweder im Uhrzeigersinn und/oder gegen den Uhrzeigersinn
während
die Buchse eingespannt bleibt, kann nach dem Abschluss des Bohrvorgangs
und vor dem zweiten Schneidvorgang vorgenommen werden. Dieser kleine
Zustellschritt kann in der Größenordnung
von 0,05° liegen
und gestattet es dem Schneidwerkzeug 5, die Seite des Schlitzes
während des
zweiten Schneidvorgangs abzuziehen.
-
In
einer anderen Ausführungsform
kann der zweite Schneidvorgang so durchgeführt werden, dass man ein Schneidwerkzeug
von geringfügig
größerer Breite
als das Schneidwerkzeug für den
ersten Schneidvorgang einsetzt. Um einen solchen Schneidvorgang
durchzuführen,
kann ein Maschine mit zwei oder mehreren unabhängigen Schneidwerkzeugen verwendet
werden. Eine derartige Schneidanordnung mit zwei Schneidwerkzeugen,
die an einem gemeinsamen Werkzeugkopf montiert sind, ist in der
zuvor genannten Australischen Provisional Patent Application Nr.
PO0647 beschrieben, auf deren Offenbarung hiermit Bezug genommen
wird.
-
Durch
einen zweiten Schneidvorgang nach dem Bohren des mit Schlitzen versehenen
Buchsenelements in der zuvor beschriebenen Weise hat es sich herausgestellt,
dass sich die "Verstärkungssteuerungs"-Eigenschaften verbessern
und das "Zischen" während des
Betriebs eines montierten Servolenkventils vermindert, weil die
Grate an den Schlitzkanten reduziert sind.
-
Es
wird darauf hingewiesen, dass der Fachmann zahlreiche Veränderungen
und Abwandlungen an der Erfindung vornehmen kann, ohne den Sinn und
Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.