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Vielstahldrehbank zum gleichzeitigen Längs- und Plandrehen Die Erfindung
bezieht sich auf eine Drehbank zum gleichzeitigen Längs- und Plandrehen. Bei einer
solchen Maschine ergeben sich die nachstehenden Forderungen: i. bequemes Ein- und
Ausspannen der Werkstücke, 2. gute Sichtbarkeit der Drehstahlschneiden und Zugänglichkeit
zum Auswechseln der Drehstähle, 3. guter Späneablauf mit großem Spänesammelraum,
q.. gute Schnittdruckaufnahme durch die Werkzeugträger, 5. Ausschalten der Beeinträchtigung
der Drehgenauigkeit durch die Schnittdruckkräfte.
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Bei den meisten bekannten Drehbänken zum gleichzeitigen Längs- und
Plandrehen, Vielstahlbänke genannt, sind die Drehstähle einander gegenüberliegend
zum umlaufenden Werkstück angeordnet. Vom Bedienungsstand der Maschine gesehen,
liegen die Schneidstähle zum Langdrehen mit nach oben gerichteter Spanfläche, über
welche der Span abläuft, vor dem Werkstück und die zum Plandrehen notwendigen Schneidstähle
mit nach unten gerichteter Spanfläche hinter dem Werkstück, so daß der Winkel der
am Werkstückkreis angesetzten Schneidenspitzen vom Langdrehstahl zum Plandrehstahl
i8o'" einschließt. Diese Anordnung besitzt verschiedene Nachteile. Einmal baut der
vorn liegende Langdrehsupport von Drehmitte bis Bedienungsstand so weit aus, daß
sich die Werkstücke nur mit ausgestreckten Armen ein- und ausspannen lassen. Zum
anderen ist die Beobachtung der Drehstahlschneiden, besonders der hinten liegenden
Plandrehstähle mit nach unten gerichteten Spanflächen infolge ihrer großen Entfernung
vom Bedienungsstand der Maschine, schwierig. Ferner hat sich seit dem Aufkommen
der Hartmetallstähle der weitere Mißstand bemerkbar gemacht, daß der Raum für den
Ablauf der Späne zu eng und der
anschließende Sammelraum für die
Späne zu klein ist.
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Durch Änderung der Lage der Supporte bzw. des Winkels der am Werkstückkreis
angreifenden Schneidenspitzen wurden diese Mängel zu mildern versucht. Bei einer
bekannten Ausführungsform wurden, vom Bedienungsstand gesehen, die Plandrehstähle
gegenüber den waagerechten, vorn am Werkstück angreifenden Langdrehstühlen hinter
dem Werkstück über der Werkstückmitte mit einer Neigung von 45 bis 6o° am Werkstückkreis
angesetzt. Diese Anordnung vergrößerte sowohl die Spanfallöffnung als auch den Spänesammelraum.
Außerdem konnten nun die Schneiden der Plandrehstähle besser beobachtet werden,
das unbequeme Hinwegheben der ein- und auszuspannenden Werkstücke über den vorn
liegenden, bei Vorhandensein der Kegel- oder Kopiervorrichtung besonders weit ausladenden
Langdrehsupport blieb jedoch bestehen.
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Weitere Bauarten von Vielstahlbänken zeigen senkrecht von oben angreifende
Langdrehstühle oder Plandrehstühle und waagerecht von hinten angreifende Plandrehstühle
oder Langdrehstühle; in beiden Fällen schließt der Winkel der Schneidenspitzen in
Werkstückdrehrichtung 9o° ein. Diese Ausführungsformen brachten sehr bequemes Ein-und
Ausspannen der Werkstücke und großen Spänesammelraum, verhinderten aber die Sichtbarkeit
der hinten liegenden Stähle.
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Die drei ersten Forderungen - bequemes Ein-und Ausspannen des Werkstückes,
gute Sichtbarkeit der Schneidenspitzen, großer Spänekanal mit Spänesammelraum -
erfüllte die ebenfalls bekannte Anordnung, bei der, vom Bedienungsstand aus gesehen,
die Langdrehstühle mit nach unten gerichteter Spanfläche hinter dem Werkstück schräg
von oben angreifen und die Plandrehstühle mit nach oben gerichteter Spanfläche vorn
schräg von unten am Werkstückkreis angesetzt sind, wobei der Winkel in Drehrichtung
des Werkstückes von Schneidenspitze zu Schneidenspitze ungefähr i8o'° beträgt. Hier
wurde erstmalig die Erkenntnis vorteilhaft verwertet, daß ein Plansupport wesentlich
kürzer gebaut werden kann als ein Langdrehsupport, weil letzterer zwei Bewegungen
ausführen muß, und zwar die Planbewegung zum Zustellen der Stähle und die Längsbewegung
für den Vorschub, die bei der hohen Beanspruchung des Langdrehsupportes besonders
kräftige Quer- und Längsführungen sowie reichliche Bemessung des Bettquerschnittes
zur .'#ufrnahm-e der Schnittdrücke erfordern. In vielen Fällen muß der Langdrehsupport
mit einer Kegel- oder Kopiereinrichtung ausgestattet werden, die seine Ausladung
noch vergrößert. Hierbei mußte aber der Nachteil in Kauf genommen werden, daß der
bei Vielstahlarbeiten besonders hoch beanspruchte Langdrehsupport durch den Schnittdruck
vom Supportträger (Bett) abgehoben wird. Die außerhalb des Supportträgers wirkende
Schnittdruckresultierende beansprucht den Supportträger und dessen Gleitbahnen in
ungünstiger Weise auf Verdrehung und Biegung. Außerdem hängt der Langdrehsupport
mit seinem Obersupport bei Schnittdruck nur an den untergreifenden Leisten bzw.
deren Befestigungsschrauben. Die Folge davon ist ein Wegfedern des Langdrehsupportes,welches
besonders bei schlagenden Werkstücken mit unterbrochenem oder ungleichmäßigem Schnittzerstörend
auf die Schneiden der teuren Hartmetallwerkzeuge wirkt und außerdem ungenaue und
unrunde Werkstücke erzeugt. Ein weiterer Nachteil dieser Bauart ist ferner, d@aß
der Drehdurchmesser der Werkstücke gegenüber den anderen Bauarten auf ungefähr die
Hälfte beschränkt ist, weil die Supportführungen des Langdrehsupportes und des oberen
Schiebers nahe an die Schneidenspitzen und damit an den Durchmesser des Werkstückes
herangeführt werden müssen, um die Schnittdruckkräfte aufzufangen. Hier ist also
auf die Erfüllung der vierten Forderung zugunsten der drei ersten Forderungen verzichtet
worden, wobei außerdem noch die Beschränkung des Drehdurchmessers in Kauf genommen
wurde.
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Wenn schon nicht eine aller bekannten Vielstahldrehbänke die vier
ersten Forderungen befriedigend erfüllt, so ist bei keiner die Erfüllung der fünften
Forderung in Verbindung mit den vier ersten Forderungen zu finden. Um die -vier
ersten Forderungen zu erfüllen, ist erfindungsgemäß bei links umlaufender Spindel
der Längsdrehstahl im hinteren oberen Quadranten des Werkstückes im nach vorn gemessenen
Abstand von höchstens t8o'° von dem im vorderen unteren Quadranten mindestens 3ö°'
vor dem tiefsten Punkt angreifenden Plandrehstahl angeordnet. Durch die Erfindung
wird ermöglicht, daß die besonders hohen, auf den Längsdrehstahl wirkenden Schnittkräfte
unmittelbar vom Oberschieber, Längsdrehsupport und Bett als reine Druckkräfte aufgenommen
werden. Diese Teile werden also, im Gegensatz zu der bekannten Bauart mit umgekehrt
angeordnetem Längsstahl, nicht zusätzlich auf Verdrehung und Biegung beansprucht.
Auch kommt die bisher notwendige Beschränkung des Drehdurchmessers in Wegfall.
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Wenn die fünfte Forderung bisher bei keiner bekannten Vielstahldrehbank
bewußt befriedigt wurde, vor allem nicht unter gleichzeitiger Erfüllung der vier
ersten Forderungen, so ist der Grund darin zu suchen, daß den Quellen, welche die
Drehgenauigkeit beeinträchtigen und Zittermarken hervorrufen, bis jetzt nicht nachgegangen
worden ist. Es werden deshalb erstmalig Ursache und Wirkung dieser unerwünschten
Erscheinungen beschrieben und die Mittel zu deren Beseitigung genannt.
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Zur Erklärung der fünften Forderung sei- erwähnt, daß die Lang- und
Plandrehstühle niemals genau gleichzeitig in Schnitt kommen. Bei der überwiegenden
Anzahl Vielstahldreharbeiten kommen die Plandrehstühle erst dann zum Schneiden,
wenn die Längsdrehstähle-schon im Schnitt stehen. Diese Tatsache liegt darin begründet,
daß in fast allen Fällen die Langdrehwege größer sind als die Plandrehwege. In dem
Augenblick, in dem die Plandrehstühle zum Schnitt kommen, drückt oder biegt sich
das Werkstück entgegengesetzt der auf
die Planstähle wirkenden S,chnittdruckrichtung
weg. Während das Wegdrücken des Werkstückes durch die Lagerspiele der Arbeitsspindel
und der mitlaufendenReitstockspitze begrenzt ist, in der Praxis aber mindestens
einige hundertstel Millimeter beträgt, hängt die Größe der Durchbiegung des zwischen
Spitzen eingespannten Werkstückes von der Gestalt und Festigkeit des Werkstückes
ab und kann mehrere zehntel Millimeter betragen. Die Folge davon ist, daß beispielsweise
bei um i8d° gegenüberliegend angreifenden Stählen das Werkstück durch den Plandrehstahl
in die Langdrehstühle gedrückt wird, wodurch an allen Teilen des Werkstückes, die
eigentlich von den im Schnitt stehenden Langdrehstühlen zylindrisch gedreht werden
sollten, ein Absatz entsteht. Der Werkstückdurchmesser ist also beispielsweise vor
dem Eingriff der Plandrehstühle größer und vom Eingriff der Plandrehstühle ab kleiner.
Abgesehen davon wird fast immer durch unterschiedlichen Spanquerschnitt und schwankende
Festigkeit des zu zerspanenden Werkstoffes während des Plandrehens fortlaufend die
Größe der Durchbiegung (wegfedern, wegdrücken) des Werkstückes verändert, so daß
am Werkstück nicht nur Absätze entstehen, sondern die zylindrisch seinsollenden
Teile mit schwankendem Durchmesser oder konisch gedreht werden. Diese Erscheinung
verhindert in allen Fällen, wo genaue Dreharbeit verlangt wird, das gleichzeitige
Längs- und Plandrehen und zwingt zu der Arbeitsweise des Nacheinanderarbeitens,
d. h. zuerst längs zu drehen und erst nach Vollendung des Längsdrehweges und Absetzens
der Langdrehstühle vom Werkstück mit dem Plandrehen zu beginnen. Das bedeutet aber
nichts anderes, als die Drehzeit wesentlich zu verlängern.
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Erfindungsgemäß bleibt der Vorteil des gleichzeitigen Längs- und Plandrehens
ohne die Nachteile ungenauer Dreharbeit dadurch erhalten, daß bei links umlaufender
Spindel der Längsdrehstahl im hinteren oberen Quadranten des Werkstückes in einem
solchen nach vorn gemessenen Winkel vom Plandrehstahl angeordnet ist, daß sich das
Werkstück unter dem Schnittdruck des Plandrehstahles parallel zur Tangente durchbiegt,
die am Werkstück im Angriffspunkt des Längsdrehstahles angelegt ist. Durch Versuche
erhärtete Nachrechnungen haben ergeben, daß der vorstehende Eigenschaft hervorrufende
Winkel von der Schneidenspitze eines Plandrehstahles zur Schneidenspitze eines Langdrehstahles
in Drehrichtung des Werkstückes etwa i 5o° beträgt, wobei eine Toleranz bis zu ±
15-°1 praktisch noch tragbar ist.
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Die fünfte Forderung ist also beispielsweise erfüllt, wenn der Längsdrehstahl
ganz oben am Werkstück und der Plandrehstahl im vorderen unteren Quadranten 15a
über dem tiefsten Punkt angreift. Diese Anordnung erfüllt gleichzeitig voll und
ganz die Forderungen des bequemen Ein- und Ausspannens der Werkstücke, der guten
Zugänglichkeit der Drehstähle zum Auswechseln, des guten Späneablaufs mit großem
Spänesammelraum und der richtigen Schnittdruckaufnahme durch die Werkzeugträger.
Nicht ganz so vollendet ist die-Forderung der Sichtbarkeit der Planstahlschneide
erfüllt. Immerhin braucht man sich nur wenig zu bücken, um auch diese deutlich zu
erkennen.
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Da bei jeder möglichen Ausführungsform der Erfindung der Langdrehsupport
immer schräg oder senkrecht von oben zum Werkstück angeordnet ist, würde er durch
sein eigenes Gewicht gegen das Werkstück fallen, um die Größe des Spieles der Längsführung.
Überwiegt der Schnittdruck in Schaftrichtung des Stahles das Eigengewicht des Langdrehsupportes,
so wird der Support um das Führungsspiel angehoben. Übertrifft das Gewicht des Langdrehsupportes
den Schnittdruck, so fällt der Support mit der Langdrehstahlschneide gegen das Werkstück.
Bei bestimmten Spanquerschnitten und schwankenden Schnittdruckkräften würde der
Support ins Schwimmen geraten, weil die Gleitführung praktisch auf die Dauer nicht
spielfrei gehalten werden kann. Das Schwimmen des Langdrehsupportes würde die Genauigkeit
des längs zu drehenden Werkstückes beeinträchtigen. Erfindungsgemäß wird das Schwimmen
des Langdrehsupportes dadurch verhindert, daß das Gewicht des zum Werkstück schräg
oder senkrecht von oben angeordneten Langdrehsupportes durch Federn, welche auf
die Führungsleiste drücken und deren Druck durch Schrauben einstellbar ist, überwiegend
aufgehoben ist. Zweckmäßigerweise werden die Federn durch die Schrauben so eingestellt,
daß der Federdruck das Gewicht und die Reibungskräfte des Langdrehsupportes überwiegt,
damit der Langdrehsupport auch im -Leerlauf immer sicher gegen die den Schnittdruck
aufnehmende Gleitführung gepreßt wird.
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In den -Zeichnungen sind verschiedene Ausführüngsheispiele der Erfindung
veranschaulicht, und zwar zeigt Fig. i die Anordnung der Schneidenspitzen am Werkstückkreis
und die Lage des Zahneingriffes für den Antrieb der Arbeitsspindel zur Schneidenspitze
des Langdrehstahles vom Reitstock gegen den Spindelkasten gesehen, Fig. 2 den Grenzfall
einer Ausführungsform mit senkrecht von oben am Werkstück angreifender Schneidenspitze
des Langdrehstahles, Fig.3 einen anderen Grenzfall mit waagerecht von vorn angreifender
Schneidenspitze des Plandrehstahles.
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Vom Bedienungsstand i der Drehbank gesehen ist in Fig. i beispielsweise
die Schneidenspitze des Langdrehstahles 2 hinter dem Werkstück 3 und 5o'°' oberhalb
der durch die Werkstückmitte gehenden Waagerechten q. am Werkstückkreis angeordnet,
und die Spitze des Plandrehstahles 5, ist vor dem Werkstück 3 20° unterhalb der
durch die Werkstückmitte gehenden Waagerechten q. am Werkstückkreis angesetzt. Die
Drehrichtung des Werkstückes 3 ist durch den Drehpfeil 6 angegeben. Der Winkel zwischen
der Schneidenspitze des Plandreh-Stahles 5 und des Langdrehstahles 2 beträgt in
Drehrichtung des Werkstückes i5o°. Der Pfeil ? gibt die Schnittdruckrichtung (Resultierende)
an,
welche auf den Planstahl wirkt. Das Werkstück 3 wird in entgegengesetzter
Richtung 8 weggedrückt. Die am Werkstückkreis 3 durch die Schneidenspitze des Langdrehstahles
2 fallende Tangente g verläuft parallel zur Schnittdruckrichtung 7, welche auf den
Plandrehstahl 5 wirkt, also auch parallel zur entgegengesetzten Richtung 8, in der
sich das Werkstück 3 wegdrückt. Die Winkel a und ß sind mit 6o° zu den Auflageflächen
der Drehstähle angenommen. Der Pfeil io gibt die Richtung der Schnittdruckresultierenden
an, die auf den Langdrehstahl 2 wirkt. Der Plansupport ist der Einfachheit halber
als Schwenksupport i1 dargestellt, kann aber selbstverständlich, wie in Fi:g. 2
veranschaulicht, als Schiebersupport ausgebildet sein. Der Langdrehsupport 12 gleitet
auf dem Bett 13 und trägt den Oberschieber f4., mit dem die Langdrehstähle 2 an
das Werkstück herangefahren werden. 15 stellt eine Kegel- oder Kopierdreheinrichtung
beliebiger und bekannter Ausführung dar zum Formdrehen in Längsrichtung. 16 bezeichnet
den weiten Spänefallkanal mit Spänesammelraum.
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Im Spindelkasten 17 befindet sich das mit der nicht näher dargestellten
Arbeitsspindel verbundene Zahnrad 18, welches vorn Zahnritzel ig in Richtung des
Drehpfeiles 6 angetrieben wird.
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Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß das Werkstück, wenn die Stähle
abgehoben sind, bequem aus- und einzuspannen ist. Alle Schneidenspitzen der Drehstähle
sind gut sichtbar. Der Drehspan 31 am Langdrehstahl läuft über die nach oben gerichtete
Spanfläche seitlich ab und fließt, durch die Drehrichtung des Werkstückes begünstigt,
in den großen Spänesammelraum. Ebenso fällt der über die nach unten gerichtete Spanfläche
des Plandrehstahles gleitende Drehspan 32 unmittelbar in den Spänesammelraum 16.
Der auf die Langdrehstähle in Richtung io wirkende Schnittdruck wird vom Oberschieber
14, Langdrehsupport 12 und Bett 13 unmittelbar aufgefangen, ohne diese Teile auf
Biegung oder Verdrehung zu beanspruchen.
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Bei dem in Fig. 2 dargestellten Grenzfall greift die Langdrehstahlschneide
2 senkrecht von oben an. Die auf die Planstahlschneide 5 wirkende Schnittdruckresultierende
7 ist hier beispielsweise mit einer Winkelabweichung ß = 450' zur Auflagefläche
des Planstahles angenommen. Damit nun die am Werkstück 3 durch die Schneidenspitze
des Langdrehstahles 2 verlaufende Tangente g parallel zur Resultierenden 7 bzw.
parallel zu dem in entgegengesetzter Richtung B sich wegdrückenden Werkstück 3 verläuft,
beträgt der Winkel von der Schneidenspitze des Plandrehstahles 5 zur Schneidenspitze
des Langdrehstahles 2 in Werkstückdrehrichtung 6 135". Damit der Langdrehsupport
spielfrei geführt ist, wird sein Eigengewicht durch Federn 22, welche gegen die
Führungsleiste 23 drücken und durch Schrauben 24 gespannt werden können, überwiegend
aufgehoben, so daß er immer an der Fläche 25 zur Anlage kommt. Der Späneabfluß vom
Langdrehstahl2 wird bei dieser Anordnung gerade noch genügen, weil die meisten Späne
und sich bildenden Späneschlangen durch die Drehrichtung des Werkstückes in den
Spänesammelraum geleitet werden. Notfalls kann vor den Stahlschneiden der Langdrehstähle
ein Schutzblech angebracht werden, an dem sich die Späne stoßen, auf das Werkstück
fallen und durch dessen Drehrichtung in den Spänesammelraum geschleudert werden.
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Bei dem in Fig. 3 gezeigten weiteren Grenzfall greift der Plandrehstahl
5, vom Bedienungsstand i gesehen, vor dem Werkstück 3 auf der Waagerechten .¢, welche
durch die Drehmitte geht, am Werkstückkreis an. Je nach Richtung der auf die Planstahlschneide
5 wirkenden Schnittdruckresultierenden 7 bzw. Größe des Winkels ß kann der Winkel
von Planstahlschneide 5 zur Langstahlschneide :2 in Werkstückdrehrichtung 6 135
bis 165' betragen.
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Es ist gleichgültig, welche von den zahlreichen möglichen Ausführungsarten
bei der Gestaltung einer Vielstahldrehbank zugrunde gelegt wird; die fünfte Forderung
ist theoretisch immer nur dann erfüllt, wenn der Winkel von der Planstahlschneide
5 zur Langdrehstahlschneide 2 in Drehrichtung 6 des Werkstückes 3 die Summe ß -i-
go° ergibt. Da Winkel ß mindestens 45' und höchstens 75° betragen kann, so wird
der Winkel von Plandrehstahlschneide zur Langdrehstahlschncide mindestens i35° und
höchstens 165°' betragen, was einem mittleren Winkel von 150°i entspricht.