WO1988000513A1 - Process and device for producing turned parts from rods - Google Patents

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Drehteilen ab Stange.

Die vorliegende Erfindung betrifft einerseits ein Verfahren gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, mittels wel¬ chem profilierte Drehteile, die beidseitig rechtwinklige Flanken aufweisen können, ab Stange ohne Decolletage-Opera- tion direkt durch Schleifen hergestellt werden können.

Andererseits betrifft die vorliegende Erfindung eine Vor¬ richtung zur Durchführung dieses Verfahrens, gemäss Patent¬ anspruch 8.

Es ist bekannt, bezüglich ihrer Längsachse symmetrische pro¬ filierte Drehteile mittels Decolletage ab Stange, das heisst ab einer in der Regel runden Querschnitt aufweisenden unge¬ härteten Stahlstange, herzustellen. Derartige Teile können, sofern an ihre Masshaltigkeit und Achssymmetrie hohe Anfor¬ derungen gestellt werden, nach dem Decolletieren und gegebe¬ nenfalls einem Härten, noch auf Mass geschliffen werden.

Dieses traditionelle Verfahren, das unter anderem in der Uh¬ renindustrie und Feinmechanik weit verbreitet ist, weist un¬ ter anderen den grossen Nachteil auf, dass aufgrund der re¬ lativ hohen Werkzeugabnützung die decolletierten oder ge¬ drehten Teile einer Serie relativ grosse Massunterschiede aufweisen, die es gegebenenfalls im Rahmen nachfolgender SchleifOperationen auszugleichen gilt. Durch die Verwendung von Hartmetallwerkzeugen hat man versucht, diesen bekannten Nachteil so weit als möglich zu eliminieren. Uebrig geblie¬ ben ist aber ein weiterer Nachteil dieses Herstellverfah¬ rens: zum Nachschleifen der Schneidewerkzeuge müssen diese aus der Decolletagemaschine ausgebaut und nachträglich wie¬ der eingebaut und neu justiert werden, was zeitaufwendig ist und das sonst an sich kostengünstige Herstellverfahren von Massenteilen verteuert. Durch die Massdifferenzen der Dreh¬ teile ein und derselben Serie wird auch ein eventuell nach¬ folgendes auf Mass schleifen der gehär-teten oder ungehärte¬ ten Teile schwierig, muss doch die Schleifscheibe, insbeson¬ dere bei sehr feinen Drehteilen, sehr langsam an diese her¬ angefahren werden, denn ihre Rohmasse sind von Stück zu Stück unterschiedlich. Das führt auch dazu, dass der Schleifvorgang, speziell wenn hochpräzise Teile gefertigt werden müssen, vom Schlei beginn bis zum Ausfeuern unter¬ schiedlich lang wird oder sich von Stück zu Stück unter¬ schiedliche Schleiftiefen ergeben, was wiederum problema¬ tisch sein kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grun¬ de, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, mit¬ tels welchen die Nachteile der herkömmlichen Fertigung von Drehteilen ab Srange «überwunden werden und kostengünstig hochpräzise achssymmetrische profilierte Drehteile ab Stange herstellbar sind. _*

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe einerseits durch ein Verfahren gelöst, wie es Patentanspruch 1 definiert.

Andererseits durch eine Vorrichtung gemäss Patentanspruch 8.

Dank der Erfindung ist es demnach erstmals möglich, ratio¬ nell und wirtscha lich hochpräzise achssymmetrische Dreh¬ teile ab Stange nur durch Schleifen herzustellen. In vielen Fällen kann dadurch ein nachträgliches auf Mass schleifen entfallen. Zudem können bereits gehärtete Stähle verarbeitet werden, was ein nachträgliches Härten und Nachschleifen der Drehteile erübrigt.

Weitere Vorteile und Details der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung und der dieser zugeordneten Zeichnung hervor. Darin wird die Erfindung an einem speziell schwieri- gen Massenteil mit lotrechten Einstichen und Enden näher er¬ läutert.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht dieses Drehteiles in vergrössertem Massstab,

Fig. 2 schematisch die Anordnung eines ersten Teiles der er- findungsgemässen Vorrichtung, in welcher ein erster Arbeits¬ gang des erfindungsgemassen Verfahrens zur Herstellung des Drehteiles vorgenommen wird, von oben her gesehen,

Fig. 3 schematisch die Anordnung eines zweiten Teiles der erindungsgemässen Vorrichtung, in welcher ein zweiter Ar¬ beitsgang des erfindungsgemassen Verfahrens zur Herstellung des Drehteiles vorgenommen wird, von oben her gesehen, und

Fig. 4 eine Anordnung der erfindungsgemassen Vorrichtung, in welcher die beiden Teile der Vorrichtung zusammengefasst sind^' und das Drehteil gleichzeitig durch zwei Profilschleif¬ scheiben bearbeitet wird.

Fig. 1 zeigt in vergrössertem Massstab ein Drehteil, wie es mittels dem erfindungsgemassen Verfahren in der ebenfalls erfindungsgemassen Vorrichtung alleine durch Schleifen aus einer Stange von Rundstahl erzeugbar ist. Angenommen, ein derartiges Drehteil soll eine Länge von ca 50 mm und einen mittleren Durchmesser von ca 4,8 mm aufweisen, der auf 0,005 mm genau geschliffen werden muss und seine Enden sollen ei¬ nen maximalen Schlag von 0,001 mm aufweisen. Zudem sollen die beiden Teilenden 1' und 10 sowie der Absatz 5 und der Freistellungsübergang 6, aber auch die Flanke 8 der Nut 7, absolut lotrecht zur Längsachse A des Drehteils stehen.

Mit herkömmlichen Techniken und Herstellverfahren ist ein solches Drehteil nicht in einer einzigen Bearbeitung her¬ stellbar, insbesondere, wenn die Oberflächen des Drehteils fein geschliffen sein müssen. Dank der Erfindung ist ein solches Drehteil-aber vollautomatisch ab Stange herstellbar, womit offensichtlich wird, welch enorme Verbesserungen die Erfindung in der Serienfertigung auch schwieriger hochprä- zieser Drehteile gegenüber den heutigen Herstellverfahren bringt. Wie er-sichtlich weist das dargestellte Drehteil zy¬ lindrische Teile, bei denen es sich um einen Endzapfen 1, eine Freistellung 2, einen grossen Durchmesser 3 und einen kleinen Durchmesser 4 handelt, und präzise im rechten Winkel zu der Längsaches A des Drehteiles zu schleifende Flächen, nämlich ein Teilende 1', einen Absatz 5, einen Freistel¬ lungsübergang 6, eine Nutenflanke 8 und ein Teilende 10, auf. Der kleine Durchmesser 4 ist durch eine Nut 7 vom gros¬ sen Druchmesser 3 abgesetzt und die Nut 7 weist, wie er¬ wähnt, einseitig eine rechtwinklige Nutenflanke 8 und -auf der anderen Seite eine geneigte Phase 9 auf.

Der Fachmann erkennt, dass es sich bei diesem für die Illu¬ stration der vorliegenden Erfindung gewählten repräsentati¬ ven Drehteil um ein ausserordentlich anspruchsvolles Teil handelt, das mit den herkömmlichen Verfahren und mit den herkömmlichen Mitteln ausserordentlich schwierig zu fertigen ist und dessen Serienfertigung mittels dem herkömmlichen Verfahren des Decolletierens und schrittweisen Schleifens der unterschiedlichen Durchmesser, Absätze, Flanken und Win¬ kel teuer zu stehen kommt, muss es doch mehrmals unter¬ schiedlich eingespannt und bearbeitet werden. Dieses an¬ spruchsvolle Teil eignet sich aber sehr gut dazu, die Vor¬ teile und Möglichkeiten der gegenständlichen Erfindung ge¬ genüber den herkömmlichen Herstellverfahren solcher Teile darzulegen.

Für die Beurteilung der Vorteile, die die vorliegende Erfin¬ dung gegenüber dem Stand der Technik bringt, ist davon aus- zugehen, dass bei jedem zum Stand der Technik gehörenden Verfahren zur Herstellung eines solchen Drehteiles zuerst mittels einer Decolletage-Operation ein Rohling aus einer ungehärteten Stahlstange herausgedreht wird, worauf dieser Rohling gehärtet und im Rahmen von mehreren einzelnen Schleif-Operationen, bei denen zuerst in einer ersten Ein- spannung des Rohlings der Endzapfen 1, die Freistellung 2 und der grosse Durchmesser 3 sowie das Teilende 1 '^•, der Ab¬ satz 5 und der Freistellungsübergang 6, dann, in einer zwei¬ ten Einspannung des Drehteils, der kleine Durchmesser 4 und die Nutenflanke 8 sowie das Teilende 10 geschliffen werden. Dabei ist es nahezu unmöglich, die geforderte Achsparalleli¬ tät mit dem als maximal zulässig bezeichneten Schlag sicher¬ zustellen, denn für das Zylindrischschleifen der Freistel¬ lung 2 und des Absatzes 3 ist der Rohling anders einge¬ spannt, als für das Schleifen des kleinen Durchmessers 4.

In Flg. 2 erkennt man eine Stange 13 von Rundmaterial, das ungehärteter oder gehärteter Stahl sein kann, welche Stange 13 durch eine erste Spannzange 14 eines Werzeugspindelstoc- kes 15 hindurch vorgeschoben wird und aus dem heraus die Drehteile in Serie herauszuformen sind. Der ersten Spannzan¬ ge 14 gegenüber ist auf der selben Achse B eine zweite Spannzange 16 in einem Synchron-Werkzeugspindelstock 17 an¬ geordnet, in die die Stange 13, resp. ein noch mit der Stan¬ ge 13 verbundener Drehteil 18 bis an einen einstell- und verstellbaren Anschlag 19 heran eingeführt ist. Vorteilhaf¬ ter Weise sind der Werkzeugspindelstock 15 und der Syn¬ chron-Werkzeugspindelstock 17 Bestandteile einer NC-gesteu- erten Schleifmaschine, die eine automatische Steuerung aller Arbeitsabläufe und -gänge ermöglicnt.

Ferner erkennt man in Fig. 2 eine Profilschleifscheibe 20 und eine Stützlünette 21. Die Achse B, die die Zwischen¬ spannzangenachse darstellt und mit der Längsachse A des aus der Stange 13 herauszuschleifenden Drehteiles zusammenfällt, ist gegenüber der durch den Doppelpfeil C illustrierten Vor¬ schubachse der Profilschleifscheibe 20 nicht in einem rech¬ ten Winkel angeordnet, sondern liegt geneigt dazu. Die Dre¬ hachse D der Profilschleifscheibe 20 ist gegenüber der Längsachse A des Drehteiles 18, resp. gegenüber der Zwi¬ schenspannzangenachse B, in gleichem Masse geneigt. Eine Neigung von ca 10° hat sich bewährt und ermöglicht es, mit entsprechend geneigten Teilen der Profilschleifscheibe 20, senkrecht zur Längsachse A des Drehteils zu stehen kommende Flächen, wie z.B. das Teilende 1', den Absatz 5 und den Freistellungsübergang 6 korrekt rechtwinklig zur besagten Längsachse A des Drehteiles zu schleifen.

Vorteilhafterweise ist die Profilschlei scheibe 20 so ausge¬ legt, dass sie in einem Arbeitsgang, möglicherweise aber im Rahmen mehrerer Einstiche, den Endzapfen 1, die Freistellung 2 und den grossen Durchmesser 3_> sowie gleichzeitig die an diese Durchmesser angrenzenden rechtwinkligen Flächen, hier den Absatz 5 und den Freistellungsübergang 6 eines ersten Drehteils 18* und das Teilende 1' des bereits in die zweite Spannzange 16 vorgeschobenen, bis auf das Teilende 1' fertig bearbeiteten Drehteils 18 schleift. Der kleine Durchmesser 4 kann bei dieser Gelegenheit vorgeschliffen werden. Dieser könnte aber auch an einem weiteren Drehteil, der noch im we¬ sentlichen in der ersten Spannzange 14 liegt, vorgeschliffen werden. Um zu verhindern, dass der in Bearbeitung stehende Drehteil 18', der ja von dem sich bereits in der zweiten Spannzange 16 befindlichen fertigen Drehteil 18 abgetrennt ist, aus der Achse B herausgedrückt wird, was zu Massfehlern führen würde, ist die Stützlünette 21 entsprechend angeord¬ net.

In einem zweiten Arbeitsgang mit unverändert eingespannter Stange 13 können, wiederum möglicherweise im Rahmen mehrerer Einstiche, gemäss Fig. 3 die Nutenflanke 8 und das Teilende 10 durch eine zweite Profilschleifscheibe 20' geschliffen - werden. Bei gleicher Gelegenheit kann der kleine Durchmesser 4 fertiggeschliffen werden. Die Profilschleifscheibe 20' ist, wie die Profilschleifscheibe 20, gegenüber der Längs¬ achse A des Drehteiles 18 geneigt angeordnet, wobei aller¬ dings diese Neigung ihrer Drehachse D' gegenüber der Lo¬ trechten zur Zwischenspannzangenachse B spiegelbildlich zu jener der Profilschleifscheibe 20 ist.

Sobald der in Bearbeitung stehende Drehteilrohling 18' fer¬ tig vorgeschliffen ist und das Teilende 1' des Drehteils 18 ebenfalls fertiggeschliffen ist, wird vorteilhafterweise die zweite Spannzange 16 im Synchron-Werkzeugspindelstock 17 ge¬ öffnet und so zurückgefahren, dass der teilweise in sie ein¬ geführte und von der Stange 13 getrennte Drehteil 18 mittels des Anschlags 19 aus ihr herausgestossen werden kann, bevor die Stange 13 so weit vorgeschoben wird, bis der noch mit ihr verbundene Drehteil 18' an die Stelle des Drehteiles 18 in die zweite Spannzange 16 eingefahren wird. Dann, even¬ tuell nach einem vorgängigen Abziehen der Profilschleif¬ scheiben 20 und 20', erfolgt wiederum der hiervor beschrie¬ bene zweiteilige Schleifvorgang, bei welchem ein weiterer Drehteil vorgeschliffen und das Drehteil 18' fertiggeschlif¬ fen wird.

Es kann angezeigt sein, einen kritischen Durchmesser des Dreh-teiles während des Schleifvorganges mittels eines Durchmessermesskopfes 22 zu überwachen, derart, dass der Profilscheibenvorschub in Abhängigkeit dieses Teilemasses gesteuert werden kann.

Die gemäss obiger Schleifoperation erzeugten Drehteile 18 sind, ^'sofern sie aus gehärteten Stangen 13 herausgeschliffen sind, fertig bearbeitet und benötigen keine Nachbearbeitung mehr. Auch wenn die Drehteile 18 aus ungehärteten Stangen 13 herausgeschliffen werden, sind sie wesentlich masshaltiger und deren Oberflächen feiner, als wenn sie mittels einer De- colletageoperation hergestellt worden wären. Dennoch kann es notwendig sein, sie nach einem Härten fertig zu bearbeiten, um die gewünschte Präzision garantieren zu können. In einem solchen Fall wird man daher die Drehteile 18 zumindest teil¬ weise mit Uebermassen versehen, die erst anlässlich des Schleifens auf Mass abgetragen werden.

Es kann vorteilhaft sein, die beiden Arbeitsgänge, wie sie anhand der Fig. 2 und 3 beschrieben sind, in einen einzigen Arbeitsgang zusammenzufassen, derart, dass mit den zwei ein¬ ander gegenüber stehenden Profilschleifscheiben 20 und 20' gleichzeitig auf die Stange 13, resp. die Drehteile 18' und 18 eingewirkt wird. Diese Variante der Erfindung ist in Fig. 4 dargestellt.

Der Fachmann erkennt, dass dank der erfindungsgemassen Vor- richtung und dem erfindungsgemassen Verfahren ein nach her¬ kömmlichen Verfahren nur in mehreren Werkstückeinspannungen realisierbares Drehteil in zwei Arbeitsschritten mit einer einzigen Werkstückeinspannung hergestellt werden kann. Selbstverständlich können gemäss dem erfindungsgemassen Ver¬ fahren und auf erfindungsgemassen Vorrichtungen auch andere Drehteile als das hier beschriebene kostengünstig und mit einer Einspannung gefertigt werden. Es genügt dabei, die Profilschleifscheiben 20 und 20' sowie gegebenenfalls die der Abstützung des Drehteils 18' dienende Stützlünette 21 den konkreten Gegebenheiten anzupassen. Erfinderisches Dazu¬ tun ist dafür nicht mehr notwendig.

Wenn ein automatisches Stangennachladegerät verwendet wird, kann dank der Erfindung eine vollautomatische Drehteile-Fer¬ tigung realisiert werden, die ohne manuelle Nachjustierung der Bearbeitungswerkzeuge auskommt, denn die Profilschleif¬ scheiben können direkt auf den NC-gesteuerten Schleifmaschi¬ nen mittels Diamantrollen abgezogen und automatisch nachge¬ richtet werden, wie dies dem Fachmann bekannt ist. Wenn an Stelle von Stangen als Ausgangsmaterial für die Her¬ stellung der Drehteile Rollenmaterial verwendet wird, was dank der wesentlich niedrigeren Drehzahlen, die ein zu schleifendes Teil gegenüber einem zu decolletierenden Teil aufweisen muss, durchaus möglich ist, kann eine über mehrere Tage vollautomatische Teilefertigung realisiert werden, die ohne Einwirkung durch den Menschen völlig autonom arbeitet, was bei Decolletage-Operationen wegen der zwangsläufig not¬ wendig werdenden Nachschleifoperationen der Stechbeutel aus- serhalb der Maschine, und deren nachträglicher Nachjustie¬ rung in Handarbeit, nicht möglich ist.

Einzelne Verfahrensschritte und Komponenten der erfindungs¬ gemassen Vorrichtung können modifiziert werden, sofern dies die herzustellenden Formteile verlangen.-

Claims

PATENTANSPRÜECHE

1. Verfahren zur Herstellung von bezüglich ihrer Längsachse (A) symmetrischen profilierten Drehteilen ab Stange, bei welchem Verfahren eine Stange (13)_> aus der die Drehteile (18) herauszuformen sind, durch eine erste Spannzange (14) in einem Werkzeugspindelstock (15) einer zumindest den Werk¬ zeugspindelstock (15) und einen Synchron-Werkzeugspindel- stock (17) aufweisenden Schleifmaschine auf der Zwischen¬ spannzangenachse (B) bis in eine sich im Synchron-Werkzeugs- pindelstock (17) befindliche zweite Spannzange (16) vorge¬ schoben wird, worauf sie durch eine seitlich heranfahrbare Profilschleifscheibe (20) bearbeitet wird, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Profilschleifscheibe (20) um eine zur Zwischenspannzangenachse (B) geneigte Achse (D) gedreht und in einem spitzen Winkel an die Stange (13) herangefahren wird, derart, dass durch ihr Einstechen n die Stange (13) zu deren Längsachse (A) rechtwinklig stehende Flächen (1', 5, 6) herstellbar sind, und dass mit einer zweiten Profil¬ schleifscheibe (20'), deren Drehachse (D') gegenüber der Zwischenspannzangenachse (B) ebenfalls geneigt ist, in spit¬ zem Winkel an die Stange herangefahren wird, derart, dass gegenüberstehende senkrechte Flächen (8, 10) an der Stange (13) herstellbar sind.

2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Profilschleifscheiben (20, 20') verwendet werden, die neben den senkrecht stehenden Flächen (1* 5, 6; 8, 10) auch anders orientierte Profilbereiche in die Stange (13) schleifen kön¬ nen.

3. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Profilschleifscheiben (20, 20') in einander nach¬ folgenden Arbeitsgängen auf die Stange (13) einwirken.

4. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Profilschleifscheiben (20, 20') von einander ge¬ genüberliegenden Seiten gleichzeitig auf die Stange (13) einwir-ken.

5. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder beide Profilschleifscheiben (20, 20') gleichzeitig zumindest zwei aus der Stange (13) herausarbeitbare Drehtei¬ le (18, 18') bearbeiten.

6. Verfahren gemäss Anspruch 3_> dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Stange (13) durch eine Stützlünette (21) abgestützt wird.

7. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Profilschleifscheibe (20) der sich in der zweiten Spannzange (16) befindliche Teil (18') der Stange (13) von dieser abgetrennt wird.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss An¬ spruch 1, beinhaltend auf einer Schleifmaschine zumindest einen Werkzeugspindelstock (15) mit einer ersten Spannzange (14) und einen diesem auf einer Achse (B) gegenüber angeord¬ neten Synchron-Werkzeugspindelstock (17) mit einer zweiten Spannzange (16), dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest zwei individuell oder gemeinsam Steuer- und einsetzbare Pro¬ filschleifscheiben (20, 20') umfasst, die derart angeodnet sind, dass ihre Drehachsen (D, D') gegenüber der Längsachse (A) der aus der Stange (13) herausformbaren Drehteile (18) geneigt sind und die in einem spitzen Winkel an die Stange (13) heranfahrbar sind.

9. Vorrichtung gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie im Synchron-Werkzeugspindelstock (17) einen ver¬ schiebbaren Anschlag (19) für die Stange (13) enhält.

10. Vorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Profilschleifscheiben (20, 20') bezüglich der Zwischenspannzangenachse (A) einander gegenüber angeord_¬ net sind.-