CH669549A5

CH669549A5 -

Info

Publication number: CH669549A5
Application number: CH2913/86A
Authority: CH
Inventors: Werner Waelti
Original assignee: Tschudin Werkzeugmasch
Priority date: 1986-07-21
Filing date: 1986-07-21
Publication date: 1989-03-31
Also published as: JPH01500981A; ATE73036T1; EP0273950A1; DE3777130D1; EP0273950B1; WO1988000513A1; US4841682A

Description

BESCHREIBUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft einerseits ein Verfahren gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, mittels welchem profilierte Drehteile, die beidseitig rechtwinklige Flanken aufweisen können, ab Stange ohne Décolletage-Operation direkt durch Schleifen hergestellt werden können.

Andererseits betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, gemäss Patentanspruch 8.

Es ist bekannt, bezüglich ihrer Längsachse symmetrische profilierte Drehteile mittels Décolletage ab Stange, das heisst ab einer in der Regel runden Querschnitt aufweisenden ungehärteten Stahlstange, herzustellen. Derartige Teile können, sofern an ihre Masshaltigkeit und Achssymmetrie hohe Anforderungen gestellt werden, nach dem Décolletieren und gegebenenfalls einem Härten, noch auf Mass geschliffen werden.

Dieses traditionelle Verfahren, das unter anderem in der Uhrenindustrie und Feinmechanik weit verbreitet ist, weist unter anderen den grossen Nachteil auf, dass aufgrund der relativ hohen Werkzeugabnützung die décolletierten oder gedrehten 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. Übrig geblieben ist aber ein weiterer Nachteil dieses Herstellverfahrens: zum Nachschleifen der Schneidewerkzeuge müssen diese aus der Décolletagemaschine ausgebaut und nachträglich wieder eingebaut und neu justiert werden, was zeitaufwendig ist und das sonst an sich kostengünstige Herstellverfahren von Massenteilen verteuert. Durch die Massdifferenzen der Drehteile ein und derselben Serie wird auch ein eventuell nachfolgendes auf Mass schleifen der gehärteten oder ungehärteten Teile schwierig, muss doch die Schleifscheibe, insbesondere bei sehr feinen Drehteilen, sehr langsam an diese herangefahren 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 Schleifbeginn bis zum Ausfeuern unterschiedlich lang wird oder sich von Stück zu Stück unterschiedliche Schleiftiefen ergeben, was wiederum problematisch sein kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, mittels 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, rationell und wirtschaftlich hochpräzise achssymmetrische Drehteile 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 schwierigen Massenteil mit lotrechten Einstichen und Enden näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht dieses Drehteiles in vergrösser-tem Massstab,

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Fig. 2 schematisch die Anordnung eines ersten Teiles der erfindungsgemässen Vorrichtung, in welcher ein erster Arbeitsgang des erfindungsgemässen Verfahrens zur Herstellung des Drehteiles vorgenommen wird, von oben her gesehen,

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

Fig. 4 eine Anordnung der erfindungsgemässen Vorrichtung, in welcher die beiden Teile der Vorrichtung zusam-mengefasst sind und das Drehteil gleichzeitig durch zwei Profilschleifscheiben bearbeitet wird.

Fig. 1 zeigt in vergrössertem Massstab ein Drehteil, wie es mittels dem erfindungsgemässen Verfahren in der ebenfalls erfindungsgemässen 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 einen maximalen Schlag von 0,001 mm aufweisen. Zudem sollen die beiden Teilenden V 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 herstellbar, 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 hochpräziser Drehteile gegenüber den heutigen Herstellverfahren bringt. Wie ersichtlich weist das dargestellte Drehteil zylindrische 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 Längsachse A des Drehteiles zu schleifende Flächen, nämlich ein Teilende 1', einen Absatz 5, einen Freistellungsübergang 6, eine Nutenflanke 8 und ein Teilende 10, auf. Der kleine Durchmesser 4 ist durch eine Nut 7 vom grossen Durchmesser 3 abgesetzt und die Nut 7 weist, wie erwähnt, 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 Illustration der vorliegenden Erfindung gewählten repräsentativen 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 Décolletierens und schrittweisen Schleifens der unterschiedlichen Durchmesser, Absätze, Flanken und Winkel teuer zu stehen kommt, muss es doch mehrmals unterschiedlich eingespannt und bearbeitet werden. Dieses anspruchsvolle Teil eignet sich aber sehr gut dazu, die Vorteile und Möglichkeiten der gegenständlichen Erfindung gegenüber den herkömmlichen Herstellverfahren solcher Teile darzulegen.

Für die Beurteilung der Vorteile, die die vorliegende Erfindung gegenüber dem Stand der Technik bringt, ist davon auszugehen, dass bei jedem zum Stand der Technik gehörenden Verfahren zur Herstellung eines solchen Drehteiles zuerst mittels einer Décolletage-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 Einspannung des Rohlings der Endzapfen 1, die Freistellung

2 und der grosse Durchmesser 3 sowie das Teilende 1', der Absatz 5 und der Freistellungsübergang 6, dann, in einer zweiten Einspannung des Drehteils, der kleine Durchmesser 4 und die Nutenflanke 8 sowie das Teilende 10 geschliffen werden. Dabei ist es nahezu unmöglich, die geforderte Achsparallelität mit dem als maximal zulässig bezeichneten Schlag sicherzustellen, denn für das Zylindrischschleifen der Freistellung 2 und des Absatzes 3 ist der Rohling anders eingespannt, als für das Schleifen des kleinen Durchmessers 4.

In Fig. 2 erkennt man eine Stange 13 von Rundmaterial, das ungehärteter oder gehärteter Stahl sein kann, welche Stange 13 durch eine erste Spannzange 14 eines Werzeug-spindelstockes 15 hindurch vorgeschoben wird und aus dem heraus die Drehteile in Serie herauszuformen sind. Der ersten Spannzange 14 gegenüber ist auf der selben Achse B eine zweite Spannzange 16 in einem Synchron-Werkzeugspindelstock 17 angeordnet, in die die Stange 13, resp. ein noch mit der Stange 13 verbundener Drehteil 18 bis an einen einstell- und verstellbaren Anschlag 19 heran eingeführt ist. Vorteilhafter Weise sind der Werkzeugspindelstock 15 und der Synchron-Werkzeugspindelstock 17 Bestandteile einer NC-gesteuerten Schleifmaschine, die eine automatische Steuerung aller Arbeitsabläufe und -gänge ermöglicht.

Ferner erkennt man in Fig. 2 eine Profilschleifscheibe 20 und eine Stützlünette 21. Die Achse B, die die Zwischenspannzangenachse darstelt und mit der Längsachse A des aus der Stange 13 herauszuschleifenden Drehteiles zusammenfällt, ist gegenüber der durch den Doppelpfeil C illustrierten Vorschubachse der Profilschleifscheibe 20 nicht in einem rechten Winkel angeordnet, sondern liegt geneigt dazu. Die Drehachse D der Profilschleifscheibe 20 ist gegenüber der Längsachse A des Drehteiles 18, resp. gegenüber der Zwischenspannzangenachse 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 Profilschleifscheibe 20 so ausgelegt, 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 wesentlichen 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 angeordnet.

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 Längsachse A des Drehteiles 18 geneigt angeordnet, wobei allerdings diese Neigung ihrer Drehachse D' gegenüber der Lotrechten zur Zwischenspannzangenachse B spiegelbildlich zu jener der Profilschleifscheibe 20 ist.

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Sobald der in Bearbeitung stehende Drehteilrohling 18' fertig vorgeschliffen ist und das Teilende 1' des Drehteils 18 ebenfalls fertiggeschliffen ist, wird vorteilhafterweise die zweite Spannzange 16 im Synchron-Werkzeugspindelstock

17 geöffnet und so zurückgefahren, dass der teilweise in sie eingeführte 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, eventuell nach einem vorgängigen Abziehen der Profilschleifscheiben 20 und 20', erfolgt wiederum der hiervor beschriebene zweiteilige Schleifvorgang, bei welchem ein weiterer Drehteil vorgeschliffen und das Drehteil 18' fertiggeschliffen 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 Décolletageoperation 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 teilweise mit Übermassen 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 einander 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 erfindungsgemässen Vorrichtung und dem erfindungsgemässen Verfahren ein nach herkömmlichen Verfahren nur in mehreren Werkstückeinspannungen realisierbares Drehteil in zwei Arbeitsschritten mit einer einzigen Werkstückeinspannung hergestellt werden kann. Selbstverständlich können gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren und auf erfindungsgemässen 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 Dazutun ist dafür nicht mehr notwendig.

Wenn ein automatisches Stangennachladegerät verwendet wird, kann dank der Erfindung eine vollautomatische Drehteile-Fertigung realisiert werden, die ohne manuelle Nachjustierung der Bearbeitungswerkzeuge auskommt,

denn die Profilschleifscheiben können direkt auf den NC-gesteuerten Schleifmaschinen mittels Diamantrollen abgezogen und automatisch nachgerichtet werden, wie dies dem Fachmann bekannt ist.

Wenn an Stelle von Stangen als Ausgangsmaterial für die Herstellung der Drehteile Rollenmaterial verwendet wird, was dank der wesentlich niedrigeren Drehzahlen, die ein zu schleifendes Teil gegenüber einem zu décolletierenden 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 Décolletage-Operationen wegen der zwangsläufig notwendig werdenden Nachschleifoperationen der Stechbeutel ausserhalb der Maschine, und deren nachträglicher Nachjustierung in Handarbeit, nicht möglich ist.

Einzelne Verfahrensschritte und Komponenten der erfindungsgemässen Vorrichtung können modifiziert werden, sofern dies die herzustellenden Formteile verlangen.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims

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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 Werkzeugspindelstock (15) und einen Synchron-Werk-zeugspindelstock (17) aufweisenden Schleifmaschine auf der Zwischenspannzangenachse (B) bis in eine sich im Synchron-Werkzeugspindelstock (17) befindliche zweite Spannzange (16) vorgeschoben wird, worauf sie durch eine seitlich heranfahrbare Profilschleifscheibe (20) bearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, 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 in die Stange (13) zu deren Längsachse (A) rechtwinküg stehende Flächen (1', 5,6) herstellbar sind, und dass mit einer zweiten Profilschleifscheibe (20'), deren Drehachse (D') gegenüber der Zwischenspannzangenachse (B) ebenfalls geneigt ist, in spitzem 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 können.

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

4. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Profilschleifscheiben (20, 20') von einander gegenüberliegenden Seiten gleichzeitig auf die Stange (13) einwirken.

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

6. Verfahren gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Stange (13) durch eine Stütz-lünette (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 Anspruch 1, beinhaltend auf einer Schleifmaschine zumindest einen Werkzeugspindelstock (15) mit einer ersten Spannzange (14) und einen diesem auf einer Achse (B) gegenüber angeordneten Synchron-Werkzeugspindelstock (17) mit einer zweiten Spannzange (16), dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest zwei individuell oder gemeinsam steuer-und einsetzbare Profilschleifscheiben (20,20') umfasst, die derart angeordnet 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 verschiebbaren Anschlag (19) für die Stange (13) enthält.

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