DE3529876A1

DE3529876A1 - Verfahren zum veraendern der position der schneide eines drehmeissels und vorrichtungen zum anwenden des erfindungsgemaessen verfahrens

Info

Publication number: DE3529876A1
Application number: DE19853529876
Authority: DE
Inventors: Reinhard Buchholz
Original assignee: Hueller Hille GmbH
Current assignee: Hueller Hille GmbH
Priority date: 1985-08-21
Filing date: 1985-08-21
Publication date: 1987-03-05
Also published as: US4732063A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verändern des Flugkreises der Schneide eines Drehmeißels einer Werkzeugmaschine.

Des weiteren betrifft die Erfindung Vorrichtungen zum Anwenden des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Stand der Technik

Es ist bekannt, den Flugkreis eines Drehmeißels einer Werkzeugmaschine durch eine hydraulische oder mechanische Verstelleinrichtung zu verändern. Diese vorbekannten Bauarten neigen zum Verstellen durch Fliehkräfte, so daß die Systeme schon bei Drehzahlen unter 10 000 U/min instabil werden. Konstruktiv sind die Verstelleinrichtungen besonders bei kleiner werdenden Drehdurchmessern schwierig unterzubringen, weil sie nicht mehr im Werkzeug o. dgl. anzuordnen sind.

Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zunächst die Nachteile der zum Stande der Technik zählenden Bauarten zu vermeiden und ein Verfahren zum Verändern der Position der Schneide eines Drehmeißels einer Werkzeugmaschine zu schaffen, das sich einfach, aber mit hoher Genauigkeit auch bei hohen Drehzahlen durchführen läßt.

Des weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde Vorrichtungen zum Anwenden des erfindungsgemäßen Verfahrens sowohl zum Innen- als auch zum Außenbearbeiten von Werkstücken zu schaffen.

Lösung der Aufgabe betreffend das Verfahren

Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 wiedergegebenen Merkmale gelöst.

Einige Vorteile

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Verstellung des Flugkreises des Drehmeißels drehzahl- oder fliehkraftabhängig verändert. Da die Bohrspindel ohnehin in Rotation versetzt wird, kann die Drehzahl der Bohrspindel zum Verändern des wirksamen Flugkreises - Bearbeitungsdurchmessers des Drehmeißels - unmittelbar herangezogen werden, da zu jeder bestimmten Drehzahl auch eine bestimmte Fliehkraft gehört, die zur Verstellung des Flugkreises des Drehmeißels herangezogen werden kann. Damit ist es mit hoher Genauigkeit möglich, praktisch jeder beliebigen Drehzahl einen exakt definierten Flugkreis des Drehmeißels zuzuordnen. Es hat sich bei geheimen Versuchen gezeigt, daß sich auf diese Weise außerordentlich hohe Bearbeitungsgenauigkeiten erzielen lassen. Beispielsweise ist es bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, Kolben für Verbrennungskraftmaschinen in Umfangsrichtung und/oder in der Länge mit unterschiedlichen Bearbeitungsradien zu bearbeiten. Auf diese Weise wird die Möglichkeit eröffnet, einen Kolben beispielsweise annähernd mathematisch exakt nicht nur rund, sondern über seinen Umfang und/oder seine Länge ballig bzw. oval zu bearbeiten. Es ergibt sich außerdem die Möglichkeit, Gravuren mit höchster Genauigkeit durch Veränderung der Drehzahl des Stellgliedes am Umfang des zu bearbeitenden Werkstückes und/oder in dessen Längsrichtung so zu erzeugen, daß sich die jeweils gewünschte Kontur des Werkstückes ergibt.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich in einfacher Weise durch einen dynamisch geregelten Motor, der die Bohrspindel bzw. das Stellglied antreibt, durchführen. Derartige Motoren sind derart trägheitsarm, daß sie annähernd wie ein Oszillograph bei hoher Umdrehung von z. B. 18 000 U/min nach wenigen Winkelgraden einer jeden Umdrehung ihre Drehgeschwindigkeit und damit ihre Drehzahl ändern. Ein solcher Motor kann koaxial zu Bohrstange (Stellglied) angeordnet werden. Auf diese Weise ist eine sehr kompaktbauende Konstruktion möglich. Jeder Drehzahl ist somit ein bestimmter Verstellweg des Drehmeißels und damit ein definierter Flugkreisdurchmesser zugeordnet.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann z. B. zum Bearbeiten von Kolbenbolzenbohrungen, zum Bearbeiten der Mantelflächen von Kolben, aber auch für andere Zwecke verwendet werden.

Lösung der Aufgabe betreffend die Vorrichtungen

Was eine Vorrichtung zum Innenbearbeiten anbelangt, so wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 2 gelöst.

Der Patentanspruch 3 löst die Aufgabe für eine Vorrichtung zum Außenbearbeiten.

Einige Vorteile

Die Vorrichtungen nach den Patentansprüchen 2 und 3 bauen jeweils kompakt und weisen nur wenige Einzelteile auf, so daß die Vorrichtungen wartungsfreudig sind. Ein Abheben des Drehmeißels ist nicht mehr möglich. Das federnde Koppelglied zwischen Verstellteil und Drehmeißel wird vorteilhafterweise aus Federstahl oder einem federnden metallischen Werkstoff hergestellt. Die Teile des Federelementes verformen sich mit zunehmender Drehzahl und damit höher werdender Fliehkraft, wodurch der Drehmeißel entsprechend quer zur jeweiligen Bohrstange verstellt wird.

Die Patentansprüche 4 und 5 beschreiben besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.

In der Zeichnung ist der Erfindung - teils schmematisch - an zwei Ausführungsbeispielen veranschaulicht. Es zeigen:

Fig. 1 eine Hochgeschwindigkeits-Feinbohrspindel mit einer erfindungsgemäßen Schneidenverstelleinrichtung, teils im Längsschnitt, teils in der Ansicht, zum Innenbearbeiten;

Fig. 2 eine Draufsicht zu Fig. 1;

Fig. 3 eine Ausführungsform gemäß der Erfindung, und zwar zum Außenbearbeiten von Werkstücken.

In den Fig. 1 und 2 ist die Erfindung in Anwendung auf eine Hochgeschwindigkeits-Feinbohrspindel mit Fliehkraft- Schneidenverstellung veranschaulicht. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet eine Grundplatte, auf der eine Motoraufnahme 2 mit Aufnahmebüchse 3 angeordnet ist.

Die Bezugszeichen 4 stellen Führungsstangen dar, während 5 und 6 Kolbenstangen sind. Mit 7 ist ein Lagerbock und mit 8 ein Zwischenlager bezeichnet.

Das Bezugszeichen 9 bezeichnet eine durchgehende Bohrstange und 10 ein Spindelgegenlager.

In Fig. 1 ist deutlich eine Werkstückaufnahme 11 veranschaulicht. Mit strichpunktierten Linien wurde als Beispiel ein Kolben für eine Verbrennungskraftmaschine in der Werkstückaufnahme 11 dargestellt.

Mit 12 ist eine Halteplatte und mit 13 ein Verstellhebel bezeichnet, der aus einem metallischen Werkstoff, z. B. aus Schwermetall, beispielsweise aus einem Sinterwerkstoff, besteht.

Das Bezugszeichen 14 (Fig. 2) bezeichnet einen Lagerbock, während 15 und 16 (Fig. 1) Deckel darstellen.

Mit den Bezugszeichen 17 und 18 sind Federleisten bezeichnet, die ein formstabiles, federelastisches Koppelglied bilden und Schenkel eines Parallelogramms darstellen. Die Federleisten 17, 18 bestehen bei der dargestellten Ausführungsform aus Federstahl.

Mit 19 ist ein Gegengewicht bezeichnet, während 20 die Werkzeugaufnahme darstellt.

Das Bezugszeichen 21 bezeichnet eine Stellschraube und 22 eine Distanzhülse.

Der Drehmeißel ist mit dem Bezugszeichen 23 bezeichnet, dessen Längsachse normal, d. h. rechtwinklig zur Längsachse der Bohrstange 9 verläuft.

Die Bezugszeichen 24 bezeichnen einen Deckel, 25 und 26 Distanzhülsen, 27 eine Kupplung, 28 einen Mitnehmer, 29 und 30 eine Distanzhülse, 31 einen Ring, 32 eine Scheibe und 33 eine Nutmutter.

34 bis 39 sind Zylinderschrauben, während 40 einen Zylinderstift bezeichnet. Mit 41 und 42 sind Spindellager bezeichnet, während 43 ein Wellendichtring ist. 44 bezeichnet ein O-Ring sowie 45 und 46 Runddichtringe, 47 eine Nutmutter sowie 48 und 49 Abstreifer.

Mit 50 ist ein hochdynamischer, frequenzgeregelter Motor handelsüblicher Bauart bezeichnet, der als sogenannter Korbläufer ausgebildet ist und eine außerordentlich geringe Trägheit aufweist, so daß selbst bei hohen Drehzahlen von z. B. 18 000 U/min bei jeder Umdrehung nach jeweils wenigen Winkelgraden die Drehgeschwindigkeit durch Frequenzregelung veränderbar ist, was eine entsprechende Änderung der Drehzahl bzw. der Drehgeschwindigkeit der Bohrstange 9 zur Folge hat. Da über den Zylinderstift 40 der zweiarmige Verstellhebel 13 mit der Bohrstange 9 drehfest gekuppelt ist, schwenkt der Verstellhebel 13 um den Zylinderstift 40 je nach der geregelten Drehgeschwindigkeit bzw. Drehzahl mehr oder weniger weit aus und verformt dabei die Federleisten 17, 18 drehgeschwindigkeitsabhängig (fliehkraftabhängig) stets mehr oder weniger stark, was eine Verstellbewegung in Richtung X bzw. Y (Fig. 1) des Drehmeißels (23) zur Folge hat, wodurch sich der wirksame Drehdurchmesser (Flugkreis) entsprechend ändert. Da die Federleisten 17 und 18 an einem Ende durch die Zylinderschrauben 37 fest mit der Bohrstange 9 verbunden sind, vermögen sie sich lediglich an ihrem entgegengesetzten Endabschnitt, das den Drehmeißel 23 in der Werkzeugaufnahme 20 aufnimmt, zu verformen, wobei sie sich wie die Seiten eines Parallelogrammes bewegen können.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 sind für Teile gleicher Funktion die gleichen Bezugszeichen für die Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 verwendet worden.

Das Stellglied 9 wird wiederum von einem dynamisch geregelten Motor 50 angetrieben, dem ein Drehgeber 51 zugeordnet ist.

Das Stellglied 9 wird auf einem Teil seiner Länge von einem hülsenförmigen Abschnitt der Verstellhebel 13 umgriffen, die um je einen Bolzen 52 bzw. 53 um ein begrenztes Maß in Richtung A bzw. B schwenkbeweglich angeordnet sind. An ihren freien Enden sind die Verstellhebel 13 mit je einer Rolle 54 bzw. 55 versehen, die an je einer bogenförmigen Kulisse 56 bzw. 57 eines mit einem Faltenbalg ausgerüsteten und demgemäß in Richtung C bzw. D längenveränderbaren Teils 58 angeordnet sind.

Das Stellglied ist an seinen Endbereichen in Wälzlagern 59 bzw. 60 drehbar gelagert. Das Wälzlager 59 ist in einem korbförmigen und einseitig offenen Verstellteil 67 angeordnet, mit dem ein stangenförmigen Fortsatz 61 verbunden ist, der mit einer schulterförmigen Verdickung 62 gegen die Federleisten 17 bzw. 18 einwirkt. Zu diesem Zweck ist mit der schulterförmigen Verdickung 62 ein Schraubbolzen 63 einstückig verbunden, der in eine mit Gewinde versehene Bohrung 64 eingeschraubt ist. In diese Bohrung 64 ragt der in eine Bohrung 65 angeordnete Schrämmeißel 23, der durch eine in die Bohrung 66 eingeschraubt, nicht dargestellte Klemmschraube arretierbar ist.

Die Federleisten 17 und 18 sind mit der Grundplatte 1 durch Schrauben fest, aber auswechselbar verbunden. Je nach Drehzahl bewegen sich die Rollen 54 und 55 auf den Kulissen 56 und 57 und verstellen dadurch die stangenförmigen Fortsatz 61 in Richtung C bzw. D, was eine entsprechende Verformung der Federleisten 17 bzw. 18 in der zugeordneten Richtung zur Folge hat. Die Schenkel der Federleisten 17 und 18 verstellen sich demgemäß wie die Seitenlinien eines Parallelogramms, so daß sich ein von der jeweiligen Umdrehungsgeschwindigkeit bzw. Drehzahl genau definierter Flugkreis des Drehmeißels 23 ergibt.

Die in der Zusammenfassung, in den Patentansprüchen und in der Beschreibung beschriebenen sowie aus der Zeichnung ersichtlichen Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Bezugszeichenliste 1 Grundplatte
2 Motoraufnahme
3 Aufnahmebüchse
4 Führungsstange
5 Kolbenstange
6 Kolbenstange
7 Lagerbock
8 Zwischenlager
9 Bohrstange bzw. Stellglied
10 Spindelgegenlager
11 Werstückaufnahme
12 Halteplatte
13 Verstellhebel
14 Lagerbock
15 Deckel
16 Deckel
17 Federleiste
18 Federleiste
19 Gegengewicht
20 Werkzeugaufnahme
21 Stellschraube
22 Distanzhülse
23 Drehmeißel
24 Deckel
25 Distanzhülse
26 Distanzhülse
27 Kupplung
28 Mitnehmer
29 Distanzhülse
30 Distanzhülse
31 Ring
32 Scheibe
33 Nutmutter
34 Zylinderschraube
35 Zylinderschraube
36 Zylinderschraube
37 Zylinderschraube
38 Zylinderschraube
39 Zylinderschraube
40 Zylinderstift
41 Spindellager
42 Spindellager
43 Wellendichtring
44 O-Ring
45 Runddichtring
46 Runddichtring
47 Nutmutter
48 Abstreifer
49 Abstreifer
50 Motor
51 Drehgeber
52 Bolzen
53 Bolzen
54 Rolle
55 Rolle
56 bogenförmige Kulisse
57 bogenförmige Kulisse
58 Teil
59 Wälzlager
60 Wälzlager
61 stangenförmiger Fortsatz
62 Verdickung
63 Schraubbolzen
64 Bohrung
65 Bohrung
66 Bohrung
67 Verstellteil
A Verstellrichtung
Verstellrichtung C Verstellrichtung D Verstellrichtung X Verstellrichtung Y Verstellrichtung

Claims

1. Verfahren zum Verändern des Flugkreises der Schneide eines Drehmeißels einer Werkzeugmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung drehzahlabhängig oder fliehkraftabhängig vorgenommen wird.

2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem motorisch angetriebenen Drehmeißel, der in einer Werkzeugaufnahme angeordnet und über eine Bohrstange o. dgl. angetrieben ist, dadurch gekennzeichnet, daß zum Innenbearbeiten zwischen der von einem dynamisch geregelten Motor (50) angetriebenen Bohrstange (9) und dem Drehmeißel (23) mindestens ein federelastisches Koppelglied (17, 18) eingeschaltet ist, das den Drehmeißel (23) - ggf. mittelbar - aufnimmt und drehzahl- bzw- fliehkraftabhängig auf einen mehr oder weniger großen Flugkreis verformbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, mit einem motorisch angetriebenen Verstellsystem, das einen Drehmeißel, der in einer Werkzeugaufnahme angeordnet ist, verstellt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Außenbearbeitung von Werkstücken zwischen einem formelastischen, formstabilen Koppelglied (17, 18), das den Drehmeißel (23) aufnimmt, in einem Stellglied (9) mindestens ein drehzahl- bzw. fliehkraftgesteuerter Steuerhebel (13) angeordnet ist, der eine Relativbewegung innerhalb des Stellglieds erzeugt und dadurch das elastische Koppelglied drehzahl- bzw. fliehkraftabhängig zur Bewegung des Drehmeißels (23) mehr oder weniger verformt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelglied aus zwei Federteilen (17, 18) besteht, die in langlochförmigen, diametral einander gegenüberliegenden Aussparungen der Bohrstange (9) angeordnet sind, derart, daß die Federleisten (17, 18) an einem Ende durch Zylinderschrauben (37) mit der Bohrstange (9) unbeweglich verbunden sind, während sie an ihrem anderen Ende in einer Werkzeugaufnahme (20) den Drehmeißel (37) quer zur Längsachse der Bohrstange (9) haltern, der an seinem einen Ende aus der Werkzeugaufnahme (20) über die hier vorgesehene Seitenbegrenzung der betreffenden Federleiste (17) hervorragt, wobei die Werkzeugaufnahme (20) in koaxial zueinander angeordneten Ausnehmungen der Federleisten (17, 18) angeordnet ist und mit einem Längenabschnitt eine Distanzhülse (20) in einer in die Einsenkungen ausmündenden Bohrung angeordnet ist, die an eine in Achsrichtung der Bohrstange (9) angeordnete Bohrung an einer Seite angeschlossen ist, in der an einem Zylinderstift (40) ein zweiarmiger Verstellhebel (13) verstellbar angeordnet ist, der mit seinem massenreicheren Ende in eine zentrische Ausnehmung der Bohrstange (9) ausmündet, wobei der Verstellhebel (13) mit seinem kurzen Hebelarm mit den Federleisten (17, 18) kraftschlüssig verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Seite der Längsmittenachse des Stellgliedes (9) je ein Steuerhebel (13) mit je einer Rolle (54, 55) angeordnet ist und die Steuerhebel (13) mit einem gemeinsamen hülsenförmigen Teil verbunden sind, das das Stellglied (9) auf einem Teil ihrer Länge umgreift und jeder der Steuerhebel (13) an einem Ende um je einen Bolzen (52 bzw. 53) um ein begrenztes Maß schwenkbeweglich gelagert ist und diese Bolzen (52, 53) mit ihren Längsachsen parallel zueinander verlaufen, und die Rollen (54, 55) um je eine Achse drehbar sind, die parallel zu den Drehachsen der Bolzen (52 bzw. 53) verlaufen und die Rollen (53 bzw. 54) gegen kurvenförmige Kulissen (56 bzw. 57) anliegen, die über einen Faltenbalg (58) oder ein verformbares Teil mit der Bohrstange (9) gekoppelt sind und die Bohrstange (9) mit einem Fortsatz in einem Wälzlager (59) drehbar angeordnet ist, das in einem korbförmigen Verstellteil (60) angeordnet ist, mit dem ein stangenförmiger Fortsatz (61) einstückig verbunden ist, das sich über eine Verdickung (62) gegen das elastische, aus z. B. zwei Federleisten (17, 18) bestehende formstabile, elastische Koppelglied abstützt und mit einem bolzenförmigen Fortsatz (63) über Gewinde mit dem Koppelteil verbunden ist, wobei sich dieses Koppelteil (63) gegen den Drehmeißel (21) abstützt, das in einer koaxial zum stangenförmigen Fortsatz (61) angeordneten Bohrung des elastischen Koppelteils (17, 18) angeordnet ist.