CH628549A5

CH628549A5 - Vorrichtung zur umfangsbearbeitung von unrunden werkstuecken, insbesondere von kolbenringen.

Info

Publication number: CH628549A5
Application number: CH512078A
Authority: CH
Inventors: Otto Feller; Manfred Kuehl; Alois Skrobek
Original assignee: Goetze Ag
Priority date: 1977-07-18
Filing date: 1978-05-11
Publication date: 1982-03-15
Also published as: DE2732354C3; DE2732354A1; FR2397906A1; FR2397906B1; DE2732354B2; GB1583741A; JPS5421691A; US4250779A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umfangsbearbeitung von unrunden Werkstücken, insbesondere von Kolbenringen, bestehend aus einer Drehmaschine mit mindestens einem radial zur Arbeitsspindelachse zustellbaren Werkzeug sowie mit mindestens zwei Stellmotoren zur Steuerung der Werkzeugzustellung.

Zur Umfangsbearbeitung von Kolbenringen mit unrundem Innen- und Aussenumfang sind Vorrichtungen bekannt, die im wesentlichen einer Drehmaschine entsprechen. Die meist paketweise axial gespannten Kolbenringe werden beispielsweise nach der DE-PS 1 045 204 an ihrem Innen- und Aussenumfang gleichzeitig bearbeitet, wobei die Bearbeitungswerkzeuge an den Enden von schwenkbaren Werkzeugträgern angeordnet sind und deren radiale Zustellung von einem synchron mit der Arbeitsspindel umlaufenden Nocken gesteuert wird. Insbesondere offenbart die DE-PS 1 043 015 ein verstellbares Doppelhebelsystem zur Steuerung des Werkzeuges für die Unrundbearbeitung der Kolbenringe.

Ausgehend von der Forderung nach einem im Einbauzustand am gesamten Umfang mit einer definierten Radialdruckverteilung an der Zylinderwand anliegenden Kolbenring — einem sogenannten lichtspaltdichten Kolbenring — besteht das Hauptproblem seit vielen Jahren in der Gestaltung des Kopiernockens. Die Herstellung eines solchen Kopiernockens erfolgte früher auf handwerkliche Weise, indem man einen runden Kolbenring mit Nenndurchmesser an einer Umfangsstelle aufschnitt, entsprechend der gewünschten Tangentialkraft spreizte und die dabei entstandene Unrundkontur auf einen Mutternocken übertrug. In jüngerer Zeit sind wieder Überlegungen angestellt worden, die Unrundheit des Kopiernockens mathematisch zu bestimmen, wobei die Ausrechnung der einzelnen Polarkoordinaten durch den elektronischen Rechner erst möglich wurde.

Im Rahmen der fortschreitenden Automatisierung von Werkzeugmaschinen, insbesondere Drehmaschinen, sind inzwischen verschiedene Steuerungssysteme entwickelt worden, wie z.B. die NC- und CNC-Steuerung. Während bei der NC-Steuerung die werkzeugspezifischen Daten über einen Lochstreifen dem Steuerwerk der Werkzeugmaschine zugeführt werden, lassen sich bei der CNC-Steuerung die Steuerwerte direkt vom Speicher eines elektronischen Rechners dem Steuerwerk der Maschine zuführen. Dieses System gestattet darüberhinaus unter Zuhilfenahme von entsprechenden Messeinrich-tungen durch Vergleich der Istmasse mit den vorgegebenen Sollmassen eine ständige Anpassung der Steuerwerte. Derartige elektronische Steuersysteme sind heute bei vielen Drehmaschinen, insbesondere auch bei Kopierdrehmaschinen, im Einsatz.

Bei den bisher bekannten Anwendungsfällen werden überwiegend runde Werkstücke bearbeitet, wobei die Zustellbewegungen des Werkzeuges in axialer Richtung meist kontinuierlich und in radialer Richtung entweder sprungweise oder ebenfalls kontinuierlich erfolgen. Als Antriebe für den Werkzeugträger dienen an sich bekannte Servomotoren, Schrittmotoren und mechanische, pneumatische oder hydraulische Aggregate.

Die DE-OS 2 006 760 beinhaltet darüberhinaus eine Un-runddreheinrichtung für Drehmaschinen, bei welcher das Drehwerkzeug in Abhängigkeit vom Drehwinkel eines mit der Arbeitsspindel rotierenden Werkstückes in radialer Richtung zustellbar ist. Die Werkzeugzustellung erfolgt dabei durch den Gebrauch von mindestens zwei parallel nebeneinander angeordneten und mit dem Maschinenbett fest verbundenen Stellmotoren, deren Zustellbeträge erst in einem Koppelgetriebe mechanisch aufbereitet und dann auf den Werkzeugträger übertragen werden. Der mittels der numerisch-elektronischen Steuerung der Stellmotoren erreichbare Genauigkeitsgrad geht dabei durch die zwangsläufig vorhandenen Spielpassungen und Verschleisserscheinungen im konstruktiv aufwendigen Koppelgetriebe verloren.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Unrundbearbeiten von Werkstückum-fangsflächen zu schaffen, deren radiale Werkzeugzustellung synchron zur Drehung der Arbeitsspindel elektronisch steuerbar

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und auf kürzestem Wege vom Stellmotor auf das Werkzeug beziehungsweise den Werkzeugträger übertragbar ist, wobei relativ grosse Zustellwege in kürzester Zeitspanne genau dosierbar ansteuerbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch in ihrer Wirkrichtung hintereinander angeordnete Stellmotoren mit jeweils unterschiedlicher Schrittgrösse gelöst. Um eine zweite gezielte, ungleichförmige und relativ schnell oszillierende Werkzeugzustellung zu ermöglichen, ist die Aufteilung des vom Werkzeug zu durchfahrenden Weges in eine Vielzahl kleinster Schritte (Inkremente) erforderlich, wovon mehrere zu dem jeweils gewünschten Teilschritt zeitlich addiert werden können. Das Wesen der Erfindung ist nunmehr darin zu sehen, dass ein Stellmotor mit einer relativ grossen Schrittgrösse eine Art Basis-Zustellbewegung hervorruft, während ein weiterer Stellmotor mit einer relativ geringen Schrittgrösse die Feinabstimmung der Zustellbewegung innerhalb des vorgegebenen Zeitinterval-les vornimmt. Um den geforderten Genauigkeitsgrad in der Zustellbewegung einhalten zu können, sind die Stellmotoren zweckmässig direkt hintereinander angeordnet, so dass der erste Stellmotor bei jedem Schritt den zweiten Stellmotor insgesamt mitbewegt, während das Werkzeug beziehungszweise der Werkzeugträger mit dem Ausgang des zweiten Stellmotors verbunden ist. Durch diese Hintereinanderschaltung der Stell-motore wird eine direkte Addition beider Einzelbewegungen erreicht, so dass kein weiteres Koppelgetriebe erforderlich ist. Die vom elektronischen Rechner abgegebenen Zustellwerte werden somit auf kürzestem und schnellstem Wege auf den Werkzeugträger übertragen.

Eine besonders einfache konstruktive Anordnung besteht darin, dass der mit dem Maschinenbett fest verbundene erste Stellmotor auf einen verschiebbaren Zwischenkörper einwirkt, auf welchem der zweite, auf den Werkzeugträger einwirkende Stellmotor befestigt ist. Vorzugsweise besteht der Zwischenkörper aus einem quer zur Arbeitsspindelachse verschiebbaren, in einer Führung gelagerten Schlitten.

Zur Einstellung des Werkzeugträgers auf verschiedene Werkstückdurchmesser bei gleichbleibender Unrundkontur wird vorgeschlagen, den Werkzeugträger auf dem ihm zugeordneten und vom zweiten Stellmotor antreibbaren Schlitten in einer Führung verschiebbar und festklemmbar anzuordnen.

Um eine gleichzeitige Bearbeitung des Aussen- und Innen-umfanges bei Hohlkörpern, insbesondere bei Kolbenringpaketen, durchführen zu können, bedient man sich in bekannter Weise eines zweiten Werkzeuges beziehungsweise Werkzeugträgers. Im vorliegenden Fall erscheint es vorteilhaft, wenn der zweite Werkzeugträger zwar auch auf dem den ersten Werkzeugträger tragenden Querschlitten gelagert ist, jedoch mittels eines mit dem Querschlitten verbundenen dritten Stellmotors zusätzlich radial zustellbar ist. Damit ergibt sich die Möglichkeit, unrunde Hohlkörper beziehungsweise Kolbenringpakete mit in Umfangsrichtung gesehen ungleicher radialer Wandstärke herzustellen.

Anderseits ist es aber auch denkbar, jeden Werkzeugträger auf getrennten Querschlitten anzuordnen und die Querschlitten in Längsrichtung zur Arbeitsspindelachse getrennt verschiebbar zu lagern. Zum Längsantrieb können ebenfalls Stellmotoren dienen. Durch eine getrennte Längszustellung der Werkzeugträger lassen sich optimale Schrittbedingungen am Werkstück erzielen.

Nach einem weiteren Vorschlag kann der Werkzeugträger auch in an sich bekannter Weise als Doppelhebelschwinge ausgebildet und erfindungsgemäss auf einem von einem ersten Stellmotor steuerbaren Schlitten schwenkbar gelagert sein. Dabei trägt der eine Hebel der Schwinge das Werkzeug und der andere Hebel ist mit der Antriebswelle des zweiten Stellmotors verbunden. Vorzugsweise sind die Hebel unter einem Winkel von 90° zueinander angeordnet, so dass sich die verlängerten Achsen der Stellmotore ebenfalls unter 90° schneiden. Diese Anordnung birgt den Vorteil einer besonders kompakten Bauweise in sich.

Zur Übertragung der vom Stellmotor abgegebenen Drehbewegung auf den antreibbaren Hebel der Schwinge dient vorzugsweise eine als Kulissenstein in einer Langlochführung des Hebels angeordnete Mutter zur Aufnahme der mit einem Gewinde versehenen Antriebsspindel des zweiten Stellmotors.

Anstelle des Gewindetriebes kann im Kulissenstein auch eine mit der Antriebswelle des zweiten Stellmotors befestigte Exzenterscheibe vorgesehen sein. Diese Ausführungsvariante lässt isch besonders einfach spielfrei halten, wodurch der Präzisionsforderung noch mehr nachgekommen wird.

Schliesslich können zur gleichzeitigen Aussen- und Innenbearbeitung von Hohlkörpern, insbesondere Kolbenringen, je eine Werkzeughaiterung in Form zweier Doppelhebelschwingen vorgesehen sein, wobei die Doppelhebelschwingen vorzugsweise durch separate Stellmotoren antreibbar und gegebenenfalls auch getrennt in Längsrichtung verschiebbar sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Frontalansicht einer gattungsgemässen Vorrichtung (Prinzipdarstellung),

Fig. 2 eine Seitenansicht einer gattungsgemässen Vorrichtung mit zwei auf einem Querschlitten angeordneten Werkzeugträgern,

Fig. 3 und 3a vergrösserte Seitenansicht von Vorrichtungen entsprechend Fig. 1 mit Doppelhebelschwingen als Werkzeugträger,

Fig. 4 eine Draufsicht einer Vorrichtung nach Fig. 1 mit zwei getrennt zustellbaren Doppelhebelschwingen als Werkzeugträger.

Die in Fig. 1 dargestellte Prinzipskizze zeigt eine Drehmaschine für die gleichzeitige Innen- und Aussenbearbeitung von unrunden Kolbenringen. Die Drehmaschine besteht aus einem Spindelstock 1 mit einer drehbar gelagerten Arbeitsspindel 2, einem Gegenjoch 3 mit einer drehbaren und axial spannbaren Aufnahme 4 zum axialen Spannen eines Kolbenringpaketes 5. Die Werkzeuge 6, 7 für die Innen- und Aussenbearbeitung des Kolbenringpaketes sind über einen Hebel beziehungsweise eine Bohrstange 9 mit einer schwenkbaren Schwingenstange 10 verbunden. Letztere ist in zwei auf einem Längsschlitten 11 befestigten Ständern 12, 12' gelagert.

In Fig. 2 ist eine Seitenansicht einer Vorrichtung mit zwei auf einem Querschlitten 44 angeordneten Werkzeugträgern 46, 47 für die gleichzeitige Aussen- und Innenbearbeitung des Kolbenringpaketes 5 dargestellt. Der Antrieb des Querschlittens 44 erfolgt über zwei in ihrer Wirkrichtung hintereinander angeordnete Stellmotore 48, 49 unter Zwischenschaltung eines Trägerschlittens 50 zur Aufnahme des zweiten Stellmotors 49, während der erste Stellmotor 48 mit dem Maschinengestell verbunden ist und mit seiner Antriebswelle über einem an sich bekannten Gewindetrieb auf den Trägerschlitten 50 einwirkt. Als zusätzliche Verstellmöglichkeit für die Bohrstange 47 dient ein weiterer Schlitten 45, der über einen dritten Stellmotor 51 relativ zum Querschlitten 44 verschiebbar ist, so dass unrunde Werkstücke mit in Umfangsrichtung sich verändernder radialer Wandstärke hergestellt werden können.

Fig. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel einer erfin-dungsgemässen Vorrichtung, und zwar bestehen die Werkzeugträger für die Aussen- und Innenbearbeitung der Kolbenringe 5 aus Doppelhebelschwingen, wovon nur der das Aus-senbearbeitungswerkzeug (Drehmeissel) 7 tragende Hebel 8 in der Zeichnung erkennbar ist, da der die Bohrstange 9 tragende Hebel deckungsgleich auf der gleichen Achse 10 liegt und sich hinter dem Joch 3 erstreckt. Der Antrieb der Dop5

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pelhebelschwinge erfolgt einerseits über den ersten Stellmotor 25, der auf den mit der Schwingachse 10 verbundenen Schlitten 26 einwirkt, sowie anderseits über einen zweiten, über eine Traverse 21 mit dem Schieber 26 verbundenen Stellmotor 20, dessen Antriebsachse 18 auf den Hebelarm 13 der Doppelhebelschwinge einwirkt. Die schrittweise Drehbewegung der Antriebswelle 18 wird dabei mittels eines Kulissensteines 17 übertragen. Letzterer ist als Mutter zur Aufnahme der mit einem korrespondierenden Aussengewinde versehenen Antriebswelle 18 ausgebildet und in einem Langloch 16 im Hebel 13 verschiebbar gelagert.

Die in Fig. 3a dargestellte Vorrichtung entspricht im wesentlichen der zuvor beschriebenen. Nur ist anstelle des Kulissensteines mit Gewinde eine Exzenterscheibe 28 in einem entsprechend gestalteten Kulissenstein 17' drehbar gelagert. Demzufolge ist der zweite Stellmotor um 90° versetzt angeordnet und erstreckt sich senkrecht zur Zeichnungsebene hinter der mit dem Schieber 26 verbundenen Traverse 21 ', so dass nur die Stirnfläche der Antriebswelle 53 sichtbar ist.

Schliesslich zeigt Fig. 4 eine Draufsicht einer gattungsge-5 mässen Vorrichtung, wobei im Gegensatz zu den in Fig. 3 und 3a dargestellten Drehmaschinen die Doppelhebelschwingen 36 und 37 für das Aussen- beziehungsweise Innen-Bearbeitungs-werkzeug des Kolbenringpaketes 5 getrennt steuerbar sind. Dazu sind für beide Schwingenantriebe separate Ständer 38, io 39 und 40, 41 vorgesehen, in denen die Schwingen 36, 37 schwenkbar gelagert und mittels jeweils eines Stellmotors 42 beziehungsweise 43 getrennt antreibbar sind. Der Antrieb des die Ständer 38, 39 beziehungsweise 40, 41 tragenden Querschlittens mit einem ersten Stellmotor ist analog zu dem in 15 Fig. 2 dargestellten Antrieb gestaltet und liegt unsichtbar unterhalb des Querschlittens.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Vorrichtung zur Umfangsbearbeitung von unrunden Werkstücken, insbesondere von Kolbenringen, bestehend aus einer Drehmaschine mit mindestens einem radial zur Arbeitsspindelachse zustellbaren Werkzeug, sowie mit mindestens zwei Stellmotoren zur Steuerung der Werkzeugzustellung, gekennzeichnet durch in ihrer Wirkrichtung hintereinander angeordnete Stellmotoren (20, 25 bzw. 48, 49) mit jeweils unterschiedlicher Schrittgrösse.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Maschinenbett fest verbundene erste Stellmotor (25 bzw. 48) auf einen Zwischenkörper (26 bzw. 50) einwirkt, auf welchem der zweite, auf den Werkzeugträger einwirkende Stellmotor (20 bzw. 49) befestigt ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenkörper ein quer zur Arbeitsspindelachse verschiebbarer Schlitten (26 bzw. 50) ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugträger (46) auf einem vom zweiten Stellmotor (49) antreibbaren Querschlitten (44) ver- . stell- und festklemmbar angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Querschlitten (44) ein zweiter Werkzeugträger (47) verschiebbar angeordnet und mittels eines mit dem Querschlitten (44) verbundenen dritten Stellmotors (51) radial zustellbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei in Längsrichtung, d.h. parallel zur Arbeitsspindelachse, getrennt verschiebbare Querschlitten vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugträger als Doppelhebelschwinge ausgebildet und schwenkbar auf einem vom ersten Stellmotor (25) antreibbaren Schlitten (26) gelagert ist, wobei der eine Hebel (8) das Werkzeug (7) trägt und der andere Hebel (13) mit der Antriebswelle (18) des zweiten Stellmotors (20) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebel (8 und 13) der Doppelhebelschwinge sich unter einem Winkel von 90° zueinander erstrek-ken, so dass die verlängerten Achsen der Stellmotore (20, 26) sich ebenfalls unter einem Winkel von 90° schneiden.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 2, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der antreibbare Hebel (13) der Doppelhebelschwinge eine als Kulissenstein ausgebildete Mutter (17) zur Aufnahme der mit einem entsprechenden Gewinde versehenen Antriebsspindel (18) des zweiten Stellmotors (20) aufweist.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 2, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der antreibbare Hebel (13) der Doppelhebelschwinge eine in einem Kulissenstein (17') gelagerte Exzenterscheibe (28) aufweist, die mit der Antriebswelle (53) des zweiten Stellmotors verbunden ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur gleichzeitigen Aussen- und Innenbearbeitung eines Hohlkörpers je eine separate, durch Stellmotoren (42,43) antreibbare Doppelhebelschwinge (36, 37) vorgesehen ist.