CH644042A5

CH644042A5 - Drehspindelmaschine zur gleichzeitigen axialen und radialen bearbeitung eines werkstueckes.

Info

Publication number: CH644042A5
Application number: CH669379A
Authority: CH
Inventors: Ivan Richard Brown
Original assignee: Hardinge Brothers Inc
Priority date: 1978-12-28
Filing date: 1979-07-18
Publication date: 1984-07-13
Also published as: JPS5590249A; SE445019B; AU4777779A; EP0013283A1; BR7903765A; AR221613A1; MX149754A; CA1123239A; AU516955B2; EP0013283B1; IT7912714A0; KR820001539B1; SE7903651L; DE2966153D1; IT1198994B; US4210040A

Description

Die Erfindung betrifft eine Maschine zur Bearbeitung Werkstücke von komplexer Formgebung. Insbesondere bezieht sie 25 sich auf das Drehen solcher Werkstücke wie z.B. Kolben für V erbrennungsmaschinen.

Kolben für solche Maschinen werden wegen verschiedener Faktoren einschliesslich Grösse, Hitze und Materialeigenschaften zunehmend komplex. Bei der Erwärmung des Kolbens hat 30 dieser das Bestreben, sich infolge der Dickenunterschiede in verschiedenen Teilen des Kolben unterschiedlich auszudehnen. Um einen einwandfreien Sitz im Zylinder zwecks Beibehaltung des maximalen Kompressionsdruckes zu gewährleisten, ist es notwendig, dem Kolben eine solche Form zu geben, dass er im 35 warmen Betriebszustand beinahe eine perfekte zylindrische Form aufweist.

Maschinen für solche Bearbeitungen sind aus den US-Pa-tentschriften 3 373 640 und 2 735 420 bekannt. Sie weisen im wesentlichen einen auf der Spindel angebrachten rotierenden 40 Umfangsnocken sowie eine Art von Axialnockenbearbeitungs-mittel auf, die auf irgend eine Weise damit verbunden sind, um eine Bewegung des Werkzeuges zu ermöglichen, die eine komplexe Formgebung am Werkstück sowohl axial als auch radial ergibt.

45 Bei sehr komplexen Formgebungen war es bisher notwendig, die Bearbeitung in einer Reihe von Einzelschritten durchzuführen anstelle eines einzelnen Schnittes. Ausserdem war ein komplexes Hebelwerk zwischen dem auf der Spindel angebrachten Umfangsnocken und dem im wesentlichen parallel zur Spin-50 delachse montierten Axialnocken notwendig. Je länger dieses Hebelwerk war, umsomehr Probleme ergaben sich für die äus-serste Genauigkeit, die heutzutage für manche Kolben verlangt wird.

Zweck der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung für eine 55 Drehspindelmaschine oder dergleichen vorzusehen, die eine gleichzeitige axiale und radiale Bearbeitung ermöglicht.

Es wird auch bezweckt, die Führungsmittel zur Führung der Umfangs- und Längsbearbeitungsmittel so auszubilden, dass ein kompliziertes Hebelwerk vermieden werden kann, womit 60 auch die Präzision der Maschine erhöht wird.

Ferner wird eine Vorrichtung bezweckt, die eine Reihe von Sätzen von miteinander zusammenwirkenden Bearbeitungsmittel aufweist, in welcher die Sätze relativ zueinander so positioniert sind, dass am gleichen Werkstück verschiedene Formge-65 bungen möglich sind. Die verschiedenen Sätze sollen so miteinander verbunden sein, dass die vom einen Satz hergestellte Form harmonisch in diejenige Form übergeht, die vom anderen Satz hergestellt ist, so dass zwischen den Bearbeitungsmitteln

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kein Übergang sichtbar ist. In jedem Satz sollen ausserdem axiale und radiale Bearbeitungsmittel enthalten sein. Hierin sollten Mittel enthalten sein, die eine Bearbeitung von Kolben für Verbrennungsmaschinen erlauben.

Es wird auch bezweckt, eine Vorrichtung für Drehspindelmaschinen zu schaffen, in welchen die Bearbeitungsmittel rasch positioniert und eingestellt werden können, um die Rüstzeit herabzusetzen.

Es ist auch vorgesehen, eine Zusatzeinrichtung für Drehspindelmaschinen oder dergleichen zu schaffen, die an bereits vorhandenen Maschinen ohne Schwierigkeiten angebracht und wieder entfernt werden kann.

Die schon erwähnte Vorrichtung zur Herstellung komplizierter Bearbeitungen soll leicht zu bedienen und mit minimalen Kosten herstellbar sein. Sie soll während der Bearbeitung in der Lage sein, zuerst eine Grob- und hierauf eine Fertigbearbeitung durchzuführen. Zweckmässig soll diese Vorrichtung durch den Druck eines Fluidums betätigbar sein, also beispielsweise hydraulisch.

Schliesslich soll die Vorrichtung so beschaffen sein, dass sie leicht durch eine andere ausgewechselt werden kann und dass sie Mittel zu ihrer numerischen Steuerung aufweist.

Zusammenfassend soll also eine Vorrichtung geschaffen werden, die eine äusserst genaue Werkstückbearbeitung mittels mehrerer zusammenwirkender Sätze von Nocken ermöglicht, was mit bisher vorhandenen Einrichtungen nicht durchführbar war.

Wie diese Aufgabe gelöst wird, geht aus den Merkmalen des Anspruches 1 hervor.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Vorrichtung sind in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt; es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht der Vorrichtung auf dem Ständer einer Drehspindelmaschine, mit auf der Spindel aufgebrachtem Werkstück,

Fig. 2 eine Aufsicht auf die Vorrichtung,

Fig. 3 eine Aufsicht ähnlich wie Fig. 2, jedoch teilweise im Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 1 und in Richtung der entsprechenden Pfeile gesehen,

Fig. 4 einen Querschnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 1 in Richtung der Pfeile gesehen,

Fig. 5 einen Schnitt durch eine Abtastrolle gemäss Fig. 1 in grösserem Massstab, und

Fig. 6 eine schematische Darstellung der Arbeitsweise der beiden Sätze von Bearbeitungsmitteln.

Wie am besten aus Fig. 1 ersichtlich, ist auf dem Ständer H der Drehspindelmaschine die Kolbenbearbeitungsvorrichtung P montiert.

Die Spindel S der Drehspindelmaschine trägt einen Werkstückhalter 10, auf welchem das zu bearbeitende Werkstück W aufgebracht ist. An der Vorrichtung P ist eine Späneschutzplat-te 12 angebracht. Sie wird am stationären Schlittenträger 14 der Vorrichtung P angeschraubt oder sonstwie befestigt.

Zur Drehung auf der Spindel S ist ein Paar von Umfangsnocken 16, 18 vorgesehen, die an der Spindel S verankert sind. Diese Nocken 16, 18 sind zueinander positiv positioniert und können von der Spindel entfernt werden, um relativ zueinander neu angeordnet zu werden, damit die Bearbeitungsfolge geändert werden kann, wie dies noch beschrieben wird. Der stationäre Schliftenträger 14 trägt ein Paar von Abtasteinheiten 20, 22, die in einem Schmierblock 24 untergebracht sind. Diese Abtastmittel 20, 22 weisen je eine Umfangsabtastrolle 26, 28 sowie eine Axialabtastrolle 30, 32 auf, die am besten aus Fig. 5 ersichtlich sind. Zu beachten ist, dass die Umfangsabtastmittel 20, 22 im rechten Winkel zu den Axialabtastmitteln 30, 32 stehen.

Gemäss Fig. 3 weist die Kolbenbearbeitungsvorrichtung P ein Gehäuse 34 für cien stationären Schlittenträger 14 auf. Dieses Gehäuse 34 enthält einen Zylinder 36, in welchem ein Kolben 38 hydraulisch betätigbar ist. Das Ende des Kolbens 38 trägt einen Schlitten 40. Der Schlitten ist mit einem Lagerblock 42 versehen, an welchem der Werkzeugträger 44 angebracht ist. Dieser weist einen Arm 46 auf, auf welchem Profilstäbe 48, 50 angebracht sind.

Am stationären Schlittenträger 14 sind an dessen Enden einstellbare Anschläge 52, 54 montiert. Der Anschlag 52 begrenzt den Rücklauf des rückwärtigen Endes 56 des Schlittens 40, während der Anschlag 54 die Bewegung des vorderen Endes 58 des Schlittens 40 begrenzt.

Gemäss den Fig. 1 und 3 sind die Profilsstäbe 48, 50 mittels Einstellschrauben 60, 62, 64, 66 einstellbar. Eine Befestigungsschraube 68 führt durch einen Sattel 70 hindurch und ist in den Werkzeugschlittenarm 46 eingeschraubt. Der Sattel 70 weist Schrauben 72, 74 zur Positionierung der Profilstäbe 48, 50 zu beiden Seiten des Schlittenarms 46 auf. Verschlussmuttern 76 sind zu beiden Seiten der Profilstäbe 48, 50 angebracht, um die letzteren nach ihrer Einstellung mittels der Schrauben 60, 62, 64, 66 in der betreffenden Stellung festzuhalten. Eine Seiteneinstellung kann dadurch vorgenommen werden, dass man die Profilstäbe 48, 50 in bezug auf die Verschlussmuttern 76 verschiebt, da die Öffnungen in den Stäben 48, 50 einen gewissen Bewegungsspielraum erlauben.

Der Schlitten 40 trägt gemäss Fig. 4 auf seiner Oberseite ein Endschaltergehäuse 78, welches eine Reihe von Endschaltern 80, 82, 84 aufweist. Ein Nippel 86 nimmt die verschiedenen elektrischen Zuleitungen für diese Schalter auf. Im Gehäuse 78 befindet sich auch ein Steuerschalter 88. Die Endschalter 80, 82, 84 werden durch Plunger 90, 92, 94 betätigt, die mit verschiedenen Betätigungsorganen wie z.B. 96 in den Fig. 1 und 4 in Verbindung stehen, wobei die letzteren auf dem Schlittenträger 14 montiert sind. Der Steuerschalter 88 wird durch einen Kolben 98 betätigt, der seinerseits durch Druckluft beaufschlagt wird. Der Kolben 98 weist einen Stempel 100 auf, der bei Abwärtsbewegung auf einen Gummiball 102 drückt. Das auf dem Werkzeugträger 44 montierte Werkzeug T führt einen Grobschnitt aus, wenn der Kolben 98 und der Stempel 100 den Gummiball 102 lediglich leicht zusammendrücken. Wird der Kolben durch einen höheren Druck nach unten gepresst, wird das Werkzeug T stärker gegen das Werkstück angelegt und bearbeitet dieses sehr fein.

Das Gehäuse 78 ist mit einem Schutzdeckel 104 versehen, um zu verhindern, dass Späne unter den Werkzeugträger geraten, während dieser sich im Lagerblock 42 hin- und herbewegt.

Am Ende des stationären Schlittenträgers 14 befindet sich eine Kühleinheit 106 (Fig. 1) mit Düsen 108 und 110, um ein Schmier- und Kühlöl oder dergleichen gegen das Werkstück W und das Schneidwerkzeug T zu richten, damit während der Bearbeitung keine Überhitzung eintritt. Reguliergriffe 112, 114 regeln die Flüssigkeitsmenge zu den Düsen 108, 110.

Auf dem Schlittenträger 14 ist auch eine Schalttafel 116 angebracht. Diese kann die Bewegung des Schlittens vorwärts und rückwärts kontrollieren, wobei in beiden Richtungen eine normale oder hohe Geschwindigkeit möglich ist, je nach Einstellung durch die Bedienungsperson. Elektrische, hydraulische und Druckluftsteuerkreise sowie Schmier- und Kühleinrichtungen (nicht dargestellt) sind nach Bedarf vorhanden.

Der Betrieb der Bearbeitungsvorrichtung P geht wie folgt vor sich:

Die Umfangsnocken 16, 18 werden auf die Spindel S in einem bestimmten Abstand voneinander aufgesetzt, der sich nach dem gewünschten Umfangsprofil des Werkstückes richtet. Die Axialprofilstäbe 48, 50 werden ebenfalls auf dem Werkzeugträger 44 positioniert, wobei sie entlang der Längsachse des Werkstückes W das gewünschte Profil aufweisen. Die Axialabtastrollen 30, 32 tasten die Profilstäbe 48, 50 ab. Gleichzeitig tasten auch die Umfangsabtastrollen 26, 28 die Umfangsnocken 16, 18 ab. Daraus ergibt sich, dass bei einer zum Werkstück W axialen

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Bewegung des Schneidwerkzeuges T dieses dem Werkstück ein radiales Profil gleichzeitig mit einem axialen Profil erteilt, je nachdem welche der Abtastrollen mit einem entsprechenden Nocken eines Satzes in Eingriff steht.

Aus Fig. 6, welche eine schematische Darstellung der Nockenabtastung zeigt, ist ersichtlich, dass die Profilstäbe 48, 50 in verschiedenen Höhenlagen eingestellt sind. Diese Einstellung der Profilstäbe kann am Werkzeugträger 44 mittels der verschiedenen Einstellschrauben 60, 62, 64, 66 vorgenommen werden. Die Umfangsnocken 16, 18 sind so dargestellt, dass 16 mit ausgezogenen, 18 aber mit gestrichelten Linien gezeichnet ist. Der Axialprofilstab 48 ist ebenfalls mit ausgezogenen, der Axialprofilstab 50 mit gestrichelten Linien dargestellt.

Unter Bezugnahme auf die Lage A auf der linken Seite der Fig. 6 sollen nun die Nocken über 90° durch vier aufeinanderfolgende Stellungen, die mit I beginnen und mit IV enden, abgetastet werden. Wie ersichtlich, ist das Abtastmittel 20 über 90° stets in Berührung mit dem Umfangsnocken 16 und dem Axialnocken 48. Wechselt man nun zur Lage B in der Mitte der Fig. 6 über, befindet sich am Anfang das Abtastmittel 20 in Berührung mit dem Umfangsnocken 16 und dem Axialnocken 48. Bei der Drehung um 90° ergibt sich nun offensichtlich, dass das

Abtastmittel 20 vom Abtastmittel 22 abgelöst wird, welches hierauf den Umfangsnocken 18 und den Profilnocken 50 abtastet. Bewegt man sich in analoger Weise zur Lage C auf der rechten Seite der Fig. 6 und dort durch 90° von I bis IV, stellt man fest, 5 dass in dieser Lage anfänglich in der Stellung I beide Abtastmittel 20, 22 in Berührung mit beiden Umfangsnocken 16, 18 als auch mit beiden Axialnocken 48, 50 stehen. Nach einer Drehung um 90° ersieht man, dass die Abtastung lediglich noch auf dem Umfangsnocken 18 stattfindet.

io Es geht nunmehr klar hervor, dass mehr als zwei Profilsätze verwendet werden können, um zahlreiche verschiedene Kombinationen auf dem Werkstück W zu erreichen. Aus Gründen der Darstellung sind lediglich zwei gezeigt, jedoch kann die Anzahl der auf der Spindel montierten Umfangsnocken, ebenso wie die i5 Anzahl der Profilstäbe erhöht werden. Eine solche Anordnung ermöglicht einen sehr sanften Übergang von einem Nockensatz zum anderen, ohne auf dem Werkstück irgendwelche Spuren zu hinterlassen. Es ergibt sich ferner, dass am Werkstück sehr komplexe Schnitte gleichzeitig durchgeführt werden können, 20 ohne die Notwendigkeit einer Reihe von Einzelbearbeitungen.

Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich einige der Varianten dar, und weitere Änderungen sind denkbar.

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5 Blätter Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Drehspindelmaschine mit einem Werkzeug zum gleichzeitigen axialen und radialen Bearbeiten eines Werkstückes und mit einer Drehspindel, die an ihrem vorderen Ende eine Festhaltevorrichtung aufweist, gekennzeichnet durch Umfangsform-gebungsmittel (16, 18), die drehbar auf der Spindel (S) angebracht sind, durch einen neben der Spindel (S) angeordneten Schlittenträger (14), durch einen im wesentlichen parallel zur Spindelachse auf diesem Support bewegbaren Werkzeugschlitten (40), durch einen auf dem letzteren montierten, parallel und radial zur Spindelachse bewegbaren Werkzeughalter (44), welcher Längsformgebungsmittel (48, 50) aufweist, und durch Abtastmittel (20, 22) zwischen den Umfangs- (16, 18) und den Längsformgebungsmitteln (48, 50) zur gleichzeitigen Abtastung derselben.
2. Drehspindelmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachsen der Abtastmittel (20, 22) quer zur Achse der Spindel (S) liegen.
3. Drehspindelmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Abtastmittel wenigstens zwei Nockenabtastrollen (26, 30; 28, 32) aufweist, von denen sich die eine am einen Ende des Abtastmittels befindet und das entsprechende Umfangsformgebungsmittel berührt, während sich die andere Rolle am anderen Ende des Abtastmittels befindet und mit dem Längsformgebungsmittel in Berührung steht.
4. Drehspindelmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsformgebungsmittel (48, 50) sich vom Werkzeughalter (44) aus nach rückwärts erstrecken.
5. Drehspindelmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Längsformgebungsmittel von den Um-fangsformgebungsmitteln aus nach rückwärts erstrecken.
6. Drehspindelmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsformgebungsmittel lineare Einsteilvorrichtungen aufweisen.
7. Drehspindelmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsbearbeitungsmittel Zweirichtungs-Einstellvorrichtungen aufweisen.
8. Drehspindelmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugträger (44) eine hydraulische Verschiebvorrichtung (36, 38) mit einem Kolben (38) aufweist, dessen Achse parallel zu derjenigen der Spindel ist.
9. Drehspindelmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugträger Mittel aufweist, um den Druck auf das Werkzeug variieren zu können.
10. Drehspindelmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugträger Mittel für Grob- und Feinbearbeitung aufweist.
11. Drehspindelmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Druckänderung einen Druckkolben (98) enthält.
12. Drehspindelmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Kolben mit einem komprimierbaren Stössel (100) verbunden ist.
13. Drehspindelmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsformgebungsmittel (16, 18)

zwei auf der Spindel angebrachte ringförmige Nocken sind.
14. Drehspindelmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsformgebungsmittel (48, 50) zwei auf dem Werkzeughalter (44) angebrachte Linearnocken sind.
15. Drehspindelmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes des Umfangsformgebungsmittel sein eigenes Längsformgebungsmittel aufweist und mit diesem zusammen ein Formgebungspaar bildet, und dass für jedes dieser Paare separate Nockenabtastrollen vorgesehen sind.
16. Drehspindelmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen der Nockenabtastrollen in jedem Formgebungspaar im wesentlichen senkrecht zueinander stehen.
17. Drehspindelmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Endbegrenzungsorgane (80, 82, 84) auf dem Schlittenträger (14) zwecks Begrenzung der Bewegung des Werkzeugschlittens (40).

5 18. Drehspindelmaschine nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch auf dem Schlittenträger angebrachte einstellbare Anschlagorgane (52, 54) für den Werkzeugschlitten.
19. Drehspindelmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsformgebungsmittel um die

10 Werkstückachse herum rotierbar sind.
20. Drehspindelmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lineareinstellmittel (36, 38) eine Längsverschiebung des Längsformgebungsmittels (48, 50) in jedem Satz in bezug auf das zugehörige Umfangsformgebungsmittel

15 dieses Satzes bewirken.
21. Drehspindelmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Organ (116) zur Steuerung der Geschwindigkeit des Werkzeugschlittens (40).