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Pneumatische Lehre an Präzisionsschleifmaschinen Die Erfindung betrifft
eine pneumatische Lehre an Präzisionsschleifmaschinen, bei denen sowohl das Werkstück
als auch die Schleifscheibe umlaufen und gleichzeitig eine Querbewegung zueinander
zwecks allmählichen Abarbeitens einer inwendigen Umlauffläche oder Bohrung im Werkstück
ausführen und die Schleifscheibe zusätzlich noch eine hin- und hergehende Bewegung
ausübt.
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Pneumatische Lehren weisen im allgemeinen zwei diametral einander
gegenüberliegende Düsen auf, die radial nach außen auf die zu bearbeitende Innenfläche
der Bohrung hin gerichtet sind und mit dieser zusammenwirken. Die Düsen sind über
eine Leitung mit einer Druckmittelquelle, im allgemeinen Druckluftquelle, von möglichst
konstantem Druck verbunden. Entsprechend dem zwischen den Düsen und der bearbeiteten
Innenwand des Werkstücks befindlichen Spalt, der sich im Laufe der Bearbeitung vergrößert,
stellt sich in der Druckleitung ein -allmählich sinkender - Druck ein. Dieser Druck
wird - absolut oder relativ - gemessen und die Schleifmaschine bei Erreichen eines
vorbestimmten Druckes abgeschaltet. Beispielsweise kann der in der Leitung herrschende
Druck mit Hilfe eines Differenzmanometers mit dem Druck verglichen werden, der in
einer parallel zur ersten Leitung an die gleiche Druckluftquelle angeschlossenen
zweiten Leitung herrscht, die durch eine genau geeichte, den gewünschten Endinnendurchmesser
des Werkstücks bestimmende öffnung Luft abgibt.
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Bei pneumatischen Lehren für Schleifmaschinen dieser Art war es bisher
üblich, den die Düsen enthaltenden Teil axial seitlich neben der Schleifscheibe
zusammen mit dieser hin- und herzubewegen. Während des Arbeitsvorganges befand sich
dabei die Lehre abwechselnd innerhalb und außerhalb des Werkstücks. Eine Anordnung
dieser Art weist eine Reihe von Nachteilen auf: Es muß verhindert werden, daß der
Druck in der Druckluftleitung in dem Augenblick, wo die Lehre das Werkstück verläßt,
unter den vorbestimmten, dem Endinnendurchmesser entsprechenden Druck abfällt und
damit die Schleifmaschine abschaltet. Das macht eine Ventileinrichtung erforderlich,
die die Düsen abschließt, wenn sie in den Endbereich der Bohrung gelangen. Eine
derartige Ventileinrichtung ist außerordentlich umständlich und verteuert die Lehre
in hohem Maße.
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Weiterhin erfordert die Stabilisierung des Druckes in der Druckleitung
eine gewisse Zeit. Es muß daher, wenn Unterschiede des Innendurchmessers in axialer
Richtung innerhalb gewisser Grenzen noch wahrgenommen werden sollen, die Vorschubgeschwindigkeit
der Lehre relativ .gering gehalten werden. Um diese verhältnismäßig langsame Vor-
und Zurückbewegung auszugleichen, muß der radiale Vorschub der Schleifscheibe und
des Werkstücks gegeneinander vergrößert werden. Das bedeutet einmal, daß die Zeitdauer
eines Arbeitsganges wächst, und gleichzeitig; daß die Abnahme während eines Arbeitsganges
relativ groß ist. Ein weiterer Nachteil dieser Anordnung liegt daher darin, daß
sich die Toleranzen, innerhalb deren die Endinnendurchmesser der Werkstücke schwanken,
nicht klein genug gehalten werden können.
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Ein dritter Nachteil der bisherigen mit pneumatischen Lehren arbeitenden
Schleifmaschinen liegt schließlich darin, daß das Werkstück nicht ständig über seine
gesamte Länge bearbeitet werden kann. Diejenigen Teile des Werkstücks, die gerade
von der Lehre überfahren werden, werden nicht bearbeitet, wodurch sich der gesamte
Arbeitsvorgang wesentlich verlängert.
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Es besteht daher die Aufgabe, eine pneumatische Lehre so auszuführen,
daß sie gleichzeitig mit der Schleifscheibe in dem Werkstück Platz findet und somit
während des gesamten Arbeitsvorganges mit der Innenwand des Werkstücks zusammenwirkt.
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Es sind zu diesem Zwecke des Honens Werkzeuge bekanntgeworden, bei
denen zwischen den Abziehsteinen
des Werkzeugs die Düsen einer
pneumatischen Lehre angebracht sind und sich somit während des Arbeitsvorganges
zusammen mit dem Werkzeug innerhalb der zu bearbeitenden Bohrung befinden und ständig
mit dem Werkstück zusammenwirken. Die übertragung dieser Einrichtung auf Schleifmaschinen
ist jedoch nicht möglich, da zum Unterschied gegenüber jenen Werkzeugen die Schleifscheiben
massiv ausgeführt sind. Bei den bekanntgewordenen Werkzeugen zur Ausführung des
Honen-Verfahrens müssen außerdem die die Düsen tragenden Teile mit dem Werkzeug
umlaufen. Dadurch werden komplizierte Zuleitungen erforderlich, die eine wirksame,
für eine genaue Druckmessung erforderliche Abdichtung erschweren. Abgesehen davon
sind Honwerkzeuge verhältnismäßig teuer, weshalb dieses Verfahren auch nur für bestimmte
Zwecke, beispielsweise zum Schleifen von Zylinderbuchsen für Kraftfahrzeuge, angewandt
wird.
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Die oben angegebene Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß
die Meßlehre aus einer innerhalb der Spindel des das Werkstück aufnehmenden Spannfutters
gerätefest gelagerten und mit einer Bohrung für das Zuführen des Druckmittels versehenen
Welle und einem am Ende der Welle angeordneten Meßkopf besteht, von dessen radial
äußerem Teil sich als eigentlicher Meßfühler ein oder mehrere Teile axial erstrecken,
an welchen mit der Bohrung der Welle verbundene Düsenöffnungen in an sich bekannter
Weise einander diametral gegenüberliegend angeordnet sind und welche derart ausgebildet
sind, daß sie auch während des Schleifvorganges in den Raum zwischen dem Werkstück
und der Schleifscheibe hineinpassen.
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Dadurch wird einmal erreicht, daß die Schleifscheibe so große axiale
Abmessungen annehmen kann, daß sie unabhängig von ihrer axialen Hin- und Herbewegung
ständig die Bohrung des Werkstücks in ihrer gesamten Länge bearbeitet, was die Gleichmäßigkeit
der Bearbeitung des Werkstücks über dessen ganze Länge gewährleistet und wodurch
die Schleifscheibe ständig voll ausgenutzt ist.
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Weiterhin kann auf diese Weise die Geschwindigkeit der Hin- und Herbewegung
der Schleifscheibe wesentlich erhöht werden, so daß sich der Betrag der Abnahme
während eines Arbeitshubes wesentlich vermindert und somit die Toleranzen der Enddurchmesser
genügend klein gehalten werden können, beispielsweise innerhalb eines oder weniger
tausendstel Millimeter bei Serienherstellung von z. B. Kugellagerringen und ähnlichen
Massenerzeugnissen.
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Schließlich ist eine Ventileinrichtung, die die Düsen der bisherigen
pneumatischen Lehren beim Verlassen des Werkstücks schließt, hinfällig.
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Weitere Vorteile und Eigenschaften der in den Patentansprüchen gekennzeichneten
Erfindung sind in der Beschreibung an Hand der Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen
stellt dar F i g. 1 einen teilweisen Längsschnitt durch eine Präzisionsschleifmaschine
mit darin eingebauter, gemäß der Erfindung ausgeführter Lehre, F i g. 2 einen Querschnitt
nach der Linie II-Il der F i g. 1 in vergrößertem Maßstab und gemäß der Linie II-II
der F i g. 3, F i g. 3 einen Längsschnitt nach der Linie 111-11 1
der F i
g. 2 durch den eigentlichen Lehrenkopf, F i g. 4 einen Querschnitt durch einen Lehrenkopf
einer abgewandelten Ausführungsform nach der Linie IV-IV der F i Q. 5, die ihrerseits
ein Seitenriß dieser Ausführungsform ist: F i g. 6 zeigt eine Lehre nach einer obigen
Ausführungsform der Erfindung; die Figur ist ein teilweiser Querschnitt nach der
Linie VI-VI der F i g. 7, die ihrerseits ein axialer Schnitt nach der Linie VII-VII
der F i g. 6 ist.
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In der F i g. 1 bezeichnet 10 einen Teil des Fundaments der Maschine,
in welchem Lager 12 für eine umlaufende Spannfutterspindel14 angebracht sind. Ein
Spannfutter 16 ist z. B. durch Schrauben 18 an einem Flansch 20 der Spindel befestigt.
Bei dem Ausführungsbeispiel ist das Spannfutter 16 mit drei Backen 22 versehen,
die um das ringförmige Werkstück 24 herumgreifen. Die Backen arbeiten hierbei mit
einer kegeligen Fläche 26 im Spannfutter zusammen, welche die Backen radial nach
innen führt, wenn sie mittels einer Hülse 28 und eines rohrförmigen Betätigungsgliedes
30 nach links, in der Zeichnungsebene gesehen, geführt werden. Zwischen dem rohrförmigen
Betätigungsglied 30 und der Spindel 14 ist eine Dichtung 32 vorgesehen. Die vorbeschriebenen
Teile sind nur zur Erklärung der Arbeitsweise der Erfindung dargestellt und können
daher durch entsprechende Teile jeder gleichartig arbeitenden anderen Vorrichtung
ersetzt sein.
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Von der der Spindel 14 entgegengesetzten Seite wird eine Schleifscheibe
34 in das auf einer umlaufenden Welle 36 sitzende Werkstück 24 eingeführt. Die Welle
36 ist in an sich bekannter Weise für eine axiale Hin- und Herbewegung und gleichzeitig
für eine Querbewegung zum Abschleifen der zylindrischen Innenfläche 38 des Werkstücks
auf die vorgesehene Abmessung eingerichtet. Wie aus der F i g. 1 hervorgeht, kann
die Schleifscheibe 34 eine größere axiale Länge haben als das Werkstück, so daß
sie die Hin- und Herbewegung ausführen kann, während die Innenfläche des Werkstücks
stets in ihrer ganzen axialen Länge bearbeitet wird. Da Vorrichtungen zur Erzeugung
der umlaufenden, der hin- und hergerichteten und der quergerichteten Bewegung der
Schleifscheibe wie auch für deren Schärfung an sich bekannt sind, wird hier von
ihrer näheren Beschreibung abgesehen.
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Die gemäß der Erfindung ausgeführte Lehre umfaßt eine Welle 40, die
durch das Betätigungsglied 30 hindurchgeführt ist, wobei ein Lager 42 zwischen den
Teilen neben dem Spannfutter eingesetzt sein kann. Die Welle 40 ist nicht drehbar,
kann dagegen mit Hilfe einer nicht dargestellten Betätigungsvorrichtung in an sich
bekannter Ausführung axial verschiebbar sein. Eine biegsame Leitung 44, die mit
einer Druckmittelquelle in Verbindung steht, ist über einen Nippel 46 an das äußere
Ende der Welle 40 angeschlossen. Die Welle hat eine durchlaufende Bohrung 48. Auf
dem dem Spannfutter zugewandten Ende der Welle ist der allgemein mit 5(? bezeichnete
Kopf der Lehre beispielsweise mit Hilfe einer Verschraubung 52 befestigt. Der Kopf
50 umfaßt bei der Ausführungsform nach den F i g. 1 bis 3 einen scheibenförmigen
Teil 54 und einen mondsichelförmigen Teil 56, von denen ersterer eine Bohrung 58
hat, die zu der Verschraubung 52 paßt, während letztere eine Form hat, die dem Zwischenraum
zwischen der Bohrung des Werkstücks 24 und der Schleifscheibe 34 entspricht, wie
aus der F i g. 2 ersichtlich ist. In der Verschraubung ist ein T-förmiger Kanal
60 vorgesehen, der in eine ringförmige Nut 62
in der Bohrung 58
mündet. Von dieser Nut geht eine radiale Bohrung 64 in dem scheibenförmigen Teil
54 aus, die ihrerseits in eine axiale Bohrung 66 im Teil 56 mündet. Die Bohrungen
müssen von außen ausgeführt sein und sind nach außen durch Pfropfen 68 bzw. 70 verschlossen.
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Im Teil 56 des Lehrenkopfes ist eine peripher verlaufende Rinne 72
ausgebildet, die nach innen durch einen dünnen Blechstreifen 74 und seitlich durch
Abstandsstücke 76 abgedichtet ist. Das Innere der Rinne 72 steht mit der Bohrung
66 und dadurch über die Bohrung 64, die Nut 62, den T-förmigen Kanal 60 in der Verschraubung
52, den Kanal 48 in der Welle 40 und die Leitung 44 mit der Druckquelle in Verbindung.
An einander diametral gegenüberliegenden Stellen, bezogen auf die Mittellinie des
Werkstücks 34, und in der Nähe der Außenkante des Lehrenteils 56 ist an der Außenseite
je ein radial verlaufendes Loch 80 vorgesehen, das mit der Rinne 72 in Verbindung
steht. Die Mündung der Auslaßdüsen 80 befindet sich etwas unterhalb des Außenumfanges
des Lehrenkörpers. Um die Mündung herum ist eine Rinne 78 vorgesehen, die Luft nach
außen ableitet und eine längliche Form haben kann.
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Nachdem ein Werkstück 24 in dem Spannfutter 16 aufgespannt worden
ist, wird die Schleifscheibe 34 in seine Bohrung hineingeführt. Die axial bewegliche
Lehre tritt, gegebenenfalls nach einer Vorbearbeitung des Werkstücks, mit dem Endteil
des mondsichelförmigen Teils 56 von entgegengesetzter Seite in den Zwischenraum
zwischen der Bohrung des Werkstücks und der Schleifscheibe ein. Dank der Ausformung
dieses Teils kann die Schleifscheibe neben ihrer Umlaufbewegung die oben angegebene
Hin- und Herbewegung ausführen. Das von der Druckquelle ; zugeführte Mittel, in
der Regel Luft, strömt durch die zwischen den Düsen 80 und dem Werkstück gebildeten
Spalten aus. Die Größe dieser Spalten bestimmt den Druck in der Luftzufuhrleitung.
Mit dem Abheben von Werkstoff durch die Schleifscheibe 34 wachsen die Spalte, und
damit fällt der Druck in der Leitung. An einer Stelle dieser Leitung kann auf bekannte
Art, wie in der Einleitung beschrieben, ein Differenzmanometer beeinfiußt werden,
das bei Erreichen des dem gewünschten Durchmesser der Bohrung im Werkstück entsprechenden
Druckes dem Betätigungsglied einen den Schleifvorgang abbrechenden Impuls vermittelt.
Die Schleifscheibe verläßt das Werkstück in der einen Richtung, die Lehre in der
entgegengesetzten Richtung.
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Die vorbeschriebene Ausführungsform ist für auszuschleifende Bohrungen
mit kleinem Durchmesser, z. B. unter 30 mm, bestimmt, bei denen nur wenig Platz
zwischen der Schleifscheibe und dem Werkstück in der Bohrung in letzterem verfügbar
ist. Die Ausführungsform nach den F i g. 4 und 5 ist für Bohrungen mit größerem
Durchmesser bestimmt, wo also mehr Platz für die Lehre zur Verfügung steht. Ihr
in das Werkstück eintretender Teil 56 weist am Umfang außerhalb der einen Nut 78
einen axialen Kanal 82 und einen oder mehrere im wesentlichen tangential verlaufende
Kanäle 84 auf, die an der Kante des in Rede stehenden Teils münden. Durch diese
Kanäle bläst man Luft in Richtung zur auszuschleifenden Fläche, deren Umlaufrichtung
durch den Pfeil 86 in der F i g. 4 angegeben ist. Hierdurch wird die umlaufende
Schleiffläche von Wasser, Schleifteilchen od. dgl. reingeblasen, bevor sie sich
an der ersten Düse 80 vorbeibewegt. Die Blasluft wird dem Kanal 82 durch
einen radialen Kanal 88
und einen axialen Kana190 im Scheibenteil54 von einem
gesonderten Zuführsystem zugeführt, das also nicht auf den Druck in der die Düsen
mit Luft versorgenden Leitung einwirkt.
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Die abschließende Bearbeitung des Innendurchmessers des Werkstücks
auf die vorgesehene Abmessung erfolgt bei Ansprüchen auf große Präzision mit sehr
kleinem Vorschub der Schleifscheibe 34 in radialer Richtung bei jeder von ihr ausgeführten
Hin-und Herbewegung. Um mit der pneumatischen Lehre gemäß der Erfindung zuverlässige
Ergebnisse zu erhalten, ist es vorteilhaft, daß das Ausgangsmaß des Durchmessers
der Bohrung im Werkstück vor der abschließenden Bearbeitung nur um ein geringes,
z. B. um weniger als 1/1o mm, unter dem gewünschten Enddurchmesser liegt. Bei der
Ausführungsform nach den F i g. 4 und 5 ist die Lehre mit zwei Düsensystemen versehen,
von denen das soeben beschriebene für die abschließende Bearbeitung bestimmt ist,
während das andere an einen äußeren Teil 92 des Lehrenteils 56 verlegt ist, der
zu einem kleineren Durchmesser paßt. In die Außenfläche des Teils 92 mündet eine
Düse 94 derselben Ausbildung wie die Düsen 80. Die Düse 94 steht durch Kanäle 96,
98 und 100 in Verbindung mit einem gesonderten Druckluftsystem mit
darin angeschlossenem Differenzmanometer. Zu Beginn des Schleifvorganges wird nur
der Teil 92 zum Eintritt in das Werkstück gebracht. Nachdem das Werkstück auf ein
bestimmtes Maß abgeschliffen ist, was mit verhältnismäßig großem Vorschub der Schleifscheibe
34 geschehen kann, betätigt dieses Differenzmanometer Umschaltglieder derart, daß
die Lehre nun auch mit dem die Düsen 80 tragenden Teil in das Werkstück eintritt.
Damit beginnt die abschließende Bearbeitung, die mit geringerem Vorschub in radialer
Richtung in der Zeiteinheit erfolgen soll. Es leuchtet ein, daß die erste Bearbeitung
nur bis zu einem ungefähren Maß des Bohrungsdurchmessers zu erfolgen braucht, weswegen
in diesem Fall nur eine Düse, die mit geringerer Genauigkeit arbeitet als zwei einander
gegenüberliegende Düsen, ausreichend ist.
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Die F i g. 6 und 7 zeigen eine Ausführungsform, bei welcher die Lehre
für verschiedene Durchmesser der Bohrung im Werkstück einstellbar ist. Der Kopf
der Lehre hat einen scheibenförmigen Teil 54, der zum Anschluß an die Welle 40 der
Lehre bestimmt ist. Der Teil 56 in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen
ist durch zwei Schenkel 102 ersetzt, die in radialen Nuten im Teil 54 einstellbar
sind. Diese Nuten und der in diese eintretende Teil der Schenkel können hierbei
schwalbenschwanzförmig bzw. T-förmig ausgeführt und die Schenkel mit Hilfe von Schrauben
104 festsetzbar sein, nachdem ihr Außendurchmesser auf einen" bestimmten
Wert eingestellt worden ist. Im Innern der Schenkel sind rechtwinklig verlaufende
Kanäle 106 und 108 vorgesehen, die in die Düsen 80 münden. Die Kanäle sind
von außen gebohrt und die Bohrlöcher nachträglich wieder verschlossen worden, wie
bei 110 bzw. 112 angedeutet ist. Die Kanäle 106 sind durch Löcher 114 mit je einer
zugehörigen Nut 116 verbunden, die über zweckmäßig schräg gebohrte Kanäle 118 mit
der Bohrung 48 der Welle und damit dem Druckluftsystem mit seinen Drosselstellen
und seinem Differenzmanometer in Verbindung stehen.
Der Druck in
der Luftzufuhrleitung zur Lehre wird nun benutzt, die Geschwindigkeit des Vorschub-Motors
zu regeln. Auf diese Weise wird der Vorschub unmittelbar vom Durchmesser der Bohrung
des Werkstücks gesteuert. Wenn der Motor z. B. ein elektrisch betriebener ist, kann
der Druck einen mit dem Magnetkreis in Serie geschalteten Widerstand oder auf andere
bekannte Weise einen Widerstand beeinflussen, so daß eine variabel einstellbare
Geschwindigkeit erhalten wird. Bei einem hydraulischen Motor kann man mit dem Druck
ein Ventil in der ÖI-zufuhrleitung zum Motor betätigen.