DE2060737A1

DE2060737A1 - Spanabhebende Maschine

Info

Publication number: DE2060737A1
Application number: DE19702060737
Authority: DE
Inventors: Buckley Bruce Robert Ashworth; Welbourn Donald Burkewood; Smith James Derek
Original assignee: CAV Ltd
Current assignee: CAV Ltd
Priority date: 1969-12-11
Filing date: 1970-12-10
Publication date: 1971-06-16
Also published as: US3702043A; GB1327387A; FR2073560A5

Description

Spanabhebende Maschine

Die Erfindung betrifft eine spanabhebende Maschine zum Abheben von Material von einer Innenfläche eines Werkstücks durch ein spanabhebendes Werkzeug, das in Eontakt mit dem Werkstück gebraoht wird.

Die Erfindung eignet sich für Läpp- oder Honmaschinen oder dergleichen mit einem spanabhebenden Werkzeug, mit dem bei laufender Maschine die Innenfläche des Werkstücks in Kontakt steht und eine Relativbewegung zwishen dem Werkzeug und dem Werkstück parallel zur Fläche erfolgt, während eine relative Vorschubbewegung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück durch Vergrößerung des effektiven Durchmessers des Werkzeugs und/oder mitunter durch eine relative radiale Verlagerung des Werkzeuge gegenüber dem Werkstück erfolgt, bezogen auf eine Achse, um die die Drehung erfolgt, um die Relativbewegung parallel zur Arbeitsfläche zu erreichen.

Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer Maschine, die in der Lage ist, eine genaue, winkeltreue zylindrische Bohrung in der Einspritzdüse einer Brennkraftmaschine herzustellen. Bine solche Bohrung ist an einem Ende geschlosstn, und um die erforderliche Bearbeitung der Innenfläche der Bohrung sowie das erforder-

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liehe Maß an Genauigkeit hinsichtlich Eundheit tuad Parallelität in Bezug auf die radialen Abmessungen der Bohrung über ihre länge hinweg zu erreichen, ist es üblich, daß die Bohrung von Hand geläppt wird.

Zu diesem Zweck arbeitet man mit einem etwa zylindrischen Läppwerkzeug (das leicht konisch ist und in Längsrichtung geteilt ist). Dieses Läppwerkzeug ist mit Mitteln versehen, um ein Spreizen zu bewirken. Beim Arbeiten damit wird es mit einer Schleifpaste beschichtet. Die das Läppen durchführende Arbeitskraft kann "stramme" Stellen feststellen, und sie kann das Läppen durch eine von Hand ausgeführte axiale Hubbewegung der Düse am Läppwerkzeug fortsetzen (während das Läppwerkzeug in einem rotierenden angetriebenen Futter oder Einspannkopf gehalten), bis solche "Strammen" Stellen beseitigt sind.

Der Vorgang ist zeitraubend und erfordert Fachkönnen, und beide Faktoren tragen erheblich zu den hohen Herstellungskosten der Düse bei.

Die Erfindung bezweckt also insbesondere die Schaffung einer Läppmaschine, die zur Durchführung des genannten Arbeitsgangs verwendet werden und die sich auch für andere ähnlich gelagerte Arbeiten eignet, bei denen Innenflächen spangebend bearbeitet werden sollen.

Die Maschine gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Ständer, auf dem ein Werkzeugsupport und ein Werkstücksupport sitzen, die in solchen Relativlagen zueinander angeordnet Bind, daß das Werkzeug im Werkzeugsupport koaxial zur Fläche des Werkstücks im Werkstücksupport sitzt, eine Einrichtung zum Bewirken einer Relativdrehung um die Achse dee Werkzeugs zwisohen den Supporten, eine Einrichtung zum Bewirken einer relativen axialen Hubbewegung zwisohen den Supporten, eine Tasteinrichtung zum Feststellen des Widerstandes gegen eine Relativbewegung zwisohen dem Werkzeug und

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der Oberfläche der Bohrung und zur Erzeugung eines Primär signals in einer Größe, die von der Größe des Widerstands abhängt, und eine Einrichtung zum Einstellen des effektiven Durchmessers bzw. der relativen radialen Lage des Werkzeugs unter Bezugnahme auf das Primärsignal.

Sie Tasteinrichtung und die Einrichtung zum Einstellen des effektiven Durchmessers bzw. der relativen radialen Lage des Werkzeugs sind vorteilhafterweise in einer solchen ΙΌπα vorgesehen, daß für ein im wesentlichen sofortiges Ansprechen zur Änderung des effektiven Durchmessers bzw. der relativen radialen Lage des Werkzeuge beim Feststellen Irgendeiner Abweichung von einem oder mehreren festgelegten Bezugssignalen oder -größen gesorgt ist, mit denen das von der !Dasteinrichtung erzeugte Signal in einem zu diesem Zweck vorgesehenen Komparator verglichen wird.

Für bestimmte Kategorien von Arbeiten ist es im Bahnen der Erfindung vorgesehen, die Haschine mit Anzeigern oder dergleichen zu versehen, die eine Anzeige des Widerstandes gegen eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug bei verschiedenen Relativlagen längs des relativen Hubwegs zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug liefern, wobei die Einrichtung zum Einstellen des effektiven Durchmessers des Werkzeugs von einer Bedienungsperson von Hand entsprechend der Anzeige betätigt werden kann, die vom Primärsignal abgeleitet ist.

Torzugsweise weist die Maschine jedoch eine Programmsteuerung auf, die das Primärsignal erhält und mindestens ein erstes Auegangssignal zur Betätigung oder zur Steuerung der Betätigung der Einrichtung zur Einstellung des effektiven Durchmessers bzw. der relativen radialen Lage des Werkzeuge erzeugt. Die Programmsteuerung kann ferner ein zweites AusgangsLgnal zum Beenden einer weiteren Spanabhebung am Werkstück bei Erreichen festgelegter Bedingungen erzeugen, wie sie von der fasteinrichtung festgestellt werden, beispielswei-

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se Gleichförmigkeit innerhalb von festgelegten Grenzen im Primärsignal über den relativen Hubweg zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück hinweg bei einem bestimmten effektiven Durchmesser bzw. bei einer bestimmten relativen radialen Lage des Werkzeugs.

In einem Ausführungsbeispiel eitzt gemäß der Erfindung einer der beiden Supporte., nämlich des Werkzeugsupports und des Werkstücksupports, auf dem Ständer zur Drehung um eine Achse und steht in einer Arbeitβverbindung mit einem Antriebsmotor zum Bewirken einer solchen Drehung, während der andere Support an einer Drehung um die Achse gehindert ist, jedoch am Ständer zur Ausführung einer Hubbewegung in Längsrichtung der Achse gelagert ist. Dabei ist die Taeteinrichtung funktionell dem hubbewegbaren der beiden Supporte zugeordnet. Eine Hubbewegung dieses Supports kann dadurch bewirkt werden, daß er auf einen Schlitten gesetzt ist, der in Längsrichtung der Achse gegenüber dem Ständer bewegbar ist. Dabei kann die Tasteinrichtung durch einen Drehmomentenmesser oder durch eine Lastzelle gebildet sein, die funktionell zwischen den hubbewegbaren Support und den Schlitten geschaltet ist, auf dem er sitzt. Dieser Messer oder diese Zelle unterliegt Spannungen in Erwiderung auf das Drehmoment, das auf diesen Support um die Achse herum übertragen wird, und zwar als Folge des Angriffs des Werkzeugs an der Innenfläche der Bohrung, die spangebend bearbeitet wird.

Die bevorzugte Form der Tasteinrichtung besteht in einem elektrischen Dehnungsmesser.

Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Einrichtung zum Einstellen eines effektiven Durchmessers bzw. der relativen radialen Lage des Werkzeugs vorzugsweise eine Stelleinrichtung bzw. einen Motor aufweist, der seine Antriebsenergie von einer Quelle erhält, die unabhängig von irgendeinem Antriebsmotor ist, welcher zum Bewirken einer Reihtivbewegung zwischen dem

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Werkzeug und dem Werkstück verwendet wird, sei es, daß es sich bei dieser Bewegung um eine Drehbewegung handelt, sei es, daS es sich bei dieser Bewegung um eine Hubbewegung handelt; das Stellglied bzw. der Motor wird dabei in Erwiderung auf das erste Ausgangesignal in Gang gesetzt, das in der Programmsteuerung erzeugt wird.

Das Stellglied bzw. der Motor der Einrichtung zum Einstellen des effektiven Durchmessers oder der relativen radialen Lage des Werkzeugs ist vorzugsweise so ausgebildet bzw. angeordnet, daß für einen Einstellschritt bzw. eine Einstellgeschwindigkeit des effektiven Durchmessers bzw. der relativen radialen Lage gesorgt wird, der bzw. die zum Primärsignal entsprechend einer festgelegten Rotation in Beziehung gesetzt ist, die durch die Programmsteuerung bestimmt wird. Ein solches Stellglied bzw. ein solcher Motor sorgt vorzugsweise auch sowohl für eine genau gesteuerte Zunahme im effektiven Durchmesser oder in der relativen radialen Bewegung nach außen als auch für eine genau gesteuerte Abnahme im effektiven Durchmesser bzw. in der relativen radialen Bewegung nach innen des Werkzeugs in jedem Stadium während eines vollständigen Arbeitsspiels in der Spanabhebung an einem Werkstück.

Die bevorzugte Form des Stellglieds bzw. des Motors besteht in einer hydraulisch betätigten Einrichtung, und in diesem Fall gehört zur Programmsteuerung eine Ventilanordnung, die entsprechend der Größe des Primärsignals (und anderer programmbestimmender Signale, wie sie in die Programmsteuerung eingefüttert werden können) betätigt wird, ua eine Einstellung im effektiven Durchmesser bzw. in der relativen radialen Lage des Werkzeugs in genau festgelegten getrennten Schritten oder kontinuierlich mit einer genau festgelegten Geschwindigkeit zu bewirken, je nachdem, wie das für den betreffenden Fall erforderlich ist.

Die Einrichtung zur Einstellung des effektiven Durchmessers des

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Werkzeugs kann durch ein Spreizelement gebildet sein, das in dem Inneren eines hohlen Werkzeugs sitzt und in ihm axial bewegbar ist, um den effektiven Durchmesser einzustellen, der von der Außenfläche des Werkzeugs gebildet wird. Dieses Element kann dann mit einem Stellstab verbunden sein, der sich koaxial zur Drehachse erstreckt und funktionell mit dem beweglichen Element eines Hydraulikzylinders in Verbindung steht, dessen Hydraulikzuleitung in Abhängigkeit vom Primärsignal gesteuert wird, das von der Tasteinrichtung erzeugt wird, vorzugsweise unter Zwischenschalten einer Programmsteuerung, wie das bereits erwähnt worden ist.

Es ist zweckmäßig und häufig der Fall, daß der Werkzeugsupport der L· drehbare Support ist, während der Werkstücksupport der drehfeste Support, der jedoch axial hubbewgbare Support ist. Im Sonderfall wäre dann das Stellglied bzw. der Motor zum Einstellen des effektiven Durchmessers des Werkzeugs funktionell mit dem Stellstab unter Zwischenschalten eines Drehgelenks verbunden, zu dem Mittel zum Übertragen von axialen Druckkräften auf den Stab gehören. Dabei ist der Hydraulikzylinder drehfest am Ständer der Maschine gelagert.

Die allgemeine bevorzugte Form der Programmsteuerung besteht in einer elektrischen Schaltung mit einem elektrischen Vergleichskreis, in dem ein elektrisches Primärsignal, das von der Tasteinrichtung erzeugt wird, mit einem elektrischen Bezugssignal verglichen wird, um ein Sekundärsignal zu liefern, das einem oder ™ mehreren weiteren Kreisen zugeführt wird, um ein Ausgangsösignal zu erzeugen, das die Betätigung der Einrichtung oder die Steuerung der Betätigung der Einrichtung zum Einstellen des effektiven Werkzeugdurchmeseers oder der relativen radialen Lage des Werkzeuge bewirkt, und zwar entweder um den Durchmesser zu vergrößern oder zu verkleinern, je naohdem, ob die Differenz zwischen dem Priaärsignal und dem Bezugssignal unter oder über einem Sollwert liegt.

Alternativ kann die Programmsteuerung durch eine Fluidic-Sohaltung

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gebildet seil*, die entsprechende Fluidic-Logikelemente enthält, welche so angeordnet Bind, daß ein Ausgangssignal geliefert wird, das eine Funktion eines Eingangssignals ist, wie das oben unter Bezugnahme auf die elektrische Vergleichsschaltung beschrieben ist. Eine mechanische Programmsteuerung ist auch möglich.

Sie Erfindung ist im nachfolgenden an Hand eines Ausführungebeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind:'

Fig. 1 eine Seitenansicht, in der die allgemeine Anordnung von Teilen einer Läppmaschine gezeigt ist,

Fig. 2 eine Einzelheit im Schnitt durch die Achse relativer Drehung und Hubbewegung des Läppwerkzeugs und des Werkstücks im vergrößerten Maßstab, wobei der Support für das Läppwerkzeug gezeigt ist,

Fig. 3 ein Schnitt in derselben Ebene im gleichen Maßetabe wie

der in Fig. 2 gezeigte Schnitt, der den Aufbau des Stellglieds oder des Motors zur Betätigung der Einrichtung zum Einstellen des effektiven Durchmessers des Läppwerkzeugs zeigt,

Fig. 4 ein Schnitt in derselben Ebene wie die Schnitte in Fig. und 3, der den Aufbau des Werkstückhalterε zeigt,

Fig. 5 eine Endansicht des Werkstückhalters, in der die Tasteinrichtung gezeigt ist, und

Fig. 6 ein Schaltbild, in dem die Programmsteuerung der Maschine gezeigt ist.

Zwar bezieht sich die folgende Beschreibung auf das Beispiel einer Läppmaschine, die gleiche Konstruktion und Anordnung sowie im wesentlichen die gleiche Programmsteuerung können jedoch auch für eine Honmaschine verwendet werden. Das Honwerkzeug weist in diesem Fall einen Körper auf, von dem radial vorstehende Steine bzw. Schleifelemente wegführen, deren äußere flächen den effektiven Durchmessr des Honwerkzeugs bilden. Die Einrichtung zum Spreizen

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der Steine bzw. Schleifwerkzeuge kann ähnlich der Einrichtung sein, die zum Spreizen des Läppwerkzeugs vorgesehen ist.

Gemäß der Sarstellung in Pig. 1 weist die Maschine einen geeigneten Ständer auf, bestehend aus einer Bodenplatte 10, auf der eine Anzahl von Sockeln 11, 12 und 15 sitzen, die zur Lagerung der !Funktionsteile der Maschine dienen, was noch zu beschreiben sein wird.

Eu den Funktionsteilen gehört ein Werkzeugsupport 14 mit einer Drehspindel 15» die das Läppwerkzeug trägt und die von einem Motor 17 über ein Getriebe 18 um eine Achse gedreht wird.

Das Spreizen des Läppwerkzeugs wird durch ein Stellglied 19 bewirkt, das koaxial zur Achse der Spindel angeordnet ist. Ein Werkstücksupport 20 ist koaxial zur Achse der Spindel angeordnet und sitzt auf einem hubbewegbaren Schlitten 21, der von einem Hydraulikzylinder 22 parallel zur Achse der Spindel hubbewegt werden kann. Der Werkstücksupport wird durch eine Anordnung 24 an einer Drehung um die Achse gehindert, die eine Tasteinrichtung 24a zum Feststellen des Drehmomentes aufweist, das am Werkstücksupport beim Angriff des Läppwerkzeugs 25 am Werkstück entsteht.

Der im einzelnen in Fig. 2 gezeigte Werkzeugsupport besteht aus der Spindel 15, durch die eine koaxiale Bohrung führt und auf deren hinterem Ende eine Riemenscheibe 26a sitzt, zweckmäßigerweise in einer solchen Form, daß ein Antrieb mittels eines Riemens 26 erfolgen kann, der gezahnt ist oder eine sonstige Form haben kann und um eine weitere Riemenscheibe gelegt ist, die fest auf der Welle 27 des (Elektro-) Motors 17 sitzt.

Die Spindel 15 ist in einem Gehäuse 28 in im axialen Abstand angeordneten Wälzlagern 29 gelagert, die sowohl zur Aufnahme von

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radialen als auch von axialen Lasten ausgebild* sind und die axial durch Deckplatten 50 abgedeckt sind. Am vorderen Ende ist die Spindel 15 mit Außengewinde versehen, und auf ihr sitzt eine Gewindekappe 31» die einen radial nach innen vorstehenden Flansch 32 am vorderen Ende aufweist, um ein Ergreifen des Flansche 33 . des Läppwerkzeugs 25 zwischen dem Flansch 32 und der Endfläche der Spindel 15 zu ermöglichen, wenn die Kappe festgezogen wird. Zu diesem Zweck ist ein radial nach außen vorstehender Flansch 34 vorgesehen, der gerändelt sein kann, Stecklöcher haben kann oder in der Form eines Sechsecks oder einer anderen geeigneten Form vorgesehen ist, um ein Festziehen mit Hilfe eines Spannwerkzeugs zu ermöglichen.

Das Läppwerkzeug 25 ist in bekannter Ausführung vorgesehen. Es handelt sich dabei im wesentlichen um winw Hülse, die in Längsrichtung an einer Stelle über die gesamte Länge hinweg geteilt sein kann, gegebenenfalls auch nur über einen Teil ihrer Länge hinweg, und zwar an einer Anzahl vorzugsweise im gleichen Winkel zueinander liegender Stellen, geschlitzt sein kann. Das Läppwerkzeug ist damit spreizbar und zusammenziehbar, um den effektiven Durchmesser zu ändern, der von der Außenfläche der Partie 25a am Ende des Läppwerkzeugs gebildet wird, welche die eigentliche Läppfläche bildet. Die Flächenpartie 25a hat einen etwas größeren Durchmesser als der Best des Läppwerkzeugs.

Die Innenfläche des Läppwerkzeugs hat konische Form, wobei der größte Durchmesser am vorderen Ende des Läppwerkzeugs sitzt. In ihm sitzt ein Spreizelement 35 mit einem kegelstumpfförmigen Ende, das axial im Läppwerkzeug bewegbar ist. Die Federung des Läppwerkzeuge gestattet ein Zusammenziehen des Läppwerkzeugs bei Bewegung des Elements 35 nach rechts gemäß der Darstellung in Fig. 2. Das Läppwerkzeug wird formschlüssig gespreizt, wenn das Element 35 nach links bewegt wird.

Zu diesem Zweck kann das Element 35 ein einstückiger Teil einer

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Stellstange 36 sein oder mit dieser Stange verbunden sein, die sich durch die Bohrung der Spindel 15 erstreckt} sie ist mittels des Stellglieds I9 axial bewegbar.

In Pig. 3 ist das Stellglied im einzelnen gezeigt. Zu ihm gehört eine Spanneinrichtung 37, bei der es sich zweckmäßigerweise um ein innen sitzendes, längsgeteiltes Futter 38 handelt, das in einer außenliegenden Hülse 39 sitzt. Beide Teile haben Flansche 40 und 41a jeweils an ihren rechts liegenden Enden. Die Umfange dieser Flansche können gerändert sein, sie können in der Form eines Sechskants oder in sons biger Form vorgesehen sein, um ein Ansetzen eines Spannwerkzeugs zu ermöglichen, oder sie können mifc Stecklöchern versehen. Dabei ist die außenliegende Hülse mit Innengewinde versehen, während das Futter 38 mit Außengewinde versehen ist, bo daß beim Einschrauben des Futters das Zusammenwirken einer konischen Fläche 4I am inneren Ende mit einer komplementären konischen Fläche 42 an der Hülse 39 für ein Zusammenziehen des Futters zum Einspannen des Stellstabs 36 sorgt.

Sie aus Hülse und Futter bestehende Einheit ist in einem Gehäuse 483 unter Zwischenschalten von Drucklagern 44 gelagert, bei denen es sich um Wälzlager handelt kann. Pas Gehäuse 43 ist ein einstükkiger Teil des Kolbens 45 des Stellglieds 19, oder es ist mit dem Kolben 45 verbunden. Beim Stellglied handelt es sich um einen Hydraulikzylinder, dessen Zylinderpartie durch die Teile 4$ und 47 gebildet, die mit öffnungen 48 und 49 versehen sind. Duroh diese Öffnungen kann Hydraulikflüssigkeit in den Zylinder einströmen oder aus ihm herausfließen, um die Bewegung des Kolbens 45 in der gewünschten Richtung zu bewirken.

Der Werkstücksupport, der in Fig. 4 gezeigt ist, weist eine Hohlspindel 53 auf, die in einem Gehäuse 50 unter Zwischenschalten von Drucklagern 50a gelagert ist, bei denen es sich um Wälllager handeln kann und die zur Aufnahme von Radial- und Axialkräften ein-

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gerichtet sind. Auf der Spindel sitzt am Ende, das dem Werkzeugsupport 20 am nächsten sitzt, ein Werkstückhalter, der durch gegenübersitzende Spannbacken 51a« 51b gebildet ist. Ton diesen hat die erste eine Teilringform, die letztere eine Stegform. Die Spannbacken sind jeweils an der Innenfläche mit Mitteln zum nachgiebigen Ergreifen des Werkstücks versehen, beispielsweise einer Einspritzdüse für Kraftstoff) wie das bereits erwähnt worden ist. Diese Mittel können durch Schalen 52a, 52 aus elastischem Material gebildet sein, die die Düse so ausreichend fest einspannen, daß ein Drehen gegenüber der Kammer verhindert wird, jedoch eine Winkelabweichung zwischen der Achse der Düse und der Achse 16 zu gelassen ist, um die eich das Läppwerkzeug dreht. Alternativ können sonstige mechanische Mittel, beispielsweise eine Kardanaufhängung, vorgesehen sein, um das nötige Maß an Freiheit zu bieten, während eine Bewegung um die Achse 16 oder in Längsrichtung der Achse 16 verhindert wird.

Die Spindel 53 ist durch die Anordnung 24 in der Form eines Drehmomentankers gegen eine Drehung gesichert. Zu dieser Anordnung gehört ein Fühlelement in der Form eines elektrischen Dehnungsmessers 24a. Die Anordnung 24 ist zweckmäßigerweise zwischen dem Flansch 55a der Spindel und dem Schlitten 21 verankert, auf dem der Werkstücksupport sitzt.

Zum Schaukeln der Backe 51b um ihre Schwenkverbindung 51c zum Einspannen und Freigeben des Werkstücke weist ein innen sitzender Schaft 23, der axial bewegbar ist, einen kegelstumpfförmigen Kopf 23b auf, der alt den Innenflächen nach innen vorstehender Teile 54a und 54b an den Backen zusammenwirkt. Der Schaft 23 wird von einem Kolben 23a in einem Hydraulikzylinder 23d bewegt, der einen Gewindezapfen hat, welcher in eine Buchse 53a einschraubbar ist, die ihrerseits fest auf die Spindel 53 aufgeschraubt ist. Alternativ kann die Buchse 53a nach rechts gemäß der Darstellung in Fig. 4 durch eine Feder bewegt werden, wenn die Düse eingespannt werden soll, und sie kann durch «inen getrennten Hydraulikzylinder nach

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links bewegt werden, der am Ständer 10 verankert ist und der die Federvorspannung aufhebt, wenn die Düse ausgespannt werden soll.

Der Schlitten 21 kann auf Führungsbahnen am Ständer 10 gelagert sein, vorzugsweise unter Zwischenschaltung von Rollen oder Kugeln, was schematisch in Fig. 1 bei 54 angezeigt ist, oder unter Zwischenschaltung irgendeiner Art einer Präzisionslagerung, beispielsweise hydrostatische oder pneumatische Lager.

Wenn das Läppwerkzeug 25 von dem Motor 17 in Drehung versetzt wird und der Hydraulikzylinder 22 die Hubbewegung des Schlittens 21 hervorruft, neigen der Werkstücksupport und insbesondere die Backen 51a, 51b und die Spindel, zum Drehen innerhalb der Grenzen, die durch die Drehmomentenanordnung 24 zugelassen sind, was zu einer Belastung der Tasteinrichtung 24a in einem Maße führt, das von der Größe des Drehmoements abhängt. Eine Tasteinrichtung in der Form eines elektrischen Dehnungsmessers erzeugt in dieser Weise ein elektrisches Signal (das zuvor erwähnte Primärsignal), das angewendet wird, um den effektiven Durchmesser des Läppwerkzeugs während eines Arbeitsspiels für ein bestimmtes Werkstück zu steuern, indem die Zuleitung von Hydraulikflüssigkeit in die Öffnungen 48 und 49 des Stellglied 19 geregelt wird.

Zu diesem Zweck ist eine Programmsteuerung vorgesehen. Sie besteht aus einer Anzahl von elektrischen Schaltkreisen, die zusammen mit Hydraulikelementen beispielsweise in der Form von Ventilen die Zuleitung von Hydraulikflüssigkeit zu den Stellgliedern 19 und 22 regeln.

Eine geeignete Form einer Programmsteuerung ist in Fig. 6 gezeigt, die am besten durch Beschreiben der Arbeitsfolge verständlich wird, welche bei der Durchführung eines vollständigen Läppens eines bestimmten Werkstücks durchlaufen wird.

Am Beginn des Arbeitsspiele wird angenommen, daß das Läppwerkzeug

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25 sich in der voll zusammengezogenen Lage befindet und aus dem Werkstück herausgezogen ist.

Das Arbeitsspiel beginnt durch ein elektrisches Signal, das beispielsweise durch manuelle Betätigung eines Schalters in einem Start/Stopp-Steuerkreis 60 erzeugt wird, der ein Ausgangssignal einem Hubbewegungs-Steuerkreis 61 zuleitet, der einen Hubfcmagneten eines hubmagnetbetätigten Ventils erregt. Das Ventil ist dabei so eingestellt, daß dem Hydraulikzylinder 22 Hydraulikflüssigkeit so zugeleitet wird, daß der Sohlitten 21 gemäß der Sarstellung in Fig. 1 nach links bewegt wird, um ein im Werkstücksupport 20 sitzendes Werkstück in Längsrichtung über das Läppwerkzeug 25 zu schieben. In Fig. 6 wird angenommen, daß das Hubmagnetventil zum Kreis 61 gehört. Als Folge einer Verlagerung des Schlittens erfolgt eine Schaltung vines Mikroschaltersystems, das durch den Kreis 65 dargestellt ist, und zwar an den Bewegungsenden. Die in diesem System enthaltenen Mikroschalter sind dabei vorzugsweise in ihrer Lage am Ständerder Haschine einstellbar, um die Größe des Hubwegs und die Endlagen nach Bedarf einstellen zu können. Ein Ausgang wird, wie das durch den Pfeil 64 angezeigt ist, zum Hubweg-Steuerkreis 61 zurückgeführt, um eine Umsteuerung des Stellzustands des Hubmagnetventils an den Enden des Hubwegs hervorzurufen.

Nach Beschichten der äußeren Fläche des LäppWerkzeugs mit einer Schleifpaste und nach Einführen des Läppwerkzeugs in das Werkstück (wobei das Läppwerkzeug auf seinen kleinsten Durchmesser zusammengezogen ist) entsteht nur ein sehr geringes Drehmoment, wenn überhaupt, als folge eines Kontaktes zwischen der Fastenschicht und der Innenfläche des Werkstücks, so daß folglich ein geringer oder überhaupt kein Wert des Primärsignals, das im Dehnungsmeßkreis 66 erzeugt wird, zu einen Drehnonenten-Vergleiohskreie 68 kommt, wie das durch den Pfeil 67 angezeigt ist. Dieser Kreis weist eine Einrichtung zu« Einstellen von zwei Bezugsdrehmomenten, mit denen das eingehende Primärsignal verglichen wird, auf. Wenn das eingehende

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Signal unter dem ersten (niedrigsten) festgelegten Bezugswert liegt, geht von dem Kreis 68 kein Ausgang durch die Leitung 69 zu einem Spitzenspiel-Drehmomentspeicherkreis 70. Dieser Kreis schickt ein Signal durch die Leitung 71 zum Regelventilkreis 72, der die Spreizung des Läppwerkzeugs steuert. Dadurch wird ein hubmagnetbetätigtes Ventil gesteuert, das entweder in eine geschlossene Stellung einstellbar ist, in der kein Medium zum Stellglied 19 kommt, oder das in eine geöffnete Stellung eingestellt werden kann, um der Öffnung 48 Medium zuzuleiten und aus der Öffnung 49 Medium abzuleiten, um das Läppwerkzeug zu spreizen. Alternativ kann es in eine geöffnete Stellung gebracht werden, in der Medium der Öffnung 49 zugeleitet und aus der Öffnung 48 abgeleitet wird, um das Läppwerkzeug zusammenzuziehen.

Das Läppwerkzeug wird also ständig in schneller Folge gespreizt, bis es einen effektiven Durchmesser erreicht, bei dem ein nennenswerter reibender und spanabhebender Widerstand über die Pastenschicht zwischen der Oberfläche des Läppwerkzeugs und der Oberfläche der Bohrung entsteht.

Unter diesen Bedingungen mißt der Dehnungsmesser ein Drehmoment, das über dem ersten Bezugswert liegt, und ein vom Vergleichskreis 68 entwickeltes Ausgangssignal geht durch die Leitung 69, um den Spitzenspiel-Drehmomentsp*eiherkreis 70 auszulösen und das Signal 71 auszusetzen, das eine schnelle Spriezung des Läppwerkzeuge zur Folge hat.

Wenn das eingehende Drehmomentsignal geringer als der zweite (normale) festgelegte Bezugswert ist, geht von dem Kreis 68 kein Ausgang durch die Leitung 67 zum Spitienhub-Drehaomentspeicherkreis 77. Dieser Kreii schickt ein "Langeaauepreiz "-Signal durch die Leitung 79 zum Spreizimpule-Zeitgeber 83 einmal pro Hub des Hubwege, wie da« durch das Signal angegeben wird, das von des Stellungs-Speioherkreis 80 durch die Leitung 82 geht. Der Spreizimpuls-Zeitgeber 85 liefert ein Signal duroh die Leitung 84 über einen beatimm-

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ten Zeitraum hinweg zu einem Spreiz-Regelventil (langsame Geschwindigkeit) 85» um zu einem einzigen kleinen Spreizschritt des Läppwerkzeugs zu führen. Die Spaiz-Regelventile 72 und 85 können getrennte Ventile oder ein und dasselbe Ventil sein.

Demgemäß wird das Läppwerkzeug in kleinen, genau gesteuerten Schritten gespreizt, bis es einen effektiven Durchmesser erreicht, bei dem der Widerstand gegen eine Spanabhebung beim Läppen den zweiten (normalen) festgelegten Bezugswert erreicht.

Wenn das geschieht, mißt der Dehnungsmesser einen Drehmomentenwert über dem zweiten Bezugswert, und im Vergleichskreis 68 entsteht ein Ausgangssignal, das durch die Leitung 76 geht, um den Spitzenhub-Drehmomentspeicherkreis 77 auszulösen und das Langsam-Spreiz-Signal in der Leitung 79 auszusetzen.

Nachdem der Spitzenhub-Speicherkreis 77 in dieser Weise ausgelöst wird, geht das Läppen weiter, ohne daß eine weitere Änderung in der Größe des Läppwerkzeugs erfolgt, bis das Arbeitsspiel-Schlußsignal vom Zeitgeber 75 das Arbeitsspiel beendet. Alternativ und vorzugsweise kann der Spitzenhub-Drehmomentspeicherkreis 77 durch das Signal in der Leitung 82 mit jeder Hubbewegung der Düse zurückgestellt werden. Wenn dann das höchste Drehmomentsignal in der Leitung 67 während einer einzigen Hubbewegung den zweiten (normalen) festgelegten Bezugswert nicht erreicht, entsteht im Spitzenhub-Drehmomentspeicherkreis 77 ein Spreizsignal in der Leitung 79» das dem Zeitgeber 83 zugeleitet wird, um zu einem einzigen Spreizschritt des Spreizwerkzeuge zu führen. Ein Spreizen des Spreizwerkzeugs geschieht, bis das Drehmomentsignal in der Leitung 67 erneut den zweiten Bezugswert überschreitet.

Der Spitzenhub-Drehmomentspeicherkreis 77 schickt auch nach seiner Auslösung ein Startsignal durch die Leitung 78 zu einem Läppspiel-Zeitgeber 75. Der Zeitgeber 75 erzeugt ein Zeitgabesignal, das das

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Weiterarbeiten über einen bestimmten Zeitraum hinweg ermöglicht, ehe durch die Leitung 86 dem Start/Stopp-Steuerkreis 60 ein Stoppsignal zugeleitet wird. Das Auftreten eines Stoppsignals bewirkt, daß der Hydraulikzylinder am Ende eines Hubs zu arbeiten aufhört, bei dem das Werkstück vollständig vom Läppwerkzeug 25 abgezogen ist. Das Schlußsignal vom Kreis 75 schaltet auch den Zeitgeber 73 ein, der zum Zusammenziehen des Läppwerkzeugs führt. Er schickt eine bestimmte Zeitlang ein Signal zum Schnellspreiz-Regelventil 72. Dieses Signal führt zu einer Verkleinerung des Spreizwerkzeugs in einem so ausreichenden Maß, daß das Läppwerkzeug in die nächste zu läppende Düse eingeführt werden kann, ohne daß eine Störung ^ zwischen der Düse und dem Läppwerkzeug erfolgt.

Während der Hubbewegung des Hydraulikzylinders 22 zum Bewirken des Läppens kann der Hub verkürzt werden, so daß das Läppwerkzeug aus dem Werkstück um ein Maß zurückgestellt wird, das etwa der Hälfte bis zwei Drittel seiner Länge entspricht.

Die folgenden möglichen Abwandlungen der Vorrichtung sind als Beispiel erwähnt, stellen also keine Beschränkung dar. Die Programmsteuerung kann einen Kreis aufweisen, der die Größe des Drehmomentreaktionssignals des Dehnungs-Mtßkreises 66 mit einem Signal vergleicht, das die Zeit eines Hubs des Hubwegs darstellt oder die Lage des Werkstücksupporte gegenüber einer seiner Endlagen, so daß Ii im Endeffekt ein resultierendes Schema des Drehemementenwiderstands als eine Funktion der Zeit oder des Wegs erhalten wird, der während des Hubs der Hubbewegung durchlaufen wird. Das gestattet die Bestimmung der axialen Lage von "strammen" Stellen, und eine solche Lagebestimmung kann ausgenutzt werden, um ein Läppen des Werkstücks örtlich im Bereich der "strammen" Stelle zu bewirken, so daß eine größere Gleichförmigkeit hinsichtlich der Parallelität der Bohrung erreicht wird. Zu dieser Abwandlung gehört das Vorsehen eines Läppwerkzeugs, das axial kürzer ist, als die Bohrung tief ist, die geläppt werden soll, um damit ein örtliches Läppen einer strammen Stelle zu ermöglichen, ohne daß ein Kontakt zwischen der Oberfläche

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der Bohrung und des Läppwerkzeugs an den verbleibenden !Teilen der Bohrung entsteht.

Wiederum ist es möglich, den Widerstand gegen eine Relativbewegung zwischen dem Läppwerkzeug und der Oberfläche der Bohrung dadurch zu messen_t daß die Drehmomentenreaktion an irgendeiner geeigneten Stelle des Werkzeugsupports oder der Einrichtung zum Drehen des Werkzeugs gemessen wird. Beispielsweise könnte die Spindel 15 relativ drehbare Partien aufweisen, von denen eine funktionell mit dem Antriebsmotor verbunden ist und eine zur Lagerung des Läppwerkzeugs dient und beide im Winkel gegeneinander gegen Vorspannmittel bewegbar sind, beispielsweise gegen eine Hydraulik- oder Pedervorspannung, denen eine Tasteinrichtung zugeordnet ist, um das Haß zu bestimmen, um das sich die relativ drehbaren Partien von einer Bezugslage wegbewegt haben. Alternativ kann es mitunter zweckmäßig sein, Werte elektrischen Stroms in einer Wicklung des Motors zu messen, bei dem der Strom als eine Funktion des angelegten Drehmoments variiert. Alternativ kann ein Dehnungsmesser an der rotierenden Welle vorgesehen sein. Die letztere kann Schleifringe haben, um das elektrische Signal vom Dehnungsmesser einem au!erhalb liegenden Stromkreis zuzuleiten.

Alternativ kann der Motor auf einer Lagerung sitzen, die der Lagerung ähnlich ist, wie sie für den Werkstücksupport vorgesehen ist. Dabei ist ein Dehnungsmesser vorgesehen, der die Drehmomentenreaktion auf das Gehäuse des Motors mißt.

Vorzugsweise ist jedoch die Tasteinrichtung funktionell dem nicht rotierenden Teil zugeordnet, d.h. im vorliegenden Pail dem Werkstücksupport, so daß das in der Tasteinrichtung entstehende Signal nicht wahllose Komponenten hat, die es überlagern, beispielsweise als Folge von Änderungen im Reibungswiderstand, der durch die Lager im Gehäuse 14 als eine Funktion der Temperatur oder als eine Funktion der Zeit entsteht, die die Maschine schon von kalten Zustand aus gelaufen ist.

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Das Stellglied zum Bewirken eines Spreizens des Läppwerkzeugs kann durch einen Rotationsmotor ersetzt werden, entweder durch einen Druckmittelmotor, beispielsweise einem Durchluftmotor, oder durch einen Elektromotor. In diesem Fall kann der Stellstab Gewinde haben, das mit einer Mutter zusammenwirkt, um den Stab axial zu bewegen und dadurch ein Spreizen und Zusammenziehen des Läppwerkzeugs zu bewirken. Alternativ kann das Läppwerkzeug selbst als eine hohle Kammer ausgebildet sein, die gespreizt und zusammengezogen werden kann, indem in ihren Innenraum ein unter Druck stehendes Medium eingeleitet wird. In diesem Fall kann das Läppwerkzeug aus einem flexiblen, elastisch spreizbaren Werkstoff gefertigt sein, und es kann an seiner Außenfläche mit einer Abdeckung ) zum Tragen der Paste versehen sein, um das eigentliche Läppwerkzeug vor Verschleiß weitgehend zu schützen.

Anstatt in der Programmsteuerung einen Zeitgeber vorzusehen, um ein Stoppsignal zu erzeugen und damit das Läppen zu beenden, kann auch die Länge des Arbeitsspiels durch Messung der Spreizung des Läppwerkzeugs gesteuert werden, beispielsweise durch Messen der Menge an Hydraulikflüssigkeit, die dem Stellglied von einem bestimmten Zustand aus zugeleitet wird, beispielsweise in dem Zustand, bei dem das Läppwerkzeug voll zusammengezogen ist, oder in dem Zustand, bei dem das Läppwerkzeug sum ersten Mal an der Innenfläche der Bohrung angreift.

Darüber hinaus kann gegebenenfalls die Programmsteuerung eine Einrichtung zum Einstellen des Läppwerkzeuge auf einen effektiven Durohmesser aufweisen, um für ein Polieren als Abschluß eines vollständigen Läppvorgange zu sorgen, was bei einem geringen Drehaomentenwert bewirkt wird, und das kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß man «inen dritten Spreii-Hegelventilkreis vorsieht, der das Spreiien des Läppwerkseuge in Schritten steuert, die kleiner als jene sind, wie sie vom Kreis 85 hervorgerufen werden. Alternativ könnte das Läppwerkzeug während dieses Torgangs auf einen festgelegten Effektivdurchmesser gehalten werden.

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Eine weitere Abwandlung, die durchgeführt werden kann, besteht darin, anstatt periodisch das Läppwerkzeug in festen Schritten zu spreizen, d.h. einmal pro Hub oder einmal pro bestimmte Anzahl von Hüben, wie das für den Fall vorgesehen ist, daß die in Pig. 6 gezeigte Schaltung verwendet wird, eine Spreizung des Läppwerkzeugs mit langsamer Geschwindigkeit kontinuierlich zu bewirken. Sie Geschwindigkeit des Spreizens kann als eine Funktion des Differenzsignals zwischen dem Primärsignal, das in den Drehmomenten-Vergleichskreis 68 eingespeist wird, und dem Bezugswert gesteuert werden, der von diesem Kreis geliefert wird.

Dazu wäre es erforderlich, ein angetriebenes Eegelventil vorzusehen, das in eine entsprechende Stellung als eine Funktion des Ausgangs vom Kreis 68 einstellbar ist.

Ein weiteres Merkmal, das gegebenenfalls vorgesehen sein kann, besteht darin, eine Einrichtung zur Änderung der Geschwindigkeit der Relativdrehung zwischen dem Werkzeugsupport und dem Werkstücksupport vorzusehen.

Zu diesem Zweck kann die Verbindung zwischen dem Antriebsmotor 17 und der Spindel 15 über ein Getriebe erfolgen, das für ein veränderliches Drehzahlverhältnis sorgt, wobei das Drehzahlverhältnis vorzugsweise stufenlos einstellbar ist. Alternativ kann der Motor 17 drehzahlregelbar sein, und in diesem Fall würde durch einen geeigneten Regelkreis geregelt.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

/ 1.)Spanabhebende Maschine zum Abheben von Material von einer Innenfläche eines Werkstücks durch ein spanabhebendes Werkzeug, das in Kontakt mit dem Werkstück gebracht wird, gekennzeichnet durch einen Ständer (10,11,12,13), auf dem ein Werkzeugsupport (I5) und ein Werkstücksupport (20) sitzen, die in solchen Eelativlagen zueinander angeordnet sind, daß das Werkzeug (25) im Werkzeugsupport (15) koaxial zur Fläche des Werkstücks im Werkstücksupport (20) sitzt, eine Einrichtung zum Bewirken einer Relativdrehung um die Achse des Werkzeugs (25) zwischen den Supporten (15»20), eine Einrichtung zum Bewirken einer relativen axialen Hubbewegung zwischen den Supporten (15,20), eine Tasteinrichtung (24a) zum Feststellen des Widerstands gegen eine Relativbewegung zwischen dem Werkzeug (25) und der Oberfläche der Bohrung und zur Erzeugung eines Primärsignals in einer Größe, die von der Größe des Widerstands abhängt, und eine Einrichtung zum Einstellen des effektiven Durchmessers bzw. der relativen radialen Lage des Werkzeugs (25) unter Bezugnahme auf das Primärsignal.
2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugsupport (14) zur Drehung auf dem Ständer (10,11,12,15) gelagert ist.
3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugsupport (14) eine Drehspindel (15)» die in Lagern (29) sitzt, welche im Ständer (10,11,12,13) gelagert sind, an der Spindel (15) an einem Ende sitzende Mittel, mittels derer die Spindel (I5) drehbar ist, und eine Spanneinrichtung (3I) aufweist, die am anderen Ende der Spindel (I5) sitzt und mittels derer das Werkzeug (25) festspannbar ist.
4· Maschine nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Spann-

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einrichtung durch eine Sappe (3I) gebildet ist, die mit dem anderen Ende der Spindel (15) versohraubt ist und die einen nach innen gerichteten flaneeh (32) hat, wobei zwischen dem Flansch (32) und dem Ende der Spindel (15) ein Plansch (33) einspannbar ist, der am Werkzeug (25) angeformt ist.
5. Maschine nach Anspruch 4i dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (I5) siit einer axialen Bohrung versehen ist, in der eine axial bewegliche Stellstange (36) sitzt, die an einem Ende über das eine Ende der Spindel (15) Torsteht und die aa anderen Ende eine Profilfläche bildet, die bei Bewegung der Stange (36) mit flächen am Werkzeug (25) derart zusammenwirkt, daß ein Zusammenziehen oder Spreizen der Arbeitsflächen des Werkzeuge (25) erfolgt.
6. Maschine nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende der Stange (36) in einer Arbeiteverbindung mit einem Stellglied (19) steht, das eine axiale Bewegung der Stange (36) bewirkt.
7. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (15) einen durch Mediumdruck betätigbaren Arbeitszylinder aufweist, der mit der Stange (S36) über eine Spanneinrichtung (37) verbunden ist, zu der ein Futter (38) zur Anlage und sum Einspannen der Stange (36) und Lager (44) zwischen dem Futter (38) und einem weiteren feil der Spanneinrichtung (37) gehören, wobei die Lager (44) eine relative Winkelbewegung zwischen dem Futter (38) und dem feil (39) ermöglichen, zwischen ihnen jedoch eine relative axiale Bewegung verhindern.
8. Maschine nach Anspruch 7t dadurch ffekennaelohnet, daß der Werkstücksupport (20) einen Werkstückhalter aufweist, der in Lagern (5Oa) gelagert ist, die von dem Ständer (10,11,12,13) gelagert sind und die den Werkstücksupport (20) an einer axialen Bewegung hindern, wobei die !Fasteinrichtung (24a) in der Form eine« elektrischen Dehnungsmessers vorgesehen ist, der sich einer Winkelbewegung des Halters in seinen Lagern entgestellt.

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9· Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter einen durch Mediumdruck betätigbaren Kolben (23a) aufweist, der so beaufschlagbar ist, daß ein Werkstück im Halter gehalten wird.
10. Maschine nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeughalter durch zwei Spannbacken (51a,51^) gebildet ist, die vom Kolben (23a) derart bewegbar sind, daß sie das Werkstück einspannen, wobei die Spannbacken (51a,51b) alt einer federnden Auskleidung (52a,52b) versehen sind, die am Werkstück angreift and die zur Verhinderung einer Axial- oder Winkelbewegung des Werkstücks um die Drehachse des Werkzeugs (25) sorgt, jedoch eine Winkelabweiohung zwisohen der Achse des Werkstücks und der Achse gestaltet, um die sich das Werkzeug dreht.
11. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Bewirkung einer relativen axialen Hubbewegung zwischen den Supporten (14,20) durch ein Stellglied (22) gebildet ist, das mit einem Schlitten (21) gekuppelt ist, wobei der Schlitten (21) zur Bewegung auf dem Ständer (10,11,12,13) gelagert ist.
12. Maschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied durch einen Hydraulikzylinder (22) gebildet ist.

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