DE2658924C2

DE2658924C2 - Vorrichtung zur Herstellung von Nuten in der Bohrungswandung einer Buchse

Info

Publication number: DE2658924C2
Application number: DE2658924A
Authority: DE
Inventors: Arthur Ernest Mosman New South Wales Bishop
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-12-30
Filing date: 1976-12-24
Publication date: 1983-07-07
Also published as: JPS5284590A; CA1040469A; DE2658924A1; GB1526538A; FR2337002A1; AU511581B2; FR2337002B1; US4154145A; JPS5757204B2; AU2044676A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Nuten in der Bohrungswandung einer Buchse, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Vorrichtung ist aus der US-PS 37 65 305 bekannt und dient zur Herstellung von Schlitzen in der Bohrungswandung von Ventilbuchsen, wobei die Bearbeitungs- und Abhebebewegungen vom Werkstück durchgeführt werden, während das Werkzeug nur um seine Antriebsspindel rotiert. Dies bedingt eine aufwendige Bauart, insbesondere hinsichtlich einer zur Steuerung der Bewegungen dienenden Nockenscheibe und bedeutet in bezug auf die Abhebebewegungen des Werkzeuges eine unsichere Betriebsweise.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art die für die Werkzeugbewegungssteuerung erforderlichen Nockenscheiben einfacher als bisher auszubilden.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch gekennzeichneten Merkmale gelöst Dadurch sind bogenförmige Schneidhübe und geradlinige Rückziehhübe des Schneidwerkzeugs durchführbar, die das Innenbearbeiten von Buchsen sehr kleinen Durchmessers gestatten.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, daß das Werkstück während der Bearbeitung bewegungslos festgehalten wird, was die Bearbeitungsgenauigkeit erhöht.

Aus der GB-PS 5 67 746 ist im übrigen eine Vorrichtung für die Außenbearbeitung von länglichen Stangen oder balkenförmigen Rohlingen bekannt, die μ insbesondere zur Herstellung von Turbinenschaufeln dient. Bei jedem einzelnen Schneidhub veranlaßt die bekannte Vorrichtung eine seitliche Messer- oder Werkzeugverschiebung. Damit ist nur eine Außenbearbeitung, und zwar etwa senkrecht zur Längserstreckung eines Werkstücks möglich. Eine Innenbearbeitung ist mit der bekannten Vorrichtung hingegen ausgeschlossen, so daß durch diesen Stand der Technik die erfindungsgeraäße Vorrichtung nicht nahegelegt werden konnte,

Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform werden die an dem Winkelhebel sitzenden Nockenrollen mit einer einzigen, auf den Spindelträger wirkenden Feder in Berührung mit ihren zugehörigen Nockenscheiben gebracht, wodurch überall Spiel vermieden wird.

Durch die Nockenscheiben und das zugehörige Gestänge ergibt sich gegenüber der bekannten Vorrichtung mit dreidimensionalen Nocken eine 2V2inal größere Arbeitsgeschwindigkeit während gleichzeitig infolge der höheren Starrheit des eingespannten Werkstücks eine etwas größere Schneidtiefe möglich ist Beide Faktoren zusammen verkürzen den Arbeitszyklus der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber der vorbekannten Vorrichtung um ein Viertel.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der ein Ausführungsbeispiel zeigenden Figuren näher erläutert

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, bei der die einzelnen Teile so angeordnet sind, daß die Beschreibung erleichtert wird.

F i g. 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linien A-A und B-B aus F ig. 1.

Fig.3 zeigt in schematischer Darstellung die Bewegung des Werkzeugs und die zugehörige Bewegung der Achse der Werkzeugspindel.

Die dargestellte Vorrichtung arbeitet wie folgt:

Eine Buchse 1, in die durch spanabhebende Bearbeitung Nuten eingebracht werden sollen, wird in einem Futter 2 gespannt, das an einer in einem Arbeitskopf 4 gelagerten Arbeitskopfspindel 3 befestigt ist Ein Schneidwerkzeug 5 ist in einem Werkzeughalter 6 befestigt, der einstückig mit einer Werkzeugspindel 7 ausgebildet ist und der eine oszillierende Winkelbewegung um eine erste Achse 8 in einem Spindelträger 9 ausführt Der Spindelträger 9 ist seinerseits in einem Spindelstock 11 gelagert und führt eine oszillierende Winkelbewegung um eine zweite Achse 10 aus. Es sei darauf hingewiesen, daß die erste Achse 8 sich im Abstand von der zweiten Achse 10 des Spindelträgers 9 befindet und parallel zu dieser verläuft. Die Winkelosziliation des Spindelträgers 9 wird in noch zu beschreibender Weise von einem Hebel 12 bewirkt.

Die Winkeloszillation der Werkzeugspindel 7 wird über einen an ihr befestigten Kurbelarm 13, einen Kurbelzapfen 14 und eine Kurbelstange 15 erzeugt. Es sei darauf hingewiesen, daß die auf den Spindelträger 9 ausgeübte Bewegung die erste Achse 8 vorwärts und rückwärts verschiebt, was ebenfalls einen Einfluß auf die Oszillationsbewegung hat. Typischerweise oszilliert oder schwenkt die Werkzeugspindel 7 um einen Winkel von etwa 30° bis 40°, während der Spindelträger 9 um einen Winkel von etwa 10° oszilliert oder schwenkt.

Die Kurbelstange 15 wird von einer Hauptwelle 16 angetrieben, die in am Maschinenrahmen vorgesehenen Lagern 19 gelagert ist und sich um eine dritte Achse 17 dreht. Eine Kröpfung der Hauptwelle 16, die durch den Versatz der dritten Achse 17 gegenüber einer vierten Achse 18 gegeben ist und im folgenden mit 17 — 18 bezeichnet wird, ist so gewählt, daß die gewünschte Winkeloszillation der Werkzeugspindel 7 ausgeübt

wird.

Die Oszillation des Spindelträger* 9 und des zugehörigen Hebels 12 erfolgt durch einen frpien Winkelhebel 20, der über einen Zapfen 21 mit dem Hebel 12 verbunden ist, wobei spielfreie, reibungsarme Lager vorgesehen sind.

Der Winkelhebel 20 trägt Nockenrollen 22 und 23, die von einer in die Richtung 26 wirkenden Feder, 42 in Berührung mit jeweils einer ersten bzw. zweiten Nockenscheibe 25 und 24 gebracht werden. Die Feder ι ο 42 wirkt auf das verlängerte Ende des Zapfens 21 und ist mit ihrem unteren Ende an einem geeigneten Punkt 43 am Maschinenrahmen befestigt

Somit bewegt sich der Winkelhebel 20 unter dem Einfluß der beiden Nockenscheiben 24 und 25 im Raum, wobei sich die Wirkung der Nockenscheiben 24 und 25 addiert und am Hebel 12 die erforderliche Winkeloszillation hervorruft

Die erste Nockenscheibe 24 ist auf der Hauptwelle 16 befestigt und bildet über die Hälfte ihres Umfangs einen Kreisbogen mit einem konstanten Radius um die dritte Achse 17, während über die andere Hllfte ihres Umfanges ein halbelliptischer Abschnitt mit verringertem Radius vorhanden ist. Die zweite Nockenscheibe 25 ist auf einer über ein Untersetzungsgetriebe 28 von der Hauptwelle 16 angetriebenen Welle 27 angebracht und verändert über³/« ihres Umfangs ihre Form gemäß einer Spirale, während im übrigen Umfangsbereich ein konstanter Radius vorhanden ist

Wie F i g. 1 zeigt, hat die zweite Nockenscheibe 25 gerade eine Bewegung der Nockenrolle 22 über die höchste Stelle der Bewegungsbahn bewirkt und es folgt eine Absenkbewegung bis zu einer Ruhelage, die am minimalen, einen konstanten Radius aufweisenden Abschnitt beginnt etwa am Punkt 39.

Der Sinn der vorstehend beschriebenen Einrichtung besteht darin, auf das Schneidwerkzeug 5 die in F i g. 3 gezeigten erforderlichen Bewegungen auszuüben. Dabei ist in Fig.3 das Schneidwerkzeug 5 in einer Mittelstellung des dritten Rückziehhubes beim spanabhebenden Bearbeiten eines Schlitzes dargestellt. In der angedeuteten Bewegungsfolge beginnt die Schneidspitze 30 des Werkzeugs zunächst am Punkt 29 und durchläuft eine gekrümmte Bewegungsbahn, um die augenblickliche Stellung der bei 9a angedeutet befindlichen ersteii Achse 8 und diese Bev.'egungsbahn endet am Punkt 33. Beim Zurückziehen bewegt sich die Schneidspitze 30 im wesentlichen entlang einer geraden Linie zum Ausgangspunkt 31 für den zweiten Schneidhub, so daß die gesamte Hewegungsbahn während eines ">» vollständigen Hubes als ein verzerrtes, umgekehrt betrachtetes »D« angesehen werden kann. Der zweite gekrümmte oder bogenförmige Schneidhub vom Ausgangspunkt 31 folgt, und man erkennt, daß beide Hübe sowohl in ihrer Scftneid- als auch in ihrer Rückziehbewegung so erfolgen, daß die Schneidspitze 30 von der Bohrung frei läuft. Beim dritten, am Punkt 32 beginnenden Schneidhub wird jedoch in der angedeuteten Weise Material aus der Bohrung bzw. der Bohrungswandung entfernt. Nunmehr werden aufeinanderfolgende Hübe durchgeführt, bis der Schlitz bzw. die Nut die gewünschte Tiefe erreicht hat. Es sei darauf hingewiesen, daß zur Verdeutlichung des Bewegungsablaufes die aufeinanderfolgenden Bewegungsbahnen der Schneidspitze 30 in F i g. 3 weit auseinandergezogen dargestellt sind.

Die Ursache für die geradlinige Bewegungsbahn des Schneidwerkzeugs 5 wird deutlich, wenn man berücksichtigt, daß nach dem letzten Schneidvorgang, wenn der Schlitz bzw. die Nut die gewünschte Tiefe hat and das Schneidwerkzeug 5 in tiefstem Eingriff mit dem Material der Bohrungswandung steht, der Rückziehhub so ausgeführt werden muß, daß das Schneidwerkzeug 5 frei von dem zuvor hergestellten Schlitz bewegt wird, da sonst das parallele Seitenflächen aufweisende Schneidwerkzeug 5 sich bei Aufwärtsbewegung in einem eng angepaßten Schlitz verkeilen könnte. Dies ist umso mehr der Fall, wenn noch Spanreste vorhanden sind

Die aufeinander folgenden, geradlinigen Rückziehhübe werden durch kleine Winkeloszillationen des Spindelträgers 9 erreicht durch die beispielsweise die erste Achse 8 vom Punkt 8c, wo sie sich am unteren Ende des dritten Hubes befindet nach 8/bewegt wird, wie dies in F i g. 3 angedeutet ist Entsprechend sind die Lagen der ersten Achse 8 bei Umkehr des Hubes von der Schneidbewegung in die Rückziehbewegung für den ersten und den zweiten Hub bei 86 und 8egezeigt

Wie bereits erwähnt, hat die erst? Nockenscheibe 24 über die Hälfte ihres Umfangs einen konstanten Radius, und bei Eingriff der Nockenrolle 23 mit diesem halben Umfang bleibt der Winkelhebel 20, soweit es die Nockenscheibe 24 betrifft still stehen und damit wird auch der Spindelträger 9 in stationärer Lage gehalten.

Während dieser halben Umdrehung bewegt die Kröpfung 17—18 die Schneidspitze 30 entlang dem Schneidhub.

Während der nächsten halben Umdrehung der ersten Nockenscheibe 24, wenn die Kröpfung 17—18 das Schneidwerkzeug 5 zurückzieht bewirkt jedoch die erste Nockenscheibe 24 eine Schwenkbewegung des Winkelhebels 20 gegen den Uhrzeigersinn um einen kleinen Winkel, im wesentlichen um einen Mittelpunkt der auf der Achse der Nockenrolle 22 liegt wodurch der Hebel 12 des Spindelträgers 9 in entgegengesetzter Richtung, also im Uhrzeigersinn schwenkt. Dadurch wird die erste Achse 8 der Werkzeugspindel 7 von der Bohrung der Buchse weggeführt wie dies beispielsweise für den ersten Hub von Sa bis 8ddargestellt ist.

.Her Winkelhebel 20 wird, wie vorstehend bereits erwähnt auch durch die Berührung von Nockenrolle 22 mit zweiter Nockenscheibe 25 positioniert, wobei die letztere eine Umfangsfläche entsprechend einem Spiralabschnitt hat. Die zweite Nockenscheibe 25 wird über das Untersetzungsgetriebe 28 kontinuierlich gedreht, und es erfolgt daher zusätzlich zu der bei jeder Umdrehung der Hauptwelle 16 von der ersten Nockenscheibe 24 auf den Winkelhebel 20 ausgeübten Bewegung eine zunehmende Bewegung in Richtung des Anhebens des Winkelhebels 20 und damit eine Drehung des Hebels 12 gegen den Uhrzeigersinn. Die aufeinanderfolsenden Stellungen der ersten Achse 8 entsprechen somit für den Schneidhub den Punkten 8a, 86, 8c und für den Umkehrpunkt zum Rückziehhub innerhalb des ersten, zweiten und dritten Hubes den Punkten Sd,

Es muß dafür gesorgt werden, daß beim Austauschen von Werkstücken entweder das Futter 2 in Längsrichtung auf dem Bett oder das Schneidwerkzeug 5 und der Werkzeughalter 6 aus der Bahn bewegt werden. Die letztgenannte Lösung wird bevorzugt, da auf diese Weise ein Schlitten zwischen dem Arbeitskopf 4 und dem Masrhinenbett überflüssig ist.

Eine Möglichkeit zur Erzielung der Freigabebewegung des Schneidwerkzeugs 5 und des Werkzeughalters 6 ist in F i g. 2 dargestellt. Dort ist der einen konstanten Radius aufweisende Abschnitt Her zweiten Nnrlipn.

scheibe 25, der sich zwischen den Punkten 39 und 38 erstreckt, weggelassen, wie dies durch die gestrichelte Linie 40 angedeutet ist; für den vorstehend erwähnten Zweck ist ein bewegbarer Anschlag 41 zur Abstützung des Winkelhebels 20 in der Lage vorgesehen, die sich durch den zuvor erwähnten kreisförmigen Abschnitt der zweiten Nockenscheibe 25 zwischen den Punkten 39 und 38 ergeben hätte. Somit ist zu erkennen, daß die Wirkung der Vorrichtung bezüglich der spanabheben den Bearbeitung aufeinanderfolgender Schlitze bzw. Nuten die gleiche ist, wie in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel.

Nach Beendigung der spanabhebenden Bearbeitung jedes Schlitzes in der Buchse wird die Arbeitskopfspindel 3 mittels eines intermittierend arbeitenden, über einen Kettentrieb angetriebenen Antriebseinrichtung 36 um einen vorbestimmten Winkel gedreht. Die intermittierend arbeitende AniiieuScinriCniung 36 ;st von üblicher Bauart und wird nicht im einzelnen beschrieben. Nach Beendigung der Drehung der Buchse 1 wird der nächste Schlitz durch spanabhebende Bearbeitung hergestellt.

Hat die Maschine den letzten Schlitz gefertigt und ist sie in der dargestellten Lage zur Ruhe gekommen, kann der Anschlag 41, beispielsweise durch Drehung oder seitliche Verschiebung aus der Bahn bewegt werden, wodurch der Winkelhebel 20 in den durch die Linie 40 angedeuteten Ausschnitt der zweiten Nockenscheibe 25

absinken kann, so daß der Zapfen 21 und damit der Hebel 12 eine erhebliche Winkelbewegung um die zweite Achse 10 ausführen. Dadurch wird die erste Achse 8 um einen erheblichen Winkel um die zweite Achse 10 gedreht, während die Teile 10 bis 14 durch die

Kurbelstange 15 im wesentlichen an einer Bewegung gehindert werden.

Diese Funktionen zusammen bewegen das Schneidwerkzeug 5 und den Werkzeughalter 6 aus dem Werkstücksbereich heraus, so daß die fertiggestellte Buchse 1 entfernt und ein neues Werkstück eingesetzt werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich selbstverständlich noch '.veiter ausgestalt^n, ptwa durch Einsatz einer automatischen Zufuhreinrichtung, durch die eine Fertigung mit hoher Geschwindigkeit erfolgen kann. Im übrigen sind verschiedene Einrichtungen zum Abgleich der Maschine nicht dargestellt, da sie in schnell arbeitenden, spanabhebenden Werkzeugmaschinen allgemein üblich und bekannt sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

^oBtentansprüche;

1, Vorrichtung zur Herstellung von Nuten in der Bohrungswandung einer Buchse, wobei die Nuten in Längsrichtung der Buchse zueinander parallel 5 verlaufen und an ihren Enden in die Bohrungswandung auslaufen, mit einem zum Einspannen der Buchse dienenden Futter und mit einer in paralleler Ebene zur Längsrichtung der Buchse bzw. des Futters bewegbaren, zur Durchführung von Schneid- und Rückziehhüben dienenden, im rechten Winkel zur Futterlängsachse verlaufenden Werkzeugspindel, welche ein in der Buchse bewegbares Schneidwerkzeug aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugspindel (7) in einem um seine Achse (10) drehbaren Spindelträger (9) exzentrisch gelagert ist und ihr Antrieb über einen Kurbelarm (13) sowie eine Kurbelstange (15) von einer Kröpfung (17- 18) einer parallel zur Werkzeugspindel (7) verlaufenden Hauptwelle (16) erfolgt, und daß der Spindelträger (9) an einem Winkelhebel (20) angelenkt ist, der sich an einem ersten Punkt (23) an einer auf der Hauptwelle (16) sitzenden, ein Abheben des Schneidwerkzeugs (5) bewirkenden ersten Nockenscheibe (24) und an einem zweiten Punkt (22) an einer eine Zustellung des Schneidwerkzeugs (5) bewirkenden zweiten Nockenscheibe (25) abstützt
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste bzw. zweite Punkt (23; 22) jeweils auf einer ersten bzw. zweiten Nockenrolle (23; 22) liegen.