DE2731554A1

DE2731554A1 - Innenschleifvorrichtung

Info

Publication number: DE2731554A1
Application number: DE19772731554
Authority: DE
Inventors: Alfred Ostertag
Original assignee: Christensen Inc
Current assignee: Norton Christensen Inc
Priority date: 1977-07-13
Filing date: 1977-07-13
Publication date: 1979-01-18

Description

Innenschleifvorrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Innenschleifvorrichtung zur Feinbearbeitung zylindrischer Wandungen von Bohrungen in Werkstücken, insbesondere Hohrkörpern, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei den bekannten Innenschleifvorrichtungen dieser Art ist das Schleifwerkzeug auf dem Ende einer Schleifspindel befestigt, die drehbar in einem Support des Maschinengehäuses gelagert ist Der Support für die Schleifspindel ist axial in entgegengesetzten Richtungen, parallel zur Bohrungsachse im Werkstück, bewegbar sowie radial verlagerbar. Das Werkstück ist dabei in einer Aufnahme abgestützt und wird durch die Aufnahme seinerseits in eine Drehbewegung um die Bohrungsachse versetzt.
Schleifvorrichtungen einer solchen Ausführung sind nur für Bohrungen verhältnismäßig geringer Tiefe und verhältnismäßig großer Bohrungsdurchmesser einsetzbar, da bei tiefen und engen Bohrungen eine entsprechend lange und dünne Schleifspindel im Schleifbetrieb elastische Auslenkungen erfahren und ein Schwingungsverhalten zeigen würde, das eine maßhaltige Ausführung von Schleifarbeiten innerhalb zu fordernder Toleranzen nicht mehr erlaubt.
Für tiefe und enge Bohrungen werden daher für die F#nbearbeitung Honvorrichtungen eingesetzt, deren Spanleistung jedoch wesentlich geringer ist, insbesondere wenn die zu bearbeitenden Wandungsflächen der Innenbohrungen aus sehr hartem Material, z.B. einem Chromauftrag od. dgl., bestehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Innenschleifvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, mit der eine Feinbearbeitung von tiefen und dabei auch engen Bohrungen durch Schleifen möglich ist. Bohrungen solcher Art finden sich beispielsweise in Rohrkörpern, wie sie in der Tiefbohrtechni bei Bohrwerkzeugen etc. zum Einsatz kommen.
Zur Lösung der Aufgabe weist die erfindungsgemäße Innenschleifvorrichtung eine Ausbildung nach dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 auf. Bei einer solchen Ausbildung ist die Abstützung des Schleifwerkzeugs von einer dieser zugleich tragenden und aufreibenden Spindel unabhängig. Über die Stützvorricbtung ist es an der Innenwand der Bohrung zuverlässig geführt und kann zudem mit hoher Drehzahl angetrieben werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht daher ein Innenschleifen selbst außergewöhnlich tiefer Bohrungen mit zugleich erhöhter Spanleistung und verbesserter Arbeitsgenauigkeit. Besonders vorteilhaft ist es, wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Stützglieder der Sttltzvorrichtung an die Wandung der Bohrung anlegbare Honsteine als Gleitstücke umfassen. In diesem Falle erfolgt zugleich mit dem Innenschleifen ein Innenhonen, durch das die Feinbearbeitung qualitativ und quantitativ nochmals verbessert wird.
Zahlreiche weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den Ansprüchen und der Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung näher veranschaulicht ist. Im einzelnen zeigen: Fig. 1 einen vereinfachten Längsschnitt durch einen ersten Teil der Innenschleifvorrichtung nach der Erfindung, Fig. 2 einen den Längsschnitt in Fig. 1 axial fortsetzenden Längsschnitt durch den sich an die Fig. 1 anschließenden Teil der erfindungsgemäßen Innenschleifvorrichtung, Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie 111-111 in Fig. 2, in Vergrößerung, und Fig. 4 einen Querschnitt ähnlich Fig. 3 durch eine abgewandelte Ausführung.
Die Darstellung der Innenschleifvorrichtung beschränkt sich auf jene Teile erfindungsgemäßer Ausbildung unter Fortlassung solcher Vorrichtungsbestandteile, wie sie bei Innenschleifvorrichtungen allgemein üblich sind, z.B. der Werkstückaufnahme oder -spann- und Antriebsvorrichtung, von Antriebsmotoren, Maschinenbettungen oder -gestellen etc.
In der Zeichnung ist als Werkstück ein zylindrischer Rohrkörper 1 dargestellt, dessen Bohrung mit 2 und deren zylindrische Bohrungswandung mit 3 bezeichnet ist.
In die Bohrung 2 ist ein walzen- oder rollenförmiges Schleifwerkzeug 4 (Fig. 1 bis 3) eingeführt, das einen einem Bruchteil des Durchmessers der Bohrung 2 entsprechenden Außendurchmesser aufweist, in Schleifeingriff an die Wandung 3 der Bohrung anlegbar ist und mit seiner Drehachse 5 zur Bohrungsachse 6 parallel und exzentrisch versetzt ist.
Das Schleifwerkzeug 4 ist in Lagern 7 an einem Träger 8 drehbar gelagert und wird bei dem dargestellten Beispiel über eine aus der Bohrung 2 herausgeführte Antriebswelle 9 in Antriebsumdrehung versetzt. Als Antriebswelle 9 kann eine flexible Welle Verwendung fin den, die zu einem nicht dargestellten außenliegenden Antriebsmotor geführt ist. Statt dessen ist es jedoch auch möglich, das Schleifwerkzeug 4 durch einen ihm zugeordneten Direktantrieb in Gestalt eines Hochfrequenz 1 Elektromotors, eines Luftmotors oder auch eines Hydrauligmotors anzutreiben, in welchem Falle an die Stelle der Welle 9 Versorgungsleistungen treten.
Der Träger 8 für das Schleifwerkzeug 4 ist Bestandteil einer als Ganzes mit 10 bezeichneten Stützvorrichtung, die koaxial in der Bohrung 2 über in radialer Richtung parallel verschieb- und an die Wandung 3 der Bohrung anlegbare Stützglieder 11 relativ zum Werkstück 1 drehsowie axial verschiebbar geführt ist.
Die Stützvorrichtung 10 umfaßt zumindest drei Stützglieder (Fig. 4), kann jedoch auch mehr Stützglieder, z.B.
fünf wie in Fig. 3, aufweisen. Die Stützglieder 11 und das Schleifwerkzeug 5 bzw. die Schleifwerkzeuge 5' (Fig. 4) sind.untereinander mit gleichem Zentriwinkel um die Mittelachse der Stützvorrichtung 10 herum angeordnet, die mit der Bohrungsachse 6 zusammenfällt.
Die Stützvorrichtung 10 umfaßt ein im wesentlichen hohlzylindrisches Gehäuse 12, das sich axial erstreckende Radialsehlitze 13 in seiner Wandung für die Aufnahme des bzw. der Schleifwerkzeugträger 8 sowie von Trägern 14 der Stützglieder 11 aufweist. In den Schlitzen 13 sind die Teile 8,14 für eine Parallelverschiebung in radialer Richtung geführt.
Die Stützvorrichtung 10 ist mit einer Antriebshohlwelle 15 verbunden, auf deren nähere Ausbildung weiter unten noch eingegangen wird.
In der Stützvorrichtung befindet sich ein Innenspreizdorn 16 zu deren Radialverlagerung, der an seinem Umfang zwei im Abstand koaxial zur Mittelachse der Stützvorrichtung verlaufende, konusförmige Spreizflächen 17 gleichen Spreizwinkels umfaßt. An diesen Spreizflächen 17 liegen die Stützglieder über ihre Träger 14 mit an diesen ausgebildeten, gleichlaufend keilförmig angeschrägten Widerlagerflächen 18 in Stelleingriff an.
Wird der Innenspreizdorn 16 koaxial im Gehäuse 12 der Stützvorrichtung 10 in Fig. 2 in Richtung zum unteren Blattrand verschoben, so verlagern sich die Träger 14 der Stützglieder 11 radial auswärts. Wird der Innenspreizdorn 16 in entgegengesetzter Richtung bewegt, so tritt eine einwärtsgerichtete Verlagerung der Träger 14 der Stützglieder 11 ein. Um sicherzustellen, da.3 die Träger 14 mit ihren Widerlagerflächen 18 stets in Eingriff an den Spreizflächen 17 anliegen, sind an den Enden der Träger 14 für sämtliche Träger gemeinsame Ringfedern 19 vorgesehen. Diese Ringfedern 19 federn auch den bzw. die Schleifwerkzeugträger 8 einwärts an.
Auch für die Schleifwerkzeugträger 8 ist jeweils ein Spreizglied 20 in der Stützvorrichtung 10 vorgesehen, das ebenfalls im Abstand koaxial hintereinanderliegende äußere Spreizflächen 21 gleichen Keilwinkels umfaßt und mit gleichlaufend keilförmig angeschrägten Widerlagerflächen 22 an der Innenseite des jeweiligen Schleif werkzeugträgers 8 in Stelleingriff stehen. Jedes Spreizglied 20 ist dabei in einer axialen Nut 23 des Innenspreizdorns 16 begrenzt und von dessen Bewegungen unabhängig axial verschiebbar geführt.
Für ein Verschieben des Innenspreizdorns 16 im Gehäuse 1 der Stützvorrichtung 10 ist eine Schubstange 24 vorgesehen, die sich vom Gehäuse 12 der Stützvorrichtung 10 durch die Antriebshohlwelle hindurch bis an deren Außenende erstreckt. Die Schubstange ist zweiteilig ausgeführt und weist einen inneren, direkt mit dem Innenspreizdorn 16 verbunder.en Teil 25 auf, der im Bereich eines Wellengelenkes 25 der Antriebshohlweile 15 mit einer balligen Druckeingriffsfläche 27 an einer entsprecilenden balligen Druckeingriffsfläche 28 am inneren Ende des äußeren Teils 29 der Schubstange anliegt. Zum Verschieben der Schubstange 24 in der Antriebshohlwelle 15 ist am äußeren Ende der Antriebshohlwelle 15 ein Zylinderraum 30 ausgebildet, der mit Druckmittel über eine Leitung 31 von einer nicht dargestellten Druckmittelcjuelle her beaufschlagbar ist. Das äußere Ende des Teils 29 der Schubstange 24 schließt als Kolbenfläche den Zylinderraum 30 ab. Durch entsprechende Druck mittelbeaufschlagung des Zylinderraums 30 wird über die Schubstange 24 dem Innenspreizdorn 16 im Betrieb der Innenschleifvorrichtung eine stetige leichte Vorlast für eine Bewegung in Fig. 2 in Richtung zum unteren Blattrand vermittelt, durch die die Stützglieder 11 mit vorbestimmtem Druck an die Bohrungswandung 3 angedrückt werden. Nshe der Stützvorrichtung 10 ist auf der Antriebshohlwelle 15 eine Stellmutter 32 angeordnet, mittels der das oder die Spreizglieder 20 für den oder die Schieifwerkzeugträger 8 in ihrer Axialstellung relativ zum Innenspreizdorn für die Stützglieder einstellbar sind. Hietfür ist im Bereich zwischen der Stellmutter 32 und dem Gehäuse 12 der Stützvorrichtung 10 die Antriebshohlwelle 15 mit einem Axialschlitz 33 versehen, durch den ein an dem rückwärtigen Ende des Spreizgliedes oder der Spreizglieder 20 vorgesehener Radialzapfen 34 in den stirnseitigen Eingriffsbereich der Stellmutter 32 herausgeführt ist. Die Steilmutter 32 ist auf eine Außengewindebüchse 35 aufgeschraubt, die koaxial auf der Antriebshohlwelle 15 angeordnet ist und diese mit einem Mitnahmequerstift 36 durchgreift.
Im inneren Teil 25 der Schubstange 24 ist ein Längsschlitz 37 ausgespart, durch den der MitnaAmequerstift 36 hindurchgreift, ohne Stellbewegungen der Schubstange 24 zu behindern.
Durch eine Rechtsdrehbewegung der Stellmutter 32 werden das bzw. die Spreizglieder 20 in Fig. 2 in Richtung zum unteren Blattrand hin verschoben mit der Folge, daß der oder die Schleifwerkzeugträger 8 eine radiale Aus-wärtsbeVegung erfahren. Auf diese Weise wird vor Beginn des Innenschleifvorganges und vor dem Einführen der Stützvorrichtung 10'ion die Bohrung 2 die Zustellung des Schleifwerkzeugs 4 in bezug auf die Bohrungswandung 3 voreingestellt. Anschließend wird die Vorrichtung mit zu diesem Zeitpunkt noch eingezogenen Stützgliedern 11 in die Bohrung eingeführt, wonach der Zylinderraum 30 mit Druckmittei beaufschlagt und die Stützglieder 11 über die Schubstange 24 und den Innenspreizdorn 16 in Stützeingriff an die Bohrungswandung 3 bewegt werden.
Danach kann der Schleifvorgang beginnen, für den nunmehr die Antriebshohlwelle 15, die über einen Bajonettverschluß 38 mit der Abtriebswelle 39 eines Drehantriebs gekuppelt ist, in Umdrehung versetzt und gleichzeitig das Schleifwerkzeug oder die Schleifwerkzeuge 4 angetriebes. Zusätzlich kann auch das Werkstück 1 um die Bohrungsachse 6 durch seine nicht dargestellte Werkstückaufnahme in Umdrehung versetzt werden. Die Relativbewegung zwischen dem Werkstück 1 und der Innenschleif-Vorrichtung in Richtung der Bohrungsachse 6 kann durch eine entsprechende Verlagerung des Werkstücks 1 mit Hilfe seiner Aufnahme und/oder durch Axialbewegungen der Antriebshohlwelle 15 hervorgerufen werden. In diesem Falle versteht sich, daß der Antriebsmotor für die Antriebshohlwelle mittels eines geeigneten Supports axial relativ zum Werkstück 1 in einem Maschinengestell verschiebbar und für Vorschubbewegungen des Supports ein entsprechender Vorschubantrieb vorgesehen ist.
Die Stützglieder 11 bilden bei dem dargestellten Beispiel Gleitstücke, die während des Schleifbetriebs die Bohrungswandung 3 gleitend überlaufen. Sie können aus irgendeinem geeigneten Kunststoff, z.B. Polyamid, oder worden irgendeinem sohst geeigneten Chensewerkstofr bestehen, der eine im Vergleich zum Material der Bohrungswandung geringere Härte hat. Statt dessen können die Gleitstücke auch aus einem geeigneten Metall vergleichsweise geringerer Härte, beispielsweise einer Kupferlegierung, bestehen. Vorzugsweise sind die Gleitstücke jedoch von Honsteinen gebildet, so daß zugleich mit dem Innenschleil vorgang ein Innenhonen stattfindet.
Anstelle der Stellmutter 32 kann auch ein anderes geeignetes Stellorgan Verwendung finden, z.B. ein hydraulischer Hohikolbenzylinder. Ein solcher Hohlkolbenzylinder hat, wie ähnliche Stellantriebe den Vorteil einer jederzeit, d.h. auch während des Schleifbetriebs, durchführbaren Verstellung, da es keine Schwierigkeiten bereitet, über z.B. entlang der Antriebshohlwelle verlaufende Versorgungsleitungen den Stellantrieb von außerhalb einer Bohrung her fernzusteuern.
Leerseite

Claims

Ansprüche: 1. Innenschleifvorrichtung zur Feinbear'oeitung zylindrischer Wandungen von Bohrungen in Werkstücken, insbesondere Rohrkörpern, bestehend aus zumindest einem angetriebenen umlaufenden walzen- oder rollenförmigen Schleifwerkzeug mit einem einen Bruchteil des Durcnmessers r Bohrung entsprechenden Außendurchmesser, das in Schleifeingriff an der Wandung der Bohrung mit parallel zur Bohrungsachse exzentrisch versetzter Drehachse die Bohrungsachse ui'3creist und axial sowie radial relativ zum Werkstück bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifwerkzeug (#) an einem in einer Stützvorrichtung (10) radial parallelverschiebbar abgestützten Träger (8) gelagert und die Stützvorrichtung koaxial in der Bohrung (2) des Werkstücks (1) über ihrerseits radial parallelverschieb- und an die Wandung (3) der Bohrung anlegbare Stützglieder (11) relativ zum Werkstück dreh- sowie verschidXbbar geführt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne .

daß die Stützvorrichtung (10) zumindest drei Stützglieder (11) umfaßt und die Stützglieder sowie das Schleifwerkzeug oder die Schleifwerkzeuge (4) untereinander mit gleichem Zentriwinkel um diettelachse der Stützvorrichtung herum angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach aspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützvorrichtung (10) ein im wesentlichen hohlzylindrlsches Gehause (12) mit Schlitze (13) in seiner Wandung für die Aufnahme und Radialverlagerung der Svatzglieder (11) und des oder der S^hleifwerkQeugträger (8) umfaßt.
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützvorrichtung (10) mittels einer durch ein Gelenk.

(26) unterteilten Antriebshohlwelle (15) in Umlauf versetzbar ist.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützvorrichtung (10) im Bereich der Stützglieder (11) einen axial begrenzt verschiebbaren Innenspreizdorn (16) zur Radialverlagerung der Stützglieder aufweist, der an seinem Umfang zwei in. Abstand koaxial zur Mittelachse der Stützvorrichtung angeordnete, konusförmige Spreizflächen (17) gleichen Spreizwinkels umfaßt, an denen die Stützglieder mit gleichlaufend keilförmig angeschrägten Widerlagerflächen (18) in Stelleingriff stehen
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützvorrichtung (10) im Bereich jedes Schleifwerkzeugträgers trägers (8) ein axial begrenzt verschiebbares Spreizglied (20) umfaßt, das im Abstand koaxial hinteren anderliegende äußere Spreizflächen (21) gleichen Keilwinkels umfaßt und mit gleichlaufend keilförmig angeschrägten Widerlagerflächen (22) an der Innenseite des bzw.der Schleifwerkzeugträger in Stelleingriff steht.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spreizglieder (20) für die Schlei fwerkzeugtraÕer (8) in Nuten (23) des Innenspreizdorns (;6) für die Stützglieder (11) begrenzt unabhängig axial verschiebbar geführt sind.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stütz glieder (11) von in der Stützvorrichtung (10) angeordneten,radial parallelverschiebbaren Trägern (14) I abgestütztsind und an die Wandung (3) der Bohrung (2) anlegbare Gleitstücke bilden.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitstücke (11) aus einem Kunststoff oder Chemiewerkstoff, z.B. Polyamid, bestehen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitstücke (11) aus Metall, z.B. einer 1 Kupferlegierung,bestehen. St
11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitstücke (11) von Honsteinen gebildet sind.
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Trager (14;8) für die Sitzglieder (11) und die Schleifwerkzeuge (4) unter einer radial einwärts wirkenden Federvorspannung stehen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur radial einwcrts gerichteten Federvorspannung der Träger (8,14) diesen jeweils endseitig eine gemeinsame Spiralringfeder (19) zugeordnet ist.
14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch geennzeichnet, daß der Innenspreizdorn (16) für die Stützglieder (11) mittels einer Schubstange (2#) betätigbar ist, die sich vom Gehäu se (12) der Stützvorrichtung (10) bis zum Außenende der Antriebshohlwelle (15) erstreckt, im Bereich des Wellengelenks (26) zweigeteilt ist, mit balligen Druckeingriffsflächen (27>28) aneinanderliegende Schubstangenteile (25,29) umfaßt und im Bereich des Außenendes der Antriebshohlwelle ~mittels einer Druckvorrichtung relativ zur Antriebshohlwelle verschiebbar ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebshohlwelle (15) im Bereich ihres Außenendes einen rit Druckmittel aufschlagbaren Zylinder (30) bildet und der äußere Schubstangenteil (29) den Zylinderraurn in der Antriebshohlwelle als Kolben abschließt.
16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß nahe der Stützvorrichtung (10) auf der Antriebshohlwelle (15) eine Stellmutter (32) angeordnet ist, mittels der das Spreizglied oder die Spreizglieder (20) für den oder die Schleifwerkzeuträger (o) in ihrer Axialstellung relativ (16) zum Innenspreizdorn/für die Stützglieder (11) einstellbar sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich zwischen der Stellntter (32) und dem Gehäuse (12>-der Stützvorrichtung (10) die Antriebshohlwelle (15) einen Axialschlitz (33) aufweist, durch den an dem rückwärtigen Ende des oder der Spreizglieder vorgesehene Radialzapfen in den stirnseitigen Eingriffsbereich der Stellmutter herausgeführt sind.
18. - Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß im Stellbereich der Stellmutter (32) die Schubstange für den Innenspreizdorn (16) einen Axialschlitz (37) fur einen Mitnahmequerstift (36) aufweist, der die Antriebshohlwelle durchgreift und eine Außengewindebüchse auf der nr.triebshohlwelle fixiert.
19. Vorrichtung n-ch einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Schleifwerkzeug (4) an sie Träger (8) zwischen endseitig angeordn.eten Lagern (7) frei drehbar gelagert und mittels einer aus der Bohrung herausführenden biegsamen Antriebswelle (9) oder mittels eines dem Schle1f-Werkzeug im Bereich der Stützvorrichtung (10) gugeordneten gesonderten Antriebsmotors antreibbar ist.
20. - Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß als Direktantriebsmotor ein Elektro-, Luft- oder Hydraulikmotor vorgesehen ist.