DE3523618A1 - Einrichtung zur spanenden und verfestigenden bearbeitung der oberflaechen zylindrischer einzelteile vom wellentyp - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Ausrüstung zur spanenden Bearbeitung von Metallen, genauer auf eine Einrichtung zur spanenden und verfestigenden Bearbeitung der Oberfläche zylindrischer Einzelteile vom Wellentyp, die nach der Meißelbearbeitung die Glättung und Oberflächenverfestigung des Einzelteils während des Umformens durchführt.

Die Erfindung kann auf dem Gebiet des Kraftfahrzeug-, Landmaschinen- und Traktorenbaus sowie auf anderen Gebieten der Metallbearbeitung recht erfolgreich angewendet werden.

Gegenwärtig ist eine Einrichtung zur spanenden und verfestigenden Bearbeitung der Oberfläche zylindrischer Einzelteile vom Wellentyp bekannt, die ein Gehäuse enthält, in dem eine schwimmende Zweimeißeleinheit und ein Lünetten- Umformkopf angeordnet sind, der einen Käfig mit Umformelementen besitzt (siehe z. B. den SU-Urheberschein Nr. 10 10 773, IRK³ B24 B39/04).

Es ist ferner eine Werkzeugmaschine zur Oberflächenverfestigung von Einzelteilen bekannt, bei der der Käfig des Lünetten-Umformkopfs mit einer Vorrichtung zur Verschiebung desselben verbunden ist, die als Hydraulikzylinder ausgeführt ist (siehe z. B. den SU-Urheberschein Nr. 2 10 202, B24 B39/04).

Jedoch ist in den bekannten Einrichtungen die schwimmende Zweimeißeleinheit nicht imstande, die Bearbeitung der Oberfläche des zylindrischen Einzelteils bei hohen Anforderungen an die Geradlinigkeit der Werkstückachse infolge des Kopierens der ursprünglichen Ungeradlinigkeit des Werkstücks durch die "Schwimm"einheit sowie eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit (IT6 . . . IT7) beim Abheben von Zugaben von über 2 mm je Durchmesser infolge des Einflusses der Ausgangsfehler der Werkstücke zu gewährleisten. Außerdem kommt es wegen der auftretenden Reibungsverluste in den Manschettendichtungen des Hydraulikzylinders, der den Käfig mit den Umformelementen verschiebt, zu einer ungenügenden Empfindlichkeit des Steuersystems, was eine ungleichmäßige Oberflächenverfestigung des zu bearbeitenden Werkstücks bedingt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur spanenden und verfestigenden Bearbeitung der Oberfläche zylindrischer Einzelteile vom Wellentyp zu schaffen, in der dank einer kontinuierlichen Bearbeitung mit entsprechender Verteilung der abzuhebeden Bearbeitungszugabe und der Erzeugung einer stabilen Umformkraft an der zu verfestigenden Oberfläche die Bearbeitungsgenauigkeit und -güte erhöht und die Herstellung von Einzelteilen mit geradliniger Achse aus ungeradlinigen Werkstücken ermöglicht worden ist.

Die gestellte Aufgabe ist dadurch gelöst, daß in der Einrichtung zur spanenden und verfestigenden Bearbeitung der Oberflächen zylindricher Einzelteile vom Wellentyp, die ein Gehäuse enthält, in dem eine schwimmende Zweimeißeleinheit und ein Lünetten-Umformkopf angeordnet sind, der eine Vorrichtung zur Verschiebung seines Käfigs mit Umformelementen besitzt, erfindungsgemäß vor der schwimmenden Haupt-Zweimeißeleinheit eine schwimmende Zusatz-Zweimeißeleinheit angeordnet ist, die so angebracht ist, daß ihre "Schwimm"ebene zur "Schwimm"ebene der schwimmenden Haupt-Zweimeißeleinheit senkrecht ist, und die mit einem Mittel zur Fixierung derselben versehen ist,wobei der Käfig mit seiner Verschiebungsvorrichtung über eine Hülse verbunden ist, die gleichachsig mit dem zu bearbeitenden Werkstück angeordnet und in bezug auf die Verschiebevorrichtung federbelastet ist.

Zur Kontrolle des Durchmessers des zu bearbeitenden Werkstücks in der Bearbeitungszone ist in der Einrichtung zweckmäßigerweise ein Geber zur Kontrolle der Verschiebung des Käfigs mit den Umformelementen vorgesehen, der mit der Stirnfläche der Hülse dauernd kontaktiert.

Die in der Einrichtung vorhandenen schwimmenden Haupt- und Zusatz-Zweimeißeleinheiten gestatten, die Umverteilung der abzuhebenden Zugabe zwischen denselben vorzunehmen, wobei die erstere Einheit die Vorbearbeitung, die zweite aber die maßgerechte Bearbeitung durchführt. Diese Aufteilung der abzuhebenden Zugabe erlaubt es, die Standzeit bei den maßhaltigen Meißeln der Haupteinheit zu erhöhen und die Bedingungen der Spanabführung von dieser Einheit zu verbessern, sowie gewährleistet eine Erhöhung der Bearbeitungsgenauigkeit. Die Fixierung der schwimmenden Zusatzeinheit im Anfangsaugenblick der Bearbeitung erlaubt es, die Geradlinigkeit der Werkstückachse zu gewährleisten und die Bearbeitungsgenauigkeit der Haupteinheit zu erhöhen.

Die senkrechte Lage der "Schwimm"ebenen der beiden Einheiten schafft günstige Bedingungen für die Spanabführung und trägt zum Dämpfen der Werkstückschwingungen in der vertikalen Ebene bei.

Die vorhandene federbelastete Hülse gestattet es, die Größe der Umformkraft zu stabilisieren und die Genauigkeit des Kopierens der Abmessungen des zu bearbeitenden Werkstücks durch die Umformelemente zu erhöhen, eine gleichmäßige Verfestigung und Glättung der Rauhigkeiten der zu bearbeitenden Oberfläche zu erreichen sowie die Kontrolle der diametralen Abmessungen des zu bearbeitenden Werkstücks in der Bearbeitungszone durch Messung der axialen Verschiebung der Umformelemente gemeinsam mit dem Käfig zu gewährleisten. Dies steigert die Empfindlichkeit der zur Käfigverschiebung bestimmten Vorrichtung gegenüber den Variationen der diametralen Abmessungen des zu bearbeitenden Werkstücks um das 10- bis 20fache.

Der vorhandene Geber zur Kontrolle der Käfigverschiebungen gestattet, anhand von axialen Verschiebungen des Käfigs die Abmessungen des zu bearbeitenden Werkstücks genau zu ermitteln und den Befehl zum Einstellen der schwimmenden Zweimeißeleinheiten zu erzeugen.

Im folgenden wird die Erfindung in einer eingehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels einer Einrichtung zur spanenden und verfestigenden Bearbeitung der Oberflächen zylindrischer Einzelteile vom Wellentyp unter Bezugnahme auf beigefügte Zeichnungen erläutert, in denen es zeigt:

Fig. 1 Gesamtansicht der Einrichtung, im Längsschnitt;

Fig. 2 Ansicht in der durch einen Pfeil A angedeuteten Richtung von Fig. 1;

Fig. 3 Einrichtung im Anfangsaugenblick der Bearbeitung eines Werkstücks;

Fig. 4 Ansicht in der durch einen Pfeil B angedeuteten Richtung von Fig. 3.

Die Einrichtung zur spanenden und verfestigenden Bearbeitung der Oberflächen zylindrischer Einzelteile vom Wellentyp enthält ein Gehäuse 1 (Fig. 1), in dem in der Richtung des Bearbeitungsablaufs eine schwimmende Haupt-Zweimeißeleinheit 2 und ein Lünetten-Umformkopf 3 angeordnet sind, wobei das Gehäuse 1 am Support einer bekannten Metallbearbeitungsmaschine mit Möglichkeit des axialen Vorschubs angebracht ist, der in Fig. 1 durch einen Pfeil S angedeutet ist.

Vor der schwimmenden Haupt-Zweimeißeleinheit 2 ist eine schwimmende Zusatz-Zweimeißeleinheit 4 angeordnet. Die schwimmende Haupt-Zweimeißeleinheit 2 mit Meißeln 5 ist so angeordnet, daß ihre "Schwimm"ebene waagerecht (Fig. 2, 3) liegt, während die schwimmende Zusatz-Zweimeißeleinheit 4 mit Meißeln 6 so angeordnet ist, daß ihre "Schwimm"ebene senkrecht zur "Schwimm"ebene der Einheit 2, d. h. senkrecht liegt. Dank dieser Anordnung führt die schwimmende Zusatz-Zweimeißeleinheit 4 eine Vorbearbeitung (Grobbearbeitung), die schwimmende Haupt-Zweimeißeleinheit 2 aber die maßgerechte Bearbeitung (Fertigbearbeitung) bei entsprechendem Einstellen des diametralen Maßes des Meißel 5 und 6 durch.

Die Zusatzeinheit 4 ist mit einem Mittel zur Fixierung derselben nach dem In-Tätigkeit-Setzen der Meißel 6 (Fig. 4) versehen, das zwei Keilelemente 7 und 8 sowie einen Kraftzylinder 9 enthält, dessen Kolbenstange mit dem Keilelement 8 verbunden ist, wobei das Keilelement 7 in einer Nut des Gehäuses 10 der Einheit 4 untergebracht ist und mit einem Meißelhalter 11 kontaktiert, während das Keilelement 8 in einer Nut 12 des Gehäuses 10 untergebracht ist und über seine abgeschrägte Oberfläche mit der abgeschrägten Oberfläche des Keilelements 7 kontaktiert.

Der Lünetten-Umformkopf 3 (Fig. 1) enthält Umformelemente in Gestalt von Kegelrollen 13, die in einem Käfig 14 untergebracht sind und sich an der Kegelfläche eines Druckringes 15 abstützen, der im Gehäuse 1 fest angeordnet ist.

Im Gehäuse 1 ist eine Vorrichtung zur axialen Verschiebung des Käfigs angeordnet, die als Hydraulikzylinder 16 ausgebildet und mit dem Käfig 14 über eine Hülse 17 verbunden ist, die im Kolben 18 des Hydraulikzylinders gleichachsig mit dem zu bearbeitenden Werkstück angeordnet ist. Die Hülse 17 ist in bezug auf den Hydraulikzylinder 16 durch eine Feder 19 belastet, die sich in einem vom Kolben 18 und von der Hülse 17 gebildeten Hohlraum 20 befindet.

In der Einrichtung ist an einem Kragenstück 21 ein Geber 22 zur Kontrolle der Verschiebung des Käfigs 14 mit den Umformrollen 13 angebracht, der mit der Stirnfläche der Hilse 17 dauernd kontaktiert und in ein bekanntes System zum Nachstellen der schwimmenden Zweimeißeleinheiten aufgenommen ist.

Zur Kontrolle der Funktion der Meißel der Haupteinheit 2 dient ein am Gehäuse 1 angebrachter Geber 23. Mit dem Geber 23 wirkt eine abgefederte Stange 24 zusammen, an deren Ende eine Rolle 25 sitzt, die mit dem zu bearbeitenden Werkstück kontaktiert. Als Geber 22 und 23 werden beliebige bekannte Geber angewendet, die für die Kontrolle der linearen Verschiebungen sorgen und Signale zum Nachstellen der jeweiligen Mechanismen der Werkzeugmaschine übermitteln.

Die Einrichtung arbeitet folgenderweise.

Ein Werkstück 26 wird in der Werkzeugmaschine angeordnet, in Innenkegelsppitzen 27 gespannt und von der Spindel der Werkzeugmascine in Drehung versetzt. Der Längsvorschub (axiale Vorschub) der Einrichtung wird eingeschaltet, dem Hydraulikzylinder 16 wird Druck zugeführt, wodurch die Umformrolle 13 mit einer Leitwelle 28 in Kontakt treten. Die Meißelbearbeitung geschieht zugleich durch die schwimmenden Zusatz- und Haupt-Zweimeißeleinheiten 4 und 2, die gleichzeitig arbeiten. Hierbei führt die Zusatzeinheit 4 eine Vorbearbeitung durch, wobei 0,6 . . . 0,9 der für die Meißelbearbeitung vorgesehenen Zugabe abgenommen werden, und gewährleistet eine Bearbeitungsgenauigkeit von IT9 . . . IT10 und somit eine stabile Zugabe zum Abheben durch die Haupteinheit 2, was eine Bearbeitungsgenauigkeit von IT6 . . . IT7 zu erzielen erlaubt.

Die Zusatz-Zweimeißeleinheit 4 besitzt eine Möglichkeit zum "Schwimmen" unter Einwirkung von radialen Schnittkraftkomponenten nur um Augenblick des Einschneidens der Meißel, was etwa 1 . . . 3 mm der Bearbeitungslänge beträgt. Dies ist zum gleichmäßigen Verteilen der Bearbeitungszugabe zwischen den Meißeln 6 der Einheit 4 erforderlich. Danach wird des Gehäuse 10 der Einheit 4 durch die Keilelemente 7 und 8 unter Einwirkung der erforderlichen Verschiebung der Kolbenstange des Kraftzylinders 9 fixiert. Die Zusatzeinheit 4 wird in der fixierten Stellung bis zum Ende der Werkstückbearbeitung festgehalten, was ein minimales Schlagen des Einschneideteils und die Geradlinigkeit der Achse des zu bearbeitenden Werkstücks gewährleistet.

Die Anwendung der Zusatz-Zweimeißeleinheit gewährleistet eine einwandfreie Vorbereitung der Oberfläche auf die Nachbearbeitung durch die Einheit 2, die vorsieht:

- einen stabilen, nach den Bedingungen des Spanbrechens minimal zulässigen Betrag der von der Haupteinheit 2 abgehobenen Bearbeitungszugabe;

- ein minimal mögliches Schlagen der Achse des zu bearbeitenden Werkstücks im Augenblick des Einschneidens der Meißel der Haupteinheit 2 und dann im Augenblick des Angriffs der Umformrollen 13.

Die Kontrolle der Funktion (der Brüche) der Meißel 5 erfolgt durch Ermittlung der Maße der fertiggedrehten Welle mittels des Gebers 23, auf den die abgefederte Stange 24 einwirkt, deren rotierende Rolle 25 mit der Werkstückoberfläche kontaktiert.

Bei Bruch eines von den Meißeln 5 der Einheit 2 ändert sich die Abmessung des Werkstücks um einige zehntel Millimeter, was durch den Geber 23 erfaßt wird. Der Geber 3 löst einen Befehl nach einem bekannten Schema aus, der die Unterbindung des axialen Vorschubs, die Abstellung der Werkstückdrehung einleitet.

Die vertikale Lage der Meißel der Zusatzeinheit 4 trägt zum leichteren Abführen des Spans aus der Zerspanungszone . Die waagerechte Lage der Meißel der Haupteinheit 2 gestattet es, die Beeinflussung der Bearbeitungsgenauigkeit durch die Inkonstanz der radialen Schnittkraftkomponenten bei der Vorbearbeitung zu beseitigen sowie die Einheit 2 abzuführen, ohne die fertigbearbeitete Oberfläche zu beschädigen. Das Glätten der Rauhigkeiten nach der Meißelbearbeitung erfolgt durch planetar laufende und belastete, im Käfig 14 gleichmäßig verteilte Umformrollen 13 mit konstanter Kraft, die durch den Hydraulikzylinder 16 mit regelbarem Druck in dessen Arbeitsräumen gewährleistet wird. Der sich bewegende Kolben 18 des Hydraulikzylinders 16 verschiebt über die Feder 19 die Hülse 17 mit dem Käfig 14 und den Umformrollen 13 bis zum Kontakt der letzteren mit der Leitwelle 28. Die Feder 19 ist zur Erhöhung der Empfindlichkeit des Regelungssystems gegenüber der Größe der Umformkräfte bei beidseitigtem Einfluß der Reibungsverluste in den Dichtungselementen des Hydraulikzyllnders bestimmt, der die jeweilige Größe der Umformkräfte einstellt (die Reibungsverluste an der Verbindungsstelle Hülse-Kolben sind zu vernachlässigen).

Die Schwankungen des Durchmessers des zu bearbeitenden Werkstücks führen zur Veränderung der axialen Lage des Käfigs, die über die Hülse vom Geber 22 erfaßt wird, welcher einen Befehl zur Umberechnung der axialen Verschiebung des Käfigs in die diametralen Maße des Werkstücks und somit zum Nachstellen der schwimmenden Zweimeißeleinheiten auslöst.

Die Einrichtung verschiebt sich nach links so lange, bis die Umformrolle 13 außer Kontakt mit dem zu bearbeitenden Werkstück gekommen sind. In diesem Augenblick wird der Spindelumlauf und der axiale Vorschub abgeschaltet, die Umformrollen gehen aus dem Kontakt mit dem Werkstück. Nach beendeter Bearbeitung verschiebt sich die Einrichtung in die Ausgangsstellung nach rechts, das Werkstück wird freigegeben und ein neues gespannt. Danach wiederholt sich der Arbeitszyklus.

Die erfindungsgemäße Einrichtung bietet die Möglichkeit, Einzelteile mit erhöhter Genauigkeit zu bearbeiten, weil die schwimmende Zusatz-Zweimeißeleinheit die Werkstückoberfläche auf die nachfolgende Fertigbearbeitung durch die schwimmende Haupt-Zweimeißeleinheit vorbereitet; die Glättung der Oberflächenrauhigkeiten nach der Meißelbearbeitung geschieht mit konstanter Kraft der Umformrollen, die eine gleichmäßige Oberflächenverfestigung gewährleisten.

Claims (2)

1. Einrichtung zur spanenden und verfestigenden Bearbeitung der Oberflächen zylindrischer Einzelteile vom Wellentyp, die ein Gehäuse (1) enthält, in dem eine schwimmende Zweimeißeleinheit (2) und einnLünetten-Umformkopf (3) angeordnet sind, der eine Vorrichtung zur Verschiebung seines Käfigs (14) mit Umformelementen besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß vor der schwimmenden Haupt- Zweimeißeleinheit (2) eine schwimmende Zusatz-Zweimeißeleinheit (4) angeordnet ist, die so angebracht ist, daß ihre "Schwimm"ebene zur "Schwimm"ebene der schwimmenden Haupt- Zweimeißeleinheit (2) senkrecht ist, und die mit einem Mittel zur Fixierung derselben versehen ist, wobei der Käfig (14) mit der Verschiebungsvorrichtung über eine Hülse (17) verbunden ist, die gleichachsig mit dem zu bearbeitenden Werkstück angeordnet und in bezug auf die Verschiebungsvorrichtung federbelastet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in ihr ein Geber (22) zur Kontrolle der Verschiebung des Käfigs (14) mit den Umformelementen vorgesehen ist, der mit der Stirnfläche der Hülse (17) dauernd kontaktiert.