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Vorrichtung zum selbstzentrierenden Einspannen und Führen umlaufender,
insbesondere unrunder Werkstücke in Werkzeugmaschinen, insbesondere in Maschinen
zum Überschleifen von Kurbelwellenzapfen Zum selbsttätig zentrischen Einspannen
von umlaufenden Werkstücken auf Werkzeugmaschinen dienen üblicherweise sowohl die
bekannten sogenannten Dreibackenfutter, bei denen es auch bekannt ist, die Greifbacken
federnd zu lagern, als auch zwangsläufig zusammen mit ihren Gegenhalterungen bewegbare
Lagerprismen.
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Ferner ist es bekannt, nachstellbare Werkstückstützvorrichtungen mit
einer Meßuhr derart zu verbinden, daß man den jeweiligen Durchmesser des Werkstückes
während der Bearbeitung ablesen kann, so daß die Herstellung von Werkstücken genau
gleichen Durchmessers in der Serienherstellung erleichtert wird.
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Alle diese Einrichtungen, so gut sie auch für andere Zwecke sein mögen,
sind aber keine geeigneten Hilfen, wenn es sich beispielsweise darum handelt, einen
im Betriebe eines Wagenmotors unrund gelaufenen Kurbelwellenzapfen unter Fortnahme
von möglichst wenig Werkstoff wieder genau rund zu überschleifen, eine Arbeit, die
zur Erhaltung der Sachwerte im Zeitalter des Motors eine sehr große wirtschaftliche
Bedeutung erlangt hat. Nicht nur das erstmalige Ausrichten des Werkstückes, sondern
auch das richtige Führen und genaue Überwachen des Bearbeitungsvorganges erforderte
in diesen Fällen viel umständliche Arbeiten und entsprechenden Zeitverlust.
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Das Ausrichten des Werkstückes erfolgte bisher im allgemeinen so,
.daß zwei koaxiale Stellen der Welle, z. B. zwei Pleuelzapfen, in eine koaxiale
Lage zum Bett gebracht wurden.
Dies konnte entweder so erfolgen,
daß der eine Zapfen als Führungszapfen diente und der andere Zapfen, der bearbeitet
werden sollte, relativ zum Führungszapfen ausgerichtet wurde, oder daß die Welle
mit Hilfe eines Aufspannwinkels in eine parallele Lage zum Bett gebracht wurde und
der zu bearbeitende Zapfen oder ein .mit ihm koaxialer Zapfen so gelagert wurde,
daß er auch unter dem Schleifdruck oder sonstigem Werkzeugdruck seine zur Maschinenachse
genau koaxiale Lage nicht änderte.
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Hierfür waren bisher umständliche und sehr sorgfältige Messungen erforderlich.
Insbesondere mußten an jedem Führungs- bzw. Bearbeitungsständer Skalen abgelesen
werden. Die Zapfen selbst mußten genau gemessen und etwa vorhandene Unterschiede
dann entsprechend brücksichtigt werden. Beim Schleifen mußte die allmähliche Verminderung
der Zapfendurchmesser durch gleichzeitiges Nachstellen sowohl von den Lagermäulern
als auch von der Schleifscheibe her kompensiert werden. Beim Vertauschen des zu
bearbeitenden Zapfens mit dem Führungszapfen, d. h. beim Umlegen des Werkstückes,
ergab sich die Notwendigkeit erneuter Ablesungen und Berechnungen, die eine Quelle
von Fehlern darstellten und besondere Übung und Sorgfalt erforderten.
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Erfindungsgemäß werden diese Nachteile dadurch beseitigt, daß die
Wellen nicht mehr in prismatischen Lagermäulern gelagert werden, die als Ganzes
zugestellt werden, sondern dadurch, daß zentrisch spannende Vorrichtungen angewendet
werden, die, nachdem sie einmal auf die Maschinenachse hin genau justiert sind,
jede eingespannte Welle von beliebigem Durchmesser genau zentrisch in die Maschinenachse
einspannen, indem von den bekannten drei zwangsläufig zentrisch spannenden Stützbacken,
welche zweckmäßig um je I2o° gegeneinander versetzt liegen, eine der Stützbacken
in radialer Richtung zum j Werkstück nachgiebig federnd gelagert ist und zum Messen
ihrer Ausfederung aus der spannungslosen Lage mit einem Zeigerwerk, beispielsweise
mit einer Meßuhr, verbunden ist und wobei zweckmäßig die beim Zusammenbau der Vorrichtung
an dem Zeigerwerk ablesbare Ausfederung zwecks leichter Überwachung einer halben,
ganzen oder mehrfachen Umdrehung des Meßzeigers entspricht, und wobei weiterhin
zweckmäßig die federnde Stützbacke ausschwenkbar auf einem Bügel gelagert ist.
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Durch die genannte Federungsmöglichkeit des dritten Einspannorgans
und durch die Sichtbarmachung der Ausfederung, also Federausbiegung mit Hilfe einer
Meßuhr o. dgl. ist es nämlich möglich, die Größe der Ausfederung konstant zu halten
und somit die Einspannvorrichtung auf der Grundlage einer ganz bestimmten Ausfederung
des dritten nachgiebigen Stützpunktes auf die Maschinenachse hin zu zentrieren.
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Da die federnde Ausbiegung des dritten Stützpunktes während des ganzen
Bearbeitungsvorganges durch Nachregeln entsprechend den Zeigerausschlägen konstant
gehalten werden kann, ist es möglich, sie dauernd auf demjenigen Maß zu halten,
welches der ursprünglichen, einmaligen Justierung der Spannvorrichtung entspricht.
Es kann also das zu bearbeitende Werkstück dauernd genau in der Maschinenachse gehalten
werden, auch wenn das Werkstück im Verlaufe des Bearbeitungsvorganges seinen Durchmesser
ständig ändert, und zwar alles ohne irgendwelche Messungen.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und zweckmäßige Ausführungsmöglichkeiten
ergeben sich aus den Ansprüchen, aus der Zeichnung sowie aus der nachstehenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels.
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Die mit denn Gegenstand .der Erfindung erzielten. Vorteile ergeben
sich aus folgendem: Handelt es sich um ein Werkstück, welches außer dem zu bearbeitenden
Zapfen keinen zweiten korrespondierenden Zapfen zum Einspannen aufweist, also beispielsweise
um das Schleifen eines Pleuelzapfens bei einer Einzylinderkurbelwelle oder bei solchen
Kurbelwellen, bei denen alle Kröpfungen in v erschiedenen Ebenen liegen, so mußte
bisher das Einspannen mit Hilfe eines künstlichen Lagers unter Anwendung eines Aufspannwinkels
erfolgen. Durch Einspannen des zu schleifenden Zapfens in die neue zentrisch spannende
Vorrichtung, vorteilhafterweise eine solche mit senkrechter Bearbeitungsachse, ergibt
sich dann sofort auch die richtige Stellung des Aufspannwinkels auf der Planscheibe
ohne jede Messung.
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Sind zwei gleichmittige, aber verschiedene Durchmesser aufweisende
Zapfen am Werkstück vorhanden, so lassen sich mit der erfindungsgemäßen Einrichtung
die beiden Zapfen in der Bearbeitungsachse schneller, sicherer und einfacher dadurch
ausrichten, daß die Zapfen in die seitlich beliebig verschieblichen und aufklappbaren
Einspannvorrichtungen eingelegt werden und diese dann bis zu der der Justierung
zugrunde liegenden Federspannung zugestellt werden. Dabei ist es auch möglich, beim
Umschlagen des Werkstückes, also beim Vertauschen der beiden Zapfen ohne jede Messung
auszukommen. Ist die Unrundheit des zunächst der Führung dienenden Zapfens außergewöhnlich
groß, so wird dieser zunächst vorgeschliffen und nach
Wegnahme der
gröbsten Unrundheit dann als Führungszapfen verwendet.
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Auf der Zeichnung zeigt: Fig. i ein Ausführungsbeispiel der neuen
Werkzeugmaschine zum materialabnehmenden Rundbearbeiten umfaufender Werkstücke mit
Einrichtungen zum selbstzentrierenden Einspannen und Führen des Werkstückes in der
unveränderlich festliegenden Bearbeitungsachse, und zwar mit senkrecht angeordnetem
Bett und entsprechend senkrecht verlaufender Bearbeitungsachse in perspektivischer
Darstellung schräg von vorn gesehen.
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Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf eine auf dem Bett verschiebbare selbstzentrierende
Vorrichtung zum Einspannen und Führen der Werkstücke an dieser Maschine und Fig.
3 einen Schnitt nach Linie III-III der Fig. 2.
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Wie aus Fig. i ersichtlich, besteht die dort als Ausführungsbeispiel
dargestellte Maschine aus folgenden Hauptteilen: dem Grundgestell5, in welchem sich
der Antrieb für die Planscheibe 9 befindet, dem Ständergestell 6, dessen geschliffene
Flächen 14, 14 das Bett bilden und zwischen denen sich die Zahnstange 8 befindet,
und den beiden Zentriervorrichbungsstellen 5o, 5o, welche auf dem Bett 14, 14 längs
der Zahnstange 8 verschoben werden können und welche an ihrer freien Seite die eigentlichen
Zentriervorrichtungen tragen.
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Im Gestell 5o sind zwei Schlitten 30, 40 parallel verschiebbar zueinander
gelagert. Im Schlitten 30 sind in den Aussparungen 31, 32 die beiden genau
eingepaßten Gleitstücke i o, 2o gelagert, die mittels der Zapfen i1, 12 in Schlitze
54 52 greifen, die im Körper 50 der Einspannvorrichtung vorgesehen sind. Wird der
Schlitten 3o durch Drehen der Spindel 33 bewegt, so werden die Gleitstücke 1o und
2o durch die Zapfen II und 12 festgehalten und bewegen sich daher gegeneinander.
Die beiden Gleitstücke liegen innerhalb des Schiebers in verschiedenen Ebenen übereinander
(vgl. Fig. 3), so daß ihre Parallelverschiebungen unabhängig übereinander erfolgen
können. Ferner sind im Schieberboden 3o noch Schlitze vorhanden, die nicht gezeichnet
sind, die parallel zu den Kanten der Gleitstücke 1o, 20 vorlaufen und eine Relativbewegung
der Zapfen auch in dieser Richtung gestatten.
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Die beiden Gleitstücke Io, 2o tragen an ihren vorderen Enden die Spannelemente,
die als Führungsbacken dargestellt sind, aber auch aus Rollen bestehen können. Im
letzteren Fall müssen die Schlitze 51,'52 genau senkrecht zu den Kanten der
Schieber 10, 20 gerichtet sein. Werden die Backen i, 2 verwendet, so werden diese
zweckmäßig mit einem Hartmetall belegt. Die Spindel 33 wirkt mit dem Zahnrad 53
zusammen, wohingegen die Spindel 43 für den Schlitten 4o mit dem Zahnrad 54 und
damit auch mit der mit ihm verstifteten Justierscheibe 55 zusammenwirkt. Die Zahnräder
53, 54 und die Justier- bzw. Verstellscheibe 55 befinden sich in der Aussparung
57 des Ansatzes 56 des Zentriergestelles 50. Am Schlitten 40 ist mittels des Bolzens
42 der abklappbare Bügel 44 angelenkt, der an seinem Ende die federnde Stütze 47
mit Einspannorgan 3 trägt. Der Bügel kann mittels der Prisonschraube 46 fest gegen
den Schlitten 40 verspannt werden.
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Beim Justieren der Vorrichtung auf die Maschinenachse 4-4, welches
nur ein einziges Mal, nämlich vor der erstmaligen Inbetriebnahme, zu erfolgen braucht,
werden die beiden Schlitten zunächst jeder für sich so verschoben, daß die drei
Spannorgane i, 2, 3 zur Anlage gegen die Justierwelle 17 gelangen, die ihrerseits
genau nach der Maschinenachse ausgerichtet ist. Alsdann wird die Triebschraube 43
für den den federnden Stützpunkt 3 tragenden Schlitten 40 mit Hilfe der Rändelscheibe
55 so weit angespannt, daß die Anzeigevorrichtung 48 oder 45 ein -bestimmtes Maß
der Federausbiegung bzw. einen bestimmten. Anpreßdruck anzeigt. Ist diese Stellung
erreicht, dann wird die Rändelscheibe 55 mit dem Zahnrad 54 verbohrt und verstiftet.
Von jetzt an sind die beiden Triebwellen 33, 43 durch die im Eingriff befindlichen
Zahnräder 53, 54 zwangsläufig so verbunden, daß die beiden Schlitten eine gegenläufige
Bewegung ausführen. Um ein zentrisches Spannen der Vorrichtung bei jedem anderen
Durchmesser des Werkstückes zu ;gewährleisten, müssen die Bewegungen der Stützorgane
i, 2, 3 so aufeinander abgestimmt werden, daß sie sich mit gleicher Geschwindigkeit
auf den gleichen Mittelpunkt hin bewegen oder von ihm entfernen, wenn an der Justierscheibe
55 gedreht wird. Dies ist unter folgenden Bedingungen der Fall: Der Winkel zwischen
den Rückenlinien der beiden Gleitstücke io, 2o beträgt 6o°, die Winkelhalbierende
dieses Winkels steht senkrecht auf der Stützfläche 3, verläuft also durch den Mittelpunkt
einer dort angeordneten Stützrolle, und parallel zur Bewegungsrichtung der Schieber
30, 40. Weiterhin verhält sich das Übersetzungsverhältnis der Zahnräder 53, 54 wie
i : 2, und die beiden Spindeln 33, 43 weisen die gleichen Steigungen auf. In diesem
Falle bewegt sich der Schlitten 30 mit -der doppelten Geschwindigkeit auf
das Zentrum zu wie der Schlitten 4o. Die Bewegungen der Stützorgane- i, 2 erfol-
Yen
gegen den Mittelpunkt mit der halben Vorschubgeschwindigkeit des Schiebers 30, also
mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Schieber 4o und damit der Stützpunkt 3.
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Bei vorhandener Ovalität eines Zapfens -neigen sich bei Drehung desselben
an dein Zeigerwerk 45 oder 48 zunächst Zeigerausschläge um die Mittelstellung bzw.
den Nullpunkt, und zwar wird die Einspannung so vorgenommen, daß sich die Zeigerausschläge
zunächst annähernd gleichmäßig um die Mittelstellung bzw. den Nullpunkt verteilen,
d. h. nach der einen größeren Durchmesser anzeigenden positiven Seite und nach der
einen kleineren Durchmesser anzeigenden negativen Seite etwa gleich groß sind. Da
erfahrungsgemäß die Ovalität eines Pleuelzapfens ungleichmäßig verteilt ist und
das größere Untermaß sich dort befindet, wo der Arbeitshub einwinkt, kann man die
Genauigkeit dadurch noch steigern, daß man die Einstellung noch etwas korrigiert
und den größeren Zeigerausschlag anfangs der Minusseite zuweist, aber derjenigen
Seite vom Nullpunkt, welche die kleineren Durchmesser anzeigt. Mit dem Fortschritt
des Abschliffs zeigen die Ausschläge dann allmählich die Tendenz, überwiegend einseitig
zu werden. Durch Nachspannen der Vorrichtung auf die ursprüngliche Zeigereinstellung,
bei der der Zeiger um, den Nullpunkt gleichmäßig pendelt, wird die alte zentrische
Lage des zu schleifenden "Zapfens so lange immer wieder hergestellt, bis die Ausschläge
endlich ganz verschwunden- sind.
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Die zu schleifende Kurbelwelle ist in Fig. i mit 7, die Schleifscheibe
mit 15 und ein Wischer zum ständigen Abwischen des Schleifstaubes mit 41 bezeichnet.