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Führungsvorrichtung für ein Bearbeitungswerkzeug Die Erfindung betrifft
eine Führungsvorrichtung mit einer Aufnahme für ein Bearbeitungswerkzeug zur Herstellung
von Durchbrüchen oder dergleichen mit konischen oder achsparallelen Wandungen, insbesondere
an einer Funkenerosions-Werkzeugmaschine.
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Zur Herstellung von Durchbrüchen, Vertiefungen, Gravuren und dergleichen
in Werkstücken hat sich das Funkenerosionsverfahren ein weites Anwendungsgebiet
verschafft. Es ist jedoch nach wie vor schwierig, Durchbrüche mit konischen Seitenwänden
präzise und mit jeder gewünschten Konizität herzustellen, wie dies beispielsweise
für Schnittplatten
von Stanzwerkzeugen erforderlich ist. Diese Herstellungsschwierigkeiten
konischer Durchbrüche beruhen darauf, daß zur Erzielung einer sehr guten Oberflächenbeschaffenheit
durch Nachstellen des iWerkaeuges der Bearbeitungsspalt laufend angepaßt werden
muß. Da diese Nachführung bei bekannten Aufspannvorrichtungen Schwierigkeiten bereitet,
ist eine Nachbearbeitung solcher konischer Wandungen erforderlich.
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Bisher ist es bei der Funkenerosion üblich, gegenüber einer vertikal
absenkbaren' Werkzeug-Führungsvorrichtung einen beispielsweise in zwei separat verstellbaren
Kugelkalotten kardanisch aufgehängten Werkstück-Spanntisch anzuordnen, welcher gegenüber
der Werkzeug-Führungsvorrichtung schräg gestellt wird, so daß Durchbrüche mit konischen
Seitenwänden hergestellt werden können.
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Diese Werkzeug-Spannvorrichtung hat verschiedene Nachteile.
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Zur Veränderung der relativen Lage zwischen Werkzeug und Werkstück
ist jedesmal eine Unterbrechung des Arbeitsablaufes erforderlich, damit die schwenkbare
Werkstückführung verstellt und wieder festgespannt werden kann. Ein weiterer Nachteil
liegt darin, daß der korrekte Arbeitsabstand zwischen Werkzeug und Werkstück nur
für einen bestimmten Durchbruch korrekt' ist. Will man mehrere gleichartige konische
Durchbrüche nebeneinander anbringen, so muß jeweils eine neue Justierung zwischen
Werkzeug und Werkstück erfolgen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Führungs-Vorrichtung
für ein Bearbeitungswerkzeug insbesondere einer Funkenerosionsmaschine zu schaffen,
mit dem sich in einem Arbeitsgang Durchbrüche beliebiger Form mit präziser und
gleichbleibender
Konizität und außerdem guter Oberflächenqualität herstellen lassen, die keiner Nacharbeit
bedürfen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Werkzeugaufnahme
in einer Axialführung- eines sphärisch gelagerten Taumelkörpers spielfrei verschiebbar
gelagert ist, wobei der Krümmungsmittelpunkt der sphärischen Lagerfläche des Taumelkörpers
mit der Achse ~der Werkzeugaufnahme zusammenfällt,und daß ein zur Axialführung konzentrischer
Ansatz des Taumelkörpers durch zwei weitere konzentrische sphärische Lagerelemente
spielfrei an einem innerhalb der Vorrichtung spielfrei drehbaren Exzenterring abgest#ützt
ist, wobei die Mittelachse des Außenumfanges des Exzenterrings mit dem Krümmungsmittelpunkt
zusammenfällt.
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Diese Führungsvorrichtung,hat den Vorteil, daß das Bearbeitungswerkzeug
während der Bearbeitung Taumelbewegungen mit einer präzise reproduzierbaren Konizität
ausführt, welche insbesondere die beim Funkenerosionsverfahren erforderliche Nachstellung
in keiner Weise behindern und somit zu präzise konischen Durchbrüchen mit guter
Oberflächenqualität führen. Das Werkstück wird dagegen wie üblich bei der Herstellung
von zylindrischen Bohrungen und dergl. auf die normale Spannplatte der Bearbeitungsmaschine
aufgespannt. Ein Umspannen ist'auch bei zahlreichen aufeinanderfolgenden Bearbeitungen
nicht erforderlich. Die erfindungsgemäße Führungsvorrichtung hat ferner den Vorteil,
daß sie sich in gleicher Weise vorteilhaft für andere Arbeitsverfahren wie Drehen,
Fräsen, Stoßen, Schleifen, Honen und dergl. eignet.
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Vorteilhafterweise besteht der Exzenterring aus zwei separaten, ineinander
geschachtelten exzentrischen Ringen
gleicher Exzentrizität, die
gegeneinander verdrehbar und in einer gewünschten Relativstellung gegenseitig fixierbar
sind. Auf diese Weise läßt sich jede gewünschte Exzentrizität zwischen dem Wert
Null und der doppelten Exzentrizität jedes ei:nzelnen 'Ringes einstellen.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn der äußere der beiden exzentrischen
Ringe gegenüber einem am Maschinengehäuse befestigten sphärischen Lagerkörper für
den Taumelkörper mittels eines radialen und eines axialen Nadellagers spielfrei
geführt ist. Auf diese Weise können die Taumelbewegungen vom Exzenterring exakt
vom Gehäuse der Vorrichtung auf den Taumelkörper übertragen werden.
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Vorzugsweise ist das innere der beiden konzentrischen sphärischen
Lagerelemente mit dem Ansatz des Taumelkörpers fest verbunden und bildet ferner
gegenüber dem stationären sphärischen Lagerkörper einen Teil der sphärischen Lagerfläche
des Taumelkörpers selbst, jedoch mit einer Stützrichtung, welcher der zwischen Taumelkörper
und stationärem Lagerkörper wirksamen entgegengerichtet ist.
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Diese Anordnung hat den Vorteil, daß der Taumelkörper spielfrei zwischen
zwei sphärischen Lagerflächen eingespannt werden kann, welche einer gemeinsamen
Kugelschale angehören, in deren Verlauf der Taumelkörper durch exzentrische Verstellung
taumelt.
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Vorzugsweise besitzt die Vorrichtung eine axial verstellbare Pinole,
deren Achse mit dem Krümmungsmittelpunkt der Taumelkörper-Lagerung zusammenfällt.
Mit dieser Pinole ist vorzugsweise die Werkzeugaufnahme in axialer Richtung durch
eine Pleuelstange verbunden, deren Enden sphärisch
ausgebildet und
in sphärischen Lagerelementen spielfrei aufgenommen sind. Diese sphärisch ausgebildeten
Enden sind vorzugsweise mittels je eines eine Querbohrung durch setzenden Bolzens
gegen Verdr#hung gesichert.
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Auf diese Weise kann die Werkzeugaufnahme präzise und problemlos in
axialer Richtung geführt und nachgestellt werden.
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Zur Übertragung der Exzenterbewegung besitzt der äußere der beiden
exzentrischen Ringe eine Verzahnung, in die ein Zahnrad einer Antriebseinrichtung
eingreift. Auf diese Weise läßt sich die Werkzeugführung mit gewünschter Geschwinaigkeit
im Zuge der eingestellten Konizität taumelnd bewegen.
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Will man die Exzentrizität zwischen den beiden exzentrischen Ringen
verändern, so löst man ihre gegenseitige Verriegelung, fixiert den inneren exzentrischen
Ring und verstellt den äußeren mit Hilfe eines zusätzlich in Eingriff bringbaren
Zahnrades, welches in die vorhandene Verzahnung eingreift.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung können der nachfolgenden
Beschreibung eines bevorzugten AusfUhrungsbeispieles entnommen werden. Es zeigen
Figur 1 einen Axialschnitt durch das nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiel
der Führungsvor richtung, Figur 2 einen Horizontalschnitt durch eine Ebene II-II
von Figur 1 und
Figur 3 einen der Figur 1 ähnlichen Teilschnitt,
iedoch mit einem eingespannten Bearbeitungswerkzeug, welches eine Taumelbewegung
ausführt.
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Die in der Zeichnung dårgèsteilte Führungsvorrichtung für ein spanabhebendes
Werkzeug zur Herstellung von Durchbrüchen jeglicher Art in einem Werkstück ist in
einem rungen Gehäuse 11 untbrgebracht, welches an einem Werkzeugkopf 10 einer nicht
dargestellten Werkzeugmaschine befestigt ist.
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Der Werkzeugkopf 10 ist vorzugsweise stationär an einer Funkenerosions-Werkzeugmaschine
angebracht, deren nicht dargestellter horizontaler Aufspanntisch für das Werkstück
horizontal und ~vertikal gegenüber dem Werkzeugkopf 10 verstellbar ausgebildet ist.
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Grundsätzlich kann das Gehäuse 11 mit der Führungsvorrichtung auch
am Werkzeugkopf einer Fräsmaschine oder sonstigen spanabhebenden Werkzeugmaschine
verwendet werden.
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Im oberen Teil des Gehäuses 11 beflndet sich eine im Werkzeugkopf
10 vertikal verschiebbare Maschinenpinole 13 mit einem unteren exzentrischen Ansatz
14, in der ein sphärisches Lager 15 zur spielfreien Aufnahme eines oberen Kugelkopfes
57 einer Pleuelstange 56 angeordnet ist, auf die später noch ausführlich eingegangen
wird. Das sphärische# Lager 15 ist durch eine Spannplatte 16 spielfrei eingestellt
und fixiert.
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Den unteren Abschluß des rohrförmigen Gehäuses 11 bildet ein daran
befestigter Lagerkörper 18, der mit zwei ringförmigen Lagerflächen besetzt ist,
deren wirksame Oberfläche dem sphärischen Verlauf einer gemeinsamen sphärischen
Mantelfläche
19 folgt, welche in der Zeichnung durch eine strichpunktierte Linie angedeutet ist.
Diese.Mantelfläche 19 wird durch eine innere ringförmige Lagerfläche 21 und eine
äußere ringförmige Lagerfläche 22 gebildet.
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Zwischen diesen beiden Lagerflächen 21 und 22 ist spielfrei ein Taumelkörper
24 gelagert, welcher eine der Lagerfläche 22 gegenüberliegende komplementäre sphärische
Lagerfläche besitzt und an dem #ein sphärischer Innenring 28 befestigt ist, welcher
eine zweite sphärische Lagerfläche bildet, die ebenfalls der sphärischen Mantelfläche
19 folgt; Die sphärische Mantelfläche 19 besitzt einen Mittelpunkt 20, welcher genau
mit der Mittelachse der Maschinenpinole 13, in deren Verlauf diese verstellbar ist,
zusammenfällt.
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Der im Verlauf der sphärischen Mantelfläche 19 bewegbare Taumelkörper
24 besitzt eine Axialbohrung 25, auf die später noch eingegangen wird, und außerdem
einen Gewindeansatz 26? auf den der sphärische Innenring 28 aufgeschraubt ist.
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Aus der Zeichnung kann entnommen werden, daß der Taurnelkörper 24
mit seiner äußeren sphärischen Lagerfläche von unten gegen die äußere Lagerfläche
22 drUckt, während sich der auf den Gewindeansatz 26 aufgeschraubte sphärische Innenring'28
von oben her auf der inneren Lagerfläche 21 abstützt. Die einzige Bewegungsfreiheit
des Taumelkörpers 24 besteht somit darin, Taumelbewegungen im Zuge der sphärischen
Mantelfläche 19 ausführen zu können, wobei die Mittelt achse seiner Axialbohrung
25, welche mit der Mittelachse eines später beschriebenen, in der Führungsvorrichtung
aufgenommenen Erosionswerkzeuges zusammenfällt, stets durch den sphärischen Mittelpunkt
der Mantelfläche 19 verläuft.
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Der sphärische Innenring 28 ist durch einen Gewindering 27 gekontert.
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Der sphärische Innenring 28 besitzt eine sphärische Mantelfläche,
auf die spielfrei eine komplementäre sphärische Mantelfläche eines sphärischen Außenringes
29 aufgepaßt ist. Die beiden sphärixschen Ringe 28 und 29 dienen der spielfreien
Übertragung einer Taumelbewegung auf. den Gewindeansatz 26 des Taumelkörpers 24
durch einen rotierenden zweiteiligen Exzenterring, welcher nachfolgend eingehend
beschrieben wird.
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Der zweiteilige Exzenterring besteht aus einem exzentrischen Innenring
33 und einem diesen außen umgreifenden exzentrischen Außenring 35. Bei beiden Ringen
33 und 35 ist jeweils der kreisförmige Außendurchmesser gegenüber dem kreisförmigen
Innendurchmesser um den gleichen Betrag exzentrisch versetzt. Durch gegenseitige
Verdrehung der beiden Ringe 33 und 35 ist es möglich, ihre gemeinsame, im Betrieb
auf den Taumelkörper wirksame Exzentrizität zwischen dem Wert Null und einem Maximalwert,
bei dem der Innendurchmesser des Innenringes 33 um den doppelten Wert seiner eigenen
Exzentrizität gegenüber'dem Außendurchmesser des Außenringes 35 versetzt ist, zu
verstellen. Der Verstellvorgang an sich wird später eingehend beschreben.
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Der exzentrische Außenring 35 ist durch ein radiales Stützlager 38
in Form eines Nadellagers spielfrei in einer entsprechenden Ausnehmung des Lagerkörpers
18 drehbar gelagert. Ein ebenfalls als Nadellager ausgebildetes axiales Stützlager
39 nimmt die Axialkräfte auf, während ein Anlaufring 40 den Außenring 35 nach oben
begrenzt. Zwischen dem Innendurchmesser des exzentrischen Innenringes 33 und dem
Aüßendurchmesser des sphärischen Außenringes 29 befindet sich ein spielfrei eingestelltes
Taumellager 31, welches als Nadel- oder Gleitlager ausgebildet sein kann,
Wie
bereits erwähnt, wird der Taumelkörper 24 durch Verdrehen des aus den Ringen 33
und 35 zusammengesetzten Exzenterringes hervorgerufen. Zu diesem Zwecke besitzt
der Außenring 35 eine Kegelverzahnung 3Jx, ins die ein auf einer Welle 43 befestigtes
Kegelrad 44 eingreift. Die Welle 43 ist beispielsweise über ein stufenlos verstellbares
Getriebe mit einem Motor 42 verbunden, welcher auf diese Weise den Taumelkörper
24 mit gewünschter Geschwindigkeit taumeln l&ßt.
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Um bei der Bearbeitung eines Werkstückes 71 innerhalb eines Durchbruches
eine gewünschte'Konizität zu erzielen, muß der Taumelwinkel des Taumelkörpers 24
entsprechend eingestellt sein. Zu diesem Zweck löst man die während der Bearbeitung
vorhandene und nicht dargestellte Verbindung zwischen den beiden exzentrischen Ringen
33 und 35, fixiert den Innenring 33 zeitweilig beispi#elsweise mit Hilfe von in
de#r Zeichnung angedeuteten Bohrungen und verdreht den exzentrischen Außenring 35
mit Hilfe eines Kegelrades 46 mlt Verstellknopf 47, welches sich gemäß Figur 1 normalerweise
außer Eingriff befindet und zur Verstellung in eine strichpunktiert angedeutete
Lage# eingerückt wird. Nach erfolgter Einstellung der Exzentrizität werden die beiden
exzentrischen Ringe 33 und 35 wieder miteinander verbunden In der Axialbohrung 25
des Taumelkörpers 24 ist axial be-~~ weglich,doch spielfrei mit Hilfe einer Kugelführungsbuchse
52 eine Taumelpinole 50 gelagert, an deren unterem Ende sich eine herkömmliche Werkzeugaufnahme
51 zur Aufnahme des Erosionswerkzeuges 70 oder eines anderen Werkzeuges befindet.
Die Mittelachse der Werkzeugaufnahme 51 fällt mit der Mittelachse des Taumelkörpers
24 zusammen, so daß gem. Fig. 3 die Mittelachse des Werkzeuges 70 im Bereich
der
Oberfläche des Werkstückes 71 mit dem Mittelpunkt 70 der sphärischen Mantelfläche
19 welche für die Taumelbewegung bestimmend ist, zusammenfällt.
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In einer zentralen Autnehmung..der Taumelpinole 50 befindet sich ein
spielfrei einstel-lbarer sphärischer Lagerkörper 53 für den unteren Kugelkopf 58
einer bereits erwähnten Pleuelstange 562 deren oberer Kugelkopf 57 ebenfalls pielfrei
an der Maschinenpinole 13 gelagert ist. Somit ist die Höhen lage der Werkzeugaufnahme
51 bzw. der Ta#umelpinole 50 stets, also auch während der Taumelbewegung, durch
die Höheneinstellung der Maschinenpinole 13 gegenüber dem Werkzeugkopf 10 bestimmt.
Die Pleuelstange 56 ist ein herkömmliches Maschinenelement mit zwei Kugelköpfen
57 und 58,'die im vorliegenden Falle durch je einen Bolzen 59 bzw. 60 gegen Verdrehung
gesichert sind. Zum -Ausgleich von Relativbewegungen ist der untere Bolzen 60 in
seinem Kugelkopf 58 in einem vertikalen Langloch geführt. Ein Horizontalschnitt
durch die Ebene des unteren Kugelkopfes 58 zeigt Fig. 2.
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Mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Führungsvorrichtung läßt sich
insbesondere ein Erosionswerkzeug 70 mit jeder gewünschten Konizität bei der Herstellung
von konischen Durchbrüchen an dem Werkstück 71 im Verlaufe einer präzisen Taumelbewegung
sauber führen. Bei der Herstellung eines weiteren Durchbruches im gleichen Werkstück
ist lediglich die Werkstückaufnahme um ein entsprechendes Stück gegenüber dem Werkzeugkopf
1Q zu verstellen.