DE3730762A1 - Verfahren und vorrichtung zum spanabhebenden verformen eines urspruenglich zylindrischen werkstueckes - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum spanabhebenden verformen eines urspruenglich zylindrischen werkstueckesInfo
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Description
Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren und einer
Drehmaschine zur Herstellung eines Werkstückes mit zylin
drischer Grundform, wobei beim fertigen Werkstück von der
zylindrischen Grundform unter zwei Gesichtspunkten abgewi
chen ist. Zum einen soll das fertige Werkstück im Querschnitt
keine genaue Kreisform haben, es soll vielmehr einen Quer
schnitt haben, der von der genauen Kreisform abweicht. Be
vorzugt, aber nicht ausschließlich, soll der Querschnitt des
Werkstückes die Form einer Ellipse haben. Außerdem soll
die Mantelfläche des fertigen Werkstückes nicht mehr exakt
zylindrisch sein. Auch von dieser Grundform soll beim ferti
gen Werkstück abgewichen sein. Insbesondere, aber nicht aus
schließlich, soll die Außenkontur des fertigen Werkstückes
ballig in der Weise sein, daß der größte Durchmesser in der
Mitte der Gesamtlänge liegt und der Durchmesser nach den
beiden Werkstückenden hin gleichmäßig und zum größten Durch
messer auch symmetrisch abnimmt. Ein typisches Bauteil mit
in dieser Weise balliger Außenkontur und elliptischem
Querschnitt ist ein Kolben für eine Brennkraftmaschine,
der diese Form hat, um den unvermeidbaren Kippbewegungen
des Kolbens im Zylinder Rechnung zu tragen und die Reibung
zwischen Kolben und Zylinder klein zu halten.
Um die notwendigen Verstellbewegungen des Werkzeuges zu er
möglichen, ist es bekannt, das Werkzeug auf einem Kreuz
schlitten anzuordnen, während das Werkstück in einem um
die Längsachse des Werkstückes drehenden Futter gehalten
ist. Durch die Bewegung des Unterteiles des Kreuzschlittens
mit dem Oberteil und dem darauf befestigten Werkzeug entlang
dem Werkstück ist eine Bearbeitung des Werkstückes auf seiner
gesamten Länge oder einem Teil seiner Gesamtlänge möglich.
Diese Bewegung wird gemeinhin als die Verstellbewegung
in z-Richtung bezeichnet. Durch die Bewegung des Oberteiles
des Kreuzschlittens quer zum Werkstück wird das Eindringen
des Werkzeuges in das Werkstück, also die Spantiefe, be
stimmt. Diese Bewegung wird gemeinhin als die Verstellbe
wegung in x-Richtung gezeichnet. x- und z-Richtung stehen
senkrecht zueinander, wobei die z-Richtung parallel zur
Längs- oder Drehachse des Werkstückes gerichtet ist.
Um mit diesem Arbeitsprinzip ein fertiges Werkstück herstel
len zu können, dessen Querschnitt nicht zur Längsachse des
Werkstückes symmetrisch kreisrund ist, beispielsweise ellip
senförmig ist, sind bereits Drehmaschinen bekannt, bei denen
die Längs- und Vorschubrichtung des Werkstückes mit der
Drehachse des Werkstückes einen bestimmten Winkel einschlie
ßen, während Drehachse des Werkstückes und Vorschubrichtung
des Werkzeuges gleich liegen, gleichgerichtet in der z-Rich
tung liegen. Eine solche Lösung ist beispielsweise in der
DE-OS 34 45 004 der gleichen Anmelderin offenbart.
Angesichts der eingangs genannten Problematik und des Standes
der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Verfahren und eine Vorrichtung aufzuzeigen, mit denen
auf einer Drehmaschine möglichst genau und mit hoher Arbeits
geschwindigkeit ein fertiges Werkstück hergestellt werden
kann, dessen Außenkontur von der exakten Zylinderform ab
weicht, dessen Querschnitt keine zur Längsachse symmetrische
Kreisform hat. Insbesonderes soll es schnell und genau mög
lich sein, einen Kolben für eine Brennkraftmaschine mit bal
liger Oberfläche und elliptischem Querschnitt herzustellen.
Wenn es mit der Erfindung insbesondere auch möglich sein soll,
einen solchen Kolben zu drehen, so soll trotzdem die Erfin
dung nicht auf die Herstellung eines solchen fertigen Werk
stückes beschränkt sein.
Bei der Erfindung erfolgen die Bewegung in z-Richtung
(Werkzeugvorschub) und die Grundbewegung in x-Richtung in
konventioneller Weise mit einem Kreuzschlitten. Daß dabei
mit dem Kreuzschlitten eine relativ große Masse bewegt wer
den muß, ist ohne Nachteil, weil für diese Bewegungen ein
relativ großer Zeitraum zur Verfügung steht, bzw. der rela
tiv große Zeitbedarf für diese Bewegungen für den gesamten
Arbeitsvorgang nicht sehr ins Gewicht fällt. Die Spantiefe
bzw. die Stellung des Werkzeuges in x-Richtung muß für jede
Umdrehung des Werkstückes nur einmal eingestellt werden,
wenn eine ballige Außenkontur erzeugt werden, der Quer
schnitt des Werkstückes aber kreisrund sein soll. Ein ähn
lich großer Zeitaufwand für die Verstellung des Werkzeuges
in x-Richtung zur Erzeugung der von der Kreisform abweichen
den Querschnittsform würde sich dagegen auf die Gesamtar
beitszeit in erheblichem Maße negativ auswirken. Diese im
vorliegenden Zusammenhang mit x′-Bewegung bezeichnete Ver
stellbewegung wiederholt sich nämlich während einer Umdre
hung des Werkstückes u.U. mehrmals. Zur Erzeugung beispiels
weise einer elliptischen Querschnittsform muß während einer
Werkstücksumdrehung das Werkzeug zweimal in die Stellung des
kleineren und zweimal in die Stellung des größeren Ellip
sendurchmessers gebracht werden. Es ist deswegen von Vor
teil, daß bei der Erfindung das Werkzeug quer zur Werkstück-
Längsachse einmal mit dem Oberschlitten und einmal mit seinem
Werkzeughalter gegenüber dem Oberschlitten verfahren werden
kann. Für die relativ selten notwendige "Grundeinstellung" in
x-Richtung wird das Werkzeug mit dem notwendigen relativ
großen aber unschädlichen Zeitaufwand mittels des bewährten,
betriebssicheren und allgemein üblichen Kreuzschlittenober
teiles verfahren. Für die relativ häufig notwendige "Fein
einstellung" zur Erzeugung der konkreten Ellipsenform -
oder der entsprechenden anderen von der zur Längsachse oder
symmetrischen Kreisform abweichenden Querschnittsform - sind
dagegen Verstellbewegungen nur von kleinen Massen nötig,
die Bewegungen x′ können rasch und häufig aufeinanderfolgend
bewirkt werden.
Voraussetzung für die weitestgehende Nutzung des mit der
Erfindung erzielbaren Vorteils ist eine entsprechende Steu
erung der Maschine. Demzufolge schlägt die Erfindung in
weiterer Ausgestaltung der Erfindung vor, daß die Werkzeug
bewegung mittels eines Programmes gesteuert wird, in dem alle
Befehle an das Werkzeug für dessen Steuerung mit dem Ziel
der Herstellung einer bestimmten Werkstückkontur abrufbar
gespeichert sind, wobei in dem vom Programm abhängig ar
beitenden Rechner ein vom Werkstück kommendes Stellungs
signal verarbeitet wird, das die Stellung des Werkstückes in
Umfangs- und Längsrichtung kennzeichnet und mit dessen Hilfe
das Kommandosignal aus dem Programm abgerufen wird, das
die für diese Werkstückstellung gewollte Werkzeugstellung
insbesondere durch Verstellen der zusätzlichen Werkzeughal
terung herbeiführt. Diese rechnergestützte Auswertung eines
Werkstückstellungssignals zum Bewirken der gewollten Werk
zeugstellung ist so kurzfristig möglich, daß an der ermittel
ten Werkstückstellung der für den Einsatz gewollte Betriebs
punkt des Werkzeuges eingestellt werden kann.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung noch
etwas näher erläutert. In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 den an sich üblichen Kreuzschlitten einer Drehma
schine, dessen quer zum Werkstück verstellbarer
Oberschlitten jedoch eine erfindungsgemäße Werk
zeughalterung trägt, die eine relativ geringe Masse
hat,
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1 und
Fig. 3 das Funktionsschema für die erfindungsgemäße
Steuerung des Kreuzschlittens mit separat ver
stellbarem Werkzeughalter.
Auf einem Werkstückhalter 1 ist ein Kolben 2 aufgespannt,
der für eine Brennkraftmaschine bestimmt ist. Der Kolben
hat eine zylindrische Ausgangskontur und soll mittels
eines Werkzeuges 3 derart in eine Endkontur gebracht wer
den, daß der Querschnitt in der Ansicht auf den Kolben
boden elliptisch ist (Fig. 2), während der Kolben in der
Seitenansicht ballig ist (Fig. 1). Der Werkstückhalter 1
wird von einem Motor M 1 so angetrieben, daß sich der Kol
ben für den Bearbeitungsvorgang um seine Längsachse mit
einer vorgegebenen, relativ hohen Drehzahl dreht. Die
Drehachse wird als C-Achse bezeichnet, sie ist die Längs-
Drehachse der Hauptspindel der Drehmaschine, der der Werk
stückhalter zugeordnet ist.
Gegenüber dem als hauptsächliches Beispiel für ein zu be
arbeitendes Werkstück angenommenen Kolben für eine Brenn
kraftmaschine ist das Werkzeug 3, ein an sich üblicher
Drehstahl, in der Längsrichtung des Kolbens verstellbar,
wie sie gemeinhin als z-Koordinate bezeichnet wird und in
der Zeichnung gekennzeichnet ist. Des weiteren ist zur
Veränderung des Durchmessers des Werkstückes das Werkzeug
quer zum Werkstück bzw. zu dessen C-Achse verstellbar; die
se Richtung wird gemeinhin als X-Koordinate bezeichnet und
ist in der Zeichnung auch so gekennzeichnet.
Die Bewegung des Werkzeuges in Richtung der x-Koordinate
wird nun erfindungsgemäß in zwei Bewegungskomponenten un
terteilt. Die Bewegung entsprechend der eigentlichen
x-Koordinate wird bewirkt, um das Werkzeug 3 in eine Stel
lung gegenüber dem Werkstück 2 zu bringen, in der ohne
weitere zusätzliche Maßnahmen dem Werkstück ein Quer
schnitt gegeben würde, der kreisförmig ist und symmetrisch
zur Langs- bzw. Drehachse C des Werkstückes liegt. Dieser
Bewegung des Werkzeuges soll nun eine Bewegung in einer
x′-Koordinate, die mit der x-Koordinate deckungsgleich,
dieser aber zumindest gleichachsig ist, überlagert werden, mit
der dem Werkzeug die Bewegungen vermittelt werden, die not
wendig sind, um den von der konzentrischen Kreisform ab
weichenden Querschnitt des Werkstückes zu erzeugen.
Um die vorgenannten Bewegungen des Werkzeuges gegenüber
dem Werkstück bewirken zu können, ist ein üblicher Kreuz
schlitten vorgesehen, dessen Unterschlitten 4 auf einem
Führungsschienenpaar 5 des Maschinenbettes 6 in Richtung
der z-Koordinate mit einer von einem Motor M 3 angetriebe
nen Verstellspindel verstellbar ist, um den Vorschub des
Werkzeuges 3 in Richtung der z-Koordinate zu bewirken. Auf
einem Schienenpaar 7 des Unterschlittens 4, das in x-Rich
tung verläuft, ist der Oberschlitten 8 mittels einer
von einem Motor M 2 angetriebenen Spindel 13 verstellbar,
um die Spantiefe beim Runddrehen zu ermöglichen. Auf dem
wie der Unterschlitten 4 mit relativ großer Trägheit ver
stellbaren Oberschlitten 8 ist ein Werkzeughalter 9 in
Richtung der x′-Koordinate gegenüber dem Oberschlitten 8
verstellbar, um die Verstellbewegungen des Werkzeuges 3
zu bewirken, die notwendig sind, um den von der konzentri
schen Kreisform abweichenden Querschnitt zu bewirken, also
insbesondere einen elliptischen Querschnitt. Hierzu ist
ein Verstellmotor M 4 auf dem Oberschlitten 8 gelagert,
der über ein Gelenksystem 10, 11 den Werkzeughalter 9
translatorisch in Richtung der x′-Koordinate verstellt.
Um dem Kreuzschlitten 4, 8, dem Werkzeughalter 9 und dem
Werkstückhalter 1 mit dem Werkstück 2 die geschilderten
Bewegungen zu vermitteln, werden die einzelnen Motoren,
die diese Bewegung bewirken, mit einer Steuereinrichtung ge
mäß Fig. 3 gesteuert. Die Daten für die gewünschte Form
des Werkstückes sind in einem Mikroprozessor 14 gespei
chert. Die Koordinaten von Kreuzschlitten, Werkzeughalter
und Werkstück werden von Meßkreisen erfaßt, die den Be
wegungsachsen x, z, x′ und der Winkeldrehung des Werk
stückes um die Achse C zugeordnet sind. Diese Daten wer
den über Auswerteschaltungen dem Mikroprozessor zugeführt,
der sie zusammen mit den eingespeicherten Formdaten zu
Steuerbefehlen verarbeitet, die er über entsprechende
Steuereinheiten an die Antriebsmotoren M 1- M 4 weitergibt.
So dienen die Daten der "Auswertung x und z" der Steuerung
der Motoren M 2 und M 3 für die beiden Bewegungsrichtungen
des Kreuzschlittens, während die Daten zur Steuerung des
Motors M 4 des Werkzeughalters aus der "Auswertung z und
x′ und C" gewonnen werden.
Die Erfindung ist insbesondere deswegen für die Herstellung
von Kolben geeignet, die für Brennkraftmaschinen bestimmt
sind, weil die Abweichungen von der exakten Zylinderform
in Längs- und Durchmesserrichtung sehr gering sind und
die für eine rasche Arbeitsweise notwendigen, rasch auf
einander folgenden Veränderungen der Bewegungsrichtungen
extrem genau erfolgen müssen, in einem solchen Fall also
Arbeitsgeschwindigkeit und Arbeitsgenauigkeit in besonde
rem Maße an sich widersprüchliche Forderungen sind.
Die Steuereinheit St 4 verarbeitet nur die Geometriedaten X′
in Abhängigkeit von Z. Es Herden nur diese Daten mit extrem
hohen Geschwindigkeiten verarbeitet, die zur Erzeugung der
Normalkontur erforderlich sind. Die Steuereinheiten St 1 und
St 3 sind Steuereinheiten einer bekannten 3-Achsen-CNC-Steuerung.
Claims (5)
1. Verfahren zur spanabhebenden Verformung eines ursprüng
lich zylindrischen Werkstückes derart, daß es in der
Seitenansicht eine ballige Außenkontur, in der Drauf
sicht auf eine Stirnfläche eine von der exakten Kreis
form abweichende Kontur, insbesondere eine elliptische
Kontur aufweist, unter Verwendung eines Kreuzschlittens
zum Bewegen des Werkzeuges gegenüber dem um seine Längs
achse sich drehenden Werkstück,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bewegung des Werkzeuges (3) gegenüber dem um
seine Längsachse (C) drehenden Werkstück (2) in der Rich
tung quer zu dieser Längsachse (x-Koordinate) in zwei
Teilbewegungen zerlegt wird, von denen die eine Teilbe
wegung (x) mit dem mit relativ großer Masse behafteten
Oberschlitten (8) des Kreuzschlittens (4, 8) bewirkt
wird und so bemessen ist, daß das Werkstück einen Durch
messer erhalten würde, wie er im Fall der Kreiskontur
des Werkstückquerschnittes, ausgehend vom Ursprungs
durchmesser, Solldurchmesser wäre, während die andere
Teilbewegung (x′) mit dem gegenüber dem Oberschlitten
in dessen Bewegungsrichtung (als Bewegung in Richtung der
x′-Koordinate) verstellbaren Werkzeughalter (9) bewirkt
wird und so bemessen ist, daß die von der runden Quer
schnittskontur abweichende Kontur bewirkt wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß einer Drehmaschine in an sich bekannter Weise ein
Kreuzschlitten (4, 8) für den Werkzeughalter (9) und ein
drehbarer Werkstückhalter (1) zugeordnet ist, wobei der
2. Unterschlitten (4) in Richtung der Werkstücklängsachse
(C) motorisch verstellbar ist, während der Oberschlitten
senkrecht zu dieser Achse (Bewegung in Richtung der x-
Koordinate) motorisch verstellbar ist und auf dem Ober
schlitten, diesem gegenüber in dessen Richtung motorisch
verstellbar (Bewegung in Richtung der x′-Koordinate) der
Werkzeughalter (9) gelagert ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
gekennzeichnet
durch je einen gesonderten Antriebsmotor (M 1- M 4)
für die Erzeugung der Drehbewegung des Werkstückes (2)
sowie die Verstellbewegungen von Unterschlitten (4),
Oberschlitten (8) und Werkzeughalter (9).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerung der Antriebsmotoren (M 2- M 4) für Un
terschlitten (4), Oberschlitten (8) und Werkzeughalter
(9) abhängig von der Stellung des Werkstückes in Um
fangsrichtung erfolgt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
gekennzeichnet
durch einen Mikroprozessor und von diesem gesteuerte Steu
ereinheiten zur Aufnahme eines Stellungssignales, das
indikativ ist für die Stellung des Werkstückes in Um
fangsrichtung, und dessen Umwandlung in Steuersignale
für die Antriebsmotoren (M 1- M 4).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873730762 DE3730762A1 (de) | 1987-09-12 | 1987-09-12 | Verfahren und vorrichtung zum spanabhebenden verformen eines urspruenglich zylindrischen werkstueckes |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19873730762 DE3730762A1 (de) | 1987-09-12 | 1987-09-12 | Verfahren und vorrichtung zum spanabhebenden verformen eines urspruenglich zylindrischen werkstueckes |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3730762A1 true DE3730762A1 (de) | 1989-03-23 |
Family
ID=6335927
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19873730762 Withdrawn DE3730762A1 (de) | 1987-09-12 | 1987-09-12 | Verfahren und vorrichtung zum spanabhebenden verformen eines urspruenglich zylindrischen werkstueckes |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE3730762A1 (de) |
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