CH638422A5 - Verfahren zur herstellung von ziehsteinbohrungen. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Ziehsteinbohrungen. Sie betrifft weiter Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens.

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Es ist üblich, zur Erleichterung der Bearbeitung von Ziehsteinbohrungen in diese bei ihrer Herstellung bereits einen Ziehkanal einzubringen. Der Durchmesser dieses Ziehkanäle ist dabei so bemessen, dass zur Kalibrierung der Bohrungen und zur Erzeugung einer genügend glatten Bohrungsoberfläche der Kanaldurchmesser genügend grosses Untermass aufweist. Dieser bei der Herstellung der Ziehsteinrohlinge gleichzeitig miterzeugte Ziehkanal wird mit Rohbohrung bezeichnet.

Eine grosse Zahl Druckschriften ist bekannt, in welchen Vorrichtungen zur Bearbeitung von Ziehsteinen beschrieben sind. Alle diese Vorrichtungen arbeiten im wesentlichen nach dem gleichen Prinzip, haben jedoch einen wesentlichen Nachteil. Entweder muss der Verlauf der Ziehsteinbearbeitung sehr genau überwacht werden, damit das gewünschte Endmass mit der erforderlichen engen Toleranz erreicht wird, oder - beim Einführen eines zylindrischen Drahts in die Ziehsteinbohrung zur Bearbeitung des zylindrischen Bohrungsteils - die Bearbeitung muss in derart kleinen Schritten erfolgen, dass die Aufweitung der Bohrung jeweils nicht grösser ist als dem verwendeten Schleifkorn entspricht.

So beschrieb beispielsweise die DE-PS 445 958 eine Zieh-steinbearbeitungsmaschine, mit der Einlaufkonus und zylindrischer Bohrungsteil eines Ziehsteins fertiggestellt werden konnten. Dabei waren Werkzeug und Werkstückhalterung koaxial angeordnet. Die Werkstückhalterung wurde in Rotation versetzt, während die Werkzeughalterung oszillierende Bewegungen in Achsrichtung ausführte. Wesentlicher Nachteil war, dass die konisch geformte Arbeitsfläche des Werkzeugs nur in seiner untersten Stellung sichere Berührung mit der zu bearbeitenden Oberfläche hatte; ausserdem waren in Umfangsrichtung verlaufende Bearbeitungsspuren an der Konusoberfläche unvermeidlich. Daneben war eine genaue Kontrolle des Fortgangs der Arbeit und der Mass-haltigkeit nur durch Anhalten der Maschine möglich, was erheblichen Zeitaufwand erforderte.

Einem der für die Fertigung des Einlaufkonus aufgeführten Nachteile, nämlich dem ungünstigen Verhältnis von Arbeitsphase und Leerlauf der Nadel, suchte man verschiedentlich dadurch zu begegnen, dass man die Werkzeughalterung um die engste Stelle des fertigen Konus als Drehpunkt schwenkbar machte (DE-PS 527 000; DE-PS 560 176; DE-OS 2 419 660), so dass die konische oder auch zylindrische Arbeitsfläche des Werkzeugs ständig an der Konusfläche anlag. Dabei war es auch bekannt (DE-PS 416 809), das Werkzeug zusätzlich durch Federkraft an die Konusfläche anzudrücken.

Auch bei diesen Verfahren zur Herstellung von Einlaufkonus an Ziehsteinbohrungen waren wesentliche Nachteile wie Bearbeitungsspuren und zeitraubende Kontrolle des Arbeitsfortgangs unvermeidlich.

Ein etwas abweichender Weg wurde in der DE-OS 2 416 717 beschrieben. Werkzeug- und Werkstückhalterung rotierten, und zwar in entgegengesetzter Richtung. Als Werkzeug diente ein kalibrierter, angespitzter Draht. Zur Konusbearbeitung wurde die Werkzeugachse schräggestellt. Werkzeug und Werkstück blieben in ununterbrochener Berührung miteinander. Nach Durchdringen der Ziehsteinbohrung berührte das Werkzeug einen unterhalb des Ziehsteins angeordneten Kontakt, wodurch die Antriebe abgestellt wurden.

Auch hiermit ergab sich als wesentlicher Nachteil, dass eine einwandfreie Oberfläche ohne Bearbeitungsspuren in Umfangsrichtung nicht zu erzielen war, ausserdem war dieses Verfahren wegen der Schrägstellung des Werkzeugs nur dann bei der Herstellung des Einlaufkonus möglich, wenn der Durchmesser des zylindrischen Bohrungsteils den des Werkzeugs erheblich übertraf.

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Zwar hat man einige der beschriebenen Nachteile bei einer Vorrichtung zur Herstellung des zylindrischen Bohrungsteils (DE-PS 592 406) zu überwinden versucht, bei welcher der Ziehstein in einen umlaufenden Werkstückhalter eingespannt wird und koaxial zu diesem in einem Werkzeughalter ein Werkzeug in Form eines zylindrischen, an seinem Arbeitsende angespitzten kalibrierten Drahtes angeordnet und in axialer Richtung in schwingende Bewegung versetzt wird. Dabei wird zur Verlegung der Arbeitsfläche der Draht zusätzlich kontinuierlich gegenüber dem Werkstück in Längsrichtung verschoben. Mit dieser Vorrichtung war es zwar möglich, grössere Durchmesserzuwächse je Werkzeug zu erreichen, die Anpassung des Werkzeugvorschubs an die Materialabtragung in der Bohrung war jedoch so schwierig zu bewerkstelligen, dass es sehr häufig zum Abdrehen des sehr dünnen Drahtes kam. Es wurde daher üblich, die Endbearbeitung sehr feiner Ziehsteinbohrungen von Hand vorzunehmen, was sehr umständlich war und einen erheblichen Arbeitsaufwand bedeutete.

Der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist danach die Bereitstellung eines Verfahrens und entsprechender Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens zum Herstellen von Ziehsteinbohrungen, wodurch die im Vorhergehenden beschriebenen Nachteile vermieden und insbesondere ein weitgehend störungsfreier, ganz oder teilweise automatisierbarer Arbeitsablauf gewährleistet wird. Dabei soll insbesondere bei der Herstellung des Einlaufkonus eine weitgehend von Bearbeitungsspuren freie Oberfläche erzielt und bei der Kalibrierung des zylindrischen Bohrungsteils verhindert werden, dass durch Zerstörung oder durch Beschädigung der Werkzeuge Unterbrechungen im Arbeitsablauf eintreten.

Dies wird erfindungsgemäss erreicht durch ein Verfahren zum Herstellen von Ziehsteinbohrungen, vorzugsweise in Hartmetallziehsteinen mit vorhandener Rohbohrung, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass durch einen Schleifvorgang zunächst der Einlaufkonus im Kreuzschliff eingebracht und anschliessend der zylindrische Teil der Ziehsteinbohrung kalibriert wird. Zur Herstellung des Einlaufkonus ist dabei das den Konus erzeugende Werkzeug derart angeordnet, dass es begrenzt radial auslenkbar ist, dass Werkzeug und Werkstück gleichsinnig, jedoch mit unterschiedlicher Drehzahl in Rotation versetzt werden, das Werkzeug in Achsrichtung in oszillierende Bewegung versetzt wird, deren Frequenz und Amplitude in Abhängigkeit von der Drehzahldifferenz und den Endabmessungen der Ziehsteinbohrung gewählt werden und das Werkzeug während der Berührungsphase an das Werkstück angepresst und dabei in seinen Bewegungen stark gedämpft wird.

Es ist vorteilhaft, dabei während der gesamten Berührungsphase das Anpressen des Werkstücks an das Werkzeug mit im wesentlichen gleichbleibender Kraft vorzunehmen. Die Amplitude der oszillierenden Werkzeugbewegung kann vorteilhaft zwischen etwa 0,8 und 2,5 mm betragen, die Frequenz der Werkzeugschwingungen kann bei ca. 350 bis 600 min -1 bzw. ca. 6 bis 10 Hz liegen. Es ist zweckmässig, die Drehzahldifferenz zwischen Werkstück und Werkzeug mit ca. 50 bis 150 min-1 zu wählen, wobei das Verhältnis der Frequenz der Werkzeugschwingungen zur Drehzahldifferenz zweckmässig im Bereich von 3:1 bis ca. 6,5:1 festgelegt wird. Als zweckmässig hat sich die Wahl der Werkstückdrehzahl, wenn sie grösser ist als die des Werkzeugs, im Bereich von ca. 600 bis 1100 min -1 erwiesen.

Beim Kalibrieren des zylindrischen Teils der Ziehsteinbohrung wird vorteilhaft so vorgegangen, dass das als kalibrierter Draht ausgeführte, um die eigene Achse gegen eine Gegenkraft in beschränktem Umfang verschwenkbare (beispielsweise ca. 90-120°) Werkzeug mit vorgegebener Vorschubgeschwindigkeit in Achsrichtung auf das Werkstück zu

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bewegt wird, eine Umsteuerung der Vorschubbewegung jeweils erfolgt, sobald das zum Festhalten des Werkzeugs gegen Drehung erforderliche Drehmoment unter einen zweiten, kleineren Wert als den ersten vorgegebenen Wert des Drehmoments gesunken ist. Das Kalibrieren des zylindrischen Bohrungsteils kann dabei vorteilhaft in zwei oder mehr Stufen erfolgen, wobei jeweils entsprechend abgestufte kalibrierte Drähte als Werkzeuge verwendet werden. Vorteilhaft wird die Überwachung des zum Festhalten des Werkzeugs erforderlichen Drehmoments und die Umsteuerung der Vorschubrichtung des Bohrwerkzeugs mit Hilfe von die Grösse der Verdrehung des Werkzeugs abtastenden Einrichtungen an sich bekannter Art vorgenommen.

Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird es einerseits möglich, mit einem Höchstmass an Präzision Einlaufkonen an Ziehsteinbohrungen herzustellen, welche praktisch keine Bearbeitungsmarkierungen mehr aufweisen und daher von hervorragender Oberflächengüte sind, anderseits den zylindrischen Teil der Ziehsteinbohrung mit äusserster Präzision und Qualität bei gleichzeitiger optimaler Schonung der Werkzeuge einzubringen.

Bei der Herstellung des Einlaufkonus werden durch die Abstimmung von Hubweg, Hubzahl und Relativdrehzahl resultierende Bearbeitungsrichtungen erreicht, wobei sich die Richtung beim Einsenken und die beim Ausfahren des Werkzeugs wirksam überkreuzen (Kreuzschliff). Durch den seitlichen Freiheitsgrad der Werkzeughalterung wird dabei dafür Sorge getragen, dass die konische, in ihrem Öffnungswinkel an den des Einlaufkonus angepasste Spitze des Werkzeugs über einen grossen Teil ihres Hubs an der Konusoberfläche anliegt. Darüberhinaus wird durch die Kappung der Werkzeugspitze auf einen definierten Spitzendurchmesser in Verbindung mit dem an sich bekannten Kontakt unterhalb des Ziehsteins erreicht, dass die Länge der sich an den Konus anschliessenden zylindrischen Bohrung ausserordentlich genau festgelegt werden kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtimg beim Kalibrieren des zylindrischen Bohrungsteils findet ein Revolverkopf mit zwei oder mehreren in ihrem Durchmesser in geeigneter Weise abgestuften Bohrdrähten Verwendung. Der Revolverkopf weist so beispielsweise drei bis vier Werkzeughalterungen auf, die jeweils mit einem Werkzeug in Form eines Bohrdrahtes bestückt sind. Für die Herstellung sehr feiner Bohrungen, beispielsweise solcher mit einem Durchmesser im Bereich von ca. 100 bis 1500 um, genügen gegebenenfalls zwei oder drei im Durchmesser entsprechend abgestufte Bohrdrähte. So weist beispielsweise die noch nicht bearbeitete Rohbohrung des Ziehsteinrohlings einen Anfangsdurchmesser des zylindrischen Teils von etwa 86-90% des Enddurchmessers auf. Die beispielsweise drei zur Bearbeitung des zylindrischen Bohrungsteils verwendeten Bohrdrähte sind bezüglich der Durchmesser derart abgestuft, dass sie jeweils ca. 95,98,5 und 99% des gewünschten Enddurchmessers aufweisen. Der Durchmesser des letzten Bohrdrahtes ist dabei in jedem Fall um ca. 1 bis 3 |xm kleiner als das Nennmass des zylindrischen Bohrungsteils, bedingt durch die Feinheit des verwendeten Schleifkorns.

Die gegen die Drehung des Werkzeugs wirkende Vorspannung soll zweckmässig so gewählt werden, dass der jeweils verwendete Bohrdraht auch bei maximaler Auslenkung der Steuerfahne vor dem Umschalten, beispielsweise ca. 60°, durch Torsionsbeanspruchung noch nicht bleibend verformt werden kann. So werden beispielsweise zur Erzeugung der Vorspannung Spiralfedern verwendet, die bei einem Zieh-bohrungsdurchmesser von 0,15 mm ein Drehmoment von ca. Md = 0,9 cN • cm/90 grd und bei einem solchen von 1,5 mm Durchmesser ein Drehmoment von ca. 10 cN • cm/ 90 grd haben. Entsprechende Zwischenwerte für das Drehmoment ergeben sich bei dazwischenliegenden Bohrungsdurchmessern; es versteht sich, dass bei Bohrungen 0,15 mm bzw. 1,5 mm die Drehmomente entsprechend kleiner oder grösser zu wählen sind.

Beim Arbeiten mit Automaten oder Halbautomaten wird beim Anfertigen des zylindrischen Bohrungsteils ein - ggf. für jedes Einzelwerkzeug im Revolverkopf unterschiedlicher - maximaler Vorschubweg derart eingestellt, dass bei Erreichen der jeweiligen Endstellung der Revolverkopf nach oben bzw. vom Werkstück weg verfahrt, bis das Werkzeug von der Bohrung freikommt, worauf das nächste Werkzeug in Arbeitsstellung geschwenkt und der neue Arbeitsgang eingeleitet wird. Nach Ausfahren des der Reihenfolge nach letzten Werkzeugs des Revolverkopfes wird der Antrieb für die Werkstückhalterung stillgesetzt, worauf- ggf. bei vollautomatischem Betrieb - Auswurf des fertigen und Einspannen des neuen Ziehsteins mit anschliessendem erneutem Anlaufen der Maschine erfolgt. Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn die Bohrdrähte mit zunehmendem Durchmesser steigend lang gehalten werden, um dadurch sicherzustellen, dass bei Erreichen des Endmasses mit grosser Genauigkeit eine exakte zylindrische Bohrung vorliegt. In diesem Fall kann auch der max. Vorschub für die einzelnen Werkzeuge des Revolverkopfes entsprechend unterschiedlich sein. Das Anspitzen der Drähte erfolgt dabei vorteilhaft auf elektrolytischem Wege, beispielsweise in 10%iger NaCl-Lösung.

Da die Werkzeuge eine (mehr oder weniger) glatte Oberfläche haben, erfolgt die Abtragung des Materials mit Hilfe einer Bohr- oder Schleifpaste. Diese wird vor dem Anlaufen der Arbeitsstelle in den Einlaufkonus der zu bearbeitenden Ziehsteinbohrung eingebracht und reicht in der Regel bis zur Beendigung der Arbeitsvorgänge aus. Um das Abschleudern von Schleifpaste infolge der Rotation des Ziehsteins zu verhüten, wird zweckmässigerweise die max. Drehzahl abhängig vom Ziehsteindurchmesser und der Konsistenz der Schleifpaste entsprechend gewählt.

Als Schleifmittel kann beispielsweise eine 3 nm-Diamant-paste, in «Diaplastol» angeschwemmt, verwendet werden, wobei sich gezeigt hat, dass wegen der ständig sich abwechselnden Vorschub- und Ausfahrbewegung eine einmalige Zugabe vor Arbeitsbeginn ausreichend ist.

Geeignete Vorrichtungen zur Durchführung des erfin-dungsgemässen Verfahrens ergeben sich aus den Ansprüchen.

Die Erfindung wird anhand der beigegebenen Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Frontansicht,

Fig. 2 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Erzeugen des Einlaufkonus,

Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht und

Fig. 4 die Frontansicht einer Vorrichtung zum Kalibrieren des zylindrischen Bohrungsteils,

Fig. 5 stellt das Schema einer mehrstelligen Vorrichtung zur Erzeugung des Einlaufkonus dar, während

Fig. 6 in schematischer Darstellung eine einzelne Arbeitsstelle zeigt,

Fig. 7 gibt das Wirkschema einer Vorrichtung zur Kalibrierung des zylindrischen Bohrungsteils wieder, während

Fig. 8 eine Möglichkeit zur Überwachung des zum Festhalten des Werkzeugs erforderlichen Drehmoments und der entsprechenden Umsteuerung der Vorschubrichtung zeigt.

Fig. 1 und 2 zeigen eine mit zwei Gruppen zu je fünf Arbeitsstellen ausgestattete erfindungsgemässe Vorrichtung zum Bearbeiten von Einlaufkonen an Ziehsteinen. Die gesamte Maschine ist auf einer Grundplatte 1 montiert und rundum bis auf die eigentlichen Arbeitsstellen, die dem Zugriff zugänglich sein müssen, durch Acrylglasplatten 2, 3 und

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4 abgedeckt. Dem gemeinsamen Antrieb dient ein Antriebsmotor 5, der über ein Verteilergetriebe die Werkzeugspindeln 22, die Werkstückspindeln 44 und die zur Erzeugung der oszillierenden Werkzeugbewegung umlaufenden Exzenter 20 antreibt. Die Antriebswelle 15 ist über eine Kegelradübersetzung 29 mit einer weiteren Antriebswelle 30, diese ihrerseits über den Zahnriemenantrieb 34 mit der zentralen Welle 31 verbunden.

Das freie Ende der Antriebswelle 15 treibt über eine weitere Zahnriemenübersetzung 6 die Exzenterwelle 21 an, auf der an beiden Enden der Maschine je ein Exzenter 20 befestigt ist, die ihrerseits die Spindelbank 19 - gegebenenfalls gegen Federvorspannung - in senkrechte oszillierende Bewegung versetzen. Die Spindelbank 19 trägt die Bohreinheiten, welche jeweils aus einem in einer Bohrspindel 22 sitzenden Werkzeughalter 8 mit dem Werkzeug 9, einer Aufnahmevorrichtung 28 für die Bohrspindel 22, welche mit dieser zusammen umläuft, und einem Gewicht 17 bestehen. Die Bohrspindel 22 mit dem Werkzeughalter 8 und dem Werkzeug 9 sitzt lose in der Halterung 28, derart, dass sie geringe seitliche Bewegungen ausführen kann, und ist über einen Mitnehmerstift 27 mit dem Antriebszahnrad verbunden. Es hat sich dabei gezeigt, dass bei richtiger Wahl der Schwingungsfrequenz der Spindelbank 19 die Gewichte 17 genügen, um diese den Exzenterbewegungen folgen zu lassen. Wo dies nicht gewährleistet ist, genügt die Belastung der Spindelbank 19, beispielsweise an beiden Enden, mit je einer geeigneten Druckfeder, um das ständige Anliegen der Spindelbank 19 an den Exzentern 20 sicherzustellen.

Es hat sich gezeigt, dass es beim unterschiedlichen Antrieb von Bohrspindel 22 und Werkstückspindel 44 lediglich auf die Differenzdrehzahl an sich ankommt, nicht jedoch auf die Drehrichtung. Aus diesem Grunde ist es in der in Fig. 5 schematisch dargestellten Ausführungsform der erfindungs-gemässen Vorrichtung möglich, auf einfache Weise sowohl die Zahnräder 32 als auch die Zahnräder 18 ineinander kämmen zu lassen, so dass die jeweils benachbarten Arbeitsstellen in entgegengesetzter Richtung rotieren. In jedem Falle ist jedoch die in Verbindung mit der entsprechend gewählten Frequenz der Werkzeugschwingungen festgelegte Differenzdrehzahl in ihrem Betrag gleich, so dass die gleichbleibende Qualität der bearbeiteten Oberfläche gewährleistet ist.

An einem Maschinenständer 101 ist der die Bohrköpfe 106 tragende Revolverkopf 102 mit Hilfe der Führungsstangen 104, die in den Lagerböcken 103 laufen, beweglich montiert. Die Bohrköpfe 106 weisen jeweils eine Werkzeughalterung 108 und ein Werkzeug 107 auf. Der Revolverkopf 102 ist so an dem Maschinengestell befestigt, dass das jeweils in Arbeitsstellung befindliche Werkzeug 107 in der Achse der Ziehsteinbohrung steht.

Unter dem Revolverkopf und so, dass ihre Achse mit derjenigen des in Arbeitsstellung befindlichen Werkzeughalters 108 zusammenfällt, ist eine Vorrichtung zum Einspannen des Ziehsteins 124 angeordnet. Sie besteht aus einer Aufnahmevorrichtung 109 für eine Spannzange 123, einem Hydraulikzylinder 115 zum Betätigen der Spannzange 123 gegen eine Feder 114, einer auf der Spannzangenaufnahme 109 montierten Riemenscheibe 122 zum Antrieb der Spannzange 123. Ein Motor 111 ist über den Riemen 112 mit der Riemenscheibe 122 verbunden. Er ist an einem Drehgelenk 110 derart befestigt, dass er zum Spannen des Riemens 112 verschwenkt werden kann.

Aus dem in Fig. 7 dargestellten Schema wird die Wirkungsweise der Vorrichtung deutlich. Kernstück für die Steuerung der automatisch oder halbautomatisch arbeitenden Vorrichtung ist die elektronische Steuereinheit 125. Sie

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ist mit allen Funktionsstellen der erfindungsgemässen Vorrichtung über entsprechende Steuerleitungen 126 bis 132, 137 und 141, 142 verbunden.

In die Spannzange 123 ist ein Ziehstein 124 eingesetzt, das erste Bohrwerkzeug wird in Arbeitsstellung geschwenkt. Bei Einschalten der Maschine setzt sich die Arbeitsspindel 113 mit dem Ziehstein 124 in rotierende Bewegung. Die Abwärtsbewegung des Revolverkopfs 102 wird über den Hubzylinder 117 mit dem Kolben 118 eingeleitet. Hierzu wird über das 4/2-Wegeventil 143 die Leitung 144 über einem ge-schwindigkeitssteuernden Drosselventil 146 mit Luft beaufschlagt. Dabei senkt sich das Werkzeug 107 in die mit Bohrpaste versehene Rohbohrung des Ziehsteins 124 ein und der Bohrvorgang beginnt.

Wegen des Übermasses des Bohrwerkzeugs gegenüber der vorhandenen Ziehsteinbohrung ist es unvermeidlich,

dass beim Absenken des Bohrwerkzeugs das aufzubringende Drehmoment erheblich ansteigt, bis das Bohrwerkzeug gegen die Wirkung der Feder 121 in Rotationsrichtung des Ziehsteins verdreht wird und dabei die Fahne 119 mitnimmt. Sie gerät dadurch ausserhalb des Wirkbereichs des Näherungsinitiators 120. Der dabei erzeugte Impuls wird im Steuergerät 125 in einen Umschaltbefehl für das 4/2-Wege-ventil 143 umgewandelt, so dass nun über die Leitungen 145 und 149 und die beiden Drosselventile 147 und 148 der untere Teil des Hubzylinders 117 beaufschlagt und der Revolverkopf nach oben bewegt wird, so dass sich das Werkzeug 107 aus der Arbeitsstellung herauslöst und die Steuerfahne 119 wieder in den Wirkbereich des Initiators 120 gelangt.

Dies führt zu einem erneuten Umsteuern des 4/2-Wegeven-tils 143 und das Werkzeug wird erneut in die Ziehsteinbohrung eingesenkt. Diese Umsteuersignale folgen in verhältnismässig schnellem Wechsel (ca. 20-100 je Minute), wobei gleichzeitig bewirkt wird, dass immer neue Schleifpaste an die Arbeitsstelle gelangt.

Ist das erste Werkzeug durch die Ziehsteinbohrung durchgestossen und gelangt der Revolverkopf in den Wirkbereich des die untere Endstellung abtastenden Näherungsinitiators 138, so bewirkt das dadurch erzeugte Signal, dass zunächst durch entsprechende Steuerung des Ventils 143 und des Drosselventils 147 der Revolverkopf im Schnellgangin seine obere Endlage gebracht wird. Diese wird durch den Initiator 150 angezeigt, der ein entsprechendes Signal in die Steuerschaltung 125 gibt. Dann wird der Getriebemotor 105 eingeschaltet, der über das Zahnrad 54, welches in dem im Revolverkopf befestigten und die Bohrköpfe 106 tragenden Zahnrad 153 kämmt, letzteres beispielsweise um 90 Grad dreht, wodurch das zweite Bohrwerkzeug 107 in Arbeitsstellung gebracht wird. Die Begrenzung der Schwenkbewegung des die Bohrköpfe tragenden Zahnrads 153 erfolgt mit Hilfe eines Näherungsinitiators 139 und einer Steuerscheibe 140, die an ihrem Umfang eine Aussparung trägt, bei deren Erscheinen über dem Näherungsinitiator das Signal zum Beendigen des Schwenkvorganges gegeben wird. Ist dies erreicht, rastet eine federbelastete Kugel 152 in eine entsprechende Vertiefung ein, wodurch eine genaue Zentrierung des Werkzeugs gewährleistet ist.

Nun setzt erneut die Absenkung des Werkzeugs 107 in die Ziehsteinbohrung ein und der Bohrvorgang läuft in der vorhergehend beschriebenen Weise ab.

Ist das letzte Werkzeug nach Erreichen seiner unteren Endstellung wieder ausgefahren, so wird - gegebenenfalls nach Einschwenken des ersten Bohrwerkzeugs 107 in Arbeitsstellung - durch eine entsprechende Markierung im Zahnrad 153 über dem Näherungsinitiator 151 das Signal zum Anhalten der Maschine und ggf. zum Ausstossen des nun fertigen Ziehsteins 124 aus der Spannzange 123 mit Hil-

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fe des Hubzylinders 115 gegeben, welcher über eine Luftleitung 133 und das Magnetventil 134,135 mit Luft beaufschlagt wird.

Die Drehzahl der Arbeitsspindel 113 wird über einen Näherungsinitiator 136, der über die Leitung 137 mit dem Steuergerät 125 verbunden ist, überwacht.

Eine erfindungsgemässe Arbeitsstelle zur Erzeugung des Einlaufkonus ist in Fig. 6 in vergrössertem Massstab dargestellt. Das in dem Werkzeughalter 8 befestigte Werkzeug 9 weist eine konische Arbeitsspitze 37 auf, deren Kegelwinkel an den gewünschten Kegelwinkeln des Einlaufkonus ange-passt ist. Die Spitze 37 ist an ihrem vorderen Ende auf einen genau festgelegten Durchmesser gekappt. In einer am oberen Ende der Werkstückspindel 44 angebrachten Aufnahmevorrichtung 10 sitzt eine isolierende Ziehsteinhalterung, die aus der eigentlichen Ziehsteinaufnahme 38, der Deckscheibe 39 und der Einspannkappe 41 besteht. Der aus dem eigentlichen Ziehsteineinsatz 33 und dem Ziehsteinfutter 33' bestehende Ziehstein 33, 33' sitzt auf diese Weise isoliert in der Aufnahmevorrichtung 10. Im Zentrum der Aufnahmevorrichtung und unterhalb des Ziehsteineinsatzes 33 befindet sich in der Achse der Ziehsteinbohrung ein Kontaktstift 40, der mit der Werkzeugspitze 37 zusammenwirkt. Die Höhe des oberen Endes des Kontaktstiftes 40 kann mit Hilfe des Gewindestifts 42 eingestellt werden, wobei die Feder 43 für die sichere elektrische Verbindung zwischen Gewindestift 42 bzw. Kontaktstift 40 und Werkstückspindel 44 Sorge trägt.

Unterhalb der Werkstückspindel 44 sitzt eine pneumatische Vorschubeinheit 13, deren Bewegungen mit Hilfe einer über die Kolbenstange 49 am Kolben der pneumatischen Vorschubeinheit angreifenden hydraulischen Dämpfungseinrichtung 50 so stark gedämpft werden, dass der mit gleichbleibender Kraft gegen die Bohrnadel 9 gedrückte Ziehstein 33 die Schwingbewegungen der Bohrnadel 9 selbst nicht oder praktisch nicht mitmachen kann. Um dabei eine gleichbleibende Anpresskraft des Ziehsteins 33 an die Bohrnadel 9 zu erzielen, wird der Druck in der pneumatischen Vorschubeinheit 13 mit Hilfe einer Druckminderstation 45 in enge Grenzen konstant gehalten. Die Krafteinwirkung des Kolbens der hydraulischen Vorschubeinheit auf die in axialer Richtung verschiebbare Werkstückspindel 44 erfolgt über eine Kugel 12.

Das Werkzeug 9 ist in der Aufnahmevorrichtung 28 isoliert gelagert und steht über eine Kontaktbürste 26 am oberen Ende der Werkzeugspindel 22 mit einer elektrischen Steuereinheit 23 in Verbindung. Der unterhalb der Ziehsteinbohrung angeordnete Kontaktstift 40 seinerseits steht mit der elektrischen Steuereinheit über das Maschinengestell in Verbindung. Ist der Bearbeitungsvorgang so weit gediehen, dass die Bohrnadel 9 mit ihrer Spitze 37 den Kontaktstift 40 berührt, so wird über die Steuereinheit 23 das Elektro-Magnetventil 47 umgesteuert und der unterhalb des Pneumatikkolbens liegende Teil des Pneumatikzylinders 13 entlüftet. Dadurch senkt sich die Werkstückspindel in ihre untere Lage. Wenn alle Werkstückspindeln 44 abgefallen sind, schaltet sich der Antriebsmotor 5 ab und der bearbeitete Ziehstein kann entnommen werden.

Fig. 8 zeigt in schematischer Vereinfachung einen Bohrkopf. Dessen Oberteil 106 ist mit Hilfe eines eine Zentrierbohrung 159 aufweisenden Einspannstiftes 160 in dem Zahnrad 153 des Revolverkopfes befestigt. Seine untere Hälfte ist zur Aufnahme der Werkzeughalterung 108 durchbohrt. Die Bohrung endet in einer Aussparung 161, in welcher sich die Steuerfahne 119 bei ihren Schwenkbewegungen frei bewegen kann. Am unteren Rand des Bohrkopfoberteils 106 ist - gegen diesen drehbar - ein Einstellring 156 angebracht. Dieser weist an seinem am Oberteil 106 anliegenden Ende eine Einstellskala 157 auf, ausserdem einen zur Aufnahme des frei beweglichen Arms der Spiralfeder 121 vorgesehenen Schlitz 155. Durch Drehen des Einstellringes 156 gegen das Bohrkopfoberteil 106, wobei eine Einstellmarke 108 als Orientierung dient, kann die Grösse des Drehmoments, welches erreicht sein muss, bevor die Fahne 119 aus dem Wirkungsbereich des Näherungsinitiators ausschwenkt, feinfühlig eingestellt werden.

Es hat sich bei der Herstellung des Einlaufkonus als ausserordentlich wichtig für die Qualität der bearbeiteten Oberfläche erwiesen, dass die Differenzdrehzahl und die Schwingfrequenz im erfindungsgemässen Rahmen aufeinander abgestimmt werden. So hat sich beispielsweise gezeigt, dass Konen mit ausgezeichneter Oberfläche ohne jede Markierung erzielt werden konnten, wenn die folgende Einstellung verwendet wurde:

Bohrnadel: 700 min -1 Ziehstein: 800 min-1

Hubzahl: 460 min-1

Hubweite: 1,5 mm.

Die Schleifmittelkörnung war dabei 0,5-3,0 um, die Viskosität betrug ca. 0,5-2 Pa • s.

Für die Wirksamkeit des erfindungsgemässen Verfahrens ist es jedoch nicht von Bedeutung, ob die Bohrnadel oder der Ziehstein mit der höheren Tourenzahl umläuft; wichtig ist die Differenzdrehzahl in Verbindung mit der gewählten Hubzahl, wobei die in dem oben aufgeführten Beispiel angegebenen Werte im Rahmen der erfindungsgemäss gelehrten Bereiche liegen. Es kann sich jedoch als vorteilhaft erweisen, den Ziehstein mit der höheren Drehzahl umlaufen zu lassen, damit die Beanspruchung der lose gelagerten Bohrspindel nicht zu Unzulänglichkeiten führt. Demgegenüber kann die Konsistenz des Schleifmittels so gewählt werden, dass auch bei relativ hoher Ziehsteindrehzahl ein Abschleudern des Mittels noch nicht stattfindet.

Insgesamt hat sich gezeigt, dass nach dem erfindungsgemässen Verfahren Ziehsteinbohrungen im automatischen oder halbautomatischen Betrieb bearbeitet werden können, ohne dass die Gefahr des Bruches von Werkzeugen oder von Bearbeitungsspuren besteht.

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638 422 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Herstellen von Ziehsteinbohrungen, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen Schleifvorgang zunächst der Einlaufkonus im Kreuzschliff eingebracht und anschliessend der zylindrische Teil der Ziehsteinbohrung kalibriert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung des Einlaufkonus das den Konus erzeugende Werkzeug derart angeordnet wird, dass es begrenzt radial auslenkbar ist, Werkzeug und Werkstück gleichsinnig, jedoch mit unterschiedlicher Drehzahl in Rotation versetzt werden, das Werkzeug in Achsrichtung in oszillierende Bewegung versetzt wird, deren Frequenz und Amplitude in Abhängigkeit von der Drehzahldifferenz und den Endabmessungen der Ziehsteinbohrung gewählt werden und das Werkzeug während der Berührungsphase an das Werkstück ange-presst und dabei in seinen Bewegungen stark gedämpft wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpressen des Werkstücks an das Werkzeug während der gesamten Berührungsphase mit im wesentlichen gleichbleibender Kraft erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude der oszillierenden Werkzeugbewegung 0,8 bis 2,5 mm beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Werkzeugschwingungen mit 350 bis 600 min"1 bzw. 6 bis 10 Hz gewählt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahldifferenz zwischen Werkstück und Werkzeug mit 50 bis 150 min"1 eingestellt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Frequenz der Werkzeugschwingungen zur Drehzahldifferenz im Bereich von 3:1 bis 6,5:1 festgelegt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückdrehzahl grösser als die des Werkzeuges und im Bereich von 600 bis 1100 min"1 gewählt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Kalibrieren des zylindrischen Teils der Ziehsteinbohrung das als kalibrierter Draht ausgeführte, um die eigene Achse gegen eine Gegenkraft verschwenkbare Werkzeug mit vorgegebener Vorschubgeschwindigkeit in Achsrichtung auf das Werkstück zu bewegt wird, eine Umsteuerung der Vorschubbewegung jeweils erfolgt, sobald das zum Festhalten des Werkzeugs gegen Verdrehung erforderliche Drehmoment einen voreingestellten Wert überschreitet und die Vorschubbewegung erneut aufgenommen wird, wenn das Drehmoment unter einen zweiten vorgegebenen, kleineren Wert als der erste vorgegebene Wert des Drehmoments gesunken ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalibrieren des zylindrischen Bohrungsteils in zwei oder mehr Stufen erfolgt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachung des zum Festhalten des Werkzeugs erforderlichen Drehmoments und die Umsteuerung der Vorschubrichtung des Bohrwerkzeugs mit Hilfe von die Grösse der Verdrehung des Werkzeugs abtastenden Einrichtungen erfolgt.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, bestehend aus einer drehbaren Werkzeughal-terung, einer koaxial zu dieser angeordneten, ebenfalls drehbaren Werkstückhalterung sowie einer aus dem Werkzeug und einem unterhalb des Ziehsteins angeordneten Gegenkontakt bestehenden Abstellvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass Werkstück (33) und Werkzeug (9; 37) gleichsinnig und mit unterschiedlicher Drehzahl antreibbar sind, der Werkzeughalter (8) in einer Aufnahmevorrichtung (28)

axial festgelegt, jedoch radial beweglich ist, dass weiter eine Einrichtung (20, 21) zum Versetzen der Werkzeughalterung (8) in axiale Schwingungen, eine Einrichtung (12,13) zum stetigen Andrücken des Werkstücks (33) an das Werkzeug (9, 37) sowie eine Dämpfungseinrichtung (49, 50) für die axiale Werkstückbewegung vorgesehen sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (12,13) zum stetigen Andrük-ken des Werkstücks (33) an das Werkzeug (9,37) ein mit einer den Luftdruck in engen Grenzen konstanthaltenden Einrichtung (45) zusammenwirkender Pneumatikzylinder (13) ist, dessen Kolbenbewegung durch einen hydraulisch wirkenden Dämpfer (49, 50) beeinflussbar ist.

14. Vorrichtung%ach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass Werkzeug (9,37) und Ziehstein (33) je für sich isoliert gelagert sind.

15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 9 mit einem umlaufenden Werkstückhalter und einem koaxial zum Werkstückhalter angeordneten Werkzeughalter sowie einem in diesem eingespannten, am Arbeitsende angespitzten Werkzeug in Form eines kalibrierten Drahtes, das in Achsrichtung verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeughalterung (108) um ihre eigene Achse gegen eine Feder (121) schwenkbar ist, am maschinenseiti-gen Ende eine mitschwenkbare und so gegenüber einem Näherungsinitiator (120) bewegbare Steuerfahne (119) aufweist und der Näherungsinitiator (120) mit einer die Bewegung in Achsrichtung bei Abschwenken der Fahne (119) vom Näherungsinitiator bzw. beim Zurückschwenken in die Ausgangsstellung jeweils umkehrenden Schaltung (125) zusammenwirkt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeughalter (108) Teil eines mehrere Werkzeughalter (108) aufweisenden Revolverkopfes (102) ist, wobei jeder einzelne Werkzeughalter (108) für sich gegen eine eigene Feder (121) schwenkbar ist und am maschinen-seitigen Ende eine Steuerfahne (119) aufweist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass den den Werkzeughalterungen (108) schwenkbaren Steuerfahnen (119) ein gemeinsamer, jeweils nur auf den in Arbeitsstellung befindlichen Werkzeughalter (108) reagierender Näherungsinitiator (120) zugeordnet ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Revolverkopf (102) bis zu vier Werkzeughalter (108) aufweist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen vorgesehen sind, um den Revolverkopf (102) jeweils bei Erreichen eines eingestellten Vorschubweges in die Ausgangsstellung zurückzufahren, das nächste Werkzeug (107) in Arbeitsstellung zu schwenken, beziehungsweise nach dem Ausfahren des letzten Werkzeugs (107) die Vorrichtung abzustellen.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass als Vorspannfedern (121) Spiralfedern mit einem Drehmoment von 0,5-20 cN • cm/90 grd dienen.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Endbearbeitungswerkzeuges (107) 1 bis 5 |im kleiner ist als das Nennmass der zylindrischen Ziehsteinbohrung.