[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten von Oberflächen von Werkzeugen und Werkstücken mit dem Magnetfinish-Verfahren. Die Vorrichtung dient insbesondere dem Bearbeiten von Schaftwerkzeugen wie beispielsweise Spiralbohrern, Schaftfräsern, Gewindebohrern oder dergleichen. Die Erfindung ermöglicht eine besonders kompakte Bauweise der Vorrichtung. Dadurch wird ein Einsatz der Vorrichtung in zum Beispiel CNC-gesteuerten Werkzeugmaschinen ermöglicht. Die Vorrichtung weist zwei Magnetscheiben auf, eine Arbeitsmagnetscheibe und eine Gegenmagnetscheibe. Die Magnetscheiben sind als zylindrische Bearbeitungskörper ausgebildet, welche jeweils eine Vielzahl von Magneten zum Halten eines magnetischen oder magnetisierbaren, abrasiven Bearbeitungspulvers aufweisen. Beide Magnetscheiben werden durch ein und den gleichen Antriebsstrang in Rotation versetzt.
Durch die erfindungsgemässe Lösung wird auf kleinstem Bauvolumen eine unterschiedliche Drehzahl der beiden Magnetscheiben erzeugt, welche für die Durchführung des Magnetfinish-Verfahrens erforderlich ist.
[0002] Das in der WO 02/38 334 beschriebene Magnetfinish-Verfahren dient der Oberflächenbehandlung von Werkzeugen und Werkstücken. Es wird angewandt, um Rauigkeiten zu reduzieren, Schneidkanten zu verrunden oder Schleifgrate zu entfernen. In WO 02/38 334 ist eine Bearbeitungsvorrichtung mit einem Bearbeitungskörper beschrieben, der mittels einer Vielzahl von Permanentmagneten und Polschuhen in der Lage ist, ein magnetisierbares, abrasives Schleifpulver als Bearbeitungspulver zu binden und über eine zu bearbeitende Oberfläche zu führen. Das magnetisierbare Schleifpulver wird zwar von dem Bearbeitungskörper mittels Magnetkraft gehalten, verhält sich aber gleichzeitig auf Grund seiner Schichtdicke wie ein elastisches Werkzeug, das auf die zu bearbeitenden Oberflächen einwirkt.
Dabei lässt sich die von dem Bearbeitungspulver auf eine jeweilige Werkstückoberfläche ausgeübte Kraft über den Abstand zwischen der Werkstückoberfläche und dem das Bearbeitungspulver haltenden Magneten einstellen. Ausserdem kann die Intensität der vom Bearbeitungspulver auf das Werkstück ausgeübten Schneidarbeit auch durch die Grösse der Relativbewegung zwischen dem Magneten und der zu bearbeitenden Oberflächen eingestellt werden.
[0003] Die wirtschaftliche Bedeutung der Anwendung dieses Verfahrens liegt in einer höheren Produktivität der behandelten Werkstücke und Werkzeuge bzw. in einer signifikanten Verlängerung ihrer Lebensdauer. Diese Bearbeitung schliesst sich im Allgemeinen an einen spanabhebenden Prozess, z.B. Schleifen, an. Die bislang gebräuchliche Form der Anwendung dieses Verfahrens besteht in der Nutzung einer eigens für das Verfahren konstruierten speziellen Bearbeitungsmaschine. In dieser Maschine sind zwei getrennt voneinander angetriebene scheibenförmige Bearbeitungsköper angeordnet. An den mit Permanentmagneten bestückten einander zugewandten Flachseiten der Magnetscheiben haftet ein magnetisches und abrasives Bearbeitungspulver.
Durch Rotation der ersten Magnetscheibe (Arbeitsmagnetscheibe) wird das Bearbeitungspulver relativ zu der zu behandelnden Oberfläche bewegt und wirkt auf dieser abrasiv. Die zweite Magnetscheibe (Gegenmagnetscheibe) dient der Stabilität des Magnetpulvers in der Arbeitszone und dessen gleichmässiger Verteilung. Die zweite Bearbeitungsscheibe ist insbesondere bei der Bearbeitung von Schneidwerkzeugen mit spiraliger Spannut erforderlich, weil ohne sie das Schneidwerkzeug Bearbeitungspulver aus der Arbeitsmagnetscheibe herausschneiden und aus seiner Rückseite verlieren würde. Um den eigentlichen Bearbeitungsprozess nicht zu stören, wird diese Gegenmagnetscheibe mit deutlich niedrigerer Drehzahl als die Arbeitsmagnetscheibe angetrieben. Beide Magnetscheiben verfügen über einen separaten Antrieb auf ihrer den Magneten abgewandten Seite, welcher die jeweiligen Drehzahlen erzeugt.
Der Raum zwischen den Magnetscheiben bleibt vollkommen frei. Der Abstand zwischen den Magnetscheiben wird über eine Führung eingestellt, auf welcher beide Magnetscheiben mit ihren Antrieben angeordnet sind.
[0004] Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass ein hoher Aufwand für ein separates Maschinensystem zu betreiben ist. Dieses Maschinensystem enthält neben den beschriebenen separaten Antriebseinheiten und der Führung noch weitere Elemente, wie Führungen und das zu bearbeitende Werkzeug oder Werkstück, eine elektronische Steuerung zur Koordinierung aller Bewegungsabläufe sowie eine Bedienoberfläche zur Einstellung von Bearbeitungsparametern. Aus Gründen des Arbeitsschutzes ist das Maschinensystem mit einer Einhausung versehen. Zusätzlich zu diesem apparativen Aufwand kommt der logistische Aufwand, wenn Werkzeuge oder Werkstücke aus der Schleifmaschine zu entnehmen sind und in einem passenden Behälter zur separaten Magnetfinish-Maschine zu transportieren sind.
Dort erfolgt die Entnahme aus dem Transportbehälter, die Einspannung der Werkzeuge oder Werkstücke und nach Beendigung des Bearbeitungsprozesses die Entnahme derselben.
[0005] Auch die seit langem bekannten alternativen Oberflächenbehandlungsverfahren, wie Bürsten oder Strahlen, werden i.A. mittels einer Spezialmaschine zur Anwendung gebracht und weisen deshalb die gleichen oben genannten wirtschaftlichen Nachteile auf.
[0006] Einer Integration der alternativen Verfahren in eine herkömmliche CNC-Bearbeitungsmaschine stehen folgende Nachteile entgegen. Die Bearbeitung von Werkstücken und Werkzeugen mit Bürsten führt notwendigerweise und häufig ungesteuert und ungewollt zu einer Verrundung der Schneidkanten. Dies hängt damit zusammen, dass ein Teil der abrasiven Bürstenhaare eines Bürstenbüschels auf die Schneidkante gedrückt werden. Hohe Anforderungen an eine präzise Geometrie der Schneidkanten können im Falle der Bearbeitung mit Bürsten nicht erfüllt werden. Ein weiterer Nachteil von Bürsten ist ihr Verschleiss, sodass die Bürsten regelmässig aufwendig nachgesetzt werden müssen.
[0007] Beim Strahlverfahren wird ein Strahl eines Fluids, beispielsweise Wasser, mit hohem Druck erzeugt. Eine abrasive Wirkung des Strahles kann durch Beimischung abrasiver Stoffe bestimmter Körnung verstärkt werden. Ein derartiges Strahlverfahren hat den Nachteil, dass der Aufwand für das Erzeugen des Strahles und die Wiederaufbereitung der für den Strahl erforderlichen Stoffe hoch ist. Für eine flächige Politur, beispielsweise die Politur einer Spannut, muss der Strahl entweder auf dieser Fläche durch zusätzliche Bewegungen der Strahldüse geführt werden, oder es müssen mehrere Strahldüsen vorgesehen sein, die untereinander exakt auszurichten sind. In beiden Fällen erhöht sich der apparative Aufwand erheblich, insbesondere dann, wenn Werkzeuge und Werkstücke unterschiedlicher Geometrien auf einer Anlage bearbeitet werden sollen.
[0008] Das Ziel der erfinderischen Lösung besteht darin, ein magnetisches Bearbeitungssystem so auszugestalten, dass eine Anwendung des Magnetfinish-Verfahrens, insbesondere zur Oberflächenbehandlung von Schneidwerkzeugen, in herkömmlichen CNC-Bearbeitungsmaschinen ermöglicht wird und eine separate Bearbeitungsmaschine eingespart werden kann. Die erfindungsgemässe Lösung zeichnet sich durch besonders kompakte Bauweise und einen einfachen Antrieb aus.
[0009] Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch eine Bearbeitungsvorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, wobei die Vorrichtung zwei scheibenförmige Bearbeitungskörper mit einer Symmetrie- und Rotationsachse aufweist, welche in einer Lagerung rotationsbeweglich gelagert und zum Erzeugen einer Rotationsbewegung der Bearbeitungskörper um ihre Rotationsachse mit einem Bearbeitungsantrieb verbunden sind und beide Bearbeitungskörper auf ihrer einander zugeneigten Flachseite Magnete zum Halten von magnetischem oder magnetisierbarem abrasivem Bearbeitungspulver aufweisen.
Beide Bearbeitungsköper sind mittig so miteinander verbunden, dass ein mit Magneten bestückter umlaufender Ring auf der Aussenfläche der beiden Bearbeitungskörper frei bleibt und über diese mittige Verbindung der zweite der beiden Bearbeitungskörper von der gleichen Seite angetrieben wird wie der erste. Beide Bearbeitungsköper rotieren mit unterschiedlichen Drehzahlen. Die unterschiedlichen Drehzahlen der Bearbeitungskörper werden durch ein mit einer angetriebenen Aufnahme verbundenes Getriebe erzeugt. Das Getriebe ist vorzugsweise in der mittigen Verbindung beider Bearbeitungskörper angeordnet. Beide verbundenen Bearbeitungskörper sind mittels einer Aufnahme relativ zu einem in seiner Längsachse fixierten Werkzeug/Werkstück beweglich angeordnet.
Beide verbundenen Bearbeitungsköper können so positioniert werden, dass der zu bearbeitende Teil des in seiner Achse verschiebbaren Werkzeuges/Werkstückes zwischen die mit Magneten bestückten Ringe der beiden Bearbeitungskörper eintauchen kann. Zur Adaption an sehr unterschiedliche Durchmesser der zu bearbeitenden Werkzeuge/ Werkstücke kann der Abstand zwischen den beiden Bearbeitungskörpern eingestellt werden. Eine einfache Lösung ergibt sich mittels Distanzscheiben, welche auf der Aufnahme zwischen einem der Bearbeitungskörper und dem Getriebegehäuse angeordnet sind.
[0010] Die beiden Magnetscheiben weisen auf ihrer einander zugewandten Seite einen Ring auf, auf welchem Magnete, vorzugsweise Permanentmagnete, angeordnet sind. Der Aufbau entspricht dem Prinzip, welches in der WO 02/38 334 offengelegt ist. Für die Handhabung der Vorrichtung in einer CNC-Maschine ist eine besonders kompakte Bauweise der Magnetscheiben erforderlich. Ihr Durchmesser wird deshalb zwischen 100 und 200 mm zu wählen sein. Damit wird die Bearbeitung von Werkzeugen bzw. Werkstücken bis zu 80 mm Länge ermöglicht. Die Breite des mit Magneten bestückten Ringes soll mindestens 40 % des Radius der Magnetscheibe betragen. Zur Verstärkung des Magnetfeldes wird vorzugsweise jedes zweite Element aus Magneteisen ausgeführt, so dass abwechselnd Magnete und Magneteisen auf dem Ring angeordnet sind. Die Zahl der Magnete bzw.
Eisen sollte zwischen 30 und 60 gewählt werden, um eine gleichmässige Verteilung des Bearbeitungspulvers zu erzielen. Die Länge der Magnete und Eisen wird in der Arbeitsmagnetscheibe sinnvollerweise grösser gewählt als in der Gegenmagnetscheibe, weil nur mit dieser die abrasive Arbeit auf den Oberflächen bewirkt werden soll. Magnete und Eisen sind in einem Gehäuse aus vorzugsweise Aluminium angeordnet.
[0011] Die Drehzahl der Arbeitsmagnetscheibe wird begrenzt durch die mit zunehmender Winkelgeschwindigkeit grössere Fliehkraft, welche auf das Bearbeitungspulver wirkt und welche die magnetische Anziehungskraft nicht überschreiten darf. Bei einem Durchmesser der Magnetscheiben von z.B. 175 mm wird mit einer Drehzahl von 400 U/min eine ausreichend sichere und produktive Arbeitsweise erzielt.
[0012] Die Gegenmagnetscheibe soll die abrasive Arbeit der Arbeitsmagnetscheibe möglichst wenig beeinflussen. Ihre Drehzahl sollte deshalb so gering wie möglich gewählt werden, wobei die Anforderungen an ein möglichst kleines Bauvolumen des Getriebes Grenzen setzt. Ein Verhältnis der Drehzahlen beider Magnetscheiben von 1:10 gewährleistet ausgezeichnete Arbeitsergebnisse.
[0013] Auf die Magnetscheiben wird spezielles Bearbeitungspulver aufgebracht, dessen Körner jeweils aus magnetischen und abrasiven Komponenten bestehen. Der Abstand zwischen den Magnetscheiben sollte vollkommen mit Bearbeitungspulver ausgefüllt sein, welches durch die Magnetfelder auf den Magnetscheiben haftet. Durch die Elastizität des Bearbeitungspulvers arbeitet dieses nicht nur auf den äusseren Flächen der Werkzeuge/Werkstücke, sondern auch in Vertiefungen, wie z.B. Spannuten. Ein bevorzugter Abstand der Magnetscheiben zur Bearbeitung von z.B. Miniwerkzeugen ist 11 mm. Zur Adaption an grössere Durchmesser kann der Abstand der Magnetscheiben verstellt werden, z.B. durch Einlegen von Distanzscheiben.
Das zu bearbeitende Werkzeug/Werkstück ist während der Bearbeitung um seine Längsachse zu rotieren, damit jedes Oberflächenelement in Kontakt mit dem abrasiven Bearbeitungspulver kommt. Drehzahlen von 20-50 U/min sind dafür ausreichend.
[0014] Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Zur Erläuterung dienen folgende drei Figuren:
<tb>Fig. 1:<sep>Explosionsdarstellung einer erfindungsgemässen Bearbeitungsvorrichtung
<tb>Fig. 2:<sep>Schnitt durch eine erfindungsgemässe Bearbeitungsvorrichtung
<tb>Fig. 3:<sep>Darstellung der Bearbeitung eines Schaftwerkzeuges mit der erfindungsgemässen Bearbeitungsvorrichtung
<tb>Fig. 4:<sep>Darstellung eines automatisierten Wechsels der Bearbeitungsmittel in einer CNC-gesteuerten Werkzeugmaschine
[0015] Die Hauptbestandteile einer speziellen Ausführung der erfindungsgemässen Lösung sind: Arbeitsmagnetscheibe 1, Gegenmagnetscheibe 4, Getriebe 5 und Aufnahme 15.
[0016] Die Arbeitsmagnetscheibe 1 und die Gegenmagnetscheibe 4 beinhalten eine ringförmige Anordnung der Magnetsysteme 2 und 3. Die Aufnahme 15 zentriert alle Hauptbestandteile und überträgt die Antriebsmomente für die Magnetscheiben. Die Arbeitsmagnetscheibe 1 wird direkt von der Aufnahme 15 über die Passfeder 10 angetrieben. Das Getriebe 5 ist mit der Aufnahme 15 mittels Schraube 14 und Scheibe 13 verbunden und wird dadurch ebenfalls von der Aufnahme 15 angetreten. Mittels seiner Untersetzung treibt das Getriebe 5 ausgangsseitig den Gegenmagnetkopf 4 an.
[0017] Das Gehäuse des Getriebes 5 ist vorzugsweise als Rotationszylinder ausgeführt, dessen Achse mit der Achse des Antriebes 15 zusammenfällt, wodurch es den Raum zwischen den Magnetscheiben optimal ausfüllt. In der in Fig. 2gezeigten Ausführung besteht es aus den Hauptkomponenten Sonnenrad 9, Planetenrad 6 und einem nicht dargestellten Trommelrad.
[0018] Die Aufnahme 15 ist vorzugsweise als Aufnahmedorn ausgeführt. Über diesen Aufnahmedorn kann die gesamte Vorrichtung mittels einer Hohlwelle 18 von aussen angetrieben werden bzw. ihre Lageposition verändert werden. Mit diesem Aufnahmedorn 15 wird insbesondere ermöglicht, dass die Spindel z.B. einer Schleifmaschine die erfindungsgemässe Vorrichtung handhaben kann wie eine herkömmliche Schleifscheibe. Am anderen Ende der Aufnahme 15 ist mittels Zentralschraube 12 und Scheibe 11 die Arbeitsmagnetscheibe 1 befestigt.
[0019] Aufgrund der Elastizität des an den Magnetscheiben haftenden Bearbeitungspulvers 20 kann jeweils ein bestimmter Durchmesserbereich bei Werkzeugen/Werkstücken 19 bearbeitet werden. So ist es z.B. möglich, Werkzeuge im Durchmesserbereich von praktisch 0 bis 8 mm mit einem konstanten Abstand der Magnetscheiben von 11 mm zu bearbeiten. Der eigentliche Bearbeitungsabstand zwischen Arbeitsmagnetscheibe und Werkzeugoberfläche bei einem Werkzeug mit D = 2 mm beträgt dann 4,5 mm. Bei einem Werkzeug mit D = 8 mm beträgt der Bearbeitungsabstand 1,5 mm. Der mit grösserem Bearbeitungsabstand geringere Anpressdruck des Bearbeitungspulvers 20 auf die zu bearbeitende Oberfläche kann durch längere Prozesszeiten kompensiert werden. In dem genannten Beispiel sind die typischen Bearbeitungszeiten für D = 2 mm: 18 Sekunden, für D = 8 mm: 6 Sekunden.
Eine alternative Kompensationsmöglichkeit besteht darin, das zu bearbeitende Werkzeug/Werkstück 19 nicht in der Mitte des Zwischenraumes der beiden Magnetscheiben 1, 4 zu positionieren, sondern die Distanz zur Arbeitsmagnetscheibe 1 relativ zu verringern. Innerhalb eines Distanzverhältnisses von 1:2 würde die Arbeitsweise der Gegenmagnetscheibe 4 noch nicht massgeblich geschwächt.
[0020] Sollen Werkzeuge/Werkstücke 19 mit grösserem Durchmesser bearbeitet werden, so sollte der Abstand der Magnetscheiben vergrössert werden. Für einen Durchmesserbereich von 8 mm bis 14 mm ist eine Abstandsvergrösserung von 11 mm auf 17 mm optimal. Entsprechend kann durch weitere Abstandsvergrösserung eine Adaption an noch grössere Durchmesser vorgenommen werden. Eine Grenze wird hier durch das Bauvolumen der erfindungsgemässen Vorrichtung gesetzt, welches noch in einer Bearbeitungsmaschine gehandhabt werden kann. Diese Grenze dürfte etwa bei einem Abstand der Magnetscheiben von 25 mm erreicht sein.
[0021] Eine besonders einfache Ausführung der Abstandsveränderung ist mit einem Satz Distanzscheiben möglich. Diese Distanzscheiben 16, 17 sind in dem in den Fig. 1und 2dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen Getriebe 5 und der Arbeitsmagnetscheibe 1 montiert. Eine feine Stufung der Dicke der Scheiben, z.B. in Schritten von 2 mm, erübrigt die oben genannte Kompensation des unterschiedlichen Anpressdruckes des Bearbeitungspulvers 20 durch Korrekturen der Prozesszeiten. Die ideale Lösung ist eine kontinuierliche Verstellung, z.B. basierend auf einem herkömmlichen Schneckenrad, die allerdings den apparativen Aufwand erhöht.
[0022] Fig. 3 zeigt die Position eines Schaftwerkzeuges zwischen den beiden Magnetscheiben 1, 4. Durch die dargestellte Position, bei welcher die Achse des Schaftwerkzeuges nicht durch den Kreismittelpunkt der Magnetscheiben verläuft, sondern nach aussen versetzt ist, wird eine besonders gute Bearbeitung der spiraligen Spannut ermöglicht. Wenn in Fig. 3die dargestellte Arbeitsmagnetscheibe 1 im Uhrzeigersinn rotiert, wird ein Einlauf des auf der Magnetscheibe haftenden Bearbeitungspulvers 20 in die Spannut des spiraligen Schaftwerkzeuges 19 begünstigt, weil der Winkel, unter dem das Bearbeitungspulver 20 auf das Schaftwerkzeug 19 trifft, ungefähr dem Drallwinkel seiner Spannut entspricht und dadurch die Spannut für das bewegte Bearbeitungspulver 20 quasi geöffnet ist.
Auch die Schneidkanten an den umlaufenden Nebenschneiden und die aussen liegenden Freiflächen des Schaftwerkzeuges 19 können in dieser Position verrundet bzw. poliert werden. Ihre Bearbeitung fällt zwar schwächer aus als bei einer Position des Werkzeuges/Werkstückes, bei der die Werkzeugachse durch den Kreismittelpunkt der Magnetscheiben verläuft. Diese geringere Bearbeitungsintensität kann aber wie in oben genannter Weise durch Prozesszeit und/oder Annäherung an die Arbeitsmagnetscheide 1 kompensiert werden. Als optimale Position wurde ein Bereich ermittelt, bei dem die Werkzeugachse um ca. 2/3 des Kreisradius der Magnetscheiben nach aussen versetzt ist.
Durch diese Versetzung der Werkzeugachse wird der innere Bereich zwischen den beiden Magnetscheiben frei und kann in erfindungsgemässer Weise für die Verbindung der Magnetscheiben und den Antrieb der zweiten Magnetscheibe genutzt werden.
[0023] In Fig. 4 wird anhand der schematischen Darstellung einer Schleifmaschine der automatische Wechsel zwischen den verschiedenen Bearbeitungsmitteln dargestellt. Die Säule 21 wird zusammen mit der Rotationsspindel 22 in der Achse (a) bewegt. An der Rotationsspindel 22 ist über die Hohlwelle 18 und die Aufnahme 15 die erfindungsgemässe Bearbeitungsvorrichtung installiert und erhält über die Rotationsspindel 22 ihren Antrieb. Die Rotationsspindel 22 ist zusätzlich in der senkrechten Achse b verschiebbar. Das zu bearbeitende Werkzeug 19 ist in der zweiten Rotationsspindel 23 eingespannt. Diese rotiert das Werkzeug 19 und ist zudem in der waagerechten Achse (c) beweglich.
[0024] Die Bearbeitungsmittel in einer herkömmlichen Schleifmaschine sind Schleifscheiben verschiedener Geometrie und Abrasivität. Zusätzlich zu dieser Auswahl an Schleifscheiben kann anstelle einer Schleifscheibe die erfindungsgemässe Bearbeitungsvorrichtung eingewechselt werden. Die Bearbeitungsmittel befinden sich, wenn sie nicht in Bearbeitungsposition sind, in einem dem Fachmann bekannten Arbeitsmittelspeicher. Der Wechsel zwischen den Schleifscheiben bzw. zwischen einer Schleifscheibe 24 und der erfindungsgemässen Bearbeitungsvorrichtung erfolgt mittels des für den Fachmann bekannten Manipulators 25. Nach Beendigung des Schleifzyklus führt der Manipulator 25 den Wechsel zwischen der Schleifscheibe 24 und der erfindungsgemässen Bearbeitungsvorrichtung durch.
[0025] In Fig. 4 ist die erfindungsgemässe Bearbeitungsvorrichtung nach ihrer Einwechslung in Ausgangsstellung zu sehen. Durch Bewegung in den Achsen (a) und (b) wird die erfindungsgemässe Bearbeitungsvorrichtung in ihre Arbeitsposition verfahren. Das zu bearbeitende Werkzeug/Werkstück wird in der Achse (c) so verfahren, dass es in die oben beschriebene Position zwischen die Bearbeitungsköper 1, 4 gelangt. Nach Beendigung der für das Magnetfinish-Verfahren geeigneten Prozesszeit wird das bearbeitete Werkzeug/Werkstück aus der Rotationsspindel 23 ausgespannt. Die erfindungsgemässe Bearbeitungsvorrichtung wird mittels Manipulator in den Arbeitsmittelspeicher zurückgeführt.
The invention relates to a device for machining surfaces of tools and workpieces with the magnetic finishing process. The device is used in particular for machining shank tools, such as, for example, twist drills, end mills, taps or the like. The invention enables a particularly compact design of the device. This allows use of the device in, for example, CNC-controlled machine tools. The device has two magnetic disks, a working magnetic disk and a countermagnetic disk. The magnetic disks are formed as cylindrical processing bodies each having a plurality of magnets for holding a magnetic or magnetizable abrasive machining powder. Both magnetic disks are rotated by one and the same drive train.
Due to the solution according to the invention, a different rotational speed of the two magnetic disks is generated on the smallest construction volume, which is necessary for carrying out the magnetic finishing process.
The Magnetfinish process described in WO 02/38 334 is used for the surface treatment of tools and workpieces. It is used to reduce roughness, to round cutting edges or to remove grinding burrs. In WO 02/38 334 a machining device is described with a machining body, which is by means of a plurality of permanent magnets and pole pieces in a position to bind a magnetizable abrasive abrasive powder as a processing powder and to lead over a surface to be machined. Although the magnetizable abrasive powder is held by the processing body by means of magnetic force, but behaves at the same time due to its layer thickness as an elastic tool that acts on the surfaces to be processed.
In this case, the force exerted by the machining powder on a respective workpiece surface can be adjusted via the distance between the workpiece surface and the magnet holding the machining powder. In addition, the intensity of the cutting work applied to the workpiece by the machining powder can also be adjusted by the magnitude of the relative movement between the magnet and the surfaces to be machined.
The economic importance of the application of this method lies in a higher productivity of the treated workpieces and tools or in a significant extension of their life. This processing generally follows a machining process, e.g. Grinding, on. The hitherto customary form of application of this method consists in the use of a specially designed for the process special processing machine. In this machine, two separate driven disc-shaped Bearbeitungsungsköper are arranged. At the equipped with permanent magnets facing each other flat sides of the magnetic disks adheres a magnetic and abrasive machining powder.
By rotation of the first magnetic disk (working magnetic disk), the machining powder is moved relative to the surface to be treated and acts on this abrasive. The second magnetic disc (countermagnetic disc) serves for the stability of the magnetic powder in the working zone and its uniform distribution. The second machining wheel is particularly required when machining cutting tools with spiral flute, because without them the cutting tool machining powder would cut out of the working magnetic disk and lose from its back. In order not to disturb the actual machining process, this counter-magnetic disc is driven at a significantly lower speed than the working magnet. Both magnetic disks have a separate drive on their side facing away from the magnets, which generates the respective speeds.
The space between the magnetic disks remains completely free. The distance between the magnetic disks is adjusted via a guide on which both magnetic disks are arranged with their drives.
The disadvantage of this solution is that a high cost to operate for a separate machine system. In addition to the described separate drive units and the guide, this machine system also contains further elements, such as guides and the tool or workpiece to be machined, an electronic control unit for coordinating all movement sequences and a user interface for setting processing parameters. For reasons of occupational safety, the machine system is provided with an enclosure. In addition to this equipment expense comes the logistical effort when tools or workpieces are removed from the grinding machine and are to be transported in a suitable container for separate Magnetfinish machine.
There, the removal from the transport container, the clamping of the tools or workpieces and after completion of the processing process, the removal of the same.
Also known for a long time alternative surface treatment methods, such as brushes or beams, i.A. brought by a special machine for use and therefore have the same above-mentioned economic disadvantages.
An integration of the alternative methods in a conventional CNC processing machine are contrary to the following disadvantages. The machining of workpieces and tools with brushes necessarily and often uncontrolled and unintentionally leads to a rounding of the cutting edges. This is due to the fact that a portion of the abrasive brush hairs of a brush tuft are pressed onto the cutting edge. High demands on a precise geometry of the cutting edges can not be met in the case of machining with brushes. Another disadvantage of brushes is their wear, so that the brushes have to be rebuilt regularly consuming.
In the blasting process, a jet of fluid, such as water, is generated at high pressure. An abrasive effect of the jet can be enhanced by adding abrasive particles of specific grain size. Such a blasting method has the disadvantage that the outlay for generating the blast and the reprocessing of the substances required for the blasting is high. For a planar polish, for example, the polishing of a flute, the beam must be guided either on this surface by additional movements of the jet nozzle, or it must be provided a plurality of jet nozzles, which are to be aligned with each other exactly. In both cases, the expenditure on equipment increases considerably, especially when tools and workpieces of different geometries are to be processed on a system.
The aim of the inventive solution is to design a magnetic processing system so that an application of the magnetic finishing process, in particular for the surface treatment of cutting tools, is made possible in conventional CNC processing machines and a separate processing machine can be saved. The inventive solution is characterized by a particularly compact design and a simple drive.
According to the invention this object is achieved by a processing device of the type mentioned, wherein the device has two disc-shaped machining body with a symmetry and rotation axis, which rotatably mounted in a storage and connected to generate a rotational movement of the machining body about its axis of rotation with a machining drive and both machining bodies have magnets on their mutually inclined flat side for holding magnetic or magnetizable abrasive machining powder.
Both machining bodies are connected to one another in the center in such a way that a circumferential ring fitted with magnets remains free on the outer surface of the two machining bodies and the second of the two machining bodies is driven by the same side as the first one via this central connection. Both machining elements rotate at different speeds. The different speeds of the machining body are generated by a gear connected to a driven recording. The transmission is preferably arranged in the central connection of both processing body. Both connected machining bodies are arranged movably by means of a receptacle relative to a tool / workpiece fixed in its longitudinal axis.
Both connected processing bodies can be positioned so that the part of the displaceable in its axis tool / workpiece between the magnets equipped with rings of the two processing body can dive. For adaptation to very different diameters of the tools / workpieces to be machined, the distance between the two machining bodies can be adjusted. A simple solution results from spacers, which are arranged on the receptacle between one of the processing body and the transmission housing.
The two magnetic disks have on their side facing each other on a ring on which magnets, preferably permanent magnets, are arranged. The structure corresponds to the principle disclosed in WO 02/38334. For the handling of the device in a CNC machine, a particularly compact design of the magnetic disks is required. Their diameter will therefore be between 100 and 200 mm. This allows the machining of tools or workpieces up to 80 mm in length. The width of the magnet-equipped ring should be at least 40% of the radius of the magnetic disk. To amplify the magnetic field, preferably every second element is made of magnet iron, so that alternately magnets and magnetic iron are arranged on the ring. The number of magnets or
Iron should be chosen between 30 and 60 in order to achieve a uniform distribution of the processing powder. The length of the magnets and iron is usefully chosen to be larger in the working magnet than in the countermagnetic disk, because only with this the abrasive work on the surfaces should be effected. Magnets and iron are arranged in a housing made of preferably aluminum.
The speed of the working magnetic disk is limited by the larger with increasing angular velocity centrifugal force, which acts on the machining powder and which must not exceed the magnetic attraction. With a diameter of the magnetic disks of e.g. 175 mm is achieved with a speed of 400 rev / min a sufficiently safe and productive operation.
The countermagnetic disk should influence the abrasive work of the working magnetic disc as little as possible. Their speed should therefore be chosen as low as possible, with the requirements for the smallest possible construction volume of the transmission limits. A ratio of the speeds of both magnetic disks of 1:10 ensures excellent work results.
On the magnetic disks special processing powder is applied, whose grains each consist of magnetic and abrasive components. The distance between the magnetic disks should be completely filled with machining powder, which adheres to the magnetic disks by the magnetic fields. Due to the elasticity of the processing powder, this works not only on the outer surfaces of the tools / workpieces but also in depressions, such as e.g. Flutes. A preferred spacing of the magnetic disks for processing e.g. Mini tools is 11 mm. For adaptation to larger diameters, the distance of the magnetic disks can be adjusted, e.g. by inserting spacers.
The tool / workpiece to be machined is rotated about its longitudinal axis during machining, so that each surface element comes into contact with the abrasive machining powder. Speeds of 20-50 rpm are sufficient for this.
The invention will now be explained in more detail with reference to an embodiment. The following three figures serve as an explanation:
<Tb> FIG. 1: <sep> Exploded view of a processing device according to the invention
<Tb> FIG. 2: <sep> section through a processing device according to the invention
<Tb> FIG. 3: <sep> Representation of the processing of a shank tool with the inventive processing device
<Tb> FIG. 4: <sep> Representation of an automated change of the processing means in a CNC-controlled machine tool
The main components of a special embodiment of the inventive solution are: working magnetic disk 1, countermagnetic disk 4, transmission 5 and recording 15th
The working magnetic disk 1 and the countermagnetic disk 4 include an annular arrangement of the magnet systems 2 and 3. The receptacle 15 centers all the main components and transmits the drive torques for the magnetic disks. The working magnetic disk 1 is driven directly by the receptacle 15 via the feather key 10. The gear 5 is connected to the receptacle 15 by means of screw 14 and disc 13 and is thus also started from the receptacle 15. By means of its reduction drives the gearbox 5 on the output side of the counter-magnetic head 4.
The housing of the transmission 5 is preferably designed as a rotary cylinder whose axis coincides with the axis of the drive 15, whereby it optimally fills the space between the magnetic disks. In the embodiment shown in FIG. 2, it consists of the main components sun gear 9, planet gear 6 and a drum wheel, not shown.
The receptacle 15 is preferably designed as a mandrel. About this mandrel, the entire device can be driven by means of a hollow shaft 18 from the outside or their position can be changed. With this receiving mandrel 15 it is possible, in particular, for the spindle to be made e.g. a grinding machine can handle the inventive device as a conventional grinding wheel. At the other end of the receptacle 15, the working magnetic disc 1 is fixed by means of central screw 12 and disc 11.
Due to the elasticity of the adhering to the magnetic disks processing powder 20 each a certain diameter range can be edited in tools / workpieces 19. So it is e.g. possible to machine tools in the diameter range of practically 0 to 8 mm with a constant distance of the magnetic disks of 11 mm. The actual machining distance between the working magnetic disk and the tool surface for a tool with D = 2 mm is then 4.5 mm. For a tool with D = 8 mm, the machining distance is 1.5 mm. The smaller contact pressure of the processing powder 20 with a larger processing distance on the surface to be processed can be compensated by longer process times. In the example mentioned, the typical processing times for D = 2 mm are: 18 seconds, for D = 8 mm: 6 seconds.
An alternative possibility of compensation is not to position the tool / workpiece 19 to be machined in the middle of the intermediate space of the two magnetic disks 1, 4, but to relatively reduce the distance to the working magnetic disk 1. Within a distance ratio of 1: 2, the operation of the counter-magnetic disk 4 would not yet significantly weakened.
If tools / workpieces 19 are processed with a larger diameter, the distance of the magnetic disks should be increased. For a diameter range of 8 mm to 14 mm, an increase in pitch from 11 mm to 17 mm is optimal. Accordingly, an adaptation to even larger diameter can be made by further increasing the distance. A limit is set here by the volume of construction of the device according to the invention, which can still be handled in a processing machine. This limit is likely to be reached at a distance of the magnetic disks of 25 mm.
A particularly simple embodiment of the change in distance is possible with a set of spacers. These spacers 16, 17 are mounted in the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 between the gear 5 and the working magnet 1. A fine grading of the thickness of the slices, e.g. in steps of 2 mm, eliminates the above compensation of the different contact pressure of the machining powder 20 by correcting the process times. The ideal solution is a continuous adjustment, e.g. based on a conventional worm wheel, which however increases the expenditure on equipment.
Fig. 3 shows the position of a shaft tool between the two magnetic discs 1, 4. The illustrated position in which the axis of the shaft tool does not extend through the circle center of the magnetic disks, but is offset to the outside, a particularly good processing of helical flute allows. In Fig. 3die the illustrated working magnetic disc 1 rotates clockwise, an inlet of the adhering to the magnetic disc machining powder 20 is favored in the flute of the spiral shaft tool 19, because the angle at which the machining powder 20 strikes the shaft tool 19, approximately the helix angle of his Chip flute corresponds and thus the flute for the moving machining powder 20 is quasi open.
The cutting edges on the peripheral minor cutting edges and the outer open surfaces of the shaft tool 19 can be rounded or polished in this position. Although their processing is weaker than at a position of the tool / workpiece, in which the tool axis passes through the center of the magnetic disks. However, this lower processing intensity can be compensated as in the above-mentioned manner by the process time and / or approach to the working magnetic sheath 1. The optimum position was found to be an area where the tool axis is offset by approximately 2/3 of the circle radius of the magnetic disks.
By this displacement of the tool axis of the inner region between the two magnetic disks is free and can be used in the inventive manner for the connection of the magnetic disks and the drive of the second magnetic disk.
4, the automatic change between the various processing means is shown with reference to the schematic representation of a grinding machine. The column 21 is moved together with the rotary spindle 22 in the axis (a). On the rotation spindle 22, the machining device according to the invention is installed via the hollow shaft 18 and the receptacle 15 and receives its drive via the rotation spindle 22. The rotation spindle 22 is additionally displaceable in the vertical axis b. The tool 19 to be machined is clamped in the second rotary spindle 23. This rotates the tool 19 and is also movable in the horizontal axis (c).
The processing means in a conventional grinding machine are grinding wheels of different geometry and abrasiveness. In addition to this selection of grinding wheels, instead of a grinding wheel, the inventive processing device can be loaded. The processing means are, if they are not in the processing position, in a working fluid accumulator known to those skilled in the art. The change between the grinding wheels or between a grinding wheel 24 and the processing device according to the invention takes place by means of the manipulator 25 known to the person skilled in the art. After the grinding cycle has ended, the manipulator 25 carries out the change between the grinding wheel 24 and the processing device according to the invention.
In Fig. 4, the inventive processing device to see after their replacement in the starting position. By movement in the axes (a) and (b), the inventive processing device is moved to its working position. The tool / workpiece to be machined is moved in the axis (c) in such a way that it passes into the above-described position between the machining bodies 1, 4. After completion of the suitable for the Magnetfinish process process time, the machined tool / workpiece is unclamped from the rotary spindle 23. The inventive processing device is returned by means of manipulator in the working fluid storage.