DE102009040060A1 - Method for super finishing of extent surfaces at circular work-pieces of hard steel, involves clamping hard circular work-piece from front side and driving hard circular work-piece during work-piece operation in rotary manner - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Feinstbearbeitung von Umfangsflächen an ringförmigen Werkstücken aus gehärtetem Stahl. Bei den Werkstücken kann es sich insbesondere um Lagerringe mit einem Durchmesser von vorzugsweise mehr als 400 mm handeln.The invention relates to a method and a device for superfinishing peripheral surfaces of annular workpieces made of hardened steel. The workpieces can in particular be bearing rings with a diameter of preferably more than 400 mm.
Aus
Formfehler, die bei der spanenden Bearbeitung durch Schwingungen des Werkzeuges, Werkzeughalters oder der Werkzeugmaschine entstehen und eine in Umfangsrichtung verlaufende Welligkeit bzw. Gestaltabweichung 2. Ordnung bilden, können durch den nachfolgenden Schleifprozess nicht beseitigt oder verbessert werden. Durch das Schlichtschleifen ist eine Rauigkeit von Ra 0,2 μm bis 0,3 μm erreichbar. Auch dieser Wert erfüllt noch nicht höchste Anforderungen.Form errors that occur during machining by vibrations of the tool, tool holder or machine tool and form a circumferentially extending ripple or shape deviation 2nd order can not be eliminated or improved by the subsequent grinding process. The finish grinding achieves a roughness of Ra 0.2 μm to 0.3 μm. This value does not yet meet the highest requirements.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Feinstbearbeitung von Umfangsflächen an ringförmigen Werkstücken aus gehärtetem Stahl anzugeben, mit dem Werkstückflächen erzeugt werden können, die höchste Anforderungen an Formgenauigkeit, Maßhaltigkeit und Oberflächengüte erfüllen.The invention has for its object to provide a method for finishing of peripheral surfaces of annular workpieces made of hardened steel, can be produced with the workpiece surfaces that meet the highest requirements for dimensional accuracy, dimensional accuracy and surface quality.
Gegenstand der Erfindung und Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren nach Anspruch 1. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine umfangsseitige Fläche eines stirnseitig gespannten und um seine Achse rotierenden Werkstückes zunächst durch Hartdrehen soweit bearbeitet, dass die bearbeitete Fläche vorgegebene Form- und Lagetoleranzen einhält. Anschließend wird das Werkstück in derselben Aufspannung durch Kurzhubhonen endbearbeitet. Das erfindungsgemäße Verfahren kombiniert den Prozess des Präzisionshartdrehens, vorzugsweise unter Verwendung eines Hartdrehwerkzeuges mit einer geometrisch bestimmten Schneide, und das Kurzhubhonen zu einem Bearbeitungsprozess.The invention and solution to this problem is a method according to
Durch Präzisionshartdrehen kann bei der Bearbeitung eines ringförmigen Werkstückes, welches beispielsweise einen Durchmesser zwischen 400 und 2.500 mm aufweist, eine Formgenauigkeit und Lagegenauigkeit von weniger als 3 μm erzielt werden. Durch das Präzisionshartdrehen unter Verwendung einer geometrisch bestimmten Schneide entsteht eine schnittige Oberfläche aus regelmäßig beabstandeten Spitzen und Tälern, die für eine Nachbearbeitung durch Kurzhubhonen überraschend gut geeignet ist. Der zum Kurzhubhonen verwendete Finishstein wird an dieser Oberfläche gleichsam selbsttätig geschärft und behält dadurch über einen ausreichend langen Zeitraum seine Wirksamkeit. Gestaltabweichungen 2. Ordnung, die in Umfangsrichtung des Werkstückes als Vieleck wahrgenommen und als Welligkeit bezeichnet werden, können durch das Kurzhubhonen deutlich verbessert bzw. reduziert werden. Sofern die Welligkeit aus in Umfangsrichtung mehr als acht Ecken besteht, ist eine Verbesserung von bis zu 25% möglich.Precision hard turning can achieve a dimensional accuracy and positional accuracy of less than 3 μm when machining an annular workpiece which, for example, has a diameter of between 400 and 2,500 mm. Precision hard turning using a geometrically-defined cutting edge creates a sleek surface of regularly spaced peaks and valleys that is surprisingly well-suited for post-stroke machining. The finishing stone used for short-stroke honing is, as it were, automatically sharpened on this surface and thus retains its effectiveness over a sufficiently long period of time. Shape deviations 2nd order, which are perceived in the circumferential direction of the workpiece as a polygon and referred to as waviness, can be significantly improved or reduced by the Kurzhubhonen. If the waviness consists of more than eight corners in the circumferential direction, an improvement of up to 25% is possible.
Durch das Kurzhubhonen wird vorzugsweise Material in einer Stärke von 10 bis 12 μm von der zu bearbeitenden Umfangsfläche des Werkstückes abgetragen. Dabei wird die Rauigkeit der Werkstückoberfläche, die nach dem Hartdrehen vorzugsweise einer Rauigkeit zwischen Ra 0,3 μm und Ra 0,5 μm aufweist, auf Ra 0,04 μm bis 0,10 μm reduziert.By Kurzhubhonen material is preferably removed in a thickness of 10 to 12 microns from the peripheral surface of the workpiece to be machined. The roughness of the workpiece surface, which preferably has a roughness between Ra 0.3 μm and Ra 0.5 μm after hard turning, is reduced to Ra 0.04 μm to 0.10 μm.
Das Kurzhubhonen wird vorzugsweise mit einem Werkzeug ausgeführt, welches kurzhubige Oszillationsbewegungen mit einer Hublänge von weniger als 5 mm sowie mit einer Reversierfrequenz von bis zu 1.800 Doppelhüben pro Minute ausführt. Die Oszillationsbewegungen können Schwenkbewegungen oder lineare Bewegungen sein. Bei der Bearbeitung von Zylinderflächen, kegelförmigen und konischen Flächen oder schwach gekrümmten Flächen kann die Kontur der zu bearbeitenden Werkstückfläche beim Kurzhubhonen mittels langhubiger Reversierbewegungen des Finishsteins abgefahren werden, wobei den Reversierbewegungen kurzhubige Oszillationsbewegungen des Finishsteins überlagert werden.The short-stroke honing is preferably carried out with a tool which executes short-stroke oscillatory movements with a stroke length of less than 5 mm and with a reversing frequency of up to 1,800 double strokes per minute. The oscillatory movements may be pivotal movements or linear movements. When machining cylindrical surfaces, conical surfaces or slightly curved surfaces, the contour of the workpiece surface to be machined during short-stroke honing can be traversed by means of long-stroke reversing movements of the finishing stone, the reversing movements being superimposed by short-stroke oscillatory movements of the finishing stone.
Zur Vermeidung einer Werkstückdeformation beim Aufspannen des Werkstückes wird das Werkstück vorzugsweise auf einem Magnetspannfutter gespannt. Dabei ist das Werkstück mit einer vorzugsweise plan geschliffenen Stirnfläche an dem Magnetspannfutter durch Magnetkräfte gehalten.To avoid workpiece deformation during clamping of the workpiece, the workpiece is preferably clamped on a magnetic chuck. In this case, the workpiece is held with a preferably flat ground end face on the magnetic chuck by magnetic forces.
Die beim Hartdrehen erzeugten Späne werden zweckmäßig an der Schneide des Hartdrehwerkzeuges abgesaugt. Die Absaugung ist insbesondere notwendig, wenn beim Kurzhubhonen eine entflammbare Kühlflüssigkeit, ein so genanntes Honöl, zum Einsatz kommt. Die abgesaugten Späne können separat entsorgt werden. Ferner kann dadurch sichergestellt werden, dass das Honöl sich nicht an den heißen Spänen entzündet. The chips generated during hard turning are expediently sucked off at the cutting edge of the hard turning tool. The extraction is especially necessary when short-stroke honing a flammable coolant, a so-called honing oil is used. The extracted chips can be disposed of separately. Furthermore, this can ensure that the honing oil does not ignite on the hot shavings.
Eine weitere Verfahrensvariante sieht vor, dass das Kurzhubhonen trocken ohne Zusatz von flüssigen Kühlschmiermitteln durchgeführt wird. Zu diesem Zweck werden die Finishsteine durch Einlagerung von festen Gleitmitteln modifiziert.Another variant of the method provides that the short-stroke honing is carried out dry without the addition of liquid cooling lubricants. For this purpose, the finishing stones are modified by incorporation of solid lubricants.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Bearbeitung von inneren und äußeren Umfangsflächen an Lagerringen, die einen Durchmesser zwischen 400 mm und 2.500 mm aufweisen können. Es können zylindrische Flächen, kegelförmige und konische Flächen sowie sphärische Flächen an Wälzlagerringen beispielsweise für Zylinderrollenlager, Kegelrollenlager, ein- und zweireihige Pendelrollenlager sowie Kugellager bearbeitet werden.The inventive method is particularly suitable for machining inner and outer peripheral surfaces of bearing rings, which may have a diameter between 400 mm and 2,500 mm. It can cylindrical surfaces, conical and conical surfaces and spherical surfaces are processed on rolling bearing rings, for example, cylindrical roller bearings, tapered roller bearings, single and double row spherical roller bearings and ball bearings.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung nach Anspruch 10 zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens. Bevorzugte Ausgestaltungen der Vorrichtung werden in den Ansprüchen 11 bis 17 beschrieben und nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen schematischThe invention also provides an apparatus according to
In den
Im Ausführungsbeispiel der
Der Werkzeugträger der Finishvorrichtung weist im Ausführungsbeispiel zwei Steinhalter
Mit der in den
Beim Kurzhubhonen wird Material in einer Stärke von 10 bis 12 μm von der zu bearbeitenden Umfangsfläche des Werkstückes
Als Werkstückträger
Bei der in
Im Ausführungsbeispiel der
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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