DE1502578A1 - Verfahren und Vorrichtung fuer die Feinbearbeitung von Werkstuecken - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Feinbearbeitung von Werkstücken auf der Basis des Honens, insbesondere mittels des Kurzhub-Honvorganges.

Bei der Feinbearbeitung von Werkstücken mittels des Prinzips der Kurzhub-Honmaschine verwendet man in Längsrichtung schwingende Werkzeuge, meist feinkörnige Schleifkörper, die gegen die oder das Werkstück angedrückt werden, wobei die Werkstücke bei Durchlaufmaschinen unter den Werkzeugen in Längsrichtung transportiert werden. Bei diesem Verfahren werden sehr hohe Oberflächengüten und, infolge der flächigen Auflage des Werkzeuges, beträchtliche Verbesserungen der geometrischen Form erreicht. Das Kurzhub-Honverfahren arbeitet mit geringen Drücken, um Gefügeveränderungen des Werkstoffes durch Erwärmung und Druck zu vermeiden, andererseits muß eine beträchtliche Werkstoffabnahme erfolgen, um die geforderte Korrektur der Rundheits- und Zylindrizitätsfehler durchführen zu können.

Die Arbeitsgeschwindigkeit kann daher nicht in dem Maße gesteigert werden, wie dies bei den vorausgehenden Arbeitsgängen ohne weiteres möglich ist. Besonders ungünstig wirkt sich eine Vorbearbeitung aus, die Oberflächen geringer Rauhigkeit erzeugt, da die Honwerkzeuge auf solchen Oberflächen schlecht greifen und hierdurch eine weitere Abnahme der Arbeitsgeschwindigkeit die Folge ist.

Aufgabe der Erfindung ist, die Honwirkung bei der Feinbearbeitung der Oberflächen von Werkstücken zu verbessern und zugleich eine Leistungssteigerung zu ermöglichen. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine erfolgreiche Lösung der Aufgabe dadurch erreicht werden kann, dass die bei dem Honverfahren verwendeten Schleifkörper ganz oder teilweise bei der Bearbeitung der Oberfläche mit einer elektrolytischen Aufrauhung derselben und einem Abtragen von Werkstoff von der Oberfläche gekoppelt wird. Hierzu wird in der ersten Phase der Bearbeitung die Werkstoffabtragung auf elektrolytische Weise vorgenommen und in der zweiten Phase der Bearbeitung wird die Werkstoffabtragung ohne elektrolytische Wirkung mittels in Längsrichtung des Werkstückes schwingender Schleifwerkzeuge fortgesetzt.

Es ist an sich bekannt, Werkstoff von Werkstücken durch elektrolytische Verfahren abzutragen, wobei zwischen Werkzeug und Werkstück eine Gleichspannung angelegt und zwischen beiden ein Elektrolyt hindurchgeleitet wird. Hierbei wird das Werkstück an den Pluspol der Stromquelle, das Werkzeug an deren Minuspol gelegt. Die Werkstoffabtragung richtet sich nach der Stromdichte. Die unmittelbare Kopplung des Honverfahrens mittels der Schleifkörper mit einer elektrolytischen Einwirkung der Werkstückoberfläche führt zu einer wesentlichen Verbesserung des Honvorganges an der Werkstückoberfläche. Die durch die elektrolytische Bearbeitung stark aufgerauhte Oberfläche bietet für die anschließende Kurzhubhonbearbeitung sehr günstige Voraussetzungen. Das Greifen der Honwerkzeuge auf den elektrolytisch behandelten Oberflächen ist besonders gut. Hierbei ergibt sich zugleich, dass die die Feinheit der Oberfläche des Werkstückes beeinträchtigenden Werkstoffspitzen bereits abgetragen sind. Das Honwerkzeug greift an den abgetragenen Kuppen der Werkstückoberfläche unmittelbar an. Die Wirksamkeit wird dadurch erhöht. Zugleich bietet sich die Möglichkeit einer wesentlichen Steigerung der Arbeitsgeschwindigkeit des Honwerkzeuges. Durch die Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit ergibt sich noch dazu ein verbesserter Effekt. Der wesentliche Vorzug besteht in der Möglichkeit, große Werkstoffmengen in kurzer Zeit abzutragen und zugleich die Oberflächengüte zu verbessern. Der Effekt macht sich noch mehr bemerkbar, wenn die elektrolytische Bearbeitung und die Bearbeitung durch das Honwerkzeug mehrmals im Wechsel an der Werkstückoberfläche durchge- führt werden, wobei durch die Leistungssteigerung wesentlich an Zeit eingespart wird. Die elektrolytische Vorrichtung, die im wesentlichen aus der Elektrode besteht, kann stillstehen oder an der Schwingbewegung des Schleifkörpers teilnehmen. Die Schwingbewegung der Elektrode führt zu erhöhter Werkstoffabtragung und vermeidet einzelne tiefere Ausfräsungen, wie sie durch Zufälligkeiten entstehen können.

Durch die Elektrolyse des Werkstoffes gehen u.U. Ionen nicht in das Elektrolyt über, sondern verbleiben auf der Oberfläche und, wenn eine gewisse Schichtstärke erreicht ist, verhindern diese eine weitere Werkstoffabtragung. Um diese anodische Schicht zu beseitigen, können die elektrolytisch arbeitenden Werkzeuge unterteilt werden, wobei zwischen zwei elektrolytischen Stationen Schleifkörper arbeiten, welche die Oberfläche mechanisch säubern und so der nächsten Elektrode zuführen.

Sofern es die Platzverhältnisse zulassen, können Elektrode und Schleifkörper in gleicher Höhe in Umfangsrichtung angeordnet werden. Eine solche Anordnung ist bei einer Bearbeitung im Einstechverfahren überwiegend anzuwenden, wohingegen bei der Bearbeitung von dünnen, nadelförmigen Werkstücken im Durchlaufverfahren eine Folge von Elektroden und Schleifwerkzeugen zweckmäßig ist.

Das Werkzeug ist fest mit dem Minuspol der Stromquelle zu verbinden, wobei je nach Elektrodenfläche erhebliche Ströme übertragen werden müssen. Es ist nahe liegend, den Minuspol der Stromquelle mit den die Werkstücke tragenden Tragwalzen oder anderen Auflagevorrichtungen zu verbinden. Da die Werkstücke gegen ihre Unterstützung angepresst werden, findet ein Stromübergang zum Werkstück statt. Dies Verfahren hat aber Nachteile, da sich die zur Unterstützung der Werkstücke dienenden Teile mit der Zeit mit einer anodischen Schicht überziehen können, der Stromübergang gestört wird und sich hierdurch örtliche Stromspitzen und Lichtbögen bilden, die zu einer Zerstörung der Oberflächen der tragenden Teile führt. Besser ist es, den Minuspol der Stromquelle durch Schleifer direkt an das Werkstück zu legen.

Bei dünnen und kurzen Teilen werden die Stromzuführungen zum Werkstück, in Achsrichtung gesehen, zweckmäßig vor und hinter der kurzen Elektrode angeordnet, um während der Durchlaufzeit des Werkstückes unter der Elektrode die Stromzufuhr sicherzustellen. Bei größeren Teilen kann die Stromzufuhr durch eine Schleifleiste auf der obersten Mantellinie erfolgen, während die Elektrode diese Schleifleiste gabelförmig umfasst oder einseitig angeordnet ist.

Eine weitere Möglichkeit für die Stromzuführung ergibt sich durch das Schleifwerkzeug, welches zunächst die Funktion hat, die anodische Schicht mechanisch zu entfernen. Diese Schleifwerkzeuge können durch Tränkung mit Metallpulver oder durch Graphitzusatz elektrisch leitend gemacht werden, so dass sie die erforderlichen Ströme ohne zu große Verluste auf das Werkstück übertragen können.

Werkstücke im Durchlaufverfahren sind vorteilhaft in der Weise zu bearbeiten, dass diese zunächst eine oder mehrere elektrolytische Bearbeitungsstationen durchlaufen, wobei zwischen oder neben diesen Werkzeuge zur mechanischen Beseitigung der anodischen Schicht und anschließend ein oder mehrere Schleifwerkzeuge abgestufter Körnung für die Kurzhub-Honbearbeitung ohne elektrolytische Wirkung angeordnet sein können.

Wenn im Einstechverfahren gearbeitet wird, kann zunächst elektrolytisch gearbeitet werden, wobei das mittig angeordnete Schleifwerkzeug die Aufgabe hat, die anodische Schicht zu beseitigen. Nach Erreichen eines bestimmten Maßes wird der Strom ausgeschaltet, das Schleifwerkzeug ebnet die Rauhigkeit ein und nach einer bestimmten Zeit wird die Umfangsgeschwindigkeit des Werkstückes auf beispielsweise den dreifachen Wert gesteigert. Hierbei tritt eine weitere Oberflächenverfeinerung ein, bis das Werkzeug ausklinkt und nur noch eine polierende Wirkung ausübt.

Das elektrolytische Verfahren bietet die Möglichkeit, Durchmesserunterschiede der Werkstücke auszugleichen. Es ist zweckmäßig, die Elektrode sehr dicht an das Werkstück heranzuführen und das Werkstück so zu lagern, dass sich Dickenunterschiede sehr stark auf die Höhenlage des Werkstückes und damit auf den Spalt zwischen Werkstück und Elektrode auswirken. Die Stromdichte und damit die Werkstoffabtragung sind abhängig von der Dicke der Elektrolytschicht, welche der Strom überwinden muß. Bei dickeren Werkstücken wird der Spalt zwischen Werkstück und Elektrode kleiner sein, da- mit steigt die Stromdichte und die Werkstoffabtragung an. Die Auflage des Werkstückes kann in der Weise erfolgen, dass diese zwischen Tragwalzen oder einer Regelscheibe und einem Lineal so erfolgt, dass die Tangenten an die Berührungspunkte des Werkstückes einen spitzen Winkel einschließen. Bei solchen Anordnungen ergeben sich Änderungen in der Höhenlage des Werkstückes, die ein Vielfaches der Durchmesserunterschiede betragen. Sollte diese Art der Durchmesserkorrektur nicht ausreichen, wird ferner vorgeschlagen, die infolge der Spaltänderungen hervorgerufenen Stromunterschiede durch eine elektrische Steuereinrichtung in der Weise zu verstärken, dass diese Steuereinrichtung bei Stromerhöhung ebenfalls die Spannung erhöht, so dass hierdurch eine weitere Stromerhöhung hervorgerufen wird.

Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele nachstehend erläutert.

Fig. 1 und 2 zeigen im Schnitt und in der Ansicht eine Feinbearbeitung der Oberfläche eines Werkstückes in Verbindung mit der elektrolytischen Wirkung.

Fig. 3 und 4 veranschaulichen eine weitere Vorrichtung gemäß der Erfindung für die Bearbeitung dünner Teile im Durchlaufverfahren, wobei Fig. 3 eine Ansicht darstellt und Fig. 4 ein Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3 ist.

Fig. 5 bis 7 zeigen eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung für die Durchlaufbewegung von zylindrischen Werkstücken. Hierbei ist Fig. 5 eine Ansicht von vorn auf die Vorrichtung. Die Fig. 6 und 7 stellen Längsschnitte nach den Linien VI-VI und VII-VII der Fig. 5 dar.

In Fig. 6 ist die Auflage eines Werkstückes im größeren Maßstab veranschaulicht.

Fig. 9 zeigt ein Schaltungsschema für die Steuerung der Spannung zwischen Elektrode und Werkstück schematisch.

Bei der Ausführungsform der Fig. 1 und 2 wird das Werkstück 1 durch eine (nicht gezeichnete) Vorrichtung in Drehung versetzt. Ein elektrisch leitendes Schleifwerkzeug 2 wird elastisch gegen das Werkstück 1 angepreßt und schwingt in Achsrichtung des Werkstückes. Das Schleifwerkzeug ist bei 3 mit dem Pluspol einer Gleichstromquelle verbunden. Die mit dem Minuspol der Stromquelle verbundenen Elektroden 5 sind im Abstand zum Werkstück 1 angeordnet und umfassen dieses auf einen Teil seines Umfanges. Das Schleifwerkzeug ist am Ende der Kolbenstange mit Kolben 6 befestigt und wird durch ein auf der Oberseite des Kolbens wirkendes Druckmedium gegen das Werkstück 1 gepreßt. An dem Druckzylinder 7 sind die Elektroden 5 durch Wände 8 isoliert befestigt. Bei 9 ist ein Anschluß für das Elektrolyt angebracht, welches in den Raum zwischen Schleifwerkzeug 2 und Elektrode 5 einströmt und hauptsächlich zwischen dem Werkstück 1 und der Elektrode 5 abströmt. Die gesamte Vorrichtung zusammen mit den Elektroden kann gemäß dem Pfeil 10 in Schwingbewegung gehalten werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel für die Bearbeitung dünner Teile im Durchlaufverfahren werden die Werkstücke 1a von Tragwalzen 11 und 11a, die sich gleichsinnig drehen, in Drehung versetzt, wobei die Werkstücke durch gegenseitige Schrägstellung der Tragwalzen in Längsrichtung transportiert werden. Die Elektrode 5a ist am Ende zugespitzt und im Abstand von den Werkstücken 1a über die Isolierverschraubung 12 und die Feder 13 in der Höhe genau einstellbar und gegen Verdrehung durch Schraube 14 gesichert. Sie ist mit dem Minuspol einer Stromquelle bei 4a verbunden. In Achsrichtung gesehen sind vor und hinter der Elektrode 5a Schleifer 15 vorgesehen, die federnd an das Werkstück 1a gepresst werden und mit dem Pluspol der Stromquelle über Anschluß 3a, Verschraubung 16 und Federn 17 verbunden sind. Der Elektrolyt wird bei 9a zugeführt und so geleitet, dass er mit hoher Geschwindigkeit zwischen Elektrode 5a und Werkstück 1a hindurchtritt. Die gleiche Einrichtung befindet sich auf der anderen Seite des Schleifwerkzeuges 2a, welches am Ende der Kolbenstange 6a befestigt ist und mittels Kolben 18, der durch ein Druckmedium bei 19 beaufschlagt wird, gegen die Werkstücke 1a angepresst wird. Der Pfeil 10 gibt die Schwingrichtung der gesamten Einrichtung an.

In den Fig. 5-7 ist eine Vorrichtung für die Durchlaufbearbeitung von zylindrischen Werkstücken dargestellt. Die von rechts nach links in Pfeilrichtung 20 laufenden und sich drehenden Werkstücke 1b unterlaufen zunächst eine Elektrode 5b, dann ein Schleifwerkzeug 2b, welches mit dem Pluspol der Stromquelle verbunden sein kann, dann wieder eine Elektrode 5b und ein Schleif- werkzeug 2b. Es folgen ein oder mehrere Schleifwerkzeuge 2c für die Fertigbearbeitung. Die übrigen Bezeichnungen entsprechen denen in Fig. 1 bis 4.

Fig. 8 zeigt die Auflage eines Werkstückes derart, dass sich Durchmesserunterschiede der Werkstücke stark auf die Höhenlage und damit auf den Abstand zur Elektrode 5c auswirken. Das Werkstück 1c liegt hier auf einer Schiene 21 und einer Antriebswalze 22 auf. Der Winkel, den die Tangenten an die Berührungspunkte des Werkstückes einschließen, ist klein.

Fig. 9 zeigt schematisch eine Steuerung der Spannung zwischen Elektrode 5 und Werkstück 1. Der für die elektrolytische Abtragung erforderliche Gleichstrom J wird von einem Gleichrichter 23 geliefert, der von einem magnetischen Verstärker 22 gespeist wird. Ein Regler 24 steuert den magnetischen Verstärker in der Weise, dass dieser entsprechend den Veränderungen der Stromstärke J wechselnde Spannungen liefert und damit die Veränderungen des Stromes noch verstärkt werden.

Bei der Durchlaufbearbeitung von zylindrischen Werkstücken, insbesondere bei Teilen von kleinen Längen, ist darauf zu achten, dass die Länge der Elektrode und der Abstand zu den Stromzuführungen so gewählt wird, dass jedes Werkstück während des Durchganges in Richtung seiner Längsachse unter der Elektrode mit der Stromquelle verbunden ist.

Claims (8)

1. Verfahren für die Feinbearbeitung von Werkstücken mittels des Kurzhub-Honvorganges, bei welchem Werkzeuge, z.B. Schleifkörper, gegen das Werkstück angedrückt werden und eine in Längsrichtung des Werkstückes gerichtete Schwingbewegung ausführen, während sich das Werkstück dreht und gegebenenfalls noch eine Vorschubbewegung unter den Werkzeugen hindurch ausführt, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Phase der Bearbeitung die Werkstoffabtragung auf elektrolytische Weise vorgenommen wird und in der zweiten Phase der Bearbeitung die Werkstoffabtragung ohne elektrolytische Wirkung mittels in Längsrichtung des Werkstückes schwingender Schleifwerkzeuge fortgesetzt wird, wobei die Elektrode in Schwingbewegung gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 für die Bearbeitung von Werkstücken nach dem Einstechsystem, dadurch gekennzeichnet, dass außer der im Abstand von dem Werkstück angeordneten Elektrode mindestens ein in Umfangsrichtung wirkendes Schleifwerkzeug verwendet wird, und dass das Schleifwerkzeug sowohl in der ersten elektrolytischen Phase als auch bei der weiteren rein mechanischen Bearbeitungsphase in Wirkung gehalten wird, wobei in der letzteren Phase die Umlaufgeschwindigkeit des Werkstückes erhöht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 für die Bearbeitung von Werkstücken im Durchlaufverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücke zunächst eine oder mehrere elektrolytische Bearbeitungsstationen durchlaufen, wobei die Werkstücke zugleich der Bearbeitung durch Werkzeuge rein mechanischer Art unterworfen werden, und dass anschließend die Kurzhub-Honbearbeitung ohne elektrische Wirkung in abgestufter Weise ausgeübt wird.

4. Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den im Abstand über den Werkstücken angeordneten Elektroden Schleifwerkzeuge angeordnet sind.

5. Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 3 für Teile mit kleinen Durchmessern und Längen, dadurch gekennzeichnet, dass jede Elektrode zwischen zwei Stromzuführungen für die Werkstücke angeordnet ist und dass die Länge der Elektrode und der Abstand zu den Stromzuführungen so gewählt wird, dass jedes Werkstück während des Durchgangs unter der Elektrode mit der Stromquelle verbunden ist.

6. Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das neben der Elektrode angeordnete Schleifwerkzeug durch Tränkung mit Metallpulver oder Graphit elektrisch leitend gemacht ist und mit dem Minuspol der Gleichstromquelle verbunden ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücke unter einer Elektrode sich drehend hindurchgeführt werden und derart unterstützt sind, dass die Tangenten an die Berührungspunkte des Werkstückes mit der Auflage einen spitzen Winkel einschließen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die infolge der Änderung der Spaltbreite zwischen Werkstück und Elektrode hervorgerufenen Änderungen des Stromdurchganges zusätzlich durch ein Regelgerät, welches die Spannung der Stromquelle im gleichen Sinne verändert, verstärkt werden.