DE19509764A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Kurzhubhonen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kurzhubhonbearbeitung von Werkstücken.

Es ist bei den zum Stand der Technik gehörenden Vorrichtungen und Verfahren dieser Art üblich, daß das Werkstück, dessen Oberfläche bearbeitet werden soll, ortsfest gehalten und drehangetrieben wird. Die Bearbeitung erfolgt mit Hilfe eines Werkzeugs, das im wesentlichen senkrecht auf die zu bearbei­ tende Oberfläche des Werkstücks zu bewegt und angepreßt bzw. definiert zugestellt wird. Das Werkzeug wird dabei selbst zu­ sätzlich zu der Zustellbewegung angetrieben, beispielsweise in einer Schwingung oder auch einer Rotation.

Anstelle der Bezeichnung Kurzhubhonen werden auch andere Be­ zeichnungen verwendet, wie Superfinishen, Mikrofinishen, Feinhonen. Im folgenden soll der Ausdruck "Superfinishen" diese Art der Bearbeitung beschreiben.

Bei einer bekannten Vorrichtung zur Superfinishbearbeitung wird ein zu bearbeitendes Bauteil rotierend angetrieben und seine zu bearbeitende Oberfläche von einem ebenfalls rotie­ rend angetriebenen Superfinishwerkzeug bearbeitet (US-PS 5 245 793). Das Superfinishwerkzeug kann zur Erhöhung des Anpreßdrucks oder zum Nachstellen in der Richtung seiner Rotationsachse nachgestellt werden. Es kann zusätzlich in einer Richtung senkrecht zur Rotationsachse verschoben wer­ den, um die gesamte zu bearbeitende Oberfläche abzudecken.

Üblicherweise ist bei bekannten Vorrichtungen die Werkzeug­ spindel in einem verstellbaren Gehäuse angeordnet, das mit einem Zustellschlitten verbunden ist. Dieser Zustellschlitten weist zusätzlich einen Querverstellschlitten auf. Die rotie­ rend angetriebene Werkzeugspindel wird dabei in der Regel so angeordnet, daß sie sich in drei Richtungen verstellen läßt.

Um eine möglichst niedrige Bauhöhe für die zustellbare Werk­ zeugspindel zu ermöglichen, werden diese Schlitten und Zu­ stelleinrichtungen wegen des begrenzten Raumangebots klein gebaut. Zu den Zustellelementen gehören Hydraulikzylinder, Kugelrollspindeln mit Mutter und Antrieb und so weiter. Beim Zustellen erfolgt ein hoher Kraftangriff. Die geringe Größe insbesondere des Lagers wird auch dadurch bedingt, daß die Werkzeugspindel eine hohe Drehzahl aufweist, wesentlich höher als die Drehzahl der Werkstückspindel.

Dies führt dazu, daß in axialer Richtung, d. h. der Wirkungs­ richtung des Superfinishwerkzeugs, eine nicht mehr ausrei­ chende Steifigkeit vorhanden ist. Aus diesem Grunde kann man nur mit reduzierten Schnittkräften arbeiten.

Werden gleichzeitig mehrere Werkzeuge verwendet, die neben­ einander angeordnet sind, braucht jede Werkzeugspindel den genannten Aufbau.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Superfinishbearbeitung von Werkstücken zu schaffen, die bei einfachem Aufbau eine größere Steifig­ keit und dadurch eine größere Maßgenauigkeit ermöglicht und/oder vergrößerte Schnittkräfte zuläßt.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Vorrich­ tung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11 vor.

Die Zustellung erfolgt also jetzt nicht mehr durch Verschie­ ben des Werkzeugs in der Wirkungsrichtung, wobei unter Wir­ kungsrichtung die Anpreßrichtung verstanden werden soll, son­ dern durch Verschieben bzw. Zustellen des Werkstücks. Bei der Halterung des Werkstücks in der Werkstückaufnahme steht mehr Platz zur Verfügung, so daß die Einrichtung zur Verschiebung des Werkstücks größer und kräftiger gebaut werden kann. Da­ durch sind hier höhere Steifigkeiten möglich, während die Werkzeughalterung, die immer noch eine kleine Bauhöhe auf­ weisen soll, aufgrund der Nichtverstellbarkeit in Anpreß­ richtung ebenfalls steifer wird.

Insgesamt läßt sich die Vorrichtung also steifer und auch einfacher aufbauen, da nicht mehr so viele Elemente auf kleinsten Raum untergebracht werden müssen. Zur Weiterbildung der Erfindung können die Merkmale des Anspruchs 2 vorgesehen sein. Diese dienen dazu, das Werkstück seinerseits in eine Rotationsbewegung zu versetzen, falls bei der Superfinish­ bearbeitung sowohl das Werkzeug als auch das Werkstück rotie­ rend angetrieben werden sollen. Aufgrund der geringeren Dreh­ zahl des Werkstücks läßt sich das zugehörige Lager groß bauen.

In nochmaliger Weiterbildung kann vorgesehen sein, daß die Werkstückhalterung derart ausgebildet ist, daß das Werkstück in einer Richtung senkrecht zur Zustellrichtung verschoben werden kann. Dies würde es möglich machen, daß die Werkzeug­ spindel insgesamt nicht bewegt zu werden braucht, so daß auch hier nochmals eine Steigerung der Steifigkeit erreicht werden kann.

Zur Bewegung des Werkstücks in der Richtung quer zur Zustell­ richtung kann ein Antrieb vorgesehen sein, so daß die Ver­ schiebung während der Bearbeitung automatisch durchgeführt werden kann.

Als Superfinishwerkzeuge dienen nicht nur rotierend angetrie­ bene Werkzeuge, sondern auch schwingend angetriebene Werkzeu­ ge. Besonders günstig ist aber die Anwendung der Erfindung bei Superfinishwerkzeugen, die rotierend angetrieben werden und ihre Wirkungsrichtung in Richtung ihrer Rotationsachse haben.

Es ist selbstverständlich auch möglich, daß die Werkzeughal­ terung derart ausgebildet ist, daß sie in eine Richtung senk­ recht zur Zustellrichtung verschiebbar ausgebildet ist.

In Weiterbildung kann vorgesehen sein, daß die Werkstückhal­ terung einen an einem Maschinenbett festlegbaren Rahmen auf­ weist, demgegenüber ein zustellbares, die Werkstückaufnahme enthaltendes Gehäuse verschiebbar geführt ist. Der Rahmen kann insbesondere so ausgebildet sein, daß er das verschieb­ bare Gehäuse U-förmig umgibt, so daß hier eine sehr stabile Führung angebracht werden kann.

Diese Führung kann insbesondere Prismenführungen aufweisen, die zwischen dem Rahmen und dem Gehäuse spielfrei vorgesehen sind.

Als besonders günstig hat es sich herausgestellt, wenn die Zustelleinrichtung eine in das Gehäuse der Werkstückhalterung eingreifende Kugelrollspindel aufweist. Hiermit läßt sich eine exakte, stark belastbare Vorschubbewegung erreichen.

Die Werkstückaufnahme kann insbesondere als Werkstückspindel ausgebildet sein.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge ergeben sich aus den Patentansprüchen, deren Wortlaut durch Bezugnahme zum In­ halt der Beschreibung gemacht wird, der folgenden Beschrei­ bung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrich­ tung nach der Erfindung mit einem rotierend antreibbaren Superfinishwerkzeug und einem Werkstück in einer ersten Position der Zu­ stelleinrichtung;

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung in zugestellter Position des Werkstücks;

Fig. 3 schematisch eine Aufsicht auf die Anordnung der Fig. 1 und 2 in einer mittleren Position;

Fig. 4 eine Stirnansicht der Werkstückhalterung etwa längs Linie IV-IV in Fig. 1.

Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung ist auf einem Maschinenbett 1 montiert. An dem Maschinenbett ist eine Werk­ stückaufnahme 2 festgeschraubt, in der ein zu bearbeitendes Werkstück 3 festgelegt ist. Dieses Werkstück 3 kann mit Hilfe einer von einem Antrieb 4 antreibbaren Zustelleinrichtung 5 in Fig. 1 nach rechts und wieder zurück nach links verschoben werden.

Rechts in Fig. 1, d. h. der Werkstückaufnahme 2 gegenüberlie­ gend, ist auf einem stufenförmigen Absatz 6 des Maschinenbet­ tes 1 eine Werkzeughalterung 7 angeordnet, in der ein Super­ finishwerkzeug 8 eingespannt ist. Das Superfinishwerkzeug 8 weist etwa Topfform auf, wobei die offene Seite dem Werkstück 3 zugewandt ist. Die Stirnfläche 9 dieses Werkzeugs 8, die eine Kreisringfläche ist, bildet die eigentliche Bearbei­ tungsfläche des Superfinishwerkzeugs. Das Superfinishwerkzeug 8 ist in der Werkzeugaufnahme 7 in einer Werkzeugspindel 10 eingespannt, die von einem Werkzeugantrieb 11 angetrieben wird. Der Werkzeugantrieb 11 enthält beispielsweise einen Elektromotor, der über ein Getriebe 12 die Werkzeugspindel 10 und damit das Superfinishwerkzeug 8 antreibt. Die Werkstück­ spindel 10 ist in ihrer Halterung flachbauend ausgebildet, so daß sie mit möglichst niedrigem Abstand von dem Absatz 6 des Maschinenbetts 1 angeordnet ist.

Die Werkstückaufnahme 2 enthält einen Rahmen 13, der mit seitlichen Flanschen 14 versehen ist. Die Flansche 14 sind zur Befestigung der Werkstückaufnahme 2 mit Hilfe von Schrau­ ben 15 an dem Maschinenbett 1 angeschraubt.

Die Werkzeugaufnahme enthält ein Gehäuse 16, in dem eine Werkzeugaufnahme 17, die als Werkzeugspindel ausgebildet ist, drehbar gelagert ist. In der Werkzeugaufnahme 17 ist an deren freiem Ende das zu bearbeitende Werkstück 3 eingespannt. An dem Gehäuse 16 ist ein Getriebekasten 18 angebracht, an des­ sen dem Maschinenbett abgewandten oberen Ende ein Antrieb 19, vorzugsweise ein Elektromotor, angeflanscht ist. Der Antrieb 19 bildet einen Drehantrieb für die als Spindel ausgebildete Werkzeugaufnahme 17.

Der Antrieb 4 der Zustelleinrichtung 5 enthält einen Motor 20, beispielsweise einen Elektromotor. Dieser ist an einem mit dem Maschinenbett 1 verbundenen Lager 21 angebracht. Er dient zum Antrieb einer Spindel 22, die in das Gehäuse 16 der Werkstückaufnahme 2 eingreift. Eine Betätigung des Motors 20 führt zu einer Rotation der Spindel 22 und damit zu einer Verschiebung des Gehäuses 16 der Werkstückaufnahme 2 gegen­ über dem feststehenden Rahmen 13. Das Ergebnis einer solchen Verschiebung ist in Fig. 2 dargestellt, wo die Werkzeugauf­ nahme 2 auf das Werkstück 8 bis kurz vor dem gegenseitigen Eingreifen von Werkzeug und Werkstück verschoben ist.

Fig. 3 zeigt stark vereinfacht eine Aufsicht auf die Anord­ nung der Fig. 1 und 2, um zu zeigen, daß der Antrieb 11 für das Werkzeug auch seitlich gegenüber dem Gehäuse 10 für die Werkzeugspindel angeordnet sein kann. Es ist in Fig. 3 durch den Balg 23 angedeutet, daß das Gehäuse 10 für die Werkzeug­ spindel in Fig. 3 von oben nach unten und umgekehrt verscho­ ben werden kann, also in einer Richtung, die senkrecht zur Rotationsachse des Superfinishwerkzeugs 8 und parallel zu der Oberfläche des Absatzes 6 des Maschinenbetts 1 verläuft.

Fig. 4 zeigt nun eine Stirnansicht der Werkstückhalterung. In einem etwa U-förmigen Rahmen 13, siehe auch Fig. 1, ist zwi­ schen den beiden durch die U-Form gebildeten Schenkel 24 das Gehäuse 16 der Werkstückaufnahme verschiebbar geführt. Zur Führung dienen zwei Paar von Prismenführungsleisten 25, 26, die eine stark belastbare kräftige Führung für das Gehäuse 16 bilden. Im unteren Abschnitt des Gehäuses 16 ist das Eingrei­ fen der Kugelrollspindel 22 angedeutet.

Der Antriebsmotor 19 ist an dem Getriebekasten 18 ange­ flanscht.

Mit der dargestellten und beschriebenen Vorrichtung wird folgendes Verfahren ausgeführt. Bei einer Stellung, die in Fig. 1 dargestellt ist, d. h. bei weit von dem Werkzeug weg gefahrener Werkzeugaufnahme, kann das Werkstück in die Werk­ stückaufnahme 17 eingesetzt und eingespannt werden. Anschlie­ ßend wird mit Hilfe des Antriebsmotors 19 das Werkstück 3 und mit Hilfe des Antriebsmotors 11 das Werkzeug 8 in Rotation versetzt und das Werkstück durch Betätigen der Zustellein­ richtung 5 bis in gegenseitigen Eingriff vorwärts bewegt. Die Vorschubbewegung, die geregelt oder gesteuert erfolgen kann, wird so lange fortgesetzt, bis die Bearbeitung der Stirnflä­ che des Werkstücks 3 beendet ist. Gegebenenfalls kann während dieser Bearbeitung eine Bewegung des Superfinishwerkzeugs 8 in der erwähnten Richtung in der Zeichnungsebene der Fig. 3 durchgeführt werden.

Nach Beendigung der Bearbeitung wird das Werkstück 3 mit der Werkstückaufnahme zurückgezogen und der Drehantrieb abge­ schaltet. Es kann dann in der in Fig. 1 dargestellten Stel­ lung wieder aus der Werkstückaufnahme 17 entnommen werden.

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist sehr robust aufgebaut, da für die Führungseinrichtungen der Zustelleinrichtung der Werkzeugaufnahme mehr Platz zur Verfügung steht als für die Werkzeugspindel selbst.

Claims (13)

1. Vorrichtung zum Kurzhubhonen von Werkstücken, mit

• 1.1 einer Werkstückhalterung (2), in der
• 1.1.1 ein zu bearbeitendes Werkstück (3) festlegbar ist,
• 1.2 einer Werkzeughalterung (7),
• 1.2.1 in der ein Kurzhubhonwerkzeug (8) festlegbar ist, und
• 1.2.2 die in Wirkungsrichtung des Werkzeugs (8) unver­ schiebbar gelagert ist,
• 1.3 einem Antrieb (11) für das Werkzeug (8), sowie mit 1.4 eine Zustelleinrichtung (5), die
• 1.4.1 derart ausgebildet ist, daß sie das Werkstück (3) in Wirkungsrichtung des Werkzeugs (8) auf dieses zu mindestens bis in Berührung mit diesem in einer Zustellbewegung verschieben kann, und
• 1.4.2 einen Antrieb (20) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Werkstückhalte­ rung (2) eine Werkstückaufnahme (17), die

• 2.1 drehbar angeordnet ist und
• 2.2 in der das Werkstück (3) einspannbar ist, sowie
• 2.3 einen Drehantrieb (19) für die Werkstückaufnahme (17) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Werk­ stückhalterung (2) derart ausgebildet ist, daß das Werkstück. (3) in einer Richtung senkrecht zur Zustell­ richtung verschoben werden kann.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, mit einem Antrieb zur Bewegung des Werkstücks (3) in der zweiten Richtung.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Superfinishwerkzeug (8) ein rotierend angetrie­ benes Werkzeug ist, dessen Wirkungsrichtung mit seiner Rotationsachse zusammenfällt.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Werkzeughalterung (7) derart ausgebildet ist, daß sie in einer Richtung senkrecht zur Zustellrichtung verschiebbar ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Werkstückhalterung (2) einen an einem Maschinen­ bett (1) festlegbaren Rahmen (13) aufweist, dem gegen­ über ein zustellbares, die Werkstückaufnahme (17) ent­ haltendes Gehäuse (16) verschiebbar geführt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der zwischen dem Rahmen (13) und dem Gehäuse (16) Führungen, insbesondere Pris­ menführungen (25, 26) angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, bei der die Zustell­ einrichtung (5) eine in das Gehäuse (16) der Werkstück­ halterung (2) eingreifende Kugelrollspindel (22) auf­ weist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, bei der die Werkstückaufnahme (17) als Werkstückspindel ausge­ bildet ist.

11. Verfahren zur Kurzhubhonbearbeitung von Werkstücken (3), bei dem
11.1 ein Superfinishwerkzeug (8) angetrieben, aber ortsfest gehalten wird,
11.2 das zu bearbeitende Werkstück (3) drehangetrieben und
11.3 auf das Werkzeug (8) hin bewegt und zugestellt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Superfinishwerk­ zeug (8) drehangetrieben wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem das Werkstück (3) während der Bearbeitung quer zur Wir­ kungsrichtung des Werkzeugs (8) verschoben wird.