DE2008425A1

DE2008425A1 - Verfahren und Einrichtung zur genauen Bearbeitung von Kugeln

Info

Publication number: DE2008425A1
Application number: DE19702008425
Authority: DE
Inventors: Jaroslav Dipl.-Ing. Prag Brany
Original assignee: Vyzkumny üstav strojlrenske technologie a ekonomiky, Prag
Priority date: 1969-02-28
Filing date: 1970-02-24
Publication date: 1970-09-10
Also published as: US3667168A; SE346930B; GB1304451A; CS149741B1; CH510492A; FR2033419A1; AT305818B

Description

r. ZUrftad Marsidi . 42 OBemausen, 23. 2. 1970

Patentanwalt
4eOb©rhauaen Αην,-Akte: 75.207

Upperheidstr. 30 _r

Anmelder: Vyzkumny Ostov strojirenske technologie α ekonomiky,

¹¹ Verfahrenannd Einrichtung —

zur genauen Bearbeitung von Kugeln "

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur genauen Bearbeitung von ^agerkugeln, wie Schleifen, Läppen, bzw. Superfeinschleifen.

Bei bisherigen Verfahren zur genauen Kugelbearbeitung werden die Kugeln bandförmig beim Durchgang zwischen den Bearbeitungsscheiben bearbeitet. Sie {nüssen deshalb einer Reihe weiterer Durchgänge unterzogen werden, wodurch allmählich die Bearbeitung der ganzen Kugel erzielt wird. Die Genauigkeit der Kugelfläche wird bei diesem Bearbeitungsverfahren durch die Anzahl der erwähnten Arbeitsoperationen d.h. Durchgange durch die Bsarbeitungsscheiben erhöht. Nachteilig hierbei ist, dass die Änderungen der Drehachse an der Wahrscheinlichkeitsrechnung beruhen und die Bearbeitung zeitlich anspruchsvoll ist. Ein neueres ^erfahren der genauen Kugelbearbeitung beruht darin,dass sich die Kugeln wahrend der Arbeitsoperation bewegen, wobei eine gesetzmässige Änderung der Drehachse eintritt. Dadurch werden die Bsarbeitungsstreifen in Meridiansystemen unter gleichförmiger Materialabnahme ausgebildet. Nachteilig bei diesem Verfahren, ebenso wie bei der früher beschreibenen Art ist insbesondere daa, dass bei den weiteren Durchgängen unter den Bearbeitungescheiben die Kugeln Stössen ausgesetzt werden uzw. einesteils^durch Aneinanderprallen und einesteils durch Anstossen an die Führungsbacken, durch welche sie zum wiederholten Durchgang zwichen die Bearbeitungsscheiben gefuhrt werden, wodurch die geometrische Genauigkeit verschüchtert wird. Ausserdem wird die Kugel an der ganzen Oberfläche bearbeitet, sodass aueaer den geometrischen Anhöhen, wo eine grössere Materialabnahme eintritt, dieselbe auch an jenen Teilen der Flache bearbeitet wird, die aneonsten infolge ihrer genügenden KugelformigkeiV überhaupt keine Bearbeitung^brauchten. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit einer verhältniemäsaig grossen Materialzugabe, um die Ovalitat und

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Kantigkeit auf die verlangte Grosse herabzusetzen. Eine verhältnismässig grosse Genauigkeit und hohe Arbeitsproduktivität wird bei genauer Bearbeitung der Linsen a.B. mithilfe von Kugelkappin oder ringförmiger Werkzeuge erzielt. Diese Verfahren können jedoch nicht für die Bearbeitung ganzer Kugeln in einer Operation und auch mehrerer Kugeln auf einmal verwendet werden.

Diese Nachteile werden durch die Erfindung beseitigt. Das Wesen des neuen Verfahrens besteht darin, dass auf die schubförmig gelagerte bearbeitete Kugel unterbrochen durch eine Kraft eingewirkt wird, die ein grösseres Antriebsmoment hervorruft als das Wiederstandsmoment ist, wodurch dieselbe in eine Drehbewegung um die Achse versetzt wird, die in Bszug auf das -Verkfc zeug verschiedene Lagen einnimmt. Das tfesen der erfindungsgemässen Einrichtung besteht dann darin, dass dieselbe aus einer drehbaren, axial verschiebbaren kreisförmigen Scheibe, die mit Sitzflächen versehen ist, besteht, über denen die Kugel-Antriebseinrichtung angeordnet ist.

Der durch die Erfindung erzielte Forschritt beruht darin, dass bei den auf diese Art bearbeiteten Kugeln Parameter erzielt werden können, welche die Qualität der Geometrie d.h. die >/.·ιΤή. tax, Kantigkeit und helligkeit bestimmen, die den höchsten GerietLgkeitsgraden entsprechen. Hierbei genügt es, die Materialabnahme bis zehnmal kleiner als bei den bisherigen Verfahren zu halten. Diese Tatsaehe, zusammen mit der Möglichkeit fe einer wesentlichen Steigerung der Läppgeschwindigkeit und der vergrösserten Lippfläche hat eine wesentliche Steigerung der Arbeitsproduktivität zur Folge.

Der Erfindungsgegenstand ist in Fig.l bis β der Zeichnungen schematisch dargestellt, wobei Fig.l die genaue Kugelbearbeitung mit zwei Antriebselementen, Pig«2 die genaue Kugelbearbeitung mit einem Antriebs- und einem Stützelement, Fig. j die genaue Kugelbearbeitung im trocknen Zustand mit einem Antriebselement, Fig.4 die genaue Kugelbearbeitung mit einem Antriebselement unter Verwendung von Sohleifmaterial, Pig. 5 ein Beispiel der geometrischen Abweichung der Kugelform mit Kantig-

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keit, Fig.6 ein anderes Beispiel der geometrischen iibiweichung der Kugelform mit Ovalität, Fig.7 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Herabsetzung der Ovalität bzw. dar Kantigkeit von der Materialabnahme der Kugel und Fig-8 die Einrichtung für genaue Kugelbearbeitung darstellt.

Damit die Kugelbearbeitung möglichst genau erfolgt, muss man den Kugeln eine solche Bewegung erteilen, bei welcher die Materialabnahme der Kugel und des Bearbeitungswerzeuges gleichmassig verläuft, wobei die Kugelbewegungen auf das kleinetmogliche Mass beschränkt werden sollen. Vor der genauen Bearbeitung hat die Kugel die typische, in den Fig.5 und 6 dargestellte Form. Sämtliche Abweichungen von der kreisrunden Form wie Kantigkeit (Fig. 5) oder Ovalität) (Fig= 6)- müssen durch allmähliche Materialabnähme beseitigt werden. Am vorteilhaftesten ist es, wenn die. Bearbeitung eben nur auf die Beseitigung derartiger Abweichungen .abgestimmt wird, während diejenigen Teile der Oberfläche, die bezüglich ihrer kreisrunden Form entsprechen; überhaupt nicht bearbeitet werden bzw. nur um die Oberflächenqualität zu verbessern.

Aus der graphischen Darstellung in fig.7 ist die Abhängigkeit der erzielten Genauigkeit vPn der Materialabnahme ersieht-·^·' Bearbeitungsphase die Kantigkeit bzw. Ovalität verhältnismässig schnell, watend nach,Erzielung einer bestimmten Genauigkeitsstufe die weitere Genauigkeit nur sehr langsam erreicht wird, wie= es die Kurve "a" darstellt. Beim erfindungsgemässen Bearbeitungsverfahren wird die Zeitkonstante bedeutend herabgesetzt unter gleichzeitiger Steigerung der erzielten Genauigkeit, wie es die Kurve ^wb" darstellt.

Die bearbeitete Kugel, die in das V/erzeug derart eingelegt wird, dass sie nur einer Gleitreibung ausgesetzt wird, führt nach Beginn der Bearbeitung nur eine gemeine Bewegung aus, die aus zwei Drehbewegungen besteht uzw. einer Relativ- md einer Schleppbewegung. Dadurch ist jedoch noch nicht sicher gestellt, dass die Kugel an jeder Stelle ihrer Oberfläche bearbeitet wird, da die zwei resultierenden Bewegungen, mit denen sich die Kugel ohne Unterbrechung bewegen würde, eine Drehung der Kugel nur um

lieh. Beim bisherigen Bearbeitungsverfahren sinkt in der ersten

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eine Achse hervorrufen würden . Dies wird beseitigt) indem nan die ^Relativbewegung unterbrochen verlaufen lässt, wobei die Kugel jeweils an anderer Stelle der mitführenden Bewegungsbahn zu drehen beginnt. Dadurch ersielt man, dass die Kugel jeweils um eine andere Achse rotieren wird, wodurch auch die gesamte Kugeloberfläche regelmässing bearbeitet wird.

Pur alle in den Fig.1,2 u.3 dargestellten Prinzipien muss die Forderung erfüllt werden, dass das Antriebsmoment M_n grosser als das Vi/iderstandsmoment M wird. Beim Verfahren gemäss Fig.l u. 2 ist ersichtlich, dass die Erfüllung dieser Forderung nicht schwierig ist. Beim Prinzip gemäss Fig.l kann man jeweils den Winkele»^, derart wählen, dass M_n^M₁, ist. Ähnlich beim Prinzip nach Fig.2 kann das Antriebsmoment M beliebig durch Änderung der Kraft, mit welcher die kreisrunde Scheibe auf die Kugel einwirkt, geändert werden. Bsi dem in Fig.3 dargestellten Prinzip muss man für das Antriebselement solches Material wählen, dessen Reibungskoeffizient:Antriebselement-Kugel die Erfüllung der Ungleichkeit M_n J> M_r ermöglicht. Es kann mathematisch bewiesen werden, dass beider Entfernung der Kugelmitte- vom oberer. Teil des Sitzes gleich 0,5 des Kugelhalbmessers ausreichend ist, wenn der Reibungskoeffizient f_p (Kugel-Antriebselement) um 55 % grosser let , als der Reibungskoeffizient f_r (Kugel-Sitz). Bei Bearbeitung mit einer Schleifemulsion (Fig.4) muss für das Antriebselement ein elastischen Material verwendet v/erden, damit die . Berührungsfläche der Kugel mit dem Antriebselement angemessen grosser wird als die Berührungsfläche Kugel-Sitz. Das Antriebsmoment M ist hier von der dynamischen Viskosität der Schleifemulsion abhängig; von der dynamischen Viskosität geht hervor, welche Grossen eingehalten werden müssen,.damit die Bedingung M_n"- M erfüllt wird. Es ist dies somit die relative Grosse der Berührungsflache Kugel-Antriebselement, Koeffizient der dynamischen Viskosität und Geschwindigkeit des Antriebselementes. Durch geeignete Relation dieser Grossen kann wiederum erreicht werden, dass das Antriebsmoment HL grosser wird als das Widerstandsmoment M .
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In Fig.8 ist ein praktisches Ausfiihrungsbeispiel der Einrichtung für genaue Kugelbearbeitung dargestellt. Die kreisrunde Scheibe 1, versehen mit den Sitzflächen £jin denen die bearbeiteten Kugeln 3. gelagert sind, ist an der drehbar gelagerten Antriebswelle 4 gelagert, die mittels eines Übersetzugsge trie be s, welches durch das Rad _5, das Ritzel 6 und den Elmo-r tor 2 gebildet wird, angetrieben wird. Ausser der Drehbewegung kann sich die Welle,4 in Richtung ihrer Achse dadurch verschieben, dass sie mit dem Kolben 8 des pneumatischen bzw. hydraulischen Zylinders £ verbunden ist.Der untere Teil der Kolbenstange ist mit einem einstellbaren Anschlag _1Ο versehen. Über der Scheibe 1 ist eine Antriebseinrichtung der Kugeln ^. vorgesehen, dargestellt durch das endlose Band JLl und die elastischen Platten .12.. Die Breite des Bandes 11, welches zwischen zwei Trommeln 14 gespannt ist, ist annähernd die gleiche wie der Durchmesser der Scheibe 1. Der Antrieb des Bandes 11 wird durch den Elmotor 1£ sichergestellt. Der Eintritt 18 und Austritt 1£ des Mediums in den Zylinder £ wird durch den Verteiler 16 gesteuert, welcher von Hand aus bzw. automatisch mithilfe eines elmagneti-r sehen Schiebers und der Zeitrelais Γ£ gesteuert werden kann. Ober dem unteren Teil des Bandes 11 ist die Stutzplatte 13 vorgesehen, die mit, in Reihe angeordneten Walzen (nicht eingezeichnet) versehen werden kann, um die Gleitreibung in eine Walzreibung überzufuhren. Die kreisrunde Scheibe 1. mit den Sitzflächen 2_ kann herausgenommen werden. Nach Beendung der Wellenbewegung 4 in die untere Lage, kommt die Scheibe 1 zum Aufeitzen auf die Leisten 2_O, sodass man sie herausschieben kann.

Nach Einlegen der Scheibe !.,gefüllt mit den Kugeln 3, die zur Bearbeitung bestimmt und mit dem Schleifmaterial bestaubt eind, auf die Platte der Welle 4 wird die letztere in die obere Lage herausgeschoben, welche durch den Druck des-Mediums unter dem Kolben Q bestimmt, bzw. durch den einstellbaren Anschlag |.Q begrenzt wird. Durch Herablassen beider Elmotoren 2,1£ wird die Welle £ in Drehbewegung versetzt. Auch das Band jy., welches die Funktion dee Antriebselementes erfüllt, wird in Bewegung versetzt. Hierbei fangen die Kugeln χ sich an den elasti-

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sehen Platten 12 des ^bndes Yl abzuwälzen und sich in ihren S? ':· zen 2_ der Scheibe JL zu drehen. Die Kugeln 3, werden während ihrer Bearbeitung nur in solchen Zeitabschnitten gedreht, in denen si^a mit den elastischen Platten Ig_- des Bandes IJ. in direkter Berührung stehen. Durch geeignete Kombination der Bandgeschwindigkeit 11, der Plattenlänge 12 und durch die Drehzahl der Welle 4. wird hier 4e* erreicht, dass sich die Drehachse der Kugeln 3. gesetzmassig in Abhängigkeit von der Relation dieser Grossen ändert, wodurch eine gleichförmige Bearbeitung der Kugeloberflache erzielt wird. Für die gleichförmige kugelige Formung der Sitze ist hier noch eine Reversierung der Wellendrehung £ in gleichen Zeitintervallen während der Bearbeitung vorgesehen.

Eine andere Art der Drehachsenänderung der Kugel 3./die hier t zur Geltung gebracht werden kann, bei Verwendung des elastischen Bandes I_-I mit den Platten 12, die das Band 11 vollständig bedekken, beruht in der Unterbrechung des Kugelkontaktes mit den Platten 12_ des %ndes JLJL. Bei ununterbrochener Drehung der Scheibe JL wird diese durch Verschiebung der Welle 4, derart entfernt,dass der Kontakt der Kugel 3. unterbrochen wird, worauf eine Drehung um den vorher eingestellten Winkel, v/elcher mit Vorteil nahe 90° liegt, ausgenommen eben den Winkel 90°, erfolgt. Annäherung und Entfernung der Scheibe erfolgt in regelmässingen Intervallen z.B. auf die weiter beschriebene Art. Die Kugeln 3_jwelche in Kontakt mit den elastischen Platten JL2 während des Zeitabschnittes T stehen, drehen sich um ihre eigene Achse. Wahrend dieses Abschnittes dreht sich die Scheibe JL um den WinkeIeC · Nach Beendung W des Abschnittes T_m folgt der Abschnitt T₁ wo sich die Scheibe 1 entfernt und die Kugeln 3, sind im Stillstand. Ihre letzte Drehachse ändert sich somit in Bezug auf den Sitz 2, nicht. Da sich jedoch wLrend dieses Zeitabschnittes T_n die entfernte Scheibe 1 um den Winkel ρ dreht, ändert sieh die Lage der Kugeldrehachse in Bezug auf die .Richtung der Geschwindigkeit des Bandes JLl. Der Winkel (fliegt mit Vorteil zwischen 50° und 80°. Der Wickel (*> ist insbesondere vom verwendeten Sohleifmaterial und der Bandgeschwindigkeit, somit von der einheitlichen Materialabnahme der Kugeln 3_ abhängig und man kann denselben beliebig nach verlangter geometrischer Genauigkeit wählen. Die Grosse des Win-

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kels bewegt sich vorzugweise im Werte des ganzen Vielfachen von 90°, d.h. 90° , 180°, 270° usw. Die Wahl dieser Winkel und wird durch die Zeitrelais Y£ ermöglicht.

Die Qualität der Bearbeitung ist von der Frequenz der Rotationsaehesen - Änderung abhängig. Je höher diese frequenz ist, desto regelmäßiger wird die Bearbeitung der Kugel. Da eine zu häufige Entfernung der Seheibe von der Antriebseinrichtung sher zeitraubend ist, kann man vorzugsweise die Zahl des Ausbaues dieser Scheiben beschränken ohne gleichzeitig die Frequent der Rotationsachsen - Änderung herabsetzen zu müssen. Man erreicht dies durch eine solche Gestaltung der Antriebseinrichtung, daß sie imstande ist, eine Reversierbewegung durchzuführen. Jede Änderung der Bewegungsrichtung der Antriebsvorrichtung ruft nämlich Achsenänderungen der Rotation der Kugel hervor. Man erreicht also beim Anwenden einer Hin- und Herbewegung der Antfiebseinrichtung denselben Effekt wie bei einer Beschränkung der vertikalen Bewegung dUer Schleifscheibe.

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Claims

Patentansprüche

l.y Verfahren zur genauen Bearbeitung von Lagerkugeln, väe

Schleifen, Lappen oder Superfeinschleifen, dadurch gekennzeichnet, dass die bearbeitete Kugel schubartig in das Bearbeitungswerkzeug eingelegt wird, v/o sie nach Beginn der Bsarbeitungsoperation, bei welcher auf die Kugel eine Kraft mit grösserem Antriebsmoment als das Widerstandsmoment ist, einwirkt, eine Drehbewegung um ihre Achse ausführt, hiernach wird die Einwirkung der Kraft auf die Kugel unterbrochen und diese bewegt sich nur mit einer Schleppbewegung und nach erneutem Einwirken der Kraft auf die Kugel wird sich diese um eine andere .achse drehen, worauf sich der ganze Vorgang weehesinder Krafteinwirkung auf die Kugel wiederholt.

Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer drehbaren, axial verschiebbaren Scheibe (l) versehen mit den Sitzen (2) besteht, über denen eine unterbrechen einwirkende Kugel- Antriebseinrichtung angeordnet ist.

PATENTANWALT

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