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WERKZEUG ZUR FERTIGBEARBEITUNG Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf Werkzeuge, die zur mechanischen Bearbeitung nach dem Verfahren der plastischen
Verformung von metallischen Werkstücken verwendet werden, insbesondere auf Werkzeuge
zur Fertigbearbettung der inneren Rotati onsflächen in Werkstücken.
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Diese Erfindung kann im luaschinenbau zur bearbeitung der Innenflächen
von Kraftzylindern, Motorlaufbüchsen, präzisen Zylindern in der Meßapparatur, der
Innenflächen von Lagerringen angewendet werden.
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Lit dem besten Erfolg kann diese Erfindung bei der Bearbeitung der
Innenflächen von dümiwaxidigen Werkstücken verwendet werden, die eine zylindrische,
elliptische, sphärische und kegelige Form der Oberflächen mit kWKG niger und welliger
Lantellinie aufweisen, sowie auch zur Bearbeitung von Werkstücken, welche eine verhältnismäßig
geringe Steifigkeit haben.
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Bekannt ist ein Werkzeug zur Fertigbearbeitung durch
plastische
Verformung der inneren Rotationsflächen in Werkstücken, das längs der geometrischen
Achse der zu bearbeitenden Oberfläche linear verschiebbar ist und ein Gehäuse enthält,
das einen Rotationskörper darstellt, auf dessen Mantelfläche mindestens eine Ringnut
zur Unterbringung von verformenden Elementen ausgeführt ist, von denen jedes einen
Rotationskörper derstellt, der um seine geometrische Achse drehbar und längs der
liut verschiebbar angeordnet ist.
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Bei dem bekannten Werkzeug stellt das Gehäuse einen abgestuften Zylinder
dar, auf dessen einer Stufe, die den mittleren Durchmesser besitzt, eine Büchse
mit kegeliger Außenfläche aufgesteckt ist. Auf dem Gehäuseabsohnitt mit dem maximalen
Durchmesser ist eine zylindrische Buchse längs der Gehäuseachse verschiebbar angeordnet.
Der Abschnitt des Gehäuses, der sich an dessen Ende anschließt, weist den minimalen
Durchmesser auf, auf den mit Möglich keit der Verschiebung längs der Gehäuseachse
eine Hülse aufgesetzt ist, deren Außendurchmesser dem Außendurchmesser der auf das
Gehäuse aufgesteckten zylindrischen Büchse gleich ist.
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Der Abschnitt des Gehäuses, der an die Stirnseite desselben angrenzt,
ist zur Befestigung des Werkzeuges in der Pinole einer Deit- und Zugspindeldrehmaschthe
vorgerichtet.
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Zwischen den einander zugekehrten ebenen Stirnflächen der zylindrischen
Büchse und der Hülse, welche die Nut bilden, ist gleichmäßig am Krwisumfang verteilt
eine Reihe von verformenden Elementen angeordnet, die sich während der Arbeit des
Werkzeuges gegen die kegelige Oberfläche der auf das Gehäuse aufgesteckten Büchse
abstützen.
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Zur Beioehaltung gleicher Abstände zwischen den verzormenden Elementen
sind die letzteren in einem Käfig untergebracht, zu dessen beiden Seiten Drucklager
angeordnet sind. ber Aussenring eines der Lager stützt sich gegen die Stirnfläche
der Hülse ab, und der des anderen Lagers -gegen die Stirnfläche der zylindrischen
Büchse.
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Im Gehäuse ist eine zentrale @xialbohrung ausgeführt, durch die eine
Zugstange durchgelassen ist. Ein Rnifdieser Zugstange weist ein Gewinde zur Befestigung
der Hülse auf, in deren Boden eine oeffnung zum Durchtritt der Zugstange ausgeführt
ist. An dem anderen Ende der Zugstange ist ein zu deren Längsachse senkrechtes Loch
vorhanden, in dem ein Stift eingepreßt ist. Zur Untprbringung #es ~ßti##es ist im
Werkzeuggehäuse eine in bezug auf dessen Längsachse senkrecht verlaufende Nut eingearbeitet,
deren Breite es dem Stift erlaubt, sich längs der Gehäuseachse zusammen mit der
Hülse und der Zugstange zu verschieben. Die Stift enden ragen in Offnungen hinein,
welche in der zylindrischen Büchse ausgeführt sind.
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Die Hülse und die zylindrische Büchse sind mit Hilfe
von
Ifluttern befestigt, von denen eine auf das Ende der Zugstange, die aus dem Bereich
der Hülse herausragt, und die andere auf das Gehäuse aufgesetzt ist.
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Im Körper des Gehäuses ist ebenfalls eine Öffnung für die Zuführung
einer Schmier- und Kühlflüssigkeit zu der verformenden Elementen und den Drucklagern
ausgeführt.
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Als verformende Elemente-werden Kugeln verwendet.
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Während der Arbeit des Werkzeuges treten die verformenden Elemente
mit der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks in Kontakt, das im Futter einer
Beit- und Zugspindeldrehmaschine auf genommen ist. Das Werkzeug ist hierbei in der
Pinole im Reitstock der Maschine gleichachsig mit der zu bearbeitenden Oberfläche
angeordnet. Da der Durchmesser des die verformenden Kugeln einhüllenden Kr#eises
den Durchmesser der zu bearbeiteffden Oberfläche um eine vorgegebene Größe des Abermaßes
übersteigt, so werden die verformenden Kugeln bei der linearen Verschiebung des
Werkzeugs zwischen der Kegelfläche der Büchse und der zu bearbeitifnien Oberfläche
verklemmt und führen eine Quetschung von Rauhigkeiten auf derselben aus. Die Vorschubkraft
wird auf das Werkzeuggehäuse und von diesem über die zylindrische und die kegelige
Büchse sowie das Drucklager zu jeder der verSormenden Kugeln übertragen.
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An den Berührungsstellen der verformenden Kugeln mit der zu bearbeitenden
Oberfläche, mit der Oberfläche der
kegeligen Buchse und dem Drucklagerring
werden Drücke erzeugt, die bedeutende Reibungskräfte und eine Temperaturerhöhung
hervorrufen. Zur Verminderung der Reibungskräfte und der 'Gemperatur sowie zur Erhöhung
der Bearbeitungsgüte der Oberfläche wird den angegebenen Stellen über die Off -Ilung
im Gehäuse die Schmier- und Kühlflüssigkeit unter Druck zugeführt.
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~v#'#hrend der Bearbeitung der Oberfläche durch die verformenden
Elemente findet deren Kalthärt@ng und Verfesti -gung statt.
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Nach beendeter Bearbeitung wird das Werkzeug in die Ausgangslage
zurückgeführt. Bei der rückläufigen Bewegung des Werkzeuges stützen sich die Kugeln
im ersten Augenblick gegen die bearbeitete Oberfläche ab und werden unter der Wirkung
dieser Kraft etwas längs der iuantellinie der kege -ligen Büchse in Richtung zu
deren kleineren Durchmesser verschoben, weshalb bei der weiteren Bewegung des Werkzeuges
die Kugeln die bearbeitete Oberfläche nicht mehr berühren.
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Das bekannte Werkzeug besitzt eine Reihe von Nachteilen, von denen
einer im ständigen starren Kontakt der verformenden Elemente mit der zu bearbeitenden
Oberfläche, mit der Oberfläche der kegeligen Büchse und mit dem Käfig besteht, dadurch
bedingt, daß die verf ormenden Elemente in die zu bearbeitende Bohrung mit übermaß
eintreten. Als Resultat
sind beträchtliche Radialkräfte zu verzeichnen,
deren Größe von der Größe des Ubermaßes, von der Ausgansrauheitsklasse der zu bearbeitenden
Oberfläche, den Vorschubgrößen aes Werkzeuges, der geforderten Hauheitsklasse der
zu bearbeitenden Oberfläche und der Beschaffenheit des zu bearbeitenden -çverkstoffes
abhängt.
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Im Falle, wenn das verformende Element als Kugel augebildet ist, liegt
die Größe der auf jede von ihnen wirkenden Radialkraft im Bereich von 0,75 bis 3,0
kN, falls çes aber als Rolle gestaltet ist - von 1,8 bis 7,0 kN. Das Auftreten solcher
Kräfte begünstigt einen schnellen Verschleiß der Kegelfläche der Büchse und der
Oberfläche der verformenden Elemente selbst. Dies macht häufige Auswechselung dieser
Teile notwendig, weil ihre verschlissenen Oberflächen die Qualität und Genauigkeit
der bearbeiteten Oberfläche negativ beeinflussen.
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Außerdem schaffen die vorstehend angegebenen Größen der während der
Bearbeitung entstehenden Radialkräfte Bedingungen, unter denen diese Bearbeitung
nur für Werkstücke möglich ist, welche ausreichende Steifigkeit und Festigkeit besitzen.
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Dadurch, daß die bekannte Werkzeugkonstruktion während des Bearbeitungsprozesses
nur ständige Radialkräfte, die auf die zu bearbeitende Oberfläche einwirken, erzeugen
läßt, wird die Möglichkeit zur Erzielung verschiedener
Charakteristiken
der Genauigkeit und Qualität einzelner Abschnitte der zu bearbeitenden Oberfläche
ausgeschlossen.
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Das ist auch ein Nachteil der Bauart des bekannten Werkzeuges.
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Noch ein Nachteil der bekannten Konstruktion besteht darin, daß das
Werkzeug die Bearbeitung von Oberflächen nur eines Durchmessers zuläßt, auf welchen
die Ausladung der verformenden Elemente einmal einreguliert wurde.
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Ein weiterer Nachteil des bekannten Werkzeuges ist, daß bei dessen
Rückführung in die Ausgangslage die verformenden Elemente längs der Mantellnnie
der kegeligen Büchse in Richtung zu deren kleinerem Durchmesser verschoben werden
und die bearbeitete Oberfläche nicht berühren, so daß für die Bearbeitung der Oberfläche
nur der Hingang des Werkzeuges ausgenutzt werden kann.
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Da beim Arbeiten an den Berührungsstellen der verformenden Elemente
mit der zu bearbeitenden Oberfläche, mit der Oberfläche der kegeligen Büchse, des
Käfigs und mit dem Ring des Drucklagers eine Reibung entsteht, die eine bedeutende
Erhöhung der Temperatur hervorruft, so ist zur Verhinderung ihres Einflusses auf
die Strukturänderung des Werkstoffes der verformenden Elemente und deren Verschleiß
sowie auf die Qualität der zi bearbeitenden Oberfläche die Anwendung der Schmier-
und Kühlflu"ßsig
keit notwendig. Dies kompliziert die Werkzeugkonstruktion.
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Außerdem werden an die Genauigkeit und Geometrie der Oberfläche der
verformenden Elemente verhältnismäßig hohe Anforderungen gestellt, was die Möglichkeit
der Verwen -dung von standardisierten Xugeln oder Rollen unabhängig von deren Genauigkeitsklasse
erschwert.
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Zweck der #rfindung ist die Beseitigung der vorerwähnten Nachteile.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug zur Liertigbearbeitung
durch plastische Verformung von inneren Rotationsflächen in Werkstücken mit einer
solchen Anordnung der verformenden Elemente im Gehäuse zu schaffen, die es gestatten
würde, die zur Durchführung des Vorgangs der plastischen Verformung der zu bearbeitenden
Oberfläche erforderlichen Kräfte herabzusetzen und Bedingungen zu schaffen, die
den Einfluß der Temperatur, die im Prozeß der Einwirkung der verf ormenden Elemente
auf die zu bearbeitende Oberfläche entstehen, vollkommen ausschließen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Werkzeug zur Fertigbearbeitung durch
plastische Verformung von inneren Rotationsflächen in vver#stu#cken gelöst, welches
l#s der geometrischen Achse einer zu bearbeitedden Oberfläche linear verschiebbar
ist und ein Gehäuse enthält, das einen Rotationskörper darstellt, auf dessen Mantelfläche
mindestens eine
Ringnut zur Unterbringung von verformenden Elementen,
von denen jedes einen Rotationskörper darstellt, ausgebildet ist, die um ihre geometrische
Achse drehbar und längs der Nut verschiebbar angeordnet sind, bei welchem Werkzeug
erfindungsgemäß im Gehäuse eine zentrale Axialbohrung ausgeführt ist, von der mindestens
ein Kanal abgeht, der in einer zum JutgrunB querverlaufenden Ebene liegt und im
wesentlichen tangential zum Nutgrund gerichtet ist sowie für die Zuführung eines
Druckmittels zu den veriormenden Elementen dient, die unter Einwirkung dieses Mittels
sich längs der Ringnut versceieben und um die eigene Achse drehen.
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Dadurch, daß die verformenden Elemente in der Nut frei untergebracht
sind und sich in ihr unter Einwirkung des Druckmittels versonieben, vollführen sie
schwingende Bewegungen in radialer Richtung zu der zu bearbeitenden Oberfläche und
längs derselben sowie hin- und hergehende Bewegungen jedes in bezug auf seinen Schwerpunkt.
Dies trägt zur Verminderung der Kraft bei, die zur plastischen Verformung des Werkstückmaterials
erforderlich ist.
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iivährend der Arbeit wes Werkzeugs ist außerdem eine Regelung des
Drucks des den verformenden Elementen zugeführten mittels möglich, was es gestattet,
dunnwandige Werkstücke zu bearbeiten und im Bereich ein und derselben zu bearbeitenden
Oberfläche nach der Bearbeitungsgüte
verschiedene Abschnitte derselben
zu erhalten.
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Da sich die verformenden Elemente bei der vorgeschlagenden Konstruktion
in radialer Richtung verschieben können, bietet sich die Möglichkeit, elliptische,
kegelige Oberflächen and Rotationsflächen mit krummlinier oder welliger mantellinie
zu bearbeiten.
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Während der Arbeit des Werkzeuges dient das aen verformenden Elementen
unter Druck zugeführte mittel gleichzeitig als Kühlmittel, wodurch der Einfluß der
Temperatur auf die zu bearbeitende Oberfläche und die verformenden Elemente vollkommen
ausgeschlossen wird.
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In einer der Ausführungsvarianten der Erfindung ist das Gehäuse aus
drei Teilen ausgeführt: einer Hülse und zwei auf diese aufgesetzten Scheiben, deren
einander zugekehrte ebene ;3tir#flächen die Seitenflächen der Nut bilden, wobei
zumindest eine Scheibe auf der Hülse längs der Achse derselben zur Regelung der
;nutbreite verschiebbar angeordnet ist.
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Eine derartige Konstruktion gestattet es, in ein und demselben Werkzeug
verformende Elemente unterschiedlicher Durchmesser je nach den konkreten Bearbeitungsbedingungen
und den Anforderungen an die Qualität der Oberfläche nach deren Bearbeitung zu verwenden.
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In einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung besitzt eine der
Scheiben am peripheren Abschnitt ihrer
ebenen Stirnfläche, die
der ebenen Stirnfläclie der anderen Scheibe zugekehrt ist, einen ringförmigen Vorsprung
zum Festhalten der verformenden Elemente in der Nut beim Herausführen des Werkzeuges
aus dem Werkstück.
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Beim Werkzeug einer solchen Konstruktion wird die Größe der Ausladung
der verformenden Elemente in radialer Richtung etwas begrenzt, aas Werkzeug aber
wird bequemer im Betrieb.
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In den Fällen, wenn das Werkstück eine verhältnismäßig geringe Steifigkeit
und Festigkeit besitzt, werden zweckmäßig als verformende Elemente Kugeln verwendet.
Die Kugel hat einen punktförmigen Kontakt mit der zu bearbei -wenden Oberfläche,
was die Erzeugung hoher spezifischer Drücke ermöglicht, die zur ~Durchführung des
Bearbeftungsprozesses ausreichend sind.
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Falls jedes der verformenden Elementen eine Rolle darstellt, ist
die Möglichkeit gegeben, die Produitivität bei der Oberflächenbearbeitung dadurch
zu steigern, daß die Rolle einen linienförmigen Kontakt mit der zu bearbeitenden
Oberfläche hat, wodurch der Werkzeugvorschub vergrößert werden kann. Jedoch sind
die Radialkräfte seitens der Verf ormenden Rollen auf die zu bearbeitende Oberfläche
bedeutend größer als im vorhergehenden @all.
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Ftir alle Fälle der Oberflächenbearbeitung mittels des vorgeschlagenen
Werkzeuges gestattet die Konstruktion desselben, sowohl den Hin- als auch den Biickgang
des Werkzeugs
dadurch zu benutzen, daß der Kontakt der verformenden
Elemente mit der zu bearbeitenden Oberfläche durch Zuführung eines Druckmittels
an dieselben sichergestellt wird.
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Nachstehend werden konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung mit
Bezugnahme auf die beigefügten Zeich -nungen angeführt; in den Zeichnungen zeigen:
Fig.1 das erfindungsgemäße Werkzeug zur Fertigbearbeitung der Innenflächen von Werkstücken,
teilweiser axialer Längsschnitt; Fig.2 einen Schnitt nach Linie II-II der Fig.1;
Fig.3 eine Ausführungsvariante des erfindungsgemaßen Werkzeugs, teilweiser axialer
Längsschnitt; Fig.4 einen Schnitt nach Linie IV-IV der Fig.3; Fig.3 das erfindungsgemäße
Werkzeug zusammen mit einer Vorrichtung zum Auffangen der verformenden Elemente,
axialer Längsachnitt; Fig.6 einen Schnitt nach Linie VI-VI der Fig.5; Fig.? eine
Ausf(ihrnngsvariante des erfindungsgemäßen Werkzeugs, teilweiser axialer Längsschnitt;
Fig.8 dasselbe Werkzeug in einer Ausführungsvariante; Fig.9 einen Schnitt nach Linie
11-11 der Fig.8; Fig .10 eine # Ausführungsvariante des erfindungegemäs en Werkzeuge,
teilweiser axialer Längsschnitt;
Fig .11 einen Schnitt nach Linie
M-XI der Fig~10; Fig.12 eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Werkzeugs,
teilweiser axialer Längsschnitt; Fig.13 einen Schnitt nach Linie XIII-XIII der Fig.12.
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Das Werkzeug zur Fertigbearbeitung durch plastische Verformung von
inneren Rotationsflächen in Werkstücken enthält ein Gehäuse 1 (Fig.1), das einen
Zylinder darstellt.
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Auf der Mantelfläche des Gehäuses 1 ist senkrecht zu dessen Achse
eine Ringnut 2 zur Unterbringung von verformenden Elementen 3 ausgebildet. Als verformende
Elemente werden in dem vorliegenaen Beispiel Kugeln verwendet. Der Durchmesser der
Kugeln wird in Abhangigkeit von dem Werkstückmaterial, der Rauheitsklasse der Oberfläche,
ihrer Form und anderen Faktoren gewählt, die die Bearbeitungsbedingungen beeinflussen.
Die Seitenflächen der Nut 2 sind eben ausgeführt, und der Abstand zwischen ihnen,
a.n. die Breite der Nut 2 ist als hinreichend zur freien Unterbringung der verf
ormenden Elemente 3 gewählt. So z.B. ist für ein Werkzeug mit 80 mm Gehäusedurchmesser
und dem Durchmesser der verformenden Elemente von 12,7 mm der Spalt zwischen der
Kugel und einer der Seitenwände der Ringnut beim Anliegen der Kugel an der anderen
Seitenwand 1 mm gleich.
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Die Tiefe der Ringnut 2 wird etwas größer als die Abmessung des verformenden
Elementes 3 gewählt. Der Abstand
längs dem Bogen zwischen den verformenden
Elementen 3 wird solcherweise gewählt, daß eine spielfreie Anordnung dieser Elemente
3 untereinander während der Arbeit des Werkzeuges ausgeschlossen wird. Die verformenden
Elemente 3 sind in der Nut 2 drehbar um die eigene geometrische Achse und verschiebbar
längs der Nut angeordnet.
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Das Gehäuse 1 besitzt einen zylindrischen Schaft 4, der sich an das
Gehäuse 1 anschlie#t und gleichachsig mit diesem angeordnet ist. Der Schaft 4 dient
zur Befestigung des Werkzeuges in einem Dorn 5, der seinerseits in der Pinole des
Reitstocks einer Leit- und Zugspindeldrehmaschine (nicht abgebildet) angeordnet
wird. Im Dorn 5 ist eine zylindrische Grundbohrung 6 zur Aufnahme des Schaftes 4
ausgeführt, dessen ein Oberflächenabschnitt glatt und der andere mit Gewinde versehen
ist.
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Im Gehäuse 1 und dem Schaft 4 ist erfindungsgemaß eine zentrale Axialbohrung
7 ausgeführt. Von der Bohrung 7 gehen Kanäle 8 (Fig.2) ab, die in einer zum Grund
der Nut 2 querverlaufenden Ebene liegen und im wesentlichen tangential zum Nutgrund
gerichtet sind. Die kanäle 8 dienen für die Zuführung eines Druckmittels zu den
verf ormenden Elementen 3.
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Im Dorn 5 ist ein von dessen Bohrung 6 abgehender Kanal 9 ausgeführt,
in dem ein nicht dargestellter Schlauch befestigt wird, welcher die Bohrung 7 im
Gehäuse 1 mit einer (nicht mitabgrebildeten) Druckmittelquelle verbindet.
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Die liialbohrnng 7 im Gehäuse 1 ist zur bequemen Herstellung durchgehend
ausgeführt und mit einem Stopfen 10 verschlossen. Der Stopfen 10 weist ein Kegelgewinde
auf, welches dessen Lockerung wa~hrend der Arbeit des Werkzeuges verhindert. Der
aus dem Bereich des Gehäuses 1 herausragende Kopf 11 des Stopfens 10 ist sechsflächig
ausgeführt und wird beim Einschrauben des Schaft es 4 des Gehäuses 1 in den Dorn
5 benutzt.
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Der Außendurchmesser des Werkzeuggehäuses 1 wird etwas kleiner als
der Durchmesser der zu bearbeitenden Bohrung im Werkstück 12 gewählt, das zwecks
Bearbeitung im Futter einer Leit- und Zugspindeldrehmaschine (nicht abgebildet)
eingespawit wird.
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In der Figur 3 ist eine andere Ausführungsvariante der Erfindung
dargestellt. Bei dieser Variante enthä@t das Werkzeug ein Gehäuse 13, welches ebenfalls
einen Rotationskörper darstellt. Das Gehäuse 13 setzt sich aus drei Teilen zusammen:
einer lililse 14 und zwei auf diese aufgesetzten Scheiben 15. Die ebenen Stirziflächen
der Scheiben 15, die einander zugekehrt sind, bilden die Seitenflächen der Nut 2.
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Die Scheiben 15 sind längs der Achse der hülse 14 zur Einstellung
der Breite der Nut 2verschiebbar angeordnet. Zur anordnung der Scheiben 15 ist auf
der iußenfläche der Hülse 14 ein rin#förmiger Bund 16 ausgebildet, zu dessen beiden
Seiten längs der Achse der Hülse 14 die Scheiben 15
befindlich
sind, welche mit ihren ebenen Stirnflächen an den ebenen Seitenflächen des Bundes
16 anliegen. Die Breite der Nut 2 wird in Abhängigkeit vom Durchmesser der veriormenden
Eugeln 3 gewählt, die in dieser Nut untergebracht werden. Die Einstellung der Breite
der Nut 2 erfolgt durch die Auswahl der Dicke einer Ringeinlage 17 , die zwischen
den einander zugekehrten ebenen Oberflächen einer der Scheibe 15 und des ringförmigen
Bundes 16 angeordnet ist.
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Die Scheiben 15 sind auf der Pulse 14 mit Hilfe von Muttern 18 und
einer Gegenmutter 19 befestigt, wozu auf den entsprechenden Abschnitten der Außenfläche
der Hülse 14 ein Gewinde ausgeführt ist.
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Die Hülse 14 ist in einem Stück mit dem Schaft 4 ausgeführt, der
gleichfalls zur Befestigung des Werkzeuges im Dorn 5 dient. Im Körper der Hülse
14 und des Schaftes 14 ist eine zentrale Azialbohrung 20 ausgeführt, die mit der
im Dorn 5 ausgeführten Bohrung 6 und folglich mit dem Kanal 9 in Verbindung steht,
welche für die Zuführung eines Druckmittels zu den verformenden Elementen 3 dienen.
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Hierzu sind im Körper der Buchse 14 von der Bohrung 20 abgehende
Kanäle 21 (Fig .4) ausgeführt, die in einer zum Grund der Nut 2 querverlaufenden
Ebene liegen.
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Zum bequemen Betrieb des Werkzeuges besitzt eine der Scheiben (Fig.'
3), im gegebenen Beispiel die (in der Zeich -aung) linke Scheibe, an dem peripheren
Abschnitt ihrer ebenen
Stirnfläche, die der Stirnfläche der anderen
Scheibe 15 zugekehrt ist, einen ringförmigen Vorsprung 22 drei eckigen Querschnitts,
der zum Festhalten der verformenden Elemente 3 in der Nut 2 beim Herausführen des
Werkzeuges aus dem Werkstück 12 dient. Jedoch ist beim Werkzeug einer solchen Konstruktion
die Ausladung der verformenden Elemente 3 etwas kleiner als im Werkzeug gemäß Fig.1
Zum bequemen Betrieb des Werkzeuges ist eine Vorrichtung 23 (ei6.5) vorgesehen zum
Auffangen der verformenden Elemente 3 beim Herausführen des Werkzeuges auS der zu
bearbeitenden Bohrung. In den Fällen, wenn die zu bearbei -tende Oberfläche des
Werkstücks 23a eine wellige hiantellinie hat, können lediglich Werkzeuge eingesetzt
werden, bei denen die Seitenwände der Sut glatt sind und die Ausladung der verformenden
Kugeln 3 über die abmessuagen des Gehäuses 13 bei der Bearbeitung dem halben Durchmesser
der Kugel 3 nahekommt. Und überhaupt soll bei der Bearbeitung von Oberflächen mit
welliger Liantellinie die Wellentiefe den halben Durchmesser der Kugel 3 nicht überschreiten.
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Der Durchmesser der Kugel 3 wird derart gewählt, daß der minimale
Hrümmungshalbmesser der Mantellinie einer krummlinigen oder welligen Oberfläche
den Halbmesser der Kugel nicht überschreitet.
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Die angegebene Vorrichtung 23 sichert die Kugeln 3 gegen Herausfallen
aus der Nut 2 beim Herausziehen des Werkzeuges aus dem Werkstück 12. Diese Vorrichtung
23 enthält
eine zylindrische Büchse 24, deren Innendurchmesser
etwas größer als der maximale Durchmesser des Werkzeuggehäuses 13 ist. An ihren
Stirnflächen weist die Büchse 24 ringförmige Vorsprünge 25 auf, welche zur Befestigung
der Enden von zwei diametral in der Büchse 24 angeordneten Flachfedern 26 dienen.
Zur Unterbringung dieser Federn 26 e sind auf der Innenfläche der Büchse 24 längs
ihrer ;lantellinix recßteckige ute 27 (Fig.6) eingearbeitet.Die Büchse 24 (Fig.5)
wird während der Arbeit gleichachsig mit dem Werkzeug und der zu bearbeitenden Bohrung
eingestellt und in einem Kragstück 28 mit Hilfe einer Stellschraube 29 be-Yestigt,
die in einem im Tragstück 28 senkrecht zur Achse der Büchse 24 ausgeführten Durchgangsloch
angeordnet ist.
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Das Ende der Stellschraube 29 tritt in eine an der Mantelfläche der
Büchse 24 vorgesehene Ausnehmung ein. Das Kragstück 28 ist am Gestell einer Leitund
Zugspindeldrehmaschine (nicht abgebildet) starr befestigt.
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Falls ein Durchgang des Werkzeugs zur Erzielung einer Oberfläche
der vorgegebenen Rauheitsklasse und Genauigkeit nicht ausreicht, wird ein mehrreihiges
Werkzeug verwendet, dessen Konstruktion in Fig.? dargestellt ist. Dieses Werkzeug
besitzt ein Gehäuse 30, auf dessen Oberfläche zwei Nuten 2 ausgebildet sind, von
denen jede von der Seitenfläche einet ringförmigen Rippe 31, die auf der Oberfläche
des Gehäuses 30 ausgeführt ist und die eine Nut 2 von der anderen trennt, sowie
der auf das Gehäuse 30 aufgesetzten
Scheibe 15 gebildet ist. Hierbei
befinden sich in den Nuten die verformenden Elemente 3 unterschiedlicher Durchmesser,
die in Abhängigkeit von den Außenabmessungen des Werkstücks, dessen Steifigkeit,
Festigkeit sowie der Qualität und der geometrischen Genauigkeit der zu bearbeitenden
Oberfläche und auch ausgehend von der Bedingung eines ständigen Kontaktes mit derselben
gewäht werden. Im übrigen unterscheidet sich die Bauart des Werkzeuges von der in
Fig.3 dargestellten Konstruktion nicht.
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In allen dargestellten Konstruktionen werden als verformende Elemente
3 gurgeln verwendet. Mit diesen Werkzeugen kann man bei verhältnismäßig kleinen
Radialkräften, die auf diese Kugeln einwirken, hohe spezifische Drücke auf die zu
bearbeitende Oberfläche erzeugen, was zur wirksamen Bearbeitung von Werkstücken
beiträgt, die verhältnismäßig geringe Festigkeit und Steifigkeit haben. Zur Bearbeitung
von relativ festeren und steiferen Werkstücken wird zweckmäßigerweise ein Werkzeug
verwendet, bei dem als verformende Elemente Rollen zum Einsatz gelangen, da hierbei
dank ihrem linienförmigen Kontakt mit der zu bearbeitenden Oberfläche die Anwendung
größerer linearer Vorschübe des Werkzeuges und folglich eine Steigerung der Bearbeitungsproduktivität
möglich sind. Jedoch ist die Verwendung der Rollen nur bei der Bearbeitung von Oberflächen
mit geradliniger Mantellinie möglich. Außerdem erzeugen die Rollen gegenüber den
Kugeln
bedeutend größere Radialkräfte, die auf die zu bearbeitende
Oberfläche übertragen werden, so daß sie zur Bearbeitung von hinreichend festen
und steifen Werkstücken eingesetzt werden können.
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In Fig.8 ist eine Konstruktion des Werkzeuges mit verformenden Elementen
3 dargestellt, die als Rollen 31£#al tet sind. Im Grunde unterscheidet sich diese
Konstraktion von der des in Fig.1 gezeichneten Werkzeuges 1 nicht, nur daß die Kanäle
8 (Fig.9) in zwei zueinander parallelen Ebenen liegen, die durch den Grund der Nut
2 (Fig.8) gehen.
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Das Profil der Nut 2 wird ausgehend von der Bedingung einer ungehinderten
Verschiebung der Rollen 32 längs der Nut 2 gewählt, während der Zwischenraum zwischen
der zu bearbeitenden Oberfläche und der Außenfläche des Gehäuses 1 wiederum so gewählt
wird, daß ein Festklemmen der Rollen 32 zwischen ihnen vermieden wird.
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Bei der Bearbeitung von sphärischen Oberflächen, beispielsweise solchen
wie Laufbahnen in Laberringen, wird zweckmässigerweise ein Werkzeug verwendet, dessen
Konstruktion in Fig .10 gezeigt ist. Das Werkzeug besitzt ein Gehäuse 33, welches
einen abgestuften Zylinder darstellt, auf dessen Abschnitt, der den maximalen Durchmesser
hat, eine Ringnut 2 rechteckigen Frofils eingearbeitet ist. Die Ebene der Anordnung
der Nut 2 befindet sich in einem Winkel zur Längsachse des Gehäuses 33. Hierbei
wird der Druchmesser
dieses Abschnitts des Gehäuses 33 etwas kleiner
als der minimale Durchmesser der zu bearbeitenden sphärischen Oberfläche eines Lagerringes
34 gewählt, welcher in der zur Gehäuseachse senkrechten Richtung gemessen wird.
Der Neigungswinkel der Anordnungsebene der Nut 2 ist dem halben Winkel des Bogens
der zu bearbeitenden sphärischen Oberfläche gleich, dessen Idittelpunkt sich ungefähr
auf der Achse des ..erkzeuggehäuses 33 befinden soll. Kanäle 35 (Fig.11), welche
von der Bohrung 7 im Werkzeuggehäuse 33 abgehen und für die Zuführung des Druckmittels
zu den verformenden Elementen 3 dienen, sind derart gekrümmt ausgeführt, daß ihr
Austrittsabschnitt tangential zum Grund der Nut 2 ist. Im übrigen unterscheidet
sich die Werkzeugkonstruktion von der in Fig.1 dargestellten Konstruktion nicht.
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Zur Bearbeitung von Kegelflächen, darunter auch mit welliger Mantellinie,
wird in Werkzeug verwendet, dessen Konstruktion in Fig.12 dargestellt ist. Das Werkzeug
enthält ein Gehäuse 36, dessen Mantelfläche kegelig mit einem Kegelwinkel ausgebildet
ist, der dem Kegelwinkel der zu bearbeitenden Oberfläche eines Werkstücks 37 etwa
gleich ist, welches auf dem Tisch einer nicht gezeichneten Bohrmaschine vertikal
aufgestellt ist.
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Auf der ;ilantelfläche des Gehäuses 35 sind senkrecht zu dessen Achse
drei Ringnuten 38 zur Unterbringung der
verformenden Elemente 3
eingearbeitet. Die Breite und Tiefe der Nuten 38 wird ausgehend von denselben Bedingungen
gewählt, die für die Nuten 2 des in Fig.1 dargestellten Werkzeugs betrachtet wurden.
In Abhängigkeit von dem gewählen Durchmesser der verformenden Elemente 3 wird der
Abstand zwischen den benachbarten Nuten 38 solcherweise gewählt, damit der Durchmesserunterschied
der Querschnitte des kegeligen Gehäuses 36, die zu dessen Achse senkrecht sind und
durch die Talmitten der benachbarten stuten 36 gehen, den Durchmesser des verformenden
Elementes 3 nicht überschreitet.
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An das Gehäuse 36 scnließt sich seitens der größeren Grundfläche
des Kegels ein zylindrischer Schaft 39 an, dessen freies Ende konisch zur Befestigung
in einem Dorn 40 ausgebildet ist, der seinerseits im Wetter einer nicht abgebildeten
Bohrmaschine eingespannt wird. In dem Gehäuse 36 und dem Schaft 39 ist eine Bohrung
41 ausgeführt, die seitens der kleineren Grundfläche des Kegels mit einem Stopfen
42 verschlossen ist. Von der Bohrung 41 geht ein Kanal 43 ab, der in der svand des
Schaftes 39 ausgeführt ist und für die Zuführung eines Druckmittels von der nicht
dargestellten Quelle desselben dient, #ür die Zuführung dieses Druckmittels zu den
verformenden Elementen 3 gehen von der Bohrung 41 Kanäle 44 ab, die in Ebenen liegen,
welche durch die Täler der Nuten 38 gehen. Die Anordnung der Kanäle 44 in einer
dieser
Ebenen ist in Fig.13 gezeigt.
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Zum Festhalten der verformenden Elemente 3 in den Stuten 38 des Gehäuses
36 des Werkzeuges bei dessen Herausziehen aus dem bearbeiteten Werkstück ist an
der bei der Kebelspitze am nächsten liegenden i~antelfläche einer jeden Nut 38 eine
ringförmige Ausnehmung 45 ausgeführt, in welcher die Verformungselemente 3 beim
Abbrechen der Druckmittelzuführung lagern. Zum Festhalten der verformenden Elemente
3 in den Nuten 38 in der Ausgangslage von Arbeitsbeginn ist eine zylindrische Büchse
46 vorgesehen, die gleichachsig mit dem Werkstück 37 über diesem angeordnet ist.
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Das Werkzeug arbeitet in folgender Weise.
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Das Werkzeug wird gleichachsig mit der zu bearbeitenden Bohrung im
Werkstück 12 derart angeordnet, daß die (gemäß der Zeichnung) unteren verformenden
Elemente 3 mit der zu bearbeitenden Oberfläche in Berührung kommen und teilweise,
um eine Größe kleiner als der halbe Durchmesser, in dieser Bohrung zue liegen kommen.
Dann wird das Werkstück 12 in Drehbewegung und das Werkzeug in lineare Bebegung
versetzt. Gleichzeitig beginnt man, durch den Kanal 9 das Druckmittel von dessen
Quelle zur Bohrung 6 im Gehäuse 1 und weiter über die Kanäle 8 in die Nut 2 und
folglich an die verformenden Elemente 3 zuzuführen. lis Druckmittel wird Druckluft
verwendet. Unter der Einwirkung der Druckluft setzt die Verschiebung der verformenden
Blemente
3 längs der Nut 2 und ihre gleichzeitige Drehung um die
eigene geometrische Achse ein. Außerdem verschieben sich die verformenden Elemente
3 in radialer Richtung von der Werkzeugachse fort so lange, bis sie mit der zu bearbeitenden
Oberfläche in Berührung kommen. Bei seiner Dre -hung entwickelt jedes der verformenden
Elemente eine Fliehkraft, die auf die zu bearbeitende Oberfläche an den Berührungsstellen
einwirkt und den Prozeß der plastischen Verformung des Materials bewerkstelligt.
Die verformenden Elemente 3 eb nen die Rauheiten auf der zu bearbeitenden Oberfläche.
Experimentell ist nachgewiesen, daß die verformenden Elemente 3 unter der Wirkung
des Druckmittels auch axiale und radiale Schwingbewegungen zusammen mit den hin-
und hergehenden Bewegungen jedes in bezug auf seinen Schwerpunkt vollziehen.
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Diese zus##nmengesetzte Bewegung trägt zur Verminderung der Radialk@raft
bei, ale xu llusrührung der plastischen Verformung des Materials des Werkstücks
12 erforderlich ist.
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»$ DXB t dient während der Arbeit des Werkzeuges auch als Kühlmittel,
welches den Temperatureinfluß auf das Material ues Werkstücks 12 und der verformenden
Elemente 3 ausschließt. Das ist besonders wichtig bei der Herstellung von Teilen
hoher Genauigkeit. Bei der Bearbeitung der Oberfläche mittels dieses Werkzeuges
kann man ein erhabenes Oberflächenbild erhalten, das bei Teilen verwendet wird,
welche
unter den Wärmeverhältnissen, beispielsweise in Mot orlaufbuchsen, arbeiten.
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Die Benutzung des Druckmittels zur Beaufschlagung der verformenden
Elemente 3 gestattet es, durch Änderung des Drucks dieses Wiittels die Größe ihrer
Fliehkraft je nach den an die bearbeitete Oberfläche gestellten Anforderungen zu
regeln. Dadurch bietet sich die Möglichkeit, qualitätsmässig unterschiedliche Oberflächenabschnitte
ein und derselben zu bearbeiteten Bohrung zu erhalten.
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Nach erfolgter Bearbeitung des Werkstücks 12 führt man das Werkzeug
in die Ausgangslage zurück. Dazu wird die Druckluftzufuhr in die Bohrung 6 des Gehäuses
1 unterbrochen. In den Fällen, wenn der Rückgang des Werkzeuges zur wiederholten
Bearbeitung der Oberfläche ausgenutzt werden muß, stellt man die Druckluft zufuhr
nach dem völligen Herausführen des Werkzeuges aus der zu bearbeitenden Bohrung ab.
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Falls die Vorrichtung 23 (Fig.5) zur Anwendung kommt, so dauert die
lineare Verschiebung des Werkzeuges so lange, bis alle verformenden Elemente 3 in
die zylindrische Büchse 24 gelangt sind. Wird es notwendig, das Werkzeug von der
Maschine abzunehmen, so führt man das Werkzeuggehäuse 1 in die Büchse 24 so lange
ein, bis der Vorsprung an der Flachfeuer 26 in die Nut 2 eintritt, worauf man die
Stellschraube 29 aus der Ausnehmung auf der Oberfläche der
Büchse
24 herausdreht. Hiernach nimmt man das Werkzeug samt der Vorrichtung 23 ab.
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Die Arbeit der Werkzeuge, die in den Figuren 3, 6 und 8 abgebildet
sind, unterscheidet sich praktisch nicht von der oben betrachteten Arbeit des in
Fig.1 gezeichneten Werkzeuges.
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Bei der Bearbeitung von Bohrungen mit welliger Lantcllinie stehen
die verformenden Elemente 3 (Fig.5) mit der zu bearbeitenden Oberfläche am ganzen
Profil derselben in Berührung und werden an diese unter der Wirkung der Fliehkraft
angedrückt, die infolge ihres Umlaufs bezüglich der Werkzeugachse, d.h. der Verschiebung
längs der Nut 2 auftritt. Die Ausladung der verf ormenden Elemente 3 verändert sich
dabei entsprechend dem Oberflächenprofil. Die Wellentiefe überschreitet hierbei
nicht den halben Durchmesser des verformenden Elementes 3.
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Die Bearbeitung einer sphärischen Oberfläche kommt bei der linearen
iXTullverschiebung des Werkzeuges zustande, weil bei der Drehung des Ringes 34 (Fig.10)
alle Punkte seiner sphärischen Innenfläche mit den verformenden Elementen 3 in Berührung
stehen werden. Dazu führt man vor Arbeitsbeginn das Werkzeug in den Ring 34 ein,
bis der LittelpunkQ seiner sphärischen Oberfläche mit dem Mittelpunkt eines Kreises
zusammenfällt, welcher von den verformenden Elementen 3 bei deren Verschiebung längs
der iiut 2 beschrieben wird.
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Nach beendeter Bearbeitung wird das Werkzeug aus dem bearbeitetewl
Ring 34 herausgeführt, während die verformenden Elemente durch die Vorrichtung 23
eben so wie vorstehend beschrieben aufgefangen werden.
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Bei der Bearbeitung von kegeligen Bohrungen werden das werkzeug und
das Werkstück 37 vertikal angeordnet, und das Werkzeug wird in die zu bearbeitende
Bohrung durch Verschieben desselben nach unten um eine Größe eingeführt, die dem
Abstand zwischen zwei benachbarten Nuten 38 gleich ist. Hiernach beginnt man, über
den Kanal 43 Druckluft in die Bohrung 41 zuzuführen, woraus sie über die Kanäle
44 in die Nuten 38 und folglich zu den verformenden Elementen 3 gelangt. Hierbei
sichert die Büchse 46 die verformenden Elemente 3 gegen Herausfallen aus den Nue
ten 38. Je nach der Verschiebung des Werkzuges längs der Achse der zu bearbeitenden
Bohrung verändert sich die Ausladung der verformenden Elemente 3 allmählich von
einer Größe, die ungefähr dem halben Durchmesser derselben gleich ist, bis zu einer
Größe, die dem halben Unterschied der Durchmesser des Gehäuses 36 und der zu bearbeitenden
Bohrung im selben Querschnitt gleich ist. Dadurch kommt die Bearbeitung der ganzen
Bohrung im Bereich der Werkzeugverschiebung zustande, welche dem Abstand zwischen
zwei benachbarten Nuten 38 gleich ist.
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Nach beendeter Bearbeitung unterbricht man die Druckluftzuführung
zu
den verformenden Elementen 3, wodurch sie unter Einwirkung der eigenen Schwerkraft
in die Vertiefungen der Ausnehmungen 45 zum Grund ihrer Nut 38 hinunterrollen.
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Daraufhin verschiebt man das Werkzeug nach oben bis zum völligen Herausführen
desselben aus dem bearbeiten Werkstück.