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-WERFAHREN UND EINRICHTUNG ZUR ABSTÜTZUNG UND DREHUNG EINES
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WERKSTUCES Die vorliegende hbSindung bezieht sich auf Werkzeugmaschinen,
und, genauer genommen, auf Verfahren zur #bstützung Und Drehung eines Werkstücks,
das die Form eines Zylinders,einer Scheibe oder eines Rings mit ebener Stirnfläche
aufweist, sowie auf Einrichtungen zur Durchführung.
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Besonders erfolgreich kann die vorliegende Erfindung zur Abstützung
und Drehung von Ringen für Miniatur- oder Gerätewälzlager bei deren spitzenlosen
mechanischen bachbe-Bearbeitung, und zwar beim Schleifen und Läppen, sowie bei der
Kontrolle deren geometrischen Abmessungen und der Form verwendet werden. Von besonderem
Interesse ist die Erfindung zur Bearbeitung von Ringen für Präzisions- und Superpräzisions-Wälzlager.
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Bei der Drehung irgendeines runden Werkstücks, das einen Rotationskörper
mit ebener Stirnfläche darstellt, muß einerseits eine sichere Festlegung seiner
Lage, bzw. Abstützung
* sowohl in axialer,als auch in radialer Richtung
gewährleistet und andererseits ein Drehmoment diesem mitgeteilt werden. Zur Gewährleistung
einer hobhgenauen Drehung derartiger Werkstücke, insbesondere gedrungener Teile,
z. B.
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eines kleinen Rotors irgendeines Geräts oder des zu bearbeitenden
Rings eines Miniatur-Kugel- oder Rollenlagers, muß eine Minimalisierung der durch
die Abstützelemente und den Antrieb bedingten radialen und axialen Lauffehler dieses
Werkstücks angestrebt werden. Der Einfluß radialer und axialer Lauffehler wirkt
sich besonders stark auf die Umlaufgenauig -keit des Werkstücks und entsprechend
auf die Bearbeitungs güte des Werkstücks bei hohen Drehzahlen in der Großenord nung
von 5 +15 Tausend und mehr.Umdrehungen pro Minute, die zur Sicherstellung der erforderlichen
Bearbeitungsfeinheit des Werkstücks erforderlich sind, aus. Einen sehr wesentlichen
Einfluß auf die Umläufgenauigkeit des Werkstücks übt auch die Reibung zwischen dem
getriebenen Werkstück und den Abstützelementen aus.
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Wie bekannt, ist zur Bewerkstelligung der Drehung eines runden Werkstücks
mit ebener Stirnfläche bei dessen Abstüt zung all feststehenden radialen und axialen
Auflagen erforderlich, daß das die Drehung des Werkstücks gewährleistende drehmoment
(bzw. die Summe der Momente beim Vorhandensein von mehreren treibenden Elementen)
höher oder gleich der Summe der Momente sämtlicher Widerstandskräfte ist, die der
Drehung
des Werkstücks entgegenwirken, wobei den Hauptwiderstand die Reibungskräfte über
die feststehenden radialen und axialen Auflagen leisten.
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Zur Gewährleistung einer stabilen Lage des runden Werkstücks mit
ebener Stirnfläche muß dieses an einer axialen und mindestens an zwei radialen,
um einen gewissen Winkel auseinandergestellten Auflagen abgestützt werden.
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In diesem Fall ist bei der Drehung des Werkstücks durch ein treibendes
Element in Form eincr reibrolle, die mit der Umfangsfläche des getriebenen Werkstücks
in Berührung steht, das Drehmoment der Druckkraft, mit der das treibende Element
auf das Werkstück einwirkt, dem Reibungsfaktor zwischen dem treibenden Element und
dem Werkstück sowie dem Halbmesser des Werkstücks direkt proportional. Das Moment
der Reibungskräfte hängt von der Gegenwirkung der feststehenden radialen und axialen
Auflagen, dem Reibungsfaktor zwischen dem werkstück und jeder von diesen Auflagen
sowie vom Halbmesser des Werkstücks ab.
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Zur Gewährleistung einer möglichst stabilen Lage des abgestützten
Werkstücks wird der durch die Gegenwirkungsrichtungen der radialen Auflagen gebildete
Auseinander stellungswinkel dieser Auflagen üblicherweise im Bereich von 75 + 1600
gewählt. Im Fall einer symmetrischen Anordnung der radialen Auflagen inFezug auf
die Druckkraftwirw kungslinie des treibenden Elements sind die Gegenwirkungs
kräfte
nach ihrem Wert gleich und stehen in einer direkt proportionalen Abhängigkeit zur
Anpressungskraft Pt des treibenden Elements und in einer reziproken Abhängigkeit
vom Kosinus des halbierten AuseinanderstellungRwinkels der Auflagen, Dabei wird
die Gegenwirkungskraftsumme der auseinapdergestellten feststehenden radialen Auflagen
größer als die Druckkraft des treibenden Elements sein, wodurch sich das Moment
der Re#ibungskräfte an den radialen Auf lagen höher als das Drehmoment des treibenden
Elements erweist.
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Im Ergebnis wird bei einer Gleichheit sämtlicher Reibungsfaktoren
das Werkstück nicht rotieren, sogar wenn das Moment der Widerstandskraft an der
axialen Auflage nicht berücksichtigt wird.
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Deshalb müssen zur Gewährleistung der Drehung des Werkstücks im allgemeinen
Fall die Werte der das Drehmoment des treibenden Elements bestimmenden Größen erhöht
und die Werte der Großen die das Moment der Reibungskräfte an den Auf lagen bestimmen,
herabgesetzt werden. Ein möglicher Weg hierzu besteht in der Erhöhung des Reibungsfaktors
zwischen dem Werkstück und dem treibenden Element und in der Herabsetzung des Reibungsfaktors
zwischen dem Werkstück und den Auflagen.
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Es ist ein Verfahren für die abstützung und Drehung eines Werkstücks
t das die Form eines Rotationskörpers mit ebener Stirnfläche aufweist, bekannt#(vgl.
z. B. USA-Patentschrift Nr. 3169351), bei dem das getriebene Werkstück in
axialer
Richtung an einer feststehenden ebenen Auf lage und in radialer Richtung an kombinierten
Auflagen abgestützt wird, von denen die eine feststeht ünd die andere eine Rotationsmöglichkeit
besitzt und eine mit der Umfangsfläche des Werkstücks in Berührung stehende Reibscheibe
darstellt. Das Werkstück wird durch eine abgefederte treibende Reibscheibe gedreht,
die mit der Umfangsfläche des getriebenen Werkstücks zusammenwirkt. Neben der Drehung
des Werkstücks bewerkstelligen die Reibscheiben auch die Anpressung ddsselben an
die feststehenden axiale und radialen Auflagen, dabei sind die Drehachsen der Reibscheiben
um einen gewissen Winkel i4>ezug auf die Drehachse des Werkstücks zwecks Gewahrleistung
einer das Werkstück mit dessen Stirnfläche an die feststehende axiale Auflage anpressenden
Reibungskraftkomponente auseinandergestellt.
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Bei diesem Verfahren zur Abstützung und Drehung eines runden Werkstücks
wird das das Werkstück angreifende Drehmoment durch die Summe der Drehmomente der
treibenden Scheiwerden be und der rotierenden Auflagescheibe und ff die der Drehung
ent;gegenwirkenden Kräfte hauptsächlich durch die Summe der durch die Reibungskräfte
an der feststehenden radialen und axialen Auflage aufgebrachten Momente bestimmt.
Die Drehung des Werkstücks erfolgt dadurch, daß das Drehmoment das Moment der Reibungskräfte
an den Auflagen überschreitet. Dabei wird diese Uberschreitung
durch
die Erhöhung des Drehmoments und die Herabsetzung der Reibungskraft der einzigen
radialen feststehenden Auflage im Vergleich mit den entsprechenden Werten im Schema
mit zwei feststehenden Auflagen und einer treibenden Reibscheibe erreicht, da die
normale pressungskraft des rotierenden treibenden Elements an das getriebene Werkstück
wesentlich kleiner ist als normale Anpressungskraft dieses Werkstücks an die feststehenden
radiale und axiale Anlage.
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Die Genauigkeit der Drehung des getriebenen Werkstücks hängt bei diesem
Verfahren von folgenden Einflußgrößen ab: -- Lauffehler der Arbeit-sfl#e'n an den
rotierenden iieibscheinen; - Zustand, und zwar Ebenheit und Glätte der Oberfläche
der feststehenden axialen auflage, die einem natürlichen Verschleiß infolge des
Vorhandenseins einer beqstimmten Reibung zwischen dieser Oberfläche und dem rotierenden
Werkstück ausgesetzt ist, was zwecks Herabsetzung dieser Reibung, deren schädlicher
Einfluß mit dem Verschleiß der Auflagenoberfläche ansteigt, zu einer sorgfältigen
Bearbeitung dieser Oberfläche und zur Verwendung von besonders harten Werkstoffen
zur Fertigung des Abstützelements zwit; - RechtwiSçligkeit der Oberfläche der axialen
Auflage zur Drehachse des getriebenen Werkstücks; Die Lauffehler der Arbeitsflächen
an den rotierenden Reibscheiben werden bei diesem Verfahren bestimmt durch:
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die bei der Drehung unvermeidlichen Schlagbewegungen dieser Scheiben sowohl in axialer,
als auch in radialer Richtung, was zwecks Herabsetzung der Lauffehler zur Lagerung
der Achsen der rotierenden Elemente zur Abstützung und Drehung in Präzisionalagern
zwingt; - den ungleichmäßigen Verschleiß dieser Scheiben über den Durchmesse bedingt
durch die Ungleichmäßigkeit der Struktur des Scheibenwerkstoffs und durch das kinematische
Schema selbst, das bei diesem Verfahren verwendet wird, in dem das getriebene Werkstück
zwischen zwei auseinanderge stellten rotierenden Reibscheiben angeordnet ist, wodurch
infolge des flurchschlüpfens der rotierenden Scheiben am getriebenen Werkstück Schrammen
oder wegen der relativ großen Anpressungskraft der treibenden Scheibe an + Auftragungen
entste#en,$getrie#ene Werkstück) was nach der Ausführung des lrbeitsvorgangs, z.
B. des Schleifens, einen zusätzlichen Vorgang zur Beseitigung der Auftragungen am
fertigen Erzeugnis erfordert und zur Steigerung des Arbeitsaufwands für die Fertigung
des Teils sowie zum Auftreten eines Ausschusses führt.
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Außerdem müssen in einem solchen Schema die rotierenden Scheiben
mit einem hohen Genauigkeitsgrad in|bezug auf den Dluchmesser hergestellt sein und
die Winkelgeschwindigkeiten der rotierenden Scheiben müssen in der genau bestimmten
Verhältnissen stehen. Dies kompliziert die Fertigung der Reibscheiben
und
deren Antriebs und erschwert den Betrieb einschließlich die Reparatur der Ausrüstung,
die das vorliegende Verfahren zur Drehung und Abstützung benutzt.
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Ein anderer Nachteil eines solchen Schemas'ist der Umstand, daß infolge
einer Auseinanderstellung der Drehachsen der treibenden Scheibe und der rotierenden
Auflagescheibe in bezug auf die Drehachse des getriebenen Werkstücks die Arbeit
flächen dieser Scheiben eine komplizierte geometrische Form besitzen müssen, wodurch
ihre Fertigung erschwert wird.
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Noch ein weiterer Nachteil dieses Schemas besteht in dem Umstand,
d4B zum normalen Betrieb der dieses Schema benutzenden Ausrüstung als Schmier- und
Kühlflüssigkeit, die auch zn stabilen Umlauf des getriebenen Werkstücks beiträgt,
verschiedene Ölsorten, z. B. Spindelöl, verwendet werden müssen, die ein kostspieliges
Produkt darstellen und außerdem schädlich für das Bedienungspersonal sind.
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Unter den sonstigen Nachteilen, die dem Verfahren zur Abstützung
und Drehung eines runden Werkstücks, bei dem eine treibende Scheibe, eine feststehende
und eine rotierende radiale Auflage verwendet werden, eigen sind, muß hingewiesen
werden auf die Eignung dieses Verfahrens für Schleifzwecke nur zur Bearbeitung der
Innenflächen von die Form eines Rings besitzenden Werkbtücken,was durch die schlechte
Zugänglichkeit der Außenfläche dieses -Werkstücks bedingt wird, sowie auf die Zweckmäßigkeit
des Schleifens nur gegen die feststehende
Auflage, wodurch keine
Möglichkeit zur Verbesserung der Geometrie der zu bearbeitenden Oberfläche in4ezug
auf die Basisfläche, d.h. diejenige Fläche, inbezug auf die die Bearbeitung des
Werkstücks erfolgt, gegeben wird.
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Die oben angegebenen Nachteile begrenzen die Verwendung dieses Verfahrens,
:. B, zur Abstützung und Drehung eines zu bearbeitenden Rings für Präzisions- und
Superpräzisionsiager.
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Es ist auch ein Verfahren zur Drehung und Ahstützung eines runden
Werkstücks bekannt, das durch die Abstützung des Werkstücks an feststehenden radialen
Auflagen und an einem rotierenden axialen Widerlager, das gleichzeitig als treibendes
Element zur Drehung dieses Werkstücks dient, gekennzeichnet ist. Bei diesem Verfahren
kann die Anpressung des getriebenen Werkstücks an das axiale Widerlager mit Hilfe
Andrückrollen oder eines Magnetfutters erfolgen, während die Anpressung des getriebenen
Werkstücks an die radialen Auflagen durch eine solche Anordnung dieses Widerlagers
erreicht wird, bei der die Drehachse des Werkstücks inbezug auf die Drehachse des
Magnetfutters etwas verschoben ist.
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Dieses Schema zur Abstützung des Werkstücks weist jedoch einen wesentlichen
Nachteil auf, der sich darin ausdrückt, daß der Lauffehler des rotierenden axialen
Widerlagers auf das getriebene Werkstück übertragen wird, wodurch die Umlaufgeschwindigkeit
dieses Werkstücks und entsprechend die Bearbeitungsgüte desselben, Lz. B. beim Schleifen,
gemindert
werden. Deshalb muß bei einer derartigen Abstützung die
Sptndel des Werkstückkastens, an der das rotierende axiale Widerlager befestigt
wird, in Präzisionslagern montiert werden. So z. B. bei der Verwendung dieses Verfahrens
zur Dreh mg und Abstützung in Einrichtungen zum Schleifen von Laufbahnen in Ringen
von Axialkggellagern mit einer Toleranz für die hparallelität zwischen Laufbahn
und Ausgangsstirnfläche in den Grenzen von 0,001 mm darf der Axiallauffehler der
Spindel 0,0005 mm nicht überschreiten. Eine solche Genauigkeit wird durch das Maßläppen
des Spindelanlaufbundes und des Axiallagers am Werkstückkasten, d.h. durch einen
äußerst kostspieligen und zeitraubenden Arbeitsvorgang erreicht. Nebendem ist im
Laufe des Betriebs der Werkzeugmaschine, an der das beschriebene Verfahren verwendet
wird, das Axiallager der Spindel einem Verschleiß ausgesetzt und die Umlaufgenauigkeit
des Werkstücks wird gemindert.
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Außerdem hängt die Umlaufgeschwindigkeit des getriebenen Werkstücks
auch von der richtigen Einstellung der Verschiebungsgröße und -richtung der Drehachse
des Werkstücks inbezug auf die Drehachse des Magnetfutters ab, wodurch der Betrieb
der dieses Verfahren realisierenden Einrichtung .omplisiert wird.
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Unter den sonstigen, diesem Verfahren zur Drehung und Abstützung
des Werkstücks eigenen Nachteilen muß auch auf die Unmöglichkeit einer Herabsetzung
der Drehzahl
des Antriebs im Vergleich mit der Drehzahl des getriebenen
Werkstücks hingewiesen werden, was wiederum zu einem verstärkten Verschleiß der
Antriebselemente bei den geforderten hohen Drehzahlen des getriebenen Werkstücks
während dessen Bearbeitung, und also zum Entstehen von Lauffehlern und Schwingungen
der gesamten Baugruppe führt.
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Wenn die Anpressung des getriebenen Werkstücks an die axiale Auflage
mit Hilfe eines Magnetist die futters erfolgt, V Drehung und Abstützung von aus
nichtmagnetischen Werkstoffen gefertigten Werkstücken unmöglich.
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Es ist eine Einrichtung bekannt, die ein solches Verfahren realisiert
(siehe GB-PS 1298560 oder DT-PS 1946891).
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Diese Einrichtung enthält zwei auseinandergestellte radiale Auflagen,
axiale Auflagen und ein stirnseitiges rotierendes treibendes Element mit einem Magnetfutter.
In dieser Sinrichtung wird das Magnctfutter zum Anpressen des getriebenen Werkstücks
sowohl an das treibende Element, als auch an die axialen und radialen Auflagen benutzt0
Dabei erfolgt die Drehung des Werkstücks bei einer Uberschreitung des Drehmoments
gegenüber dem Moment der der Drehung entSegenwirkenden Kräfte durch die Anpressung
des Werkstücks an das treibende Slement mit einem höheren Kraftaufwand als an die
Auflagen mittels der Erzeugung eines magnetischen Flusses, der die Verkettung des
getriebenen Werkstücks mit dem treibenden
Element gewährleistet
und einen höheren Wert gegenüber dem die Anpressung des Werkstücks-an die Auflagen
i>ewerkstelligenden magnetischen Fluß aufweist0 Neben gewissen Vorteilen hat
diese Einrichtung den Nachteil, daß es schwierig ist, die Abstützung und Drehung
von Miniaturwerkstücken mit der erforderlichen Genauigkeit zu gewälirleisten, weil
zum Durchfließen eines magnetischen Flusses vom erforderlichen Wert ein auareichend
großer querschnitt und eine ausreichend große Oberfläche des Werkstücks benötigt
wird, die mit dem Magnetfutter in Berührung steht.
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Im ergebnis kann das betrachtete Verfahren zur Abstützung und Drehung
eines runden Werkstücks und die dieses verfahren realisierende Einrichtung den Anforderunt,en
hinsichtlich der hochpräzisen Drehung eines solchen Werkstücks nicht völlig genügen,
was sich bei der Verwendung dieses Verfahrens in Einrichtungen zur mechanischen
Bearbeitung auf die Bearbeitungagüte von Werkstücken, z. B. beim Schleifen von Ringen
für Miniaturwälzlager, auswirkt.
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Es ist schließlich ein Verfahren zur Abstützung und Drehung eines
Werkstücks, das die Form eines Rotationskörpers mit ebener Stirnfläche aufweist,
und eine Einrichtung, die dieses Verfahren durchführt, bekannt (vgl. Z. B. UdSSR-Urheberschein
Nr. 280262), die eine Abstützung des Werkstücks an feststehenden axialen und radialen
Auflagen mit der tibertragung des Drehmoments in das Werkstück durch
Reibung
zwischen der Worksttickstirnfläche md dem rotierenden treibenden Element vorsehen.
Bei diesem Verfahren wird der bekannte Umstand ausgenutzt, daß bei der Erregung
von mechanischen Ultraschallschwingungen in -der Eontakt zone von zwei sich berührenden
Körpern, die in Bewegung gegeneinander stehen, die Reibung zwischen diesen stark
verringert wird. Aus diesem Grund sieht dieses Verfahren zwecks Verbesserung der
Bedingungen zur Abstützung des getriebenen Werkstücks an den Auflagen eine ;#inleitung
mechaniin din in discher Schwingungen sowohl « axialen, als auch 9 radialen in Auflagen,
und zwar die Einleitung Vsämtliche Auflagen von Schwingungsbewegungen in einer und
derselben Richtung vor.
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Bei diesem {erfahren wird die Drehung des Werkstücks dadurch erreicht,
daß das Drehmoment des treibenden Elements das Moment der Reibungskräfte an den
radialen und axialen Auflagen infolge einer Herabsetzung der Reibung an den Auflagen
überschreitet.
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In der Anordnung, die dieses Verfahren realisiert und bei der mechanischen
Bearbeitung des Werkstücks verwendet wird, ist die Baugruppe, die die als ein Ganzes
ausgeführten feststehenden radialen und axialen Auflagen enthält, eines mit dem
Wellenleiter v elektromechanischen Umformers starr verbunden. Auf die Auflagen wird
das mit dem Werkzeug, z. B.
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mit einer Sohleifsoheibe, zu bearbeitende Werkstück aufge der setzt.
An v Stirnfläche des Werkstücks, die sich mit den axialen Auflagen nicht berührt,
liegt ein Reibmitnehmer an, der
mit dem rotierenden treibenden
Element mittels eine flexiblen Scheidewand verbunden ist. Der Mitnehmer wird an
das rotierende Werkstück und das Werkstück an die axialen Auflage mit Hilfe einer
Feder angepreßt. An die radialen Auflagen wird das getriebene Werkstück infolge
der Achsenverschiebung der radialen Auflagen inbezug auf die Achse des treibenden
Elements angepreßt. Bei der Drehung des Werkstücks vollzieht die gesamte Baugruppe
mit den Auflagen Schwingungen mit einer Ultraschallfrequenz, , die durch den elektromechanischen
Umformer bestimmt wird.
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Wegen der Ubertragung unter solchen Bedingungen der den axialen und
radialen Auflagen zuzuleitenden mechanischen Schwingungen auf das treibende rotierende
Element über das getriebene Werkstück wird Jedoch die Reibung zwischen dem in Drehung
versetzten Werkstück und dem treibenden Element in einigen Fällen stark geschwächt,
was zu einer wesentlichen Verminderung des vom treibenden Reibelement auf das getriebene
Werkstück übertragenen nutzbaren Drehmoments führt.
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Die bekannten Verfahren und Einrichtungen zur Abstützung und Drehung
eines runden Werkstücks mit ebener Stirnfläche gewährleisten also die erforderliche
Stabilität und Genauigkeit der Abstützung und Drehung nicht, die bei der Verwendung
dieser Verfahren zur mechanischen Bearbeitung eines solchen Werkstücks mit hoher
Genauigkeit, und zwar zum hochwertigen Schleifen der oberflächen von Ringen für
Miniatur-Fräzisionslager
oder bei der Verwendung zur hochpräzisen
Messung der Güte einer solchen Bearbeitung sehr wichtig sind.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Abstützung und Drehung eines Werkstücks zu entwickeln, das die Form eines Rotationskörpers
mit ebener Stirnfläche aufweist, sowie eine in der Fertigung und im Betrieb einfache
Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, die eine hochgenaue
Drehung und Abstützung; dieses Werkstücks unter Verwendung von zwei auseinandergestellten
feststehenden radialen Auf lagen, einer axialen Auflage und der Drehung des Werkstücks
durch ein treibendes rotierendes Element bei einem verhältnismäßig niedrigen Drehmoment
infolge einer wesentlichen Reibungsverringerung zwischen dem Werkstück und den Auflagen
bei gleichzeitiger Beibehaltung der Reibung zwischen dem Werkstück und dem treibenden
rotierenden Element gewährleistet.
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Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Verfahren zur
Abstützung und Drehung eines Werkstücks, welches die! Form eines Rotationskörpers
mit ebenen Stirnflächen aufwe:.st, vorgeschlagen ist, das in der Abstützung dieses
Werk sti;cks an einer axialen und radialen Auflage, der Übertragung des Drehmoments
auf dieses Werkstück durch Reibung mit dem treibenden rotierenden Element und der
Mitteilung mechanischer Ultra schallschwingungen mindestens einer von diesen Auflagen
besteht,
in dem erfindungsgemäß die mechanischen Ultraschall~ schwingungen
auf eine von den Auf lagen in der Richtung übeitragen werden, die im Prinzip parallel
der gemesnsamen Berührungslinie des Werkstücks mit dieser Auflage in deren Kon~aktzonen
mit einer Abweichung von dieser Richtung, die 100 nicht überschreitet, verläuft.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Abstützung und Drehung- eines
runden Werkstücks mit ebener Stirnfläche beaS zt einen Vorteil im Vergleich mit
den bekannten Verfahren, der darin besteht, daß bei der Übertragung der mechanischen
Uii traschallschwingungen in die radiale und axiale Auflage in der angegebenen Weise
diese Schwingungen sich optimal verteilen, wodurch die Reibung nur zwischen dem
getriebenen Werkstück und der Auflage, auf die die Schwingungen über tragen werden,
vermindert wird, während sie zwischen dem getriebenen Werkstück und dem treibenden
Element beibehalten bleibt.
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Bei einer Ausführungsvariante der Erfindung weisen die mechanischen
Ultraschallschwingungen wenigstens im Laufe eines teils des Arbeitszyklus eine asymmetrische
Form auf. Dabei können die mechanischen Ultraschallschwingungen eine sägezahnartige
Form besitzen.
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Die besondere Form der mechanischen Ultraschallschwingungen, insbesondere
der sägezahnartigen Schwingungen, kann zur Realisierung von zusätzlicherl Arbeitsgängen,
die in einigen Teilstufen des Abstütz- und Drehvorgangs des Werken
stücks
durch zufuhr sind, z. B. zur Verschiebung des Werkstücks inbezug auf die radiale
und axiale Auflage benutzt werden.
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Die gestellte Aufgabe wird auch dadurch gelöst, daß eine Einrichtung
zur Durchführung des Verfahrens zur abstützung und Drehung des Werkstücks vorgeschlagen.
. ist, die eine radiale und eine axiale Auflage zur Abstützung des Werkstücks, ein
rotierendes treibendes Reibelement, das mit dem Wertstück in Berührung steht, und
mindestens einen im Ultraschtllbereich wirkenden elektromechanischen Umformer mit
dem Welenleiter, der zur Zuleitung der mechanischen Schwingungen mintiestens in
eine von den Auflagen bestimmt ist, enthält, in der erfindungsgema~X die axiale
und radiale Auflage getrennt ausgeführt sind, und der Wellenleiter in bezug auf
die gemeinsame Berührungslinie des Werkstücks mit der Auflage in deren Kontaktzone
parallel oder unter einem 100 nicht überschreitendem Winkel verstellt ist.
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Dieser Aufbau der erfindungsgemäßen Einrichtung ermöglicht die Ubertragung
der mechanischen Ultraschallschwingungen in jede Auflage separat durchzuführen und
dabei diese Schwingunuen in einer optimalen Richtung zuzuleiten, die eine Verminderung
der Reibung zwischen den Auflagen und dem getriebenen Werkstück und die Beibehaltung
der Reibung zwischen diesem Werkstück und dem treibenden Element gewährleistet.
Infolgedessen wird eine Verminderung des erforderlichen Drehmoments
des
treibenden Elements und dessen Anpreßkraft an das getriebene Werkstück ermöglicht,
wodurch sich die Umlaufgenauigkeit des Werkstücks als wenig abhängig von der Fertigungsgenauigkeit
der Antriebsteile des treibenden Elements,-von der Arbeit dieses Antriebs sowie
vom Verschleiß dieser Teile erweist. Alles das vereinfacht und verbilligt sowohl
die Konstruktion als auch die Herstellung der hrbeitsausrüstung und erleichtert
dessen Betrieb.
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Es ist zweckmäßig, die gegenüber der Kontaktzone des Werkstücks und
des treibenden Elements liegende Auflage mit dem Umformer zu verbinden. In diesem
Fall wird bei der Ubertragung der mechanischen Ultraschallschwingungen die Reibung
an derjenigen Auflage vermindert, wo sie maximal infolgedessen ist, daß während
der Drehung des Werkstücks der gesamte Kraftaufwand des treibenden Elements über
claus Werkstück gerade diese Auflage beaufsc#-lagt In einer Ausführungavariante
der Erfindung ist mit dem Umformer die radiale Auflage verbunden.
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In einer anderen Ausführungsvariante wird mit dem Umformer die axiale
Auflage verbunden.
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In noch einer Ausführungsvariante der Erfinduiig sind zwei Umformer
vorgesehen, von denen der eine mit der radialen Auflage und der zweite mit der axialen
Auflage verbunden ist.
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Die Verwendung von zwei se.paraten Umformern, je ein Umformer für
jede Auflage, gestattet optimale Parameter der mechanischen
Ultraschallschwingungen
zu wählen, die der radialen und der axialen Auflage zugeleitet werden, deren Wirkung
einen unterschiedlichen Charakter trägt.
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Eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, daß das
treibende Element in Form einer mit der Umfangsfläche des Werkstücks in Berührung
stehende Rolle mit einer elastischen Felge ausgebildet ist.
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Diese Ausführung des treibenden Elements, die man dank der Möglichkeit
zur Herabsetzung der Anpreßkraft des treibenden Elements an das getriebene Werkstück
infolge der Möglichkeit zur Verminderung dessen Drehmoment realisieren kann gestattet
die Wirkung des Schlags des treibenden Elements auf das getriebene Werkstück, und
also auch auf die Umlaufgenauigr keit dieses Werkstücks, abzuschwächen.
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Noch eine Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, daß die elastische
Felge mit Borden ausgeführt ist, deren Abstand die Breite des Werkstücks um den
Wert der Verspannung unterschreitet. Diese Ausführung des treibenden Elements gewährleistet
die Möglichkeit zur Verbesserung der Drel.momentübertragung vom treibenden Element
auf das in Drehung versetzte Werkstück ohne Verstärkung der Anpreßkraft des treibenden
Elements an dieses Werkstück.
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Noch eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, daß
das treibende Element in Form einer mit der Außenfase des Werkstücks in Berührung
stehenden Rolle mit einer elastischen Felge ausgebildet ist. Dic-se Ausführung des
treibenden
zements gewährleistet die Möglichkeit zum gleich~ zeitigen Andrücken des Werkstücks
sowohl an die radiale als auch an die axiale Auflage nur mit Hilfe des treibenden
Elements.
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Xoch eine Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, daß das treibende
Element in Form einer Rolle mit elastischer Felge und zwei Bunden, die entsprechend
sowohl mit der peripherischen Umfangsfläche als auch mit der Stfrnfläche des Werkstücks
in Berührung steht, ausgebildet ist. Diese Ausführung des treibenden Elements gewährleistet
eine Erhöhung des Drehmoments, das vom treibenden Element auf das getriebene Werkstück
übertragen wird.
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Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand der Beschreibung
von Beispielen deren praktischer Ausfährung, begleitet durch Hinweise auf die beigelegten
Zeichnungen, näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 kinematisches Schema zur Veranschaulichung
des Verfahrens zur Abstützung und Drehung eines Werkstücks mit Antrieb an der Stirnfläche
gemäß der Erfindung; Hig. 2 einen querschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1; Fig.
3 Zeitdiagramme der vom elektromagnetischen Umformer erzeugten und den Auflagen
zugeleiteten mechanischen soliwingungen; Fig. 4 kinematisches Schema zu Veranschaulichung
einer
anderen Variante des Verfahrens zur Abstützung und Drehung
eines Werkstücks mit Antrieb an der Umfangs fläche gemäß der Erfindung; Fig. 5 Einrichtung
zur Durchführung des Verfahrens zur Abstützung und Drehung eines Werkstücks gemäß
der Erfindung, Draufsicht; Fig. 6 Ansicht nach Pfeil A in Fig. 5; Fig. 7 eine andere
Variante der Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Abstützung und Drehung
eines Werkstücks gemäß der Erfindung, Draufsicht; Fig. 8 Ansicht nach Pfeil B in
Fig. 7; Fig. 9 eine weitere Variante der Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens
zur Abstützung und Drehung eines Werkstücks gemäß der Erfindung, Draufsicht; Fig.
10 Ansicht nach Pfeil C in Fig. 9; Fig. 11 Ansicht nach Pfeil D in Fig. 9; Fig.
12 Wellenleiter mit einer durchlaufenden diametralen Nut zur Unterbringung der Beschickungseinrichtung;
Fig. 13 Querschnitt nach der Linie XIII-XIII in Fig. 12; Fig. 14 eine weitere Variante
der Einrichtung gemäß der Erfindung mit der auf einem zusätzlichen Wellenleiter
befestigten axialen Auflage; Fig. 15 treibendes Element, ausgeführt in Form einer
Rolle mit elastischer Felge und zwei Bunden; Fig. 16 eine weitere Variante der Einrichtung
gemäß der
Erfindung, in der das treibende Element mit einem stirnseitigen
Reibbelag ausgeführt ist; Fig. 17 querschnitt nach der Linie XVII-k#!iI in Fig.
16; Fig. 18 eine weitere Variante der Einrichtung genuß der Erfindung in Axonometrie;
.#ig. 19 treibendes Element in Form einer mit der Umfangefläche des Werkstücks in
Berührung stehenden Rolle; Fig. 20 Ansicht nach Pfeil E in Fig. 19; Fig. 21 eine
weitere Variante der Einrichtung gemäß der Erfindung, in der der Wellenleiter des
elektromechanischen Umformers um einen gewissen Winkel in|bezug auf die gemeinsame
Berührungslinie des Werkstücks mit dem treibenden Element gewendet ist; Fig. 22
treibendes Element in Form einer Rolle mit Felge aus einem elastischen Werkstoff
mit Borden.
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Das Verf# ren zur Abstützung und Drehung eines runden Werkstücks
mit Antrieb an dessen Stirnfläche wird anhand des in der Fig. 1 dargestellten vereinfachten
kinematischen Schemas erläutert.
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Ein Werkstück 1 wird an einer radialen Auflage 2 und einer axialen
Auflage 3 abgestützt und durch die Kräfte der reibungsbedingten Wechselwirkung zwischen
der Stirnfläche 4 des Werkstücks 1 und einem rotierenden treibenden Element 5 in
Drehung gesetzt. Zur Gewährleistung einer stabilen Abstitzung
des
Werkstücks 1 an der radialen Auflage 2 ist dii letztere in Form von zwei unter einem
gewissen Winkel auseinandergestellten zeilen 6 und 7 (Fig. 2) ausgeführt, dere.l
Arbeitsflächen dem Profil der zylindrischen Ulf.~antCsfl.iche 8 (Fig. 1) des Werkstücks
1 entsprechen.
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Das treibende Element 5 wird gegen die Stirnfläche 4 des Werkstücks
1 durch ein elastisches Kraftelement 9 über eine Kugel 10 gepreßt und mittels eines
Riementriebs mit einer Scheibe 11 (der Riemen ist nicht dargestellt) in Drehung
gesetzt. Die Anpressung des Werkstücks 1 mit dessen Stirnfläche 12 an die axiale
Auflage 3 erfolgt durch die Übertragung de Kraft vom elastischen Element 9 über
das treibende Element 5 auf dieses Werkstück 1 und die Anpressung des Werkstücks
1 an der radialen Auflage 2 wird durch die gegenseitige Verstellung der Drehachsen
des treibenden Elements 5 und des Werkstücks 1 um den Exzentrizitätswert "e" (Fig.
2) gewährleistet.
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Der radialen Auflage 2 und der axialen Auflage 3 (2ig.
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1) werden von einem (nicht dargestellten) elektromagnetischen Umformer
mechanische Schwingungen des Ultraschallbereichs in den Richtungen zugeleitet, von
denen die eine Richtung im Prinzip parallel der gemeinsamen Berührungs-Linie des
Werkstücks 1 mit der radialen Auflage 2 und die andere Wichtung im Prinzip parallel
der gemeinsamen Berührungslinie des Werkstücks 1 mit der axialen Auflage 3 in deren
Kontaktzonen verläuft. Dabei kann die Abweichung
jeder von diesen
Richtungen der Schwingungaübertragung von der Richtung der gemeinsamen Berührungslinie
des Werkstücks 1 mit der entsprechenden Auflage in deren Kontaktzonen einen geringen
spitzen Winkel ol betragen.
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Es ist ausreichend, die mechanischen tJlt,-raschallschwingungen einer
von den Auf lagen, entweder der radialen Auflage 2 oder der axialen Auflage 3, bevorzugt
jedoch der auflage, die gegenüber dem treibenden Element 5 liegt, im vorliegenden
Fall also der axialen Auflage 3, zuzuleiten, Jedoch können die mechanischen Sctwingungen
gleichzeitig der radialen Auflage 2 sowie der axialen Auflage 3, wie das in der
Fig. 1 gezeigt ist, zugeleitet werden.
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Sowohl die Parameter (Frequenz, Amplitude, Form) der zuzuleitenden
mechanischen Schwingungen als auch der Grenzwert des Winkels ot werden aus folgenden
Uberlegungen vorgegeben.
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Im allgemeinen Fall bei der Zuleitung der mechanischen Ultraschallschwingungen
an die radiale 2 und axiale 3 Auflage werden diese Schwingungen in einem gewissen
Maß auch dem zu drehenden Werkstück 1 und über dieses dem treibenden Element 5 mitgeteilt.
Die Reibungsfaktoren zwischen dem Werkstück 1 und dem treibenden Element 5 sowie
zwischen dem Werkstück 1 und der radialen Auflage 2 oder der axialen Auflage 3 hängen
wesentlich von der Größe der bei diesen Schwingungen audtretenden Verstellungen
des treibenden Elements 5 und der ra axialen Auflage 2 oder der axialen Auflage
3 inbezug auf das
Werkstück 1 ab. sinne Änderung der Zulc itungsrichtung
der mechanischen Schwingungen inbezug auf die gemeinsame Berührungslinie des Werkstücks
1 mit der radialen Auflage 2 oder mit der axialen Auflage 3 ändert die Amplituden
der oben erwähnten Verstellungen und damit die Reibung zwischen dem Werkstück 1
und dem treibenden Element 5 sowie zwischen dem Werkstück 1 und der radialen Auflage
2 oder der axialen Auflage 3. Die Reibung zwischen dem treibenden Element 5 und
dem Werkstück 1 gewährleistet die Obertragung des hüt2-lichen Drehmoments, das zur
Drehung des Werkstücks 1 erforderlich ist, während die Reibung zwischen dem Werkstück
1 uncltderradialen Auflage 2 oder der axialen Auflage 3 schädlich ist und möglichst
klein sein soll.
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Der Grenzwert des Winkels ot wird aus den Bedingungen des Erhaltenes
eines optimalen Verhältnisses zwischen den e Komponenten der zugleiteten mechanischen
Schwingungen gewählt, das eine minimale schädliche Reibung zwischen dem Werkstück
1 und der radialen Auflage 2 oder der axialen Auflage 3, die Beibehaltung der nützlichen
Reibung zwischen dem Werkstück 1 und dem treibenden Element 5 und eine starre Unbeweglichkeit
des Werkstücks 1 bei den Schwingungen der Auflagen gewährleistet. Außerdem wird
das Erreichen dieses Effekts durch die differenzierte Torgabe von mechanischen Schwingungen
der radialen 2 und axialen 3 Auflagen gesichert.
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Insbesondere wird die Frequenz und Amplitude dieser Schwingungen
unter
Berücksichtigung der geometrischen Abmessungen und der Masse des Werkstücks 1 vorgegeben.
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Beim- vorliegenden Verfahren wird die Frequenz der der radialen 2
und axialen 3 Auflage zugeleiteten mechanischen Schwingungen im Bereich von 15 bis
35 Kilohertz, die Amplitude dieser Schwingungen in der Größenordnung von 1 bis 3
Mikrometer vorgegeben, während der Wert des Winkels Oc 0 höchstens gleich 10 eingehalten
wird (in der Zeichnung ist der verhältnismäßig große Wert dieses Winkels zwecks
besserer Anschaulichkeit gezeigt).
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Bei diesem Verfahren können die zuzuleitenden mechanischen Schwingungen
im Laufe des größten Teils des Arbeitszyklus, z. B. bei der Anwendung dieses Verfahrens
zur Drehung und Abstützung beim Schleifen des Werkstücks 1, eine beliebige symmetrische
Form, beispielsweise die Sinusfoma (Fig. 3 a) auSweisen. Ein besonderer Zustand
der zusuleitenden Schwingungen mit asymmetrischer Form, und zwar der Sägenhnform
(Fig. 3 b, c), wird zur Verschiebung des Werkstücks 1 (Fig. 1) längs der radialen
Auflage 2 inbezug auf die axiale Auflage 3 verwendet. Dabei werden die ';chwingungen
mit der im Zeitdiagramm Fig. 3b dargestellten Form, bei der die Dauer der Vorderflanke
jedes sägezahnartigen Impulses die Dauer der Hinterflanke dieses Impulses übtrschreitet,
für die Verschiebung und zusätzliche Anpressung des Werkstücks 1 ( ig. 1) an die
axiale Auf lage 3, und die Schwingungen
mit der im Zeitdiagramm
Fig. 3 c dargestellten Form, bei der die Dauer der Hinterflanke jedes sägezahnartigen
Imvon pulses die Dauervdessen Vorderflanke überschreitet, für die Entfernung des
beim Schleifen bearbeiteten Werkstücks 1 (Fig.
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1) aus der Bearbeitungszone nach Abschluß des Schleifvorgangs benutzt.
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Das Verhältnis zwischen den Werten der Vorder- und Hinterflankendauer
der zuzuleitenden sägezahnartigen Impulse hängt ab von den Abmessungen und der Masse
des Werkstücks 1, vom Werkstoff, aus dem das Werkstück 1 gefertigt ist, und von
der Feinheit der Vorbehandlung der Oberflächen des Werkstücks 1, die mit der radialen
2 und axialen 3 Auflage , denen die mechanischen Schwingungen zugeleitet werden,
in Berührung stehen.
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In der Fig. 4 ist eine weitere Variante für die Ausführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens zur Abstützung Und Drehung des Werkstücks 1 dargestellt, bei der das
Werkstück 1 desgleichen an der radialen Auflage 2 und der axialen Auflage 3 abgestützt,
jedoch in Drehung durch die Kräfte der reibungsbedingten Wechselwirkung mit dem
rotierenden treibenden Element 5 das in diesem Fall mit der Umfangsfläche 8 des
Werkstücks 1 in Berührung steht, gesetzt wird. Das treibende Element 5 wird auch
mittels eines Riementriebs von der Scheibe 11 angetrieben.
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Die mechanischen Schwingungen werden in diesem Fall nur der radialen
Auflage 2 zugeleitet, der gegenüber das treibende
Element 5 angeordnet
ist. Dabei erfolgt die Anpressung des Werkstücks 1 an die radiale Auflage 2 durch
das treibende Element 5 und an die axiale Auflage 3, wie schon oben gesagt, durch
die axiale Kraft, bedingt durch die sägezahn artige Form der zugeleiteten mechanischen
Schwingungen, bei der die Dauer der Vorderflanke des Impulses die Dauer (ler Hinterflanke
überschreitet, sowie zusätzlich durch die axiale Komponente der Wechselwirkungskräfte
zwischen dem Werkstück 1 und der radialen Auflage 2, die infolge der Zuleitung der
mechanischen Schwingungen unter einem spitzen Winkel zur gemeinsamen Berührungslinie
des Werkstücks 1 mit der radialen Auflage 2 in deren Kontaktzone entsteht und zur
axialen Auf lage 3 gerichtet ist.
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Auf diese Weise wird die Drehung des Werkstücks 1 bei diesem Verfahren
dadurch erreicht, daß das Drehmoment des treibenden Elements 5 das Gesamtmoment
der der Drehung entgegenwirkenden Kraft infolge einer# bedeutenden Herabsetzung
der zwischen dem Werkstück 1 und der radialen 2 oder axialen 5 Auflage entstehenden
Reibung überschrtitet.
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Die wesentliche Verminderung der der Drehung entgegenwirkenden Reibungskräfte
gestattet einen relativ geringen Wert des Drehmoments und damit eine geringe Anpreßkraft
des treibenden Elements 5 an das getriebene Werkstück 1 vorw zugeben, wodurch die
verwendung von Mitteln zur Dämpfung der Schwingüngen des treibenden Elements 5,
die bei dessen Drehung unvermeidlich sind, ermöglicht wird.
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Die Einrichtung zur Durphführung des Verfahrens zur Abstützung und
Drehung eincs runden Werkstücks ist an einer Schllsirmaschine mit der Ausführung
zum Schleifen der Bohrung im Innenring eines Wälzlagers verwendet worden, wobei
die Schleifmaschine ein Maschinenbett 13 (#ig. 5) enthält, auf dem Baugruppen 14
zur Abstützung und Drehung des zu bearbeitenden Werkstücks 1 , der Schlitten 15
der Beschickungsvorrichtung 16 der Maschine und der Arbeitskopf, z. B. eine Spindel
17 mit einem Spannfutter 18, die mit einem Schleifwerkzeug , im vorliegenden Fall
mit einer Schleifscheibe 19, zum Schleifen der Bohrung im Innenring eines Lagers
ausge rüstet ist, montiert werden.
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Die Baugruppe 14 zur Abstützung und Drehung des zu bearbeitenden
Werkstücks 1 enthält einen feststehend angeordneten clek#romechanischen magnetostriktiven
Umformer 20, der im Ultraschallfrequenzbereich wirkt und in einem hohlen Gehäuse
21 mit Rohrstutzen 22 für die Zuleitung der Kühlflüssigkeit untergebracht ist. Der
elektromechanische magnetostriktive Umformer 20 enthält einen geschichteten Kern
23 mit einer auf diesen aufgewickelten Wicklung 24, die einem nicht dargestellten
Ultraschallfrequenzgenerator zugeschaltet ist, und einen Wellenleiter 25, der eine
Form besitzt, die eine Energiekonzentration der vom elektromechanischen Umformer
20 erzeugten Schwingungen gewährleistet, und der mit dem geschichteten Kern 23 dieses
Umformers starr verbunden ist.
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Auf dem freien Endteil des Wellenleiters 25 ist die
radiale
Auflage 2 zur radialen Abstützung des zu bearbeitenden Werkstücks 1 angeordnet,
und im Körper des Wellenleiters 25 ist ein axialer Kanal 26 zum Durchtritt der Stange
27 eines Lehrdorns 28 sowie eine Seitenöffnung 29 durch die die axiale Auflage 3
zur axialen Abstützung des zu bearbeitenden Werkstücks 1 durchtritt, ausgeführt.
Der Wellenleiter 25 ist parallel zur gemeinsamen Berührungslinie des Werkstücks
1 und der radialen Auflage 2 angeordnet. Die axiale Auflage 3 ist auf einem in der
hut 31 einer Baugruppe 32 zur Festlegung der axialen Auflage 3 untcçrgebrachten
Halter 3.0 mit der Möglichkeit der #instellungseiner Lage in der Nut -31 in den
Grenzen, die durch Begrenzungsbolsen 33 zugelassen werden, angeordnet, wobei der
Halter 30 in der Nut 31 durch eine Andrückschraube 34 befestigt wird, diX den Halter
30 gegen die rechte Wand dieser Nut 31 preßt.
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Die Baugruppe 14 zur Abstützung und Drehung des Werkstücks 1 enthält
auch eine bewegliche Aufstellungsfläclie 35, in der Ausschnitte 36 ausgeführt sind,
die die Verdrehung aer Aufstellungsfläche 35 inbezug auf die Wechselwirkungszone
des Werkstücks n mit der radialen 2 und axialen 3 Auflage ermöglicht, wobei die
tage der Aufstellungsfläche 35 durch Gegenschrauben 37 festgelegt wird. Auf der
Aufstellungsfläche 35 ist eine An#drückvorrichtung 38 zur Anpressung des treibenden
Elements 5 an das Werkstück 1 aufgestellt. Die Andrückvorrichtung 38 enthält eine
Spindel
39, in der in den lagern 40 eine Welle 41 mit dem an einem
Ende derselben befestigten rotierenden treibenden Reibelement 5, das in Form einer
scheibenartigen Rolle mit einer Felge 42 aus einem elastischen Werkstoff, z. B.
Gummi, ausgeführt wird, und mit der an ihrem anderen Ende befestigten, mittels eines
Riemens 43 mit einer (in der Zeichnung nicht dargestellten) Antriebsvorrichtung
verbundenen Scheibe 11 montiert ist. Die Achse der Welle 41 ist unter einem spitzen
o Winkel, bevorzugt unterhalb 45 , zur Achse des Werkstücks 1 eingestellt, und die
Felge 42 des treibenden Elements 5 mit einer gewissen Kraft steht in Wechselwirkung
mit der Fase des Werkstücks 1, die gegenüber den Wechzelwirkungszonen dieses Werkstücks
1 mit der radialen Auflage 2 und der axialen Auflage 3 liegt. Die Lage des treibenden
Elements 5 inbezug auf das Werkstück 1 wird durch ein Widerlager (den Anschlag)
44 mit einer Geganmutter 45, das auf einer Konsole 46 montiert ist, bestimmt.
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Der Schlitten 15 ist ik den in der Fig. 6 dargestellten Wälzführungen
47 (Ansicht nach Pfeil A in Fig. 5), die die Rollen 48 enthalten, angeordnet. Die
Wälzführungen 47 liegen perpendikular zur senkrechten, durch die Achse des zu bearbeitenden
Werkstücks 1 verlaufenden Ebene und sind mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten
Antrieb zur Verstellung des Arbeitszyklus verbunden. Auf dem Schlitten 15 ist die
Beschickungsvorrichtung 16 mit einer senkrechten Zuleitungsrinne
49
zum Unterbringen von säulenartig aufeinandergelegten anfallenden ringförmigen Rohlingen
50 des Werkstücks 1 angeordnet. Die Zuleitungsrinne 49 ist vorne mit einem durchsichtigen
Deckel 51 (Fig. 5) abgedeckt. In der Beschickungsvorrichtung 16 ist senkrecht zur
Zuleitungsrinne 49 und parallel zur Ebene des Schlittens 15 eine Nut 92 ausgeführt,
in der ein Zuteilerschieber 53 mit einem Dorn 54, der in Wechselwirkung mit der
Bohrung des ringtörmigen Rohlings 50 steht, gleitet. Das Verstellungswerk des Zuteilerschiebers
enthält eine Zahnleiste 55 (Fig. 6), mit der ein mit dem in der Zeichnung nicht
dargestellten Antrieb verbundenes Zahnrad zusammenwirkt0 Auf der ßeschickuggsvorrichtung
16 ist auch eine Einheit 57 zum Abziehen der Schleifen scheibe 19 angebracht, die
Führungen 58 mit einem in diesen angeordneten Wagen 59 enthält. Der Wagen 59 ist
mit einer Mikrometerschraube 60 (Fig. 5) verbunden und trägt einen in einem Halter
62 befestigten Diamant 61 zur Umfangsabzie, hung der Schleifsoheibe 19. An der Mikrometerschraube
60 ist eine Skala 63 zur Anzeige der Verstellung des Diamanten 61 befestigt.Die
in der Zeichnung mit strichpunktierten Linien dargestellte Lage der Beschickungsvorrichtung
16 entspricht der Arbeitslage.
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Die Baugruppe 14 zur Abstützung und Drehung des zu bearbeitenden
Werkstücks 1 wird am Maschinenbett 13 mit Schrauben befestigt, von denen in der
Zeichnung nur eine Schraube
64 (Fig. 6) gezeigt ist.
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Die in der Fig. 7 und Fig. 8 (Ansicht nach Pfeil B in Fig. 7) dargestellte
Schleifmaschine zur Bearbeitung der inneren Laufbahn des äußeren Rings eines Kugellagers,
in der das Verfahren zur Abstützung und Drehung eines rungen Werkstücks gemäß der
vorliegenden Erfindung verwendet wird, besitzt grundsätzlich den gleichen Aufbau
wie die in der Fig. 5 und Fig. 6 dargestellte.
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Dabei ist der Wellenleiter 25 (Fig. 7) ganzteilig ausgeführt und
trägt auf seinem freien Ende die radiale Auflage 2, die in Form einer auf diesem
mit Hilfe einer Schraube 65 befestigten Scheibe mit dem Profilausschnitt, der die
Teile 6 und 7 mit den Arbeitsflächen dieser radialen Auflage 2 (Fig. 8) ausbildet,
ausgeführt ist. Die auf dem Halter 30 (Fig. 7) aufgestellte axiale Auflage 3 hat
die Form einer Schale, die an der Stirafläche des zu bearbeitenden Werkstücks 1
anliegt.
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Die Schleifscheibe 19 hat eine toroidale Arbei#sfläche, die dem Profil
der Laufbahn des zu bearbeitenden Werkstücks 1 entspricht. Der Halter 62 des Diamanten
61, der hier zur Radiusabziehung der Schleifscheibe 19 bestimmt ist, wird drehbar
ausgeführt.
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Die Beschickungsvorrichtung 16 ist auskippbar zur Ermöglichung deren
seitlicher Aussch#enkung aus der Bearbeitungszone des Werkstücks 1 ausgeführt, in
Spitzen 66 montiert und
trägt an deren Gruiidfläche einen Zahnkranz
679 der mit der otangenleiste 68 eines Zylinders 69 zum Auskippen der Beschickungsvorrichtung
16 zusammenwirkt. Die Lage der Beschickungsvorrichtung 16 in der Beschickungsposition
wird durch einen Anschlag 70 festgelegt. Diese Lage der Beschikkungsvorrichtung
16 ist in der Fig. 7 mit strichpunktierten Linien gezeigt0 Die Leiste 55 auf dem
Zuteilerschieber 53 ist chrägverzahat ausgeführt und steht in Wechselwirkung mit
der schrägverzahnten Stangenleiste 71 eines Beschickungszylinders 72. Die ßeschickungsvorrichtung
16 wird am Maschinenbett 13 durch Schrauben 73 befestigt.
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Das treibende Element 5 (Fig. 8) ist durch eine zylindrische Feder
74 gefedert. Der Drehantrieb des treibenden Elements 5 enthält einen Motor 75 mit
einem in diesen eingebauten Getriebe; der Motor ist auf einer Konsole 76 angeordnet
und trägt an seiner Achse 77 eine vom Riemen 43 umfaßte Scheibe 78.
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Noch eine weitere -Variante der Einrichtung zur Abatut zung und Drehung
eines runden Werkstücks mit ebener Stirneiner fläche, die in v Schleifmaschine zur
Bearbeitung der äußeren Laufbahnen des Innenrings eines Kugellagers verwendet wird,
ist in der Fig. 9 dargestellt. Diese Variante untersCheidet sich desgleichen von
den früher beschriebenen Modi- -fikationen nur durch die Au#führung und Einrichtung
einzelner Elemente der Maschine.
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Der Wellenleiter 25 ist hier ganzteilig ausgeführt
und
am freien Ende desselben ist mit Hilfe der Schraube 65 die radiale Auflage 2 in
Form einer Scheibe mit Profil ausschnitt befestigt, der die in der Fig. 10, wo die
Ansicht nach Pfeil C in Fig. 9 gezeigt und die axiale Auflage 3 fortgelassen ist,
dargestellten Teile 6 und 7 ausbildet.
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Außerdem ist in dieser Variante die Spindel 17 mit einer Schleifscheibe,
die einen größeren Durchmesser hat, ausgerüstet, welche mit der äußeren Umfangsfläche
des zu bearbeitenden Werkstücks 1 in Berührung steht.
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Die Beschickungsvorrichtung 16 (Fig. 9) ist neben dem Wellenleiter
25 angeordnet, und der Antrieb des Zuteilerschiebers 53 enthält dabei einen Bolzen
79, der am Zuteilerschie ber 53 befestigt ist und mit der Gabel 80 zusammenwirkt.
Die Gabel 80 ist mit der Walze 81 verbunden, an der ein Zahnrad 82 befestigt ist,
das mit der Stangenleiste 71 des Beschikkungszylinders 72 mit den Rohrstutzen-83
für die Zuleitung der Arbeitsflüssigkeit in Wechselwirkung steht. Eine andere Ansicht
der Beschickungsvorrichtung 16 ist in der Fig. 11 dargestellt, wo sie in Richtung
des Pfeils D in Fig. 9 mit entferntem Deckel 51 gezeigt wird. Zur Entfernung des
bearbeiteten Werkstücks 1 von der radialen Auflage 2 nach Abschluß von dessen Bearbeitung
ist ein strBhlausstoßer 84 vorgesehen, der in Form einer Düse ausgeführt ist, durch
die in die Bearbeitungszone Luft oder Schmier- und Kühlflüssigkeit zugeführt werden
kann.
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In den Fig. 12 + 17 sind mögliche Modifikationen einzelner Baugruppen
und Elemente der Schleifmasch£#ie gemäß der vorliegenden Variante dargestellt.
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In der Fig. 12 i#t-der Wellenleiter,25 dargestellt, der mit einer
durchlaufenden, diametral angeordneten, verlängerten Nut 85 ausgeführt ist, durch
die die Beschickungsvorrichtung 16 mit der Zuleitungsrinne 49, in der die ringförmigen
Rohl m ge 50 untergebracht sind, durchgeleitet ist.
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In diesem Fall bildet die Achse des Zuteilerschiebers 53 und des Dorns
54 mit der Achse des zu bearbeitenden Werkstücks 1 einen geringen Winkel , der etwa
2+ 50 beträgt.
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In der Fig. 13 ist-eine andere Ansicht des Wellenleiters 25 mit durchlaufender
input 85 und der in dieser untergebrachten Beschickungsvorrichtung 16 dargestellt.
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In der Fig. 14 ist die axiale Auflage 3 auf einem bevorzug parallel
zur Ebene der Stirnfläche 12 des Werkstücks 1 angeordneten Wellenleiter 86 des zusätzlichen
elektromechanischen Umformers 87 befestigt. Das treibende Element 5 ist dabei in
Form einer Rolle mit elastischer Felge 42 ausgeführt, die mit der äußeren Fase des
zu bearbeitenden Werkstücks~1 in Berührung steht.
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In der Fig. 15 ist das treibende Element 5 in Form einer Rolle mit
elastischer Felge 42 und zwei Bunden 88 und 89 ausgeführt, die entsprechend mit
der Stirnfläche 4 und der Umfangsfläche.8 des zu bearbeitenden Werkstücks 1
in
Berührung stehen und am Umfang des treibenden Elements 5 eine Winkelrille 90 bilden.
Dabei kann der durch die Seitenflächen der Winkelrille 90 gebildete Winkel S geringer
als 90 ausgeführt werden, wodurch eine Einklemmung des Werkstücks 1 zwischen diesen
Seitenflächen und also eine Steigerung der Krafteinwirkung des vom treibenden Element
5 auf das zu bearbeitende Werkstück 1 übertragenen Drehmmments stattfinden wird.
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In der Fig. 16 ist das treibende Element 5 mit einem stirnseitigen
Reibbelag 91 ausgeführt, der sich mit der Stirnfläche 4 des Werkstücks 1 berührt.
Dabei ist die Drehachse des treibenden Elements 5 (Fig. 16) der Achse des Werkstücks
1 parallel und um den Ekzentrizitätswert e von dieser Achse verschoben (-Fig.17).
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In der Fig. 18 ist die bevorzugte Variante der Sinrichtung zur Abstützung
uhd Drehung eines runden Werkstücks mit ebener Stirnfläche, die in einer Maschine
zum Schleifen von Laufbahnen des Innenrings eines Kugellagers verwendet wird, in
axonometrischer Darstellung wiedergegeben. Hier hat der Wellenleiter 25 einen rechteckigen
Querschnitt desgleichen wie SLe radiale Auflage 2, die hier am freien Ende des Wellenleiters
25 mit Hilfe von Schrauben 92 und 93 befestigt ist. Die axiale Auflage 3 ist feststehend
und berührt nur mit einem Teil din Stirnfläche 12 des Werkstücks 1, das mit der
Schleifscheibe 1$ eines großen Durchmessers bearbeitet wird.
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In der Modifikation (Fig. 19) der Einrichtung zur Ab stützung und
Drehung, die in einer Maschine zum Schleifen der Bohrung des Innenrings eines Wälzlagers
verwendet wird, ist das treibende Element 5 in Form einer Rolle ausgeführt, die
mit der ~ Umfangsfläohe 8 des zu bearbeitenden Werkstücks 1 in Wechselwirkung steht.
Dabei ist die axiale Auflage 5 starr angeordnet, und die radiale Auflage 2 ist am
Wellenleiter 25 befestigt, der parallel zur gemeinsamen Berührungslinie des Werkstücks:1
mit der radialen Auflage 2 angebracht ist, wobei die Symmetrieachse des Wellenleiters
25 mit der Drehachse des Werkstücks 1 zusat-imenfällt.
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Dabei ist das treibende Element 5 um einen Winkel g in der Größenordnung
von 2 bis 40 einbezug auf die Drehachse des Werkstücks 1 verdreht, wodurch eine
Anpressung des Werkstücks 1 an die axiale Auflage 3 gesichert wird.
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In der rig. 21 ist der Wellenleiter 25 mit der an diesem befestigten
radialen Auflage 2 unter einem geringen Winkel in der Größenordnung von 5 bis 10
i ezug auf die gemeinsame Berührungslinie des Werkstücks 1 mit der radialen Auflage
2 angeordnet, wodurch desgleichen eine gewisse zusätzliche Anpressung des Werkstücks
1 an die axiale Auflage 3 gewährletstet wird.
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In der Fig. 22 ist das treibende Element 5 dargestellt, das die Form
einer Rolle~ mit der Felge 42 aus einem ela#tischen Werkstoff mit Borden 94 und
95 hat, deren Abstand geringer als die Breite des zu bearbeitenden Werkstücks 1
um
den Verspannungswert ist. Dabei verläuft die Drehachse des treibenden
Elements 5 parallel zur Achse des Werkstücks 1 und das treibende Element 5 steht
in Berührung sowohl mit der Umfangsfläche 8 als auch mit den Stirnflächen 4 und
12 des Werkstücks 1. Dadurch wird die Krafteinwirkung des vom treibenden Element
5 auf das zu bearbeitende Werkstück 1 übertragenen Drehmoments vergrößert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Abstützung und Drehung eines Werkstücks,
das die Form eines Rotationskörpers mit ebener Stirnfläche aufweist, besteht in
der Abstützung des Werkstücks an einer feststehenden axialen Auflage und einer feststehenden
radialen Auflage und der Drehung des Werkstücks durch ein rotierendes treibendes
Reibelement mit different iale r Zuleitung der mechanischen Schwingungen ia die
Auflagen, sowie die Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gestatten die
Genauigkeit der Abstützung des getriebenen Werkstücks auf den Auflagen weitgehend
zu verbejsera und die Genauigkeit und Sicherheit seiner Drehung durch das Ausschalten
aus dem bei diesem Verfahren verwendeten kinematischen Schema von äußerst präzisen
und deshalb unsichern, aus Hartmetallen hergestellten drehenden Reibelementen, deren
Fertigungsgönauigkeit und Betrieb einen entscheidenden Einfluß auf die Umlaufgauigkeit
des getriebenen Werkstücks und, als Folge dessen, auf die Bearbeitungsgüte des Werkstücks
bei der Verwendung dieses Verfahrens in
Einrichtung sur mechanischen
Bearbeitung von Wer stücken ausübt, wesentlich erhöht.
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Dieses Verfahren ist gewissermaßen ein Uaiveasalverfahren, da es
im Fall der Verwendung zum Schleifen von Ringen für Wälzlager gestattet: t ein beliebiges
Schema der Hauptabstützung, an der stirnseitigen , an der innerenioder an der äußeren
zylindrische fläche aeq zu bearbeitenden Werkstücks zu verwenden - Werkstücke abzustützen
und zu drehen, die sowohl aus magnetischen-als auch aus nichtmagnetischen Werkstoffen
hergestellt sind; - sowohl Innen-, als auch Außenflächen von Lagerringen, einschließlich
der Oberflächen der Laufbahnen zu bearbeiten; - Ringe sowohl für übliche Lager,
als auch für Miniaturlager zu bearbeiten.
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Es soll auch hervorgehoben werden, daß die Einrichtung, die das vorliegende
Verfahren zur Abstützung und Drehung eines Werkstücks realisiert und bei einer Schleifmaschine
verwendet wird, folgende Eigenschaften gewährleistet: - gute Übersichtlichkeit und
Zugänglichkeit der Bearbeitungszone des# Werkstücks, was bei der Überwachung des
Bearbeitungsvorgangs, beim Einrichten und Rüsten der Maschine sowie bei deren Reparatur
wichtig ist; - geringe Abhängigkeit der Bearbeitungßgqnauigkeit des
Werkstücks
von der Betriebs- und Fertigungsgenauigkeit der Antriebselemente, durch die Verwendung
in der vorliegende den Einrichtung des beschriebenen kinematischen Schemas und außerdem
durch die Benutzung der Dämpfung der schädlichen Schwingungen durch die Umrandung
der treibenden Reibscheibe mit einem elastischen Werkstoff vom Gummityp, wodurch
ein ruhiger Lauf des Werkstücks und eine Abschwächung des Vibrationseinflusses der
die Achse des treibenden Elements führenden Lager auf das zu bearbeitenden Werkstück
erreicht wird; - Möglichkeit einer wesentlichen Herabsetzung der Drehzahl des treibenden
Elements im Vergleich zur Drehzahl des zu drehenden und zu bearbeitenden Werkstücks,
was bei einem unkritischen Verhalten des in der Einrichtung verwendeten kinematischen
Schemas der Antriebs zur Betriebsgenauigkeit der Elemente ziemlich einfach durch
eine wesentliche Durchmesservergrößerung der treibenden Reibscheibe erreicht wird;
- Möglichkeit einer Verbesserung der Geometrie der zu bearbeitenden Oberfläche des,
Werkstücks inbezug auf die Bezugs fläche dieses Werkstücks, was auch ziemlich einfach
erreicht wird, da man beim vorliegenden Verfahren zur sbsbützung und Drehung zwischen
den Auflagen schleifen und dabei Auflagen mit einem großen Umfassungswinkel des
Werkstücks an jeder Auflage verwenden kann;
- Verminderung- des
Abriebs (von Schrammen) an dem zu bearbeitenden Werkstück, bedingt durch eine-geringe
Reibung zwischen dem Werkstück und der Auflage, der die meXhanischen Ultraschallschwingungen
zugeleitet werden; - Verminderung von Aufschichtungen an dem zu oearteitenden Werkstück,
bedingt durc#h den relativ geringen Kraftaufwand bei der Anpressung des treibenden
Elements an das Werkstück und den Umstand, daß das treibende Element eine aus elastischem
Werkstoff ausgeführte Felge hat.
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In der vorliegenden Einrichtung darf jede beliebige Schmier- und
Kühlflüssigkeit, einschließlich die unschädliche Schmier- und Kühlflüssigkeit auf
Wasserbasis, verwendet werden, und überdies kann die Drehung und Bearbeitung des
Werkstücks überhaupt ohne irgendwelche Schmier- und Kühlflüssigkeit durchgeführt
werden.
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Außerdem wird durch das Fehlen in der vorliegenden Einrichtung von
hochtourigen Elementen sowie von Elementen, deren Verschleiß in direkter Weise die
geometrische Genauigkeit der zu bearbeitenden Flächen beeinflußt, das einfache £inrichten
und Rüsten der Einrichtung sowie die S$cherhei~ und Dauerhaftigkeit deren Betriebs
gewährleistet.