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Finish-Vorrichtung
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Die Erfindung betrifft eine Finish-Vorrichtung nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Die Bearbeitung durch Finishen bzw. Super-Finishen geschieht normalerweise,
um eine bereits vorbearbeitete ebene Oberfläche in ihrer Oberflächenbeschaffenheit
und Ebenheit weiter zu verbessern. Zu diesem Zwecke werden die Werkstücke an einem
Finishstein vorbeigeführt, der mit hoher Frequenz hin-und herschwingt. Bei zylindrischen
Werkstücken wird dabei auch das Werkstück gedreht. Die Finishsteine haben normalerweise
eine große Erstreckung in ihrer Schwingungsrichtung, um gut auf der zu bearbeitenden
Oberfläche aufzuliegen.
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Werkstücke, die in Richtung der Schwingbewegung des Super-Finishsteins
nicht genau gerade waren, wurden normalerweise nicht gefinished.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Finisheinrichtung zu schaffen,
mit der auch Werkstücke mit nicht genau geraden Erzeugenden (Mantellinie o.dgl.)
gefinished werden können.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch das Kennzeichen des Anspruchs
1 gelöst.
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Während bei den üblichen Finish-Vorrichtungen durch die Finishsteine
mit großer axialer Erstreckung eine Überbrückung geschaffen werden sollte, die für
ein Abschleifen sämtlicher Unebenheiten in axialer Richtung sorgen sollte, wird
hier also in für das Finishen sehr ungewöhnlicher Weise der Vorschlag gemacht, mit
in Schwingungsrichtung sehr schmalen Steinen zu arbeiten und somit die axialen Makro-Unebenheiten
zu belassen. Es hat sich herausgestellt, daß durch diese Maßnahme der Finisherfolg
in Bezug auf die Mikrooberfläche nicht verschlechtert, sondern eher verbessert wird
und die Makro-Form in keiner Weise angegriffen wird. So ist es beispielsweise möglich,
in an sich zylindrischen Oberflächen eingedrehte "Einkerbungen" von wenigen hundertstell
Millimeter auf eine beträchtliche axiale Länge auch nach der Bearbeitung zu erhalten
und trotzdem die gesamte Oberfläche bestens zu finishen. Derartige Einkerbungen
können beispielsweise wichtig sein, um bei hochbeanspruchten Maschinenteilen, beispielsweise
Kolbenbolzen elastizitätsbedingte Druckspitzen an den Lagerenden abzubauen.
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Besonders bevorzugt kann die Finish-Vorrichtung eingesetzt werden,
wenn die Werkstücke im wesentlichen kreiszylindrisch sind und auf Walzen drehend
durch den Finishbereich gefördert werden. Dieses sogen. Centerless-Verfahren oder
Durchlaufverfahren wird normalerweise auch mit den üblichen Finishsteinen angewandt,
ist dann jedoch nur bei absolut zylindrischen Werkstücken möglich. Es hat sich herausgestellt,
daß trotz der Makro-Abweichungen von der Zylinderform die Werkstücke einwandfrei
an den Finishsteinen nach der Erfindung vorbeilaufen, da diese sich einzeln der
Makroform anpassen können. Außer der Bearbeitung von im wesentlichen zylindrischen
Werkstücken ist jedoch auch eine Bearbeitung von prismatischen oder flächigen Werkstücken
mit
Makro-Abweichungen von dieser Form möglich.
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Die Finishsteine können vorzugsweise in Durchlaufrichtung sich ändernde
Körnung aufweisen. So kann in einer einzigen Finish-Vorrichtung erst mit einer groberen
Körnung eine Vorbearbeitung und danach eine Feinbearbeitung vorgenommen werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform können mehrere Finishsteine
in einer,vorzugsweise pneumatisch oder hydraulisch betätigbaren Andrückvorrichtung
aufgenommen, jedoch unabhängig voneinander durch Federelemente an das Werkstück
andrückbar sein. Obwohl es möglich wäre, auch jeden einzelnen kleinen Finishstein
mit einer eigenen Andrückpneumatik oder -hydraulik auszurüsten, ist die Vorrichtung
so wesentlich einfacher und betriebssicherer aufzubauen.
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Die Finishsteine werden mit relativ hoher Frequenz schwingend bewegt
und unterliegen dabei erheblichen Schwingungsbeanspruchungen und Massenkräften,
die ihre Länge in Andrückrichtung im Vergleich zu ihren Abmessungen in Schwingungsrichtung
begrenzen könnten. Damit hätten die Steine eine geringere Standzeit und müßten häufiger
ausgewechselt werden.
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Dies kann dadurch vermieden werden, daß an der Andrückvorrichtung
eine Führungsvorrichtung mit nahe am Werkstück vorgesehenen Führungen für die Finishsteine,
in denen die Finishsteine in Andrückrichtung beweglich sind, vorgesehen ist. Die
Schwingungsbewegung wird also auch im Bereich der Führungen auf die Finishsteine
übertragen, so daß die gesamte freie Länge des Steins von den Schwingungskräften,
die starke Biegebeanspruchungen hervorrufen würden,frei ist.
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Dadurch können vorzugsweise die Finishsteine in Andrückrichtung eine
große axiale Streckung haben und durch die Führungsvorrichtung hindurchragen. Die
Führungsvorrichtung kann vorzugsweise an ihren mit den Finishsteinen in Kontakt
kommenden Flächen eine verschleißfeste Verkleidung haben, die
entweder
durch besondere Härte oder andere verschleißverhindernde Eigenschaften eine Abnutzung
der Führungen durch die Finishsteine herabsetzt (z.B. Hartmetall als besonders harter
Werkstoff oder PTF als verschleißfester Kunststoff).
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Es ist aber auch möglich, daß die Finishsteine selbst eine Verkleidung
tragen, beispielsweise mit Kunststoff überzogen sind. In diesem Falle würde die
Übertragung der Schwingungsbewegung zwischen der Verkleidung und den Führungen stattfinden
und nicht zwischen der Schleifmittelfläche der Finishsteine und den Führungen.
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Bei einer anderen Ausführungsform könnendte Finishsteine an Haltern
befestigt sein, die durch die Führungen hindurchragen. Auf diese Weise können sowohl
lange Steine mit hoher Abnutzung als auch hochwertige, feine Steine mit geringer
Abnutzung und dementsprechend geringerer Gesamtlänge in gleichen Vorrichtungen verwendet
werden.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der Beschreibung
im Zusammenhang mit den Zeichnungen hervor.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch ein
Teil einer Finishmaschine der Linie I-I in Fig.2, Fig. 2 eine teilgeschnittene,
von rechts gesehene Ansicht des in Fig.1 dargestellten Teils, Fig. 3 im Detail die
Befestigung eines Finishsteins, Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Variante
eines
Finishsteins, Fig.5 eine Seitenansicht eines zylindrischen Werkstücks mit einer
Einschnürung, deren Tiefe jedoch vielfach übertrieben dargestellt ist, Fig.6 eine
schematische Seitenansicht eines Teils einer anderen Ausführungsform einer Finisheinheit
und Fig.7 eine entsprechende Ansicht einer weiteren Variante.
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In den Figuren 1 und 2 ist eine Finish- bzw.Superfinishmaschine teilweise
dargestellt. Sie besitzt einen nur angedeuteten Rahmen 11, an dem ein zylinderförmiger
Schwingungserzeuger 12 angebracht ist, der ein Bauteil mit einer Schwalbenschwanzführung
13 in relativ hochfrequente Schwingung versetzt, und zwar in einer Richtung senkrecht
zur Zeichenebene.
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In der Schwalbenschwanzführung ist eine Finisheinheit 14 angebracht,
die dementsprechend längs zur Schwingungsrichtung verschoben und festgeklemmt werden
kann. Die Einheit 14 besitzt eine Trägerplatte 15, an der ein hydraulisch oder pneumatisch
arbeitender Zustellzylinder 16 angebracht ist.
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Seine Kolbenstange 17 wirkt auf ein Joch 18 ein, das im vorliegenden
Beispiel hier in Reihe nebeneinanderliegende Bohrungen besitzt, durch die Bolzen
24 hindurchragen. Diese ragen durch Tellerfeder-Pakete 23 hindurch, und sind am
Boden von schüsselförmigen Federaufnahmen 22 an Steinhaltern 19 eingeschraubt, die
ihrerseits in Führungen 21 in einem Führungswinkel geführt sind, der am Joch 18
angeschraubt ist.
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Die Tellerfederpakete 23 stützen sich am Joch und an den Steinhaltern
ab und drücken die insgesamt vier Steinhalter unabhängig und einzeln federnd nach
unten.
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An den unteren Enden der Steinhalter 19 ist mittels Spannstücken 25
jeweils ein Finishstein 26 festgeklemmt, der eine relativ große Erstreckung in Zustellrichtung
37 (vertikal
) hat, jedoch relativ geringe Abmessungen in Schwingungsrichtung
(Doppelpfeile 36), die mit der Werkstücktransportrichtung 38 übereinstimmt. In waagerechter
Richtung quer zur Transportrichtung sind die Steinabmessungen normal, d.h.
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relativ schmal (Fig.2).
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Die Finishsteine 26 ragen in ihren unteren, dem Werkstück 30 zugewandten
Enden, durch Führungen 28 hindurch, die an einem Führungsstück 27 ausgebildet sind,
das an der Trägerplatte 15, d.h. an dem zwar schwingenden, jedoch nicht zustellbarem
Teil der Finisheinheit befestigt ist. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.1 sind
vier Führungen 28 für die Finishsteine 26 mit Einsätzen 29, einem verschleißfesten
Werkstoff, insbesondere Hartmetall ausgekleidet.
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Das zu bearbeitende Werkstück 30 wird von der Finisheinheit 14 im
Durchlaufverfahren bearbeitet. Dazu läuft es auf drehbaren Vorschubwalzen 31, die
durch ihre Drehung sowie ihre Form (hyperbolisch) und gegenseitige Ausrichtung das
Werkstück gleichzeitig in Rotation um seine Längsachse versetzen und in Transportrichtung
38 transportieren.
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Das Werkstück 30 hat an seinem Umfang zwei Einschnürungen, die zwar
in der axialen Länge relativ lang sind, jedoch nur eine sehr geringe Tiefe haben.
In Fig.5 ist eine derartige Einschnürung 39 in vielfacher radialer Überhöhung dargestellt.
Die radiale Tiefe T der Einschnürung kann bei einem normalen Werkstück von ein bis
einigen Zentimetern Dicke der GrBenordnung von 0,01 bis 0,1 mm betragen.
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Die Finish-Vorrichtung nach den Fig.1 und 2 arbeitet wie folgt: Wenn
der Schwingungserzeuger 12 in Gang gesetzt ist, schwingt die Finisheinheit 14 in
Schwingungsrichtung 36 hin und her. Die Vorschubwalzen 31 sind in Betrieb und fördern
Werkstücke
30 aufeinanderfolgend in Transportrichtung 38 an der Finisheinheit vorbei. Es ist
im vorliegenden Beispiel nicht dargestellt, daß die Werkstücke 30 normalerweise
unmittelbar aneinanderangrenzend transportiert werden.
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Uber den Zustellzylinder 16 wird das Joch 18 mit dem gewünschten Umdruck
abwärts gedrückt und wirkt über die Tellerfederpakete 23 auf die Steinhalter 19
ein, die sich dementsprechend mit dem gleichen Anpassdruck,jedoch unabhängig voneinander,bewe#n
und die darin eingespannten Finishsteine 26 an das Werkstück anpressen. Es liegen
beim dargestellten Beispiel vier in Schwingungsrichtung 36 relativ schmale Finishsteine
am Werkstück an (bzw. überbrükken zwei Werkstücke). Sie haben einen wesentlichen
Abstand voneinander, der beim Ausführungsbeispiel größer ist als die entsprechenden
Abmessungen der Finishsteine. Sie können jedoch auch dichter aneinander angebracht
werden. Wesentlich ist, daß sie sich in gewissen Grenzen unabhängig voneinander
in Zustellrichtung 37 bewegen können, und somit den Einschnürungen 39 am Werkstück
folgen können und auch diese in ihrer Oberflächenbeschaffenheit bearbeiten.
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Die Schwingungsbewegung wird durch die Führungen 28 auf die Finishsteine
übertragen und zwar an ihrem unteren Ende, d.h. sehr nahe am Werkstück. Dadurch
werden die Biegebeanspruchungen auf die Finishsteine minimal gehalten. Die obere
Führung 21, die an den Steinhaltern angreift, wird dagegen mit dem Joch, d.h. mit
der Zustellbewegung herabbewegt.
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Es ist zu erkennen, daß auf diese Weise die gesamte vertikale Erstreckung
des Finishsteins aufgebraucht werden kann, ohne daß eine neue Einstellung notwendig
ist und obwohl der Federhub der Tellerfederpakete 23 nur sehr gering zu sein braucht.
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Falls es erwünscht ist, können die einzelnen Finishsteine eine Einheit
unterschiedliche Körnungen haben, wobei dann
die am weitesten rechts
liegenden Steine die gröbere Körnung zur Vorbearbeitung bekommen würden.
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In Fig.3 ist eine geringfügige Variante der Führung dargestellt. Die
Führung 28a mit dem Führungsschlitz 27a besitzt keine verschleißfesten Einsätze,
benötigt diese auch nicht, weil im vorliegenden Falle statt des Finishsteines 26
in den Steinhalter 19 ein Zwischenhalter 33 aus Metall eingesetzt ist, an dessen
unterem Ende über ein Spannstück 34 ein sehr kleiner und vor allem in vertikaler
Richtung kurzer Finishstein 26 a aus einem besonders verschleißfestem Schleifmittel
eingesetzt ist, beispielsweise mit einem Schleifmittel aus Bornitrid o.dgl. Derartige
Zwischenhalter können auch abwechselnd mit normalen Finishsteinen eingesetzt werden,
jedoch vorzugsweise in eine andere Finisheinheit, weil in der unterschiedlichen
Abnutzung der Vorschub unterschiedlich ist.
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In Fig.4 ist eine Variante eines Finishsteins dargestellt.
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Der Finishstein 26 b besitzt eine äußere Beschichtung aus Kunststoff,
beispielsweise einem Polyamid oder eine dünne Beschichtung aus PEFE, so daß an seinen
im wesentlichen senkrechten Seiten das Schleifmittel vom Kunststoff überdeckt ist
und somit die Führungen 28 bzw. 28 a nicht verschleißt. Auf diese Weise können auch
unerwünschte Schwingungen, die zu einer Zerrüttung des Finishsteins führen können,
sowie Geräusche vermieden werden.
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Bei der Bearbeitung läuft das Werkstück 30 nacheinander an den einzelnen
Finishsteinen vorbei. Diese folgen aufgrund ihrer geringen Breite in Transportrichtung
den Einschnürungen und bearbeiten somit diese gewellten Macro-Unebenheiten ebenfalls
auf die gewünschte Oberflächenform.
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Die Arbeitsfläche des Finishsteins stellt sich dabei außer seiner
Anpassung in Anfangsrichtung (aus Fig.2 ersichtlich) auch ein wenig auf diese Einschnürungen
ein, was jedoch
wegen der geringen Tiefe der Einschnürungen sich
nur darin ausdrückt, daß die Ecken etwas runder werden.
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Es hat sich herausgestellt, daß selbst bei Benutzung von relativ harten
Steinen keine Unterschiede in der Oberflächenbeschaffenheit auftreten und der Transport
im Durchlaufverfahren nicht behindert wird.
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Es ist auch möglich, die einzelnen Finishsteine mit geringeren Abständen
voneinander anzuordnen. Wichtig ist jedoch, daß ihre Abmessungen in Schwingungsrichtung
relativ gering sind. Sie betragen ein Bruchteil der üblichen Finishsteinlänge in
dieser Richtung und liegen insbesondere in der Größenordnung bzw. unter der Größenordnung
des Werkstückdurchmessers, auf jeden Fall jedoch wesentlich unter den Abmessungen
der Werkstücklänge und sind auch wesentlich geringer als die Länge der Einschnürungen.
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Statt der dargestellten Werkstücke mit Einschnürungen können auch
solche mit entsprechenden Vorsprüngen gefinished werden.
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Besonders bevorzugt ist die Ausführung, bei dem mehrere Finishsteine
von einer Vorschubvorrichtung angedrückt werden, jedoch einzeln voneinander abgefedert
sind. Es ist jedoch auch möglich, für jeden Einzel-Finishstein eine unabhängige
Andrück- und Zustellvorrichtung vorzusehen.
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Auf der anderen Seite wäre es auch möglich, noch mehr Finishsteine
mit einer Zustellvorrichtung zuzustellen und die Federwege für die Einzel-Andrückung
länger zu wählen bzw. die Federkennlinie so zu wählen, daß ein gleichmäßiger Andruck
auch bei größerem Unterschieden in der Werkzeugabnutzung gewährleistet ist.
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Normalerweise sind mehrere Finisheinheiten hintereinander angeordnet.
Dies können mehrere Finisheinheiten nach der Erfindung mit Einzelsteinen sein, es
ist jedoch auch möglich, diese mit üblichen Finishsteinen abwechselnd zu benützen,
wenn es sich beispielsweise herausstellt, daß die im wesentlichen
geradlinige
Oberfläche außerhalb der Einschnürungen eine stärkere Oberflächenbearbeitung benötigt.
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In Fig.6 ist die schematische Seitenansicht eines Teils einer Finisheinheit
14 c dargestellt, und zwar des die Finishsteine 26 b enthaltenen Teils der Einheit.Die
Einheit hat einen im dargestellten Beispiel plattenförmigen Träger 42, an dessen
Unterseite eine Lage aus einem elastischen, gummiartigen und dementsprechend federnden
Material 43 angebracht ist. An dem Material 43 stützen sich die oberen, d.h. dem
Werkstück 30 abgewandten Schmalseiten von schmalen stabförmigen Finishsteinen 26
b ab, die paketförmig zwischen seitlichen Führungen 44 gehalten sind. Der Träger
42 ist von der Kolbenstange 17 der Andrückvorrichtung bewegbar.
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Die Finishsteine 26 b können nach Fig.4 mit einer äußeren Beschichtung
35 versehen sein. Es ist jedoch auch möglich, Zwischenlagen vorzusehen, um die leichte
Beweglichkeit der Finishsteine in vertikaler Richtung gegeneinander zu ermöglichen.
Die Führungen 44, die am schwingenden Teil der Einheit 14 c angebracht sind, führen
das Paket aus Finishsteinen 26 b so, daß sie dieses gemeinsam in Schwingunsrichtung
26 bewegen. Trotzdem können sich die einzelnen Finishsteine unter der Federkraft
des Materials 43 in vertikaler Richtung bewegen, wenn beispielsweise eine Einschnürung
am Werkstück 30 auftritt. Die Schwingungsbewegung wird bei dieser Ausführung unmittelbar
von einem Finishstein auf den anderen übertragen. Diese Ausführung ist besonders
kompakt und einfach aufgebaut.
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Die in Fig. 7 dargestellte Ausführung verwendet im dargestellten Beispiel
einen Finishstein 26 a, der in einem Zwischenhalter 33 eingespannt ist und etwa
entsprechend Fig.3 aufgebaut sein kann. Die Andrückvorrichtung und die zwischengeschalteten
Federelemente 23 sind nur schematisch dargestellt. Die Führung ist im vorliegenden
Falle zweiteilig und besteht aus Führungen 41, die im unteren Teil des Zwischenhalters
33, jedoch nicht unmittelbar in der Nähe
des Werkstücks 30 angeordnet
sind. Sie sind im vorliegenden Falle als runde Stifte ausgebildet, zwischen denen
der Zwischenhalter 33 geführt ist. Es könnten hier jedoch auch andere Führungen
vorgesehen sein, sofern sie eine leichte Schwenkung des Zwischenhalters bzw. des
Finishsteines 26 a um eine zur Schwingungsrichtung 26 senkrechte Achse ermöglichen.
Es könnte sich also um ballige Führungen handeln oder auch um einen am Zwischenhalter
angreifenden oder an diesem befestigten Lagerstift der an einem Längs loch oder
einem Längsschlitz (wegen der Vertikalbeweglichkeit) läuft.
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In dem Werkstück, d.h. der Arbeitsfläche des Finishsteines 26 a abgewandten
Seite des Zwischenhalters 33 sind Führungsteile 45 angeordnet, die jeweils dieses
Ende des Zwischenhalters unter Zwischenlage von Federelementen 46 aufnehmen. Die
Federelemente ermöglichen es im dargestellten Beispiel, daß der Zwischenhalter sich
vertikal zwischen ihnen bewegen kann und bestehen aus einem elastisch federnden
gummiartigen Material. Es könnten hier jedoch auch andere, beispielsweise metallische
Federelemente vorgesehen sein.
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Die beiden sich an den in Schwingungsrichtung liegenden Seiten des
Zwischenhalters 33 abstützenden Federelemente 46 führen dieses Ende federnd zwischen
sich und führen es jeweils in die Mittellage zurück. Durch die Anordnung der Führungen
41, 45 und der Federelemente 46 bewegt sich der Finishstein 26 a und sein Halter
33 bei der Schwingbewegung auch etwas durch die im Bereich der Führungen 41 ausgebildete
Achse, d.h. er pendelt infolge der durch die Schleifbewegung ausgeübten Bremsung
an der Arbeitsfläche 47 geringfügig hin- und her. Diese Pendelbewegung wird durch
entsprechende Messung der Federelemente 46 sehr gering gehalten, so daß beispielsweise
das obere, von den Federelementen 46 gehaltene Ende des Zwischenhalters um Beträge
in der Größenordnung von zehntel Millimetern stärkere Schwingbewegungen ausführt
als die Arbeitsfläche 47. Dadurch wird
jedoch die Arbeitsfläche
47, wie dies übertrieben angedeutet ist, leicht ballig abgearbeitet, so daß es mit
dieser Ausführung besonders gut möglich ist, Übergänge im Bereich von Einschnürungen
o.dgl. einwandfrei zu bearbeiten. Es ist an dieser Ausführung besonders vorteilhaft,
daß die Balligkeit sich von selbst einstellt und auch bei der Bearbeitung von glatten
Flächen aufrecht erhalten wird. Diese Ausführung eignet sich besonders für eine
Steinführung mit Zwischenhalter. Bei entsprechender Festigkeit des Steinmaterials
und entsprechend ausgebildeten Führungen,ist es jedoch auch möglich, mit langen
schmalen Steinen zu arbeiten.
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