DE3002510C2 - - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B1/00—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
- B24B1/04—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes subjecting the grinding or polishing tools, the abrading or polishing medium or work to vibration, e.g. grinding with ultrasonic frequency
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine
Einrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw.
2 angegebenen Art.
Auf dem Gebiet der Ultraschallbearbeitung wird die auf das
Werkzeug aufgebrachte Schwingungsenergie auf die Bearbei
tungsfläche, d. h. die Werkzeug-Werkstück-Grenzfläche,
übertragen, an der ein Schleifmittelmedium, wie z. B. Dia
mant-, Wolframkarbid-, Borkarbid- oder Bornitridteilchen,
zur Verbesserung der Materialabtragungswirkung anwesend
sein kann, um wirksam verschiedene Materialien, wie z. B.
keramische Stoffe, kalzinierte oder verglaste Materialien,
Graphit usw., zu bearbeiten. Gemäß der herkömmlichen
Praxis, z. B. gemäß Verfahren und Einrichtung der eingangs
vorausgesetzten Art, wie sie in der US-PS 36 99 719 offen
bart wurden, sind die Schwingungen,
die das Werkzeug ausführt, üblicherweise von
gleichmäßiger Art mit fest
eingestellter Frequenz und Amplitude für einen gegebenen
Bearbeitungsvorgang. Dabei wurde jedoch festgestellt, daß da wo die zu
bearbeitende Oberfläche eine Krümmung enthält,
sich in der fertigbearbeiteten Oberfläche
erhebliche Unregelmäßigkeiten
ergeben können, d. h. also die erreichte Oberflächengüte zu wünschen übrig läßt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Einrichtung der eingangs vorausgesetzten Art zu
entwickeln, die die bei der Ultraschallbearbeitung einer gekrümm
ten Oberfläche erzielbare Oberflächengüte verbessern.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die kennzeichnen
den Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. 2 gelöst.
Aus der Zeitschrift "Das Industrieblatt", Stuttgart, März 1955, Seiten
119-122 ist es zwar schon bekannt, daß im Frequenzbereich von 20 bis
100 kHz bei höherer Frequenz eine Steigerung der Bearbei
tungsgenauigkeit bei kontinuierlich einwirkenden Schwin
gungen erzielbar ist, und aus der Zeitschrift
"Metallwissenschaft und Technik",
20. Jahrg., Okt. 1966, Seiten 1073-1078 sowie "Klepzig
Fachberichte", 70. Jahrg., Nr. 7, Juli 1962, Seiten 251-
260 ist zu entnehmen, daß die Abtragungsgenauigkeit bei konti
nuierlich einwirkenden Schwingungen von der Amplituden
größe abhängig ist, doch hat dies nichts
mit der Oberflächengüte, d. h. also insbesondere der Oberflächenrauhigkeit und
-struktur, zu tun und besagt im übrigen auch nicht, daß die Frequenz und/oder
die Amplitude einzelner Schwingungsstöße zu dynamisieren wären.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung veran
schaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin
zeigen
Fig. 1 und 2 Wellenformdiagramme zur Dar
stellung verschiedener Formen von
Schwingungsstößen, die erfindungsgemäß verwendbar sind und
Fig. 3 eine schematische Darstellung
einer Ultraschallbearbeitungseinrichtung
gemäß der Erfindung.
Gemäß der Erfindung werden
die Frequenz und/oder die Amplitude der
Ultraschallschwingungen während jedes der aufeinanderfolgenden
Schwingungsstöße geändert.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform wird lediglich die Frequenz der
Schwingungen der einzelnen Schwingungsstöße A 1, A 2, A 3, . . . gesteigert. Bei der in
Fig. 2 dargestellten Ausführungsform wird dagegen
sowohl die Frequenz als auch die Amplitude der einzelnen
Schwingungsstöße A 1, A 2, A 3 . . . jeweils von einem Minimalwert bis auf
einen vorab festgesetzten Maximalwert gesteigert.
Fig. 3 zeigt eine Ultraschallbearbeitungseinrichtung,
die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet
ist. In diesem System erkennt man ein zu bearbeitendes
Werkstück 1, das darauf verteilte Schleifmittelteilchen,
-körner oder -staub 2, wie z. B. Diamant, WC, B4C oder BN, auf
weisen kann. Angrenzend, d. h. in Arbeitsstellung zum
Werkstück 1, angeordnet ist ein Werkzeug 3, das von einem
Horn 4 B getragen wird, an dem ein Wandler 4 A befestigt ist,
um elektrische Schwingungen in mechanische Schwingungen
umzuwandeln. Der Wandler 4 A kann beispielsweise ein piezoelek
trisches Element sein.
Der Wandler 4 A wird durch eine allgemein mit 5 bezeichnete
Stromquelle gespeist. Die Stromquelle 5 weist einen ersten
Oszillator 6 und einen zweiten Oszillator 7 auf, die
über ein UND-Gatter 8 miteinander verbunden sind, dessen
Ausgang mit dem Wandler 4 A über einen Verstärker 9 gekoppelt ist.
Der erste Oszillator 6 liefert Ultraschallfrequenz
signale, die dem Wandler 4 A zugeführt und durch diesen
in die entsprechenden Ultra
schallschwingungen umgewandelt werden, die auf das Werkzeug 3
aufgebracht werden, wobei die Frequenz und die Amplitude der
Ultraschallschwingungen am ersten Oszillator 6
eingestellt werden können. Die Funktion des zweiten Oszillators 7 ist
die, ein periodisches Unterbrechungssignal für das durch das
Gatter 8 laufende Signal des ersten Oszillators 6 zu liefern,
so daß eine Folge von durch Zeitintervalle getrennten
elektrischen Schwingungsstößen das
Gatter 8 zur Speisung des Wandlers 4 A verlassen. Das
Ergebnis ist die Erzeugung einer Folge von durch Zeitintervalle
getrennten Ultraschallschwingungsstößen
mit gewünschten Frequenz- und Amplitudenwerten am
Werkzeug 3. Die Dauer der Einschalt- und Ausschaltzeit
zwischen den aufeinanderfolgenden Stößen können
somit am zweiten Oszillator 7 eingestellt werden.
Ein aus Kohlenstoffstahl mit 0,85 Gew.-% Kohlenstoff
bestehendes Werkstück wird durch Ultraschallbearbeitung unter
Verwendung von Wolframkarbid-Schleifmittelteilchen mit
Korngrößen im Bereich von 5 bis 150 µm geschliffen. Wenn
Ultraschallschwingungen von 28,5 kHz und 20 Watt Ausgangsleistung
nach der herkömmlichen Praxis ständig einwirken, hat die
erhaltene Oberfläche eine Rauhigkeit
von 8 µm. Wenn die gleichen Ultraschall
schwingungen erfindungsgemäß in der Form einer Folge von durch Zeitintervalle
getrennten Schwingungsstößen mit einer Einschaltzeit von 25 ms und einer
Ausschaltzeit von 15 ms zur Einwirkung gebracht werden und jeder
Stoß eine verringerte Frequenz während der Anfangsdauer von
2 ms mit nachfolgender Frequenz von 28,5 kHz während des
Rests der Einschaltzeit gemäß der Wellenform nach Fig. 2
aufweist, hat die bear
beitete Oberfläche eine Rauhigkeit von nur 1,4 µm.
Claims (2)
1. Ultraschallbearbeitungsverfahren, bei dem das Werkzeug
mit periodischen Unterbrechungen in Ultraschallschwin
gungen versetzt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Frequenz und/oder die Amplitude der Ultraschall
schwingungen des Werkzeugs (1) innerhalb jedes der aufein
anderfolgenden Ultraschallschwingungsstöße (A 1; A 2; A 3, . . .) von einem
Mindestwert bis auf einen Maximalwert gesteigert werden.
2. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach
Anspruch 1, mit einer Stromquelle mit einem Steuerkreis
zur Abgabe elektrischer Schwingungsenergie im Ultra
schallfrequenzbereich, einem elektro-akustischen Wand
ler zur Aufnahme der elektrischen Energie und Abgabe
von Ultraschallschwingungen, einem mit dem elektro-
akustischen Wandler verbundenen und durch diesen in Schwingungen versetzbaren Werkzeug
und einer Einrichtung zum Vorschub und Andrücken des
Werkzeugs gegen das zu bearbeitende Werkstück,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Steuerkreis in der Stromquelle (5) zur Abgabe
der elektrischen Energie in Form aufeinanderfolgender,
durch Zeitintervalle getrennter elektrischer Schwin
gungsstöße mit in jedem der Schwingungsstöße von einem Mindest- bis zu einem Maximalwert steigender
Frequenz und/oder Amplitude einen ersten die Ultraschallschwingungen erzeugenden Oszillator (6)
und einen zweiten Oszillator (7) zum Steuern der zeitlichen Abfolge der Schwingungsstöße aufweist, die über ein
UND-Gatter (8) miteinander verbunden sind, dessen Aus
gang dem Wandler (4 A) über einen Verstärker (9) zuge
führt wird.
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