DE3440223A1

DE3440223A1 - Ultraschall-bearbeitungsgeraet

Info

Publication number: DE3440223A1
Application number: DE19843440223
Authority: DE
Inventors: Franz 7050 Waiblingen Neubrand; Erwin 7300 Esslingen Schmidt
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1984-11-03
Filing date: 1984-11-03
Publication date: 1985-03-14

Description

Ultraschall-Bearbeitungsgerät
Die Erfindung betrifft ein Ultraschall-Bearbeitungsgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs, wie es beispielsweise aus der US-PS 602 801 als bekannt hervorgeht.
Das Ultraschallverfahren eignet sich bekanntlich besonders gut um komplizierte Formen aus harten und spröden Materialien, wie es beispielsweise Keramikwerkstoffe sind, herauszuarbeiten. Ein Beispiel einer Anwendung ist die Gestaltung des Brennraums einer Brennkraftmaschine, bei der die den Brennraum bildenden Oberflächen von Kolben und Zylinderkopf aus keramischen Einsätzen gebildet sind. Bei einer solchen und ähnlichen bekannt gewordenen Anwendungen besitzt das Werkzeug des Ultraschall-Bearbeitungsgeräts die Gegenform der aus dem Werkstück herauszuarbeitenden Form.
Das Werkzeug wird in Richtung auf das Werkstück gedrückt und setzt die Körner eines Schleifmittels, das in einer Suspension der Schleifstelle zugeführt wird, in Schwingungen. Aus physikalischen Gründen - Schwingungsanregung des Werkzeugs - ist die Größe des Werkzeugs und damit auch die Ausdehnung der bildbaren Formen begrenzt. Ferner ergeben sich bei großen Werkzeugen auch Probleme in der kontinuierlichen und gleichmäßigen Zuführung des Schleifmittels an die gesamte Bearbeitungsoberfläche, was sich auf Bearbeitungsqualität und Bearbeitungsgeschwindigkeit negativ aus wirken kann.
Aus der eingangs erwähnten US-PS 602 801 geht es als bekannt hervor, ein stiftförmiges Werkzeug mit quadratischem Querschnittsprofil, das in Ultraschallschwingungen versetzt wird, zum Abtragen von Material zu verwenden.
Das Ultraschall-Bearbeitungsgerät ist sowohl in Richtung der Werkstückoberfläche als auch quer zu ihr verfahrbar vorgesehen, was es erlaubt, unabhängig von der Werkzeugform durch entsprechende Verfahrbewegungen verschiedene gewünschte Oberflächenformen herauszuarbeiten. Jedoch sind keine Angaben darüber gemacht, wie eine Einrichtung zu einer rationellen Anwendung des Verfahrens aussehen könnte.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung aufzuzeigen, die den einfachen und wirtschaftlichen Einsatz von Ultraschall-Bearbeitungsgeräten unter Verwendung einfacher und billiger Werkzeuge zur Herstellung beliebiger und komplizierter Formoberflächen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs gelöst. Erst die Kopplung des Ultraschall-Bearbeitungsgeräts mit einer Kopiereinrichtung liefert die erforderlichen Bearbeitungsgeschwindigkeiten für einen wirtschaftlichen Einsatz.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in einer Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben; es zeigt die einzige Figur die schematische Darstellung einer hydraulischen Kopiereinrichtung, gekoppelt mit einem Ultraschall-Bearbeitungsgerät.
Bei der Kopiereinrichtung, die mit einem Ultraschall-Bearbeitungsgerät 1 ausgerüst wird, handelt es sich beispielsweise um eine hydraulische Kopiereinrichtung, wie nach der Figur, mit einem Taster 2, der mit dem Steuerschieber eines Steuerventils 3 verbunden ist. Das Steuerventil 3 ist an einer Führungstraverse 4 gehaltert, die im wesentlichen quer zur Oberfläche der Musterform 5 verschiebbar gehaltert ist. Das Steuerventil 3 steuert in Abhängigkeit von der Tasterstellung den Hydraulikfluß über Hydraulikleitungen 6 von einer Pumpe 7 zu den Kammern eines Stellzylinders 8, dessen Kolbenstange mit dem Ultraschall-Bearbeitungsgerät 1 gekoppelt ist. Durch den Stellzylinder 8 wird das Ultraschall-Bearbeitungsgerät 1 mit dem Werkzeug 9 also senkrecht zur Oberfläche des Werkstücks 10 verstellt. Bewegungen in Richtung der Werkstückoberfläche werden durch die Führungstraverse 11 vorgenommen, an dem der Stellzylinder 8 gehaltert ist.
Die Übertragung der Tasterbewegung kann natürlich auch mechanisch erfolgen oder elektrisch durch entsprechende Elektromotoren. Zur Bewegungssteuerung des Ultraschall-Bearbeitungsgeräts 1 könnte auch eine elektronische Kopiereinrichtung dienen, bei der die Steuerung nach Maßgabe von abgespeicherten analogen oder digitalen Steuersignalen erfolgt.
Das Werkzeug 9 ist der jeweiligen Bearbeitungsaufgabe hinsichtlich seiner Form in geeigneter Weise angepaßt. In der Regel besitzt es eine einfache geometrische Form, ist beispielsweise stiftförmig ausgebildet mit kuppig abgeflachter Arbeitsfläche, und ist deshalb kostengünstig herstellbar und bei Bedarf einfach austauschbar. Zum Abtragen von Material ist das Werkzeug 9 in Längsschwingungen in der Zustellrichtung versetzt. Dabei wird durch eine entsprechende Bewegungssteuerung durch die Kopiereinrichtung zeilenweise Schicht für Schicht des Materials abgetragen.
Die Größe des Materialabtrags und damit die Arbeitsgeschwindigkeit ist in wesentlichem Maße vom Vorhandensein stets unverbrauchter Schleifmittelsuspension im Arbeitsspalt zwischen Werkzeug 9 und Werkstück 10 abhängig. Gerade bei kleiner Arbeitskontaktfläche des Werkzeugs 9 ist die kontinuierliche Zufuhr unverbrauchter Schleifmittelsuspension aber in optimaler Weise gewährleistet, während dies gerade bei großen Kontaktflächen problematisch ist. Das Nutzen dieser Erkenntnis in der Kombination eines Ultraschall-Bearbeitungsgeräts mit einer Kopiereinrichtung erschließt eine neue Möglichkeit in wirtschaftlicher Weise beliebige Oberflächenformen aus harten und spröden Materialien herauszuarbeiten. Wirtschaftlich bedeutet das vor allem große Arbeitsgeschwindigkeit unter Einsatz billiger Werkzeuge. Eine derartige Einrichtung eignet sich deshalb für die serielle Produktion von Formteilen aus Keramikwerk- - Leerseite -

Claims

Patentanspruch Ultraschall-Bearbeitungsgerät, das relativ zu einer zu bearbeitenden Werkstückoberfläche sowohl im wesentlichen in Richtung der Werkstückoberfläche als auch im wesentlichen quer zu ihr - Zustellrichtung - verfahrbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ultraschall-Bearbeitungsgerät (1) zur Steuerung seiner Bewegungen in Zustellrichtung mit einer Kopiereinrichtung gekoppelt ist.