DE4401548A1 - Vorrichtung für die Bearbeitung von Werkstücken - Google Patents

Vorrichtung für die Bearbeitung von Werkstücken

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Feinstbearbeitung von rotationssymmetrischen und symmetrischen Werkstücken, insbesondere der Oberflächen an Zylinderrollen-, Kegelrollen- und sphärischen Lagern wie Rillenkugel- und Pendelrollenlager sowie Kugeloberflächen. Dabei werden ferromagnetische Schleifbänder (SF) mittels magnetischer Zugkräfte (F) in magnetischen Schleifbandträgern in einer der Oberfläche der zu be­ arbeitenden Werkstücke entsprechenden Form fixiert und gegen die zu bearbeitenden und sich drehenden Werkstückoberflächen mit steuerbarer Kraft (P) angedrückt.
Bei Bedarf kann der magnetische Schleifbandträger (3) zusätzlich selb­ ständige Relativbewegungen gegenüber der Werkstückoberfläche ausführen:
  • - bei Zylinderrollen- und Kegelrollenlagern, eine Oszillation in Richtung der Drehachse des Werkstückes,
  • - bei Rillenkugel- und Pendelrollenlagern, kreisförmige Schwingbewe­ gungen um das Zentrum des Kreisbahnprofiles,
  • - bei Kugeln eine kreisförmige Drehbewegung in der Senkrechten über der Kugeldrehachse.
Bei Lagerflächen an Kegelrollen- und Zylinderrollenlagern wird durch die Oszillation des ferromagnetischen Schleifbandträgers bei schmalen ferromagnetischen Schleifband (SF) und bei konstanter Andruckkraft (P) sowie verschieden langen Abtragszeiten auf den einzelnen Laufbahnab­ schnitten ein unterschiedlicher Werkstoffabtrag erreicht, wodurch die Querform in Richtung der Werkstückdrehachse beliebig gestaltet werden kann (hohl, ballig oder logarithmisch).
Der magnetische Schleifbandträger (3) ist beweglich gesteuert im Maschi­ nengestell gelagert.
Eine solche Vorrichtung, für die Bearbeitung von wellenförmigen Werk­ stücken wie Kurbel-, Nocken- und Getriebewellen wurde bereits in der Patentanmeldung Nr. P 4.4 00 791.4 beschrieben.
Bei bisher bekannten Vorrichtungen zur Feinstbearbeitung von Laufflächen an Zylinderrollen-, Kegelrollen- und sphärischen Lagern wie z. B. Rillen­ kugel- und Pendelrollenlager wurden bisher der Abtrag überwiegend durch keramisch gebundene Schleifkörper (Steine) erreicht, die gegen die sich drehenden Werkstückoberflächen gedrückt wurden.
Eine solche Vorrichtung wurde von der Firma Thielenhaus/Wuppertal be­ schrieben (Patent Nr. DE 38 41 976 C1), wobei der Werkstoffabtrag durch die keramisch gebundenen Vor- und Fertigfinishsteine erreicht wurde, die gegen das sich drehende Werkstück (Nocke) gedrückt wurden.
Bei dieser Feinstbearbeitungsmethode, mit keramisch gebundenen Schleif­ körpern (Finish-Steine), paßt sich der Stein und die Werkstückoberfläche bei der Bearbeitung gegenseitig an, wodurch bekanntlicherweise bisher beste Ergebnisse hinsichtlich der Oberflächenqualität (Rauhigkeit), Rundheit und Form erzielt werden konnten.
Der Anwender keramisch gebundener Steine mußte aber bekanntlich auch viele Nachteile in Kauf nehmen, die sich aus der physikalischen Natur der keramischen Werkstoffe des Bindematerials ergaben. Wie z. B. der geringen Duktilität des keramischen Werkstoffes (Bindung des Steines) und der sich daraus ergebenden aufwendigen Handhabung. Weiterhin ergeben sich aufwendige Vorbereitungsarbeiten beim Umgang mit Steinen, weil diese bekanntlich meist aus dem Vollen zugesägt werden müssen und im Steinhalter genau und druckfrei eingepaßt werden müssen. Weiterhin nutzen sich Steine im Bearbeitungsprozeß ab, müssen deshalb von Zeit zu Zeit nachgestellt werden. Steine können in ihrem Aufbau und in der Zusammensetzung ihrer keramischen Bindung variieren, d. h. nach verfahrensbedingter Abnutzung kann in der keramischen Bindung eine Stelle zum Eingriff auf dem Werkstück kommen, die härter oder weicher ist - wodurch sich schwerwiegende Änderungen des Schnittverhaltens des Steines ergeben, wodurch wiederum sich die Qualität der Oberfläche ändern kann, bzw. es zum Steinbruch kommen kann.
Die beschriebenen Ergebnisse bei Anwendung von Vorrichtungen die mit keramisch gebundenen Schleifsteinen (Finishsteine) und den mit dieser Methode einhergehenden Nachteile ergibt Handlungsbedarf zur Behebung dieser Nachteile.
Die Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Feinstbearbeitung von Werkstückoberflächen so zu gestalten, daß bei optimaler Formübertragung vom Werkzeug auf das Werkstück bei hoher Abtragsleistung, Oberflächenqualität (Rauhigkeit) und Querform das Werkzeug einfach automatisch zu handhaben und zu magazinieren ist, bzw. automatisch positioniert und gewechselt werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit der Gestaltung einer Vorrichtung des kennzeichnenden Teiles des Anspruches 1 unter Anwendung magnetischer Zugkraft (F) gelöst.
Bekannterweise kann man unter Anwendung der magnetischen Induktion (B) große magnetische Zugkräfte (F) auf kleinen Flächen/Querschnitten (A) erreichen, wie z. B. in Dubbels Taschenbuch für den Maschinenbau, Band 11, Seite 863, Auflage 1961, dargestellt.
Beispiel
Ein Elektromagnet mit der tragenden Polfläche A = 1 cm² (10-4 m²) und B = 16 000 G (1,6 Tesla) kann wie beschrieben Eisen mit ca. einer Zug­ kraft F = 100 N anziehen.
Diese magnetischen Zugkräfte (F) sind die Grundlage der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung.
wobei bedeutet:
F - Magnetische Zugkraft (N)
B - Magnetische Induktion (Vs/m²)
µo - Magnetische Feldkonstante
A - Querschnitt/Polfläche (m²)
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird das magazinierte ferromagnetische Schleifband (SF) durch eine magnetische Zuführ- und Positioniereinrich­ tung (4) aus einem Magazin (M) entnommen, auf dem magnetischen Schleif­ bandhalter (3) positioniert und mittels eines werkstückformgerechten Kalibrierteil (4.3) angedrückt. Durch Einschaltung/Umpolung der magneti­ schen Zugkräfte (F) wird das ferromagnetische Schleifband (SF) auf dem magnetischen Schleifbandträger (3) fixiert u. v. Bandschneider abgetrennt. Danach wird der magnetische Schleifbandträger (3) zusammen mit dem ferro­ magnetischen Schleifband (SF) auf die zu bearbeitende Werkstückober­ fläche mittels gesteuerter Zustellkraft (P) aufgesetzt. Die Bearbeitung beginnt bei drehendem Werkstück und oszillierenden, kreisförmig schwingen­ den bzw. drehenden Werkzeug.
Nach der Bearbeitung wird das Werkzeug vom Werkstück gesteuert abge­ hoben, die magnetischen Zugkräfte im magnetischen Schleifbandträger (3) umgepolt und damit das ferromagnetische Schleifband und der ferromagne­ tische Werkstoffabtrag abgestoßen.
Ausgehend von einer erfindungsgemäßen Gestaltung einer Vorrichtung zur Feinstbearbeitung von Werkstückoberflächen ergeben sich gegenüber den bisher üblichen Vorrichtungen, mit keramisch gebundenen Steinen folgende Vorteile:
  • 1. Formgetreue Feinstbearbeitung bei sehr guter Abtragsleistung und Oberflächenqualität (Rauhigkeit) durch Anwendung von ferromagneti­ schen Schleifbändern (SF), die mittels magnetischer Schleifbandträ­ ger (3) werkstückformgerecht fixiert werden, d. h. das ferromagneti­ sche Schleifband (3) erbringt die gleiche Qualität wie ein keramisch gebundener Stein und überbietet diese wie folgt.
  • 2. Einfache Handhabung des Werkzeuges - ferromagnetisches Schleifband (SF) durch automatische Magazinierung und Positionierung auf werkstück­ formgerechten magnetischen Schleifbandträger (3).
  • 3. Hohe Abtragsleistung durch erfindungsgemäße Anwendung des ferromagne­ tischen Schleifbandes (SF), welches reproduzierbar an jeder Stelle gleich scharf ist und sich nicht wie ein Stein zusetzen kann.
  • 4. Einfache Lagerhaltung des Werkzeuges (ferromagnetisches Schleifbandes) - im Gegensatz zur Vielfalt der erforderlichen, unterschiedlichen Steinspezifikation - gibt es erfindungsgemäß bedeutend weniger er­ forderliche Typen des ferromagnetischen Schleifbandes hinsichtlich erforderlicher Trägerwerkstoffe und Schleifkorngrößen.
  • 5. Durch erfindungsgemäße Gestaltung der magnetischen Schleifbandhalter (4), siehe Fig. 2, ist es möglich, auf kleinstem Raum durch Mehr­ fachschleifbandträger verschiedene Schleifbandspezifikationen zu positionieren.
  • 6. Durch Oszillation des ferromagnetischen Schleifbandträgers kann bei entsprechender Steuerung des Zeitablaufs der Bearbeitung an ver­ schiedenen Stellen der Werkstückoberfläche verschieden großer Material­ abtrag erfolgen. Dadurch kann bei der Bearbeitung von Laufbahnen bei Zylinderrollen- und Kegelrollenlager die Querform des Werkstückes beliebig gestaltet werden. (ballig, hohl, logarithmisches Profil)
  • 7. Erfindungsgemäßer sparsamer Werkzeugverbrauch - es verbleiben keine Schleifbandreste.
  • 8. Preisgünstige Werkzeuggestaltung bei teueren Schleifkörpern (z. B. Diamant) - bei Steinen entstehen hier teuere Abfälle und Reste.
  • 9. Kleinere Bauweise der magnetischen Schleifbandträger ermöglicht die Innenbearbeitung in kleinen Bohrungen bzw. die Anwendung von Mehrfach­ bandträgern wie z. B. dreifach mit magnetischem Schleifbandträger (4) mit drei verschiedenen Schleifbandkörnungen so z. B. zwei verschiedene für die Vorbearbeitung und eine für die Fertigbearbeitung.
  • 10. Das ferromagnetische Schleifband kann wegen Punkt (3) nach Abtragen der "Schleifhaut" (siehe Fig. 5) weiterhin abtragen - im Gegensatz dazu setzt hier üblicherweise der keramisch gebundene Stein auf, d. h. der Stein kann nicht weiter abtragen.
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden nachfolgend anhand der Figuren beschrieben.
Fig. 1
Darstellung der Komponenten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (Beispiel: Zylinderrollenlager-Ring):
1 - Planscheibe/Aufnahme über Reibung und Zentrierung
2 - Werkstück/Zylinderrollenlager Innenring
3 - Magnetischer Schleifbandträger
4 - Positioniereinrichtung
4.1 - Kalibrierstück
4.2 - Magnetischer Schleifbandzuführer
4.3 - Bandschneider
5 - Werkzeugträger
FS - ferromagnetisches Schleifband
M - Magazin
Ablauf-Bearbeitung
Ein Innenring eines Zylinderrollenlagers (2) wird auf der im Maschinen­ gestell drehbar gelagerten Planscheibe (1) mittels Zentriervorrichtung (5 - Fig. 2) aufgenommen und mittels Andruckrollen (6 - Fig. 2) über Reibung zur Drehung gebracht.
Der Werkzeughalter (5) wird über maschineninterne Steuerung an der Posi­ tioniereinrichtung (4) angelegt und von dort wird aus dem Magazin (M) mittels magnetischem Bandzuführer (4.3) das ferromagnetische Schleifband (SF) über der Fläche des magnetischen Schleifbandträgers positioniert und mittels Kalibrierstück (4.1) dort angelegt.
Bei Einschaltung bzw. Umpolung der magnetischen Zugkräfte (F) wird das ferromagnetische Schleifband (SF) auf dem magnetischen Schleifbandträger fixiert. Durch maschineninterne Steuerung wird der Werkzeugträger (5) mit ferromagnetischem Schleifband (SF) gegen die zu bearbeitende Werk­ stückfläche (2) aufgesetzt. Das Werkstück wird in Drehung versetzt; während der magnetische Schleifbandträger mit ferromagnetischem Schleif­ band in Richtung der Werkstückdrehachse oszillierend über die Werk­ stückoberfläche geführt wird. Bei gleichbleibend gesteuerter Andruck­ kraft (P) und variabler Verweildauer des ferromagnetischen Schleifbandes auf den betreffenden Flächenteilen des Werkstückes, erfolgt in Abhängig­ keit der unterschiedlichen Verweildauer ein unterschiedlicher Werkstoff­ abtrag, d. h. die Querform/Profil des Werkstückes kann gesteuert verändert werden (ballig, hohl oder logarithmisch).
Nach Bearbeitung wird der Werkzeugträger (5) von der Oberfläche des Werk­ stückes weggeführt und die magnetischen Zugkräfte (F) umgepolt. Dadurch wird das abgenutzte ferromagnetische Schleifband mit daran haftenden ferromagnetischem Werkstoffabtrag weggeschleudert. Danach wird weiter­ getaktet.
Fig. 2
Funktionsprinzip einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, ausgelegt für die Bearbeitung von Zylinderrollenlager - bzw. Kegelrollenlager- Ringen:
I - Bearbeitung von Außendurchmessern
II - Bearbeitung von Innendurchmessern
1 - Planscheibe/Aufnahme des Werkstücks
2 - Werkstück/Zylinderrollenlager-Ring
3 - Werkzeugträger
4 - Magnetischer Schleifbandträger für Innenflächen
5 - Magnetischer Schleifbandträger für Außenflächen
6 - Zentrierrollen
7 - Andruckrollen
MS - Magnetspulen
SF - Ferromagnetisches Schleifband
a - Hauptbewegungsrichtung des Werkzeugträgers
b - Oszillation des Werkzeugträgers
P - Andruckkraft
F - Magnetische Zugkräfte
Ablauf-Bearbeitung
Bei diesem Beispiel ist der Werkzeugträger mit magnetischem Schleifband­ träger für die Innen- und Außenbearbeitung bestückt.
In Position I und II des Werkzeugträgers wird in einer Bearbeitungs­ station nacheinander die Innen- und Außenfläche des Zylinderrollenlager­ rings bearbeitet, ohne daß das Werkstück umgespannt oder weitergetaktet werden braucht.
Fig. 3
Erfindungsgemäße Ausführung einer Vorrichtung für die Bearbeitung von sphärischen Lagerbahnen wie z. B. an einem 2reihigem Pendelrollenlager Innenring:
1 - Planscheibe/Aufnahme des Werkstückes
2 - Werkstück/2-reihiges Pendelrollenlager Innenring
3 - Werkzeugträger/Kreisschwinger
4 - Magnetischer Schleifbandträger
5 - Andruckrolle
6 - Zentrierrolle
S - Mittelpunkt des kreisförmigen Laufbahnprofiles - Drehpunkt des Kreisschwingers
P - Andruckkraft
F - Magnetische Zugkräfte
Ablauf-Bearbeitung
Bei der Bearbeitung von sphärischen Laufbahnen muß ein flexibles ferro­ magnetisches Schleifband verwendet werden, d. h. ein Schleifband mit einer Trägerschicht, die sich der sphärischen Form des Werkstückes/Laufbahn bzw. der sphärischen Form des dazugehörigen magnetischen Schleifband­ trägers anpassen kann. Solche ferromagnetischen Schleifbänder wurden im Zusatzpatent zur Patentanmeldung Nr. P 44 90 791.4 beschrieben.
Fig. 4
Erfindungsgemäße Ausführung einer Vorrichtung für die Bearbeitung von Kugelflächen:
1 - Werkstück/Kugel
2 - Walzenstuhl/4-Punktauflage der Kugel
3 - Magnetischer Schleifbandträger/eine magnetische Topfscheibe oder Segmente
4 - Werkzeugträger/Spindel
5/6 - Aufnahme der Kugel zwischen den Spitzen
MS - Magnetspule
FS - Ferromagnetisches Schleifband
Ablauf-Bearbeitung
Bei der Bearbeitung von Kugelflächen kann die Kugel zwischen Spitzen oder auf einen Walzenstuhl aufgenommen werden, die/der im Maschinen­ gestell gelagert sind.
Der magnetische Schleifbandträger kann als topfförmiger Träger oder als Einzelsegmente ausgeführt sein, die an der Spindel/Werkzeug­ träger befestigt sind, die sich in 90° zur Drehachse der Kugelachse (sich mit ihr schneidend) dreht. Auch bei dieser Ausführung werden ferromagnetische Schleifbandabschnitte durch magnetische Zugkräfte auf den magnetischen Schleifbandträgern fixiert. Dazu ist auf Grund der sphärischen Kugelflächen wiederum flexibles ferromagnetisches Schleif­ band zu verwenden.

Claims (9)

1. Vorrichtung für die Bearbeitung von Werkstückoberflächen bei rota­ tionssymmetrischen und symmetrischen Werkstücken, insbesonders Zylinderrollen-, Kegelrollen- und Sphärischer Lager wie Rillen­ kugel- und Pendelrollenlager, sowie Kugeloberflächen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein ferromagnetisches Schleifband (SF) von einem magnetischen Schleifbandträger (3) durch magnetische Zugkräfte (F) werkstückformgerecht fixiert und gegen die sich relativ bewegende Werkstückoberfläche gedrückt wird und gleichzeitig der magnetische Schleifbandträger (3) gemeinsam mit dem ferromagnetischen Schleifband (SF) gegenüber der Werkstückoberfläche oszillierende, geradlinige oder kreisförmige Bewegungen ausführt, wobei das ferromagnetische Schleifband (SF) aus einem Magazin entnommen und von einer magneti­ schen Positioniereinrichtung (4) auf den magnetischen Schleifband­ träger (3) positioniert wird und nach magnetischer Fixierung paßge­ nau abgeschnitten wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ferro­ magnetische Schleifband (SF) eine ferromagnetische Trägerschicht beinhaltet.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, das in dem werkstückformgerechten magnetischen Schleifband­ träger (3) Elektro- oder Permanentmagnete enthalten sind, die das ferromagnetische Schleifband (SF) beim Bearbeitungsvorgang ent­ sprechend der Werkstückform durch magnetische Zugkräfte fixieren.
4. Vorrichtung, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das ferromagnetische Schleifband (SF) durch eine magneti­ sche Positioniereinrichtung (4) auf dem magnetischen Schleifbandträger (3) werkstückformgerecht positioniert wird und dort von magnetischen Zugkräften (F) fixiert wird.
5. Vorrichtung, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das positionierte und fixierte ferromagnetische Schleif­ band (SF) von der Schneidvorrichtung (4.2) abgeschnitten wird.
6. Vorrichtung, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zu einer Vorrichtung mehrere magnetische Schleifband­ träger (3), Magazine (M), Positioniereinrichtungen (4) mit Schneid­ vorrichtung (4.2) und magnetische Bandzuführer (4.3) und Kalibrier­ stücke (4.1) gehören können.
7. Vorrichtung, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der magnetische Schleifbandträger im Werkzeughalter (5) bzw. im Maschinengestell beweglich gelagert ist, und mit steuerbarer Anspreßkraft (P) zusammen mit dem ferromagnetischen Schleifband (SF) gegen das sich relativ bewegende Werkstück (2) gedrückt wird.
8. Vorrichtung, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der Positioniereinrichtung (4) das ferromagnetische Schleifband (SF) mit einem der Werkstückform entsprechenden Kali­ brierstück (4.3) auf den magnetischen Schleifbandträger (3) posi­ tioniert wird.
9. Vorrichtung, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der magnetische Schleifbandträger in seiner werkstück­ gerechten Form einem Abdruck der Oberfläche des Werkstückes ent­ spricht, d. h. bei konkaver Werkstückoberfläche - gleich konvex ist, bzw. bei konvexer Werkstückoberfläche - gleich konkav ist, bzw. bei ebener Werkstückoberfläche - gleich eben ist.
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