EP0276439B1 - Verfahren zum Innenschleifen von langen Bohrungen mit extrem geringem Durchmesser in Werkstücken und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum Innenschleifen von langen Bohrungen mit extrem geringem Durchmesser in Werkstücken und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Download PDF

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EP0276439B1
EP0276439B1 EP87118373A EP87118373A EP0276439B1 EP 0276439 B1 EP0276439 B1 EP 0276439B1 EP 87118373 A EP87118373 A EP 87118373A EP 87118373 A EP87118373 A EP 87118373A EP 0276439 B1 EP0276439 B1 EP 0276439B1
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grinding
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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
    • B24B5/00—Machines or devices designed for grinding surfaces of revolution on work, including those which also grind adjacent plane surfaces; Accessories therefor
    • B24B5/36—Single-purpose machines or devices
    • B24B5/48—Single-purpose machines or devices for grinding walls of very fine holes, e.g. in drawing-dies
    • B24B5/485—Single-purpose machines or devices for grinding walls of very fine holes, e.g. in drawing-dies using grinding wires or ropes

Definitions

  • Bores with a diameter of 10 mm are still exactly up to a length of 100 mm, with a diameter of 6 mm still up to 60 mm, with a diameter of 2 mm up to 30 mm, with a diameter of 1 mm only up to 20 mm and with a diameter of 0.5 mm only up to 5 mm.
  • High dimensional accuracy on the inner walls of bores can be achieved by machining on honing machines.
  • the honing tool clamped and driven on one side can be hydraulically expanded in such a way that the honing stones lie against the bore wall with uniform pressure. While the tool is rotating at high speed, the tool is moved back and forth in the axial direction or the movements are reversed.
  • a disadvantage of such a honing process is the fact that the honing tool guides itself independently in the bore and therefore adapts to the axis inaccuracies, so that sometimes such tools can only achieve insufficient axial parallelism of the inner wall of the bores. Because of the necessary tools, such honing processes are also limited to the use of bores with a relatively large inner diameter.
  • the object of the invention is to propose a method for internal grinding of long bores with extremely small diameters in workpieces, with which a high dimensional accuracy and parallelism of the inner wall of the bore is achieved.
  • a method which is characterized by the use of a rotating at high speed, slightly under tension its tensile strength, longitudinally reciprocating steel wire with high tensile strength with abrasives on its surface as a grinding tool, around which the workpiece with its bore to be machined rotates eccentrically and axially parallel to the wire while resting against the inner wall of the bore.
  • Steel wires are used, the tensile strength of which is higher than 2100 Newton / mm2.
  • Such a method enables the internal grinding of bores of any length of any diameter, but in particular with an extremely small diameter, since a corresponding tensile steel wire with a small diameter can be used as a grinding tool, which is clamped to slightly below its elastic limit.
  • the alignment of the bore or its inner wall on the tensioned wire leads to an extraordinarily high accuracy of the axis parallelism when the workpiece is appropriately set up and to high dimensional accuracy when using appropriate surface coatings of the wire or when using the grinding pastes.
  • a device which is characterized by two clamping devices which can be driven in rotation via synchronized drives and can be moved back and forth in the axial direction with a common base plate, between which a steel wire is held under tension by means of abrasives on its surface and by one the wire retractable in the vertical direction, rotating the workpiece driving workpiece holder.
  • wires can be used as grinding tools of great length, tensioned and driven in rotation.
  • Workpieces with internal bores can be treated for a correspondingly long time.
  • Such a device is preferably characterized by two clamping devices that can be set up on the base plate at a distance from one another for the grinding tool serving wire, of which at least one clamping device is displaceable and a pressure cylinder, preferably a hydraulic cylinder, is arranged between the two clamping devices.
  • the workpiece holder consists of two motor-driven rollers arranged parallel to the clamped wire as friction drive for a cylindrical workpiece to be machined. The rollers are mounted in a holder that can be set up with high accuracy in the vertical direction to the wire.
  • One clamping device is slidably arranged with its drive motor on a carriage on the machine table, while the other clamping device with its motor is fixed on the base plate.
  • the cylindrical workpiece to be machined for example a hard metal core
  • the cylindrical workpiece to be machined can be set up in a simple manner around the clamped wire serving as a grinding tool.
  • two clamping devices 4 and 5 are arranged on a back-and-forth base plate 1 at an adjustable distance from one another, between which a steel wire 2 serving as a grinding tool is held taut with a high tensile strength.
  • the tensile stress is slightly below the elastic limit of the wire.
  • a clamping device 4 together with its drive motor 42 and a belt drive 43 with a stand 41, is fixedly arranged on the base plate 1.
  • the second clamping device 5 is placed with its motor 52 and the belt drive 54 with a stand 51 on a carriage 53 which is displaceable on the base plate 1.
  • a hydraulic pressure cylinder 7, which engages the stands 41 and 51, is arranged between the two clamping devices 4 and 5 and sets the clamped wire 2 under tension.
  • the bearings of the rotatingly driven clamping device 4 and 5 are accordingly axially loadable, for example so-called shoulder bearings.
  • the workpiece 3 to be machined for example a long hard metal core, is aligned with its bore 31 around the wire 2 and aligned axially parallel.
  • the workpiece 3 rests on the workpiece holder designated overall by the number 6. It consists of two rollers 61, which are aligned exactly parallel to the wire 2 and are driven by the belt drive 65 and are mounted in a holder 62.
  • the holder can be moved exactly on the guides 64 with a block 63 in the vertical direction.
  • the workpiece 3 is set in rotation by the rollers 61.
  • the wire 2 held in tension rotates with a high number of wires, approximately 100,000 revolutions / minute, with its clamping devices 4 and 5.
  • the surface of the wire itself is coated with a diamond grit or an abrasive paste.
  • the workpiece 3 rotates eccentrically parallel to this wire, with the inner wall the bore 31 is ground.
  • the wire 2 with its clamping devices 4, 5 is moved back and forth in the axial direction by a correspondingly driven movement of the base plate 1.
  • the workpiece 3 can still be pressed against the wire 2 with a pressure roller 8 during its processing.
  • Workpieces with long through bores with extremely small bore diameters can be ground on a device according to the invention with the method according to the invention.
  • the diameter of the grinding wire is adapted to the bore. For example, holes with a diameter of 0.3 mm can be machined on the inside with almost any length of the hole with exact dimensional accuracy and parallelism.

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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Description

  • Für zahlreiche industrielle Verwendungszwecke werden in Werkstücken relativ lange Bohrungen mit extrem geringem Durchmesser und hoher Maßgenauigkeit an den Bohrungsinnenflächen verlangt, beispielsweise in Hartmetallkernen für die Schraubenherstellung oder in Fließpreßmatrizen zur Herstellung von Radbolzen oder dergleichen. Zur Herstellung von kurzen Bohrungen in derartigen Werkstücken eignen sich Schleifverfahren mit einseitig gelagerten, rotierend angetriebenen Stiften mit einem an seiner Mantelfläche beschichteten zylindrischen Schleifkopf. Mit einem solchen Werkzeug lassen sich jedoch nur relativ kurze Bohrungen innen mit ausreichender Maßgenauigkeit bearbeiten wegen der auftretenden Exzentrizität im Bereich des Schleifkopfes. Je geringer der Bohrungsdurchmesser der zu bearbeitenden Bohrung, um so geringer wird die mögliche exakte Bearbeitungstiefe mit einem solchen Werkzeug. So sind Bohrungen mit einem Durchmesser von 10 mm noch exakt bis zu einer Länge von 100 mm, mit einem Durchmesser von 6 mm noch bis 60 mm, mit einem Durchmesser von 2 mm noch bis 30 mm, mit Durchmesser von 1 mm nur noch bis 20 mm und mit einem Durchmesser von 0,5 mm nur noch bis 5 mm zu bearbeiten.
  • Hohe Maßgenauigkeit an den Innenwänden von Bohrungen lassen sich durch Bearbeiten auf Honmaschinen erzielen. Das einseitig eingespannte und angetriebene Honwerkzeug kann dabei hydraulisch so aufgeweitet werden, daß die Honsteine mit gleichmäßigem Druck an der Bohrungswand anliegen. Während das Werkzeug mit hoher Drehzahl rotiert, wird das Werkzeug in Achsrichtung hin-und herbewegt oder die Bewegungen sind umgekehrt. Nachteil eines solchen Honverfahrens ist die Tatsache, daß sich das Honwerkzeug in der Bohrung selbständig führt und sich daher den Achsungenauigkeiten anpaßt, so daß mit derartigen Werkzeugen teilweise nur eine unzureichende Achsparallelität der Innenwandung der Bohrungen erreicht werden kann. Solche Honverfahren sind wegen des notwendigen Werkzeuges auch auf den Einsatz von Bohrungen mit relativ großem Innendurchmesser beschränkt.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Innenschleifen von langen Bohrungen mit extrem geringem Durchmesser in Werkstücken vorzuschlagen, mit dem eine hohe Maßgenauigkeit und Achsparallelität der Bohrungsinnenwand erreicht wird.
  • Zur Lösung der Erfindungsaufgabe wird ein Verfahren vorgeschlagen welches gekennzeichnet ist durch die Verwendung eines mit hoher Drehzahl rotierenden, unter Zugspannung geringfügig unter seiner Dehngrenze stehenden, in Längsrichtung hin- und herbewegte Stahldrahtes mit hoher Zerreißfestigkeit mit Schleifmitteln an seiner Oberfläche als Schleifwerkzeug, um den das Werkstück mit seiner zu bearbeitenden Bohrung unter Anlage der Bohrungsinnenwand am Draht exzentrisch und achsparallel zum Draht rotiert. Verwendung finden dabei Stahldrähte, deren Reißfestigkeit höher als 2100 Newton/mm² ist.
  • Ein solches Verfahren ermöglicht die Innenschleifbearbeitung von beliebig langen Bohrungen jeden Durchmessers, insbesondere aber mit extrem geringem Durchmesser, da ein entsprechend zugfester Stahldraht mit geringem Durchmesser als Schleifwerkzeug eingesetzt werden kann, der bis geringfügig unterhalb seiner Dehngrenze gespannt ist. Die Ausrichtung der Bohrung bzw. ihrer Innenwand am gespannten Draht führt zu einer außerordentlich hohen Genauigkeit der Achsparallelität bei entsprechender Einrichtung des Werkstück und zu hohen Maßgenauigkeiten beim Einsatz entsprechender Oberflächenbeschichtungen des Drahtes bzw. bei Verwendung entsprechen der Schleifpasten.
  • Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die gekennzeichnet ist durch zwei über synchrongesteuerte Antriebe rotierend angetreibbare, mit einer gemeinsamen Grundplatte in Achsrichtung hin- und herbewegbare Einspannvorrichtungen, zwischen denen ein Stahldraht mit Schleifmitteln an seiner oberfläche unter Zugspannung eingespannt gehalten ist und durch eine auf den Draht in senkrechter Richtung zufahrbare, das Werkstück rotierend antreibende Werkstückaufnahme. Bei einer solchen Vorrichtung lassen sich Drähte als Schleifwerkzeuge in großer Länge einsetzen, spannen und rotierend antreiben. Entsprechend lang können Werkstücke mit Innenbohrungen behandelt werden.
  • Vorzugsweise ist eine solche Vorrichtung gekennzeichnet durch zwei auf der Grundplatte im Abstand zueinander einrichtbare Einspannvorrichtungen für den als Schleifwerkzeug dienenden Draht, von denen mindestens eine Einspannvorrichtung verschiebbar und zwischen beiden Einspannvorrichtungen ein Druckzylinder, vorzugsweise ein hydraulischer Zylinder, angeordnet ist. Die Werkstückaufnahme besteht dabei aus zwei parallel zum eingespannten Draht angeordneten, motorisch angetriebenen Rollen als Reibantrieb für ein zu bearbeitendes zylindrisches Werkstück. Die Rollen sind dabei in einem Halter gelagert, der in vertikaler Richtung zum Draht mit hoher Genauigkeit einrichtbar ist. Eine Einspannvorrichtung ist dabei mit ihrem Antriebsmotor auf einem Schlitten auf dem Maschinentisch verschiebbar angeordnet, während die andere Einspannvorrichtung mit ihrem Motor auf der Grundplatte fest aufgeständert ist.
  • Mit einer solchen Vorrichtung ist das zu bearbeitende zylindrisch Werkstück, beispielsweise ein Hartmetallkern, in einfacher Weise um den als Schleifwerkzeug dienenden, eingespannten Draht einrichtbar.
  • Anhand eines abgebildeten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung im folgenden näher erläütert. Es zeigen in schematischer Darstellung:
    • Fig. 1
    eine Vorderansicht einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
    Fig. 2
    eine Draufsicht auf die Vorrichtung in Fig. 1 s und
    Fig. 3
    eine vergrößerte Schnittdarstellung nach der Linie I - I durch ein zu bearbeitendes zylindrisches Werkstück.
  • Wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich, sind auf einer hin- und herbewegten Grundplatte 1 im einrichtbaren Abstand zueinander zwei Einspannvorrichtungen 4 und 5 angeordnet, zwischen denen ein als Schleifwerkzeug dienender Stahldraht 2 mit hoher Zerreißfestigkeit gespannt gehalten ist. Die Zugspannung liegt dabei geringfügig unterhalb der Dehngrenze des Drahtes. Dabei ist eine Einspannvorrichtung 4 zusammen mit ihrem Antriebsmotor 42 und einem Riementrieb 43 mit einem Ständer 41 auf der Grundplatte 1 fest angeordent. Die zweite Einspannvorrichtung 5 ist mit ihrem Motor 52 und dem Riementrieb 54 mit einem Ständer 51 auf einem Schlitten 53 aufgesetzt, der auf der Grundplatte 1 verschiebbar ist. Zwischen den beiden Einspannvorrichtungen 4 und 5 ist ein an den Ständern 41 und 51 angreifender hydraulischer Druckzylinder 7 angeordnet, der den eingespannten Draht 2 unter Zugspannung setzt. Die Lager der rotierend angetriebenen Einspannvorrichtung 4 und 5 sind dementsprechend axial belastbar, beispielsweise sogenannte Schulterlager.
  • Das zu bearbeitende Werkstück 3, beispielsweise ein langer Hartmetallkern, ist achsparallel ausgerichtet mit seiner Bohrung 31 um den Draht 2 herum angeordnet. Das Werkstück 3 ruht dabei auf der insgesamt mit der Ziffer 6 bezeichneten Werkstückaufnahme. Sie besteht aus zwei exakt parallel zum Draht 2 ausgerichteten über den Riementrieb 65 angetriebenen Rollen 61, die in einem Halter 62 gelagert sind. Der Halter ist mit einem Block 63 in senkrechter Richtung exakt an den Führungen 64 verfahrbar. Das Werkstück 3 wird durch die Rollen 61 in Rotation versetzt. Bei der Einrichtung wird die Werkstückaufnahme 6 so zum Draht 2 verfahren, daß die Innenwand der Bohrung 31 des Werkstückes 3 am Draht 2 anliegt. Der auf Zug gehaltene Draht 2 rotiert mit hoher Drahzahl, etwa 100.000 Umdrehung/Minute, mit seinen Einspannvorrichtungen 4 und 5. Der Draht selbst ist an seiner Oberfläche mit einer Diamantkörnung oder einer Schleifpaste beschichtet. Um diesen Draht rotiert das Werkstück 3 exzentrisch achsparallel, wobei die Innenwand der Bohrung 31 geschliffen wird. Während der schleifbehandlung wird der Draht 2 mit seinen Einspannvorrichtungen 4, 5 in Achsrichtung hin- und herbewegt durch entsprechend angetriebene Bewegung der Grundplatte 1. Das Werkstück 3 kann während seiner Bearbeitung noch mit einer Andrückrolle 8 gegen den Draht 2 gedrückt werden.
  • Auf einer erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Werkstücke mit langen durchgehenden Bohrungen mit extrem kleinem Bohrungsdurchmesser innenschleifen. Der Schleifdraht ist dabei in seinem Durchmesser jeweils der Bohrung angepaßt. So lassen sich beispielsweise mit exakter Maßgenauigkeit und Achsparallelität Bohrungen mit einem Durchmesser von 0,3 mm Innen bearbeiten bei nahezu beliebiger Länge der Bohrung.
  • Möglich ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch, abgesetzte Bohrungen zu bearbeiten durch Verwendung eines entsprechend abgesetzten Schleifdrahtes. Dabei ist die Hin-und Herbewegung des Drahtes entsprechend zu steuern.
  • Von besonderer Bedeutung für die erfindungsgemäße Schleifvorrichtung ist die exakte Synchronsteuerung der beiden Antriebsmotoren 42 und 52 der rotierend angetriebenen Einspannvorrichtungen 4 und 5.

Claims (7)

  1. Verfahren zum Innenschleifen mit hoher Maßgenauigkeit und Achsparallelität von langen Bohrungen mit extrem geringem Durchmesser in Werkstücken, gekennzeichnetdurch die Verwendung eines mit hoher Drehzahl rotierenden, unter Zugspannung geringfügig unter seiner Dehngrenze stehenden, in Längsrichtung hin- und herbewegten Stahldrahtes (2) mit einer Zerreißfestigkeit größer als 2100 N/mm² mit Schleifmitteln an seiner Oberfläche als Schleifwerkzeug, um den das Werkstück (3) mit seiner zu bearbeitenden Bohrung (31) unter Anlage der Bohrungsinnenwand am Draht (2) exzentrisch und achsparallel zum Draht (2) rotiert.
  2. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei über synchrongesteuerte Antriebe (42,52) rotierend angetreibbare, mit einer gemeinsamen Grundplatte (1) in Achsrichtung hin- und herbewegbare, Einspannvorrichtungen (4, 5), zwischen denen ein Stahldraht (2) mit Schleifmitteln an seiner Oberfläche unter Zugspannung eingespannt gehalten ist, und eine auf den Draht (2) in senkrechter Richtung zufahrbare, das Werkstück (3) rotierend antreibende Werkstückaufnahme (6).
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch zwei auf einer Grundplatte (1) im Abstand zueinander einrichtbare Einspannvorrichtungen (4, 5) für den als Schleifwerkzeug dienenden Draht (2), von denen mindestens eine Einspannvorrichtung verschiebbar und zwischen beiden Einspannvorrichtungen (4, 5) ein Druckzylinder, vorzugsweise ein hydraulischer Zylinder (7), angeordnet ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net,daß die Werkstückaufnahme (6) aus zwei parallel zum eingespannten Draht (2) angeordneten, motorisch angetriebenen Rollen (61) besteht, die in einem Halter (62) gelagert sind.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Draht (2) mit einer Diamantkornbeschichtung oder dergleichen.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen blanken Draht, der mit einer Schleifpaste beschichtet ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß eine Einspannvorrichtung (5) mit ihrem Antriebsmotor (52) auf einem Schlitten (53) auf der Grundplatte (1) verschiebbar angeordnet ist, während die andere Einspannvorrichtung (4) mit ihrem Motor (42) auf der Grundplatte (1) fest aufgeständert ist.
EP87118373A 1987-01-17 1987-12-11 Verfahren zum Innenschleifen von langen Bohrungen mit extrem geringem Durchmesser in Werkstücken und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Expired - Lifetime EP0276439B1 (de)

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