EP0343243A1

EP0343243A1 - Einrichtung zur feinstbearbeitung eines werkstücks

Info

Publication number: EP0343243A1
Application number: EP87907637A
Authority: EP
Inventors: Efroim Khaskelevich Roitershtein; Grigory Semenovich Antonenko; Anatoly Ivanovich Bondarchuk
Original assignee: Spetsialnoe Konsttekhn Bjuro Kompressornogo I Kholodolnogo Mashinostroenia Proizvodstvennogo Obiedinenia 'odeskholodmash'
Current assignee: Spetsialnoe Konsttekhn Bjuro Kompressornogo I Kholodolnogo Mashinostroenia Proizvodstvennogo Obiedinenia 'odeskholodmash'
Priority date: 1987-08-25
Filing date: 1987-08-25
Publication date: 1989-11-29
Also published as: JPH02500576A; EP0343243A4; WO1989001847A1; DK197189D0; DK197189A

Abstract

The device comprises a hinged four-link chain (2), one of the links of which is secured to a machine tool and another (10) is hingedly connected to the armature (26) of a vibrodrive (3). A lever (16) hingedly mounted on an unsecured link (9) is provided at its end with an abrasive brick (17). At least one of the links (8, 10) of the four-link chain (2) which are connected to the link (7) secured to the machine tool is oriented at an angle to a plane perpendicular to the generatrix of the part (4) being worked, which generatrix, during the finishing process, coincides with the line of contact of said part (4) with the central area of the working surface of the abrasive brick (17). The axes of the hinges (11, 12, 13, 14) of the hinged four-link chain (2) are oriented essentially perpendicularly to a plane which is tangential to the part (4) being worked and which passes through said generatrix. The axis of the hinge (15) of the link (16) is perpendicular to said generatrix (25) and lies essentially in a plane which is tangential to the part (4) being worked and which passes through said generatrix. ZUSAMMENFASSUNG Die Einrichtung enthält ein Gelenkviereck (2), dessen eines Glied an einer Werkzeugmaschine befestigt und das andere Glied (10) mit dem Anker (26) eines Schwingantriebs (3) gelenkig verbunden ist. Am unbefestigten Glied (9) ist ein Hebel (16) angelenkt, der am Ende eine Schleiffeile (17) trägt. Mindestens eines der mit dem an der Maschine befestigten Glied (7) verbundenen Glieder (8, 10) des Gelenkvierecks (2) ist unter einem Winkel zur Ebene angeordnet ist, die senkrecht zur Erzeugenden des Werkstücks (4) steht, die während der Bearbeitung mit der Linie der Berührung dieses Werkstücks (4) mit dem zentralen Abschnitt der Wirkfläche der Schleiffeile (17) zusammenfällt. Die Achsen der Gelenke (11, 12, 13, 14) des Gelenkvierecks (2) sind im wesentlichen senkrecht zur Ebene angeordnet, die das Werkstück (4) berührt und durch die genannte Erzeugende geht. Die Achse des Gelenks (15) des Hebels (16) verläuft parallel zur genannten Erzeugenden und liegt im wesentlichen in der Ebene, die das Werkzeug (4) berührt und durch die genannte Erzeugende geht.

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Schleifbearbeitung von Werkstücken und betrifft insbesondere eine Einrichtung zur Feinstbearbeitung von Werkstücken.

Zugrundeliegender Stand der Technik

Im Zusammenhang mit den gewachsenen Forderungen an die Zuverlässigkeit und Lebensdauer von Werkstücken sind zur Zeit die Anforderungen an deren Bearbeitungsgüte gestiegen. So sehen die technischen Bearbeitungsbedingungen für Werkstücke, an deren Lebensdauer und Zuverlässigkeit erhöhte Anforderungen gestellt werden, Abtragungen von während der Vorfinishoperationen gebildeten fehlerhaften Metallschichten bis zu einer Tiefe von 10 bis 20 µm vor. Die Welligkeit und Kantigkeit der bearbeiteten Oberfläche darf nicht 0,1 bis 0,5 µm und die Rauhigkeit Ra 0,04 bis 0,02 µm überschreiten.
Durch so harte Anforderungen an die Bearbeitungsgüte von Werkstücken ist die Entwicklung und Anwendung von neuartigen Verfahren zur Feinstbearbeitung von Werkstücken und Einrichtungen für deren Verwirklichung bedingt.
Bei der Feinstbearbeitung von hochgenauen Maschinenteilen hat das Kurzhubhonen eine starke Verbreitung erfahren. Dieser Bearbeitungsvorgang erfolgt mit Hilfe einer Schleiffeile, die an die zu bearbeitende Fläche angedrückt ist und eine schwingende Bewegung längs der Erzeugenden des rotierenden Werkstücks ausführt. Der Vorgang ist zur Beseitigung von in den vorhergehenden Operationen gebildeten Rauhspitzen bestimmt und gewährleistet das Schärfen von Körnern der Schleiffeile nur bei Vorhandensein der letzteren. Dadurch wird einer der Hauptnachteile des Kurzhubhonens - geringes Abtragen von Metall (2 bis 6 µm) - bedingt. Das geringe Abtragen von Metall bietet keine Möglichkeit, die Ausgangsrauhigkeit, falls sie ziemlich groß ist, sowie die Welligkeit und Rauhigkeit in den Rauhtälern in einem Stich zu beseitigen. Außerdem macht das geringe Abtragen von Metall es nicht möglich, die beim Schleifen gebildeten, 10 bis 20 µm tief lagernden fehlerhaften Metallschichten zu beseitigen. Das satte Anliegen der Wirkfläche der Schleiffeile am Werkstück gibt dem Kühlschmiermittel keine Möglichkeit, die in den ersten Sekunden der Bearbeitung gebildeten ausgebrochenen Schneidkörner und Späne frei aus dem Arbeitsraum auszuwaschen. Die Dicke der Zwischenschicht des Schleifschlammes ist von der Intensität der Bildung und Auswaschung des letzteren aus dem Arbeitsraum abhängig, was von kinematischen Kenngrößen des Vorganges, spezifischem Druck, Abmessungen und Charakteristik der Schleiffeile, Menge und Zusammensetzung des Kühlschmiermittels, Makrogeometrie des Werkstücks abhängt, wodurch wiederum instabile Bearbeitungsendergebnisse bedingt sind. Geringe spezifische Drücke (P = 0,3 ... 5 Kp/cm²) der Schleiffeile auf das Werkstück werden durch den dritten Nachteil des Kurzhubhonens herbeigeführt -- die Möglichkeit, die im Anfangsstadium des Vorgangs entstandenen Rauhspitzen im zweiten Abschlußstadium plastisch zu verformen.
Als vollkommener ist der Vorgang der Feinstbearbeitung (SU, A. 342 753) anzusehen, der den Namen Makroläppen oder Makrofinishen erhielt. Dieses Verfahren zur Bearbeitung der Werkstücke vom Rotationskörpertyp wird mit einer Schleiffeile durchgeführt, die eine schwingende Bewegung auf einer mit der Erzeugenden des bearbeiteten Werkstücks nicht zusammenfallenden Bahn ausführt. Bei der Bearbeitung der Werkstücke mit geradliniger Erzeugenden kann als solche Bahn z. B. eine Gerade dienen, die unter einem Winkel zur Erzeugenden des Werkstücks verläuft (SU, A, 182 015). Bei der Bearbeitung der Laufbahnen von Kugellagerringen wird der Schleiffeile eine schwingende Drehbewegung auf einer komplizierten Bahn erteilt, die sich aus der Pendelung der Schleiffeile um eine Achse, die durch den Krümmungsmittelpunkt der Laufbahn geht, und der hin- und hergehenden Bewegung in einer zur Tangente an das Profil der Laufbahn parallelen Richtung zusammensetzt (SU, A, 278 453).
Bei der Bearbeitung z. B. eines rotierenden zylindrischen Werkstücks mit der Schleiffeile, die eine schwingende Bewegung unter einem Winkel zur Erzeugenden des Werkstücks ausführt, bildet sich eine Wirkfläche der Schleiffeile heraus, die aus zylindrischen Seitenabschnitten, deren Radius dem der zu bearbeitenden Oberfläche gleich ist, und einem zentralen Abschnitt - einer ebenen Fläche - besteht. In den Endstellungen der schwingenden Bewegung stoßen die Seitenabschnitte der Wirkfläche der Schleiffeile und die zu bearbeitende Oberfläche aufeinander, wobei ein Selbstschärfen der Kornspitzen der Schleiffeile hervorgerufen wird. Es findet ein Vorgang des kontinuierlichen Zerspanens statt, während dessen Ablaufs Rauhigkeit, fehlerhafte Metallschichten, Längs- und Querwelle, Kantigkeit und teilweise Unrundheit hochproduktiv beseitigt werden. Die Körner der ebenen Fläche gleiten tangential über die Erzeugende des Werkstücks, treffen unter einem Winkel auf die Rauhspitzen auf, die durch die Körner der Seitenabschnitte gebildet sind, und nehmen ebenfalls am Schnittvorgang teil. Die Oberflächenrauhigkeit wird besser und erreicht je nach der Korngröße der Schleiffeile einen Wert von Ra = 0,32 ... 0,16 µm. Im Abschlußstadium der Bearbeitung wird der Schwingungsausschlag der Schleiffeile derart verkleinert, daß ihre Seitenabschnitte und die zu bearbeitende Oberfläche nicht aufeinanderstoßen. In Berührung mit dem Werkstück bleiben nur die im zentralen Abschnitt der Wirkfläche der Schleiffeile befindlichen Körner, die abgestumpft und poliert werden. Da die Berührung von Schleiffeile und Werkstück dabei auf einer Linie erfolgt, geht der Schnittvorgang in den Mikroschnitt und dann in den Vorgang der plastischen Verformung der restlichen Rauhspitzen über. Neben dem beträchtlichen Abtragen von Metall im Anfangsstadium des Vorganges bietet dies die Möglichkeit, die Oberfläche mit einem sehr kleinen Rauhigkeitswert zu erhalten, der im Abschlußstadium nicht Ra = 0,01 µm überschreitet. Durch die diskrete Art der Wechselwirkung von Schleiffeile und Werkstück ist eine wirksame Schleifschlamm- und Spanabfuhr aus dem Arbeitsraum bedingt, was stabile Endergebnisse der Bearbeitung sichert.
Bekannt ist eine Einrichtung zum Kurzhubhonen von Kurbelwellenzapfen (SU, A, 205 636), in deren Gehäuse zwei Gelenkvierecke - die Haupt- und Hilfsparallelkurbel - montiert sind. Eines der Glieder der Hilfsparallelkurbel ist an der Maschine befestigt, in der die Werkstücke bearbeitet werden, während eines der Glieder der Hauptparallelkurbel am Anker eines Schwingantriebs angelenkt ist. Die Schleiffeile ist am Ende eines mit einem der unbefestigten Glieder der Hauptparallelkurbel gelenkig verbundenen Hebels befestigt, und ihr wird eine schwingende Bewegung längs der Erzeugenden des zu bearbeitenden Werkstücks mitgeteilt.
Die Achsen der Gelenke der Parallelkurbeln sind parallel zur Achse des Werkstücks angeordnet, und der Schwingantrieb ist mittels Rollen an der Zylinderfläche des zu bearbeitenden Werkstücks montiert.
Die Einrichtung ist mit folgenden Nachteilen behaftet. Sie gestattet es nicht, der Schleiffeile eine schwingende Bewegung unter einem Winkel zur Achse des Werkstücks mitzuteilen, d. h. das Verfahren zur Feinstbearbeitung (Makrofinishen) zu verwirklichen, das im Vergleich zum Superfinish über umfassendere technologische Möglichkeiten verfügt. Die Anordnung der Achsen der Parallelkurbeln parallel zur Achse der zu bearbeitenden Oberfläche bietet keine Möglichkeit, den Neigungswinkel der Schwingungsbahn der Schleiffeile zur Achse des Werkstücks zu verändern. Abgesehen davon besitzt die besagte Einrichtung erhöhte dynamische Charakteristiken, die den Querschnitt des Werkstücks verzerrende schädliche Schwingungen erzeugen, weil der Schwingantrieb auf Rollen montiert ist, die auf dem Werkstück abrollen, sowie im Zusammenhang damit, daß das Einrichtungsgehäuse und der Schwingantrieb getrennt angeordnet sind: das erste basiert auf den Rollen und der zweite am Maschinensupport. Dadurch wird die Güte der zu bear beitenden Oberfläche des Werkstücks verschlechtert, Außerdem führt das Fehlen eines Puffers, der die Einrichtung von dem Support trennt, dazu, daß die Schwingungen des Supports auf den Schleifstein übertragen werden, wodurch die Oberflächengüte des Werkstücks verschlechtert wird.

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Feinstbearbeitung eines Werkstücks zu schaffen, in der ein Viergelenkgetriebe und ein damit verbundener, eine Schleiffeile tragender Hebel derart angeordnet sind, daß die Bewegung der Schleiffeile auf einer mit der Erzeugenden des zu bearbeitenden Werkstücks nicht zusammenfallenden Bahn unter Beibehaltung einer unveränderlichen Form der Wirkfläche der Schleiffeile während der Feinstbearbeitung sichergestellt wird.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einer Einrichtung zur Feinstbearbeitung eines im Spindel- und Reitstock einer Werkzeugmaschine eingespannten Werkstücks, die ein Gelenkviereck, dessen eines Glied an der Maschine befestigt ist, einen Schwingantrieb, dessen Anker mit einem anderen Glied des Gelenkvierecks gelenkig verbunden ist, und eine Schleiffeile enthält, die am Ende eines am unbefestigten Glied des Gelenkvierecks angelenkten Hebels angebracht ist, erfindungsgemäß mindestens eines der mit dem an der Maschine befestigten Glied verbundenen Glieder des Gelenkvierecks unter einem Winkel zur Ebene angeordnet ist, die senkrecht zur Erzeugenden des Werkstücks steht, die während der Bearbeitung mit der Linie seiner Berührung mit dem zentralen Abschnitt der Wirkfläche der Schleiffeile zusammenfällt, wobei die Achsen der Gelenke des Gelenkvierecks im wesentlichen senkrecht zur Ebene angeordnet sind, die das Werkstück berührt und durch die genannte Erzeugende geht, während die Achse des Gelenks des Hebels parallel zu der genannten Erzeugenden verläuft und in der Ebene liegt, die das Werkstück berührt und durch die genannte Erzeugende geht.
Die erfindungsgemäße Einrichtung gewährleistet die Verschiebung der Schleiffeile auf einer mit der Erzeugenden des Werkstücks nicht zusammenfallenden Bahn in einer die Werkstückoberfläche berührenden Ebene. Bei dieser Verschiebung der Schleiffeile bildet sich ihre Wirkfläche heraus, die teilweise das Werkstück umfaßt und mit Seitenabschnitten gemäß der Form der zu bearbeitenden Oberfläche und mit einem zentralen Abschnitt dazwischen ausgebildet ist. Beim Aufeinanderstoßen der Seitenabschnitte der Wirkfläche der Schleiffeile und des Werkstücks geschieht ein kontinuierliches Schärfen des Schleifwerkzeuges und kontinuierliches Zerspanen. Dies gestattet ein Abtragen von Metall, das dazu reicht, in den vorhergehenden Operationen gebildete fehlerhafte Metallschichten, Ausgangsrauhigkeit und makrogeometrische Ausgangsabweichungen wie Quer- und Längswelle, Kantigkeit und teilweise Unrundheit zu beseitigen. Bei Verkleinerung des Schwingungsausschlags der Schleiffeile wirken die Seitenabschnitte ihrer Wirkfläche nicht mit dem Werkstück zusammen, und in Kontakt mit dem Werkstück stehen nur Körner, die sich im zentralen Abschnitt der Wirkfläche der Schleiffeile befinden. Dabei hört das Abtragen von Metall auf. Körner, die mit der Erzeugenden des Werkstücks in Berührung stehen, werden abgestumpft und poliert, indem sie dabei zuerst den Mikroschnitt und dann die plastische Verformung der im Anfangsstadium des Vorganges gebildeten Rauhspitzen ausführen.
Die zur Erzeugenden des Werkstücks parallele Anordnung der Achse des Gelenks des die Schleiffeile tragenden Hebels bietet die Möglichkeit, die Form der Wirkfläche der Schleiffeile bei ihrem Verschleiß beizubehalten, wodurch eine wesentliche Verminderung der Welligkeits- und Kantigkeitsgröße des Werkstücks sichergestellt wird.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das an der Maschine befestigte Glied des Gelenkvierecks höhenverstellbar angeordnet, während die Lage des gegenüberliegenden Glieds unveränderlich bleibt. Diese Ausführungsform der Erfindung gestattet, den Neigungs winkel der Schwingungsbahn der Schleiffeile zur Erzeugenden des Werkstücks stufenlos zu ändern, wodurch die Möglichkeit gegeben ist, die Feinstbearbeitung von verschieden harten und rauhen Werkstücken durchzuführen.
Es ist zweckmäßig, eine Parallelkurbel als Gelenkviereck zu verwenden. Dadurch kann die Vorwärtsbewegung der Schleiffeile ausgeführt werden, wenn sich jede beliebige Gerade, die sich während der Bewegung in der Schleiffeile befindet, parallel zu sich selbst verschiebt, was wiederum eine stabile Erzielung der Sollparameter bei der Bearbeitung von langen Werkstücken gewährleistet.
Es ist überaus zweckdienlich, die Schleiffeile an einem Hebel anzulenken, wobei die Achsen der Gelenke senkrecht zur erwähnten Erzeugenden des zu bearbeitenden Werkstücks stehen. Das gestattet der Schleiffeile, sich längs der Erzeugenden der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks von selbst einzustellen, wodurch eine Verminderung der Größe der Längswelle und Rauhigkeit der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks gesichert wird. Dies erlaubt es wiederum, die Güte der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks zu verbessern.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die erwähnten Merkmale und weitere Vorteile der Erfindung werden nachstehend an Hand konkreter Ausführungsbeispiele unter Hinweis auf beigefügte Zeichnungen näher erläutert; es zeigen

Fig. 1 in schematischer Darstellung die erfindungsgemäße Einrichtung zur Feinstbearbeitung des Werkstücks;
Fig. 2 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Einrichtung, bei der der Schleiffeilenhalter an einem Hebel starr befestigt ist;
Fig. 3 in schematischer Darstellung die räumliche Lage von Schleiffeile und Werkstück während des Makroläppens;
Fig. 4 die Befestigung des Unterbaus der Einrichtung an der Maschine;
Fig. 5 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Einrichtung, bei der der Schleiffeilenhalter am Hebel angelenkt ist;
Fig. 6 ein Diagramm der Abhängigkeit der Oberflächenrauhigkeit Ra und des Abtragens von Metall δ von der Zeit des Makroläppens;
Fig. 7, 8, 9 in schematischer Darstellung Etappen der Wechselwirkung der Abschnitte der Wirkfläche der Schleiffeile bei der Beseitigung der Welligkeit und Kantigkeit beim Makroläppen;
Fig. 10 die erfindungsgemäße Einrichtung, bei der das Gelenkviereck als Parallelkurbel ausgebildet ist.

Beste Ausführungsform der Erfindung

Die Einrichtung weist einen Unterbau 1 auf, auf dem ein Gelenkviereck 2 und ein Schwingantrieb 3 angeordnet sind (Fig. 1). Die (in der Figur nicht dargestellte) Maschine, in der die Feinstbearbeitung eines Werkstücks 4 erfolgt, enthält einen Spindelstock 5 und einen Reitstock 6, die miteinander fluchten und in deren Spitzen das Werkstück 4 eingemittet wird. Das Gelenkviereck 2 schließt Glieder 7, 8, 9, 10 ein, die mit Gelenken 11, 12, 13, 14 verbunden sind.
Am oberen Glied 9 des Gelenkvierecks 2 ist mit Hilfe eines Gelenks 15 ein Hebel 16 angeordnet, der an seinem oberen Ende eine an einem Halter 17′ befestigte Schleiffeile 17 trägt (Fig. 2). Die Wirkfläche 18 der Schleiffeile 17 besteht aus Seitenabschnitten 19, 20 und einem zentralen Abschnitt 21. Die Seitenabschnitte 19, 20 haben die Form der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks 4. Bei der Bearbeitung von zylindrischen Oberflächen haben die Seitenabschnitte 19, 20 der Wirkfläche 18 eine Zylinderform mit Radien R, die dem Radius R des Werkstücks 4 gleich und aus den Mittelpunkten 22, 23 gezogen sind, wobei der Abstand zwischen diesen Mittelpunkten der Länge des zentralen Abschnitts 21 der Wirkfläche 18 der Schleiffeile 17 gleich ist. Die Wirkfläche 18 kann im voraus vor der Bearbeitung des Werkstücks 4 gestaltet werden, oder sie bildet sich während der Bearbeitung des Werkstücks 4 heraus.
Das untere Glied 7 des Gelenkvierecks 2 ist unter einem Winkel γ zum Unterbau 1 angeordnet und durch eine Zwischenlage 24 darauf befestigt. Mindestens eines der Glieder 8, 10 (bei der vorliegenden Ausführungsform beide Glieder 8, 10), die mit dem Glied 7 verbunden sind, ist (sind) unter einem Winkel zur Ebene M (Fig. 3) angeordnet, welche senkrecht zur Erzeugenden 25 des Werkstücks 4 steht, die mit der Berührungslinie des Werkstücks 4 und des zentralen Abschnitts 21 der Wirkfläche 18 der Schleiffeile 17 zusammenfällt. Die Achsen der Gelenke 11, 12, 13, 14 des Gelenkvierecks 2 sind im wesentlichen senkrecht zur Ebene N angeordnet, die das Werkstück 4 berührt und durch die Erzeugende 25 geht. Die Achse des Gelenks 15 des Hebels 16 verläuft parallel zur Erzeugenden 25 und befindet sich im wesentlichen in der Ebene N.
Der Schwingantrieb 3 (Fig. 1) enthält einen Anker 26, der mit Hilfe eines Glieds 26′ und zweier Gelenke 27, 28 mit dem Glied 10 des Gelenkvierecks 2 verbunden ist. Am oberen Glied 9 ist hinter dem Hebel 16 mit dem Halter 17′ der Schleiffeile 17 eine Konsole 29 (Fig. 2) angebracht. Dabei ist zwischen der letzteren und dem Halter 17′ ein federndes Element z. B. eine Druckfeder 30 angeordnet, die den Halter 17′ mit der Schleiffeile 17 gegen das Werkstück 4 drückt.
Das untere Ende der Konsole 29 ist an einen Antrieb 31 z. B. einen Druckluftzylinder, angeschlossen.
Das Glied 7 ist auf dem Unterbau 1 höhenverstellbar angeordnet, wobei die Lage des gegenüberliegenden Gliedes 9 unveränderlich bleibt.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der der Halter 17′ der Schleiffeile 17 am Hebel 16 in Gelenken 32, 33 befestigt ist. Die Achsen der Gelenke 32, 33 sind senkrecht zur Erzeugenden 25 des Werkstücks 4 angeordnet und befinden sich im wesentlichen in der Ebene N.
Der Unterbau 1 ist über einen Puffer 34 (Fig. 5) auf dem Querschlitten 35 der Maschine, in der das Werkstück 4 bearbeitet wird, montiert und mittels Stiftschrauben 36, Muttern 37 und Federscheiben 38 befestigt. Von zwei Sei ten ist der Puffer 34 mit Kegelstiften 39 gesichert.
Der Querschlitten 35 der Maschine ist auf dem Langdrehsupport 40 der Maschine in einer Richtung hin- und herbewegbar angeordnet, die zu einer Achse 41 (Fig. 1), welche die Spitzen des Spindelstocks 5 und des Reitstocks 6 der Maschine bildet, senkrecht ist.
Der Langdrehsupport 40 ist hin- und herverschiebbar längs der Achse 41 angeordnet.
Die Einrichtung arbeitet wie folgt.
Mit Hilfe des Antriebs 31 wird der Hebel 16 in Pfeilrichtung 42 um die Achse 15 gedreht und dadurch der Halter 17′ mit der Schleiffeile 17 von dem Arbeitsraum zurückgeführt. Das zu bearbeitende Werkstück 4 wird in den Spitzen des Spindelstocks 5 und des Reitstocks 6 der Maschine eingemittet, wobei die Achse des Werkstücks 4 mit der durch den Spindelstock 5 und Reitstock 6 gehenden Achse 41 der Maschine in Übereinstimmung gebracht wird.
Je nach dem Material des Werkstücks 4 und der Konfiguration des letzteren werden die Neigungswinkel ß₁ und ß₂ der Seitenglieder 8 und 10 des Gelenkvierecks 2 eingestellt, die den Neigungswinkel α₁ der Schwingungsbahn der Schleiffeile 17 zur Erzeugenden 25 des Werkstücks 4 bestimmen.
Dann wird das Gelenk 15 des Hebels 16 am Glied 9 des Gelenkvierecks 2 derart angeordnet, daß seine Achse parallel zur Erzeugenden 25 des Werkstücks 4 verläuft. Danach wird der Querschlitten 35 derart bewegt, daß sich die erwähnte Achse des Gelenks 15 in der Ebene N befindet.
In Abhängigkeit von der Länge des Werkstücks 4 und seinem erforderlichen Genauigkeitsgrad ist der Halter 17′ der Schleiffeile 17 am Hebel 16 starr (Fig. 2) oder gelenkig (Fig. 4) befestigt.
Nach der Ausführung der erwähnten Operationen erfolgt das Makroläppen des Werkstücks 4, dem eine Drehbewegung in Pfeilrichtung 43 um die Achse 41 der Maschine mitgeteilt wird.
Der Antrieb 31 wird in die Ausgangsstellung gebracht, wobei sich der Hebel 16 unter der Wirkung der Feder 30 in Pfeilrichtung 44 bis zum Kontakt der Wirkfläche 18 der Schleiffeile 17 mit dem Werkstück 4 dreht. Wenn die Länge des Werkstücks 4 die der Schleiffeile 17 überschreitet, wird dem Langdrehsupport 40 der Maschine eine Vorschubbewegung längs der Achse 41 mitgeteilt. Es wird der Schwingantrieb 3 eingeschaltet, dessen Anker 26 sich hin- und hergehend in Pfeilrichtung 45, 46 bewegt. Über das Glied 26′ wird die schwingende Bewegung zum Glied 10 und somit zu den Gliedern 9 und 8 des Gelenkvierecks 2 übertragen. Da die Seitenglieder 8 und 10 unter einem Winkel zu der zur Erzeugenden 25 des Werkstücks 4 senkrechten Ebene M angeordnet sind und eine Schaukelbewegung um die Achsen 11 und 14 vollziehen, führt dabei das Glied 9 die schwingende Bewegung auf einer mit der erwähnten Erzeugenden 25 nicht zusammenfallenden Bahn aus. Dementsprechend wird diese schwingende Bewegung über Gelenk 15, Hebel 16, Halter 17′ der Schleiffeile 17 mitgeteilt, wobei sich die letztere auf einer Bahn bewegt,deren Tangente in der Mittelstellung der schwingenden Bewegung der Schleiffeile 17 unter einem Winkel α₁ zur Erzeugenden 25 des Werkstücks 4 verläuft.
Als Ergebnis der schwingenden Bewegung der Schleiffeile 17 wirken die Körner ihrer Wirkfläche 18 mit der Oberfläche des Werkstücks 4 zusammen. In den Endstellungen der schwingenden Bewegung stoßen die Körner der Seitenabschnitte 19 und 20 der Wirkfläche 18 der Schleiffeile 17 und das Werkstück 4 aufeinander, wodurch die Kornspitzen zerstört und geschärft werden. Die geschärften Kornspitzen ritzen die Oberfläche des umlaufenden Werkstücks 4 und tragen das Metall ab. Da diese Aufeinanderstöße in jeder Periode der schwingenden Bewegung der Schleiffeile 17 geschehen, erfolgt das Schärfen und somit das Abtragen von Metall kontinuierlich, was das in Fig. 6 dargestellte Diagramm, das den Verlauf der Rauhigkeit Ra und das Abtragen δ von Metall in Abhängigkeit von der Bearbeitungszeit charakterisiert, veranschaulicht (Kurve K, Kurvenstück ob). Die im zentralen Abschnitt 21 der Wirkfläche 18 der Schleiffeile 17 befindlichen Körner werden ebenfalls geschärft, indem sie auf die durch die Körner der Seitenabschnitte 19, 20 der Wirk fläche 18 der Schleiffeile 17 gebildeten Ritze unter einem Winkel auftreffen und ebenfalls am Abtragen von Metall teilnehmen.
Am Anfang des ersten Stadiums des Bearbeitungsvorganges nimmt die Rauhigkeit Ra der zu bearbeitenden Oberfläche (Fig. 6, Kurve H) intensiv ab (Stück ca), bleibt dann während der ganzen Zeit des ersten Stadiums des Bearbeitungsvorganges unveränderlich (Stück ab). Nach Erreichen einer vorgegebenen Abtraggröße, die die fehlerhaften, in einer Tiefe von 10 und 20 mkm lagernden Metallschichten zu beseitigen gestattet, wird der Schwingungsausschlag des Ankers 26 vom Schwingantrieb 3 und somit die Hubgröße der Schleiffeile 17 verkleinert. Die Seitenabschnitte 19 und 20 und das Werkstück 4 stoßen nicht mehr aufeinander, und die Weiterbearbeitung erfolgt mittels Körnern, die sich im zentralen Abschnitt 21 der Wirkfläche 18 der Schleiffeile 17 befinden. Der Bearbeitungsvorgang geht von dem ersten Stadium zum zweiten über (Fig. 6, Stück bd). Da sich die Körner des zentralen Abschnitts 21 in der das Werkstück 4 berührenden Ebene N, d. h. tangential an seine zu bearbeitende Oberfläche verschieben, werden ihre Spitzen zuerst abgestumpft, und der Schnittvorgang geht in den Mikroschnitt über (Stück bc). Dabei hört das Abtragen von Metall (Kurve K) allmählich auf, und die Oberflächenrauhigkeit Ra (Kurve H) nimmt ab. Im weiteren werden die Körner des zentralen Abschnitts 21 der Wirkfläche 18 der Schleiffeile 17 poliert, das Abtragen von Metall hört auf (Stück cd der Kurve K), und die hohen Belastungen an den Spitzen der polierten Körner, die sich in der Berührungslinie des zentralen Abschnitts 21 der Wirkfläche 18 der Schleiffeile 17 und des Werkstücks 4 befinden, führen zur plastischen Verformung (Stück cd der Kurve H) der während des Mikroschnitts gebildeten Rauhspitzen (Stück bc der Kurve H). Die Rauhigkeit der bearbeiteten Fläche nimmt ab und kann auf Ra = 0,05 bis 0,01 µm gebracht werden.
Durch das abwechselnde Aufeinanderstoßen der Seitenabschnitte 19, 20 (Fig. 7, 8) der Wirkfläche 18 der Schleiffeile 17 und der Oberfläche des umlaufenden Werkstücks 4 sowie das kontinuierliche Abtragen von Metall im ersten Stadium des Vorganges wird die Beseitigung der Querwelligkeit und Kantigkeit bedingt, die über einen aus dem Mittelpunkt des Werkstücks 4 gezogenen Kreis 47 hervorragen, dessen Radius R′ dem Abstand zwischen dem erwähnten Mittelpunkt und dem tiefsten Tal 48 der Welligkeit bzw. Kantigkeit der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks 4 gleich ist. Durch die Zusammenwirkung des zentralen Abschnitts 21 der Wirkfläche 18 der Schleiffeile 17 (Fig. 9) mit den vorstehenden Abschnitten der Welligkeit oder Kantigkeit des umlaufenden Werkstücks 4 wird ihre Beseitigung unter den kontinuierlichen Schnittbedingungen ebenfalls bewirkt.
Bei der Durchführung des Makroläppens gestattet dies, die Querkantigkeit und -welle bis auf 0,1 mkm bei einer Ausgangsgröße von etwa 10 µm zu beseitigen.
Nach Erreichen des erforderlichen Abtragens von Metall und der Sollrauhigkeit wird der Vorgang des Makroläppens unterbrochen. Dazu wird der Hebel 16 mit Hilfe des Antriebs 31 in Pfeilrichtung 42 geschwenkt und somit die Schleiffeile 17 von dem Werkstück 4 zurückgezogen.
Bei der Bearbeitung von Werkstücken unterschiedlicher Konfiguration, die aus verschiedenen Werkstoffen bestehen, werden die Neigungswinkel ß₁ und ß₂ der Glieder 8, 9 zur Ebene M verändert. In Fig. 1 ist die zweite Stellung des Gelenkvierecks 2 mit feinen Linien angedeutet. Dazu wird bei unbeweglicher Lage des oberen Gliedes 9 das untere Glied 7 von dem Unterbau 1 getrennt, die Zwischenlage 24 entfernt und das Glied 7 in vertikaler Richtung so lange geführt, bis sich die Glieder 8, 10 unter Winkeln ß₃ und ß₄ zur Ebene M einstellen.
Dann wird das Glied 7 wieder über eine andere Zwischenlage 49 auf dem Unterbau 1 befestigt. Bei Erzeugung der schwingenden Bewegung des Gelenkvierecks 2 erhält die Schleiffeile 17 die schwingende Bewegung auf einer Bahn, die mit der Erzeugenden 25 des Werkstücks 4 nicht zusammenfällt und deren Tangente in der Mittelstellung der schwingenden Bewegung unter einem Winkel α₂ zur Erzeugenden 25 des Werkstücks 4 angeordnet ist.
Fig. 10 zeigt eine Ausführungsvariante des Gelenkvierecks 2 als Parallelkurbel, deren unteres Glied 7 über die Zwischenlage 24 derart auf dem Unterbau 1 befestigt ist, daß das Glied 7 parallel zur Erzeugenden 25 des Werkstücks 4 angeordnet ist. Die Wirkungsweise der Einrichtung mit der Parallelkurbel ist die gleiche wie die oben beschriebene Wirkungsweise der Einrichtung mit dem Gelenkviereck 2.
Durch die Verwendung der Parallelkurbel wird eine fortschreitende Bewegung der Schleiffeile 17 gewährleistet, bei der jede darin gezogene Gerade sich parallel zu sich selbst verschiebt. Bei der fortschreitenden Bewegung hat der zentrale Abschnitt 21 der Wirkfläche 18 der Schleiffeile 17 die Form eines Rechtecks, was die Möglichkeit bietet, die makrogeometrischen Längsabweichungen des Werkstücks 4 zu verbessern.
Die Prüfungsergebnisse der vorliegenden Erfindung ergaben, daß sie es ermöglicht, bei der Bearbeitung der gehärteten Oberfläche eines Werkstücks mit 100 mm Durchmesser und 25 mm Länge eine Metallschicht von 16 bis 20 µm in 30 Sekunden abzutragen, eine Längswelligkeit bis 0,5 µm und eine Rauhigkeit Ra = 0,04 ... 0,02 µm zu erhalten.

Gewerbliche Verwertbarkeit

Die Erfindung kann für die Feinstbearbeitung der Laufbahnen von Rollen- und Kugellagerringen, der zylindrischen Flächen von Pleuel- und gekröpften Hauptwellen, der Halszapfen von Exzenterwellen und der Läufer von Zahnradpumpen verwendet werden.
Ein anderes Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung kann die Feinstbearbeitung der Präzisionswalzen von Maschinen zur Papier- und Filmerzeugung für Tonband- und Magnetbildaufzeichnungsgeräte sowie der Spindeln von hochgenauen Zerspanungsmaschinen sein.

Claims

1. Einrichtung zur Feinstbearbeitung eines in dem Spindel- und dem Reitstock einer Werkzeugmaschine eingespannten Werkstücks, die ein Gelenkviereck (2), dessen eines Glied (7) an der Maschine befestigt ist, einen Schwingantrieb (3), dessen Anker (26) mit einem anderen Glied (10) des Gelenkvierecks (2) gelenkig verbunden ist, und eine Schleiffeile (17) enthält, die am Ende eines am unbefestigten Glied (9) des Gelenkvierecks (2) angelenkten Hebels (16) angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der mit dem an der Maschine befestigten Glied (7) verbundenen Glieder (8, 10) des Gelenkvierecks (2) unter einem Winkel zur Ebene (M) angeordnet ist, die senkrecht zur Erzeugenden (25) des Werkstücks (4) steht, die während der Bearbeitung mit der Linie der Berührung dieses Werkstücks (4) mit dem zentralen Abschnitt (21) der Wirkfläche (18) der Schleiffeile (17) zusammenfällt, wobei die Achsen der Gelenke (11, 12, 13, 14) des Gelenkvierecks (2) im wesentlichen senkrecht zur Ebene (N) angeordnet sind, die das Werkstück 4 berührt und durch die genannte Erzeugende (25) geht, während die Achse des Gelenks (15) des Hebels (16) parallel zu der genannten Erzeugenden (25) verläuft und im wesentlichen in der Ebene (N) liegt, die das Werkstück (4) berührt und durch die genannte Erzeugende (25) geht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das an der Maschine befestigte Glied (7) des Gelenkvierecks (2) höhenverstellbar angeordnet ist, während die Lage des ihm gegenüberliegenden Gliedes (9) unveränderlich bleibt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Parallelkurbel als Gelenkviereck (2) verwendet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleiffeile (17) am Hebel (16) angelenkt ist, wobei die Achsen der Gelenke (32, 33) senkrecht zur erwähnten Erzeugenden (25) des Werkstücks (4) im wesentlichen in der Ebene (N) liegen, die das genannte Werkstück (4) berührt und durch die erwähnte Erzeugende (25) geht.