EP2138270A1 - Device for surface working of ball coverings for a workpiece with a calotte - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Oberflächenbearbeiten, insbesondere zum Superfinishen, Polieren, Schleifen oder, Läppen, von Kugelschalen für ein Werkstück mit einer Kalotte oder Kalottenabschnitten mittels eines einen Finishstein aufweisenden Werkzeugs, mit einer Werkstückaufnahme und einem Werkzeughalter sowie jeweils einem Antrieb.The invention relates to a device for surface processing, in particular for superfinishing, polishing, grinding or lapping, of spherical shells for a workpiece with a dome or Kalottenabschnitten by means of a finishing stone having tool, with a workpiece holder and a tool holder and in each case a drive.
Es ist allgemein bekannt, dass, wie bei anderen spanenden Fertigungsverfahren, auch beim Superfinish-Verfahren ein Werkzeug in Flächenkontakt mit einem Werkstück gebracht wird. Durch die Überlagerung von Werkstückrotation und Werkzeugoszillation bewegt sich zum Beispiel ein einzelnes Korn entlang einer für dieses Verfahren typischen Sinuslinie. Alle im Eingriff befindlichen Schleifkörner erzeugen durch Überlagerung der einzelnen Sinuslinien die sich unter einem definierten Winkel kreuzenden Bearbeitungsspuren. Da das Werkzeug unter einem vorgegebenen Druck am Werkstück anliegt, muss dafür gesorgt werden, dass die Anlage von Werkzeug am Werkstück nicht unterbrochen wird, d.h. das Werkzeug die zu bearbeitende Fläche nicht verlässt, da das Werkzeug vor dem Verlassen abgehoben und anschließend neu aufgesetzt werden müsste, was die Bearbeitung erheblich verzögert. Daher eignen sich die oben genannten Vorrichtungen ausschließlich für die kontinuierliche Bearbeitung von nicht unterbrochenen Flächen, zum Beispiel der Nockenfläche einer Nockenwelle oder der Lagerfläche eines Gleitlagers. Sollen jedoch Flächen bearbeitet werden, die über den Umfang unterbrochen sind, müssen andere Verfahren verwendet werden.It is well known that, as with other machining processes, a tool is also brought into surface contact with a workpiece in the superfinishing process. By superimposing workpiece rotation and tool oscillation, for example, moves a single Grain along a typical sinusoidal line for this process. All the abrasive grains in engagement generate the overlapping of the individual sinusoidal lines which intersect at a defined angle machining marks. Since the tool is under a predetermined pressure on the workpiece, it must be ensured that the attachment of tool on the workpiece is not interrupted, ie the tool does not leave the surface to be machined, because the tool would have to be lifted before leaving and then put on again , which considerably delays the processing. Therefore, the above-mentioned devices are only suitable for the continuous processing of uninterrupted surfaces, for example, the cam surface of a camshaft or the bearing surface of a sliding bearing. However, if surfaces are to be edited that are interrupted over the circumference, other methods must be used.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bereitzustellen, mit welcher Flächen, insbesondere mit einem Superfinishverfahren bearbeitet werden, die nicht kontinuierlich sind, insbesondere über den Umfang unterbrochen sind.The invention is therefore based on the object to provide a device with which surfaces are processed, in particular with a superfinishing, which are not continuous, in particular are interrupted over the circumference.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung, insbesondere zum Superfinishen von Kugelschalen oder Teilen von Kugelschalen oder Kalotten, welche an Werkstücken vorgesehen sind, und die Teil eines Kugelgelenks sind, mit einem einen Finishstein aufweisenden Werkzeug, mit einer Werkstückaufnahme, einem ersten Antrieb für eine oszillierende Bewegung des Werkstücks, einem Werkzeughalter, einem zweiten Antrieb für eine oszillierende Bewegung des Werkzeughalters, wobei die Achse des ersten Antriebs und die Achse des zweiten Antriebs in einem Winkel zueinander stehen.This object is achieved with a device, in particular for superfinishing spherical shells or parts of spherical shells or calottes, which are provided on workpieces and which are part of a ball joint, with a tool having a finishing stone, with a workpiece holder, a first drive for an oscillating movement the workpiece, a tool holder, a second drive for an oscillating movement of the tool holder, wherein the axis of the first drive and the axis of the second drive are at an angle to each other.
Erfindungsgemäß besitzt die Vorrichtung zwei Antriebe, nämlich einen Antrieb für das Werkstück oder den Werkstückhalter und einen Antrieb für das Werkzeug, wobei beide Antriebe das Werkstück und das Werkzeug in eine oszillierende Bewegung versetzen. Dadurch wird sichergestellt, dass auch bei unterbrochenen, zu bearbeitenden Flächen am Werkstück, das Werkzeug nicht die Bearbeitungsfläche verlässt, da weder das Werkstück noch das Werkzeug rotiert. Die Oszillationsbewegungen werden so eingestellt, dass der Finishstein die zu bearbeitende, ebenfalls oszillierende Fläche des Werkstücks nicht verlässt. Die Bearbeitung kann daher kontinuierlich, d.h. ohne Unterbrechungen durchgeführt werden.According to the invention, the device has two drives, namely a drive for the workpiece or the workpiece holder and a drive for the tool, wherein both drives put the workpiece and the tool in an oscillating motion. This ensures that even with interrupted surfaces to be machined on the workpiece, the tool does not leave the machining surface because neither the workpiece nor the tool is rotating. The oscillatory movements are adjusted in such a way that the finishing stone does not leave the work piece, which is also oscillating, of the workpiece. The processing can therefore be continuous, i. be carried out without interruptions.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass sich die Achsen des ersten Antriebs und des zweiten Antriebs im Zentrum des Kugelmittelpunkts der Kugelschale oder der Kalotte schneiden. Vorteilhaft stehen die Achsen orthogonal zueinander. Auf diese Weise werden die gewünschten Sinuslinien erzeugt, bei dem die Bearbeitungsspuren einen definierten Winkel zueinander besitzen.In a further development it is provided that intersect the axes of the first drive and the second drive in the center of the ball center of the spherical shell or the calotte. Advantageously, the axes are orthogonal to each other. In this way, the desired sine lines are generated, in which the machining tracks have a defined angle to each other.
Mit Vorzug ist der Oszillationswinkel wenigstens eines der Antriebe einstellbar. Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Oszillationswinkel wenigstens eines der Antriebe auch während der Bearbeitung verstellbar ist. Auf diese Weise können Bearbeitungsspuren in Form einer Acht beziehungsweise einer liegenden Acht oder in Form von Lissajous-Kurven erzeugt werden.With preference, the oscillation angle of at least one of the drives is adjustable. In a further development, it is provided that the oscillation angle of at least one of the drives is also adjustable during processing. In this way, machining tracks in the form of an eight or a lying eight or in the form of Lissajous curves can be generated.
Dabei sind vorzugsweise Oszillationswinkel von ±5° bis ±20°, insbesondere ±8° bis ±15°, und bevorzugt von ±10°, herstellbar. Die Oszillationswinkel für den Antrieb des Werkzeugs können auch unterschiedlich zum Oszillationswinkel des Antriebs für das Werkstück sein.In this case, preferably oscillation angle of ± 5 ° to ± 20 °, in particular ± 8 ° to ± 15 °, and preferably of ± 10 °, can be produced. The oscillation angles for the drive of the tool can also be different from the oscillation angle of the drive for the workpiece.
Bevorzugt sind die Antriebe gekoppelt, so dass phasenverschobene Bewegungen erzeugt werden können, bei denen die resultierende Bearbeitungsgeschwindigkeit nie zu Null wird.The drives are preferably coupled so that phase-shifted movements can be generated in which the resulting processing speed never becomes zero.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Finishstein zylindrisch ausgebildet und weist eine der Geometrie der Kalotte entsprechende teilsphärische Arbeitsfläche auf. Dabei befindet sich die teilsphärische Arbeitsfläche vorteilhaft an der Stirnfläche des Zylinders. Der Zylinder kann einen runden, insbesondere kreisförmigen, oder polygonalen, insbesondere viereckigen, zum Beispiel quadratischen Querschnitt aufweisen.In a preferred embodiment, the finishing stone is cylindrical and has a geometry of the dome corresponding to the part-spherical working surface. In this case, the part-spherical working surface is advantageously located on the end face of the cylinder. The cylinder may have a round, in particular circular, or polygonal, in particular quadrangular, for example square cross-section.
Mit Vorzug ist der Finishstein in Richtung der oder parallel zur Achse des ersten Antriebs und/oder zur Achse des zweiten Antriebs verfahrbar, so dass er in die Kugelschale oder Kalotte eingeführt und an die zu bearbeitende Fläche herangeführt werden kann.With preference, the finishing stone is movable in the direction of or parallel to the axis of the first drive and / or to the axis of the second drive, so that it can be introduced into the spherical shell or dome and brought to the surface to be machined.
Um den gewünschten Abtrag zu erzielen, ist der Finishstein in Richtung der Achse des ersten Antriebs oder orthogonal zu der zu bearbeiten Fläche mit einem Anpressdruck beaufschlagbar. Dieser Anpressdruck ist vorzugsweise einstellbar und/oder kann wiederum vorzugsweise während der Bearbeitung verstellt werden.In order to achieve the desired removal, the finishing stone in the direction of the axis of the first drive or orthogonal to the surface to be machined can be acted upon by a contact pressure. This contact pressure is preferably adjustable and / or may in turn preferably be adjusted during processing.
Um zwei einander gegenüberliegende zu bearbeitende Flächen einer Kugelschale oder Kalotte mit einem einzigen Stein bearbeiten zu können, ist der zweite Antrieb für den Werkzeughalter so gestaltet, dass der Finishstein um seine Oszillationsachse um 180° gedreht werden kann und/oder dass der Finishstein zwei einander gegenüberliegende Arbeitsflächen aufweist. Nach Fertigstellung der einen zu bearbeitenden Fläche muss der Stein lediglich in Richtung der anderen zu bearbeitenden Fläche verschoben werden.In order to be able to machine two opposite surfaces of a spherical shell or dome with a single stone, the second drive for the tool holder is designed such that the finishing stone can be rotated about its axis of oscillation by 180 ° and / or that the finishing stone two opposite each other Has work surfaces. After completion of one too working surface, the stone must be moved only in the direction of the other surface to be machined.
Bei einer Variante ist vorgesehen, das der Finishstein aus mehreren Steinabschnitten aufgebaut ist, wobei die Steinabschnitte aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Auf diese Weise kann mit den Finishstein eine Vorbearbeitung und eine Fertigbearbeitung durchgeführt werden. Beide Steinabschnitte besitzen eine Arbeitsfläche die z.B. unterschiedliche Körnungen aufweisen.In a variant, it is provided that the finishing stone is composed of several stone sections, wherein the stone sections consist of different materials. In this way, a pre-processing and finishing can be performed with the finishing stone. Both stone sections have a working surface, e.g. have different grain sizes.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten sowie in der Beschreibung und in den Ansprüchen erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the dependent claims and the following description in which with reference to the drawings particularly preferred embodiments are described in detail. The features shown in the drawing and mentioned in the description and in the claims may each be essential to the invention individually or in any combination.
In der Zeichnung zeigen:
- Figur 1
- eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung;
- Figur 2
- einen Längsschnitt durch das zu bearbeitende Werkstück;
- Figur 3
- eine Draufsicht auf das Werkstück mit einer ersten Ausführungsform eines Werkzeugs;
- Figur 4
- eine Draufsicht auf das Werkstück mit einer zweiten Ausführungsform des Werkzeugs, und
- Figur 5
- eine Draufsicht auf das Werkstück mit einer dritten Ausführungsform des Werkzeugs.
- FIG. 1
- a plan view of the device according to the invention;
- FIG. 2
- a longitudinal section through the workpiece to be machined;
- FIG. 3
- a plan view of the workpiece with a first embodiment of a tool;
- FIG. 4
- a plan view of the workpiece with a second embodiment of the tool, and
- FIG. 5
- a plan view of the workpiece with a third embodiment of the tool.
Die
Mittels des ersten Antriebs 16 kann die Werkstückaufnahme 14 und somit das Werkstück 12 um dessen in der Zeichnung waagerecht liegende Längsachse 32 oszillierend angetrieben werden, was mit dem Pfeil 34 angedeutet wird (siehe
Mit dem zweiten Antrieb 30 wird der Werkzeughalter 26 um dessen in der Zeichnung vertikale Längsachse 36, die orthogonal zur Achse 32 ausgerichtet ist und im Zentrum der Kalotte 20 die Achse 32 schneidet, oszillierend angetrieben, was mit dem Pfeil 38 (sieh
Wie aus den
Die
Nach dem Einführen des Finishsteins 28 in die Kalotte 20, was durch Verschieben des Werkzeughalters 26 in Richtung des Pfeils 44 erfolgt, kann der Werkzeughalter 26 zunächst in Richtung der Fläche 22 verschoben werden (Pfeil 46) bis die Arbeitsfläche 44 an der zu bearbeitenden Fläche 22 insbesondere mit einer vorgebbaren Anpresskraft anliegt. Anschließend werden das Werkstück 12 in Richtung des Pfeils 34 und der Finishstein 28 in Richtung des Pfeils 38 oszillierend angetrieben, wodurch die Fläche 22 bearbeitet wird und Bearbeitungsrillen in Form einer Acht erzeugt werden. Die Oszillationswinkel sowohl des Werkstücks 12 als auch des Finishsteins 28 sind jeweils so gewählt, dass die Arbeitsfläche 40 die Fläche 22 nicht verlässt. Alternativ kann aber auch nach dem Einführen des Finishsteins 28 in die Kalotte 20 das Werkstück 12 in Richtung auf den Finishstein 28 bis zur Anlage an der Arbeitsfläche 40 verschoben werden.After inserting the finishing
Nach Fertigstellung der Bearbeitung wird beim Ausführungsbeispiel der
Es besteht auch die Möglichkeit, dass zusätzlich oder alternativ zum Werkstück 12 der Finishstein 28 oszillierend um die Achse 32 bewegt wird, was mit dem Pfeil 48 dargestellt ist.There is also the possibility that, in addition to or as an alternative to the
Beim Ausführungsbeispiel der
Eine weitere Variante der Erfindung ist in
Aus
Auf jeden Fall kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 eine gekrümmte Fläche 22, 24, die sich nicht über 360° erstreckt, bearbeitet werden, ohne dass während der Bearbeitung der Finishstein 28 von der zu bearbeitenden Fläche 22, 24 abgehoben werden muss. Sowohl die zu bearbeitende Fläche 22 beziehungsweise 24 als auch die Arbeitsflächen 40 und 42 des Finishsteins 28 führen oszillierende Bewegungen aus, die in einem Winkel zueinander stehen. Dabei besitzen die Oszillationsbewegungen vorteilhaft unterschiedliche Frequenzen, die insbesondere kein ganzzahliges Vielfaches voneinander sind.In any case, with the
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