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Vorrichtung zur Feinstbearbeitung von vorbearbeiteten Werkstückoberflächen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verbesserung der Oberflächengüte
von Werkstücken. Man hat bisher beispielsweise an der Innenwandung von zylindrischen
Hohlkörpern eine nicht nur glatte, sondern auch verfestigte Oberfläche dadurch zu
erreichen versucht, daß man kalibrierte Kugeln durch die Bohrung hindurchpreßte,
wobei die Kugel das Material bzw. die rauhen Erhöhungen vor sich umlegte. Diese
Arbeitsweise war jedoch von der Beschaffenheit des Materials abhängig und ließ sich
nur bei weichen Werkstoffen verwenden. Bei zähem oder hartem Material hinterließ
die hindurchgepreßte Kugel Riefen und Preßstellen.
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Ein anderes bekanntes Arbeitsverfahren beruht auf dem Rollpolieren
mittels Walzen. Die Walzen rollen unter Druck über die Oberfläche und drücken auf
ihrer ganzen Länge in Linienberührung die vorstehenden Spitzen der Oberfläche zusammen.
Die Spitzen werden also gewissermaßen in die Oberfläche eingedrückt. Bei einer anderen
Ausführung dieses Arbeitsverfahrens sind eine Anzahl nadelförmiger gehärteter und
polierter Rollen in einen drehbaren Käfig untergebracht, wobei der Innenkörper jedoch
nicht, wie beim Rollenlager, rund ist, sondern eine größere Anzahl Nocken von geringer
Erhebung aufweist. Wenn das Werkzeug dann mit hoher Drehzahl umläuft, drücken diese
Nocken die Rollen mit einer hämmernden Wirkung gegen die zu bearbeitende Oberfläche,
wodurch erhabene Stellen und Drehriefen beseitigt werden und der Werkstoff verdichtet
wird. Die Verformung
der Spitzen bei .der Linienberührung und bei
der Länge-der Walzen bzw. Rollen, die ungefähr das 6- bis 8fache .des Durchmessers
beträgt, erfordert aber eine so hohe Druckkraft, daß dadurch bei dünnwandigen Werkstücken
eine Querschnittsveränderung hervorgerufen wird.
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Die Erfindung geht nun von der Erkenntnis aus, an Stelle von Walzen
mit flächen- oder linienförmiger Auflage Kugeln zu verwenden, die bei ihrem Abrollen
nur auf einen Punkt drücken. - Dadurch wird ein wesentlich höherer spezifischer
Druck auf die zu polierende Wandung erreicht, so daß entweder der Anpreßdruck der
Kugeln -bei weichem Material oder dünnwandigen Werkstücken verringert werden kann
oder aber bei gleichbleibendem Anpreßdruck und hartem Material ein hoher spezifischer
Druck und damit eine Ersparnis an der für die Bearbeitung aufzuwendenden Arbeitszeit
erzielt wird. . Die Erfindung besteht darin, .daß Feinstbearbeiten von vorbearbeiteten
Werkstückoberflächen mit Hilfe einer Vorrichtung zu erreichen, bei der in einem
Führungskörper eine oder eine Mehrzahl von Kugeln beweglich, d. h. abrollbar und
zweckmäßig radial verstellbar gelagert sind.
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Die Verwendung von Stahlkugeln zum Verdichten der Oberfläche ist bereits
vorgeschlagen worden, wobei man entweder mit Hilfe eines Druckmittels die Stahlkugeln
auf die zu drückende Oberfläche schleuderte oder aber die Kugeln in einer Trommel
über das Werkstück hinwegrollen ließ. Da bei diesem Verfahren die Kugeln aber mehr
oder weniger von einer gewissen Entfernung aus auf die Oberfläche aufprallten, übten
sie auch eine hämmernde Wirkung aus, die aber unkontrollierbar war. Man konnte nicht
beurteilen, ob alle Punkte der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes von der
gleichen --Anzahl Kugeln und mit der gleichen Kraft gedrückt worden wären. Ferner
war es auch nicht möglich, vorher die Zeit zu bestimmen, die man für die gewünschte
Oberflächenvergütung aufwenden mußte.
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Von dieser Vorrichtung unterscheidet sich die findung dadurch, daß
sich durch den Vorschub = E
des Werkstückes oder des Werkzeuges und durch
den einzustellenden Anpreßdruck die Punktberührung der Kugeln auf der zu vergütenden
Oberfläche regeln läßt, so daß beim Abrollen der Kugeln über die zu vergütende Oberfläche
ein Punkt derselben nach dem andern mit stets gleichbleibendem Anpreßdruck gedrückt
wird. ' Mit dieser Vorrichtung läßt sich die Oberfläche von Werkstücken, gleichgültig,
ob dasselbe aus weichem, zähem oder hartem Material besteht, in der gewünschten
Weise glätten oder verfestigen, und zwar nicht nur außen und im Innern von Zylinderwänden,
wie z. B. bei Büchsen, Lagern, Zugankern u. a., sondern auch an Planflächen, wie
z. B. bei Unterlegscheiben, den Anzugsflächen von Vielkantmuttern u. a. Abgesehen
von dem Vorteil, den das Anpassen des spezifischen Druckes an die Form und Beschaffenheit
des Werkstückes bietet, ist durch die jeweilige bauliche Ausgestaltung der Vorrichtung
die Möglichkeit einer vielseitigen Anwendung gegeben, so daß sich dieselbe nicht
nur auf gewöhnlichen Drehbänken, sondern auch auf Automaten und Revolverbänken einspannen
läßt. Wurde beispielsweise mit dem bisher gebräuchlichen Schleifverfahren im besten
Falle eine Oberflächengüte mit einer Rauhigkeit von 2 bis 3 ,u erzielt und dieser
Wert erst durch das sogenannte Super-finish-Verfahren (Oberflächenfeinstbearbeitungsverfahren)
so weit verbessert, daß eine Oberflächengüte von ungefähr o,5 ,u erreicht wurde,
so war es nach der Erfindung ohne weiteres möglich, diesen Wert noch zu unterschreiten.
Mit dem Kugelrollpolieren erzielt man aber nicht nur eine besser polierte Oberfläche,
sondern auch eine erhöhte Verfestigung derselben, die beispielsweise bei zähem,
hochlegiertem Material io°/o und mehr betrüg.
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In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt.
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Abb. i zeigt in Ansicht und teil«reisem Schnitt eine Kugelrollpolierstange
für die Massenbearbeitung von Bohrungen geringen Durchmessers; Abb. 2 zeigt in Ansicht
und teilweisem Schnitt eine Kugelrollpolierstange, bei der der zu rollende Durchmesser
durch einen Kegel reguliert wird; Abb.3 und q. zeigt in Ansicht und teilweisem Schnitt
ein Kugelrollpolierwerkzeug mit zwei hintereinander angeordneten Kugelkränzen; Abb.
5 zeigt in Ansicht und teilweisem Schnitt eine Rollvorrichtung für Planflächen;
Abb.6 und 7 zeigt in Ansicht und teilweisem Schnitt eine Rollvörrichtung für die
äußere Oberfläche von zylindrischen Werkstücken.
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Die Abb. i stellt ein Rollwerkzeug zum serienmäßigen Rollpolieren
von Federsitzen dar. Es besteht aus einem Gehäuse i, in dem ein Käfig 2 zum Sichern
der Rollkugeln 3 gegen Herausfallen vorgesehen ist. Im Innern dieses Rollkugelkranzes
befindet sich eine Lagerkugel q., deren Durchmesser so gewählt ist, daß der doppelte
Rollkugeldurchmesser plus dem Durchmesser der Lagerkugel den Durchmesser der zu
rollenden Bohrung ergibt. Die Lagerkugel wird in axialer Richtung durch zwei, gegebenenfalls
mit Mikrometerfeineinstellung versehene Stellschrauben 5 und 6 gehalten, deren Lagerflächen
plangeschliffen und gehärtet sind. Infolge der stangenartig gestalteten Form des
Rollwerkzeuges läßt sich dasselbe leicht in jede Bohrmaschine oder Drehbank einspannen,
wobei Werkzeugmaschinen mit Vorschüben von o,oq. mm Umdrehung an aufwärts besonders
vorteilhaft sind.
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In der Abb. 2 ist ein Rollwerkzeug gezeigt, dessen äußere Form mit
der vorher beschriebenen Ausführung übereinstimmt. Der Rollkugeldurchmesser zum
Polieren der Lagerbüchse 7 wird hier jedoch mit Hilfe eines Kegels 8 eingestellt,
der zwischen dem Kugelkranz vorgesehen und so gelagert ist, daß er radiales Spiel
hat. Um einen leichten Umlauf des Kegels 8 zu erreichen, wird er axial auf Kugeln
9 geführt, die auf gehärteten und plangeschliffenen Platten io Laufen. Mit Hilfe
der Spannschrauben j und 6 kann der Kegel 8 nach
oben oder
unten verschoben «-erden, wodurch sich auch derRollkugeldurchmesser entsprechendändert.
Durch Wahl einer ungeraden Zahl von Rollkugeln und die radiales Spiel zulassende
Lagerung des Kegels 8 läuft die Rollstange immer genau zentrisch in der zu rollenden
Bohrung. Dadurch wird erreicht, daß alle Kugeln gleichmäßig drücken und auch die
gerollte Bohrung immer genau innerhalb der gewünschten Toleranz gehalten wird, so
daß bei einwandfreiem Vorarbeiten Toleranzen von o,oo5 mm ohne weiteres eingehalten
werden können. Mit der obengenannten Ausführung und dadurch, daß sich die Vorrichtung
selber -zentriert, ist man in der Lage, bei entsprechender Zusammenstellung der
Kugeln und Kegel Bohrungen von ungefähr 4. mm Durchmesser an aufwärts in unbegrenzter
Länge zu rollen.
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In den Abb. 3 und 4. ist nun ein Werkzeug dargestellt, das sich besonders
für zylindrische Werkstücke mit einem Innendurchmesser von i 5o mm und darüber eignet
und bei dem das Rollpolieren durch zwei hintereinander angeordneteKugelkränze i
i und 12 in der Weise gesteigert werden kann, daß man ein Vor- und Nachrollen der
zu bearbeitenden Fläche erzielt. Bei dieser Ausführung rollen die in ihren Käfigen
gehaltenen Kugeln 3 alif Rollen 13 mit entsprechend gestalteter Oberfläche ab, wobei
jede Rolle in einem radial beweglichen Schlitten 14. gelagert ist, der unter dem
Druck zweier zweckmäßig einstellbarer Spiralfedern 15 steht. Zu dem Zwecke stützen
sie sich einerseits gegen die Schlitten 1q, andererseits gegen jc einen Kolben 31
ab, der auf dem Nocken 32 einer \ ockenscheibe33 aufliegt. Die Stellung der Nocken
33 und damit die Spannung der Federn 15 wird dann mit Hilfe einer Schnecke 34 geregelt.
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Den Aufbau eines zum Rollpolieren von Planflächen dienenden Werkzeuges
zeigt Abb. 5. Dasselbe ist stangenförmig ausgebildet und trägt in einem Außenrohr
16 einen unter dem Druck einer Spiralfeder 17 stehenden Stempel 18, der am Ende
gabelförmig gestaltet ist. In dieser Gabel 19 ist nun -die an ihrer Außenfläche
mit einer Rille versehene Rolle 13 gelagert, so daß die in dem Käfig :2 gelagerten
Kugeln 3 auf dieser Rolle abrollen können.
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In den rAbb. 6 und 7 ist noch eine Kugelrollvorrichtung gezeigt, mit
der die Außenflächen an Werkstätten geglättet und verfestigt werden. Bei dieser
Vorrichtung sind auf einem Grundkörper 20 drei um 120°' versetzte Führungen 21 vorgesehen,
in denen sich drei Schlitten 22 senkrecht zur Mittelachse bewegen können. An jedem
der drei Schlitten ist ein Bolzen 23 angebracht, auf dem das Kugellager 24. gelagert
ist, das wiederum in einem Luftring 25 sitzt, der mit seiner entsprechend gestalteten
Oberfläche als Führungsrolle für die Rollkugel 3 dient und in seiner Stellung durch
die Abdeckplatte 26 festgehalten wird. Wird nun zwischen den um 120!°' versetzten
Rollkugeln ein zylindrischer Stab 27, der mit etwa 5000 U/min. umläuft, mit
o,oi bis o,02 11111l Vorschub je Umdrehung in axialer Riclltung durch die Vorrichtung
hindurch bewegt, rollen die Kugeln 3 mit gleichmäßig verteiltem Anpreßdruck in engen
Spiralen auf dem zu bearbeitenden Werkstück ab, wobei der gewünschte Anpreßdruck
durch die entsprechend stark bemessenen Spiralfedern 28 ausgeübt wird. Zum Abheben
der Rollkugeln 3 voll dein zu bearbeitenden Werkstück 27 ist noch eine mit dein
Schlitten 22 durch Bolzen 35 in Verbindung stehende Kurvenscheibe 29 vorgesehen,
die von' dem Handhebel 3o bewegt wird und dabei durch die Führung .der Bolzen 35
in der Kurvenscheibe 29 die Schlitten 22 gemeinsam von der Achsmitte nach außen
bewegt. Auch bei dieser Vorrichtung läßt sich die Rollwirkung mit einem Vor-und
Nachrollen durch mehrere hintereinander angeordnete Kugelsätze steigern.
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Außer Planflächen und zylindrischen Außen- und Innenflächen lassen
sich mit Hilfe der Vorrichtung auch alle anderen Profilflächen bearbeiten, wenn
man praktischerweise eine Kopierbearbeitung finit fülllergesteuertem Werkzeug anwendet.