Verfahren und Vorrichtung zum Nachbearbeiten von Werkstücken Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Nachbearbeiten von Werkstük- ken aus Werkstoffen, bei denen die zu bearbeitenden Flächen unterschiedliche Gefügestrukturen und Ober flächenhärten haben, und das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung von Passungen mit kleinster Toleranz die zu bearbeitenden Flächen der Werkstücke nach der spanabhebenden Vorbear- beitung durch Nachwalzen verdichtet, sodann mit einem spanabhebenden Schneidwerkzeug bis zur Pas sung, ohne Durchschneiden der Eindringtiefe der Verdichtung,
nachbearbeitet werden und die verblie bene Oberflächenrauhigkeit durch Nachwalzen ein geebnet wird.
Die Vorrichtung zum Nachbearbeiten von Werk stücken besteht aus einem mit Rollen versehenen Nachwalzwerkzeug und einem fräserartigen Schneid werkzeug.
Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele der Vorrichtung nach der Erfindung. Es zeigen Fig. 1 eine Vorrichtung zum Nachwalzen ebener Flächen ; Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein fräserartiges Schneidwerkzeug mit verstellbaren Schneidzähnen ; Fig. <I>2a</I> einen Querschnitt a-a dazu ; Fig. <I>2b</I> einen Querschnitt b-b dazu ;
Fig. 3 ein anderes fräserartiges Schneidwerkzeug mit kugelzonenförmigem Schälfräser, bei dem der Kugeldurchmesser mit dem Durchmesser der herzu stellenden Bohrung übereinstimmt und die Arbeits ebene durch die Mitte des Schälfräsers verläuft ; Fig. 4 den gleichen Halter mit schräg zur Achse des Halters eingestelltem Schälfräser, so dass die Ar beitsebene schräg über den Schälfräser verläuft ;
Fig. 5 den gleichen Halter mit einem ähnlichen Schälfräser im Schnitt, bei dem der Radius in der Mittelebene dem Radius einer kleinsten herzustellen- den Bohrung entspricht, bei dem aber der Krüm- mungsradius der Schneiden grösser ist als der Radius in der Mittelebene, und Fig. 6 eine bekannte Vorrichtung zum Nachwal zen von Bohrungen im Schnitt.
Bei dem Rollwerkzeug nach Fig. 1 sind die kege- lig ausgebildeten Arbeitsrollen 1 in kegehgen Aus schnitten eines Rollenkorbes 2 gelagert und werden durch mit kegeligen Druckflächen 3' und 4' verse hene Druckringe 3, 4 eines Halters 6 an den Gegen druckkegel 5 des Halters gedrückt. Der mit dem Gegendruckkegel 5 einstickige Halter 6 des Werk- zeuges ist als Morsekegel 6 ausgeführt.
Die theori- schen Kegelspitzen 9 der Rollen 1 sowie des Gegen druckkegels 5 müssen in oder dicht über dem Mittel punkt 7 der zu bearbeitenden Fläche 8', d. h. dem Schnittpunkt der Mittelachse 6' des Halters 6 mit der Fläche 8', liegen, damit bei der Drehbewegung des Werkzeuges um diesen Mittelpunkt 7 nur rollende Bewegungen entstehen.
Um die bei dieser Anordnung gegebene Linien berührung der Arbeitsrollen 1 auf der Ebene 8, die leicht zu Zerstörungen des Oberflächengefüges führt, zu beseitigen, werden die Kegelwinkel der Arbeits rollen 1 und des Gegend'ruckkegels 5 so gewählt, dass deren Spitzen in einem Punkt 9 zusammentreffen, der in einem kleinen Abstand von z. B. 0,3 mm (bei 15 mm Durchmesser der Fläche 8') bis 6,5 mm (bei 2 m Durchmesser) senkrecht über dem Planmittel punkt 7 auf der Achse 6' des Halters 6 liegt, so dass die Mantellinien der Rollen 1 die Fläche 8' unter einem Winkel a = 15' bis 30' berühren.
Dadurch wird die Einebnung des Gefüges nicht durch Linien druck sondern mittels schlankdreieckiger Druckflä chen durchgeführt. Während des Arbeitsvorganges wird das Rollwerkzeug von der Bearbeitungsmaschine in eine rotierende Bewegung gebracht. Durch die Bearbeitungsmaschine wird das Rollwerkzeug auf die zu bearbeitende Fläche gedrückt und in dieser Stel lung mit gleichbleibendem Vorschub auf der zu be arbeitenden Fläche entlanggeführt.
Die Fig. <I>2, 2a</I> und<I>2b</I> zeigen ein Schneidwerk zeug im Längsschnitt und zwei Querschnitte a-a und b-b, dessen Schneidzähne 10 zum Nachbearbeiten von Bohrungen auf mehrere Durchmesser oder Passungen eingestellt werden können. Zu diesem Zwecke sind die Schneidkanten der Schneidzähne 10 so gebogen, dass sie auf einer Kugelfläche liegen, und in Längsnuten 26 einer Nabe 11 gelagert, die auf einer Bohr- oder Fräswelle festlegbar ist.
Durch Druckringe 12, 13, die durch Verschrauben gegenseitig bzw. auf der Nabe 11 verstellbar sind, werden die Schneidzähne 10 mit ihrer Kugelkalotte 14 gegen Kugeln 15 ge drückt, die zwischen den kegeligen Flächen eines Ringes 16 und von Keilstücken 18 gelagert sind. Der Ring 16 und ein dahinter angeordneter Ring 21 sind durch Schrauben 17 mit der Nabe 11 fest verbunden.
Zur Sicherung des Festsitzens der Schneidzähne 10 zwischen den Druckringen 12, 13 und den Kugeln 15 sind in Nuten 27 des Ringes 16 die keilförmigen Druckstücke 18 angeordnet, die durch Schrauben 19 unter gleichzeitiger Abstützung an dem Ring 21 ge gen die Kugeln 15 gedrückt werden können, so dass ein etwa vorhandenes Spiel zwischen dem Druckring 12, 13 und den Kugeln 15 beseitigt werden kann. Um das Werkzeug im Durchmesser zu verändern, verstellt man die Druckringe 12, 13 gegeneinander.
Soll der Durchmesser grösser werden, dann wird der Druckring 13 gelöst und der Druckring 12 auf dem Gewinde 28 der Nabe 11 gegen die Schneid zähne 10 geschraubt. Die Kante 29 des Druckringes 12 drückt dadurch gegen die schiefe Ebene 20 des Schneidzahnes 10, so dass dieser nach aussen be wegt wird. Durch Festschrauben des Druckringes 13 gegen die schiefe Ebene 30 der Schneidzähne 10 wird die Einstellung gesichert.
Soll der Durchmesser kleiner werden, dann wer den die Bewegungen der Druckringe 12, 13 auf der Nabe 11 in umgekehrter Weise durchgeführt.
Die Schneidkanten der Schneidzähne erhalten einen solchen Radius, dass sie auf einer alle Schneid kanten umhüllenden Kugelfläche verlaufen, deren Durchmesser gleich ist dem mittleren Durchmesser der herzustellenden Bohrungen, so dass das Werkzeug wie eine Kalibrierkugel durch eine Bohrung geführt werden kann und unabhängig vom Lagerspiel der Arbeitsmaschine die Passung herstellt.
Zur Verminderung des Spandruckes ist die Schneidkante 22 der Schneidzähne 10 in einem Winkel zur Achse 23 des Werkzeuges derart gerich tet, dass die Abschälung der Späne der Vorschubrich- tung entgegengesetzt erfolgt.
Wird das Werkzeug in der Pfeilrichtung 24 um laufend bewegt, dann verläuft die Schneidbrust 22, in der Richtung A gesehen, von rechts nach links stei gend, und die Vorschubbewegung erfolgt in der Pfeil richtung 25. Das Werkzeug nach Fig. 2 ist sowohl zum Be arbeiten von Bohrungen als auch ebener Flächen benutzbar.
Das Vorbearbeiten erfolgt durch Hobeln oder Fräsen.
Zum ersten Nachbearbeiten ebener Flächen wird das Werkzeug nach Fig. 1 in eine Fräswelle und das Werkstück auf einen Frästisch aufgespannt und dann die Fläche gewalzt, darauf mit einem zylindrischen oder einem kugelzonenförmigen auf die Fräswelle auf gespannten Fräswerkzeug nach Fig. 2,
3 oder 5 ohne Durchschneiden der Eindringtiefe der Verdichtung nachgefräst und darauf mit dem beschriebenen Walz werkzeug nach Fig. 1 zum Einebnen der verbliebe nen Oberflächenrauhigkeit nachgewalzt.
Durch diese Arbeitsfolge wird erreicht, dass durch das erste Nachwalzen nach der spanabhebenden Vor bearbeitung zunächst die gesamte Oberfläche verdich tet wird, wobei aber infolge der Ungleichmässigkeit der Oberflächenhärte, z. B. von Grauguss oder Leichtmetall, die härteren Stellen mehr verdichtet werden als die weicheren Stellen und über das Pas- sungsmass etwas hervorragen. Durch die darauf fol gende spanabhebende Bearbeitung bis zur Passung ohne Durchschneiden der Eindringtiefe der Verdich tung werden dann die über die Passung hervorragen den härteren Oberflächenteile stärker abgeschält als die daneben tieferliegenden weicheren Oberflächen teile.
Durch das darauf folgende Nachwalzen wird dann die verbliebene Oberflächenrauhigkeit wieder eingeebnet und geglättet und eine gleichmässige Ober flächenhärte über die ganze zu bearbeitende Ober fläche erzielt. Das neue Verfahren ermöglicht somit insbesondere bei Werkstücken aus Grauguss oder Leichtmetall eine gleichmässige Härtung und Glät- tung der Oberfläche selbst bei ungleichmässiger Ge fügestruktur und Härte des Werkstoffs.
Die Rollen des Nachwalzwerkzeuges sind dabei an einem Stirnende üblicherweise stärker auf das Werkstück gedrückt als am anderen Stirnende (vgl. Schweizer Patent 322722), wodurch unter anderem ein Abblättern von gewalzten Oberflächenteilen ver hütet wird, da die durch den grösseren Druck härter gewalzten Oberflächenteile durch die schwächer ge walzten Oberflächtenteile während des Walzens fest gehalten werden, so dass sie sich nicht seitlich ver schieben können.
Nach Fig. 3 und 4 sitzt ein Schälfräser 31 mit seiner Bohrung 32 auf einer Kugelzone 33 eines Halters 34 und wird durch zwei Scheibenfedern 35, die in zwei segmentförmige Längsnuten 33' des Hal ters 34 und in gerade Längsnuten 35' des Fräsers. 31 eingreifen, an der Drehung um die Kugelzone 33 und den Halter 34 verhindert, so dass nur eine Schwenkung des Schälfräsers :
in Richtung der Fe dernuten um die Kugelzone möglich ist. Zweckmäs- sig sind etwa acht Nuten 35' vorgesehen, die nach Wahl benutzbar sind. Durch Seitenscheiben 36, 37 wird der Schälfräser 31 senkrecht oder in einer be liebigen Schräglage zur Arbeitsebene 38 eingestellt, so dass alle Stellen der Schneidkanten nacheinander ausnutzbar sind.
Die Einstellung erfolgt durch eine Schwenkung der Seitenscheiben 36, 37 um ihre senk recht zum Halter 34 angeordneten Querzapfen 39, 40, die in Längsschlitzen 34', 34" des Halters 34 ge lagert sind, mittels zweier Stellschrauben 41, 42, die in einem auf dem Halter 34 festsitzenden Stellring 43 parallel zur Halterachse vor und zurück geschraubt werden können. Durch die im Halter 34 axial ver- schraubbare Stellschraube 44 werden durch Druck auf den Zapfen 40 die Scheibe 36, der Schälfräser 31 und die Scheibe 37 nach erfolgter Einstellung fest gegen die Stellschrauben 41, 42 gedrückt und da durch der Schälfräser unveränderlich mit dem Halter 34 verbunden.
Die Fig. 5 zeigt einen ähnlichen Schälfräser 31', bei dem der Schneidenradius 45 in der Mittelebene mit dem Radius einer kleinsten zu fertigenden Boh rung übereinstimmt und sein Mittelpunkt 46 in der Bohrungsachse liegt. Die Krümmungsradien 47 der Schneidkanten sind etwas grösser als der mittlere Ra dius des Fräsers, so dass durch Schrägstellung der Mittelachse des Fräsers zur Achse des Halters in der Arbeitsebene 38 ein grösserer wirksamer Durchmes ser und somit auch eine andere Passung eingestellt werden kann.
Die Mittelpunkte 48 der Krümmungs- radien 47 liegen hierbei in einem um den Fräsermit- telpunkt 46 verlaufenden Kreis. Die Einstellung der Schräglage des Fräsers kann analog demjenigen der Fig. 3, 4 erfolgen.
Nach Fig. 6 sind zum Bearbeiten von Bohrungen Rollen 51 von einem drehbar auf einer Nabe 52 ge lagerten Rollenkäfig 53 gehalten und laufen auf einem spreizbaren schraubenförmig geschlitzten Ring 54, der innen und aussen bis auf ein geringes Differenz- mass zylindrisch ist und fest auf einer längs geschlitz ten innen kegelig ausgebildeten Spannhülse 55 sitzt.
Die Spannhülse 55 sitzt fest in der Nabe 52 und wird durch einen Stift 56, der in einen Querschlitz 56' der Spannhülse 55 eingreift, am Verdrehen verhindert und mit Hilfe eines Kegels 57 und einer Spann schraube 58, die mit ihrem Kopf auf einem inneren Bund 52' der Nabe aufsitzt, durch Verdrehen der Spannschraube im Durchmesser verändert. Eine Ab schlusskappe 59 ist auf der Schraube 58 verschraub bar und durch eine Madenschraube 58' oder derglei chen feststellbar und dient zum Halten des Rollen käfigs 53, der Rollen 51 des spreizbaren Laufringes 54 und der Spannhülse 55 gegen Abfallen von der Nabe.
Die Spannschraube 58 ist vom Innern der Nabe her mittels Steckschlüssels oder dergleichen in dem Spannkegel 57 verschraubbar. Ein in die Nabe 52 eingesetzter Ring 59' dient zur Führung der obe ren Stirnseiten der Rollen 51.
Zur Ausübung des Verfahrens wird beispielsweise die Bohrung eines Werkstückes aus Gusseisen oder dergleichen zunächst gebohrt oder durch Drehen her gestellt. Darauf wird die Bohrung mit einem bekann ten Nachwalzwerkzeug, z. B. nach Fig. 6, annähernd auf die gewünschte Passung nachgewalzt, wobei in- folge der ungleichmässigen Struktur des. Werkstückes die härteren Stellen gegenüber den weicheren Stellen etwas hervortreten.
Hierauf wird die Bohrung mit einem Schälfräser nach Fig. 2, 3 oder 5 bis zur ge wünschten Passung ohne Durchschneiden der Ein drinb iefe der Verdichtung des Werkstoffs nachge schält und darauf mit dem auf endgültige Passung nachgestellten Nachwalzwerkzeug nochmals nachge walzt. Beim Nachschälen werden hierbei die am mei sten vorspringenden und härtesten Teile der Bohrung weggeschält, und beim nochmaligen Nachwalzen wer den dann besonders diese Teile verdichtet und gleich zeitig die weicheren Teile nachverdichtet und die ganze Oberfläche eingeebnet und geglättet.