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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Feinstbearbeitung von Werkstücken, insbesondere von ringförmigen Werkstücken, durch Kurzhubhonen.
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Eine Feinstbearbeitung durch Kurzhubhonen wird in der Praxis, z. B. bei der Serienfertigung von Lagerringen, auf separaten Maschinen durchgeführt. Diese umfassen stets einen rotierend antreibbaren Werkstückträger, einen Werkzeugkopf mit einem Oszillationsantrieb zur Erzeugung von Oszillationsbewegungen, die auf einen mit einem Finishstein bestückten Steinhalter übertragen werden, sowie Zustelleinrichtungen zur Positionierung des Bearbeitungskopfes an dem Werkstück. Die Zustelleinrichtungen erfordern aufwendige Schlittenführungen. Es werden hohe maschinentechnische Anforderungen an die Zustelleinrichtungen gestellt, um die Werkstücke mit der geforderten Form- und Maßgenauigkeit endbearbeiten zu können.
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Eine Vorrichtung zum Kurzhubhonen von Wälzlagerringen ist aus
EP 0 936 028 B1 bekannt. Die bekannte Vorrichtung weist zwei linear verstellbare Schlitten sowie eine Schwenkeinrichtung mit einem Steinhalter für einen Finishstein auf. Die Stellbewegungen der Schlitten sowie die Schwenkbewegung des Steinhalters sind in Abhängigkeit des zu bearbeitenden Werkstückprofils steuerbar. Durch Steuerung der Schlittenbewegungen und der Schwenkeinrichtung ist der Finishstein über die zu bearbeitende Werkstückfläche bewegbar und folgt dabei der Kontur dieser Fläche. Mit der bekannten Vorrichtung können beispielsweise Laufflächen an Lagerringen von Pendelrollenlagern, Zylinderrollenlagern oder Kegelrollenlagern bearbeitet werden. Die ausschließlich zum Kurzhubhonen einsetzbare Vorrichtung ist konstruktiv aufwendig und entsprechend teuer.
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Das Kurzhubhonen ist ein letzter Prozessschritt eines häufig mehrstufigen Bearbeitungsprozesses, der vorausgehende spanende Bearbeitungen, z. B. Drehen, Bohren, Fräsen und Schleifen umfasst. Aus
DE 10 2007 037 791 A1 ist ein Verfahren zur Oberflächenbearbeitung von Umfangsflächen an ringförmigen Werkstücken aus gehärtetem Stahl bekannt, bei dem die zu bearbeitenden Werkstückflächen durch Hartdrehen soweit bearbeitet werden, dass die bearbeiteten Flächen vorgegebene Form- und Lagertoleranzen einhalten, und anschließend durch Schlichtschleifen nachbearbeitet werden. Durch das Hartdrehen mit einer geometrisch bestimmten Schneide entsteht eine periodische Oberflächenwelligkeit mit regelmäßig beabstandeten Spitzen und Tälern. Ferner können durch Randzonenbeschädigungen, etwa Neuhärtungs- und Anlasszonen an der Werkstückoberflächen, auftreten. Durch das Schleifen soll die Oberflächenrauigkeit, Oberflächenwelligkeit und Oberflächenstruktur der bearbeiteten Flächen verbessert werden.
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Für die vorgenannten spanenden Bearbeitungsprozesse werden Werkzeugmaschinen eingesetzt, deren Werkzeugachse zur Übertragung hoher Schnittkräfte biegesteif ausgebildet ist. Die Werkzeugmaschinen weisen eine Werkzeugaufnahme auf, in der anwendungsbezogen unterschiedliche Werkzeuge gespannt werden können. Die Drehmomentübertragung erfolgt an kegelförmigen Flächen durch Reibschluss oder durch eine Kombination aus Reibschluss und Formschluss über zusätzliche Mitnehmernuten. Für die Schnittstelle, d. h. die Verbindung zwischen dem Werkzeug und der Werkzeugaufnahme der Werkzeugmaschine, werden im Werkzeugmaschinenbau häufig genormte Systeme verwendet. Gebräuchlich sind insbesondere SK- und HSK-Schnittstellen, bei denen das Anschlusselement des Werkzeuges als Steilkegel (SK) oder Hohlschaftkegel (HSK) ausgebildet ist.
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In
DE 10 2005 026 296 A1 wird eine Vorrichtung zum Superfinishen vorgeschlagen, die über eine nach DIN 69881 genormte Schnittstelle in einem Werkzeugrevolver einer Drehmaschine oder einer anderen Bearbeitungsmaschine mit dieser gekoppelt werden kann. Über eine Spindel wird die für die oszillierende Bewegung eines Werkzeuges erforderliche Antriebsenergie von der Bearbeitungsmaschine bereitgestellt, so dass bei der beschriebenen Vorrichtung zum Superfinishen auf einen eigenen Antrieb verzichtet werden kann.
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Die Erfindung befasst sich mit dem Problem, das Kurzhubhonen zur Feinstbearbeitung von Werkstückflächen in einen üblicherweise mehrstufigen Bearbeitungsprozess, bei dem Werkzeugmaschinen zur spanenden Bearbeitung zum Einsatz kommen, besser zu integrieren. Konkret besteht die Aufgabe darin, eine Vorrichtung zum Kurzhubhonen anzugeben, die im Austausch mit Zerspanungswerkzeugen in einer Werkzeugmaschine für spanende Bearbeitungen eingesetzt werden kann.
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Gegenstand der Erfindung und Lösung dieser Aufgabe ist eine Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Feinstbearbeitung von Werkstücken, insbesondere von ringförmigen Werkstücken. Zum grundsätzlichen Aufbau dieser Vorrichtung gehören ein Kreuzschlitten und mindestens eine an den Kreuzschlitten angeschlossene Vorrichtung zum Kurzhubhonen. Der Kreuzschlitten weist eine erste Linearachse mit einem Antrieb zur Erzeugung linearer Stellbewegungen in einer ersten Achsrichtung (X) und mindestens eine dazu rechtwinklig angeordnete zweite Linearachse mit einem Antrieb zur Erzeugung linearer Stellbewegungen in einer zweiten Achsrichtung (Y) auf. Die beiden Achsen X, Y bilden horizontale Achsen, wenn die Vorrichtung zur Bearbeitung von Ringflächen eines um eine vertikale Achse rotierenden Werkstückes eingesetzt wird. Die an den Kreuzschlitten angeschlossene Vorrichtung zum Kurzhubhonen weist einen Oszillationsantrieb zur Erzeugung von Oszillationsbewegungen eines Finishwerkzeuges auf. Die Oszillationsbewegungen sind vorzugsweise Linearbewegungen, die in einer zu den beiden Linearachsen X, Y orthogonalen Achse Z ausgeführt werden. Der Kreuzschlitten ist erfindungsgemäß an einen Träger angeschlossen, der mit einem Anschlusselement für eine Werkzeugaufnahme einer Werkzeugmaschine ausgestattet ist. Das Anschlusselement kann insbesondere als Kegel oder Hohlschaftkegel ausgebildet sein und ist vorzugsweise nach Art eines Adapters als Austauschteil lösbar mit dem Träger verbunden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich durch einen kompakten Aufbau aus. Aufgrund ihres kompakten Aufbaus kann sie zusammen mit anderen Werkzeugen für spanende Bearbeitungen, z. B. zusammen mit Dreh- und Hartdrehwerkzeugen oder Schleifwerkzeugen, in einem Werkzeugmagazin bereitgestellt und anwendungsbezogen im Austausch oder im Wechsel mit diesen Werkzeugen verwendet werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich zur Verwendung in zwei- oder mehrachsigen Werkzeugmaschinen, und erweitert den Anwendungsbereich von Werkzeugmaschinen, die zum Drehen, Hartdrehen oder Schleifen, ausgelegt sind. Dabei können Synergieeffekte genutzt werden, da die Werkzeugmaschine einschließlich ihrer Zusatzeinrichtungen sowie des Werkzeugträgers für alle Bearbeitungsprozesse gleichermaßen genutzt werden kann. Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang insbesondere auch, dass das Werkstück in einer Aufspannung nicht nur zerspanend bearbeitet wird, sondern in der derselben Aufspannung auch eine abschließende Feinstbearbeitung durch Kurzhubhonen möglich ist. Das Kurzhubhonen und vorangegangene Bearbeitungen, insbesondere ein vorangegangener Hartdrehprozess, können optimal aufeinander abgestimmt werden mit der Folge, dass auch ein verbessertes Bearbeitungsergebnis erzielt werden kann.
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Im Rahmen der erfindungsgemäßen Lehre ergeben sich eine Vielzahl von Möglichkeiten für die weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist der Kreuzschlitten zwei parallel angeordnete Linearachsen mit jeweils einem separaten Antrieb zur Erzeugung von Stellbewegungen in der zweiten Achsrichtung (Y) auf. An die beiden parallelen Linearachsen ist jeweils eine Vorrichtung zum Kurzhubhonen mit einem Oszillationsantrieb zur Erzeugung von Oszillationsbewegungen eines Finishwerkzeuges angeschlossen. Die an die beiden parallelen Linearachsen angeschlossenen Vorrichtungen zum Kurzhubhonen können mit unterschiedlichen Finishwerkzeugen, z. B. einem Werkzeug zum Vorfinishen und einem Werkzeug zur Endbearbeitung, ausgestattet werden. Durch Stellbewegungen der beiden Linearachsen X, Y können die beiden Vorrichtungen zum Kurzhubhonen nacheinander in Arbeitsposition gebracht werden, so dass das Kurzhubhonen zweistufig mit unterschiedlichen Bearbeitungswerkzeugen ausgeführt werden kann.
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Eine weitere, bevorzugte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die erste Linearachse des Kreuzschlittens an einem Schwenkkörper angeordnet ist, der um eine zur ersten Linearachse parallele Drehachse an dem Träger drehbar gelagert und mittels eines Schwenkantriebes verstellbar ist. Durch Veränderung des Schwenkwinkels kann das Finishwerkzeug an die Kontur der zu bearbeitenden Werkstückfläche angepasst werden. Sofern der Schwenkantrieb eine Steuerung mit einer Schnittstelle zur Programmsteuerung der Werkzeugmaschine aufweist, können die Drehbewegungen des Schwenkkörpers sowie die Zustellbewegung einer Achse der Werkzeugmaschine so aufeinander abgestimmt werden, dass komplex geformte Werkstückflächen, z. B. gekrümmte Werkstückflächen mit großen Radien durch Kurzhubhonen feinstbearbeitet werden können. Eine vorteilhafte konstruktive Ausgestaltung sieht vor, dass der Schwenkkörper als Gabelkopf ausgebildet ist und zwei Gabelarme aufweist, wobei der Schwenkantrieb an einem der beiden Gabelarme angeflanscht ist und eine Abtriebswelle umfasst, die am Träger drehbar gelagert und mit dem anderen Gabelarm drehfest verbunden ist.
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Als Antriebe für die Linearachsen eignen sich insbesondere pneumatische Stelleinrichtungen und Linearmotoren. Sofern als Antrieb für die erste Linearachse ein Linearmotor bzw. ein elektrischer Direktantrieb eingesetzt wird, können durch programmgesteuerte Stellbewegungen dieses Linearmotors beispielsweise ebene Funktionsflächen an ringförmigen Werkstücken durch Kurzhubhonen bearbeitet werden. Ferner können mittels des Linearmotors kurzhubige Oszillationsbewegungen erzeugt werden, die bei Verwendung problematischer Prozesshilfsstoffe, z. B. Kühlemulsionen, verhindern, dass sich der Finishstein zusetzt und seine Abtragsleistung zurückgeht.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen schematisch
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1 ein Vorrichtung zur Feinstbearbeitung von ringförmigen Werkstücken, in einer perspektivischen Darstellung, teilweise geschnitten,
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2a und 2b den Betrieb einer Werkzeugmaschine für die spanende Bearbeitung von Werkstücken unter Verwendung der in 1 dargestellten Vorrichtung.
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Die in 1 dargestellte Vorrichtung umfasst in ihrem grundsätzliche Aufbau einen Kreuzschlitten 1 sowie mindestens eine an den Kreuzschlitten 1 angeschlossene Vorrichtung 2 zum Kurzhubhonen. Der Kreuzschlitten 1 weist eine erste Linearachse 3 mit einem Antrieb zur Erzeugung linearer Stellbewegungen in einer ersten Achsrichtung X und mindestens eine dazu rechtwinklig angeordnete zweite Linearachse 4 mit einem Antrieb zur Erzeugung linearer Stellbewegungen in einer zweiten Achsrichtung Y auf. Die Vorrichtung 2 zum Kurzhubhonen weist einen Oszillationsantrieb 5 zur Erzeugung von Oszillationsbewegungen eines Finishwerkzeuges 6 auf. Die Oszillationsbewegungen werden in einer zu den beiden Linearachsen X, Y orthogonalen Achse Z ausgeführt. Der Oszillationsantrieb 5 kann als elektromechanischer Antrieb ausgebildet sein und ein Getriebe aufweisen, welches Rotationsbewegungen eines Motors in kurzhubige Schwingbewegungen transformiert. Als Oszillationsantrieb 5 kommt aber auch ein Linearmotor in Betracht, dessen Oszillationsbewegungen elektrisch steuerbar sind. Der Kreuzschlitten 1 ist an einen Träger 7 angeschlossen, der mit einem Anschlusselement 8 für eine genormte Werkzeugaufnahme einer Werkzeugmaschine ausgestattet ist. Das Anschlusselement 8 kann insbesondere als Kegel oder Hohlschaftkegel ausgebildet sein, die in SK oder HSK Schnittstellen einer Werkzeugmaschine spannbar sind. Das z. B. als Steilkegel (SK) oder Hohlschaftkegel (HSK) ausgebildete Anschlusselement ist als Austauschteil lösbar mit dem Träger verbunden und bildet einen Adapter.
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Bei einer genaueren Betrachtung der 1 wird deutlich, dass der Kreuzschlitten 1 zwei parallel angeordnete Linearachsen 4, 4' mit jeweils einem separaten Antrieb zur Erzeugung von Stellbewegungen in der zweiten Achsrichtung Y aufweist, wobei an beide parallele Linearachsen 4, 4' jeweils eine Vorrichtung 2, 2' zum Kurzhubhonen mit einem Oszillationsantrieb 5, 5' zur Erzeugung von Oszillationsbewegungen eines Finishwerkzeuges 6, 6' angeschlossen ist. Die beiden Oszillationsantriebe 5, 5' sind in Präzisionsführungen 11 an der Unterseite eines Schlittens 9 angeordnet, der die erste Linearachse 3 bildet und in der X-Achsrichtung relativ zum Träger 7 bewegbar ist. Die Verstellbewegung erfolgt an Linearführungen 10. Der Antrieb der ersten Linearachse ist ein Linearmotor. Alternativ ist auch die Verwendung einer pneumatischen Stelleinrichtung möglich. Mit Stellbewegungen des Kreuzschlittens 1 in X- und Y-Richtung können die Vorrichtungen 2, 2' zum Kurzhubhonen in die Arbeitsposition gebracht werden, in der sie radial zu der zu bearbeitenden Ringfläche des Werkstückes 12 ausgerichtet sind und das Finishwerkzeug 6, 6' an der zu bearbeitenden Werkstückfläche mit einer definierten Andruckkraft anliegt. Mit der in 1 dargestellten Anordnung kann das Kurzhubhonen in zwei Schritten mit unterschiedlichen Finishwerkzeugen 6, 6' ausgeführt werden. So kann die Werkstückfläche mit einem ersten Finishwerkzeug 6 vorgefinisht und mit einem zweiten Finishwerkzeug 6' endbearbeitet werden.
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Die erste Linearachse 3 des Kreuzschlittens 1 ist an einem Schwenkkörper 13 angeordnet, der um eine zur ersten Linearachse 3 parallele Drehachse 14 an dem Träger 7 drehbar gelagert und mittels eines Schwenkantriebes 15 verstellbar ist. Der Schwenkantrieb 15 weist vorzugsweise einen NC-Servomotor auf, dessen Steuerung mit einer Schnittstelle zur Programmsteuerung der Werkzeugmaschine ausgestattet sein kann. Im Ausführungsbeispiel der 1 ist der Schwenkkörper 13 als Gabelkopf ausgebildet, der zwei Gabelarme 16, 16' aufweist. Der Schwenkantrieb 15 ist an einem der beiden Gabelarme 16 angeflanscht und umfasst eine Abtriebswelle 17, die am Träger 7 drehbar gelagert und mit dem anderen Gabelarm 16' drehfest verbunden ist.
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In den 2a und 2b ist in unterschiedlichen Funktionsstellungen die Verwendung der in 1 dargestellten Vorrichtung zum Kurzhubhonen in einer Werkzeugmaschine 18 dargestellt. Die Werkzeugmaschine 18 ist für die spanende Bearbeitung metallischer Werkstücke 12 angelegt und kann beispielsweise zum Hartdrehen von gehärteten Werkstückoberflächen eingesetzt werden. Im Ausführungsbeispiel der 2a, 2b ist die Werkzeugmaschine 18 eine zweiachsige Maschine, die einen entlang einer horizontalen Achse 19 verfahrbaren Maschinenschlitten 20 sowie einen an den Maschinenschlitten 20 vertikal verstellbaren Werkzeughalter 21 aufweist. Der Werkzeughalter 21 weist eine in Werkzeugmaschinen übliche Werkzeugaufnahme auf, die insbesondere als SK-Schnittstelle oder HSK-Schnittstelle ausgebildet sein kann. In einer Werkzeugaufnahme, die eine SK-Schnittstelle bildet, können Werkzeuge gespannt werden, deren Anschlussende als Steilkegel ausgebildet ist. Eine Werkzeugaufnahme für eine HSK-Schnittstelle erlaubt das Spannen von Werkzeugen, deren Anschlussende als Hohlschaftkegel ausgestaltet ist.
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Die Werkzeugmaschine umfasst ein Magazin 22 für eine Mehrzahl unterschiedlicher Werkzeuge, in der neben Hartdrehwerkzeugen 23 auch eine oder mehrere der in 1 beschriebenen Vorrichtungen 24 als Werkzeuge bereitgehalten werden. Einer vergleichenden Betrachtung der 2a und 2b entnimmt man, dass wechselweise ein Hartdrehwerkzeug 23 oder die beschriebene Vorrichtung 24 aus dem Magazin entnommen und zur Werkstückbearbeitung eingesetzt wird. Der Werkzeugwechsel ist mit einer geeigneten Maschinensteuerung automatisch durchführbar.
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Das zu bearbeitende Werkstück 12 ist auf einem Werkstückträger 25 aufgespannt und wird während der Bearbeitung rotierend angetrieben. Der Werkstückträger 25 ist als Magnetspannfutter ausgebildet, welches vorzugsweise eine von radialen Nuten durchsetzte Spannfläche aufweist. Das Werkstück 12 kann in einer Aufspannung durch Hartdrehen und anschließend unter Verwendung der in 1 dargestellten Vorrichtung 24 durch Kurzhubhonen endbearbeitet werden.
