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Verfahren zum Bearbeiten des Einlauf-
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konus an Ziehsteinbohrungen.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten des Einlaufkonus
an Ziehsteinbohrungen, wobei Werkzeug und Werkstück in Drehung versetzt werden und
der Bearbeitungsvorgang unterbrochen wird, sobald das Werkzeug die Rückseite der
Bohrung durchdrungen hat.
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Verfahren und Vorrichtungen zur Erzeugung von Einlaufkonen an Ziehsteinbohrungen
sind in großer Zahl bekannt. So beschrieb beispielsweise die DE-PS 445.958 eine
Ziehsteinbesrbeitungsmaschine, mit der sowohl der Einlaufkonus als auch die zylindrische
Bohrung eines Ziehsteins fertiggestellt werden konnte. Dabei waren Werkzeug und
Werkstückhalterung koaxial angeordnet. Die Werkstückhalterung wurde in Rotation
versetzt, während die Werkzeughalterung oszillierende Bewegungen in Achsrichtung
ausführt. Wesentlicher Nachteil war, daß die konisch geformte Arbeitsfläche des
Werkzeugs nur in seiner untersten Stellung sichere Berührung mit der zu bearbeitenden
Fläche hatte; außerdem waren in Umfangsrichtung verlaufende Bearbeitungsspuren an
der Konusoberfläche unvermeidlich. Daneben war-eine genaue Kontrolle des Fortgangs
der Arbeit und der Maßhaltigkeit nur durch Anhalten der Maschine möglich, war erheblichen
Zeitaufwand erforderte.
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Einem der aufgeführten Nachteile, nämlich dem ungünstigen Verhältnis
von Arbeitsphase und Leerlauf der Nadel, suchte man verschiedentlich dadurch zu
begegnen, daß man die Werkzeughalterung um die engste Stelle des fertigen Konus
als Drehpunkt schwenkbar machte (DE-PS 527 000; DE-PS 560 176s DE-OS 2 419 660),
so daß die konische oder auch zylindrische Arbeitsfläche des Werkzeugs ständig an
der Konusfläche anlag. Dabei war es auch bekannt (DE-P8 416 809), das Werkzeug zusätzlich
durch Federkraft an die Konusfläche anzudrücken.
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Auch bei diesen Verfahren zur Herstellung von Einlaufkonen an Ziehsteinbohrungen
waren wesentliche Nachteile wie Bearbeitungsspuren und zeitraubende Kontrolle des
Arbeitsfortgangs unvermeidlich.
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Ein etwas abweichender Weg zur Bearbeitung von Iinlaufkonen an Ziehsteinbohrungen
wurde in der DE-OS 2 416 717 beschrieben.
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Werkzeug- und Werkstückhalterung rotierten, und zwar in entgegengesetzter
Richtung. Als Werkzeug diente ein kalibrierter, angespitzter Draht. Zur Konusbearbeitung
wurde die Werkzeugachse schräg gestellt. Werkzeug und Werkstück blieben in ununterbrochener
Berührung miteinander. Nach Durchdringen der Ziehsteinbohrung berührte das Werkzeug
einen unterhalb des Ziehsteins angeordneten Kontakt, wodurch die Antriebe ab#estellt
wurden.
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Auch hiermit ergab sich als wesentlicher Nachteil, daß ein.
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einwandfreie Konusoberfläche ohne Bearbeitungaspuren in thnfangsrichtung
nicht zu erzielen war, außerdem war wegen der Schrigstellung des Werkzeugs dieses
Verfahren nur bei Ziehsteinbohrungen möglich, deren Durchuesser den des Werk.
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zeugs erheblich übertraf bzw. auch am Bohrungsauslauf eine konische
Erweiterung erforderlich war.
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Danach liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, maßhaltige Einlaufkonen
an Ziehsteinbohrungen mit hoher Genauigkeit und einwandfreier Oberfläche der Konuswand
zu erzeugen. Es wurde gefunden, daß Voraussetzung für eine einwandfreie Oberflächenbeschaffenheit
die Bearbeitungsrichtung deutlich von derjenigen in Umfangsrichtung abweichen muß.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs beschriebenen
Art gelöst, welches sich dadurch auszeinhnet, daß die Bearbeitung im Kreuz schliff
erfolgt. In Weiterbildung wird das Werkzeug mit Werkzeughalterung begrenzt radial
auslenkbar angeordnet, werden Werkzeug und koaxial angeordnetes Werkstück mit unterschiedlicher
Drehzahl gleichsinnig in Rotation versetzt sowie das Werkzeug in Achsrichtung in
oszillierende Bewegung, deren Frequenz und Amplitude der Drehzahldifferenz und den
Endabmessungen der Ziehsteinbohrung angepaßt werden, versetzt, weiter das Werkstück
an das Werkstück angepreßt und dabei in seinen Bewegungen stark gedämpft. Das Anpressen
kann während der Berührungsphase mit im wesentlichen gleichbleibender Kraft erfolgen;
die Dämpfung kann so stark gewählt werden, daß das Werkstück den Schwingbewegungen
des Werkzeugs praktisch nicht oder höchstens in sehr geringem Ausmaß folgen kann.
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Die Hubhöhe kann ca. 0,8 bis 2,5 mm, die Hubzahl abhängig von der
Drehzahldifferenz zwischen Werkstück und Werkzeug ca.
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350 bis 600 min 1 sein. Das Verhältnis Hubzahl zu Drehzahldifferenz
ist vorteilhaft ca. 3 X 1 bis 6,5 s 1. Das Werkstück kann schneller angetrieben
werden als das Werkzeug. Für das Werkstück kann eine Drehzahl von ca. 600 bis 1100
min für das langsamer laufende Werkzeug eine von ca. 550 bis 850 min 1 gewählt werden.
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Da das Werkzeug in an sich bekannter Weise eine <mehr oder weniger)
glatte Oberfläche hat, erfolgt die Abtragung des Materials mit Hilfe einer Bohr-
oder Schleifpaste. Diese wird vor dem Anlaufen der Arbeitsstelle in den Einlaufkonus
der zu bearbeitenden Ziehsteinbohrung eingebracht und reicht in der Regel bis zur
Beendigung des Arbeitsvorganges aus.
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Um das Abschleudern von Schleifpaste infolge der Rotation des Ziehsteins
zu verhüten, wird zweckmäßigerweise die max. Drehzahl abhängig vom Ziehsteindurchmesser
und der Konsistenz der Schleifpaste entsprechend gewählt.
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Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens bestehend aus einer drehbaren Werkzeughalterung und
einer koaxial zu dieser angeordneten, ebenfalls drehbaren Werkstückhalterung sowie
einer aus dem Werkzeug und einem unterhalb des Ziehsteins angeordneten Gegenkontakt
bestehenden Kontaktgabeeinrichtung und zeichnet sich dadurch aus, daß Werkzeug und
Werkstück gleichsinnig antreibbar sind, der Werkzeughalter in seiner Aufnahmevorrichtung
axial festgelegt, jedoch radial beweglich ist, daß weiter eine Einrichtung zum Versetzen
der Werkzeughalterung in axiale Schwingungen, eine Einrichtung zum stetigen Andrücken
des Werkstücks an das Werkzeug sowie eine Dämpfungseinrichtung für die axiale Werkstückbewegung
vorgesehen sind.
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Ausgestaltungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den
Ansprüchen beschrieben.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird es möglich, mit einem Höchstmaß
an Präzision Einlaufkonen an Ziehsteinbohrungen herzustellen, welche praktisch keine
Bearbeitungimarkierungen mehr aufweisen und daher von hervorragender Oberflächengüte
sind.
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Dies wird erreicht durch zwei wesentliche Merkmale des erfindungsgemäßen
Verfahrens: Durch die Abstimmung von Hubweg, Hubzahl und Relativdrehzahl werden
resultierende Bearbeitungsrichtungen erreicht, wobei sich die beim Einsenken und
die beim Ausfahren des Werkzeugs wirksame überkreuzen <Kreuz schliff) Durch den
eeitlichen Freiheitsgrad der Werkheughalterung wird dafür Sorge getragen, daß die
konische, in ihrem offnungswinkel an den des Einlaufkonus angepaßte Spitze des Werkzeugs
über einen großen Teil ihres Hubs an der Konusoberfläche anliegt. Darüberhinaus
wird durch die Kappung der Werkzeugspitze auf einen definierten Spitzendurchmesser
in Verbindung mit dem an sich bekannten Kontakt unterhalb des Ziehsteins erreicht,
daß die Länge der sich an den Konus anschließenden zylindrischen Bohrung außerordentlich
genau festgelegt werden kann.
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Anhand der beigegebenen Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.
Es zeigt: !ig. 1 eine mehrspindelige, Konusbearbeitungsvorrichtung von vorn und
Fig. 2 dieselbe Vorrichtung von der Seite; rig. 3 ein Schema der erfindungsgemäßen
Vorrichtung Fig. 4 eine Arbeitseinheit in schematischer Darstellung.
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Figuren 1 und 2 zeigen eine mit zwei Gruppen zu je fünf Arbeitsgtellen
ausgestattete erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bearbeiten von Einlaufkonen an Ziehsteinen.
Die gesamte Maecbine ist auf einer Grundplatte 1 montiert und rundum bis auf die
ntllchen Arbeitsstellen, die dem Zugriff zugänglich
sein müssen,
durch Acrylglasplatten 2, 3 und 4 abgedeckt. Dem gemeinsamen Antrieb dient ein Antriebsmotor
5, der über ein Verteilergetriebe die Werkzeugspindeln 22, die Werkstückspindeln
44 und die zur Erzeugung der oszillierenden Werkzeugbewegung umlaufenden Exzenter
20 antreibt. Die Antriebswelle 15 ist über eine Kegeiradübersetzung 29 mit einer
weiteren Antriebswelle 30, diese ihrerseits über den Zahnriementrieb 34 mit der
zentralen Welle 31 verbunden.
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Das freie Ende der Antriebswelle 15 treibt über eine weitere Zahnriemenübersetzung
6 die Exzenterwelle 21 an, auf der an beiden Enden der Maschine je ein Exzenter
20 befestigt ist, der seinerseits die Spindelbank 19 - gegebenenfalls gegen Federvorspannung
- in senkrechte oszillierende Bewegung versetzen.
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Die Spindelbank 19 trägt die Bohreinheiten, welche jeweils aus einem
in einer Bohrspindel 22 sitzenden Werkzeughalter 8 mit dem Werkzeug 9, einer Aufnahmevorrichtung
28 für die Bohrspindel 22, welche mit dieser zusammen umläuft, und einem Gewicht
17 bestehen. Die Bohrspindel 22 mit dem Werkzeughalter 8 und dem Werkzeug 9 sitzt
lose in der Halterung 28 derart, daß sie geringe seitliche Bewegungen ausführen
kann, und ist über einen Mitnehmerstift 27 mit dem Antriebszahnrad 32 verbunden.
Es hat sich dabei gezeigt, daß bei richtiger Wahl der Schwingungsfrequenz der Spindelbank
19 die Gewichte 17 genügen, um diese den Exzenterbewegungen folgen zu lassen. Wo
dies nicht gewährtleistet ist, genügt die Belastung der Spindelbank 19, beispielsweise
an beiden Enden, mit je einer geeigneten Druckfeder, um das ständige Anliegen der
Spindelbtnk 19 an den Exzentern 20 aicherzustellen.
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Es hat sich gezeigt, daß es beim unterschiedlichen Antrieb von Bohrspindel
22 und Werkstückspindel 44 lediglich auf die Differenzdrehzahl an sich ankommt,
nicht jedoch auf die Drehrichtung. Aus diesem Grunde ist es in der in Figur 3 schematisch
dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, auf einfache
Weise sowohl die Zahnräder 32 als auch die Zahnräder 18 ineinander kämmen zu lassen,
so daß die jeweils benachbarten Arbeitsstellen in entgegengesetzter Richtung rotieren.
In jedem Falle ist jedoch die in Verbindung mit der entsprechend gewählten Frequenz
der Werkzeugschwingungen festgelegte Differenzdrehzahl in ihrem Betrag gleich, so
daß die gleichbleibende Qualität der bearbeiteten Oberfläche gewährleistet ist.
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Eine erfindungsgemäße Arbeitsstelle ist in Figur 4 in vergrößertem
Maßstab dargestellt. Das in dem Werkzeughalter 8 befestigte Werkzeug 9 weist eine
konische Arbeitsspitze 37 auf, deren Kegelwinkel an den gewünschten Kegelwinkeln
des Einlaufkonus angepaßt ist. Die Spitze 37 ist an ihrem vorderen Ende auf einen
genau festgelegten Durchmesser gekappt. In einer am oberen Ende der Werkstückspindel
44 angebrachten Aufnahmevorrichtung 10 sitzt eine isolierende Ziehstein halterung,
die aus der eigentlichen Ziehsteinaufnahme 38, der Deckscheibe 39 und der Einspannkappe
41 besteht. Der aus dem eigentlichen Ziehsteineinsatz 33 und dem Ziehsteinfutter
33' bestehende Ziehstein 33, 33' sitzt auf diese Weise isoliert in der Aufnahmevorrlchtung
10. Im Zentrum der Aufnahmevorrichtung und unterhalb des Ziehsteineinsatzes 33 befindet
sich in der Achse der Ziehsteinbohrung ein Kontaktstift 40, der mit der Werkzeugspitze
37 zusammenwirkt. Die Höhe des oberen Endes des Kontaktstiftes 40 kann mit Hilfe
des Gewindestifts 42 eingestellt werden, wobei die Feder 43 für die sichere
elektrische
Verbindung zwischen Gewindestift 42 bzw. Kontaktstift 40 und Werkstückspindel 44
Sorge trägt.
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Unterhalb der Werkstückspindel 44 sitzt eine pneumatische Vorschubeinheit
13, deren Bewegungen mit Hilfe einer über die Kolbenstange 49 am Kolben der pneumatischen
Vorschubeinheit angreifenden hydraulischen Dämpfungseinrichtung 13 so stark gedämpft
werden, daß der mit gleichbleibender Kraft gegen die Bohrnadel 9 gedrückte Ziehstein
33 die Schwingbewegunogen der Bohrnadel 9 selbst nicht oder praktisch nicht mitmachen
kann.
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Um dabei eine gleichbleibende Anpreßkraft des Ziehsteins 33 an die
Bohrnadel 9 zu erzielen, wird der Druck in der pneumatischen Vorschubeinheit 13
mit Hilfe einer Druckminderstation 45 in engen Grenzen konstant gehalten. Die Krafteinwirkung
des Kolbens der hydraulischen Vorschubeinheit auf die in axialer Richtung verschiebbare
Werkstückspindel 44 erfolgt über eine Kugel 12.
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Das Werkzeug 9 ist in der Aufnahmevorrichtung 28 isoliert gelagert
und steht über eine Kontaktbürste 26 am oberen Ende der Werkzeugspindel 22 mit einer
elektrischen Steuereinheit 23 in Verbindung. Der unterhalb der Ziehsteinbohrung
angeordnete Kontaktstift 40 seinerseits steht mit der elektrischen Steuereinheit
über das Maschinengestell in Verbindung. Ist der Bearbeitungsvorgang so weit gediehen,
daß die Bohrnadel 9 mit ihrer Spitze 37 den Kontaktstift 40 berührt, so wird über
die Steuereinheit 23 das Elektro-Magnetventil 47 umgesteuert und der unterhalb des
Pneumatikkolbens liegende Teil des Pneumatikzylinders 13 entlüftet. Dadurch senkt
sich die Werkstück spindel in ihre untere Lage. Wenn alle Werkstückspindelh 44 abgefallen
sind, schaltet sich der Antriebsmotor 5 ab und der bearbeitete Ziehstein kann entnommen
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Es hat sich als außerordentlich wichtig für die Qualität
der bearbeiteten Oberfläche erwiesen, daß die Differenzdrehzahl und die Schwingfrequenz
im erfindungsgemäßen Rahmen aufeinander abgestimmt werden. So hat sich beispielsweise
gezeigt, daß Konen mit ausgezeichneter Oberfläche ohne jede Markierung erzielt werden
konnten, wenn die folgende Einstellung verwendet wurde: Bohrnadel: 700 min 1 Ziehstein:
800 min 1 Hubzahl : 460 min 1 Hubweite : 1,5 mm.
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Die Schleifmittelkörnung war dabei 0,5 - 3,0/im die Viskosität betrug
ca. 5 - 20 Poise.
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Für die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es jedoch
nicht von Bedeutung, ob die Bohrnadel oder der Ziehstein mit der höheren Tourenzahl
umläuft; wichtig ist die Differenzdrehzahl in Verbindung mit der gewählten Hubzahl,
wobei die in dem oben aufgeführten Beispiel angegebenen Werte im Rahmen der erfindungsgemäß
gelehrten Bereiche liegen. Es kann sich jedoch als vorteilhaft erweisen, den Ziehstein
mit der höheren Drehzahl umlaufen zu lassen, damit die Beanspruchung der lose gelagerten
Bohrspindel nicht zu Unzulänglichkeiten führt. Demgegenüber kann die Konsistenz
des Schleifmittels so gewählt werden, daß auch bei relativ hoher Ziehsteindrehzahl
ein Abschleudern des Mittels noch nicht stattfindet.
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