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Die Erfindung betrifft eine
Bohrungsbearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten einer Bohrungsinnenfläche eines zu
bearbeitenden Gegenstandes mit einem Konusglied, das
einen konischen Abschnitt aufweist; Rollen, die so
angeordnet sind, daß sie um eine Außenfläche des
Konusgliedes rotieren und damit Kontakt haben; einem
Rollenführungsglied mit einer Führungsnut zum Aufnehmen der
Rollen und so angeordnet, daß es sich um die Außenfläche
des Konusgliedes dreht; einem ersten Motor zum Bewegen
des Rollenführungsgliedes zum Einführen der Rollen in die
Bohrung des Gegenstandes; einem zweiten Motor zum
Rotieren von Gegenstand und Rollenführungsglied relativ
zueinander; einem dritten Motor zum axialen Bewegen von
Rollenführungsglied und Konusglied relativ zueinander zum
Verändern des von den Rollen beschriebenen
Kreisdurchmessers, und Detektormitteln zum Feststellen einer von
den Rollen auf den Gegenstand applizierten Last, wenn die
Rollen in die Bohrung des Gegenstandes eingeführt sind.
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In EP-A-41 248 wird bereits eine
Bohrungsbearbeitungsvorrichtung beschrieben, bei der das die Last feststellende
Mittel die Radiallast, d.h. die Roll-Last mißt. Dieser
gemessene Wert wird verwendet, um die Roll-Last einem
vorbestimmten Wert manuell anzupassen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine
Bohrungsbearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten der
Bohrung von Präzisionslagern mit hoher
Zylindrizitätsgenauigkeit und Oberflächenrauhigkeit bei plastischer
Verformung, ohne einen Poliervorgang, bei dem es leicht zu
Defekten an der Bohrung kommt.
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Präzisionslager, die mit hoher Geschwindigkeit rotierbar
sind, werden seit einiger Zeit in Büromaschinen und
Konsumergeräten eingesetzt, und es ist erforderlich, ein
hydrodynamisches, mit einer Nut versehenes Lager oder ein
Fluidlager mit größerer Präzision zu entwickeln.
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Für die Endbearbeitung bei der plastischen Verformung der
Lagerbohrung ist ein Verfahren, das
Stift-Kalibrierverfahren, bekannt, bei dem ein Stift unter Druck durch die
Bohrung geführt wird, sowie ein Rollenpolierverfahren
(EP-A-41 248), bei dem eine Rolle rotierend durch die
Bohrung geführt wird, wie dies in den Figuren 5 bis 7
dargestellt ist.
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Bezugnehmend auf die Zeichnungen wird nachfolgend ein
Beispiel der bekannten Verfahren beschrieben. Figur 5 ist
ein Querschnitt einer konventionellen
Lagerbearbeitungsvorrichtung. Eine Rollenführung 11 mit einer Mehrzahl von
Führungsnuten 11a nimmt Rollen 12 drehbar auf. Ein
Bearbeitungswerkzeug 14 der Vorrichtung besteht aus der
Rollenführung 11 und den Rollen 12. Mit 13 ist eine
Lagerbuchse als zu bearbeitender Gegenstand bezeichnet.
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Nachfolgend wird der Betrieb der
Lagerbohrung-Bearbeitungsvorrichtung beschrieben.
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Buchse 13 wird auf eine (nicht dargestellte) Werkbank
gelegt und das Bearbeitungswerkzeug 14 wird nach unten
rotierend in die Bohrung der Buchse 13 eingeführt. Da das
Bearbeitungswerkzeug 14 so aufgebaut ist, daß der die
Mehrzahl der Rollen 12 umschreibende Kreis die
Rollendurchmesser enthält, die jeweils einige Mikrometer oder
10 Mikrometer größer sind als der Innendurchmesser der
Bohrung der Buchse 13, werden die Rollen 12 unter Druck
durch die Buchsenbohrung geführt, während sich das
Bearbeitungwerkzeug 14 mit den Rollen 12 dreht und so eine
plastische Verformung in der Buchse 13 sowie den
erforderlichen
Innendurchmesser und die Oberflächenrauhigkeit
der Buchsenbohrung erreicht.
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Die Vorrichtung wirft jedoch die folgenden Probleme auf:
Bei der in Figur 7 dargestellten plastischen Verformung
kommt es leicht vor, daß an beiden Enden der
Buchsenbohrung Deformationen vorkommen. Aber die Bohrung tendiert
bei einer Zylindrizität δ dazu, sich zur Mitte hin
allmählich vorzuschieben und im Querschnitt eine Bogenform
darzustellen. Hinzu kommt, daß, wenn der Innendurchmesser
der Buchsenbohrung vor der plastischen Verformung einen
Unterschied von bis zu 20 Mikrometern aufweist, die
Bohrung nach der plastischen Verformung einen Unterschied
von 10 bis 15 Mikrometern im Innendurchmesser aufweist.
Bei Fluidlagern mit Buchse wird dieses häufig radial
unrund, und das führt zu Leistungsunterschieden bei
Produktionen in großen Stückzahlen.
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Es ist darum eine wesentliche Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Bohrungsbearbeitungsvorrichtung
vorzuschlagen, mit der die Genauigkeit des Innendurchmessers
und die Zylindrizität einer Bohrung eines zu
bearbeitenden Werkstückes verbessert werden kann.
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Um diese Aufgabe zu lösen, wird eine wie oben definierte
Bohrungsbearbeitungsvorrichtung vorgeschlagen, die
dadurch gekennzeichnet ist, daß die Detektormittel eine
die Axiallast messende Vorrichtung sind, die die
Axiallast zwischen den Rollen und dem Werkstück feststellt und
auf der Basis dieser Feststellung den Innendurchmesser
der Bohrung des Werkstückes berechnet, und daß der
Durchmesser des von den Rollen umschriebenen Kreises auf der
Basis dieser Berechnung einstellbar ist, indem das
Rollenführungsglied gegenüber dem Konusglied von einem
dritten Motor bewegt wird.
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Bei diesem Aufbau der Erfindung wird der Innendurchmesser
der Bohrung von den Detektormitteln festgestellt, und als
Ergebnis dieser Messung kann der Kreis entsprechend dem
festgestellten Wert angepaßt werden, was zu geringeren
Unterschieden bei dem endbearbeiteten Innendurchmesser
der Bohrung führt.
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Diese und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden
Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung eines
bevorzugten Ausführungsbeispieles deutlicher. Die
Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen,
in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern
bezeichnet sind. Es zeigt:
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Figur 1 einen Querschnitt eines Teiles einer
Bohrungsbearbeitungsvorrichtung nach
einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung,
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Figur 2 einen Querschnitt entlang der Linie
II-II der Figur 1,
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Figur 3 einen Querschnitt einer Buchse in der
Vorrichtung,
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Figur 4 einen Querschnitt durch den
Gesamtaufbau der
Bohrungsbearbeitungsvorrichtung nach der Ausführungsform der
Erfindung,
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Figur 5 einen Querschnitt eines Teiles einer
konventionellen
Lagerbohrung-Bearbeitungsvorrichtung,
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Figur 6 einen Querschnitt entlang der Linie
VI-VI der Figur 5 und
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Figur 7 einen Querschnitt einer Buchse in der
Vorrichtung.
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Eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Bearbeitungsvorrichtung für Lagerbohrungen wird anhand der
Figuren 1 bis 4 beschrieben.
In Figur 1 ist eine Rollenführung 1 mit einer Mehrzahl
von Führungsnuten 1a versehen, in die je eine Rolle 2
rotierbar eingesetzt ist. Ein Konusstift ist mit 3
bezeichnet; er weist an einem Ende einen konischen
Abschnitt 3a auf. Die Rollen 2 bewegen sich bei Rotation
der Rollenführung 1 um die Achse des Konusstiftes 3, und
der Konusstift 3 kann in die von den Pfeilen S und L
angedeuteten Richtungen gegenüber der Rollenführung
bewegt werden, um den Außendurchmesser des Konusstiftes
3, d.h. den Durchmesser des von den Rollen 2
umschriebenen Kreises einzustellen.
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Ein Bearbeitungswerkzeug 10 der Vorrichtung besteht aus
der Rollenführung 1, den Rollen 2 und dem Konusstift 3.
Mit 4 ist eine Buchse eines Lagers als zu bearbeitendes
Werkstück bezeichnet. In Figur 4 ist mit 5 ein Sockel und
mit 6 ein erster Motor bezeichnet, der an einer Halterung
5a des Sockels 5 befestigt ist und eine Stange 6a mit
einer Zuführschnecke aufweist, die zwischen den
Vorsprüngen 5b der Halterung 5a rotierbar gehaltert ist, um mit
einem Gleitabschnitt 1b der Rollenführung 1 im Angriff zu
sein. Der erste Motor 6 dreht die Stange 6a so, daß der
Konusstift 3 in der Rollenführung 1 in Axialrichtung hin
und her bewegt wird und der Abstand zwischen der
Rollenführung 1 und der Buchse 4, d.h. der Durchmesser des von
den Rollen 2 umschriebenen Kreises, verändert wird. Mit 7
ist ein zweiter Motor bezeichnet, der auf dem Sockel 5
befestigt ist, um entweder die Buchse 4 oder die Führung
1 zu drehen. Bei dieser Ausführungsform dreht der zweite
Motor 7 die Buchse 4 durch ein Spannfutter 7a, das mit
dem zweiten Motor 7 verbunden ist. Die Buchse 4 wird von
dem Spannfutter 7a gehaltert. Ein dritter Motor ist mit 8
bezeichnet; er ist am oberen Flansch 1c der Rollenführung
1 befestigt und bewegt den Konusstift 3. Mit 9 ist ein
Lastsensor bezeichnet, der zwischen dem Sockel 5 und dem
zweiten Motor 7 angeordnet ist, um die Axiallast der
Rollen 2 zu messen, wenn diese Rollen 2 des Werkzeuges 10
in die Bohrung der Buchse 4 unter Druck eingeführt sind.
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Der Betrieb der wie oben beschrieben aufgebauten
Vorrichtung wird nachfolgend beschrieben. Aus Figur 4 ist zu
entnehmen, daß Buchse 4 von dem zweiten Motor 7 über
Spannfutter 7a gedreht wird, und daß Werkzeug 10 mit
Hilfe des ersten Motors 6 rotierend und unter Druck in
die Bohrung der Buchse 4 eingeführt worden ist, so daß
der Innendurchmesser der Bohrung der Buchse 4 vergrößert
wird. Bei dem Bearbeitungsvorgang kann die Präzision der
Oberflächenrauhigkeit der Bohrung verbessert werden.
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Im Betrieb wird der Konusstift 3 über eine Rotation des
dritten Motor 8 gegenüber den Rollen 2 bewegt. Der von
den Rollen 2 umschriebene Kreis ist dabei auf folgende
Weise einstellbar. Werden die Enden der Buchsenbohrung
bearbeitet, wird der Durchmesser des umschriebenen
Kreises klein, während dann, wenn ein anderer Abschnitt als
die Enden der Buchsenbohrung bearbeitet wird, der
Durchmesser des umschriebenen Kreises größer wird. Wie aus der
Figur 3 hervorgeht, kann die Bearbeitung der Buchse 4
eine Zylindrizität mit größerer Präzision erzielen.
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in Figur 4 wird dargestellt, daß der Konusstift 3 von dem
dritten Motor 8 bewegt wird, um den Durchmesser des von
den Rollen 2 umschriebenen Kreises auf einen
spezifizierten Wert einzustellen. Bei diesem Betriebszustand wird
das Werkzeug 10 vom ersten Motor 6 unter Druck in die
Bohrung der Buchse 4 eingeführt. Die bei der Einführung
des Werkzeuges 10 in die Buchse 4 auftretende Axiallast
wird von dem Lastsensor 9 festgestellt, und der
Innendurchmesser der Bohrung der Buchse 4 wird auf der Basis
des festgestellten Wertes der Axiallast berechnet. Danach
werden das notwendige formgebende Bearbeitungsmaß und der
Durchmesser des von den Rollen 2 umschriebenen Kreises
bestimmt, um die Endbearbeitung des Innendurchmessers der
Bohrung bis auf einen spezifizierten Wert durchzuführen.
Die Rotation des dritten Motors 8 bewirkt eine Änderung
des Durchmessers des von den Rollen 2 umschriebenen
Kreises, während die Rotation des ersten und zweiten
Motors, 6 und 7, bewirkt, daß der Innendurchmesser der
Buchse 4 auf einen spezifizierten Wert bei - wegen der
oben beschriebenen Bearbeitungsvorgänge - verbesserter
Zylindrizitätsgenauigkeit bearbeitet wird.
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Nach dem Ausführungsbeispiel kann der Innendurchmesser
der Buchse 4 und seine Zylindrizität präzise bearbeitet
werden, indem der Außendurchmesser des Werkzeuges 10
verändert wird. Statt der Rotation der Buchse 4 kann der
zweite Motor 7 die Rollenführung 1 drehen.