CN104275645A - 用于对工件环周面精加工的装置和用于运行该装置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对关于工件的工件轴线(12)偏心地布置的工件环周面、尤其是曲轴或者凸轮轴的销轴承的工件环周面进行精加工的装置(10)，所述装置带有按压装置(28)，用于将精加工工具(42)朝着工件环周面按压，其中设置有驱动装置(66)，借助该驱动装置能够在横向于工件轴线(12)走向的运动平面中借助第一驱动器(68)沿着第一运动轨迹(62)以及借助第二驱动器(70)沿着与第一运动轨迹(62)成角度的第二运动轨迹(56)来驱动按压装置(28)的工作区域。

Description

用于对工件环周面精加工的装置和用于运行该装置的方法
技术领域
本发明涉及一种用于对关于工件的工件轴线偏心布置的工件环周面、尤其是曲轴或者凸轮轴的销轴承的工件环周面进行精加工的装置，其带有按压装置，用于将精加工工具朝着工件环周面按压。
背景技术
在对于表面质量的要求非常高的情况下，曲轴和凸轮轴的支承面被多次相继地加工。此外，尤其是多缸的内燃机的曲轴和凸轮轴情况下，必须加工多个支承面。这些因素导致了长的加工时间。
由DE 100 09 980 C1公开了一种用于对曲轴和凸轮轴精加工的装置。该装置包括按压装置，用于将精整带(Finishband)朝着工件的要加工的支承面按压。在支承面的加工期间，工件围绕工件轴线转动。在此，相对于工件轴线偏心布置的支承面沿着圆形轨迹围绕工件轴线运动。按压装置保持在十字滑板上，使得按压装置可以跟随要加工的支承面的圆形轨迹运动。
已证明的是，现有技术中已知的装置不能缩短或者只能非常少地缩短用于对工件环周面精加工的加工时间。
发明内容
本发明所基于的任务是，提出一种开头所述类型的装置，其能够实现尽可能短的加工时间。
根据本发明，在开头所述类型的装置情况下，该任务通过如下方式解决：设置有驱动装置，借助该驱动装置能够在横向于工件轴线走向的运动平面中借助第一驱动器沿着第一运动轨迹以及借助第二驱动器沿着与第一运动轨迹成角度的第二运动轨迹来驱动按压装置的工作区域。
根据本发明的装置能够实现的是，在横向于工件轴线走向的运动平面中移动按压装置的工作区域，并且于是控制按压装置的工作区域在运动平面内的位置。工作区域是如下区域：该区域与精加工工具共同作用。工作区域的中心在下面也称为“工作中点”。
根据本发明设计了，按压装置按照要求地并不仅仅被动地跟随要加工的工件环周面的运动，而是按压装置的工作区域的位置在运动平面内可以借助驱动装置的第一驱动器和第二驱动器来有目的地控制。
在运动平面内按压装置的工作区域位置的控制具有的优点是，为了准备工件环周面的精加工，工作区域可以被按压装置移动到目标位置中。该目标位置取决于接下来要加工的工件环周面相对于工件的工件轴线的转动位置。如开头所描述的那样，工件环周面相对于工件轴线的位置沿着圆形轨迹变化。现在可能的是，与工件环周面沿着该圆形轨迹的位置无关地将按压装置引入分别相应的位置中，用于为精加工做准备。在精加工结束之后，按压装置又可以与工件的当前转动位置无关地从工件环周面去除，并且置于如下位置中：在该位置中，曲轴可以被操作(例如围绕工件轴线转动和/或沿着工件轴线推移)，尤其是用于为工件的另外的工件环周面的精加工做准备。
根据本发明的装置的另一优点在于，该装置也可以在改装时作为进给调节装置(Hubverstellung)来使用，也就是说，当要加工具有另外尺寸的工件类型时，则该装置可以自动地针对其来调节。
根据本发明认识到的是，可以明显缩短对工件如曲轴或者凸轮轴的加工时间，其方式是缩短辅助时间，即缩短其中精加工工具并未与工件环周面作用的时间。根据本发明的装置能够实现显著缩短该辅助时间，尤其是在结束工件环周面的加工阶段之后，无需转动工件，使得工件环周面占据沿着围绕工件轴线的圆形轨迹的、对于传统的精加工装置而言合适的确定位置。更确切地说，可以与工件环周面沿着圆形轨迹的位置无关地将按压装置置于所希望的位置中。在结束加工阶段之后，按压装置可以与工件环周面的沿着围绕工件轴线的圆形轨迹的当前位置无关地从工件去除。
在本发明的一个优选的实施形式中设计了，第一运动轨迹和第二运动轨迹基本上相互垂直地走向。通过这种方式，可以缩短第一驱动器和第二驱动器的调节路径。
优选的是，运动轨迹的至少之一是直线的。这能够实现使用比较简单并且仍然高精度的线性驱动器，例如气动的或者液压的或者电动的驱动器。
此外优选的是，运动轨迹的至少之一是圆弧形的。在该情况中此外优选的是，按压装置的工作区域沿着圆弧形运动轨迹的运动同时伴随按压装置围绕枢转轴线的枢转。这能够实现沿着运动轨迹之一来紧凑地并且稳定地引导按压装置。
此外优选的是，设置有可开关的连接装置用于建立和中断在第一驱动器和按压装置和/或在第二驱动器和按压装置之间的有效连接。这具有的优点是，在借助旋转驱动装置将工件围绕工件轴线转动时，驱动装置的驱动器并不与按压装置强制耦合(zwangsgekoppelt)。通过这种方式，必要时可以实现减轻驱动装置的驱动器的负荷和/或改进加工精度。
在本发明的另一实施形式中，设置了与第一驱动器以及第二驱动器无关的保持装置，用于将按压装置保持在按压装置的工作区域的可借助驱动器预先给定的位置中。保持装置例如能够以制动装置的形式构建，并且能够实现将按压装置的工作区域保持在可预先给定的位置中，而没有例如由于重量而导致的力作用到驱动器上。
此外优选的是，设置有支承装置用于将按压装置支承在支架上。支承装置能够实现在驱动装置的垂直于工件轴线走向的运动平面内引导按压装置。
优选的是，支承装置包括线性支承器(Linearlagern)和摆动支承器和/或十字滑板，即由两个线性支承器构成的组合。这能够实现简单、紧凑并且稳定地支承按压装置。
本发明的另一有利的实施形式包括力施加装置，其将制动力和/或加速力作用到支承装置的、在两个反转位置之间来回运动的支承部件上。这种力施加装置能够实现由于惯性引起的惯性力的补偿。这种力施加装置的构型在本申请人于2012年1月23日提交的欧洲专利申请12152051.4中进行了描述。关于力施加装置的结构和工作原理方面，在此参考前面提及的欧洲专利申请。
有利的是，精加工工具是用于对工件环周面精整加工的精整工具(Finishwerkzeug)。该精整工具例如是精整带，其借助按压装置的工作区域朝着工件环周面按压。精整工具也可以是精整石(Finishstein)，其借助按压装置朝着工件环周面按压。
对于精加工工具是精整工具的情况，优选的是，设置有振荡驱动器用于对工件施加与工件轴线平行的振荡运动。这种振荡驱动器能够与要加工的工件表面的转动相结合来实现对于精整加工而言典型的交叉磨削结构。
根据本发明的一个实施形式，设置有旋转驱动装置用于将工件旋转。这种旋转驱动装置例如包括主轴箱和尾座。
在根据本发明的用于运行上面描述的装置的方法的范围中，可能的是，为了工件的旋转而仅仅使用上面提及的旋转驱动装置，并且驱动装置的第一驱动器和第二驱动器是不活动的。在此优选的是，在工件环周面的加工期间，驱动器的至少之一、尤其是两个驱动器并不与按压装置有效连接，例如在使用至少一个前面提及的、可开关的连接装置的情况下。此外，在通过使用旋转驱动装置加工工件环周面的情况下优选的是，设置有同样前面描述过的力施加装置，其能够实现由于惯性引起的惯性力的补偿。
在另一根据本发明的用于运行前面描述的装置的方法中，使用了旋转驱动装置用于旋转工件，使得工件环周面沿着围绕工件轴线的圆形轨迹运动。然而，同时第一驱动器和/或第二驱动器也被控制为使得按压装置的工作区域沿着相同的围绕工件轴线的圆形轨迹运动。这具有的优点是，按压装置并未由于工件的旋转运动而被动地一同运动，而是主动地进行相同的运动。这种方法也可以称为“主动质量平衡(aktiverMassenausgleich)”，并且尤其是能够实现省去前面提及的、用于补偿由于惯性引起的惯性力的力施加。
按照另一根据本发明的用于运行前面描述的装置的方法，为了将工件围绕工件轴线旋转仅仅使用了第一驱动器和/或第二驱动器，即没有前面提及的旋转驱动装置。在此，第一驱动器和/或第二驱动器的运动通过按压装置传递到工件环周面上，并且工件环周面围绕工件轴线旋转。在此，虽然可以存在前面提及的旋转驱动装置，然而其保持不活动。相应地，也可能的是，并不存在前面提及的旋转驱动装置。
当仅仅借助第一驱动器和/或借助第二驱动器进行要加工的工件环周面围绕工件轴线的旋转时，可能的是，设置和/或在按压装置的工作区域的运动期间改变按压装置的工作区域的圆形轨迹的半径和/或旋转中心。于是，可以有意识地偏离工件环周面在围绕工件轴线的旋转过程中所划过的圆形轨迹。通过有目的地偏离这种圆形轨迹，可能的是，影响工件环周面的偏心率和/或圆周运动。
本发明的其他特征和优点是下面对优选实施例的描述以及图示的主题。
附图说明
其中：
图1示出了用于对工件精整地精加工的装置的一个实施例的透视图；
图2示出了根据图1的装置的俯视图；
图3示出了在工件的工件环周面的主要时间加工阶段结束时，根据图1的装置的侧视图；
图4示出了在第一辅助时间阶段中与图3相应的侧视图；
图5在放大视图中示出了在图4中用V表示的部分；
图6示出了在第二辅助时间阶段中与图3相应的侧视图；
图7示出了在第三辅助时间阶段中与图3相应的侧视图；
图8示出了在第四辅助时间阶段中与图3相应的侧视图；
图9示出了在最后的辅助时间阶段中与图3相应的侧视图；以及
图10在放大视图中示出了在图9中用X表示的部分。
具体实施方式
在附图中，整体上用附图标记10表示用于对曲轴或者凸轮轴形式的工件进行精整的精加工的装置的一个实施形式。出于清楚原因，在图1中并未示出要加工的工件。该工件优选是曲轴或者凸轮轴。工件具有工件轴线12，其关于工件的主轴承而言在中央走向。工件此外具有销轴承(Hublager)，其相对于工件轴线12偏移距离14。关于要加工的工件环周面而言在中央走向的销轴承轴线在图1中用附图标记16表示。
为了工件围绕工件轴线12的旋转，可以设置有旋转驱动装置18，其例如包括示意性地示出的主轴箱20和尾座22。
工件或者由工件和旋转驱动装置18构成的复合结构在一个优选的实施形式中可以借助振荡驱动器24在与工件轴线12平行的方向上被加载振荡运动(即往复运动)。为此可以想到的是，将旋转驱动装置18布置在(未示出的)滑架上，该滑架于是借助振荡驱动器24被置于振荡运动中。
在工件围绕工件轴线14的旋转期间，要加工的工件环周面划出了在图1中表明的、与工件轴线12同心的圆形轨迹26。
装置10包括整体上用附图标记28表示的按压装置。按压装置28包括按压臂30和32，它们可以分别围绕按压臂枢转轴线34、36枢转。按压臂30、32分别具有壳状的按压元件38、40，它们用于按压精加工工具42，尤其是精整带44(参见图3)形式的精加工工具。
按压装置28借助整体上用46表示的支承装置来支承在位置固定的支架48上。
支承装置46包括枢转臂50，其与按压装置28连接，并且可以围绕枢转轴承54的枢转轴线52枢转。在枢转臂50围绕枢转轴线52的枢转中，按压装置28的工作区域55沿着弯曲的运动轨迹56运动，该运动轨迹基本上在相对于重力方向垂直的方向上走向。
枢转轴承54布置在滑架58上，该滑架可以相对于固定在支架上的滑架支承体60推移。滑架支承体60优选可以沿着平行于工件轴线12走向的滑架支承体轴线61沿着支架48推移，并且可以固定在支架48上。
在滑架58相对于滑架支承体60推移时，按压装置28及其工作区域55沿着运动轨迹62移动，该运动轨迹尤其是直线的，并且相对于重力方向尤其是在水平方向或者垂直方向或者相对于其成一角度地走向。
运动轨迹56和62张开了按压装置28的工作区域55的运动平面，其垂直于工件轴线12走向。
滑架58和滑架支承体60共同形成支承装置46的线性支承器64。借助支承装置46的线性支承器64和摆动支承器54，保证了在借助旋转驱动装置18围绕工件轴线12驱动工件时，按压装置28的工作区域可以被动地跟随要加工的工件环周面的圆形轨迹26。
装置10包括下面描述的带有第一驱动器68和第二驱动器70的驱动装置66。
第一驱动器68包括驱动活塞72，其在端侧与驱动元件74连接。驱动元件74沉入滑架58的槽76中。在图1中示出了在其前部最大位置中的滑架58，在该最大位置中驱动元件74靠置在槽76的相对于按压装置28而言后部的槽底部中。在滑架58的前部最大位置中，按压装置28的工作区域55位于工件的圆形轨迹26的“三点钟位置”。
第一驱动器68例如与滑架支承体60连接。第二驱动器70例如与支承装置46的枢转臂50连接。
第二驱动器70具有驱动活塞78，其与驱动滚轮形式的驱动元件80连接。驱动滚轮80设置用于与曲线导板(Kurvenscheibe)82协作。曲线导板82优选与滑架58连接。
装置10此外包括力施加装置84，其在滑架58的运动过程中与运动轨迹62平行地施加制动力和/或加速力，以便减少该装置10的如下部件的由于惯性引起的惯性力：这些部件在工件的工件环周面的加工期间沿着或者平行于运动轨迹62运动。
另一力施加装置86将制动力和/或加速力施加到装置10的如下部件上：这些部件在工件的工件环周面的精加工过程中与运动轨迹56相对应地来回枢转。
装置10此外包括连接装置88，其构造和功能尤其是通过参考图5和图10来描述。连接装置88用于使得可以在第一驱动器68和滑架58以及按压装置28之间建立或者中断有效连接。
装置10的部件，尤其是按压装置28、支承装置46和驱动器68以及70相互偏移地布置，使得形成特别细长的、也在图2中示出的结构。例如，平行于工件轴线12测量的盒结构92的宽度(“盒宽度，Kassettenbreite”)90仅仅在32mm到40mm之间。这能够实现使用多个盒结构(Kassettenaufbauten)92，它们相互平行地布置，这在图2中示意性地借助附图标记92a、92b和92c示出。在相应的盒92之间的距离对应于工件的同时要加工的工件环周面的距离。
在图3中示出了工件94的一个区段，尤其是曲轴的一个区段。所示的区段是带有工件环周面98的销轴承96。
在借助精整带44来加工工件环周面98期间，销轴承沿着围绕工件轴线12的圆形轨迹26旋转。在此，被动地跟随销轴承96运动的按压装置28的工作区域同样沿着圆形轨迹26运动。该运动由枢转臂50围绕枢转轴线52的枢转运动以及滑架58相对于滑架支承体60的滑移运动组成。
对于所描述的借助旋转驱动装置18来传统方式地驱动工件12的例子，驱动器68和70被去激活。第一驱动器68的去激活通过切换连接装置88进行，使得该连接装置从驱动装置68去耦合。在去耦合的过程中，驱动元件74能够在滑架58的槽76内自由移动。通过这种方式，滑架58的滑移运动并不传递到第一驱动器68的驱动活塞72上。
第二驱动器70与按压装置28的去耦合通过如下方式进行：驱动活塞78缩回，并且驱动元件80从曲线导板82提起。
从图3中所示的状态出发(其对应于销轴承96的工件环周面98的主加工阶段结束)，为了准备进一步的主要时间加工阶段而进行下面参照图4至图10描述的辅助时间阶段。
在图3中所示的第一辅助时间阶段中，第二驱动器70被控制为使得驱动活塞78将驱动元件80朝着按压装置28的方向移动，直到驱动元件80与曲线导板82靠置。
附加地，连接装置88被切换为使得在第一驱动器68的驱动元件74和滑架58之间建立有效连接。为此，连接装置88具有卡锁元件100(参见图5)，该卡锁元件可以由图5中虚线示出的、解锁的释放位置运动到图5中用实线示出的卡锁位置中。为此，连接装置88具有卡锁驱动器102，其通过驱动杆104与卡锁元件100共同作用。在卡锁元件100的卡锁位置中，驱动元件74置于滑架58的槽76的后壁和卡锁元件100之间。
在下面的、图6中所示的第二辅助时间阶段中，操作按压装置28，使得按压臂30和32可以用本身已知的并且因此未进一步阐述的方式和方法来打开，并且精整带44被与工件环周面98脱离作用。按压臂30和32被打开为使得形成自由空间106，该自由空间大于旋转的工件94的包络面，并且优选也大于主轴箱20和/或尾座22的外部尺寸。当所实现的自由空间106不足以能够将工件沿着其工件轴线12移出时，证明为有利的是，按压装置28能够横向于工件轴线12回拉，使得其从工件94的包络面离开。
在图6中用附图标记108表示工件94的另一工件环周面。工件环周面108形成了工件94的另外的销轴承110的径向外边界。工件94的销轴承96和110关于工件轴线12而言相对于彼此有角度偏移，例如偏移角度120°，也参见图7。当从图3中所示的工件94的旋转位置出发，在销轴承96的精整加工结束之后，在随后的主要时间加工阶段中要加工销轴承110的工件环周面108时，有利的是，工件94可以保持在其围绕工件轴线12的旋转位置中，并且仅仅按压装置28借助驱动装置66来运动。尤其是当使用多个盒92a、92b、92c时，这特别适用。
从图6中所示的按压装置28的位置出发，在第三辅助时间阶段中(其在图7中示出)，第一驱动器68被控制为使得按压装置28沿着运动轨迹62(参见图1)离开工件94被推移到后部的最大位置中。通过这种方式，工作区域55的工作中点112占据后部的最大位置。工作中点112在闭合的钳臂30和32的情况下至少大致与要加工的工件环周面98、108的销轴承轴线16一致。
除了前面描述的推移，按压装置28也围绕枢转轴线52枢转。该枢转运动通过第二驱动器70控制。例如，如从图6和图7中看出的那样，按压装置28可以从图6中所示的枢转位置向下枢转到图7中所示的枢转位置中。为此，第二驱动器70的驱动活塞78被拉入，使得关于枢转轴线52在头部受负荷的按压装置28围绕枢转轴线52向下枢转。在此，第二驱动器70的驱动元件80在曲线导板82上滚压。
按压装置28的枢转优选进行到第一驱动器68的后部最大位置中，其中按压装置28及其工作中点112于是最大地远离工件94地定位。
为了准备销轴承110的工件环周面108的加工，需要的是，沿着运动轨迹62设置按压装置28的工作中点112的位置。为此，在图8中示出的第四辅助时间阶段中，驱动活塞72移出，使得驱动元件74通过卡锁元件100将滑架58并且由此也将按压装置28在其围绕枢转轴线52枢转的状态中推移，使得在图7中示出的工作中点112到达与销轴承110的销轴承轴线16的重合位置。
从图8中所示的状态出发，在图9中所示的最后的辅助时间阶段中，按压装置28的钳臂30和32闭合并且在按压元件38、40、精整加工带44和销轴承110的工件环周面108之间建立力配合和形状配合。在按压臂30、32闭合之后，第二驱动器70被操作为使得驱动元件80与曲线导板82脱离接触。此外，连接装置88被切换为使得在滑架58和第一驱动器68之间的卡锁取消。为此，卡锁元件100从图8中所示的卡锁位置出发被引入图9和图10中所示的释放位置中。通过这种方式，第一驱动器68的驱动元件74被释放，使得驱动元件74可以自由地在滑架58的槽76内移动。最后，驱动元件74通过移出驱动活塞72借助第一驱动器68朝着工件94的方向推移，使得驱动元件74朝着滑架58的槽76的前端部的方向移动。
接着，销轴承110的工件环周面108可以在主要时间加工阶段期间被加工。
在工件94的销轴承96、110的主要时间加工期间，可能的是，附加于或者替代于旋转驱动装置18也使用驱动装置66。可以理解的是，应当用于产生按压装置68的运动的驱动装置66的驱动器68、70必须与按压装置28有效连接，即例如在使用第一驱动器68的情况下连接装置88在第一驱动器68和滑架58之间建立有效连接。在使用第二驱动器70的情况下，驱动元件80必须靠置在曲线导板82上。
使用驱动器68和/或70能够实现一同带动按压装置28，更确切地说，叠加旋转驱动装置18的旋转运动。
对此可替选地，仅仅使用驱动装置66，使得为工件94提供工具侧的旋转驱动器，并且旋转驱动装置18可以保持去激活或者可以完全去除。为此合乎目的的是，驱动器70被耦合为使得其可以传递拉力和压力。

Claims (15)

1.一种用于对关于工件(94)的工件轴线(12)偏心地布置的工件环周面(98)、尤其是曲轴或者凸轮轴的销轴承(96)的工件环周面进行精加工的装置(10)，所述装置带有按压装置(28)，用于将精加工工具(42)朝着工件环周面按压，其特征在于，设置有驱动装置(66)，借助该驱动装置能够在横向于工件轴线(12)走向的运动平面中借助第一驱动器(68)沿着第一运动轨迹(62)以及借助第二驱动器(70)沿着与第一运动轨迹(62)成角度的第二运动轨迹(56)来驱动该按压装置(28)的工作区域。
2.根据权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，第一运动轨迹(62)和第二运动轨迹(56)基本上相互垂直地走向。
3.根据上述权利要求之一所述的装置(10)，其特征在于，运动轨迹的至少之一(62)是直线的。
4.根据上述权利要求之一所述的装置(10)，其特征在于，运动轨迹的至少之一(56)是圆弧形的。
5.根据上述权利要求之一所述的装置(10)，其特征在于，设置有可开关的连接装置(88)用于建立和中断在第一驱动器(68)和按压装置(28)之间和/或在第二驱动器(70)和按压装置(28)之间的有效连接。
6.根据上述权利要求之一所述的装置(10)，其特征在于，设置有与第一驱动器(68)以及第二驱动器(70)无关的保持装置，用于将按压装置保持在按压装置(28)的工作区域的能够借助这些驱动器预先给定的位置中。
7.根据上述权利要求之一所述的装置(10)，其特征在于，设置有支承装置(46)用于将该按压装置(28)支承在支架(48)上。
8.根据权利要求7所述的装置(10)，其特征在于，该支承装置(46)包括线性支承器(64)和摆动支承器(54)和/或十字滑板。
9.根据权利要求7或8所述的装置(10)，其特征在于，设置有力施加装置(84，86)，其将制动力和/或加速力作用到该支承装置(46)的、在两个反转位置之间来回运动的支承部件(50，60)上。
10.根据上述权利要求之一所述的装置(10)，其特征在于，所述精加工工具(42)是用于对工件环周面(98)精整加工的精整工具(44)。
11.根据上述权利要求之一所述的装置(10)，其特征在于，设置有振荡驱动器(24)用于对工件(94)施加与工件轴线(12)平行的振荡运动。
12.根据上述权利要求之一所述的装置(10)，其特征在于，设置有旋转驱动装置(18)用于将工件(94)围绕工件轴线(12)旋转。
13.一种用于运行根据权利要求12所述的装置(10)的方法，其特征在于，使用所述旋转驱动装置(18)来旋转工件(94)，并且第一驱动器(68)和第二驱动器(70)是不活动的。
14.一种用于运行根据权利要求12所述的装置(10)的方法，其特征在于，使用所述旋转驱动装置(18)来旋转工件(94)，使得工件环周面(98)沿着围绕工件轴线(12)的圆形轨迹(26)运动，并且第一驱动器(68)和/或第二驱动器(70)被控制为使得该按压装置(28)的工作区域沿着相同的围绕工件轴线(12)的圆形轨迹(26)运动。
15.一种用于运行根据权利要求1至12之一所述的装置(10)的方法，其特征在于，为了将工件(94)围绕工件轴线(12)旋转仅仅使用了第一驱动器(68)和/或第二驱动器(70)。
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