Vynález se týká způsobu a zařízení k broušení centrických ložiskových čepů klikových hřídelů (viz například spis FR-A-1 487 669).

Dosavadní stav techniky

Ve spise FR-A-1 487 669 je popsáno zařízení k broušení centrických ložiskových čepů klikových hřídelů. Prostřednictvím dvou měřicích zařízení se měřením zjišťuje vždy dosažený konečný průměr ložiskových čepů a v závislosti na tom se řídí posuv vpřed vřetena, které nese jeden zvláštní brusný kotouč pro každý ložiskový čep. Přídavně jsou upraveny dvě lunety, které obsahují vždy dva prsty nebo dosedací díly, které se alespoň při broušení načisto přizpůsobují měnícímu se průměru ložiskových čepů. Měnící se průměr ložiskového čepu se zjišťuje prostřednictvím výkyvné páky ve spolupráci se zdvihátkem. Lunety jsou tedy vždy protilehlé k brusnému kotouči a vždy přistaveny k přímo broušenému průměru.

Pro provádění broušení centrických ložiskových čepů, respektive hlavních ložisek, klikových hřídelů ve velkých sériích jsou mimo jiné k dispozici různé možnosti.

Centrické ložiskové čepy mohou být broušeny načisto na konečný rozměr například pomocí jednotlivých brusných kotoučů, což je však příčinou podstatně delší doby broušení, protože každé hlavní ložisko musí být obrobeno jednotlivě. Dále je zapotřebí relativně komplikované konstrukce stroje, aby se dosáhlo flexibility takového způsobu broušení.

Ve spise WO 00/66323 Al je popsán způsob broušení klikového hřídele nahrubo a načisto na jedno upnutí. Přitom se jedním jediným, popřípadě dvěma brusnými kotouči, brousí ložisko klikového čepu a hlavní ložisko klikového hřídele v jednom upnutí po sobě navzájem tak, že nejprve se brousí nahrubo alespoň hlavní ložisko a následně se hlavní ložisko a po něm ložisko klikového čepu, brousí načisto. Dále je upravena jedna luneta, která může být přistavena v axiálním směru k jednomu předem určenému hlavnímu ložisku.

Dále je známé, avšak ve velkých sériích nepříliš rozšířené, brousit tyto ložiskové čepy na klikových hřídelích pomocí takzvaného „bezhrotého“ broušení.

Způsob, který se nejvíce používá při velkosériové výrobě, se týká takzvaného broušení více ložiskových čepů najednou, při němž se více brusných kotoučů jednoho vřetena uvádí současně do záběru s klikovým hřídelem v místě výše uvedených ložiskových čepů, neboli hlavních ložisek. Stroje, které se k tomuto účelu používají, jsou již velmi dlouho známé a mají takové provedení, že na loži stroje je prostřednictvím vřetena a orovnávacího zařízení vytvořena jednotka pro přísun do záběru. Orovnávací zařízení se s výhodou přisunuje do záběru lineárně ve směru osy, která probíhá napříč k hlavní ose, respektive střední ose, otáčení klikového hřídele. V přední části takové brusky je uspořádán brusný stůl, který je buď pevně ustaven na loži stroje, neboje pojízdný prostřednictvím osy CNC ve směru osy, která probíhá napříč k ose přisunování a rovnoběžně s osou otáčení. Na tomto brusném stole je uspořádán vřeteník a koník, přičemž vřeteník obsahuje pracovní vřeteno brusky. Pracovní vřeteno slouží, jak známo, k uložení sklíčidla nebo unášeče pro klikový hřídel. Koník je rovněž uspořádán na brusném stole a pro nastavení různých délek klikového hřídele je manuálně posuvný. Pinola koníku je pro vložení a vyjmutí klikového hřídele automaticky pojízdná směrem dopředu a zpět, jakje všeobecně známé u běžných hrotových brusek neboli brusek na válcové plochy.

- 1 CZ 304903 B6

Pro upnutí klikového hřídele, které se provádí na vřeteníku, se nabízejí možnosti buď plovoucího unášecího systému, nebo centricky upínajících sklíčidel. Vřeteník, a tudíž i klikový hřídel, se uvádí do otáčení prostřednictvím motoru. Pinola koníku je opatřena odpovídajícím protihrotem, který je všeobecně proveden jako takzvaný stojící hrot. Mezi vřeteníkem a pinolou koníku se potom mezi příslušnými hroty upne klikový hřídel ve svých středech, čímž se zajistí přesné lícování středních os vřeteníku na jedné straně a pinoly koníku na druhé straně s centrální osou, respektive osou otáčení, klikového hřídele.

Pro přesné monitorování procesu broušení se obrobek v průběhu broušení pomocí dvou měřicích zařízení automaticky měří v reálném čase a stroj se podle toho koriguje.

U výše popsaného broušení více ložiskových čepů najednou jsou, především při broušení klikového hřídele na konečný rozměr, zpravidla velmi rozšířené korundové brusné kotouče. Tyto stroje se vyznačují tím, že průměr brusných kotoučů se opotřebí z přibližně 1 100 mm na 600 mm. Vychází se z toho, že všech 20 až 30 broušených klikových hřídelů se musí orovnat a úběr na orovnání činí řádově asi 0,03 mm.

U způsobu současného broušení více ložiskových čepů je s výhodou možné brousit centrické ložiskové čepy, respektive hlavní ložiska, které mají boční odlehčovací zápichy, to znamená, že se přitom nebrousí žádné rovné strany. Dále je rovněž možné současně brousit hlavní ložiska s bočními zaoblenými přechody do této rovné strany, jakož i rovnou stranu tohoto hlavního ložiska, s výškou přibližně 4 až 5 mm.

Broušení takových hlavních ložisek s bočními zaoblenými přechody a eventuálních rovných stran se však ukazuje jako značně obtížné, protože v tom případě se způsob z hlediska použité technologie broušení chová podstatně kritičtěji.

Způsobem současného broušení více ložiskových čepů na klikových hřídelích je dále rovněž možné provádět broušení centrických ložiskových čepů, respektive hlavních ložisek, bez zaoblených přechodů nebo s nimi a eventuálních rovných stran, stejně jako broušení centrických částí na přírubě nebo čepech, přičemž však se na těchto centrických částech příruby a čepu současně neprovádí broušení žádných rovných ploch.

Podle velikosti a vytvoření broušeného klikového hřídele se již při broušení korundovými brusnými kotouči na základě brusného tlaku, kterým brusné kotouče působí na klikový hřídel, používají pro podepření klikového hřídele lunety.

Tento problém zvýšeného brusného tlaku s v důsledku toho zvýšenými výslednými obráběcími silami nastává i u takzvaných brusných kotoučů CBN, protože při jejich použití je nutno vynaložit vyšších výkonů, aby byl proces broušení všeobecně prováděn hospodárně. To však nezáleží pouze na potřebné době pracovního cyklu, které má být dosaženo, nýbrž i na vlastnostech brusných kotoučů CBN samotných. Brusné kotouče CBN, s výhodou takovém které jsou pojeny keramicky a mají výšku potahu asi 5 mm, mají na jedné straně výhodu vtom, že se pomocí nich může dosahovat vyššího úběru, avšak na druhou stranu mají tu nevýhodu, že obráběcí síly jsou v důsledku specifikace brusných kotoučů vyšší, čímž se celý proces broušení provádí techniky značně obtížněji.

Existuje však podstatná výhoda broušení brusnými kotouči CBN, která spočívá v tom, že je možno provádět větší úběr, a že cykly orovnávání se zvýší asi desetinásobně, což znamená, že hlavní časy a vedlejší časy samotné, celkově vztaženo na výrobu klikového hřídele, jsou kratší. Tím je umožněna výroba většího počtu klikových hřídelů za časovou jednotku.

Použití těchto brusných kotoučů CBN je sice žádoucí, avšak v důsledku zvýšeného tlaku při broušení se právě broušení klikového hřídele v oblasti hlavního ložiska ukázalo z technického hlediska zvlášť problematickým, alespoň pokud se týká okamžiku použití podpěrných lunet.

-2CZ 304903 B6

Podstata vynálezu

Na základě těchto úvah je úkolem předloženého vynálezu vytvořit způsob a zařízení, pomocí nichž se dosáhne podstatného zlepšení, pokud jde o broušení místa, v němž je umístěna luneta.

Uvedený úkol splňuje zařízení k broušení centrických ložiskových čepů klikových hřídelů obsahující upínací jednotku pro upnutí a pohon klikového hřídele kolem jeho osy otáčení, jednotku s vřetenem, jehož osa otáčení je rovnoběžná s osou otáčení klikového hřídele, a které je přistavitelné kolmo k tomuto klikovému hřídeli, přičemž vřeteno nese brusné kotouče, jejichž počet odpovídá počtu broušených centrických ložiskových čepů, a přičemž pro uložení klikového hřídele v oblasti alespoň jednoho centrického ložiskového čepuje přistavena alespoň jedna luneta protilehlá k vřetenu, podle vynálezu, jehož podstatou je, zeje upravena alespoň jedna přídavná obráběcí jednotka pro předběžné obrábění alespoň jednoho centrického ložiskového čepu klikového hřídele pro vytvoření jednoho podpěrného místa pro lunetu, zvýšeného oproti ložiskovému čepu, a přičemž luneta je vytvořena tak, že je v průběhu broušení ložiskových čepů neustále přistavitelná pro podepření až do dosažení jeho správného rozměru.

Uvedený úkol dále splňuje způsob broušení centrických ložiskových čepů klikových hřídelů, podle vynálezu, jehož podstatou je, že centrické ložiskové čepy se brousí současně pomocí jedné sady brusných kotoučů (broušení více ložiskových čepů), přičemž před broušením centrických ložiskových čepů načisto na konečný rozměr se v místě alespoň jednoho ložiskového čepu brousí podpěrné místo pro lunetu na rozměr odlišný od konečného rozměru, přičemž v průběhu broušení tohoto podpěrného místa na konečný rozměr se luneta přistavuje až do dosažení konečného rozměru tohoto podpěrného místa.

V zásadě má při broušení podpěrného místa pro lunetu značný význam to, že toto podpěrné místo má zaprvé velmi dobré otáčení bez radiálního házení ve vztahu k broušeným hlavním ložiskům a za druhé má proto velmi dobrou kruhovitost.

Podle vynálezu se tedy zařízení vyznačuje tím, že je upravena přídavná obráběcí jednotka k předběžnému obrobení alespoň jednoho centrického ložiskového čepu klikového hřídele, který je určen pro závěrečné broušení při současném broušení více ložiskových čepů jako podpěrné místo pro přistavování lunety.

S výhodou je touto obráběcí jednotkou přídavná brousicí jednotka s alespoň jedním brusným kotoučem pro broušení centrického ložiskového čepu klikového hřídele, který byl určen k tomu, aby vytvořil podpěrné místo pro lunetu.

Přitom je výhodné, když alespoň jeden brusný kotouč obráběcí jednotky má menší šířku než je šířka centrického ložiskového čepu, aby se na ložiskovém čepu vybrousila tak široká stopa pro lunetu, aby se mohly čelisti lunety bez problémů nasadit. Přitom musí být broušená stopa, která se vytvoří úzkým brusným kotoučem, alespoň o asi 2 mm širší než je šířka čelistí lunety. Tento postup se používá převážně tam, kde musí být hlavní ložiska obroušena s rohovým zaoblením.

Podle vynálezu se přídavná obráběcí jednotka ke klikovému hřídeli buď přisunuje, nebo se k němu vykyvuje, když se vřeteno s brusnými kotouči pro současné závěrečné broušení ložiskových čepů klikového hřídele nachází v poloze mimo záběr s klikovým hřídelem.

Podle vynálezu se současné broušení ložiskových čepů provádí tak, že před broušením centrických ložiskových čepů načisto na konečný rozměr se předem brousí alespoň jeden ložiskový čep, kteiý má sloužit jako podpěrné místo pro lunetu. To znamená, že veškeré obráběcí operace se provádějí najedno upnutí obrobku.

Za tím účelem existují podle vynálezu dvě zásadně odlišné možnosti. Při broušení hlavních ložisek s odlehčovacími zápichy, při němž se současně nebrousí rovná strana hlavního ložiska, je

-3CZ 304903 B6 tento postup možný bez použití takzvaného přídavného brousicího zařízení, jaké je převážně v souvislosti se zařízením podle vynálezu popisováno. Zde je zapotřebí, aby na hlavním ložisku klikového hřídele při předběžném obrábění prostřednictvím vířivého frézování nebo soustružení zůstal zvýšený obrys, takže potom při následném současném broušení více ložiskových čepů v jedné brusce určené pro toto současné broušení více ložiskových čepů se nejprve musí zbrousit toto vyvýšení. Toto vyvýšení přitom musí mít alespoň šířku podpěrného místa pro lunetu, které má být vytvořeno, přičemž toto vyvýšení již musí být zbroušeno načisto před tím, než se obrobí vedle se nacházející hlavní ložisko pomocí sady brusných kotoučů. Jinými slovy, z hlediska požadované přesnosti je možno i v tomto případě dosáhnout optimálních hodnot otáčení bez radiálního házení a kruhovitosti podpěrného místa pro lunetu. Potom se na tuto vybroušenou stopu nasadí luneta, načež se provede přísun sady brusných kotoučů na vřetenu a příslušné hlavní ložisko se brousí načisto na konečný rozměr.

Druhá možnost spočívá v tom, jak bylo výše popsáno v souvislosti se zařízením podle vynálezu, vybrousit podpěrné místo pro lunetu pomocí brusného kotouče, přičemž se v brusce použije přídavné brousicí zařízení.

V obou případech se podle vynálezu luneta neustále přistavuje pro zajištění dokonalého podepření klikového hřídele, přičemž se provádí současné broušení ložiskových čepů na konečný rozměr, a přičemž se v průběhu tohoto postupu měřicími zařízeními automaticky měří klikový hřídel, takže proces broušení se provádí prakticky identicky jako broušení pomocí korundových brusných kotoučů.

Objasnění výkresů

V následujícím bude podrobněji popsán způsob i zařízení podle vynálezu podle příkladných provedení, znázorněných na přiložených výkresech, na nichž obr. 1 znázorňuje schematicky v půdorysu brousicí jednotku zařízení podle vynálezu při broušení podpěrného místa pro lunetu, obr. 2 zjednodušeně schematicky v bokorysu uspořádání jednotlivých brusných kotoučů, obr. 3 schematicky v půdorysu současné broušení více ložiskových čepů klikového hřídele, obr. 4 ve zjednodušeném schematickém bokorysu vykývnuté přídavné brusné zařízení, obr. 5 záběr brusného kotouče při broušení ložiskových čepů s bočními zaobleními a obr. 6 broušení podpěrného místa pro lunetu v ložiskovém čepu s předem obrobenou vyvýšenou stopou.

Příklady uskutečnění vynálezu

Na obr. 1 je ve zjednodušeném vyobrazení v půdorysu zařízení podle vynálezu s vřetenem 12 a brusnými kotouči 13, přičemž klikový hřídel 1 je znázorněn v upnutém stavu. Klikový hřídel 1 je upnut v plovoucím sklíčidle 6 se středícím hrotem 8 ve středu klikového hřídele 1 a jeho poloha v podélném směruje zajištěna narážkou 7 pro podélný posuv.

Upínací čelisti sklíčidla 6, které mají plovoucí uložení, upínají klikový hřídel i na jeho přírubě, čímž je zaručeno radiální unášení pro broušení.

Na straně koníku je klikový hřídel i rovněž uložen prostřednictvím středícího hrotu 9, takže klikový hřídel i je uložen a upnut na obou koncích ve svých již obrobených centrovacích místech, čímž je přesně dána jeho poloha a upnutí pro broušení.

-4CZ 304903 B6

Na vyobrazení jsou dále znázorněna měřicí zařízení 4 a 5 umístěná na brusném stole, která však při broušení podpěrného místa pro lunetu 3 nejsou s klikovým hřídelem J_ v záběru.

Na brusném stole je rovněž umístěna luneta 3, jejíž čelisti však při broušení podpěrného místa pro lunetu 3 nemusí nutně dosedat na obrobek.

Klikový hřídel 1 obsahuje více hlavních ložisek 15, označených ve znázorněném příkladném provedení jako hlavní ložisko I, Π, ΙΠ a IV. Broušení podpěrného místa pro lunetu 3 se u příkladného provedení znázorněného na obr. 1 provádí na centricky se otáčejícím hlavním ložisku Π.

Přitom se používá obráběcí jednotka 11 ve formě přídavného brousicího zařízení, která je s výhodou vytvořena s vřetenem ve formě vřetena motoru. Toto vřeteno motoru nese v přední části na svém konci brusný kotouč 10.

Aby se toto přídavné brousicí zařízení Π. mohlo vykývnout ke klikovému hřídeli I, musí být uspořádáno rovnoběžně s osou Z, která představuje osu CNC posuvu brusného stolu, a brusné kotouče 13 musí být volně pohyblivé prostřednictvím osy X, která slouží pro přistavovací pohyb vřetena 12.

Aby se klikový hřídel i nemohl pohybovat ve směru osy X, vykývne se při broušení podpěry pro lunetu 3 toto přídavné brousicí zařízení U takovým způsobem, že úzký brusný kotouč W pro broušení podpěry pro lunetu 3 je uspořádán v podstatě uprostřed před jedním brusným kotoučem 13 sady brusných kotoučů 13 vřetena 12. Osa X, která slouží pro pohyb vřetena, na němž je rovněž uspořádáno přídavné brousicí zařízení 11, se využije k přistavování brusného kotouče W ke klikovému hřídeli 1.

Na obr. 1 je dále znázorněno vřeteno 12, která má střední osu 14 uspořádanou přesně rovnoběžně s klikovým hřídelem 1, kolem níž jsou otočné brusné kotouče 13 pro obrábění hlavních ložisek I až IV.

Hlavní ložiska na klikovém hřídeli 1, která mají být broušena, jsou označována vztahovými značkami 15.

Aby byl řezný tlak při broušení podpěrného místa pro lunetu 3 co nejmenší, má brusný kotouč W šířku asi 10 až 12 mm, přičemž šířka čelistí lunety 3 je například asi 8 mm. Jako brusný prostředek pro broušení podpěrného místa pro lunetu 3 může být použit například brusný kotouč z korundu nebo brusný kotouč CBN.

U znázorněného příkladného provedení je přídavné brousicí zařízení Π. popsáno jako výkyvná jednotka. Je však rovněž možné, aby toto přídavné brousicí zařízení 11 najelo nebo vykývlo do každé polohy uvnitř brusky.

Na obr. 2 je v silně zjednodušeném bokorysu znázorněna oblast hlavního ložiska II z obr. 1. Brusný kotouč 10 pro broušení podpěrného místa pro lunetu 3 je uspořádán před jedním brusným kotoučem 13 vřetena 12. Klikový hřídel I je znázorněn v řezu. Jakje vidět, jsou střední osy všech brusných kotoučů 10 a 13 a střední osa klikového hřídele 1 uspořádány rovnoběžně, přičemž tyto střední osy leží s výhodou ve vodorovné rovině.

Na obr. 3 je znázorněn závěrečný postup současného broušení hlavních ložisek I až IV, která jsou broušena současně. Tato skutečnost je nutná, protože všechny brusné kotouče 13 jsou uloženy na vřetenu 12, které je uloženo na obou svých stranách. Sada brusných kotoučů 13 se přisunuje prostřednictvím řízení CNC v ose X. V průběhu současného broušení všech hlavních ložisek I až IV je nyní k hlavnímu ložisku II přistavena luneta 3 svými čelistmi, takže obrobek je při broušení velmi dobře podepřen. Aby se na klikovém hřídeli J_ dosáhlo přesného průměru hlavních ložisek I až IV, je s výhodou u hlavních ložisek I a IV upravena vždy jedna měřicí hlava 4 a 5 pro měření

-5CZ 304903 B6 průměru. V průběhu broušení se kontinuálně provádí porovnávání klikového hřídele i z hlediska požadovaného rozměru a skutečného rozměru. Korektury se potom provádějí pomocí řízení CNC brusky, přičemž měřicí zařízení kontinuálně snímají skutečné hodnoty průměrů hlavních ložisek I a IV. Jakmile je v jednom z hlavních ložisek klikového hřídele 1 při broušení dosaženo požadovaného rozměru, cyklus broušení se ukončí a vřeteno 12 odjede.

Na obr. 3 je sice znázorněno broušení hlavních ložisek na klikovém hřídeli i, avšak je rovněž možné, aby mohly být broušeny další centrické části klikového hřídele I ve stejném upnutí pomocí příslušně modifikované sady brusných kotoučů.

Na obr. 4 je ve zjednodušeném bokorysu znázorněna oblast pracovního prostoru hlavního ložiska Π, znázorněná na obr. 3 v půdorysu. Je vidět, že potom je přídavné brousicí zařízení 11 s brusným kotoučem W vykývnuto směrem nahoru, avšak je rovněž možné, že podle konstrukce brusky a podle prostoru, kteiý je k dispozici, může vykývnout nebo najet do každé jiné libovolné polohy.

Obr. 5 znázorňuje podrobně postup broušení hlavního ložiska klikového hřídele I brusným kotoučem 13, přičemž brusný kotouč má základní těleso 13A a je opatřen CBN-potahem 14. Výška CBN-potahu 14 je všeobecně asi 5 mm. U znázorněného hlavního ložiska klikového hřídele I se v tomto případě, jak je patrné, provádí současné broušení i bočních zaoblení 15. Na zaobleném přechodu do rovných ploch se přitom současně brousí například výška osazení asi 4 až 5 mm.

Na obr. 6 je zjednodušeně znázorněno broušení hlavního ložiska brusným kotoučem 13. Hlavní ložisko je opatřeno vyvýšením 16, které bylo vytvořeno předběžným obráběním, například vířivým frézováním nebo soustružením na zvláštním zařízení. Je zřetelně patrné, že brusný kotouč 13 je v brousicím záběru pouze s vyvýšením 16 na tomto hlavním ložisku, přičemž však boční zóny 17 a ostatní hlavní ložiska klikového hřídele nejsou při broušení podpěry pro lunetu 3 broušeny současně. Po zbroušení podpěry pro lunetu 3 na obvodu vyvýšení 16 se přistaví luneta 3.

Na závěr se dále přistaví sada brusných kotoučů 13, takže klikový hřídel 1 může být broušen na konečný rozměr.