DE102006048495A1

DE102006048495A1 - Bearbeitungssystem zur spanenden Fertigbearbeitung von Pleuelaugen

Info

Publication number: DE102006048495A1
Application number: DE200610048495
Authority: DE
Inventors: Jens Dipl.-Ing. Böhm; Tilmann Dipl.-Ing. Negele; Stefan Dr.-Ing. Schweickert
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2006-10-13
Filing date: 2006-10-13
Publication date: 2008-04-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bearbeitungssystem zur spanenden Fertigbearbeitung von Pleuelaugen, insbesondere von Pleuelaugen zur Verwendung in Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge. Das Bearbeitungssystem umfasst mehrere Werkzeugspindeln, von denen zumindest einige fest mit einem Werkzeug bestückt sind und zumindest einige dieser mit aufweitenden Honwerkzeugen bestückt sind. Mehrere zu bearbeitende Pleuelstangen sind gemeinsam auf einem Werkstückträger aufgespannt. Im Bearbeitungssystem ist eine Verschiebevorrichtung vorgesehen, mit deren Hilfe der mit Pleuelstangen bestückte Werkstückträger in unterschiedliche Bearbeitungspositionen gegenüber den Werkzeugspindeln bewegt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bearbeitungssystem zur spanenden Fertigbearbeitung von Pleuelaugen, insbesondere zur Verwendung in Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es bspw. aus der als gattungsbildend zugrunde gelegten DE 10 2004 030 150 A1 als bekannt hervorgeht.
Das aus der DE 10 2004 030 150 A1 vorbekannte Bearbeitungssystem ist in einer solchen Weise gestaltet, dass eine simultane Bearbeitung mehrerer Pleuelstangen-Rohlinge erfolgen kann. Dies wird dadurch erreicht, dass in dem Bearbeitungssystem mehrere der zu bearbeitenden Pleuelstangen-Rohlinge gemeinsam in orts- und lagedefinierter Anordnung auf einem Werkstückträger fixiert werden. Im Arbeitsraum des Bearbeitungssystems befinden sich mehrere angetriebene Spindeln, die jeweils mit einem Werkzeug versehen sind und nacheinander oder gleichzeitig die auf dem Werkstückträger befestigten Pleuelstangen-Rohlinge bearbeiten. Vorteilhafter Weise findet während der Bearbeitung auf den Spindeln kein Werkzeugwechsel statt, wodurch ein großer Anteil an unproduktiver Nebenzeit entfällt.
Zweckmäßigerweise ist das Bearbeitungssystem flexibel gestaltet in dem Sinne, dass die Werkzeuge und Spindeln innerhalb des Bearbeitungssystems an verschiedenen Stellen und unter verschiedenen Ausrichtungen angeordnet sein können. Dann kann ein- und dasselbe Bearbeitungssystem zur Bearbeitung unterschiedlicher Typen von Pleuelstangen-Rohlinge verwendet werden, und das Bearbeitungssystem kann leicht und schnell umkonfiguriert werden, wenn ein anderer Pleueltyp bearbeitet werden soll. So haben die Bearbeitungssysteme für unterschiedliche Pleuel denselben Grundaufbau, sind jedoch je nach Pleueltyp mit unterschiedlichen Spindeln und Werkzeugen versehen. Aufgrund des einheitlichen Grundaufbaus des Bearbeitungssystems wird die Wartung wesentlich vereinfacht. Weiterhin kann bei einem Maschinenausfall schnell eine Ersatzmaschine konfiguriert und eingewechselt werden.
Die Spindeln, die die Werkzeuge tragen, können verschiebbar bzw. schwenkbar in dem Bearbeitungssystem gelagert sein, um mit Hilfe ein- und desselben Werkzeugs mehrere Bearbeitungsschritte an der Pleuelstange durchführen zu können. Vorteilhafterweise sind jedoch für die Serienbearbeitung von Pleueln ein- und desselben Typs die Spindeln bzw. die Werkzeuge an einer festen Position im Bearbeitungssystem fixiert. Alle Relativbewegungen, die die auf dem Werkstückträger fixierten Pleuelstangen-Rohlinge während der Bearbeitung gegenüber den Werkzeugen des Bearbeitungssystems vollführen, erfolgen mit Hilfe einer mehrachsigen Bewegungsmimik, welche den Werkstückträger im Arbeitsraum des Bearbeitungssystems verschiebt und/oder dreht und/oder schwenkt.
Zweckmäßigerweise werden die Pleuelstangen derart auf dem Werkstückträger fixiert, dass eine Bearbeitung von kleinem und großem Pleuelauge in derselben Spannlage erfolgen kann.
Sind die Pleuel von dem vorbekannten Bearbeitungssystem fertig bearbeitet werden sie entnommen. Anschließend erfolgt das Honen der Pleuelaugen auf speziellen Honmaschinen. Hierbei kann in günstiger Weise die innere Oberfläche zumindest eines Pleuelauges gleich mit einer bestimmten Oberflächenstruktur versehen werden, die insbesondere zur besseren Fixierung von Lagerschalen dienen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das vorbekannte Bearbeitungssystem dahingehend zu verbessern, dass dessen Effienz noch weiter gesteigert wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Erweiterung des Bearbeitungssystems um das Honen, insbesondere Dornhonen des großen Pleuelauges, ist die komplette Feinbearbeitung der beiden Pleuelaugen in einer Bearbeitungsstation ohne ein zwischenzeitliches zeitaufwendiges Umspannen möglich. Hierzu wird die Bearbeitungsstation zur Fertigbearbeitung der Pleuelaugen um zusätzliche Spindeln zum Honen, insbesondere zum Dornhonen ergänzt. Durch diese Neukonstruktion kann eine bislang bei der Bearbeitung von Pleuelstangen notwendige nachgelagerte Honmaschine unter Beibehaltung der für das Honen charakteristischen Kreuzstruktur entfallen. Vorteilhafterweise sind die Honspindeln mit einer Zustelleinrichtung versehen, um den Verschleiß der Honwerkzeuge kompensieren zu können sowie um mehrere Honschritte und damit einen höheren Materialabtrag realisieren zu können. Zur Regelung des Honprozesses können zusätzlich Messdorne im Bearbeitungssystem angebracht werden, oder die Leistungsdaten von Spindel oder Zustellsystem ausgewertet werden.
Zweckmäßigerweise sind die Werkzeugspindeln in einer solchen Weise im Arbeitsraum des Bearbeitungssystems angeordnet, dass die auf ihnen befestigten Honwerkzeuge simultan die an dem Werkstückträger befestigten Pleuelstangen bearbeiten können. In günstiger Weise wird beim Honen der Pleuelaugen nicht die Honahle, sondern der Werkstückträger entlang der Rotationsachse bewegt, wodurch der maschinenseitige Aufwand reduziert ist. Insgesamt kann durch dieses mehrspindlige Honen die Hauptzeit bei der Bearbeitung der Pleuelstangen weiter reduziert werden.
In vorteilhafter Weise können die den Honahlen zugeordneten Werkzeugspindeln in einem gemeinsamen Mehrspindelkopf angeordnet sein.
Des Weiteren ist es zweckmäßig, die Pleuel beim Honen nicht fest einzuspannen, sondern in der Ebene verschiebbar und lediglich gegen Abheben gesichert in der Spannvorrichtung einzulegen. Durch einen einem Fachmann geläufigen Mechanismus lässt sich die zum Bohren der Pleuelaugen nötige starre Einspannung in einer einfachen Weise lösen, um eine zum Dornhonen vorteilhafte schwimmende Lagerung der Pleuel zu realisieren. Dadurch kann das Bearbeitungssystem auch für die reine Honbearbeitung ohne Feinbohren in derselben Aufspannung ausgeführt werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert; dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Bearbeitungssystems für Pleuelstangen und
2 eine Honspindel mit Honahle sowie zugehörigem Zustellmechanismus.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Bearbeitungssystems 1 zur spanenden Bearbeitung von Pleuelaugen 2 von Pleuelstangen 3, insbesondere zur Verwendung in Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen. Die zu bearbeitenden Pleu elstangen 3 werden dem Bearbeitungssystem 1 auf einem Werkstückträger 4 zugeführt. Der Werkstückträger 4 ist mit Spannvorrichtungen versehen, in denen die Pleuelstangen 3 in definierter Weise so aufgenommen werden, dass die Achsen der Pleuelaugen 2 parallel zur jeweiligen Spindelachse 6 ausgerichtet sind.
Die Rohlinge der zu bearbeitenden Pleuelstangen 3 werden vorzugsweise außerhalb des Arbeitsraums des Bearbeitungssystems 1 (manuell oder automatisch) in den Werkstückträger 3 eingelegt und fixiert. Dann wird der so bestückte Werkstückträger 3 mittels einer Fördervorrichtung 7 in das Bearbeitungssystems 1 eingebracht und dort in einer hochgenau reproduzierbaren Lage von einer (in den Figuren nicht sichtbaren) Werkstückträger-Aufnahme fixiert.
Das Bearbeitungssystem 1 weist eine Vielzahl von ortsfesten Spindeln 8 auf, an denen Werkzeuge 9 (Bohrer, Fräser, Honwerkzeuge etc.) aufgenommen bzw. angeordnet sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind alle Spindeln 8 für die verschiedenen Werkzeuge auf einer einzigen Innenseite 11 des Bearbeitungszentrums 1 angeordnet und ragen – parallel zueinander ausgerichtet – seitlich in den Arbeitsraum 10 des Bearbeitungszentrums 1 hinein. Im Allgemeinen können die Spindeln 8 der verschiedenen Werkzeuge 9 in unterschiedlicher Lage und Orientierungen vorgesehen sein, so dass sie beispielsweise auch unten und/oder oben und/oder an anderen Innenseiten im Arbeitsraum 10 angeordnet sind.
Die Spindeln 8 sind vorzugsweise individuell antreibbar, können aber auch gekoppelt sein. Ihre Positionen auf der Innenseite 11 des Bearbeitungszentrums 1 sind so gewählt, dass mit Hilfe der in ihnen geführten Werkzeuge 9 mehrere Bearbeitungsoperationen an den auf dem Werkstückträger 4 fixierten Rohlingen der Pleuelstangen 3 simultan durchgeführt werden können. So können im vorliegenden Ausführungsbeispiel – nachdem der Werkstückträger 4 hochgenau gegenüber einem ersten Satz von Spindeln 8 positioniert worden ist – mit Hilfe der darin gehaltenen Werkzeuge 9 simultan oder nacheinander alle Feinbohr-Operationen an den großen und kleinen Pleuelaugen 2 sämtlicher Pleuelstangen 3 durchgeführt werden. Günstigerweise wird insbesondere beim Honen der Werkstückträger 4 bewegt, wohingegen die Honahlen 12 nur gedreht und in axialer Richtung zumindest im Wesentlichen ortsfest bleiben.
Im Unterschied zu herkömmlichen Bearbeitungssystemen, in denen die Spindeln 8 zur Bearbeitung der Pleuelstangen 2 nacheinander mit unterschiedlichen Werkzeugen 9 bestückt werden, die sie aus einem Werkzeugmagazin entnehmen, trägt im erfindungsgemäßen Bearbeitungssystem 1 jede Spindel 8 ein festes Werkzeug 9. Dadurch entfallen die auf herkömmlichen Bearbeitungssystemen entfallenden Nebenzeiten aufgrund von Werkzeugwechseln. Eine weitere Zeitersparnis kommt dadurch zustande, dass mehrere der Werkzeuge 9 simultan mit mehreren Pleuelstangen 2 auf dem Werkstückträger 3 zum Eingriff kommen.
Hierbei ist es sinnvoll, die einzelnen gleichartigen Werkzeugen und hierbei insbesondere die den Honahlen 12 zugeordnete Spindeln 8 auf einem gemeinsamen Werkzeugblock 13 anzuordnen. Durch diese Maßnahme können sie u.a. in einem Arbeitsgang gemeinsam gewechselt werden.
Vorteilhafterweise werden die Pleuelstangen 2 am Werkstückträger 3 mit Hilfe von integrierten, ansteuerbaren Spannelementen befestigt. In zweckmäßiger Weise werden die Spannelemente in einer Beladestation aktiviert, wodurch die Rohlinge der Pleuelstangen 2 am Werkstückträger 4 fixiert werden. Dies kann vorzugsweise durch pneumatische oder hydraulische Aktua toren erfolgen. Die Fixierung bleibt während der anschließenden Feinbohrbearbeitung der Pleuelstangen 3 erhalten und wird zum Honen vorzugsweise gelöst, um eine schwimmende, in der Ebene verschiebbare Einspannung zu realisieren.
In 2 ist der Querschnitt durch eine Spindel 8 mit daran angeordneter Honahle 12 dargestellt, wobei die Honahle 12 ihrerseits mit einem Zustellmechanismus versehen ist. Der dargestellte Zustellmechanismus weist u.a. eine Zug-/Druckstange 14 auf, die vorzugsweise über eine Kupplung mit einem Stellmotor 15 verbunden ist. Die Honahle 12 ist mit radial verstellbaren Honleisten 16 versehen, die über einen innseitig angeordneten Innenkonus 17 steuerbar radial nach außen bewegbar sind. Der beschriebene Zustellmechanismus ist zur Einstellung eines gewünschten Durchmessers und zur Verschleißkompensation der Honleisten 15 vorgesehen. Mittels ihm sind der Innenkonus 17 und damit die Honleisten 16 in axialer Richtung gesteuert verschiebbar, wodurch wiederum die Honleisten 15 einer Honahle 12 auf einfache Weise über den Innenkonus 17 zugestellt werden. Hierzu wird der Innenkonus 17 axial durch die mit ihm vorzugsweise fest verbundene Zug/Druckstange 14 betätigt. Diese ist insbesondere zum Werkzeugwechsel vorzugsweise durch eine Kupplung trennbar ausgeführt. Die Zug-/Druckstange 14 wird in bevorzugter Weise durch einen Stellmotor 15 über ein Getriebe betätigt. In vorteilhafter Weise wird ferner ein Kühlschmiermedium durch die Zug-/Druckstange 14 geführt. Eine detailierte Ausführung eines derartigen Systems einer Honahle mit entsprechendem Antrieb ist bspw. aus der DE 92 15 134.5 U1 oder der nicht vorveröffentlichten DE 102 005 055 250.1–14 bekannt.
In weiteren möglichen Ausführungen sind bspw. folgende alternative Betätigungen zur Steuerung der Radialbewegung der Honleisten möglich:

– keine feste Verbindung zwischen Konus 17 und Zustelleinheit 15, die Rückstellung erfolgt dann über Federkraft,
– eine Verlegen des Getriebes vom Motor ins Werkzeug,
– eine Wandlung der rotatorischen in eine lineare Bewegung im Werkzeug,
– eine Betätigung des Innenkonus über einen hydraulischen oder pneumatischen Druckzylinder im Werkzeug, der beispielsweise über Kühlmitteldruck betätigt wird, oder
– Werkzeug mit integriertem Stellmotor.

Claims

Bearbeitungssystem zur spanenden Fertigbearbeitung von Pleuelaugen, insbesondere von Pleuelaugen zur Verwendung in Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge, mit mehreren drehbar antreibbaren Spindeln, von denen zumindest einige fest mit einem Werkzeug bestückt sind, und mit einem Werkstückträger, auf dem mehrere zu bearbeitende Pleuelstangen aufspannbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Spindeln (8) mit einer Hohnahle (12) versehen sind, dass die mit einer Honahle (12) versehenen Spindeln (8) eine innseitig angeordnete Zustelleinrichtung aufweisen und dass die Zustelleinrichtung mit einer Verstelleinrichtung der Honahle (12) funktionell verbunden ist, wobei mittels der Zustelleinrichtung und der Verstelleinrichtung radial bewegliche Schneiden der Honahle (12) gesteuert bewegbar sind.
Bearbeitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückträger (4) bzw. die Werkstückträger-Aufnahme bezüglich der Drehachsen der Honahlen (12) linear gesteuert axial bewegbar ausgebildet ist.
Bearbeitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die den Honahlen (12) zugeordneten Spindeln (8) auf einem gemeinsamen Werkzeugblock (13) angeordnet sind.