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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur mechanischen Finishbearbeitung
von sphärischen Flächen an rotationssymmetrischen
Werkstücken, insbesondere Wälzlagerringen.
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Die
Finishbearbeitung von sphärischen Laufbahnen an Wälzlagerringen,
z. B. an Wälzlagerringen für Pendelrollenlager,
Tonnenlager oder große Kugellager, erfordert eine Überlagerung
von kurzhubigen Oszillationsbewegungen eines als Finishwerkzeug
eingesetzten Honsteins und langhubige Oszillationsbewegungen. Der
Kurzhub wird auch als Schnitthub bezeichnet und gewährleistet
den Materialabtrag. Ein überlagerter Langhub ist notwendig,
damit das Finishwerkzeug die zu bearbeitende Werkstückfläche
vollständig erfasst.
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Aus
JP 2004-025375 A ist
eine Vorrichtung zur mechanischen Finishbearbeitung von sphärischen
Flächen bekannt mit einem Gehäuse, in dem eine
Hohlwelle drehbar gelagert ist, mit einer Oszillationswelle, die
in der Hohlwelle drehbar gelagert und an einem Ende mit einem Werkzeugträger
verbunden ist, mit einem Oszillationsantrieb, der die Oszillationswelle
in kurzhubige Oszillationsbewegungen versetzt, und mit einem auf
die Hohlwelle wirkenden Schwenkantrieb, der langhubige Oszillationsbewegungen
der Hohlwelle erzeugt. Der Oszillationsantrieb ist auf einem mit
der Hohlwelle verbundenen Träger angeordnet, so dass sich
kurzhubige Oszillationsbewegungen der Oszillationswelle und langhubige
Oszillationsbewegungen der Hohlwelle überlagern. Mit der
bekannten Anordnung können Werkstückflächen
von ringförmigen Werkstücken bearbeitet werden,
die im Querschnitt kreisbogenförmig mit einem großen
Radius gekrümmt sind. Bei der bekannten Vorrichtung sind
die Oszillationsbewegungen der Oszillationswelle und der Hohlwelle
mechanisch gekuppelt. Die kurz- und langhubigen Oszillationsbewegungen werden über
einen fest eingestellten Exzenter erzeugt. Wenn sich die Werkstückgeometrie
des zu bearbeitenden Werkstückes oder das Material des
Werkstückes ändert, sind notwendige Anpassungen
des Schnitthubes und des Langhubes nicht ohne weiteres möglich
und erfordern zumindest aufwendige Einstellarbeiten. In der Praxis
ist es ferner häufig notwendig, die Werkstückflächen
unter Beibehaltung der Werkstückaufspannung nacheinander
mit unterschiedlichen Finishsteinen zu bearbeiten. Dies ist mit
der bekannten Vorrichtung nicht möglich.
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Der
Erfindung liegt der Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur mechanischen
Finishbearbeitung von sphärischen Flächen an rotationssymmetrischen
Werkstücken anzugeben, die flexibel an unterschiedliche
Finishaufgaben angepasst werden kann. Der Schnitthub des Finishwerkzeuges
sowie die langhubigen Oszillationsbewegungen des Finishwerkzeuges
sollen variabel und unabhängig voneinander veränderbar
sein. Mit der Vorrichtung soll auch eine mehrstufige Finishbearbeitung
möglich sein, bei der das Werkstück in einer Aufspannung
nacheinander mit unterschiedlichen Finishsteinen bearbeitet wird.
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Ausgehend
von einer Vorrichtung mit den eingangs beschriebenen Merkmalen wird
die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass der Oszillationsantrieb eine Versteileinrichtung aufweist,
mit der der Hub der kurzhubigen Oszillationsbewegungen verstellbar
ist, und dass als Schwenkantrieb ein NC-gesteuerter Servomotor vorgesehen
ist, der vom Schnitthub unabhängige langhubige Oszillationsbewegungen
der Hohlwelle erzeugt. Als Servomotor für die langhubigen
Oszillationsbewegungen sind hochdynamische Servoantriebe einsetzbar.
Geeignet sind beispielsweise Harmonicdrive-Getriebe mit integriertem
NC-Antrieb.
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Der
Oszillationsantrieb, der die Oszillationswelle in kurzhubige Oszillationsbewegungen
versetzt, weist vorzugsweise einen Drehantrieb, eine von dem Drehantrieb
angetriebene Welle mit einer verstellbaren Exzenteranordnung sowie
einen mit der Exzenteranordnung zusammenwirkenden Hebel auf. Der
Hebel ist an die Oszillationswelle angeschlossen und versetzt die
Oszillationswelle in kurzhubige Oszillationsbewegungen, deren Winkel
von dem Hub der Exzenteranordnung abhängig ist. Die Exzenteranordnung,
die eine stufenlose Verstellung des Exzenterhubes ermöglicht,
weist vorzugsweise eine Exzenterwelle und eine die Exzenterwelle
umgebende Hülse auf, wobei die ringförmige Innenfläche
der Hülse zur Hülsenachse exzentrisch versetzt ist.
Die Exzenterachsen lassen sich durch eine Drehbewegung der Exzenterwelle
zueinander verstellen und über eine Feststelleinrichtung,
beispielsweise eine Funktionsmutter, fest miteinander verspannen. An
der Hülse sowie der Exzenterwelle können Skalierungen
zur Einstellung des Exzenterhubes vorgesehen sein.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich durch
eine sehr kompakte Bauweise und ein geringes Massenträgheitsmoment
der zu bewegenden Teile aus. Der erfindungsgemäße
Aufbau ermöglicht einen Schnitthub mit sehr hohen Oszillationsfrequenzen,
was sich sowohl auf die Schnittleistung als auch auf die Werkstückqualität
positiv auswirkt. Dabei ist wesentlich, dass der Schnitthub variabel
an die jeweilige Finishaufgabe angepasst werden kann. Da auch die
langhubigen Oszillationsbewegungen sehr leicht verändert
werden können, eignet sich die Vorrichtung zur Bearbeitung
von Werkstücken unterschiedlicher Geometrie mit kleinen
Losgrößen.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt verschiedene,
jeweils unterschiedliche Betriebsweisen. So kann die erfindungsgemäße
Vorrichtung beispielsweise zur Finishbearbeitung durch Kurzhuboszillation
eines Finishsteins eingesetzt werden, wobei der auf die Hohlwelle
wirkende Schwenkantrieb benutzt wird, um den Anstellwinkel des an
dem Werkzeugträger gehaltenen Finishsteins zu verändern.
Im Regelfall erfolgt jedoch eine Überlagerung von Kurzhuboszillationsbewegungen,
die den Schnitthub definieren, und langhubigen Oszillationsbewegungen der
Hohlwelle. Auch hierbei sind verschiedene Arten der Bearbeitung
möglich. Eine Ausführung und Betriebsweise der
erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass
der Schwenkantrieb gleichförmige Oszillationsbewegungen
der Hohlwelle erzeugt, wobei der Schwenkwinkel für die
Oszillationsbewegungen durch eine dem Servomotor zugeordnete Steuerung an
die zu bearbeitende Werkstückfläche so angepasst
ist, dass mit jeder Schwenkbewegung ein an dem Werkzeugträger
gehaltenes Finishwerkzeug die gesamte zu bearbeitende Werkstückfläche überstreicht.
Desweiteren besteht die Möglichkeit, dass der Schwenkantrieb
Oszillationsbewegungen um eine Referenzlage erzeugt, deren Schwenkwinkel nicht
ausreicht, um die Werkstückfläche mit dieser Schwenkbewegung
zu bearbeiten und dass eine dem Servomotor zugeordnete Steuerung
die Hohlwelle nach einer oder mehrerer langhubigen Oszillationsbewegungen
schrittweise in jeweils eine neue Referenzlage weiter dreht, bis
ein an dem Werkzeugträger gehaltenes Finishwerkzeug die
zu bearbeitende Werkstückfläche vollständig
erfasst hat. Es versteht sich, dass dieser Vorgang mehrfach wiederholt werden
kann. Damit erlaubt die erfindungsgemäße Vorrichtung
auch eine Dreifachüberlagerung, die kurzhubige Oszillationsbewegungen
der Oszillationswelle, langhubige Oszillationsbewegungen der Hohlwelle
sowie eine schrittweise Drehbewegung der Hohlwelle in vorgegebene
Referenzlagen umfasst. Mit dieser Betriebsweise können
insbesondere großflächige, schwach gekrümmte
Flächen an ringförmigen Werkstücken mit
hoher Schnittleistung und präszise bearbeitet werden.
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Mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es schließlich
möglich, Werkstückflächen an einem ringförmigen
Werkstück unter Beibehaltung der Werkstückaufspannung
nacheinander mit zwei oder mehr unterschiedlichen Finishsteinen
zu bearbeiten. Dazu sind an dem Werkzeugträger mindestens zwei Steinhalter
mit jeweils einem Finishstein als Finishwerkzeug angeordnet, die
durch eine mit dem Schwenkantrieb bewirkte Drehbewegung der Hohlwelle
in eine Bearbeitungsposition an dem zu bearbeitenden Werkstück
bringbar sind. Erfindungsgemäß wird die gemeinsame
Achse für kurzhubige und langhubige Oszillationsbewegungen
zusätzlich auch für eine Schwenkbewegung, die
dem Werkzeugwechsel dient, genutzt. Damit erfüllt der Schwenkantrieb
eine doppelte Funktion. Er erzeugt nicht nur die langhubigen Oszillationsbewegungen
für die Finishbearbeitung, sondern bewirkt auch eine Schwenkbewegung
zum Zwecke des Werkzeugwechsels. Die Steinhalter sind zweckmäßig
an dem Werkzeugträger linear beweglich geführt
und jeweils von einer Druckeinrichtung, welche die Anpresskraft
des Finishwerkzeuges an der zu bearbeiten Werkstückfläche erzeugt,
beaufschlagt. Als Druckeinrichtung eignen sich Zylinder/Kolbenanordnungen.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen schematisch
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1 das
Funktionsprinzip bei der Finishbearbeitung von sphärisch
gekrümmten Flächen an einem rotationsymmetrischen
Werkstück,
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2 den
prinzipiellen Funktionsaufbau einer Vorrichtung zur Bearbeitung
solcher Flächen, im Längsschnitt,
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3 den
Schnitt A-A aus 2,
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4 die
Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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5 eine
perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung.
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Die 1 zeigt
sehr schematisch das erfindungsgemäß realisierte
Prinzip für die Finishbearbeitung von sphärisch
gekrümmten Flächen 1 an einem rotationssymmetrischen
Werkstück 2, beispielsweise einem Wälzlagerring
für ein zweireihiges Pendelrollenlager. Das Werkstück 2 weist
in der Schnittdarstellung kreisbogenförmige Werkstückflächen 1 auf,
die jeweils mit einem Finishstein als Finishwerkzeug 3 bearbeitet
werden. Das ringförmige Werkstück 2 ist an
einer Werkstückspindel 4 fixiert und wird bei
der Finishbearbeitung rotierend angetrieben. Das Finishwerkzeug 3 ist
an einem Werkzeugträger 5 fixiert, der kurzhubige
Ozillationsbewegungen 6 um eine Drehachse 7 ausführt.
Die kurzhubigen Oszillationsbewegungen 6, die auch als
Schnitthub bezeichnet werden, gewährleisten den Materialabtrag
an der Werkstückoberfläche. Überlagert
sind langhubige Oszillationsbewegungen 8 des Werkzeugträgers 5 um
dieselbe Drehachse 7. Hierbei handelt es sich um Pendelbewegungen
bei einem Schwenkwinkel α, der so bemessen ist, dass das
Finishwerkzeug 3 die gesamte zu bearbeitende Werkstückfläche 1 überstreicht. Die
langhubigen Oszillationsbewegungen 8 bzw. Pendelbewegungen
ermöglichen die vollständige Bearbeitung der bogenförmig
gekrümmten Werkstückfläche 1.
Nach einer Bearbeitung kann der Werkzeugträger 5 wieder
um dieselbe Drehachse 7 um 180° gedreht werden
und der beschriebene Bearbeitungsvorgang mit einem anderen Finishstein 3', der
für das Fertigfinishen ausgelegt ist, wiederholt werden.
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Eine
Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Finishverfahrens
wird im Folgenden anhand der 2 bis 5 näher
erläutert. Die 2 und 3 zeigen
den prinzipiellen Aufbau der Vorrichtung. Hierzu gehören
ein Gehäuse 9, in dem eine Hohlwelle 10 drehbar
gelagert ist, eine Oszillationswelle 11, die in der Hohlwelle 10 drehbar
gelagert und an einem Ende mit einem Werkzeugträger 5 verbunden
ist, ein Oszillationsantrieb 12, der die Oszillationswelle 11 in
kurzhubige Oszillationsbewegungen versetzt, und ein auf die Hohlwelle 10 wirkender Schwenkantrieb 13,
der langhubige Oszillationsbewegungen der Hohlwelle 10 erzeugt.
Als Schwenkantrieb 13 ist ein NC-gesteuerter Servomotor
vorgesehen, der vom Schnitthub unabhängige langhubige Oszillationsbewegungen
der Hohlwelle 10 bewirkt.
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Der
Oszillationsantrieb 12 ist auf einem mit der Hohlwelle 10 verbundenen
Träger 14 angeordnet und wird bei einer Drehbewegung
der Hohlwelle 10 mit dieser zusammen verschwenkt. Er weist
eine Verstelleinrichtung 15 auf, mit der der Hub der kurzhubigen
Oszillationsbewegungen verstellbar ist und ist im Ausführungsbeispiel
als Exzenterantrieb ausgebildet. Der Oszillationsantrieb 12 weist
einen Drehantrieb 16, eine von dem Drehantrieb 16 angetriebene Welle
mit einer verstellbaren Exzenteranordnung 18 sowie einen
mit der Exzenteranordnung 18 zusammenwirkenden Hebel 19 auf.
Der Hebel 19 ist an die Oszillationswelle 11 angeschlossen
und versetzt die Oszillationswelle in kurzhubige Oszillationsbewegungen,
deren Winkel von dem Hub der Exzenteranordnung 18 abhängig
ist. Lediglich schematisch wurde in den 2 und 3 angedeutet,
dass die Exzenteranordnung 18 eine Exzenterwelle 20 und
eine die Exzenterwelle 20 umgebende Hülse 21 aufweist.
Die Hülse 21 ist auf einem Wellenabschnitt der
Exzenterwelle 20 angeordnet, und weist eine ringförmige
Innenfläche 23 auf, die zur Rotationsachse 22 exzentrisch
versetzt ist. Durch Verdrehen der Exzenterwelle 20 kann
die Zuordnung der Teile 20, 21 so angeordnet werden,
dass sich die Exzentrizität der beiden Teile addiert oder
gegenseitig aufhebt. Auf diese Weise ist eine stufenlose Verstellung
des Exzenterhubes zwischen einem Minimal- und Maximalwert möglich. An
der Hülse 21 sowie an der Exzenterwelle 20 können
Skalierungen zur Einstellung des Exzenterhubes vorgesehen sein.
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Der
Schwenkantrieb 13, der langhubige Oszillationsbewegungen
der Hohlwelle 10 erzeugt, weist einen NC-gesteuerten Servomotor
auf. Bevorzugt sind hochdynamische Servoantriebe. Im Ausführungsbeispiel
wird die Hohlwelle 10 über einen Riemen von einem
Harmonicdrive-Getriebe mit integriertem NC-Antrieb angetrieben.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht
unterschiedliche Bearbeitungsvarianten. Eine Bearbeitungsvariante
ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkantrieb 13 gleichförmige
Oszillationsbewegungen der Hohlwelle 10 erzeugt und der Schwenkwinkel α für
die langhubigen Oszillationsbewegungen durch eine dem Servomotor
zugeordnete Steuerung an die zu bearbeitende Werkstückfläche 1 so
angepasst ist, dass mit jeder Schwenkbewegung ein an dem Werkzeugträger
gehaltener Finishstein 3 die gesamte zu bearbeitende Werkstückfläche 1 überstreicht.
Es erfolgt eine Überlagerung von Kurzhuboszillationsbewegungen 6 und
Langhuboszillationsbewegungen 8, wie dies anhand der 1 prinzipiell
erläutert wurde. Des Weiteren ist eine Betriebsweise möglich,
bei der der Schwenkantrieb 13 um eine Referenzlage langhubige
Oszillationsbewegungen erzeugt, deren Schwenkwinkel nicht ausreicht, um
die Werkstückfläche 1 mit dieser Schwenkbewegung
zu bearbeiten. Durch eine dem Servomotor zugeordnete Steuerung wird
die Hohlwelle 10 schrittweise nach einer oder nach mehreren
langhubigen Oszillationsbewegungen in jeweils eine neue Referenzlage
weiter gedreht, bis der an dem Werkzeugträger 5 gehaltene
Finishstein 3 die zu bearbeitende Werkstückfläche
vollständig erfasst hat. Es versteht sich, dass dieser
Vorgang vielfach wiederholt werden kann. Es liegen drei sich überlagernde
Bewegungen vor, nämlich kurzhubige Oszillationsbewegungen,
die durch den Oszillationsantrieb 12 erzeugt werden, eine
langhubige Oszillationsbewegung, die von dem Schwenkantrieb 13 erzeugt
wird, sowie eine schrittweise Weiterdrehung der Hohlwelle über
einen größeren Winkelbereich, die ebenfalls von
dem Schwenkantrieb 13 bewirkt wird. Schließlich
ermöglicht es die erfindungsgemäße Vorrichtung
auch, Werkstückflächen nur durch Kurzhuboszillationsbewegungen
zu bearbeiten und den auf die Hohlwelle 10 wirkenden Schwenkantrieb 13 zu
nutzen, um bestimmte Anstellwinkel des Finishwerkzeuges 3 zu realisieren.
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Den 4 und 5 entnimmt
man, dass an dem Werkzeugträger 5 mindestens zwei
Steinhalter 24 mit jeweils einem Finishstein bzw. Finishwerkzeug 3, 3' angeordnet
sind, die durch eine mit dem Schwenkantrieb 13 bewirkte
Drehbewegung der Hohlwelle 10 in eine Bearbeitungsposition
an dem zu bearbeitenden Werkstück 2 bringbar sind.
Nachdem eine Werkstückfläche 1 bearbeitet
worden ist, kann der Werkzeugträger 5 verschwenkt
und die Werkstückfläche 1 mit einem anderen
Finishstein 3' in der beschriebenen Weise nachbearbeitet
werden. Auch die Schwenkbewegung zum Zwecke des Werkzeugwechsels
wird durch den auf die Hohlwelle 10 wirkenden Schwenkantrieb 13 bewirkt.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es daher
möglich, ein Werkstück 2 unter Beibehaltung
seiner Aufspannung nacheinander mit zwei oder mehreren unterschiedlichen
Finishsteinen zu bearbeiten.
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Gemäß der
Darstellung in 4 sind die Steinhalter 24 an
dem Werkzeugträger 5 beispielsweise in Schwalbenschwanzführungen 25 linear
beweglich geführt und werden jeweils von einer Druckeinrichtung 26,
welche die Anpresskraft des Finishwerkzeuges 3, 3' an
der zu bearbeitenden Werkstückfläche 1 erzeugt,
beaufschlagt. Im Ausführungsbeispiel besteht die Druckeinrichtung 26 aus
einer Zylinder/Kolbenanordnung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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