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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur mechanischen Finishbearbeitung
von Laufflächen an Wälzlagerringen, insbesondere
zur Bearbeitung von Laufflächen an Zylinderrollen- und
Kegelrollenlagern. Das Finishen ist ein zusätzlicher Bearbeitungsschritt zur
Verbesserung der Rauhigkeit und Maßgenauigkeit von bearbeiteten
Oberflächen. Beim Finishen erfolgt in der Regel ein Spanabtrag
von wenigen Mikrometern. Bei der Finishbearbeitung wird das zu bearbeitende
Werkstück rotierend angetrieben. Die Bearbeitung erfolgt
mittels eines Finishsteins, der bei der Bearbeitung oszillierende
Bewegungen ausführt. Der Oszillationsweg sowie die Oszillationsfrequenz
haben Einfluss auf das Finishergebnis.
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Eine
Vorrichtung zur Finishbearbeitung von Wälzlagerringen ist
aus
EP 0 936 028 B1 bekannt. Die
bekannte Vorrichtung weist zwei linear in X-, Y-Richtung verstellbare
Schlitten sowie eine auf einem der Schlitten angeordnete Schwenkeinrichtung mit
einem Steinhalter für einen Finishstein auf. Die Stellbewegungen
in X-, Y-Richtung sowie die Schwenkbewegungen des Steinhalters sind
in Abhängigkeit des zu bearbeitenden Werkstückprofils steuerbar.
Durch Steuerung der Schlittenbewegungen in X-, Y-Richtung sowie
der Schwenkeinrichtung ist der Finishstein über die zu
bearbeitende Werkstückfläche bewegbar und folgt
dabei der Kontur der Werkstückoberfläche. Mit
der bekannten Vorrichtung können die Laufflächen
an Lagerringen von Pendelrollenlagern, Zylinderrollenlagern und
Kegelrollenlagern bearbeitet werden. Die in X- und Y-Richtung zu bewegenden
Massen der Schlittenanordnung sind jedoch groß, so dass
nur verhältnismäßig langsame hin- und
hergehende Stellbewegungen des Finishsteins realisiert werden können.
Hohe Oszillationsfrequenzen, die sich vorteilhaft auf das Finishergebnis
auswirken, sind nicht möglich. Ferner müssen als Schlittenantriebe
aufwendige Linearantriebe eingesetzt werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur universellen
Finishbearbeitung von Lagerringen für Zylinderrollen- und
Kegelrollenlager anzugeben, die konstruktiv einfach aufgebaut ist
und sich dadurch auszeichnet, dass die für eine Oszillationsbewegung
eines Finishsteins zu bewegenden Massen klein sind. Der Oszillationsweg
sowie die Oszillationsfrequenz, mit der der Finishstein über
die zu bearbeitende Werkstückfläche bewegt wird,
sollen variabel festlegbar sein.
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Gegenstand
der Erfindung und Lösung dieser Aufgabe ist eine Vorrichtung
zur mechanischen Finishbearbeitung von Laufflächen an Wälzlagerringen
mit
einem Träger,
einer Schlittenanordnung, die
einen Schlitten sowie eine Schlittenführung zur Linearführung
des Schlittens aufweist,
einem an dem Träger befestigten
Exzenterantrieb zur Erzeugung von Oszillationsbewegungen des Schlittens,
einem
an dem Schlitten befestigten Werkzeugträger und
einem
an den Werkzeugträger angeschlossenen Steinhalter mit einem
Finishstein,
wobei der Exzenterantrieb einen NC-gesteuerten Servoantrieb
aufweist, dessen Abtriebswelle Reversierbewegungen mit frei programmierbarem Schwenkwinkel
ausführt, wobei die Schlittenführung an einer
Drehplatte angeordnet ist, die um eine zur Abtriebswelle koaxiale
Achse verdrehbar am Träger befestigt ist, und wobei der
Werkzeugträger eine Stelleinrichtung zur Linearverstellung
des Steinhalters quer zur Bewegungsrichtung des Schlittens aufweist.
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Das
zu bearbeitende Werkstück wird an einer Werkstückspindel
gespannt und während der Finishbearbeitung in Rotation
versetzt. Bei der Bearbeitung von Zylinderflächen sind
die Spindelachse der Werkzeugspindel und die Bewegungsrichtung des
Schlittens der erfindungsgemäßen Vorrichtung parallel
ausgerichtet. Zur Bearbeitung von kegelförmigen Außenflächen
oder konischen Innenflächen an Lagerringen für
Kegelrollenlager wird durch Verstellung des Drehtellers die Ausrichtung
der Schlittenführung relativ zur Rotationsachse des Werkstückes
verändert und an den Winkel der zu bearbeitenden Werkstückfläche
so angepasst, dass der Finishstein immer parallel zu der zu bearbeitenden
Fläche bewegbar ist. Der Exzenterantrieb zur Erzeugung von
Oszillationsbewegungen des Schlittens weist einen hochdynamischen
Servoantrieb auf, der reversierende Drehbewegungen ausführt.
Bevorzugt ist die Verwendung eines AC-Servomotors. Der Schwenkwinkel
des Servoantriebs ist frei programmierbar. Da die Abtriebswelle
des Servomotors durch eine Exzenteranordnung auf den Schlitten wirkt, ändert
sich mit dem Schwenkwinkel ihrer Reversierbewegungen zugleich auch
der Linearhub des Schlittens. Der Linearhub des Schlittens und der
Schwenkwinkel der Abtriebswelle stehen in einem festen Verhältnis
zueinander. Durch die Motordrehzahl des Servoantriebs ist ferner
die Oszillationsfrequenz des Linearhubs veränderbar. Sowohl
der Schwenkwinkel für die Reversierbewegungen der Abtriebswelle
als auch die Motordrehzahl des Servoantriebs können während
einer Finishbearbeitung laufend verändert werden, um das
Finishen zu beeinflussen. Durch eine entsprechende Steuerung des
Servomotors sind Oszillationsbewegungen mit kurzem Hub oder langem
Hub sowie auch mit unterschiedlichen Frequenzen erzeugbar. Ferner
können Oszillationsbewegungen mit langem Hub und Oszillationsbewegungen
mit kurzem Hub überlagert werden.
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Die
Exzenteranordnung, die für die Bewegungsübertragung
der Abtriebswelle auf den Schlitten der Schlittenanordnung notwendig
ist, kann unterschiedlich konstruktiv ausgebildet sein. Gemäß einer
bevorzugten Ausführung ist an die Abtriebswelle des Servoantriebs
ein Anschlussstück angeschlossen, welches einen zur Wellenachse
der Abtriebswelle versetzt angeordneten Zapfen aufweist. Der Zapfen
wirkt mit Kulissenflächen an dem Schlitten zusammen, welche
eine in Bewegungsrichtung des Schlittens wirkende Komponente der
Zapfenbewegung auf den Schlitten übertragen und eine Zapfenbewegung
quer zur Bewegungsrichtung des Schlittens zulassen. Um eine möglichst
spielfreie Bewegungsübertragung zu realisieren, sind vorzugsweise an
dem Schlitten zwei Anschlagelemente befestigt, die beidseits des
Zapfens mit einem Höhenversatz gegenüberliegend
angeordnet sind und eine ebene Kulissenfläche aufweist,
die an jeweils einem auf dem Zapfen angeordneten Wälzlager
anliegt. Auf dem Zapfen sind zwei Wälzlager hintereinander
angeordnet, wobei jedem Wälzlager eines der Anschlagelemente
zugeordnet ist. Es versteht sich, dass die Position der Anschlagelemente
zwecks Spielbeseitigung einstell- bzw. justierbar ist.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung ist modular aufgebaut
und kann mit wenigen Handgriffen so umgerüstet werden,
dass die Vorrichtung unter Nutzung des Servoantriebs auch zur Finishbearbeitung von
Wälzlagerringen für Kugellager verwendet werden
kann. Die Drehplatte, die Schlittenanordnung sowie das Anschlussstück
zur Übertragung der Oszillationsbewegungen der Abtriebswelle
bilden eine auswechselbare Baugruppe. Nach Ausbau dieser Baugruppe
ist der Werkzeugträger unmittelbar oder mittels eines Adapters
mittelbar an die Abtriebswelle des Servoantriebs anschließbar.
Die reversierende Bewegungen des Motors übertragen sich
als Schwenkbewegungen auf den Steinhalter, so dass die Vorrichtung
auch zur Finishbearbeitung von sphärisch gekrümmten
Flächen verwendet werden kann. Anwender, welche die erfindungsgemäße
Vorrichtung zunächst zur Bearbeitung von Wälzlagerringen
für Kugellager einsetzen wollen, können die Vorrichtung nachträglich
durch Einbau der beschriebenen Baugruppe auch zur Bearbeitung von
Zylinderrollenlagern und Kegelrollenlagern nutzen.
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Die
gesamte Vorrichtung kann an eine Stelleinrichtung, z. B. an einen
Schlitten, angeschlossen werden, mit der die Vorrichtung zwischen
einer Arbeitsposition und einer zweiten Position, in der der Finishstein
von der Werkstückfläche beabstandet ist, bewegbar
ist. Wenn die Vorrichtung die zweite Position einnimmt, ist ein
problemloser Werkstückwechsel möglich. Vorzugsweise
ist der Träger daher mittels einer Klemmeinrichtung an
Schubstangen befestigt, die mit einem vorgegebenen Stellweg zwischen zwei
Position verschiebbar sind.
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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 die
Längsansicht einer Vorrichtung zur Bearbeitung von Laufflächen
an Lagerringen für Zylinderrollen- und Kegelrollenlager,
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2 den
Schnitt A-A aus 1,
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3 eine
perspektivische Darstellung der in 1 dargestellten
Vorrichtung,
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4 eine
aufgeschnittene perspektivische Darstellung der Vorrichtung,
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5 ein
Detail der in den Figuren dargestellten Vorrichtung im Schnitt,
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6a und 6b die
Bearbeitung von Lagerringen für ein Zylinderrollenlager
und für ein Kegelrollenlager unter Verwendung der Vorrichtung.
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Die
in den Figuren dargestellte Vorrichtung 1 dient zur mechanischen
Finishbearbeitung von Laufflächen an Wälzlagerringen
für Zylinderrollenlager und Kegelrollenlager. Die Vorrichtung 1 ist
einer Werkzeugspindel 2 zugeordnet, in der ein zu bearbeitendes
Werkstück 3 gespannt ist und während
der Finishbearbeitung rotierend um die Spindelachse 4 antreibbar
ist. Zum grundsätzlichen Aufbau der Vorrichtung 1 gehören
ein Träger 5, eine Schlittenanordnung 6,
die einen Schlitten 7 sowie eine Schlittenführung 8 zur
Linearführung des Schlittens 7 aufweist, ein Exzenterantrieb 9 zur
Erzeugung von Oszillationsbewegungen des Schlittens 7,
ein an dem Schlitten 7 befestigter Werkzeugträger 10 sowie
ein an den Werkzeugträger angeschlossener Steinhalter 11 mit
einem Finishstein 12. Der Werkzeugträger 10 weist eine
Stelleinrichtung 13 zur Linearverstellung des Steinhalters 11 quer
zur Bewegungsrichtung des Schlittens 7 auf. Während
der Finishbearbeitung liegt der Finishstein 12 mit einer
vorgegebenen Andruckkraft an der zu bearbeitenden Umfangsfläche
des rotierend angetriebenen Werkstücks 3 an.
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Bei
der Finishbearbeitung führt der Finishstein 12 Oszillationsbewegungen
aus, wobei der Oszillationsweg sowie die Oszillationsfrequenz veränderbar
sind. Dazu weist der Exzenterantrieb 9 einen NC-gesteuerten
Servoantrieb 14, z. einen AC-Servomotor, auf. Die Abtriebswelle 15 des
Servoantriebs 14 führt reversierende Drehbewegungen
aus, wobei der Schwenkwinkel α frei programmierbar ist.
Die reversierende Drehbewegung wird durch eine Exzenteranordnung 16 auf
den Schlitten 7 übertragen. Durch Verstellung
des Schwenkwinkels α ist der Hub des Schlittens 7 veränderbar.
Durch die Motordrehzahl des Servoantriebs 14 ist ferner
die Oszillationsfrequenz der von dem Finishstein 12 ausgeführten Oszillationsbewegung
steuerbar.
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Die
Schlittenführung 8 ist an einer Drehplatte 17 angeordnet,
die um eine zur Abtriebswelle 15 koaxiale Achse 18 verdrehbar
an dem Träger 5 befestigt ist. Zur Bearbeitung
von Lagerringen für Zylinderrollenlager sind die Rotationsachse 4 des
Werkstückes und Schlittenführung 8 parallel
zueinander ausgerichtet (6a). Zur
Bearbeitung von kegelförmigen oder konischen Flächen
an Lagerringen für Kegelrollenlager wird die Drehplatte 17 um
einen Winkel β verstellt, so dass die Schlittenführung 8 parallel
zu der zu bearbeitenden Kegel/Konusfläche ausgerichtet
ist (6b).
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Die
in 5 dargestellte Exzenteranordnung 16 ermöglicht
eine spielfreie Übertragung der reversierenden Bewegungen
der Abtriebswelle 15 auf die Bewegung des Schlittens 7.
An der Abtriebswelle 15 des Servoantriebs 14 ist
ein Anschlussstück 19 angeschlossen, welches einen
zur Wellenachse der Abtriebswelle 15 versetzt angeordneten
Zapfen 20 aufweist. Der Zapfen 20 wirkt mit Kulissenflächen 21 an dem
Schlitten 7 zusammen, welche eine in Bewegungsrichtung
des Schlittens 7 wirkende Komponente der Zapfenbewegung
auf den Schlitten 7 übertragen und eine Zapfenbewegung
quer zur Bewegungsrichtung des Schlittens 7 zulassen. Insbesondere
der Darstellung in 5 entnimmt man, dass an dem Schlitten 7 zwei
Anschlagelemente 22 befestigt sind, die beidseits des Zapfens 20 mit
einem Höhenversatz gegenüberliegend angeordnet
sind. Sie weisen jeweils eine ebene Kulissenfläche 21 auf,
die an einem auf dem Zapfen angeordneten Wälzlager 23, 23' anliegt.
Auf dem Zapfen 20 sind zwei Wälzlager 23, 23' angeordnet,
wobei jedem Wälzlager ein Anschlagelement 22 zugeordnet
ist. Dadurch ist eine spielfreie Bewegungsübertragung in
X-Richtung möglich, während die Wälzlager
in der Querrichtung Y an den Kulissenflächen 21 abrollen
und dadurch reibungsfrei eine Zapfenbewegung quer zur Bewegungsrichtung des
Schlittens 7 zulassen.
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Insbesondere
den Darstellungen in den 1 und 2 entnimmt
man, dass der Träger 5 mittels einer Klemmeinrichtung 24 an
Schubstangen 25 befestigt ist, die mit einem vorgegebenen
Stellweg zwischen zwei Positionen verschiebbar sind. In der in den
Figuren dargestellten Arbeitsposition liegt der Finishstein 12 an
dem zu bearbeitenden Werkstück 3 an. In einer
nicht dargestellten zweiten Position ist der Finishstein von der
bearbeiteten Werkstückfläche beabstandet, so dass
ein Werkstückwechsel möglich ist.
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Die
Drehplatte 17, die Schlittenanordnung 6 sowie
das Anschlussstück 19 zur Übertragung
von Reversierbewegungen der Abtriebswelle 15 bilden eine
auswechselbare Baugruppe. Nach Ausbau dieser Baugruppe ist der Werkzeugträger 10 unmittelbar oder
mittels eines Adapters an die Abtriebswelle 15 des Servoantriebs 14 anschließbar
und kann die Vorrichtung 1 auch zur Bearbeitung von sphärischen
Flächen, insbesondere zur Bearbeitung von Lagerringen für
Kugellager, genutzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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