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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur mechanischen Finishbearbeitung von Umfangsflächen an rotationssymmetrischen Werkstücken, insbesondere Wälzlagerringen. Das Finishen ist ein zusätzlicher Bearbeitungsschritt zur Verbesserung der Rauigkeit 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.
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Aus
JP 2004025375 A ist eine Vorrichtung zur mechanischen Finishbearbeitung von sphärischen Flächen bekannt. Zum grundsätzlichen Aufbau dieser Vorrichtung gehören ein Gehäuse, in dem eine Hohlwelle drehbar gelagert ist, eine Oszillationswelle, die in der Hohlwelle drehbar gelagert und an einem Ende mit einem Werkzeugträger verbunden ist, ein Oszillationsantrieb, der die Oszillationswelle in kurzhubige Oszillationsbewegungen versetzt, sowie ein auf die Hohlwelle wirkender Stellantrieb, zum Drehen der Hohlwelle. Der Oszilllationsantrieb ist auf einem mit der Hohlwelle verbundenen Träger angeordnet, so dass sich kurzhubige Oszillationsbewegungen der Oszillationswellen und Drehbewegungen 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 reversierende Drehbewegungen der Hohlwelle mechanisch gekuppelt. Wenn sich die Werkstückgeometrie des zu bearbeitenden Werkstückes oder das Material des Werkstückes ändert, sind notwendige Anpassungen der Oszillationsbewegungen und der überlagerten Drehbewegungen nicht ohne weiteres möglich und erfordern zumindest aufwendige Einstellarbeiten. Ferner können mit der bekannten Vorrichtung keine zylindrischen Flächen bearbeitet werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur universellen Finishbearbeitung von sowohl zylindrischen Flächen als auch sphärisch gekrümmten Flächen an ringförmigen Werkstücken 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 bearbeitenden Werkstückflächen bewegt wird, soll variabel festlegbar sein.
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Gegenstand der Erfindung und Lösung dieser Aufgabe ist eine Vorrichtung der mechanischen Finishbearbeitung von Umfangsflächen an rotationssymmetrischen Werkstücken, mit
einem Gehäuse,
einem Rotationsantrieb,
einer Schlittenanordnung, die einen Schlitten sowie eine Schlittenführung zur Linearführung des Schlittens aufweist,
einem mechanischen Wandler, der Rotationsbewegungen einer Abtriebswelle des Rotationsantriebs in Oszillationsbewegungen des Schlittens wandelt, und
einem Werkzeugträger zum Anschluss mindestens eines Steinhalters für einen Finishstein,
wobei der Schlitten unmittelbar oder unter Zwischenschaltung eines Oszillationswandlers, der Oszillationsbewegungen des Schlittens in reversierende Drehbewegungen wandelt, an dem Werkzeugträger befestigbar ist und wobei die Schlittenführung an eine Hohlwelle angeschlossen ist, die im Gehäuse drehbar gelagert und an einen Stellantrieb angeschlossen ist.
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Der mechanische Wandler weist vorzugsweise eine Anordnung aus zwei ineinander gesetzten Exzenterhülsen auf, die jeweils eine zur Hülsenachse exzentrisch angeordnete Bohrung aufweisen. Die äußere Exzenterhülse ist innerhalb der Hohlwelle drehbar gelagert. Innerhalb der inneren Exzenterhülse ist ein Schaft drehbar gelagert, der mittels eines Kreuzgelenkes, welches Versatzbewegungen des Schlittens quer zur Bewegungsrichtung des Schlittens zulässt, mit dem Schlitten verbunden ist. Die Exzenterhülsen lassen sich durch eine Drehbewegung zueinander verstellen und über eine Feststelleinrichtung, beispielsweise eine Funktionsmutter, fest miteinander verspannen. Durch Verdrehung der Exzenterhülsen zueinander kann die exzentrische Bewegung des innerhalb der Exzenterhülse drehbar gelagerten Schaftes stufenlos verändert werden. Durch Skalierung an den Exzenterhülsen können präzise Einstellungen des Exzenterhubes und damit des Oszillationshubes des Schlittens vorgenommen werden.
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Der in der inneren Exzenterhülse drehbar gelagerte Schaft weist einen Gabelkopf auf, in dem ein Bolzen angeordnet ist. Der Schlitten weist vorzugsweise ein Anschlussstück mit einer den Bolzen umgebenden Kugelbuchse auf. Ferner ist der Schlitten zweckmäßig an zwei Stangen geführt und weist ebenfalls Kugelbuchsen zur Führung an den Stangen auf.
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Dem Stellantrieb ist üblicherweise eine Steuerung zugeordnet, welche den Oszillationsbewegungen des Werkzeugträgers eine Drehbewegung der Hohlwelle überlagert. Ferner können an dem Werkzeugträger mindestens zwei Steinhalter mit jeweils einem Finishstein angeordnet sein, die wechselweise durch eine mit dem Stellantrieb bewirkte Drehbewegung der Hohlwelle in eine Bearbeitungsposition an einem zu bearbeitenden Werkstück bewegbar sind.
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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 hohen Oszillationsfrequenzen, was sich sowohl auf die Schnittleistung als auch auf die Werkstückqualität positiv auswirkt. Der Schnitthub ist variabel an die jeweilige Finishaufgabe anpassbar.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung erzeugt abtriebsseitig oszillierende Linearbewegungen des Schlittens. Mittels eines Finishsteins, der in einem Steinhalter an dem Werkzeugträger befestigt ist, können Zylinderflächen bearbeitet werden. Das zu bearbeitende Werkstück wird in eine Drehvorrichtung gespannt und während der Finishbearbeitung in Rotation versetzt. Bei einer Bearbeitung von Zylinderflächen sind die Werkstückachse und die Bewegungsrichtung des Schlittens der erfindungsgemäßen Vorrichtung parallel ausgerichtet. Zur Bearbeitung von kegelförmigen Außenflächen oder konischen Innenflächen an Lagerringen, z. B. für Kegelrollenlager kann durch Drehverstellung der Hohlwelle die Ausrichtung der Schlittenführung relativ zur Rotationsachse des Werkstücks verändert und an den Winkel der zu bearbeitenden Werkstückfläche so angepasst werden, dass der Finishstein immer parallel zu der zu bearbeitenden Fläche bewegbar ist.
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Durch Einbau eines Oszillationswandlers, der zwischen dem Werkzeugträger und dem Schlitten angeordnet wird und die Oszillationsbewegung des Schlittens in reversierende Drehbewegungen wandelt, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch zur Finishbearbeitung von sphärischen Flächen an ringförmigen Werkstücken genutzt werden. Durch eine Überlagerung von Kurzhub-Oszillationsbewegungen, die den Schnitthub definieren, und langhubigen Reversierbewegungen der Hohlwelle können auch schwach gekrümmte sphärische Flächen mit hoher Präzision bearbeitet werden.
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Der Oszillationswandler, der Oszillationsbewegungen des Linearschlittens in reversierende Drehbewegungen wandelt, bildet eine austauschbare Einheit und weist ein an der Schlittenführung befestigbares Gehäuse mit einer darin drehbar gelagerten Oszillationswelle auf. Die Oszillationswelle weist einen zur Wellenachse der Oszillationswelle versetzt angeordneten Zapfen auf, der mit Kulissenflächen an dem Schlitten zusammenwirkt. Die Kulissenflächen übertragen in Bewegungsrichtung des Schlittens eine Bewegung auf den Zapfen und lassen eine Bewegung des Zapfens quer zur Bewegungsrichtung des Schlittens zu. Um eine möglichst spielfreie Bewegungsübertragung zu realisieren, sind auf dem Zapfen vorzugsweise zwei Wälzlager angeordnet und sind an dem Schlitten zwei Anschlagelemente befestigt, die mit einem Axialversatz gegenüberliegend beidseits des Zapfens angeordnet sind und eine Kulissenfläche aufweisen, die jeweils an einem der beiden Wälzlager anliegen. Es versteht sich, dass die Position der Anschlagelemente zwecks Spielbeseitigung einstell- bzw. justierbar ist.
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Die gesamte Vorrichtung kann an eine Stelleinrichtung, z. B. an einen Werkzeugschlitten, angeschlossen werden, mit der die Vorrichtung zwischen einer Arbeitsposition und einer zweiten Position, an der der Finishstein von der Werkstückfläche beabstandet ist, bewegbar ist.
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Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur universellen mechanischen Finishbearbeitung von zylindrischen und sphärischen Flächen an Wälzlagerringen für Zylinderrollenlager, Kegelrollenlager, ein- und zweireihige Pendelrollenlager und Kugellager.
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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 eine Anordnung mit einer Vorrichtung zur Finishbearbeitung und einem auf einem rotierenden Werkstückträger aufgespannten ringförmigen Werkstück,
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2 einen Längsschnitt durch die in 1 dargestellte Vorrichtung zur Finishbearbeitung,
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3 die in 2 dargestellte Vorrichtung mit einem zusätzlich eingebauten Oszillationswandler, ebenfalls im Längsschnitt,
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4 einen Ausschnitt aus 3,
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5 den Schnitt A-A aus 3,
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6a bis 6d verschiedene Anwendungsbeispiele für die Vorrichtung.
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Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung 1 ermöglicht eine mechanische Finishbearbeitung von Umfangsflächen an rotationssymmetrischen Werkstücken 2, insbesondere Wälzlagerringen. Die zu bearbeitenden Werkstücke 2 sind auf einem rotierend angetriebenen Werkstückträger 3 aufgespannt und durch Andruckelemente 4 zentriert (1).
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Zum grundsätzlichen Aufbau der Vorrichtung 1 gehören ein Gehäuse 5, ein Rotationsantrieb 6, eine Schlittenanordnung 7, die einen Schlitten 8 sowie eine Schlittenführung 9 zur Linearführung des Schlittens aufweist, sowie einen Werkzeugträger 10 zum Anschluss mindestens eines Steinhalters 11 für einen Finishstein 12. Der Schlitten 8 ist unmittelbar (2) oder unter Zwischenschaltung eines Oszillationswandlers 13 (3), der lineare Oszillationsbewegungen des Schlittens 8 in reversierende Drehbewegungen wandelt, an dem Werkzeugträger 10 befestigt.
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Den Schnittdarstellungen in 2 und 3 entnimmt man, dass zwischen der Schlittenanordnung 7 und dem Rotationsantrieb 6 ein mechanischer Wandler 14 vorgesehen ist, der Rotationsbewegungen einer Abtriebswelle 15 des Rotationsantriebes 6 in Oszillationsbewegungen des Schlittens 8 wandelt. Ferner erkennt man, dass die Schlittenführung 9 an eine Hohlwelle 16 angeschlossen ist, die im Gehäuse 5 drehbar gelagert und an einen Stellantrieb 17 angeschlossen ist.
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Die Vorrichtung 1 erzeugt abtriebsseitig oszillierende Linearbewegungen des Schlittens 8. Zur Finishbearbeitung von zylindrischen Flächen sind die Werkstückachse 18 des ringförmigen Werkstückes 2 und die Bewegungsrichtung des Schlittens 8 parallel ausgerichtet. Zur Bearbeitung von kegelförmigen Außenflächen oder konischen Innenflächen an Lagerringen kann durch Drehverstellung der Hohlwelle 16 die Ausrichtung der Schlittenführung 9 relativ zur Werkstückachse 18 des Werkstücks 2 verändert und an den Winkel der zu bearbeitenden Werkstückfläche so angepasst werden, dass der Finishstein 12 immer parallel zu der zu bearbeitenden Fläche bewegbar ist. Durch einen Einbau des Oszillationswandlers 13, der zwischen dem Werkzeugträger 10 und dem Schlitten 8 angeordnet wird und die linearen Oszillationsbewegungen des Schlittens 8 in reversierende Drehbewegungen wandelt, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ferner zur Finishbearbeitung von sphärischen Flächen an ringförmigen Werkstücken 2 genutzt werden. Durch eine Überlagerung von Oszillationsbewegungen des Schlittens 8, die den Schnitthub definieren, und langhubigen Reversierbewegungen der Hohlwelle 16 können auch schwach gekrümmte sphärische Flächen präzise bearbeitet werden.
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Der mechanische Wandler 14 zwischen dem Rotationsantrieb 6 und dem Werkzeugträger 10, welcher die Rotationsbewegungen der Abtriebswelle 15 in Oszillationsbewegungen des Schlittens 8 wandelt, besteht in seinem grundsätzlichen Aufbau aus einer Anordnung aus zwei ineinander gesetzten Exzenterhülsen 19, 20, die jeweils eine zur Hülsenachse exzentrisch angeordnete Bohrung aufweisen. Die äußere Exzenterhülse 20 ist innerhalb der Hohlwelle 16 drehbar gelagert. Innerhalb der inneren Exzenterhülse 19 ist ein Schaft 21 drehbar angeordnet, der mittels eines Kreuzgelenkes 22 mit dem Schlitten 8 verbunden ist. Das Kreuzgelenk 22 lässt Versatzbewegungen des Schlittens 8 quer zur Bewegungsrichtung des Schlittens 8 zu. Die Exzenterhülsen 19, 20 lassen sich durch eine Drehbewegung zueinander verstellen und über eine Feststelleinrichtung 23 fest miteinander verspannen. Durch Verdrehung der Exzenterhülsen 19, 20 zueinander kann die exzentrische Bewegung des innerhalb der Exzenterhülse 19 drehbar gelagerten Schaftes 21 stufenlos verändert werden. Durch Skalierung an den Exzenterhülsen 19, 20 können präzise Einstellungen des Exzenterhubes und damit des Oszillationshubes des Schlittens 8 vorgenommen werden.
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Der Schaft 21 weist einen Gabelkopf 24 auf, in dem ein Bolzen 25 angeordnet ist. Der Schlitten 8 weist ein Anschlussstück 26 mit einer den Bolzen 25 umgebenden Kugelbuchse 27 auf. Die Kugelbuchsenführung ermöglicht eine im Wesentlichen spielfreie und reibungsarme Bewegungsübertragung. Der Schlitten 8 ist an zwei parallelen Stangen 38 ebenfalls unter Zwischenschaltung von Kugelbuchsen 27 geführt.
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Der Darstellung in 1 ist zu entnehmen, dass an dem Werkzeugträger 3 zwei Steinhalter 11 mit jeweils einem Finishstein 12 angeordnet sein können, die durch eine mit dem Stellantrieb 17 bewirkte Drehbewegung der Hohlwelle 16 wechselweise in eine Bearbeitungsposition an einem zu bearbeitenden Werkstück bewegbar sind.
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Zwischen dem Werkzeugträger 10 und der Schlittenführung 9 kann ein Oszillationswandler 13 eingesetzt werden, der die Oszillationsbewegungen des Linearschlittens in reversierende Drehbewegungen umsetzt. Die diesen Oszillationswandler 13 umfassende Anordnung ist in 3 dargestellt. Der Oszillationswandler 13 bildet eine austauschbare Einheit, die ein an der Schlittenführung 9 befestigbares Gehäuse 28 mit einer darin drehbar gelagerten Oszillationswelle 29 aufweist. Die Oszillationswelle 29 weist einen zur Wellenachse der Oszillationswelle versetzt angeordneten Zapfen 30 auf, der mit Kulissenflächen 31 an dem Schlitten 8 zusammenwirkt.
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Die in den 4 und 5 in vergrößerter Darstellung dargestellte Anordnung ermöglicht eine spielfreie Übertragung der reversierenden Bewegungen des Schlittens 8 auf den Zapfen 30. An dem Schlitten 8 sind zwei Anschlagelemente 32 befestigt, die beidseits des Zapfens 30 mit einem axialen Versatz gegenüberliegend angeordnet sind. Sie weisen jeweils eine ebene Kulissenfläche 31 auf, die an einem auf dem Zapfen angeordneten Wälzlager 33 anliegt. Auf dem Zapfen sind zwei Wälzlager 33 angeordnet, wobei jedem Wälzlager 33 ein Anschlagelement 32 zugeordnet ist. Dadurch ist eine spielfreie Bewegungsübertragung in Bewegungsrichtung des Schlittens 8 möglich, während die Wälzlager 33 in Querrichtung dazu abrollen und dadurch eine reibungsfreie Zapfenbewegung quer zur Bewegungsrichtung des Schlittens 8 zulassen (5).
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Die beschriebene Vorrichtung kann zur universellen mechanischen Finishbearbeitung sowohl von zylindrischen als auch sphärischen Flächen an Wälzlagerringen für Zylinderrollenlager, Kegelrollenlager, ein- und zweireihige Pendelrollenlager sowie Kugellager verwendet werden. Die 6a bis 6f zeigen verschiedene Anwendungsmöglichkeiten. Die beschriebene Vorrichtung 1 ist an einen nur schematisch angedeuteten Werkzeugschlitten 34, der Stellbewegungen in zwei Achsen x, y ermöglicht, angeschlossen. Das zu bearbeitende Werkstück 2 ist auf einem Werkstückträger 3 aufgespannt und wird während der mechanischen Bearbeitung rotierend angetrieben. Die 6a und 6b zeigen die Bearbeitung von zylindrischen Umfangsflächen an Lagerringen 35, 35' für Zylinderrollenlager. Der Werkzeugträger 10 der Vorrichtung 1 ist unmittelbar an den oszillierend angetriebenen Schlitten angeschlossen und führt Kurzhuboszillationsbewegungen, die den Schnitthub definieren, aus. Durch überlagerte Stellbewegungen des Werkzeugschlittens 34 wird der Finishstein 12 in Achsrichtung des Werkstückes an der zu bearbeitenden Zylinderfläche entlang bewegt.
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Zur Bearbeitung von kegelförmigen Außenflächen an Lagerringen 36 für Kegelrollenlager (6c) wird die Ausrichtung der Schlittenführung 9 durch Drehverstellung der Hohlwelle 16 der Vorrichtung 1 relativ zur Werkstückachse 18 verändert und an den Winkel der zu bearbeitenden Werkstückfläche so angepasst, dass der Finishstein 12 immer parallel zu der zu bearbeitenden Fläche bewegbar ist.
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In 6d ist die Bearbeitung sphärischer Laufbahnen, z. B. an einem Wälzlagerring 37 für ein zweireihiges Pendelrollenlager, dargestellt. Die Vorrichtung 1 wird entsprechend der Anordnung in 3, d. h. mit eingebautem Oszillationswandler 13, eingesetzt. Der Oszillationswandler 13 formt die Oszillationsbewegung des oszillierend angetriebenen Schlittens 8 in reversierende Drehbewegungen des Werkzeugträgers 10 um. Der Finishstein 12 führt kurzhubige Schwenkbewegungen aus. Den kurzhubigen Oszillationsbewegungen werden langhubige Schwenkbewegungen überlagert, die durch eine NC-gesteuerte Drehbewegung der Hohlwelle 16 erzeugt werden.
