DE102012015752A1

DE102012015752A1 - Verfahren zum Unrundschleifen eines Werkstücks, Schleifwalze und Schleifmaschine

Info

Publication number: DE102012015752A1
Application number: DE201210015752
Authority: DE
Inventors: Robert Ablinger; Alois Schmid
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2012-08-08
Filing date: 2012-08-08
Publication date: 2014-02-13

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Unrundschleifen eines Werkstücks (3), vorzugsweise einer Nockenscheibe für eine gebaute Nockenwelle einer Brennkraftmaschine, mit einer unrunden Schleifwalze (7), wobei das Werkstück (3) um eine erste Achse (A1), und die Schleifwalze (7) um eine zweite, parallel zu der ersten Achse (A1) orientierte Achse (A2) gedreht wird, und wobei das Werkstück (3) und die Schleifwalze (7) sich entlang eines Schleifpfades (13) berühren, vorgeschlagen. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das Werkstück (3) und die Schleifwalze (7) relativ zueinander in axialer Richtung verlagert werden, so dass der Schleifpfad (13) an einer Mantelfläche (15) der Schleifwalze (7) einer unrunden Schraubenlinie folgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Unrundschleifen eines Werkstücks gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Schleifwalze zum Unrundschleifen eines Werkstücks gemäß Oberbegriff des Anspruchs 7, sowie eine Schleifmaschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs 10.
Verfahren zum Unrundschleifen von Werkstücken sind bekannt. Insbesondere Nockenscheiben für eine gebaute Nockenwelle einer Brennkraftmaschine werden üblicherweise durch sogenanntes Pendelhubschleifen an der fertig gefügten Nockenwelle bearbeitet. Dabei spricht der Begriff „gebaute Nockenwelle” an, dass die Nockenwelle aus Einzelteilen zusammengesetzt ist, indem die einzelnen Nockenscheiben mit der Welle gefügt werden. Die Größe und somit auch die Kosten für eine Pendelhubschleifmaschine zur Unrundbearbeitung der Nockenscheiben werden ganz wesentlich von der Werkstückgröße, hier der Gesamtlänge der Nockenwelle, bestimmt. Insbesondere Nockenwellen für Lastkraftwagen werden im Bereich ihrer unrunden Außenkontur ausschließlich im Zusammenbau geschliffen. Dabei spricht der Begriff „unrund” an, dass der an einer Umfangsfläche des Werkstückes gemessene Radius entlang einer Umfangslinie, also in Umfangsrichtung gesehen, variiert. Dies ist bei den Nockenscheiben der Fall, weil diese an einer bestimmten Winkelposition einen Vorsprung, nämlich einen sogenannten Nocken aufweisen, um einen Ventilhub im Verbrennungsmotor zu steuern.
Beim Pendelhubschleifen führt ein Schleifschlitten eine exakt zu steuernde, pendelnde, in radialer Richtung ausgerichtete Linearbewegung aus. Auf diese Weise wird der Variation des Radius der Mantelfläche des Werkstücks – in Umfangsrichtung gesehen – Rechnung getragen. Nachteilig hierbei ist, dass mit dem Schleifschlitten periodisch mit einer Frequenz von bis zu ungefähr 10 Hz große Massen bewegt werden müssen. Diese können bis zu 1,5 Tonnen betragen. Aufgrund von deren Trägheit ist die Schleifleistung begrenzt. Es treten auch Maßungenauigkeiten durch die Regelung der Maschinenachsen auf, die sich jedoch über eine Steuerungssoftware zumindest teilweise kompensieren lassen. Allerdings verschleißt aufgrund der pendelnden Bewegung des Schleifschlittens ein Kugelgewindetrieb von dessen radialer Achse entsprechend stark. Hierdurch werden die Lebensdauer und die Wartungsintervalle der Schleifmaschine verkürzt. Aufgrund der fortwährend alternierenden Beschleunigungs- und Bremsphasen des Schleifschlitten-Antriebs ist der Schleifprozess relativ energieintensiv.
Aus der DE 28 10 562 A1 geht eine Schleifmaschine hervor, die eine unrunde Schleifscheibe aufweist. Dies bedeutet, dass ein Radius einer als Schleiffläche wirkenden Mantelfläche der Schleifscheibe – in Umfangsrichtung gesehen – variiert. Dabei ist die unrunde Geometrie der Schleifscheibe an die gewünschte unrunde oder exzentrisch runde Form des zu schleifenden Werkstücks angepasst. Dieses wird um eine erste Achse gedreht, während die Schleifscheibe um eine zweite, parallel zu der ersten Achse orientierte Achse gedreht wird. Dabei berühren sich das Werkstück und die Schleifscheibe entlang eines Schleifpfades, also eines Bereichs entlang der Mantelfläche der Schleifscheibe, an dem die Schleifwirkung stattfindet.
Bei dieser bekannten Schleifweise ist der Schleifpfad in sich geschlossen, er erstreckt sich also entlang einer geschlossenen Umfangslinie der Schleifscheibe, so dass das Werkstück auf dem Schleifpfad stets an seinen Ausgangspunkt zurückkehrt. Dies ist nachteilig, weil ein Drehzahlverhältnis zwischen der Werkstückdrehung und der Schleifscheibendrehung 1 oder ein ganzzahliges Vielfaches von 1 sein muss. Die abrasive Wirkung der Schleifscheibe ist jedoch am größten, wenn die Relativgeschwindigkeit zwischen der Schleifscheibe und dem Werkstück möglichst groß ist, wozu das Drehzahlverhältnis zwischen der Werkstückdrehung und der Schleifscheibendrehung kleiner als 1 sein sollte. Nachteilig ist auch, dass aufgrund des geschlossenen Schleifpfades kein Durchlaufverfahren realisierbar ist, so dass nicht mehrere Werkstücke kontinuierlich hintereinander geschliffen werden können. Stattdessen muss stets ein Werkstück gegen das nächste ausgewechselt werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Unrundschleifen eines Werkstücks zu schaffen, welches die genannten Nachteile nicht aufweist und insbesondere ein Drehzahlverhältnis zwischen Werkstück und Schleifelement kleiner als 1 sowie eine Realisierung eines Durchlaufverfahrens ermöglicht. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schleifwalze und einer Schleifmaschine zu schaffen, welche die entsprechenden Nachteile nicht aufweisen beziehungsweise die genannten Vorteile realisieren.
Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 geschaffen wird.
Dadurch, dass das Werkstück und die Schleifwalze zusätzlich zu ihrer Relativdrehung auch relativ zueinander in axialer Richtung verlagert werden, folgt der Schleifpfad an der Mantelfläche der Schleifwalze einer unrunden Schraubenlinie. Es wird daher ein offener Schleifpfad realisiert, der in einem ersten Bereich beginnt und in einem anderen, axial zu diesem versetzten Bereich endet. Dies ermöglicht es, ein nahezu beliebiges Drehzahlverhältnis zwischen dem Werkstück und der Schleifwalze zu verwirklichen, weil das Werkstück nicht stets nach jedem Ende der Umdrehung an der gleichen Position der Schleifwalze anlangt. Außerdem lässt sich ein Durchlaufverfahren verwirklichen, weil ein folgendes Werkstück bereits in den Schleifpfad eintreten kann, während ein erstes Werkstück – axial hierzu versetzt – den Schleifpfad verlässt oder zumindest an einem anderen Ort des Schleifpfads angeordnet ist. Die solcher Art hintereinander her den Schleifpfad durchlaufenden Werkstücke geraten nicht miteinander in Konflikt.
Hier und im Folgenden spricht eine axiale Richtung eine Richtung an, die parallel zu der Drehachse des Werkstücks und parallel zu der Drehachse der Schleifwalze orientiert ist. Eine Umfangsrichtung spricht eine Richtung an, die entweder die Drehachse des Werkstücks oder die Drehachse der Schleifwalze entlang einer Umfangslinie umgreift. Schließlich spricht eine radiale Richtung eine Richtung an, welche senkrecht auf der Drehachse des Werkstücks beziehungsweise auf der Drehachse der Schleifwalze steht und dort jeweils ihren Ursprung hat.
Der Begriff „unrund” spricht hier und im Folgenden an, dass ein äußerer Radius eines Elements, beispielsweise der Radius einer Mantelfläche, entlang einer Umfangslinie, also in Umfangsrichtung gesehen, nicht konstant ist, sondern variiert. Ein Querschnitt durch das entsprechende Element ist demnach nicht kreisförmig ausgebildet, sondern weicht von der Kreisform ab. Ein Beispiel für ein unrundes Werkstück ist eine Nockenscheibe für eine gebaute Nockenwelle einer Brennkraftmaschine, die in Draufsicht, also quasi in axialer Richtung der Nockenwelle betrachtet, eine unrunde Geometrie aufweist, weil an einer vorherbestimmten Winkelposition ein Vorsprung beziehungsweise Nocken vorgesehen ist.
Der Begriff „nicht-zylindrisch” spricht hier und im Folgenden an, dass ein äußerer Radius eines Elements, beispielsweise der Radius einer Mantelfläche, entlang einer Höhe des Elements, also in axialer Richtung gesehen, nicht konstant ist. Das entsprechende Element weicht somit in axialer Richtung von der Zylindergeometrie ab und ist beispielsweise ballig, kegelig, bombiert oder fassförmig ausgebildet.
Dementsprechend ist ein unrundes, nicht-zylindrisches Element ein Teil, dessen Radius sowohl in axialer als auch in Umfangsrichtung variiert, beispielsweise ein bombiertes Fass, dessen Querschnitt von der Kreisform abweicht.
Die unrunde Schraubenlinie, welcher der Schleifpfad an der Mantelfläche der Schleifwalze folgt, ist auf eine vorherbestimmte unrunde Werkstückform, beispielsweise die Form einer Nockenscheibe, angepasst.
Das Verfahren wird vorzugsweise auf einer vergleichsweise kleinen, kompakten Sonderschleifmaschine für jede einzelne Nockenscheibe vor dem Fügen der gebauten Nockenwelle durchgeführt. Dadurch sinken die Investitionskosten für die Schleifmaschine, und auch die Maschinenproduktivität ist höher, weil eine Taktzeit mitbestimmende Nebenzeiten wie Positionierzeiten für die Schleifwalze relativ zur Nockenscheibe viel kürzer ausfallen. Es sind weiterhin keine nennenswerten unproduktiven Verfahrwege und Werkstückdrehpositionierungen mehr erforderlich.
Es wird ein Verfahren bevorzugt, dass sich dadurch auszeichnet, dass der Schleifpfad an der Mantelfläche der Schleifwalze einen Winkelbereich überstreicht, der – in Umfangsrichtung gesehen – mehr als 360° umfasst. Vorzugsweise umfasst der Winkelbereich ein Vielfaches von 360°. Es ist so ohne weiteres möglich, ein deutlich kleineres Drehzahlverhältnis als 1 zwischen der Werkstückdrehung und der Schleifwalzendrehung zu verwirklichen. Es ist also möglich, dass die Schleifwalze pro Zeiteinheit häufiger um die eigene Achse gedreht wird als das Werkstück.
In diesem Zusammenhang wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass das Werkstück relativ zu der Schleifwalze mit einer Winkelgeschwindigkeit gedreht wird, die kleiner oder gleich der Winkelgeschwindigkeit der Schleifwalze ist. Das Drehzahlverhältnis zwischen Werkstückdrehung und Schleifwalzendrehung ist also kleiner als 1. Vorzugsweise beträgt die Winkelgeschwindigkeit des Werkstücks einen Bruchteil der Winkelgeschwindigkeit der Schleifwalze, wobei der Bruchteil besonders bevorzugt ganzzahlig ist. Bei einem ganz besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel des Verfahrens beträgt das Drehzahlverhältnis zwischen Werkstückdrehung und Schleifwalzendrehung 1:2.
Die Drehbewegungen des Werkstücks und der Schleifwalze sind vorzugsweise durch ein Getriebe, besonders bevorzugt durch ein elektronisches Getriebe synchronisiert. Dabei wird die Drehbewegung um die beiden Achsen vorzugsweise durch eine Steuerungseinrichtung geregelt.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, bei welchem eine Geometrie des Schleifpfads mit Hilfe einer kreisrunden Abrichtrolle in die Schleifwalze eingebracht wird.
Unter einem Abrichten versteht man das Formen und Schärfen der Schleifwalze. Je nach Schleifverfahren und Materialpaarung der Schleifwalze und der zu schleifenden Werkstücke muss die Schleifwalze in verschiedenen Intervallen abgerichtet werden. Die unrunde, nicht-zylindrische Schleifwalze muss außerdem durch das Abrichten auf die Werkstückgeometrie und insbesondere ein gewünschtes Drehzahlverhältnis zwischen der Werkstück- und der Schleifwalzendrehung, sowie ein beim Schleifen abzutragendes Aufmaß des Werkstücks angepasst werden.
Die Abrichtrolle ist vorzugsweise als kreisrund umlaufendes Abrichtrad ausgebildet. Eine Drehachse der Abrichtrolle wird bevorzugt in einer simultan gesteuerten Abhängigkeit zur aktuellen Drehlage der Drehbewegung der Schleifwalze – in radialer Richtung und in axialer Richtung gesehen – verschoben. Damit entspricht eine Relativverlagerung der Abrichtrolle relativ zu der Schleifwalze einer unrunden Schraubenlinie, nämlich der Geometrie des Schleifpfads. Der in radialer Richtung wirkende Bewegungsanteil setzt sich vorzugsweise aus zwei Einzelbewegungen zusammen, nämlich einem von dem Pendelhubschleifen bekannten Pendelhub, der hier jedoch von der Abrichtrolle ausgeführt wird, und der Abrichtzustellbewegung als überlagerter Bewegung, die Material von der Schleifwalze abträgt. Die Abrichtzustellbewegung ist typischerweise eine kontinuierliche, sehr langsam ablaufende Bewegung, die gegebenenfalls vor Ende des Abrichtzyklus beendet wird. Vorzugsweise werden während des Abrichtens die Pendelhubbewegungen in radialer und axialer Richtung sowie auch die Abrichtzustellbewegung mehrfach wiederholt, wobei besonders bevorzugt ein letzter Durchlauf der Bewegungen ohne die Abrichtzustellbewegung durchgeführt wird.
Bei dem Verfahren ist es möglich, die Abrichtrolle völlig unabhängig von den anderen Maschinenachsen, also insbesondere der Drehzahl der Schleifwalze, mit beliebig einstellbarer Drehzahl um ihre eigene Drehachse anzutreiben. Diese entspricht insoweit einer nicht gesteuerten Hilfsachse.
Es zeigt sich, dass durch die unrunde Form der Schleifwalze keine Pendelhubbewegung während des eigentlichen Schleifverfahrens nötig ist. Dadurch ergeben sich eine deutlich höhere Lebensdauer und verlängerte Wartungsintervalle für die im Rahmen des Verfahrens eingesetzte Schleifmaschine. Die Pendelhubbewegung wird stattdessen quasi auf das in viel längeren Zeitabständen stattfindende Abrichten verlagert, was einen Verschleiß minimiert.
Ist darüber hinaus die Schleifwalze mit einer Diamantbeschichtung oder mit kubischem Bornitrid (CBN) belegt, entfällt aufgrund der Härte dieser Schneidstoffe ein Abrichten ganz oder die Intervalle, in denen die Schleifwalze abgerichtet werden muss, werden beträchtlich verlängert.
Alternativ wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass eine Geometrie des Schleifpfads mit Hilfe einer unrunden, vorzugsweise nicht-zylindrischen Abrichtrolle in die Schleifwalze eingebracht wird. Dabei ist ein Drehzahlverhältnis zwischen der Schleifwalze und der Abrichtrolle ganzzahlig rational. Besonders bevorzugt beträgt das Drehzahlverhältnis 1. Als einzige Linearbewegung des Abrichtwerkzeugs ist eine radial gerichtete Zustellbewegung zum Abtragen von Material von der Schleifwalze nötig, für die ein – in radialer Richtung gemessener – Abstand der Drehachsen der Schleifwalze einerseits und der Abrichtrolle andererseits verringert wird. Die Drehbewegung der Schleifwalze und die der Abrichtrolle sind bevorzugt über ein Getriebe, besonders bevorzugt über ein elektronisches Getriebe synchronisiert. Eine Pendelhubbewegung kann entfallen, weil die Abrichtrolle selbst nicht nur unrund, sondern auch – in Axialrichtung gesehen – nicht-zylindrisch ausgebildet ist. Sie weist insoweit eine zu der abzurichtenden Schleifwalzengeometrie komplementäre Form auf, so dass eine die Form modellierende Pendelhubbewegung entfallen kann.
Unabhängig von der konkreten Ausbildung der Abrichtrolle ist diese vorzugsweise mit einer Hartstoffschicht versehen, welche eine höhere Härte aufweist als die Schleifwalze. Bevorzugt umfasst die Hartstoffschicht kubisches Bornitrid (CBN) oder Diamant.
Schließlich wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass eine Variation eines Radius des Schleifpfads entlang von dessen Verlauf so gewählt wird, dass eine Außenkontur der Schleifwalze entlang des Schleifpfads komplementär ausgebildet ist zu einem von dem Werkstück bei seiner Verlagerung entlang des Schleifpfads abgetragenen Aufmaß. Das Aufmaß wird demnach abgetragen, ohne dass hierfür die Drehachsen des Werkstücks und der Schleifwalzen – in radialer Richtung gesehen – relativ zueinander verlagert werden müssten. Es bedarf insoweit keiner Zustellbewegung zwischen dem Werkstück und der Schleifwalze.
Mit „Aufmaß” ist hier eine Materialschicht angesprochen, die bestimmungsgemäß durch das Schleifverfahren abgetragen wird. Die Kontur des Schleifpfads entlang seines Verlaufs kann demnach so gedacht werden, als würde das pro Winkeleinheit abgetragene Volumen – rein gedanklich – sukzessive auf den Schleifpfad aufgetragen beziehungsweise auf diesen abgerollt. Während der Relativbewegung des Werkstücks zu der Schleifwalze wächst so quasi die Mantelfläche des Schleifpfads in die durch das abgetragene Material entstehende Lücke hinein, so dass – ohne radiale Relativverlagerung der Drehachsen – stets eine satte Berührung zwischen dem – in radialer Richtung gesehen – kleiner werdenden Werkstück und dem entlang seines Verlaufs – in radialer Richtung – anwachsenden Schleifpfad gegeben ist.
Das Verfahren ist auf diese Weise besonders einfach durchführbar, weil eine präzise zu steuernde Achse, nämlich die radiale Zustellbewegung, entfällt. Stattdessen wird auch diese Bewegung gegebenenfalls auf das Abrichten verlagert, wobei auch hier keine entsprechend komplizierte Zustellbewegung nötig ist, wenn eine unrunde, nicht-zylindrische Abrichtrolle verwendet wird, deren Geometrie komplementär zu der abzurichtenden Geometrie der Schleifwalze ausgebildet ist. Im Übrigen kann – wie bereits angesprochen – das Abrichten ganz entfallen, wenn die Schleifwalze selbst mit kubischem Bornitrid (CBN) oder Diamant beschichtet ist.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Schleifwalze zum Unrundschleifen eines Werkstücks mit den Merkmalen des Anspruchs 7 geschaffen wird. Vorzugsweise dient die Schleifwalze zum Unrundschleifen einer Nockenscheibe für eine gebaute Nockenwelle einer Brennkraftmaschine. Sie weist eine unrunde, zumindest bereichsweise nicht-zylindrische, sich – in Umfangsrichtung gesehen – um eine Drehachse der Schleifwalze erstreckende Mantelfläche auf.
Die Schleifwalze zeichnet sich dadurch aus, dass an der Mantelfläche ein Schleifpfad vorgesehen ist, der einer Schraubenlinie folgt, die bezüglich ihres radialen Verlaufs in Hinblick auf eine Geometrie eines zu schleifenden Werkstücks, ein vorherbestimmtes Drehzahlverhältnis zwischen der Schleifwalze und dem zu schleifenden Werkstück, sowie ein beim Schleifen abzutragendes Aufmaß des Werkstücks abgestimmt ist. Die Geometrie der Schraubenlinie ist also so auf die genannten Parameter abgestimmt, dass der Schleifpfad entlang der Schraubenlinie einer zu schleifenden Fläche des Werkstücks während des Schleifvorgangs und während einer Relativdrehung des Werkstücks und der Schleifwalze folgt. Dabei verwirklichen sich die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren ausgeführt wurden. Insbesondere kann eine Zustellbewegung der Schleifwalze – in radialer Richtung gesehen – auf das Werkstück zu entfallen, weil der Abtrag des Aufmaßes bereits durch die entsprechend angepasste Geometrie des Schleifpfads verwirklicht wird.
Es wird eine Schleifwalze bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass eine Steigung der Schraubenlinie – in axialer Richtung gesehen – bereichsweise verschieden ausgebildet ist. Hierdurch ist es möglich, dass bestimmte, vorgegebenen axiale Bereiche der Schleifwalze – ohne Variation der Drehzahl – rascher von dem Werkstück durchlaufen werden als andere Bereiche. Dabei werden axiale Bereiche, in denen die Steigung der Schraubenlinie größer ist, rascher durchlaufen als solche, in denen die Steigung geringer ist.
Es wird auch eine Schleifwalze bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass ein Bereich der Mantelfläche entlang des Schleifpfads lokal von einer zylindrischen Form abweicht, um das Werkstück nicht nur unrund, sondern auch nicht-zylindrisch zu schleifen. Dabei muss unterschieden werden zwischen einer lokal von einer zylindrischen Form abweichenden Geometrie des Schleifpfads und einer – gegebenenfalls auch nur in bestimmten axialen Bereichen der Schleifwalze vorliegenden – globalen, nicht-zylindrischen Form der Schleifwalze. Eine solche globale Abweichung von der zylindrischen Form kann vorzugsweise vorgesehen sein, um in einem bestimmten axialen Bereich der Schleifwalze besonders effizient Aufmaß von dem Werkstück abzutragen, wenn dieses relativ zu der Schleifwalze – in axialer Richtung gesehen – verlagert wird. Im Unterschied hierzu spricht eine lokale Abweichung von der zylindrischen Form an, dass quasi eine momentane Berührungsfläche des Werkstücks mit der Schleifwalze im Bereich des Schleifpfads von der zylindrischen Form abweicht. In diesem Fall ist es möglich, die zu schleifende äußere Fläche des Werkstücks abweichend von der zylindrischen Form, also nicht-zylindrisch zu schleifen. Der entsprechende Bereich der Mantelfläche entlang des Schleifpfads kann bevorzugt kegelig, ballig oder seitlich angefast ausgebildet sein. Dabei kann er einseitig oder beidseitig angefast ausgebildet sein. Entsprechend ist es dann möglich, das Werkstück im Bereich seiner zu schleifenden Mantelfläche kegelig, ballig oder – ein- oder beidseitig – seitlich angefast auszubilden. Eine – wie oben angedeutet – globale Abweichung der Schleifwalze von der Zylinderform kann zusätzlich oder alternativ vorgesehen sein.
Schließlich wird die Aufgabe auch gelöst, indem eine Schleifmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 10 geschaffen wird. Diese zeichnet sich durch eine Schleifwalze nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aus. Die Schleifmaschine kann relativ klein und kompakt ausgebildet sein und ist insbesondere zum Unrundschleifen einzelner, noch nicht mit einer Nockenwelle gefügter Nockenscheiben vorgesehen. Aufgrund des offenen Schleifpfads der Schleifmaschine ist es möglich, in schneller Folge im Durchlaufverfahren verschiedene Nockenscheiben durch die Maschine zu führen. Sowohl eine pendelnde Bewegung eines Schleifschlittens als auch eine Zustellbewegung der Schleifwalze relativ zu dem Werkstück – in radialer Richtung gesehen – entfallen. Letztlich ergeben sich auch große Vorteile beim späteren Fügen der Nockenscheibe an dem Tragrohr der Nockenwelle, dadurch dass Werkstückgreifersysteme auf hochpräzise bearbeiteten Flächen aufsetzen können. Dabei kann eine Drehwinkelpositionierung der Nockenscheiben in noch engeren Toleranzgrenzen erfolgen, als bislang bekannt ist. Aufgrund der präziseren Positionierung der Nockenscheiben kann auch ein radiales Bearbeitungsaufmaß, also das Schleifaufmaß an den Nockenscheiben, reduziert werden. Es ist nämlich nicht mehr nötig, Drehwinkelabweichungen, die nach dem herkömmlichen Verfahren beim Fügen entstehen, während des Fertigschleifens im Zusammenbau zu eliminieren.
Die Schleifmaschine kann sehr früh innerhalb einer Prozesskette zur Herstellung der Nockenwelle vorgesehen sein, vorzugsweise direkt im Bereich einer Schmiede. Dadurch steigt auch die Wertschöpfung in der Schmiede, und Lagerbestände können reduziert werden.
Letztlich sinken die Stückkosten der Nockenwelle, weil die Maschinenkosten verringert und die Maschinenproduktivität erhöht sind.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung der prinzipiellen kinematischen Zusammenhänge des Verfahrens mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Schleifwalze und eines Werkstücks in Draufsicht sowie im Querschnitt;
2 die Darstellung gemäß 1, jedoch in einer anderen Relativposition zwischen Schleifwalze und Werkstück;
3 die Darstellung nach 1, jedoch mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer Schleifwalze und in einer dritten Relativposition zwischen Schleifwalze und Werkstück;
4 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des Abrichtens im Querschnitt, und
5 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Abrichtens in Draufsicht sowie im Querschnitt.
1 zeigt eine schematische Darstellung der prinzipiellen kinematischen Zusammenhänge des Verfahrens. Dabei ist in 1A eine Seitenansicht von Elementen einer nicht insgesamt dargestellten Schleifmaschine 1 dargestellt. Ein Werkstück 3, hier eine Nockenscheibe für eine gebaute Nockenwelle eines Lastkraftwagens, ist an einer Aufnahmeeinrichtung 5 angeordnet und gemeinsam mit der Aufnahmeeinrichtung 5 um eine erste Achse A₁ drehbar gelagert. Eine Schleifwalze 7 ist zwischen zwei Schleifwalzenflanschen 9, 9' aufgenommen, die mit Wellenstummeln 11, 11' verbunden sind. Die Schleifwalze 7 ist um eine zweite Achse A₂ drehbar gelagert. Die erste Achse A₁ und die zweite Achse A₂ sind parallel zueinander orientiert. Das Werkstück 3 und die Schleifwalze 7 berühren sich während des Schleifverfahrens entlang eines Schleifpfades 13, der an einer Mantelfläche 15 der Schleifwalze 7 angeordnet ist. Der Drehbewegung des Werkstücks 3 und der Aufnahmeeinrichtung 5 ist eine durch einen Pfeil 17 angedeutete Axialbewegung überlagert, sodass der Schleifpfad 13 insgesamt einer Schraubenlinie folgt. Diese ist unrund, sodass ein Radius der Mantelfläche 15 entlang des Schleifpfads 13 – in Umfangsrichtung gesehen – variiert. Hierdurch ergeben sich an der Mantelfläche 15 periodisch gewindeähnliche Vertiefungen, die hier mit 19/1, 19/2, 19/3 und 19/4 gekennzeichnet sind.
Aus der Querschnittsdarstellung von 1B, wobei der Querschnitt in 1A etwa auf Höhe des Werkstücks 3 gelegt ist, wird die Form des gemäß der Darstellung von 1 noch unbearbeiteten Werkstücks 3 deutlich. Dieses weist hier einen im Wesentlichen kreisförmigen Grundkörper 21 auf, von dem ausgehend in einer bestimmten Winkelposition ein Vorsprung oder Nocken 23 – in radialer Richtung gesehen – vorspringt. Das Werkstück 3 ist demnach unrund ausgebildet, was bedeutet, dass der Radius entlang einer zu schleifenden Mantelfläche 25 des Werkstücks 3 – in Umfangsrichtung gesehen – variiert.
Die Geometrie des Schleifpfads 13 ist nun so auf die Geometrie der zu schleifenden Mantelfläche 25 des Werkstücks 3 und ein vorherbestimmtes beziehungsweise gewünschtes Drehzahlverhältnis zwischen der Schleifwalze 7 und dem Werkstück 3 abgestimmt, dass während der Relativdrehung, die in 1B bezüglich des Werkstücks 3 durch einen Pfeil 27 und bezüglich der Schleifwalze 7 durch einen Pfeil 29 dargestellt ist, ein kreisförmiger Bereich der Mantelfläche 25 die Mantelfläche 15 stets in einem Bereich berührt, in dem keine Vertiefung vorgesehen ist, während der Bereich der Mantelfläche 25, in dem der Nocken 23 vorgesehen ist, in den Bereichen der Vertiefungen 19/1, 19/2, 19/3, 19/4 auf dem Schleifpfad 13 abrollt.
Das gewünschte Drehzahlverhältnis wird im Wesentlichen durch eine Steigung S der unrunden Schraubenlinie des Schleifpfads 13 vorgegeben. Anhand von 1A, insbesondere aber auch anhand von 1B wird deutlich, dass es – in 1B – einer viertel Umdrehung des Werkstücks 3 um die Achse A₁ bedarf, um den Nocken von der dargestellten 12 Uhr-Position in die 3 Uhr-Position zu bringen. In der gleichen Zeit muss die Schleifwalze 7 eine halbe Umdrehung vollziehen, damit der Nocken 23, der von einer gedachten, kreisförmigen Umfangslinie der Mantelfläche 25 aus – in radialer Richtung gemessen – eine Höhe H₀ aufweist, in die tiefste Stelle der Vertiefung 19/1 einschwenken kann, welche ebenfalls eine radiale Tiefe H₀ aufweist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist demnach das gewählte Drehzahlverhältnis zwischen Werkstück 3 und Schleifwalze 7 1:2. In 1A zeigt sich, dass sich das Werkstück 3 bei seiner Verlagerung in axialer Richtung um die Spiralensteigung S genau einmal um die erste Achse A₁ dreht, während sich zugleich die Schleifwalze 7 genau zweimal um die zweite Achse A₂ dreht. Das Übersetzungsverhältnis zwischen der Drehung des Werkstücks 3 und der Drehung der Schleifwalze 7 ist hier also gegensinnig mit 1:2 gewählt. Es ergibt sich so eine geeignete abrasive Wirkung der Mantelfläche 15 an der Mantelfläche 25 des Werkstücks 3, weil die Relativgeschwindigkeit zwischen der Schleifwalze 7 und dem Werkstück 3 vergleichsweise groß gewählt ist.
Die Drehbewegung zwischen der Schleifwalze 7 und dem Werkstück 3 ist durch ein Getriebe, vorzugsweise durch ein elektronisches Getriebe synchronisiert. Hinzu kommt die geregelte überlagerte axiale Führung der Aufnahmeeinrichtung 5 entlang der durch den Pfeil 17 angedeuteten Richtung. Vorzugsweise ist eine Steuerungseinrichtung vorgesehen, die sowohl die Drehbewegungen des Werkstücks 3 an der Schleifwalze 7 als auch die axiale Bewegung der Aufnahmeeinrichtung 5 synchronisiert beziehungsweise aufeinander abstimmt. Insbesondere ist die Schleifmaschine 1 bevorzugt als CNC-Maschine ausgebildet, die in einem interpolierenden CNC-Bahnbetrieb betrieben wird.
2 zeigt die schematische Darstellung gemäß 1, allerdings in einer anderen Relativposition des Werkstücks 3 relativ zu der Schleifwalze 7. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass insoweit auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Aus der Ansicht gemäß 2A wird deutlich, dass das Werkstück 3 entlang der durch den Pfeil 17 gekennzeichneten axialen Richtung soweit nach oben verlagert wurde, dass nun gerade der Nocken 23 mit der Vertiefung 19/3 in Eingriff kommt. In 2B ist angedeutet, dass bereits Material von der Mantelfläche 25 abgetragen wurde. Dabei ist die ursprüngliche Umrandung des Werkstücks 3 hier mit einer gestrichelten Linie L angedeutet.
Unabhängig von der überlagerten Axialbewegung können die Winkellagen des Werkstücks 3 und der Schleifwalze 7 in 1B und in 2B miteinander verglichen werden. Dabei zeigt sich, dass sich die Schleifwalze 7 entlang der durch den Pfeil 29 angedeuteten Richtung um einen Winkel φ bewegt hat, während sich das Werkstück 3 in der durch den Pfeil 27 angedeuteten Richtung um einen Winkel 0,5 φ, also um den halben Winkel bewegt hat, um den sich die Schleifwalze 7 bewegt hat. Betrachtet man in diesem Zusammenhang 3B, so wird deutlich, dass sich – wiederum bei Vernachlässigung der überlagerten Axialbewegung und nur unter Vergleich der Winkellagen – hier das Werkstück 3 um 90° in Richtung des Pfeils 27 – bewegt hat, während sich die Schleifwalze 7 um 180° in Richtung des Pfeils 29 bewegt hat. Selbstverständlich haben das Werkstück 3 und die Schleifwalze 7 unter Berücksichtigung der in den 1A bis 3A dargestellten Axialpositionen des Werkstücks 3 mehrere Umdrehungen vollzogen. Die hier genannten Gradangaben beziehen sich ausschließlich auf einen direkten Vergleich der Winkellagen in den 1B, 2B und 3B. Es wird aber deutlich, dass diese Abfolge von Winkellagen während jeder Umdrehung des Werkstücks 23 verwirklicht wird, so dass man insoweit von der Axialverlagerung und dem bezüglich der tatsächlich in den Figuren dargestellten Positionen, die mehrere Umdrehungen erfordern, abstrahieren kann. In jedem Fall wird deutlich, dass sich das Werkstück 3 pro Zeiteinheit um den halben Winkel dreht, um den sich die Schleifwalze 7 dreht. Das Drehzahlenverhältnis ist also – wie bereits erläutert – 1:2.
3A zeigt ein von dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1A und 2A verschiedenes Ausführungsbeispiel der Schleifwalze 7. Zusätzlich zu dem Schleifpfad 13 ist hier ein zweiter Schleifpfad 31 vorgesehen, der zu dem ersten Schleifpfad 13 um 180° versetzt angeordnet ist. Entsprechend sind auch gewindeähnliche Vertiefungen 33/1, 33/2, 33/3 um 180° versetzt relativ zu den Vertiefungen 19/1, 19/2, 19/3, 19/4 angeordnet. Damit umschlingen sich die Schleifpfade 13, 31 ähnlich den Gewindegängen eines zweigängigen Gewindes. Dies hat den Vorteil, dass ohne weitere Maßnahmen eine bei dem Ausführungsbeispiel der Schleifwalze 7 gemäß den 1A und 2A vorliegende Unwucht ausgeglichen wird, weil die Schleifpfade 13, 31 symmetrisch an der Mantelfläche 15 vorgesehen sind.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Schleifwalze 7 gemäß den 1A und 2A sind vorzugsweise andere geeignete Maßnahmen zur Beherrschung von Unwuchtkräften getroffen. Beispielsweise ist es möglich, Gegenmassen anzubringen, die beispielsweise in den Schleifscheibenflanschen 9, 9' vorgesehen sein können.
Ein weiterer Vorteil des Ausführungsbeispiels der Schleifwalze 7 gemäß 3A ist, dass deren Mantelfläche 15 besser ausgenutzt wird. Ist beispielsweise der Schleifpfad 13 so weit abgenutzt, dass er durch Abrichten geschärft, werden müsste, kann zunächst durch eine gesteuerte Drehung der Schleifwalze 7 um 180° der zweite Schleifpfad 31 genutzt werden, bis auch dieser abgerichtet werden muss. Es können dann beide Schleifpfade 13, 31 hintereinander beziehungsweise nacheinander abgerichtet werden, wobei zwischen beiden Abrichtvorgängen wiederum ein 180°-Drehsprung um die Achse A₂ erforderlich ist. Es wird also nicht nur die Mantelfläche 15 besser ausgenützt, sondern die Wartungsintervalle sind bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3A quasi doppelt so lang wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1A und 2A.
Trotz dieser Unterschiede der Schleifwalze 7 gemäß 3A kann zu einer prinzipiellen Verdeutlichung des Verfahrens durchaus die in 3 dargestellte Relativlage des Werkstücks 3 und der Schleifwalze 7 mit den 1 und 2 verglichen werden. Es ergibt sich nämlich insoweit durch die andersartige Ausbildung der Schleifwalze 7 kein Unterschied, als wenn auch in 3 lediglich der erste Schleifpfad 13 vorhanden wäre. Das Werkstück 3 ist hier so weit axial nach oben verlagert, dass der Nocken 23 in die Vertiefung 19/4 eingreift, was insbesondere aus 3B erkennbar ist. Insbesondere ist hier auch dargestellt, dass im Vergleich zu der die ursprüngliche Form des Werkstücks 3 markierenden Linie L vergleichsweise viel Material abgetragen wurde. Die radiale Höhe des Nockens 23, gemessen von einer gedachten, kreisförmigen Umfangslinie der Mantelfläche 25 aus – weist nun eine Höhe H₁ auf. Insgesamt wurde ein Aufmaß M von dem Werkstück 3 während des Schleifvorgangs abgetragen.
Es zeigt sich, dass die Geometrie der Schraubenlinie, welcher der Schleifpfad 13 folgt, auch auf das Aufmaß M abgestimmt ist. Eine Außenkontur der Schleifwalze 7 entlang des Schleifpfads 13 ist in solcher Weise komplementär zu dem Aufmaß M ausgebildet, dass dieses im Laufe des Schleifverfahrens abgetragen wird, ohne dass die Drehachsen A₁, A₂ des Werkstücks und der Schleifwalze – in radialer Richtung gesehen – relativ zueinander verlagert werden müssen. Die Schleifwalze 7 ist quasi nicht nur unrund, sondern auch – global – nicht-zylindrisch ausgebildet, das heißt, der Radius des Schleifpfads 13 variiert entlang von dessen Verlauf – in axialer Richtung gesehen. Dies ist in den 2B und 3B durch gestrichelte Linien L₁ und L₂ dargestellt, wobei die Linie L₁ den in 1B dargestellten Radienverlauf des Schleifpfads 13 und die Linie L₂ den in 2B dargestellten Radienverlauf des Schleifpfads 13 andeuten. Damit wird deutlich, dass der Schleifpfad 13 quasi in die durch das abgetragene Material des Aufmaßes M entstehende Lücke hineinwächst, so dass die Mantelfläche 25 stets bündig und mit hinreichender Schleifwirkung an dem Schleifpfad 13 anliegt, ohne dass es hierfür einer radialen Zustellbewegung der Achsen A₁ und A₂ bedarf.
In 1A ist dargestellt, dass die Schleifwalze 7 hier – in axialer Richtung gesehen – drei verschiedene Bereiche B₁, B₂, B₃ aufweist, in welchen ihre nicht-zylindrischen Eigenschaften verschieden ausgebildet sind. Ein erster Bereich B₁ bildet dabei eine sogenannte Einlaufzone, die vorgesehen ist, um Toleranzschwankungen an dem noch ungeschliffenen Werkstück 3 auszugleichen. Insbesondere wird ein gegebenenfalls vorhandenes übermäßiges Werkstückaufmaß abgetragen, das größer als das Aufmaß M ist.
Ein – in axialer Richtung gesehen – an den ersten Bereich B₁ anschließender zweiter Bereich B₂ ist erkennbar kegelförmig ausgebildet, wobei ein Radius der Mantelfläche 15 in Richtung der durch den Pfeil 17 angedeuteten Verlagerung des Werkstücks 3 zunimmt. Hierdurch erfolgt während des Schleifvorgangs ein definierter Abtrag des Aufmaßes M.
Ein an den zweiten Bereich B₂ – in axialer Richtung gesehen – anschließender dritter Bereich B₃ wird als Ausfeuerzone bezeichnet, wobei hier gegebenenfalls in dem Bereich B₂ als Folge der Schleifkräfte aufgetretene Abdrängungen der Aufnahmeeinrichtung 5 beziehungsweise Durchbiegungen des Werkstücks 3 korrigiert werden. Außerdem ist der Bereich B₃ für die Erzielung einer geforderten Oberflächenqualität vorgesehen.
Die globale nicht-zylindrische Ausbildung der Schleifwalze 7 insgesamt und/oder in den einzelnen Bereichen B₁, B₂, B₃ ist zu unterscheiden von einer vorzugsweise vorgesehenen lokalen nicht-zylindrischen Ausbildung des Schleifpfades 13, durch die es möglich ist, die Mantelfläche 25 des Werkstücks 3 nicht-zylindrisch zu schleifen. Hierfür kann der Schleifpfad 13 entlang seiner Erstreckung in einem Berührungsbereich mit dem Werkstück 3 nicht-zylindrisch, bevorzugt kegelig, ballig oder seitlich angefast ausgebildet sein. Entsprechend wird dann die Mantelfläche 25 des Werkstücks 3 kegelig, ballig oder seitlich angefast geschliffen.
Um eine insbesondere in dem Bereich B₂ auftretende Abdrängung der Aufnahmeeinreichung 5 und/oder Durchbiegung des Werkstücks 3 zu vermeiden und zusätzlich die Bearbeitungsleistung der Schleifmaschine 1 zu erhöhen, ist bevorzugt vorgesehen, dass zwei relativ zur Lage des Werkstücks 3 einander gegenüberliegende Schleifwalzen 7 verwendet werden, die gemeinsam und gleichzeitig das Werkstück 3 bearbeiten. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, dass mehr als zwei entsprechend symmetrisch angeordnete Schleifwalzen 7 vorgesehen sind, die das Werkstück 3 gleichzeitig und gemeinsam bearbeiten. Die mindestens zwei Schleifwalzen sind dabei so angeordnet, dass sich die in radialer Richtung wirkenden Kräfte auf das Werkstück 3 gegenseitig aufheben, so dass es nicht zu einer Durchbiegung und/oder Abdrängung kommen kann. Zugleich wird die Bearbeitungsleistung der Schleifmaschine 1 erhöht, weil der Schleifabtrag an der Mantelfläche 25 des Werkstücks 3 mit der Anzahl der Schleifwalzen 7 pro Zeiteinheit vervielfacht wird.
Bezüglich des Bereichs B₃ zeigt sich noch, dass es bei einer Ausführungsform des Verfahrens vorteilhaft ist, wenn diese in kürzerer Zeit durchlaufen wird. Hierzu ist es möglich, dass die Drehgeschwindigkeit des Werkstücks 3 und der Schleifwalze 7 in Zusammenwirkung mit der linearen Bewegung entlang der durch den Pfeil 17 angedeuteten Richtung definiert angehoben wird. Hierdurch können kürzere Bearbeitungszeiten erzielt werden. Bei wieder einer anderen Ausführungsform des Verfahrens ist es vorteilhaft, in Hinblick auf eine gute Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität den Bereich B₃ langsamer zu durchlaufen und hierfür die Geschwindigkeit aller drei CNC-Achsen, also der Drehungen um die Achsen A₁, A₂ sowie die Linearbewegung entlang des Pfeils 17 zu reduzieren.
Alternativ ist es zur Variation der Schnittgeschwindigkeit insbesondere in dem Bereich B₃ möglich, bei unveränderter Geschwindigkeit der Drehbewegungen die Steigung S der Schraubenlinie des Schleifpfads 13 – in axialer Richtung gesehen – zu variieren. Beispielswiese kann die Steigung S in dem Bereich B₃ erniedrigt werden, wenn dieser langsamer durchlaufen werden soll. Sie kann erhöht werden, wenn dieser rascher durchlaufen werden soll. Die axiale Verlagerung des Werkstücks 3 und der Aufnahmeeinrichtung 5 entlang der durch den Pfeil 17 angedeuteten Richtung muss selbstverständlich an die veränderte Steigung S angepasst werden.
Es zeigt sich noch, dass es aufgrund des offenen Schleifpfads 13 mit Hilfe der Schleifmaschine 1 und der Schleifwalze 7 beziehungsweise im Rahmen des Verfahrens möglich ist, verschiedene Werkstücke 3 hintereinander quasi im Durchlaufverfahren relativ zu der Schleifwalze 7 zu verlagern. Während also ein erstes Werkstück 3 bereits entlang des Schleifpfads 13 – in axialer Richtung, gesehen – verlagert wird, kann bereits ein nächstes Werkstück 3 in den Schleifpfad 13 einlaufen. Die Werkstücke kollidieren nicht miteinander, weil der Schleifpfad 13 an keiner Stelle in sich selbst zurückläuft, sondern vielmehr offen ausgebildet ist.
4 zeigt eine erste Ausführungsform eines Abrichtverfahrens für die Schleifwalze 7. Mit Hilfe des Abrichtens wird die Geometrie des Schleifpfads 13 und gegebenenfalls auch die Geometrie des Schleifpfads 31 in die Schleifwalze 7 eingebracht. Ein Abrichten in bestimmten Wartungsintervallen ist nur nötig, wenn die Schleifwalze 7 tatsächlich einem entsprechenden Verschleiß unterworfen ist. Ist sie dagegen mit Diamantsplittern oder kubischem Bornitrid belegt; sind die Wartungsintervalle für das Abrichten entweder sehr lang, oder das Abrichten kann sogar ganz entfallen.
Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform wird die Geometrie des Schleifpfads 13 mit Hilfe einer kreisrunden Abrichtrolle 35 eingebracht. Diese ist bevorzugt als Abrichtrad ausgebildet. Eine dritte Drehachse A₃ wird in einer simultan gesteuerten Abhängigkeit zur aktuellen Lage der Drehbewegung der Schleifwalze 7 um die zweite Achse A₂ verschoben, nämlich sowohl in hier durch das Bezugszeichen X angedeuteter radialer Richtung, als auch in axialer Richtung, die hier senkrecht auf der Papierebene steht. Damit entspricht der Bewegungsablauf der Abrichtrolle 35 relativ zur Schleifwalze 7 der unrunden Schraubenlinie des Schleifpfads 13. Der in radialer Richtung X wirkende Bewegungsanteil kann gedanklich zerlegt werden in die Addition zweier Einzelbewegungen, nämlich einem vom herkömmlichen Pendelhubschleifen bekannten, durch einen Doppelpfeil 37 angedeuteten radialen Pendelhub, und einer überlagerten Linearbewegung in radialer Richtung X, die hier durch einen strichlierten Pfeil 39 angedeutet ist. Diese Abrichtzustellbewegung dient letztlich dem Abtrag von Material von der Schleifwalze 7, während die Pendelhubbewegung entlang des Doppelpfeils 37 und in axialer Richtung die Geometrie des Schleifpfads 13 nachbildet. Die verschiedenen Bewegungen der Abrichtrolle 35 werden mit Hilfe eines Kreuzschlittens 41 bewirkt. Die Drehzahl der Abrichtrolle 35 um die Achse A₃ entlang eines Pfeils 43 ist als nicht gesteuerte Hilfsachse angetrieben und beliebig einstellbar. Sie ist insbesondere unabhängig von einer Drehzahl der Schleifwalze 7 um die Achse A₂ entlang des Pfeils 29 einstellbar.
Die Abrichtrolle 35, die bevorzugt als Abrichtrad ausgebildet ist, weist bevorzugt an einer Mantelfläche 45 eine Geometrie auf, die so ausgebildet ist, dass sich im Bereich eines Schleifpunkts 47 eine punkt- oder linienförmige Berührung mit der Schleifwalze 7 ergibt.
5 zeigt eine alternative Ausführungsform des Abrichtens. Hierbei wird die Geometrie des Schleifpfads mit Hilfe einer unrunden, vorzugsweis nicht-zylindrischen Abrichtrolle in die Schleifwalze 7 eingebracht, wobei die Abrichtrolle als Formkörper 49 ausgebildet ist. Dabei ist eine Geometrie des Formkörpers 49 komplementär zu einer gewünschten Geometrie der Schleifwalze 7 ausgebildet. 5A zeigt eine Seitenansicht der Schleifwalze 7 und des mit dieser zusammenwirkenden Formkörpers 49, wobei die Schleifwalze 7 um die zweite Achse A₂ und der Formkörper 49 um eine vierte Achse A₄ gedreht wird. Da Formkörper 49 komplementär zu der Schleifwalze 7 ausgebildet ist, bedarf es hier keiner Pendelhubbewegung. Die einzige für das Abrichten erforderliche Linearbewegung ist in 5B durch den strichlierten Pfeil 39 dargestellt, wobei sie einer Abrichtzustellbewegung entspricht. Die Drehachsen A₂, A₄ werden also – in radialer Richtung gesehen – während einer Drehung der Schleifwalze 7 entlang des Pfeils 29 und einer Drehung des Formkörpers 49 entlang eines Pfeils 51 aufeinander zu verlagert, um Material von der Schleifwalze 7 abzutragen, sie mithin abzurichten und die Geometrie des Schleifpfads 13 einzubringen. Dabei wird ein Drehzahlverhältnis zwischen der Schleifwalze 7 und dem Formkörper 49 vorgegeben, welches bevorzugt ganzzahlig rational, besonders bevorzugt 1 ist. Die Drehbewegungen werden durch ein Getriebe, vorzugsweise ein elektronisches Getriebe synchronisiert.
Unabhängig von der konkreten Ausbildung der Abrichtrolle als Abrichtrad oder als Formkörper 49 ist diese jedenfalls mit einer Hartstoffschicht versehen, welche eine höhere Härte aufweist, als die Mantelfläche 15 der Schleifwalze 7. Vorzugsweise ist die Abrichtrolle mit Diamant oder kubischen Bornitrid beschichtet.
Insgesamt zeigt sich, dass mit Hilfe des Verfahrens ein einfaches und kostengünstiges Unrundschleifen von Werkstücken, insbesondere von Nockenscheiben für gebaute Nockenwellen vor dem Zusammenbau möglich ist. Eine entsprechende Schleifmaschine ist relativ einfach aufgebaut, insbesondere in ihren Abmessungen kompakt. Es entfällt die ansonsten übliche pendelnde Bewegung eines Schleifschlittens, die insoweit gegebenenfalls auf den Abrichtprozess verlagert wird. Weiterhin ist bevorzugt zum Unrundschleifen von Werkstücken ein Durchlaufverfahren verwirklichbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 2810562 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Unrundschleifen eines Werkstücks (3), vorzugsweise einer Nockenscheibe für eine gebaute Nockenwelle einer Brennkraftmaschine, mit einer unrunden Schleifwalze (7), wobei das Werkstück (3) um eine erste Achse (A₁), und die Schleifwalze (7) um eine zweite, parallel zu der ersten Achse (A₁) orientierte Achse (A₂) gedreht wird, und wobei das Werkstück (3) und die Schleifwalze (7) sich entlang eines Schleifpfades (13) berühren, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (3) und die Schleifwalze (7) relativ zueinander in axialer Richtung verlagert werden, so dass der Schleifpfad (13) an einer Mantelfläche (15) der Schleifwalze (7) einer unrunden Schraubenlinie folgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifpfad (13) an der Mantelfläche (15) der Schleifwalze (7) einen Winkelbereich – in Umfangsrichtung gesehen – überstreicht, der mehr als 360°, vorzugsweise ein Vielfaches von 360° umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (3) relativ zu der Schleifwalze (7) mit einer Winkelgeschwindigkeit gedreht wird, die kleiner oder gleich der Winkelgeschwindigkeit der Schleifwalze (7), vorzugsweise ein Bruchteil, besonders bevorzugt eine ganzzahliger Bruchteil derselben ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Geometrie des Schleifpfads (13) mit Hilfe einer kreisrunden Abrichtrolle (35) in die Schleifwalze (7) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Geometrie des Schleifpfads (13) mit Hilfe einer unrunden, vorzugsweise nicht-zylindrischen, als Formkörper (49) ausgebildeten Abrichtrolle in die Schleifwalze (7) eingebracht wird, wobei ein Drehzahlverhältnis zwischen der Schleifwalze (7) und der Abrichtrolle ganzzahlig rational, vorzugsweise 1 ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Variation eines Radius des Schleifpfads (13) entlang von dessen Verlauf so gewählt wird, dass eine Außenkontur der Schleifwalze (7) entlang des Schleifpfads (13) komplementär zu einem von dem Werkstück (3) entlang des Schleifpfads (13) abgetragenen Aufmaß (M) ausgebildet ist, so dass das Aufmaß (M) abgetragen wird, ohne dass die Drehachsen (A₁, A₂) des Werkstücks (3) und der Schleifwalze (7) – in radialer Richtung gesehen – relativ zueinander verlagert werden.
Schleifwalze (7) zum Unrundschleifen eines Werkstücks (3), vorzugsweise einer Nockenscheibe für eine gebaute Nockenwelle einer Brennkraftmaschine, mit einer unrunden, zumindest bereichsweise nicht-zylindrischen, sich – in Umfangsrichtung, gesehen – um eine Drehachse (A₂) der Schleifwalze (7) erstreckenden Mantelfläche (15), dadurch gekennzeichnet, dass an der Mantelfläche (15) ein Schleifpfad (13) vorgesehen ist, der einer Schraubenlinie folgt, die bezüglich ihres radialen Verlaufs in Hinblick auf eine Geometrie eines zu schleifenden Werkstücks (3), ein gewünschtes Drehzahlverhältnis zwischen der Schleifwalze (7) und dem zu schleifenden Werkstück (3), sowie ein beim Schleifen abzutragenden Aufmaß (M) des Werkstücks (3) abgestimmt ist.
Schleifwalze (7) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steigung der Schraubenlinie entlang der Drehachse (A₂) bereichsweise verschieden ausgebildet ist.
Schleifwalze (7) nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bereich der Mantelfläche (15) entlang des Schleifpfads (13) lokal von einer zylindrischen Form abweicht, um das Werkstück (3) nicht nur unrund, sondern auch nicht-zylindrisch zu schleifen, wobei der Bereich bevorzugt kegelig, ballig oder seitlich angefast ausgebildet ist.
Schleifmaschine (1), gekennzeichnet durch eine Schleifwalze (7) nach einem der Ansprüche 7 bis 9.