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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Finishwerkzeugträger und eine Finisheinheit für die mechanische Finishbearbeitung einer sphärischen Oberfläche eines rotationssymmetrischen Werkstücks.
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Bei der Finishbearbeitung, welche auch als Feinstbearbeitung oder Honen bekannt ist, wird ein Finishwerkzeug oszillierend auf einer zu bearbeitenden Oberfläche eines rotierenden Werkstückes quer zu der Rotationsrichtung der Oberfläche auf der Oberfläche geführt. Zur Finishbearbeitung einer Kugellaufbahn wird dabei ein Honstein, der eine dem Querschnitt der Kugellaufbahn entsprechende Form hat, oszillierend geschwenkt, wobei die Schwenkachse des Honsteins mit dem Krümmungsmittelpunkt der Kugellaufbahn fluchtet. Hierzu wird beispielsweise die Abtriebswelle eines Servomotors oszillierend bewegt, wobei über eine Halterung der Honstein so gehalten wird, dass die Schwenkachse des Honsteins mit der Abtriebswelle fluchtet. Bei der Bearbeitung von relativ großen Werkstücken mit einem Durchmesser von mehr als 200 mm stellt sich hierbei das Problem ein, dass die Halterung des Honsteins relativ groß ausgeführt werden muss, was eine hohe Trägheitsmasse zur Folge hat. Infolgedessen kann der Honstein nur mit geringen Frequenzen oszilliert werden.
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Um diesen Nachteil zu überkommen, ist aus der
EP 2 596 907 A1 ein Finishwerkzeugträger mit einer gekrümmten Führungsbahn bekannt, über die eine virtuelle Schwenkachse für den Honstein definiert wird, wobei der Finishwerkzeugträger von einem mit einem Exzenterantrieb verbundenen Pleuel angetrieben wird. Um bei der in der
EP 2 596 907 A1 beschriebenen Lösung den Honstein an die zu bearbeitende Oberfläche anzulegen, muss allerdings ein relativ großer Träger vorgesehen sein, der Führungselemente zur Führung der Führungsbahn trägt. Zudem muss eine spezielle einen Antrieb umfassender Finisheinheit vorgesehen sein, um den Honstein anzutreiben.
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Zum Stand der Technik gehören auch
JP 2006 - 255 889 A und
DE 10 2007 897 A1 , die jeweils einen Finishwerkzeugträger offenbaren.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die mit Bezug zum Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere einen Finishwerkzeugträger anzugeben, dessen zu bewegende Masse klein ist und der insbesondere zusammen mit einer erfindungsgemäßen Finisheinheiten verwendet werden kann.
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Die Aufgabe wird gelöst durch einen Finishwerkzeugträger und eine Finisheinheit mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der Beschreibung angegeben, wobei Merkmale der vorteilhaften Ausgestaltungen in technologisch sinnvoller Weise beliebig miteinander kombinierbar sind.
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Die Aufgabe wird insbesondere durch einen Finishwerkzeugträger für die mechanische Finishbearbeitung einer sphärischen Oberfläche eines rotationssymmetrischen Werkstücks gelöst, umfassend ein Gehäuse und einen zumindest teilweise in dem Gehäuse angeordneten Werkzeughalter zum Halten eines Finishwerkzeuges, wobei sich zwischen einer an dem Gehäuse angeordneten ersten Wälzkörperlaufbahn und einer an dem Werkzeughalter angeordneten zweiten Wälzkörperlaufbahn Wälzkörper befinden, so dass der Werkzeughalter relativ zu dem Gehäuse um eine insbesondere außerhalb des Gehäuses angeordnete virtuelle Schwenkachse schwenkbar ist, wobei der Werkzeughalter einen das Finishwerkzeug aufnehmenden Körper umfasst, der wenigstens einen kreisbogenförmigen, parallel zu der virtuellen Schwenkachse seitlich von dem Körper hervorstehenden Vorsprung aufweist, an dessen radialer Innenumfangsfläche und/oder Außenumfangfläche die zweite Wälzkörperlaufbahn angeordnet ist.
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Der Finishwerkzeugträger ist insbesondere für die mechanische Finishbearbeitung einer Kugellaufbahn eines Kugellagerringes eingerichtet. Mit dem vorliegenden Finishwerkzeugträger können insbesondere rotationssymmetrische Werkstücke mit einem Umfang von mindestens 200 mm, bevorzugt von mindestens 375 mm bearbeitet werden.
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Das Gehäuse umfasst insbesondere jene Bauteile des Finishwerkzeugträgers, die die übrigen Bauteile zumindest teilweise umgibt und mittels welchen der Finishwerkzeugträger an eine Finisheinheit oder eine andere Werkzeugmaschine mittelbar oder unmittelbar angebracht werden kann. Der Werkzeughalter umfasst insbesondere jene Bauteile des Finishwerkzeugträgers, die dafür vorgesehen und eingerichtet sind, das Finishwerkzeug zu halten und mit dem Finishwerkzeug um die virtuelle Schwenkachse zu verschwenken. Damit das Finishwerkzeug und damit auch der Werkzeughalter um die virtuelle Schwenkachse verschwenkbar sind, ist vorgesehen, dass die erste Wälzkörperlaufbahn insbesondere an dem Gehäuse angebracht oder mit diesem gebildet ist. Die zweite Wälzkörperlaufbahn ist an dem Werkzeugträger insbesondere angebracht oder mit diesem gebildet. Die Wälzkörperlaufbahnen haben eine solche Form, dass sie relativ zueinander mit den dazwischen befindlichen Wälzkörpern so geführt sind, dass der Werkzeughalter um die virtuelle Schwenkachse verschwenkt. Die Wälzkörperlaufbahnen können jede geeignete Form haben, wobei eine Kugellaufbahn bevorzugt ist. Die Wälzkörperlaufbahnen mit den dazwischen angeordneten Wälzkörpern funktionieren nach dem Prinzip eines Wälzlagers, wobei die Wälzkörperlaufbahnen nicht vollständig geschlossen sind und insbesondere einen Kreisbogen beschreiben. Durch die Anordnung von Wälzkörpern in einem Gehäuse zwischen den Wälzkörperlaufbahnen ist ein Finishwerkzeugträger mit einer geringen Masse der beweglichen Teile ermöglicht, wobei der Werkzeugträger einfach mittels seines Gehäuses an eine Finisheinheit oder eine Finishmaschine angebracht werden kann.
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Damit der Werkzeughalter und somit auch das Finishwerkzeug oszillierend angetrieben werden können, ist insbesondere vorgesehen, dass ein Drehlager außerhalb des Gehäuses an dem Werkzeughalter ausgebildet ist, so dass der Werkzeughalter mittels eines an dem Drehlager angreifenden Antriebs geschwenkt wird. Das Drehlager kann prinzipiell an jedem geeigneten Punkt auf dem Gehäuse angebracht sein, wobei allerdings bevorzugt ist, dass das Drehlager auf einer der virtuellen Schwenkachse gegenüberliegenden Seite in der Nähe der Schwenkebene des Werkzeughalters angeordnet ist. Um den Oszillationshub einzustellen, ist in diesem Zusammenhang bevorzugt, wenn das Drehlager parallel zu der Ebene der Schwenkbewegung verschiebbar angebracht ist.
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Um die Schwenkbewegung noch weiter zu präzisieren und einen ruhigen Lauf zu gewährleisten, ist insbesondere vorgesehen, dass mehrere erste Wälzkörperlaufbahnen an dem Gehäuse und mehrere zweite Wälzkörperlaufbahnen an dem Werkzeughalter angeordnet sind, wobei sich jeweils zwischen einer ersten Wälzkörperlaufbahn und einer zweiten Wälzkörperlaufbahn Wälzkörper befinden. Es sind also mehrere Wälzkörper umfassende Wälzlagerabschnitte ausgebildet, die eine Schwenkbewegung um die virtuelle Schwenkachse führen.
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Gemäß einer Ausführungsform des Finishwerkzeugträgers ist vorgesehen, dass die erste Wälzkörperlaufbahn aus einem an dem Gehäuse befestigten Innenringabschnitt oder Außenringabschnitt gebildet ist und die zweite an dem Werkzeughalter angeordnete Wälzkörperlaufbahn entsprechend aus einem Außenringabschnitt oder Innenringabschnitt gebildet sind. Der Innenringabschnitt und der Außenringabschnitt sind insbesondere an das Gehäuse beziehungsweise an den Werkzeughalter angebrachte Bauteile, so dass die Ringabschnitte unabhängig von dem Material des Gehäuses beziehungsweise des Werkzeughalters ideal auf die Anforderungen der Wälzkörperlaufbahnen abgestimmt werden können. So kann die Wälzkörperlaufbahn unabhängig von der Herstellung des Gehäuses und des Werkzeughalters bearbeitet werden.
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Bevorzugt ist, dass ein Vorsprung zu beiden Seiten des Körpers hervorsteht und insbesondere dann jeweils auf der von der virtuellen Schwenkachse abgewandten Seite und auf der der virtuellen Schwenkachse zugewandten Seite der Vorsprünge die zweite Wälzkörperlaufbahn ausgebildet ist. Im Falle, dass Ringabschnitte als Wälzkörperlaufbahnen eingesetzt würden, wäre auf der der virtuellen Schwenkachse abgewandten Seite des Vorsprungs ein Innenringabschnitt angeordnet und auf der der virtuellen Schwenkachse zugewandten Seite ein Außenringabschnitt angeordnet, wobei entsprechend ein Außenringabschnitt und ein Innenringabschnitt an dem Gehäuse angeordnet wären. Bei einer solchen Ausgestaltung braucht kein Spalt oder Gleitlager zwischen dem Vorsprung und dem Gehäuse auf einer Seite des Vorsprunges vorgesehen sein.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Finishwerkzeugträgers umfasst der Werkzeughalter eine Nachführeinrichtung, die das von dem Werkzeughalter gehaltene Finishwerkzeug in Richtung auf die virtuelle Schwenkachse mit Kraft beaufschlagt. Hierfür kann beispielsweise ein in dem Werkzeughalter das Finishwerkzeug festhaltendes Element federvorgespannt sein. Dadurch wird gewährleistet, dass auch bei Abnutzung des Finishwerkzeuges das Finishwerkzeug auf die zu bearbeitende Lauffläche nachgeschoben wird und somit jederzeit ein ideales Finishergebnis erreicht wird. Zudem kann so ein idealer Anpressdruck eingestellt werden. Es lässt sich somit eine exakte Positionierung des Finishwerkzeugs auch während eines langen Finishbearbeitungsvorganges gewährleisten.
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Einem weiteren Aspekt der Erfindung folgend wird eine Finisheinheit für die mechanische Finishbearbeitung einer Oberfläche eines rotationssymmetrischen Werkstückes, insbesondere einer Laufbahn eines Wälzlagers vorgeschlagen, umfassend einen Exzenterantrieb zur Erzeugung einer rotatorischen Bewegung, einen ersten Halter, an dem das Gehäuse eines erfindungsgemäßen Finishwerkzeugträgers festlegbar ist und eine mit dem Exzenterantrieb verbundene Antriebsstange, welche an dem Finishwerkzeugträger so angreift, dass der Werkzeughalter aufgrund der rotatorischen Bewegung des Exzenterantriebs oszillierend verschwenkt wird. Das Gehäuse des Finishwerkzeugträgers ist also ortsfest an der Finisheinheit mittels des ersten Halters befestigt und wird während der Finishbearbeitung nicht bewegt. Die mittelbar oder unmittelbar mit dem Exzenterantrieb verbundene Antriebsstange sorgt hingegen für eine oszillierende Verschwenkung des Finishwerkzeuges. Die Antriebsstange könnte beispielsweise an ein Getriebe angeschlossen sein, welches die rotatorische Bewegung des Exzenterantriebes in eine lineare Bewegung übersetzt.
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Gemäß einer Ausführungsform der Finisheinheit ist vorgesehen, dass die Finisheinheit einen zweiten Halter zur Umsetzung der rotatorischen Bewegung des Exzenterantriebes in eine lineare Oszillationsbewegung umfasst, an dem ein Finishwerkzeughalter zur Finishbearbeitung einer zylindrischen oder konischen Laufbahn eines rotationssymmetrischen Werkstückes befestigbar ist. Die Finisheinheit kann also nicht nur zur Finishbearbeitung einer sphärischen Laufbahn eingesetzt werden, sondern auch zur Bearbeitung einer zylindrischen oder konischen Laufbahn eines Wälzlagers, indem an den zweiten Halter ein entsprechendes Werkzeug angebracht wird. Dies bedeutet aber auch, dass der erfindungsgemäße Finishwerkzeugträger mit bekannten Finisheinheiten eingesetzt werden kann und somit eine hohe Flexibilität durch die modulartige Kombinierbarkeit mit anderen Finishwerkzeugträgern gegegeben ist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ein Schwenkantrieb vorgesehen ist, der die Finisheinheit um einen vorgebbaren Winkel um eine Schwenkachse quer zu einer Rotationsachse des rotationssymmetrischen Werkstücks verschwenkt. Mit einer solchen Ausgestaltung wird erreicht, dass der Anstellwinkel des Finishwerkzeuges auf der zu bearbeitenden Oberfläche geändert werden kann, so dass auch Schrägkugellagerlaufbahnen mit der erfindungsgemäßen Finisheinheit bearbeitet werden können. Der Winkel ist hierbei stufenlos einstellbar, so dass jedes beliebige Schrägkugellager bearbeitet werden kann.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden im Folgenden anhand der Figuren beispielhaft erläutert, wobei darauf hinzuweisen ist, dass die Figuren nur eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung zeigen, die jedoch nicht darauf beschränkt ist. Es zeigen schematisch
- 1: einen Finishwerkzeugträger in einer perspektivischen Ansicht,
- 2: den Finishwerkzeugträger in einer die Konturen der Elemente des Finishwerkzeugträgers darstellenden Ansicht,
- 3: den Finishwerkzeugträger in einer Schnittansicht,
- 4: eine Finisheinheit in perspektivischer Ansicht und
- 5: eine Finisheinheit in Seitenansicht.
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Die 1 bis 3 zeigen einen Finishwerkzeugträger 1 mit einem Gehäuse 2, in dem ein ein Finishwerkzeug 4 haltender Werkzeughalter 3 schwenkbar angeordnet ist. Der Werkzeughalter 3 umfasst einen Körper 13, in dem das Finishwerkzeug, insbesondere ein Honstein, gehalten ist und durch eine Nachführeinrichtung 17 mit einer Kraft in Richtung des offenen Endes Gehäuse 2 beaufschlagt wird.
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Zwischen dem Gehäuse 2 und dem Körper 3 sind vier Kugellagerabschnitte ausgebildet, deren genauer Aufbau im Folgenden beschrieben wird, so dass der Werkzeughalter 3 um eine virtuelle Schwenkachse 8 schwenkbar ist.
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Der Körper 13 weist parallel zu der virtuellen Schwenkachse 8 seitlich hervorstehende Vorsprünge 14 auf. An Innenumfangsflächen 15 der Vorsprünge 14 sind Außenringabschnitte 12 angebracht, die zweite Wälzkörperlaufbahnen 6 ausbilden. Auf den Außenumfangsflächen 16 der Vorsprünge 14 sind Innenringabschnitte 11 ausgebildet, die ebenfalls zweite Wälzkörperlaufbahnen 6 ausbilden. Den an den Vorsprüngen 14 angeordneten Innenringabschnitten 11 und Außenringabschnitten 12 sind an dem Gehäuse 2 angeordnete Außenringabschnitte 12 beziehungsweise Innenringabschnitte 11 zugeordnet, die erste Wälzkörperlaufbahnen 5 ausbilden, so dass mit zwischen den ersten Wälzlagerlaufbahnen 5 und zweiten Wälzlagerlaufbahnen 6 angeordneten Wälzkörpern 7 eine Art Kugellagerabschnitte ausgebildet werden. Die so ausgebildeten Kugellagerabschnitte sind so ausgerichtet, dass der Werkzeughalter 3 um die virtuelle Schwenkachse 8 schwenkbar ist. An dem Werkzeughalter 3 ist ein Drehlager 9 ausgebildet, an welches eine Antriebsstange befestigt ist, die den Werkzeughalter 3 oszillierend verschwenken kann.
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In den 4 und 5 ist eine den Finishwerkzeugträger 1 umfassende Finisheinheit 18 dargestellt. Die Finisheinheit 18 umfasst einen Exzenterantrieb 19, dessen nicht dargestellter Exzenter in Richtung an einem ersten Halter 20 hervorsteht. Mittels des ersten Halters 20 ist der Finishwerkzeugträger 1 an der Finisheinheit 18 angebracht, wobei anzumerken ist, dass der erste Halter 20 ortsfest gehalten wird. Die Finisheinheit 18 umfasst ferner einen zweiten Halter 22, der mittels des Exzenterantriebes bewegbar ist, wobei der zweite Halter 22 in bekannter Weise die rotatorische Bewegung des Exzenters in eine lineare Oszillationsbewegung umwandelt. Die lineare Oszillationsbewegung findet in der Darstellung in 5 parallel zu einer angedeuteten Rotationsachse 25 eines nicht dargestellten rotationssymmetrischen Werkstückes statt. Wie in der 5 weiter zu erkennen ist, ist die Antriebsstange 21 an dem zweiten Halter 22 angebracht, so dass der durch den Exzenterantrieb 19 relativ zu dem ersten Halter 20 bewegte zweite Halter 22 den Werkzeughalter 3 des Finishwerkzeugträgers antreibt. Mit der dargestellten Finisheinheit 18 kann eine Kugellaufbahn eines Werkstückes bearbeitet werden.
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An dem zweiten Halter 22 kann ein Finishwerkzeugträger zur Bearbeitung von zylindrischen Oberflächen von rotationssymmetrischen Werkstücken angebracht werden. Die vorliegende Erfindung erlaubt also einen modulartigen Einsatz von Finishwerkzeugträgern.
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Die Finisheinheit 18 umfasst ferner einen Schwenkantrieb 23, der die Finisheinheit 18 um eine Schwenkachse 24 schwenken kann, so dass ein Anstellwinkel des Finishwerkzeugs 4 auf ein Werkstück veränderbar ist. Hierdurch wird es ermöglicht, dass konische Oberflächen oder beim dem Einsatz des Finishwerkzeugträgers 1 an der Finisheinheit 18 Schrägkugellagerlaufbahnen bearbeitet werden können. Mit der vorliegenden Erfindung kann ein bewegliche Teile mit geringer Masse umfassender Finishwerkzeugträger 1 modulartig mit weiteren Finishwerkzeugträgern an einer Finisheinheit 18 eingesetzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Finishwerkzeugträger
- 2
- Gehäuse
- 3
- Werkzeughalter
- 4
- Finishwerkzeug
- 5
- erste Wälzkörperlaufbahn
- 6
- zweite Wälzkörperlaufbahn
- 7
- Wälzkörper
- 8
- Virtuelle Schwenkachse
- 9
- Drehlager
- 10
- Antrieb
- 11
- Innenringabschnitt
- 12
- Außenringabschnitt
- 13
- Körper
- 14
- Vorsprung
- 15
- Innenumfangsfläche
- 16
- Außenumfangsfläche
- 17
- Nachführeinrichtung
- 18
- Finisheinheit
- 19
- Exzenterantrieb
- 20
- erste Halter
- 21
- Antriebsstange
- 22
- zweiter Halter
- 23
- Schwenkantrieb
- 24
- Schwenkachse
- 25
- Rotationsachse
