DE102015216357A1 - Peripheral surface processing unit, machine tool and method of operation - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Umfangsflächenbearbeitungseinheit (10) zur finishenden Bearbeitung von zu einer Werkstückachse (116) exzentrischen Werkstückumfangsflächen (72) mittels mindestens einem Finishwerkzeug, wobei das mindestens eine Finishwerkzeug an einem Finishwerkzeughalter (60) gehalten ist und wobei der Finishwerkzeughalter (60) mittels einer Lagereinheit während der Bearbeitung einer Werkstückumfangsfläche (72) entlang einer Bewegungsbahn der Werkstückumfangsfläche (72) bewegbar ist, wobei die Umfangsflächenbearbeitungseinheit (10) einen Oszillationsantrieb (48) aufweist, mittels welchem der Finishwerkzeughalter (60) in einer zu der Werkstückachse parallelen Richtung oszillierend antreibbar ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Werkzeugmaschine sowie Verfahren zum Betrieb einer Umfangsflächenbearbeitungseinheit (10) und einer Werkzeugmaschine.The invention relates to a peripheral surface processing unit (10) for finish machining workpiece peripheral surfaces (72) eccentric to a workpiece axis (116) by means of at least one finishing tool, wherein the at least one finishing tool is held on a finishing tool holder (60) and wherein the finishing tool holder (60) Bearing unit during machining of a workpiece peripheral surface (72) along a movement path of the workpiece peripheral surface (72) is movable, wherein the peripheral surface processing unit (10) comprises an oscillation drive (48) by means of which the finishing tool holder (60) is oscillated in a direction parallel to the workpiece axis direction , The invention further relates to a machine tool and method for operating a peripheral surface processing unit (10) and a machine tool.
Description
Die Erfindung betrifft eine Umfangsflächenbearbeitungseinheit zur finishenden Bearbeitung von zu einer Werkstückachse exzentrischen Werkstückumfangsflächen mittels mindestens einem Finishwerkzeug, wobei das mindestens eine Finishwerkzeug an einem Finishwerkzeughalter gehalten ist und wobei der Finishwerkzeughalter mittels einer Lagereinheit während der Bearbeitung einer Werkstückumfangsfläche entlang einer Bewegungsbahn der Werkstückumfangsfläche bewegbar ist. The invention relates to a peripheral surface processing unit for finish machining workpiece peripheral surfaces eccentric to a workpiece axis by means of at least one finishing tool, wherein the at least one finishing tool is held on a finishing tool holder, and wherein the finishing tool holder is movable by a bearing unit during machining of a workpiece peripheral surface along a movement path of the workpiece peripheral surface.
Eine solche Umfangsflächenbearbeitungseinheit ist aus der
Bei der Finishbearbeitung wird ein Werkstück mittels eines Rotationsantriebs rotierend angetrieben, sodass auch die zu bearbeitende Werkstückumfangsfläche rotiert. Dieser Rotationsbewegung wird eine parallel zur Werkstückachse gerichtete Relativbewegung zwischen dem Werkstück und dem Finishband überlagert, indem das Werkstück mit einem Oszillationsantrieb in zu der Werkstückachse paralleler Richtung hin- und herbewegt wird. Hierdurch wird die Werkstückumfangsfläche mit einer für das Finishverfahren charakteristischen Kreuzschliffstruktur versehen. During finishing, a workpiece is driven in rotation by means of a rotary drive, so that the workpiece peripheral surface to be machined also rotates. This rotational movement is superimposed on a relative to the workpiece axis directed relative movement between the workpiece and the finishing belt by the workpiece is reciprocated with an oscillating drive in parallel to the workpiece axis direction. As a result, the workpiece peripheral surface is provided with a characteristic for the finishing process cross-cut structure.
Bei den zu bearbeitenden Werkstückumfangsflächen handelt es sich insbesondere um Lagerflächen von Kurbel- oder Nockenwellen. Diese Lagerflächen müssen mit einer hohen Maßhaltigkeit gefertigt werden. Insbesondere sollen die Lagerflächen der Kurbel- oder Nockenwellen so gefertigt sein, dass sie im Zusammenspiel mit den Lagerflächen eines Kurbel- oder Nockenwellengehäuses oder mit den Lagerflächen eines Pleuels möglichst spielfreie und reibungsarme Lagerungen mit hohen Tragflächenanteilen gewährleisten. The workpiece peripheral surfaces to be machined are, in particular, bearing surfaces of crankshafts or camshafts. These storage areas must be manufactured with a high dimensional accuracy. In particular, the bearing surfaces of the crankshafts or camshafts should be made so that they ensure in conjunction with the bearing surfaces of a crankcase or camshaft housing or with the bearing surfaces of a connecting rod possible backlash-free and low-friction bearings with high wing fractions.
Es hat sich herausgestellt, dass der Rüstaufwand zur Vorbereitung der finishenden Bearbeitung von Werkstücken eines Werkstückloses relativ hoch ist. In der Großserienfertigung ist dies hinnehmbar; bei Kleinserien hingegen führt dies zu hohen Kosten pro Werkstück. Darüber hinaus ist der Investitionsaufwand zur Bereitstellung einer Werkzeugmaschine, welche mit Umfangsflächenbearbeitungseinheiten ausgestattet ist, relativ hoch, sodass eine Amortisation für kleinere Firmen mit höherem Spezialisierungsgrad schwierig ist. It has been found that the setup effort for preparing the finishing machining of workpieces of a workpiece lot is relatively high. In mass production, this is acceptable; In small series, however, this leads to high costs per workpiece. Moreover, the investment cost for providing a machine tool equipped with peripheral surface processing units is relatively high, so that amortization is difficult for smaller companies with a higher degree of specialization.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Umfangsflächenbearbeitungseinheit bereitzustellen, welche besonders gut für die finishende Bearbeitung von Werkstücken kleiner Werkstücklose geeignet ist. Proceeding from this, the present invention has the object to provide a peripheral surface processing unit, which is particularly well suited for the finishing process of workpieces small workpiece lots.
Diese Aufgabe wird bei einer Umfangsflächenbearbeitungseinheit der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Umfangsflächenbearbeitungseinheit einen Oszillationsantrieb aufweist, mittels welchem der Finishwerkzeughalter in einer zu der Werkstückachse parallelen Richtung oszillierend antreibbar ist. This object is achieved in a peripheral surface processing unit of the aforementioned type according to the invention that the peripheral surface processing unit has an oscillating drive, by means of which the finishing tool holder is driven to oscillate in a direction parallel to the workpiece axis direction.
Die erfindungsgemäße Umfangsflächenbearbeitungseinheit weist einen Oszillationsantrieb auf, welcher den Finishwerkzeughalter oszillierend antreibt. Auf diese Weise kann ein mit dem Finishwerkzeughalter zusammenwirkendes Finishwerkzeug, insbesondere ein Finishband oder ein Finishstein, oszillierend angetrieben werden. Im Vergleich zu einem herkömmlichen Oszillationsantrieb, bei welchem das Werkstück in zu der Werkstückachse paralleler Richtung hin- und herbewegt wird, kann ein relativ kleiner und relativ kompakter Oszillationsantrieb verwendet werden. Insbesondere ist es nicht erforderlich, eine Gesamtheit von Spindelstock, Werkstück und Reitstock in zu einer Werkstückachse paralleler Richtung oszillierend anzutreiben. The peripheral surface processing unit according to the invention has an oscillation drive which oscillates the finish tool holder. In this way, a finishing tool cooperating with the finishing tool holder, in particular a finishing belt or a finishing stone, can be driven in an oscillating manner. Compared to a conventional oscillation drive in which the workpiece is reciprocated in a direction parallel to the workpiece axis, a relatively small and relatively compact oscillation drive can be used. In particular, it is not necessary to oscillate a whole of the headstock, workpiece and tailstock in a direction parallel to a workpiece axis.
Dadurch, dass eine oszillierende Bewegung an der Umfangsflächenbearbeitungseinheit selbst erzeugt wird, kann diese in Verbindung mit sehr einfach aufgebauten Werkzeugmaschinen eingesetzt werden. Diese Werkzeugmaschinen können sehr kompakt bauen, weil sie lediglich einen Werkstückhalter mit einem Rotationsantrieb benötigen. By generating an oscillating motion on the peripheral surface processing unit itself, it can be used in conjunction with very simply constructed machine tools. These machine tools can be very compact because they only need a workpiece holder with a rotary drive.
Dadurch, dass ein Oszillationsantrieb vorgesehen ist, welcher den Finishwerkzeughalter antreibt, kann ein zu bearbeitendes Werkstück in zu der Werkstückachse paralleler Richtung ruhen. Dies hat auch den Vorteil, dass entlang der Werkstückachse gesehen parallel zueinander versetzte Werkstückumfangsflächen voneinander unabhängig bearbeitet werden können. Insbesondere ist es auch möglich, gleichzeitig mehrere Werkstückumfangsflächen zu bearbeiten, wenn ein Teil der zu bearbeitenden Werkstückumfangsflächen nicht finishend bearbeitet werden soll (beispielsweise ein Dichtsitz einer Kurbelwelle). By providing an oscillating drive which drives the finish tool holder, a workpiece to be machined can rest in a direction parallel to the workpiece axis. This also has the advantage that viewed along the workpiece axis parallel to each other staggered workpiece peripheral surfaces can be processed independently. In particular, it is also possible to simultaneously process a plurality of workpiece peripheral surfaces, if a part of the workpiece peripheral surfaces to be machined is not to be finish-machined (for example, a sealing seat of a crankshaft).
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Oszillationsantrieb zwischen der Lagereinheit und dem Finishwerkzeughalter wirksam ist. Dies bedeutet, dass der Oszillationsantrieb an der Lagereinheit angeordnet ist und den Finishwerkzeughalter oszillierend antreibt. Auf diese Weise werden während des Betriebs der Umfangsflächenbearbeitungseinheit lediglich der Finishwerkzeughalter und das mit dem Finishwerkzeughalter zusammenwirkende Finishwerkzeug in eine oszillierende Bewegung versetzt. Somit können die oszillierenden Massen auf ein kleinstmögliches Maß reduziert werden. In a particularly preferred embodiment it is provided that the oscillation drive between the bearing unit and the finishing tool holder is effective. This means that the oscillation drive is arranged on the bearing unit and oscillates the finishing tool holder. In this way, during operation of the peripheral surface processing unit, only the finish tool holder and the finish tool cooperating with the finish tool holder are set in an oscillating motion. Thus, the oscillating masses can be reduced to the smallest possible degree.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der Oszillationsantrieb eine Exzentereinheit umfasst. Eine solche Exzentereinheit ermöglicht eine einfache Übersetzung einer Drehbewegung in eine Oszillationsbewegung. Die Drehbewegung kann mit einem einfachen Antriebsmotor erzeugt werden, der über eine sich drehende Welle mit der Exzentereinheit zusammenwirkt. A further preferred embodiment provides that the oscillation drive comprises an eccentric unit. Such an eccentric unit allows a simple translation of a rotational movement in an oscillatory motion. The rotational movement can be generated with a simple drive motor, which cooperates via a rotating shaft with the eccentric unit.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Bearbeitungseinheit eine Trägereinheit umfasst, an welchem ein erstes Lagerteil der Lagereinheit verschieblich gelagert ist, wobei das erste Lagerteil ein gemeinsam mit diesem verschiebliches Schwenklager aufweist, wobei an dem Schwenklager ein relativ zu dem ersten Lagerteil verschwenkbares zweites Lagerteil der Lagereinheit gelagert ist, wobei an dem zweien Lagerteil der Oszillationsantrieb und der Finishwerkzeughalter angeordnet sind. Bei dieser Anordnung bildet die Trägereinheit ein Gestell der Umfangsflächenbearbeitungseinheit. Ausgehend von diesem Gestell wird zunächst eine Linearführung für ein erstes Lagerteil der Lagereinheit relativ zu der Trägereinheit bereitgestellt. An dem ersten Lagerteil ist ein gemeinsam mit diesem verschiebliches Schwenklager vorgesehen, sodass die Verschwenkbarkeit eines zweiten Lagerteils der vorstehend genannten Linearbeweglichkeit des ersten Lagerteils kinematisch folgt. Dies hat den Vorteil, dass während der Bearbeitung einer zu einer Werkstückachse nicht konzentrischen Werkstückumfangsfläche, also während der Bearbeitung beispielsweise eines Hublagers einer Kurbelwelle, ein Abstand zwischen dem Finishwerkzeughalter und dem Finishwerkzeug einerseits und der Schwenkachse andererseits konstant bleibt. Auf diese Weise bleibt auch das Produkt aus einer oszillationsbedingten Reibkraft zwischen Werkstück und Finishwerkzeug und aus einem durch den Abstand zwischen dem Finishwerkzeug und der Schwenkachse definierten Hebelarm (also das auf das Schwenklager wirkende Biegemoment) konstant. In a further preferred embodiment it is provided that the processing unit comprises a carrier unit, on which a first bearing part of the bearing unit is displaceably mounted, wherein the first bearing part has a pivotable together with this pivot bearing, wherein on the pivot bearing a pivotable relative to the first bearing part second Bearing part of the bearing unit is mounted, wherein the oscillation drive and the finishing tool holder are arranged on the two bearing part. In this arrangement, the carrier unit forms a frame of the peripheral surface processing unit. Starting from this frame, a linear guide for a first bearing part of the bearing unit is initially provided relative to the carrier unit. On the first bearing part, a jointly with this slidable pivot bearing is provided, so that the pivotability of a second bearing part of the above-mentioned linear mobility of the first bearing part follows kinematically. This has the advantage that during the processing of a non-concentric to a workpiece axis workpiece peripheral surface, ie during processing, for example, a crank bearing a crankshaft, a distance between the finishing tool holder and the finishing tool on the one hand and the pivot axis on the other hand remains constant. In this way, the product of an oscillating frictional force between the workpiece and finishing tool and from a defined by the distance between the finishing tool and the pivot axis lever arm (ie acting on the pivot bearing bending moment) remains constant.
Für eine vorstehend beschriebene Konfiguration der Lagereinheit ist es bevorzugt, wenn an der Trägereinheit ein Linearantrieb angeordnet ist, mittels welchem das erste Lagerteil entlang einer geradlinigen Bahn verschiebbar ist. Dies ermöglicht eine Positionierung des Finishwerkzeughalters und eines Finishwerkzeug relativ zu einem Werkstück, ohne dass hierfür entsprechende werkzeugmaschinenseitige Positioniereinrichtungen bereitgestellt werden müssen. Der Linearantrieb schwenkt bei Bearbeitung einer zu einer Werkstückachse exzentrischen Werkstückumfangsfläche nicht mit, sondern verbleibt in einer konstanten Raumlage. For a configuration of the bearing unit described above, it is preferred if a linear drive is arranged on the carrier unit, by means of which the first bearing part is displaceable along a rectilinear path. This allows positioning of the finish tool holder and a finishing tool relative to a workpiece without having to provide corresponding machine tool side positioning devices. The linear drive does not pivot during machining of a workpiece peripheral surface that is eccentric to a workpiece axis, but remains in a constant spatial position.
Besonders bevorzugt ist es, wenn der Linearantrieb als Andrückeinrichtung zur Einstellung einer Andrückkraft wirksam ist, mit welcher das mindestens eine Finishwerkzug gegen eine finishend zu bearbeitende Werkstückumfangsfläche drückt. Ein bevorzugtes Beispiel für einen solchen Linearantrieb ist ein Pneumatikzylinder. Ein Linearantrieb, welcher auch als Andrückeinrichtung wirksam ist, kann also gleichzeitig als Positioniereinrichtung verwendet werden und eine Andrückkraft bereitstellen. Bei Bearbeitung einer zu einer Werkstückachse exzentrischen Werkstückumfangsfläche ermöglicht ein Pneumatikzylinder auch die Bereitstellung einer Längenausgleichsbewegung. It is particularly preferred if the linear drive is effective as a pressing device for setting a pressing force with which presses the at least one finish train against a finish end to be machined workpiece peripheral surface. A preferred example of such a linear drive is a pneumatic cylinder. A linear drive, which is also effective as a pressing device, so can be used simultaneously as a positioning and provide a pressing force. When machining an eccentric to a workpiece axis workpiece peripheral surface allows a pneumatic cylinder and the provision of a length compensation movement.
Alternativ zu der vorstehend beschriebenen Konfiguration (bei welcher ein erstes Lagerteil der Lagereinheit verschieblich an einer Trägereinheit gelagert ist, wobei das erste Lagerteil ein gemeinsam mit diesem verschiebliches Schwenklager aufweist, wobei an dem Schwenklager ein relativ zu dem ersten Lagerteil verschwenkbares zweites Lagerteil der Lagereinheit gelagert ist), ist es möglich, das erste Lagerteil um eine Schwenkachse schwenkbar an der Trägereinheit zu lagern, und ein zweites Lagerteil verschieblich an dem ersten Lagerteil zu lagern. In diesem Fall ist ein Linearantrieb zwischen dem ersten Lagerteil und dem zweiten Lagerteil wirksam; der Linearantrieb wird gemeinsam mit dem ersten Lagerteil um die Schwenkachse verschwenkt. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass eine von dem Linearantrieb erzeugte Anpresskraft immer senkrecht zu einer finishend zu bearbeitenden Werkstückfläche eingeleitet werden kann. As an alternative to the configuration described above (in which a first bearing part of the bearing unit is displaceably mounted on a carrier unit, the first bearing part has a pivot bearing which is displaceable together with the second bearing part of the bearing unit which is pivotable relative to the first bearing part on the pivot bearing ), it is possible to pivotally support the first bearing part about a pivot axis on the carrier unit, and to store a second bearing part slidably on the first bearing part. In this case, a linear drive between the first bearing part and the second bearing part is effective; the linear drive is pivoted together with the first bearing part about the pivot axis. This arrangement has the advantage that a contact force generated by the linear drive can always be introduced perpendicular to a workpiece surface to be finish-finished.
Die erfindungsgemäße Umfangsflächenbearbeitungseinheit ist ferner besonders flexibel einsetzbar, wenn das Finishwerkzeug als Finishband ausgebildet ist und wenn an der Lagereinheit, insbesondere an einem zweiten Lagerteil der Lagereinheit, eine Bevorratungseinrichtung für frisches Finishband und/oder eine Sammlereinrichtung zum Sammeln von verbrauchtem Finishband angeordnet ist oder sind. Auf diese Weise ist die Umfangsflächenbearbeitungseinheit auch bezüglich der Versorgung mit Finishband autark und muss nicht mit Bauteilen eines externen Finishbandmanagements abgestimmt werden. The peripheral surface processing unit according to the invention is also particularly flexible used when the finishing tool is designed as a finishing tape and when the storage unit, in particular on a second bearing part of the storage unit, a storage device for fresh finishing tape and / or a collector device for collecting spent finishing tape is or are arranged. In this way, the peripheral surface processing unit is also self-sufficient with respect to the supply of finishing tape and does not have to be matched with components of an external finishing tape management.
Für den Fall, dass das Finishwerkzeug als Finishband ausgebildet ist, ist es besonders bevorzugt, wenn die Umfangsflächenbearbeitungseinrichtung einen Finishbandantrieb aufweist, welcher als Zugantrieb ausgebildet ist und durch Ziehen an einem verbrauchten Finishbandabschnitt dem Finishwerkzeughalter einen frischen Finishbandabschnitt zuführt. Auf diese Weise kann ein besonders einfach ausgebildeter Finishbandantrieb bereitgestellt werden, bei welchem das Finishband in besonders einfacher Weise "unter Zug" gehalten werden kann. In the event that the finishing tool is designed as a finishing belt, it is particularly preferred if the peripheral surface processing device has a finishing belt drive which is designed as a traction drive and supplies a fresh finishing belt section to the finish tool holder by pulling on a worn finishing belt section. In this way, a particularly simple trained finishing belt drive can be provided, in which the finishing belt can be kept in a particularly simple manner "under tension".
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der Finishwerkzeughalter und das Finishwerkzeug derart ausgebildet sind, dass sie die Bearbeitung von Werkstückumfangsflächen mit unterschiedlichen Durchmessern ermöglichen. Auf diese Weise wird der Einsatzbereich der erfindungsgemäßen Umfangsflächenbearbeitungseinheit nochmals erweitert. Hierbei kann insbesondere auf Anordnungen zurückgegriffen werden, die aus der
Insbesondere im Zusammenhang mit den vorstehend genannten durchmesserflexiblen Finishwerkzeughaltern besonders vorteilhaft ist auch eine optionale Finishbandspeichereinrichtung, welche einen Zusatzabschnitt des Finishbands speichert, wenn das Finishband nicht in Kontakt mit einem Werkstück steht, und den Zusatzabschnitt des Finishbands freigibt, wenn das Finishband in Kontakt mit dem Werkstück gelangt. Die Speichereinrichtung hält also einen zusätzlichen Abschnitt des Finishbands vor, der freigegeben wird, wenn das vor Kontakt mit einem Werkstück vorzugsweise gerade gespannte Finishband sich der Kontur eines Finishwerkzeughalters anpasst. Particularly advantageous in connection with the above-mentioned diameter-flexible finish tool holders is also an optional finish tape storage device which stores an additional portion of the finish tape when the finishing tape is out of contact with a workpiece and releases the additional portion of the finish tape when the finishing tape is in contact with the workpiece arrives. Thus, the storage device provides an additional portion of the finishing tape which is released when the finishing strip, preferably just taut prior to contact with a workpiece, conforms to the contour of a finishing tool holder.
Besonders vorteilhaft ist es, die erfindungsgemäße Umfangsflächenbearbeitungseinheit, welche für die finishende Bearbeitung von zu einer Werkstückachse exzentrischen Werkstückumfangsflächen ausgelegt ist und dementsprechende Bewegungsfreiheitsgrade bereithält, wahlweise auch zur finishenden Bearbeitung einer zu einer Werkstückachse konzentrischen Werkstückumfangsfläche eines Werkstücks verwendet wird. Hierbei kann es sich beispielsweise um die Hauptlager einer Kurbelwelle oder einer Nockenwelle handeln. Die erfindungsgemäße Umfangsflächenbearbeitungseinheit stellt also die kinematischen Voraussetzungen bereit, zu einer Werkstückachse exzentrische Werkstückumfangsflächen bearbeiten zu können, kann aber bedarfsweise genutzt werden, um zu einer Werkstückachse konzentrische Werkstückumfangsflächen zu bearbeiten. Auf diese Weise wird der Einsatzbereich der erfindungsgemäßen Umfangsflächenbearbeitungseinheit nochmals vergrößert. It is particularly advantageous for the peripheral surface processing unit according to the invention, which is designed for the finishing machining of workpiece surfaces which are eccentric to a workpiece axis and has corresponding degrees of freedom of movement, optionally also for finishing machining of a workpiece peripheral surface of a workpiece concentric with a workpiece axis. This may be, for example, the main bearings of a crankshaft or a camshaft. The peripheral surface processing unit according to the invention thus provides the kinematic conditions to be able to machine eccentric workpiece peripheral surfaces to a workpiece axis, but can if necessary be used to machine concentric workpiece peripheral surfaces to a workpiece axis. In this way, the range of application of the peripheral surface processing unit according to the invention is further increased.
Eine separate Umfangsflächenbearbeitungseinheit, welche ausschließlich zur Bearbeitung von zu einer Werkstückachse konzentrischen Werkstückumfangsflächen ausgebildet ist, also der Orbitalbahn einer exzentrischen Werkstückumfangsfläche nicht folgen kann, muss somit an einer Werkzeugmaschine nicht vorgehalten werden. Vielmehr ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich, dass die vorstehend beschriebene Umfangsflächenbearbeitungseinheit nacheinander sowohl für die finishende Bearbeitung einer zu einer Werkstückachse exzentrischen Werkstückumfangsfläche und für die finishende Bearbeitung von zu einer Werkstückachse konzentrischen Werkstückumfangsfläche verwendet wird. A separate peripheral surface processing unit, which is designed exclusively for machining concentric to a workpiece axis workpiece peripheral surfaces, so the orbital path of an eccentric workpiece peripheral surface can not follow, thus need not be kept on a machine tool. Rather, it is possible within the scope of the present invention that the above-described peripheral surface processing unit is successively used both for finishing machining of a workpiece peripheral surface eccentric to a workpiece axis and finishing machining of workpiece peripheral surface concentric with a workpiece axis.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine bereitzustellen, welche besonders gut für die finishende Bearbeitung von Werkstücken kleiner Werkstücklose geeignet ist. The present invention has the further object of providing a machine tool which is particularly well suited for the finishing machining of workpieces small workpiece lots.
Diese Aufgabe wird bei einer Werkzeugmaschine dadurch gelöst, dass sie eine Umfangsflächenbearbeitungseinheit der vorstehend beschriebenen Art umfasst und einen Werkstückhalter zum Halten eines Werkstücks, sowie mindestens eine erste Positioniereinrichtung zur Positionierung der Umfangsflächenbearbeitungseinheit, insbesondere eines Trägers der Umfangsflächenbearbeitungseinheit, relativ zu dem Werkstück. Die Positioniereinrichtung weist insbesondere eine Positionierachse in zu der Werkstückachse paralleler Richtung auf, alternativ oder zusätzlich hierzu eine Zustellachse in zu der Werkstückachse senkrechter Richtung. This object is achieved in a machine tool in that it comprises a peripheral surface processing unit of the type described above and a workpiece holder for holding a workpiece, and at least a first positioning device for positioning the peripheral surface processing unit, in particular a support of the peripheral surface processing unit, relative to the workpiece. In particular, the positioning device has a positioning axis in a direction parallel to the workpiece axis, alternatively or in addition to this, a feed axis in a direction perpendicular to the workpiece axis.
Die Werkzeugmaschine umfasst ferner einen Werkstückhalter mit einem Rotationsantrieb zum Antrieb des Werkstücks um die Werkstückachse, wobei vorzugsweise das Werkstück in einer zu der Werkstückachse parallelen Richtung unbewegbar in dem Werkstückhalter gehalten ist. Auf diese Weise kann auf einen raumgreifenden und schweren Oszillationsantrieb verzichtet werden, mit welchem beispielsweise ein Spindelstock, ein Reitstock und ein Werkstück als Gesamtheit oszillierend angetrieben werden. The machine tool further comprises a workpiece holder with a rotary drive for driving the workpiece about the workpiece axis, wherein preferably the workpiece is held immovably in a direction parallel to the workpiece axis direction in the workpiece holder. In this way, can be dispensed with a large-scale and heavy oscillation drive, with which, for example, a headstock, a tailstock and a workpiece as a whole are driven to oscillate.
Ferner ist es bevorzugt, wenn die Werkzeugmaschine mindestens eine zweite Positioniereinrichtung zur Positionierung einer Axialflächenbearbeitungseinheit zur finishenden Bearbeitung von zu einer Werkstückachse senkrechten Flächen eines Flächenpaars aufweist. Eine solche Axialflächenbearbeitungseinheit kann auch als "Passlagereinheit" bezeichnet werden. Für die zweite Positioniereinrichtung ist es ebenfalls bevorzugt, wenn diese eine Positionierachse in zu der Werkstückachse paralleler Richtung aufweist, alternativ oder zusätzlich hierzu eine Zustellachse in zu der Werkstückachse senkrechter Richtung. Furthermore, it is preferred if the machine tool has at least one second positioning device for positioning an axial surface processing unit for finishing machining of surfaces of a surface pair that are perpendicular to a workpiece axis. Such an axial surface processing unit may also be referred to as a "passport bearing unit". For the second positioning device, it is likewise preferred if this has a positioning axis in a direction parallel to the workpiece axis, alternatively or in addition to this, a feed axis in a direction perpendicular to the workpiece axis.
Bei einer besonders bevorzugten Axialflächenbearbeitungseinheit ist vorgesehen, dass diese zwei voneinander getrennte Finishbänder aufweist, welche jeweils zur Bearbeitung nur einer Fläche der beiden Flächen eines Flächenpaars dienen. Bei einer konventionellen Axialflächenbearbeitungseinheit wird nur ein Finishband verwendet, das zunächst einer Fläche der beiden Flächen eines Flächenpaars zugeführt wird, danach umgelenkt wird und anschließend einer zweiten Fläche des Flächenpaars zugeführt wird. Bei einer solchen konventionellen Axialflächenbearbeitungseinheit muss der Vorschub von Finishband indexiert werden, um zu verhindern, dass ein an der ersten Fläche bereits abgenutztes Finishband nach seiner Umlenkung der zweiten Fläche zugeführt wird. Eine solche Indexierung ist bei der erfindungsgemäßen Axialflächenbearbeitungseinheit nicht erforderlich. Bei dieser sind zwei getrennte Finishbänder vorgesehen, welche jeweils nur einer Fläche eines Flächenpaars zugeordnet sind. Jedes Finishband wird somit ausschließlich für eine der beiden Flächen des Flächenpaars verwendet. Somit können die Finishbänder jeweils für sich und ohne Indexierung nachgeführt werden. In a particularly preferred axial surface processing unit is provided that it has two separate finishing tapes, which each serve for processing only one surface of the two surfaces of a surface pair. In a conventional axial surface processing unit, only a finishing belt is used, which is first supplied to one surface of the two surfaces of a surface pair, then deflected and then fed to a second surface of the surface pair. In such a conventional Axial surface processing unit, the feed of finishing belt must be indexed to prevent a already worn on the first surface finishing belt is fed after its deflection to the second surface. Such indexing is not required in the axial surface processing unit according to the invention. In this two separate finishing tapes are provided, which are each associated with only one surface of a pair of surfaces. Each finishing belt is thus used exclusively for one of the two surfaces of the surface pair. Thus, the finishing tapes can be tracked individually and without indexing.
Es versteht sich, dass die vorstehend beschriebene Axialflächenbearbeitungseinheit auch für sich genommen und unabhängig von einer Umfangsflächenbearbeitungseinheit vorteilhaft ist und auch für sich genommen eine Erfindung darstellen kann. It is understood that the above-described Axialflächenbearbeitungseinheit taken alone and independent of a peripheral surface processing unit is advantageous and can also constitute an invention per se.
Die Erfindung betrifft ferner nachfolgend erörterte Verfahren zum Betrieb einer vorstehend beschriebenen Umfangsflächenbearbeitungseinheit oder einer vorstehend beschriebenen Werkzeugmaschine. Diese Verfahren helfen, die erfindungsgemäße Umfangsflächenbearbeitungseinheit flexibel einsetzen zu können, sodass auch Werkstücke kleiner Werkstücklose wirtschaftlich finishend bearbeitbar sind. The invention further relates to a method for operating a previously described peripheral surface processing unit or a machine tool described above. These methods help to be able to use the peripheral surface processing unit according to the invention flexibly, so that workpieces of small workpiece lots can be machined with economic finish.
Nach einem ersten erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Kraft, mit welcher das mindestens eine Finishwerkzeug gegen eine finishend zu bearbeitende Werkstückumfangsfläche drückt, eingestellt, in dem die Position des mindestens einen Finishwerkzeugs entlang einer geradlinigen Bahn eingestellt wird. In vorteilhafter Weise erfolgt die Einstellung der Position mittels eines vorstehend genannten Pneumatikzylinders, der einen Anpressdruck erzeugt. Dieser Pneumatikzylinder stellt auch eine Längenausgleichsbewegbarkeit bereit. According to a first method of the invention, a force with which the at least one finishing tool presses against a workpiece peripheral surface to be finished is set by adjusting the position of the at least one finishing tool along a rectilinear path. Advantageously, the adjustment of the position by means of an aforementioned pneumatic cylinder, which generates a contact pressure. This pneumatic cylinder also provides length compensation movability.
Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren wird die Umfangsflächenbearbeitungseinheit während der finishenden Bearbeitung einer Werkstückumfangsfläche und der oszillierenden Bewegung des mindestens einen Finishwerkzeugs überlagert in zu der Werkstückachse paralleler Richtung hin- und herbewegt. Auf diese Weise kann ein Überlagerungshub realisiert werden, welcher es ermöglicht, mit einem Finishwerkzeug einer bestimmten Breite Werkstückumfangsflächen finishend zu bearbeiten, die eine größere Breite aufweisen. Der Überlagerungshub dient dann also dazu, die gesamte Breite einer zu bearbeitenden Werkstückumfangsfläche abfahren zu können, ohne dass ein Austausch oder ein Anpassen des Finishwerkzeugs und/oder des Finishwerkzeughalters erforderlich ist. Hierbei wird der potentielle Nachteil einer höheren Bearbeitungsdauer zur finishenden Bearbeitung einer bestimmten Werkstückumfangsfläche in Kauf genommen zu Gunsten der Tatsache, dass die erfindungsgemäße Umfangsflächenbearbeitungseinheit für eine Vielzahl unterschiedlich breiter Werkstückumfangsflächen verwendet werden kann. According to a further method of the invention, the peripheral surface processing unit is reciprocated in a direction parallel to the workpiece axis during finishing machining of a workpiece peripheral surface and the oscillating movement of the at least one finishing tool. In this way, a Überlagerungshub can be realized, which makes it possible to finish with a finishing tool of a certain width Werkstückumfangsflächen finish, which have a greater width. The overlay stroke then serves to be able to travel the entire width of a workpiece peripheral surface to be machined, without requiring replacement or adaptation of the finishing tool and / or the finish tool holder. In this case, the potential disadvantage of a higher processing time for finishing machining a certain workpiece peripheral surface is accepted in favor of the fact that the peripheral surface processing unit according to the invention can be used for a large number of differently wide workpiece peripheral surfaces.
Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren werden in derselben Einspannung eines Werkstücks unter Verwendung derselben Umfangsflächenbearbeitungseinheit nacheinander unterschiedlicher Werkstückumfangsflächen desselben Werkstücks finishend bearbeitet. Bei den unterschiedlichen Werkstückumfangsflächen kann es sich um eine Mehrzahl von Werkstückumfangsflächen handeln, welche dieselbe Geometrie aufweisen, also beispielsweise zwei Hublager derselben Kurbelwelle. Es kann sich bei den verschiedenen Werkstückumfangsflächen aber auch um Werkstückumfangsflächen handeln, welche eine unterschiedliche Geometrie aufweisen, also beispielsweise ein Hublager und ein Hauptlager derselben Kurbelwelle. Wesentlich ist, dass zur Bearbeitung einer bestimmten Lagergeometrie spezialisierte Bearbeitungseinheiten nicht vorgehalten werden müssen. Vielmehr wird eine erfindungsgemäße Umfangsflächenbearbeitungseinheit vorgehalten, die zu Lasten der Bearbeitungszeit pro Werkstück nacheinander unterschiedliche Werkstückumfangsflächen bearbeitet. Auf diese Weise können auch Kleinstserien wirtschaftlich realisiert werden, bei denen es nicht darauf ankommt, dass eine Werkzeugmaschine maximal ausgelastet ist, sondern darauf, dass mit einem geringen gerätetechnischen Einsatz und mit akzeptablen Rüstzeiten Werkstücke, welche unterschiedliche Geometrien aufweisen, bearbeitet werden können. According to another method of the present invention, in the same chucking of a workpiece using the same peripheral surface processing unit, successively different workpiece peripheral surfaces of the same workpiece are finish-machined. The different workpiece peripheral surfaces can be a plurality of workpiece peripheral surfaces which have the same geometry, that is, for example, two crank bearings of the same crankshaft. However, the different workpiece peripheral surfaces may also be workpiece circumferential surfaces which have a different geometry, that is, for example, a crank bearing and a main bearing of the same crankshaft. It is essential that specialized machining units do not have to be maintained to process a specific bearing geometry. Rather, a circumferential surface processing unit according to the invention is kept in stock, which processes different workpiece circumferential surfaces one after the other at the expense of the machining time. In this way, even small series can be realized economically, in which it does not matter that a machine tool is maximally utilized, but that with a low equipment use and with acceptable set-up workpieces, which have different geometries, can be edited.
Bei den unterschiedlichen Werkstückumfangsflächen kann es sich beispielsweise um Hauptlager, Pleuellager und/oder Dichtsitze einer Kurbel- oder Kompressorwelle handeln oder um Wellenlager und Nockenflächen einer Nockenwelle. Bei einer solchen Nockenwelle kann es sich beispielsweise um die Nockenwelle eines Ventiltriebs handeln oder auch um eine Exzenterwelle, welche mindestens einen zu einer Wellenachse exzentrisch angeordneten Exzenterabschnitt aufweist. The different workpiece circumferential surfaces can be, for example, main bearings, connecting rod bearings and / or sealing seats of a crankshaft or compressor shaft or about shaft bearings and cam surfaces of a camshaft. Such a camshaft may, for example, be the camshaft of a valve drive or else an eccentric shaft which has at least one eccentric section arranged eccentrically with respect to a shaft axis.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele. Further features and advantages of the invention are the subject of the following description and the drawings of preferred embodiments.
In den Zeichnungen zeigen: In the drawings show:
Eine Ausführungsform einer Umfangsflächenbearbeitungseinheit ist in den
Die Umfangsflächenbearbeitungseinheit
Zum Antrieb der ersten Lagereinheit
Das erste Lagerteil
Das Schwenklager
Die Grundplatte
Der Schlitten
Der Finishwerkzeughalter
Das erste Lagerteil
Wenn das zweite Lagerteil
Die Lagereinheit
Die Bevorratungseinrichtung
Vorzugsweise ist ferner ein Finishbandantrieb
Um dem Finishwerkzeughalter
Ein Zusatzabschnitt des Finishbands
Die Speichereinrichtung
In den
In den
Die Werkzeugmaschine
An der Befestigungsfläche
Bei Drehung des Werkstücks
Das Werkstück
Die Werkzeugmaschine
Es ist möglich, dass eine zweite Positioniereinrichtung
Zur finishenden Bearbeitung einer Werkstückumfangsfläche
Die Umfangsflächenbearbeitungseinheit
Ausgehend von einem Zustand, in welchem das Finishband
Zur finishenden Bearbeitung der Werkstückumfangsfläche
Bei einem besonders bevorzugten Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks
Unabhängig davon, ob die Umfangsflächenbearbeitungseinheit
Es ist unabhängig davon, ob eine exzentrische Werkstückumfangsfläche
Für den Fall, dass eine Werkstückumfangsfläche finishend, also mit Kreuzschliffstruktur, bearbeitet werden soll, ist es möglich, dass der Oszillationsbewegung, die durch den Oszillationsantrieb
In
Die Axialflächenbearbeitungseinheit
Die Axialflächenbearbeitungseinheit
In
Die Axialflächenbearbeitungseinheit
An der Trägereinheit
Es ist möglich, dass der Werkzeughalter
Nachfolgend werden Bandführungselemente für die unterschiedlichen Finishbänder
Ausgehend von voneinander separaten Vorratseinheiten
Über eine Bandumlenkeinrichtung
Ausgehend von den Andrückflächen
Bei Anordnung einer Axialflächenbearbeitungseinheit
Es versteht sich, dass die Bearbeitung von Axialflächen eines Passlagers eines Werkstücks
In
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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