DE102017117064A1

DE102017117064A1 - Werkstückaufnahme und Werkstückbearbeitungsverfahren

Info

Publication number: DE102017117064A1
Application number: DE102017117064.2A
Authority: DE
Inventors: Takashi Yokoyama; Masami NARISAWA; Shogo KUROYANAGI; Yoshinobu Shichiri
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2016-07-29
Filing date: 2017-07-27
Publication date: 2018-02-01
Also published as: CN107662121A; US10207332B2; CN107662121B; US20180029137A1

Abstract

Es ist offenbart eine Werkstückaufnahme (10): mit einem ersten Halteteil (11), das drei Anziehungselemente (22) besitzt, die in Umfangsrichtung getrennt voneinander angeordnet sind, um eine axiale Stirnseite eines ringförmigen Werkstücks (W) anzuziehen; und einem zweiten Halteteil (12), das ein Kontaktelement (31) besitzt, das in Kontakt mit einen Innenumfang (Wd) oder Außenumfang (Wc) des Werkstücks (W) gehalten wird und eine radiale Bewegung des Werkstücks (W) beschränkt.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Werkstückhalter bzw. eine Werkstückaufnahme, die in einer Bearbeitungsvorrichtung eingesetzt wird, die verwendet wird, um ringförmige Werkstücke zu bearbeiten, und ein Werkstückbearbeitungsverfahren.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Zum Beispiel werden Außen- und Innenringe von Wälzlagern während des Herstellungsprozesses einer Oberflächenendbearbeitung unterzogen, um die Maßgenauigkeit ihrer Innen- und Außenumfänge und axialen Stirnseiten zu verbessern. Im Allgemeinen wird eine Schleifvorrichtung zur Oberflächenendbearbeitung verwendet, und eine Vorrichtung für diesen Zweck ist als eine Schleifvorrichtung bekannt, bei der eine Schleifscheibe ein ringförmiges Werkstück schleift, wobei eine der axialen Stirnseiten des Werkstücks von einem magnetischen Futter angezogen wird und sein Außenumfang des Werkstücks durch mehrere Schuhe gelagert wird (bezieht sich zum Beispiel auf die japanische Patentanmeldung JP 2015-136741 A ).
Zusammenfassung der Erfindung
Wenn eine Oberflächenendbearbeitung an einem Außen- oder einem Innenring eines Wälzlagers durch Schleifen ausgeführt wird, müssen die Außen- und Innenumfänge und die axialen Stirnseiten in verschiedenen Schritten geschliffen werden. Daher muss eine Schleifvorrichtung gewechselt werden oder es müssen verschiedene Werkstückaufnahmen in verschiedenen Schritten verwendet werden. Da das Werkstück eine große Spannung haben kann, die aus einem vorhergehenden Prozess wie zum Beispiel einer Wärmebehandlung resultiert, ist ferner ein mehrstufiger Schleifprozess erforderlich, bei dem ein Grobschleifen bzw. Vorschleifen vor dem Fertigschliff bzw. Feinschleifen ausgeführt wird, um eine große Belastung bzw. Spannung zu entfernen. Dies verursacht einen Anstieg in der Anzahl von Bearbeitungsprozessen zur Oberflächenendbearbeitung und daher einen Anstieg in den Produktionskosten.
Die Erfinder dieser Anmeldung dachten an das Ausführen einer Oberflächenendbearbeitung an einem Werkstück durch Trennen bzw. Zerspanen bzw. spanende Bearbeitung, wie zum Beispiel Hartdrehen, anstelle von Schleifen zur Reduktion der Produktionskosten. Wenn dies realisiert wird, kann die Anzahl der Bearbeitungsprozesse reduziert werden, weil zum Beispiel ein Innenumfang oder ein Außenumfang und eine axiale Stirnseite eines Werkstücks gleichzeitig bearbeitet werden können und weil die Endbearbeitung direkt an dem Werkstück durchgeführt werden kann, ohne dass ein Vorschleifen notwendig ist.
Trotzdem muss das Werkstück sicher gehalten werden, so dass es der Last, die dazu während der Bearbeitung aufgebracht wird, standhält, um durch eine Endbearbeitung durch Zerspanen eine gewünschte Bearbeitungsgenauigkeit zu erreichen. Das Werkstück kann sicher gehalten werden, wenn ein magnetischen Futter verwendet wird, um wie in einer herkömmlichen Vorrichtung die gesamte Umfangslänge von einer axialen Stirnseite des Werkstücks angezogen wird. Wenn das Werkstück Spannung hat, kann das Werkstück trotzdem in der Form in so einer Art verändert werden, dass die Spannung des Werkstücks durch die Anziehungskraft des magnetischen Futters korrigiert wird. Wenn das Zerspanen an dem Werkstück durchgeführt wird, wobei die Spannung des Werkstücks korrigiert wird, kehrt die korrigierte Spannung zurück, wenn das Werkstück nach dem Bearbeiten aus dem magnetischen Futter entfernt bzw. herausgenommen wird. Als eine Folge kann die Spannung nicht vollständig entfernt werden. Das Problem des Korrigierens und des Zurückkehrens der Spannung ist umso wichtiger, je größer die Spannung, die in dem Werkstück während eines vorhergehenden Prozesses entsteht, und ist ein großes Hindernis, wenn die Endbearbeitung an dem Werkstück ohne ein Vorschleifen direkt durchgeführt wird.
Die Erfindung stellt eine Werkstückaufnahme und ein Werkstückbearbeitungsverfahren bereit, durch das ein Werkstück ohne Gefahr einer Verformung stabil gehalten werden kann.
Eine Werkstückaufnahme enthält gemäß einem Aspekt der Erfindung: ein erstes Halteteil, das drei Anziehungselemente aufweist, die in Umfangsrichtung getrennt bzw. beabstandet voneinander angeordnet sind, um eine axiale Stirnseite eines ringförmigen Werkstücks anzuziehen; und ein zweites Halteteil, das ein Kontaktelement aufweist, das in Kontakt mit einem Innenumfang oder einem Außenumfang des Werkstücks gehalten wird und eine radiale Bewegung des Werkstücks beschränkt.
In der Werkstückaufnahme mit dem obigen Aufbau verwendet das erste Halteteil die drei Anziehungselemente, um die axiale Stirnseite des Werkstücks an drei Punkten zu halten. Daher ist es verglichen mit dem Fall, in dem die gesamte Umfangslänge/der gesamte Umfang der axialen Stirnseite des Werkstücks angezogen wird, weniger wahrscheinlich, dass das Werkstück geglättet bzw. gerichtet wird, und die Spannung des Werkstücks kann angemessen durch Oberflächenbearbeitung entfernt werden. Zusätzlich kann das Werkstück, weil das erste Halteteil die axiale Stirnseite des Werkstücks an drei Punkten hält, in einer stabile Lage bzw. Stellung gehalten werden und daran gehindert werden, zu erschüttern bzw. wackeln. Zusätzlich kann die Werkstückaufnahme der Erfindung, die mit dem zweiten Halteteil, das eine radiale Bewegung des Werkstücks beschränkt, ausgestattet ist, eine notwendige Haltekraft bereitstellen, um das Werkstück mit ausreichender Bearbeitungsgenauigkeit zu bearbeiten, auch wenn die Haltekraft verglichen mit dem Fall, in dem der gesamte Umfang der axialen Stirnseite des Werkstücks gehalten wird, kleiner ist.
In dem obigen Aspekt kann das zweite Halteteil ein Lagerelement, das das Kontaktelement zu einer Bewegung in einer Radialrichtung des Werkstücks lagert, und ein Aktorelement enthalten, das auf das Kontaktelement eine Kraft aufbringt, die in eine radial nach außen oder nach innen gerichtete Richtung des Werkstücks gerichtet ist. Dieser Aufbau stellt einen engen Kontakt des Kontaktelements mit dem Innenumfang oder dem Außenumfang des Werkstücks sicher.
In dem obigen Aufbau kann das zweite Halteteil ein Verriegelungselement enthalten, das das Kontaktelement radial in einer Position in Kontakt mit dem Innenumfang oder dem Außenumfang des Werkstücks verriegelt. Dieser Aufbau gewährleistet ein Beschränken einer radialen Bewegung des Werkstücks und ermöglicht, dass das Werkstück mit höherer Genauigkeit bearbeitet wird.
In dem obigen Aufbau kann das Verriegelungselement durch Fluiddruck aktuiert werden. Dieser Aufbau ermöglicht, dass ein Betrieb, um das Kontaktelement zu verriegeln, von einem Platz bzw. Ort, der von dem Kontaktelement entfernt ist, ausgeführt wird.
In dem obigen Aspekt kann ein Zentralwinkel zwischen den zwei benachbarten Anziehungselementen so festgelegt werden, dass er innerhalb eines Bereichs von 90° bis 150° liegt. Dieser Aufbau gewährleistet, dass das Werkstück stabil gelagert wird.
Ein Werkstückbearbeitungsverfahren nach einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren, um eine Oberfläche eines ringförmigen Werkstücks unter Verwendung der Werkstückaufnahme zu bearbeiten. Das Werkstückbearbeitungsverfahren beinhaltet die Schritte: Ermöglichen, dass die drei Anziehungselemente des ersten Halteteils eine erste axiale Stirnseite des Werkstücks anziehen; Inkontaktbringen des Kontaktelements des zweiten Halteteils mit dem Innenumfang oder Außenumfang des Werkstücks, um eine radiale Bewegung des Werkstücks zu beschränken bzw. verhindern und das Werkstück in einer Position zu halten; und Bearbeiten einer Oberfläche des Werkstücks.
Gemäß der Erfindung kann das Werkstück ohne die Möglichkeit der Verformung des Werkstücks stabil gehalten werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Merkmale, Vorteile und die technische und gewerbliche Bedeutung von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, bei denen die gleichen Bezugszeichen die gleichen Elemente bezeichnen, und wobei:
1 eine Frontansicht einer Werkstückaufnahme gemäß einer ersten Ausführungsform ist;
2 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A aus 1 ist;
3 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie B-B aus 2 ist;
4 eine Frontansicht ist, die ein Verhältnis zwischen magnetischen Polen eines magnetischen Futters und Anziehelementen bzw. Anziehungselementen darstellt;
5 eine Frontansicht einer Werkstückaufnahme gemäß einer zweiten Ausführungsform ist;
6 eine der 2 entsprechende Querschnittsansicht ist, die eine Werkstückaufnahme gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt;
7 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie D-D aus 6 ist; und
8 eine erklärende Seitenansicht ist, die einen Luftzufuhrweg in einer Werkstückaufnahme zeigt.
Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen
Die Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine Frontansicht einer Werkstückaufnahme gemäß einer ersten Ausführungsform. 2 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A aus 1, und 3 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie B-B aus 2. Eine Werkstückaufnahme 10 der ersten Ausführungsform wird hauptsächlich bei einer Zerspanungsvorrichtung, wie zum Beispiel bei einer Hartdrehvorrichtung, angewandt, bei der ein Zerspanungswerkzeug mit einer hohen Härte verwendet wird, um eine Oberfläche eines Werkstücks zu zerspanen. Die Werkstückaufnahme 10 wird auf eine Hauptspindel 50 einer Zerspanungsvorrichtung montiert, wenn sie benutzt wird.
Ein Werkstück W, das durch die Werkstückaufnahme 10 gehalten wird, ist ein ringförmiges Bauteil, wie zum Beispiel ein Außenring oder ein Innenring eines Wälzlagers. In 1 bis 3 wird ein Außenring eines konischen Wälzlagers als ein Beispiel für das Werkstück W gezeigt. Wenn in der folgenden Beschreibung einfach der Begriff „radial“ benutzt wird, heißt dies eine Radialrichtung des Werkstücks W. Die Werkstückaufnahme 10 der ersten Ausführungsform wird insbesondere benutzt, um axiale Stirnflächen Wa, Wb und einen Außenumfang Wc des Werkstücks W zu zerspanen. Eine Werkstückaufnahme einer zweiten Ausführungsform, die später beschrieben wird, wird benutzt, um einen Innenumfang Wd des Werkstücks W zu zerspanen.
Die Werkstückaufnahme 10 enthält ein erstes Halteteil 11 und ein zweites Halteteil 12. Das erste Halteteil 11 enthält ein magnetisches Futter 21 und Anziehelemente bzw. Anziehungselemente 22. Das magnetische Futter 21 ist scheibenförmig und an ein Ende der Hauptspindel 50 der Zerspanungsvorrichtung gekoppelt. Das magnetische Futter 21 hat einen Mittelpunkt C, der so angeordnet ist, dass er mit einer Achse der Hauptspindel 50 übereinstimmt. Das magnetische Futter 21 rotiert zusammen mit der Hauptspindel 50 um die Achse der Hauptspindel 50; mit anderen Worten um seinen eigenen Mittelpunkt 10. Das magnetische Futter 21 hat eine erste Seitenfläche, die als eine Anziehfläche bzw. Anziehungsfläche 21a dient, die ein magnetisches Material mit Permanentmagneten oder Elektromagneten anzieht.
Die Anziehelemente 22 haben die Form einer kreisförmigen Scheibe und bestehen aus einem ferromagnetischen Material, das magnetisiert wird, wenn es von dem magnetischen Futter 21 angezogen wird. Jedes Anziehelement 22 wird angezogen und an einer ersten Seitenfläche 22a an der Anziehfläche 21a des magnetischen Futters 21 befestigt. Jedes Anziehelement 22 hat auch eine zweite Seitenfläche 22b, die als eine Werkstückanziehungsfläche 22b dient, die das Werkstück W anzieht.
Drei Anziehelemente 22 sind in Umfangsrichtung voneinander getrennt um den Mittelpunkt C des magnetischen Futters 21 angeordnet. Genauer gesagt sind die drei Anziehelemente 22 in Umfangsrichtung in regelmäßigen Abständen angeordnet, mit anderen Worten in einem Zentralwinkel von 120° zueinander. Das Werkstück W wird von der Werkstückanziehungsfläche 22b der Anziehungselemente 22 angezogen, wodurch es an drei Punkten an dem ersten Halteteil 11 festgehalten wird. Das Werkstück W wird an dem ersten Halteteil 11 festgehalten, wobei sein Mittelpunkt mit dem Mittelpunkt C des magnetischen Futters 21 übereinstimmt.
Wie in 4 gezeigt sind die magnetischen Elemente 21b, 21c in Umfangsrichtung in der Anziehungsfläche 21a des magnetischen Futters 21 mit ihren magnetischen Polen (N-und S-Polen) alternierend umgekehrt angeordnet. Jedes Anziehungselement 22 hat eine Umfangsweite, die klein genug ist, um in ein Magnetelement 21b oder 21c zu passen, und die in einem solchen Bereich angeordnet ist, dass sie in ein Magnetelement 21b oder 21c passt und sich nicht über zwei Magnetelemente 21b, 21c erstreckt. Die Anziehungselemente 22 sind so ausgelegt, dass sie eine Umfangsweite haben, die einem Zentralwinkel θ zum Beispiel von 60° oder kleiner entspricht.
Wie in 1 bis 3 gezeigt ist das zweite Halteteil 12 innerhalb eines Innenumfangs des Werkstücks W angeordnet, das zu dem ersten Halteteil 11 hin angezogen wurde und das den Innenumfang Wd des Werkstücks W von radial innen davon hält. Das zweite Halteteil 12 besitzt Kontaktelemente 31, ein Lagerelement 32, Aktorelemente 33 und Verriegelungselemente 34. Die Kontaktelemente 31 sind Pins, die die Form eines kreisförmigen Zylinders mit einer sphärisch gerundeten Spitze haben. Die Spitze von jedem Kontaktelement 31 wird in Kontakt mit dem Innenumfang Wd des Werkstücks W gebracht, um eine radiale Bewegung des Werkstücks W zu beschränken. Eine Vielzahl von Kontaktelementen 31 ist in einer Umfangsrichtung des Werkstücks W getrennt voneinander angeordnet. In dieser Ausführungsform sind sechs Kontaktelemente 31 in Umfangsrichtung in regelmäßigen Abständen angeordnet.
Das Lagerelement 32 lagert die Kontaktelemente 31 zur Bewegung in einer Radialrichtung des Werkstücks W. Das Lagerelement 32 hat eine sechseckige Form, wenn es von der Frontseite betrachtet wird. Daher besitzt das Lagerelement 32 einen Außenumfang 32b, der aus sechs flachen bzw. ebenen Seiten gebildet wird. Das Lagerelement 32 ist so angeordnet, dass seine Zentralachse mit dem Mittelpunkt C des magnetischen Futters 21 übereinstimmt. Das Lagerelement 32 rotiert um den Mittelpunkt C zusammen mit der Hauptspindel 50 und dem ersten Halteteil 11.
Jede der sechs ebenen Seiten, die den Außenumfang 32b des Lagerelements 32 bilden, weist ein Lagerloch 32a auf, das ein Kontaktelement 31 lagert. Jedes Lagerloch 32a erstreckt sich senkrecht zu dem Außenumfang 32b des Lagerelements 32. Die Kontaktelemente 31 sind verschieblich in die Lagerlöcher 32a eingesetzt, wobei ihre Spitzen aus den Lagerlöchern 32a hervorstehen.
Die Aktorelemente 33 bringen eine radial nach außen gerichtete Kraft auf die Kontaktelemente 31 auf. Die Aktorelemente 33 in dieser Ausführungsform sind Vorspannelemente, wie zum Beispiel Spiralfedern, die auf die Kontaktelemente 31 den Lagerlöchern 32a aufgesteckt werden. Jedes Aktorelement 33 hat ein erstes Ende, das in Kontakt mit dem Boden des zugehörigen Lagerlochs 32a ist, und ein zweites Ende, das in Kontakt mit einem Federerhaltungselement 31a ist, das in einem in Längsrichtung mittleren Bereich des zugehörigen Kontaktelements 31 angeordnet ist. Daher werden die Kontaktelemente 31 durch die Aktorelemente 33 in einer Richtung vorgespannt, die aus den Lagerlöchern 32a heraus gerichtet ist; mit anderen Worten in einer radial nach außen gerichteten Richtung des Werkstücks W. Daher werden die Kontaktelemente 31 durch die Vorspannungskräfte der Aktorelemente 33 in Kontakt mit dem Innenumfang Wd des Werkstücks W gehalten, das zu dem ersten Halteteil 11 hin angezogen wurde. Die Vorspannungskräfte der Aktorelemente 33 werden so ausgelegt, dass sie das Minimum betragen, das notwendig ist, um die Kontaktelemente 31 in Kontakt mit dem Innenumfang Wd des Werkstücks W zu halten. Daher gibt es dort keine Möglichkeit, dass das Werkstück W durch die Vorspannungskräfte der Aktorelemente 33 verformt wird.
Jedes Verriegelungselement 34 enthält einen Befestigungsblock 34a, der auf dem Außenumfang 32b des Lagerelements 32 angeordnet ist, und ein Druckelement 34b, das an dem Befestigungsblock 34a befestigt ist. Der Befestigungsblock 34a hat ein Lagerloch 34a1, das sich durch den Befestigungsblock 34a in einer radialen Richtung des Werkstücks W erstreckt, und das Lagerloch 34a1 ist in Verbindung mit dem entsprechenden Lagerloch 32a des Lagerelements 32. Der Befestigungsblock 34a hat auch ein Gewindeloch 34a2, das sich in einer Richtung senkrecht zu dem Lagerloch 34a1 erstreckt. Das Gewindeloch 34a2 hat ein erstes Ende, das sich in das Lagerloch 34a1 öffnet, und ein zweites Ende, das sich in einer Außenfläche des Befestigungsblocks 34a öffnet.
Das Druckelement 34b wird durch einen Bolzen oder dergleichen ausgebildet, der in die zugehörigen Gewindelöcher 34a2 geschraubt eingesetzt wird. Ein Ende des Druckelements 34b dringt in das Lagerelement 34a1 von dem Gewindeloch 34a2 aus ein und drückt eine Außenfläche des Kontaktelements 31 in das Lagerloch 34a1. Als eine Folge wird das Kontaktelement 31 radial in der Position verriegelt, und die Spitze des Kontaktelements 31 wird in Kontakt dem Innenumfang Wd des Werkstücks W gehalten.
Ein magnetisches Futter zieht die gesamte Umfangslänge einer axialen Stirnseite des Werkstücks W in einer herkömmlichen Werkstückaufnahme an, wohingegen die Werkstückaufnahme 10 dieser Ausführung mit den drei Anziehungselementen 22 eine axiale Seite des Werkstücks W an drei Punkten anzieht. Ein Außen- oder Innenring oder dergleichen eines Wälzlagers kann eine Spannung haben, die einem vorhergehenden Prozess zuschreibbar ist, wie zum Beispiel einer Wärmebehandlung, die vor der Oberflächenendbearbeitung ausgeführt wurde. Wenn eine erste axiale Stirnseite (die eine axiale Stirnseite) eines Werkstücks mit Spannung zu dem magnetischen Futter der herkömmlichen Werkstückaufnahme hin angezogen wird, wird das Werkstück in Einklang einer Anziehungsfläche des magnetischen Futters ausgerichtet bzw. geglättet. Auch wenn eine zweite axiale Stirnseite (die andere axiale Stirnseite) des Werkstücks W in diesem Zustand eben bearbeitet wird, kehrt die korrigierte Spannung zurück, wenn das Werkstück aus dem magnetischen Futter entfernt wird. Dementsprechend tritt auch eine Spannung in der bearbeiteten, zweiten axialen Stirnseite auf.
In dieser Ausführungsform wird die erste axiale Stirnseite Wa des Werkstücks W an drei Punkten zu dem ersten Halteteil 11 hin angezogen. Auch wenn das Werkstück W eine Spannung hat, die einem vorhergehenden Prozess zugeschrieben werden kann, ist es daher weniger wahrscheinlich, dass das Werkstück W (aus-)gerichtet bzw. geglättet wird, und die zweite axiale Stirnseite Wb kann mit der verbleibenden Spannung bearbeitet werden. Daher kann die Spannung von dem Werkstück W auf geeignete Weise entfernt werden, und die zweite axiale Stirnseite Wb des Werkstücks W kann bis zu einer erwünschten Ebenheit zerspant werden. Zusätzlich kann die Stellung bzw. Lage des Werkstücks W stabilisiert werden, ohne Gefahr zu laufen, dass das Werkstück erschüttert wird oder kippt, weil die erste axiale Stirnseite Wa des Werkstücks W an drei Punkten angezogen wird.
Die Lage des Werkstücks W kann stabilisiert werden, auch wenn die erste axiale Stirnseite Wa des Werkstücks W an vier oder mehr Punkten angezogen wird. Da drei Anziehungspunkte ausreichend sind, um die Lage des Werkstücks W ansatzweise festzulegen, kann in diesem Fall jedoch der eine oder mehr zusätzliche Anziehungspunkte die Möglichkeit steigern, dass das Werkstück W in der Form zu einem spannungsfreien Zustand ausgerichtet bzw. geglättet wird. Daher ist es zur Stabilisierung der Lage des Werkstücks und zur Vorbeugung der Deformation des Werkstücks sehr effektiv, das Werkstück W an drei Punkten anzuziehen.
Wenn die erste axiale Stirnseite Wa des Werkstücks W zu einem Halteteil 11 hin an drei Punkten angezogen wird, kann ferner die Kraft, um das Werkstück zu halten, abnehmen, verglichen mit dem Fall, in dem die gesamte Umfangslänge der ersten axialen Stirnseite des Werkstücks angezogen wird. Dies ist der Grund, warum die Werkstückaufnahme 10 dieser Ausführungsform das zweite Halteteil 12 enthält, welches eine Vielzahl von Kontaktelementen 31 besitzt, die den Innenumfang Wd des Werkstücks W von radial innen lagern. Das zweite Halteteil 12 kann die Abnahme in der Haltekraft des ersten Halteteils 11 kompensieren und Radialkräfte aufnehmen, die während des Zerspanens auf das Werkstück W wirken. Daher kann die Werkstückaufnahme 10 dieser Ausführungsform das Werkstück W sicher halten und ermöglicht, dass das Werkstück W mit einer gewünschten Bearbeitungsgenauigkeit zerspant wird.
Im Folgenden wird ein Beispiel für ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks W beschrieben, bei dem die Werkstückaufnahme 10 dieser Ausführungsform verwendet wird. Zuerst wird die erste axiale Stirnseite Wa des Werkstücks W durch die Werkstückaufnahme 10 gehalten, und die zweite axiale Stirnseite Wb des Werkstücks W wird durch die Zerspanungsvorrichtung eben bzw. plan zerspant bzw. spanend bearbeitet. Nachdem die zweite axiale Stirnseite Wb des Werkstücks W plan zerspant bzw. spanend bearbeitet wurde, wird das Werkstück W aus der Werkstückaufnahme 10 entfernt, und die zweite axiale Stirnseite Wb des Werkstücks W wird durch die Werkstückaufnahme 10 gehalten bzw. aufgenommen. Weil die zweite axiale Stirnseite Wb des Werkstücks W bereits zu einer ebenen Fläche ohne Spannung bearbeitet wurde, gibt es keine Spannung, die korrigiert wird, wenn das Werkstück W zu dem ersten Halteteil 11 hin angezogen wird. Weil die zweite axiale Stirnseite Wb des Werkstücks W bereits zu einer flachen Fläche ohne Spannung bearbeitet wurde, kann zusätzlich die gesamte Umfangsfläche der zweiten axialen Stirnseite Wb des Werkstücks W zu einer Anziehungsfläche 21a des magnetischen Futters 21, das keine Anziehungselemente 22 aufweist, hin angezogen werden.
Nachdem die zweite axiale Stirnseite Wb des Werkstücks W gehalten bzw. aufgenommen wird, werden die erste axiale Stirnseite Wa und der Außenumfang Wc des Werkstücks W zerspant. Diese Flächen können gleichzeitig oder kontinuierlich ohne ein Wechseln der Zerspanungsvorrichtung und der Werkstückaufnahme 10 zerspant werden. Daher kann die Bearbeitungszeit reduziert werden und es kann die Anzahl der Arbeitsprozesse verringert werden. Weil die zweite axiale Stirnseite Wb des Werkstücks W zu einer ebenen Fläche ohne Spannung bearbeitet wurde, kann die erste axiale Stirnseite Wa des Werkstücks W auch zu einer ebenen Fläche ohne Spannung bearbeitet werden, und dementsprechend kann der Grad an Parallelität zwischen der ersten und der zweiten Stirnfläche Wa und Wb verbessert werden.
Wie bereits beschrieben kann die Werkstückaufnahme 10 der ersten Ausführungsform verwendet werden, um die Oberflächen des Werkstücks W mit Ausnahme von dessen Innenumfang Wd zu zerspanen. Eine Werkstückaufnahme gemäß einer zweiten Ausführungsform, die unten beschrieben wird, wird verwendet, um den Innenumfang Wd des Werkstücks W spanend zu bearbeiten.
5 ist eine Frontansicht, die die Werkstückaufnahme gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt. Eine Werkstückaufnahme 60 dieser Ausführungsform enthält ein erstes Halteteil 11 und ein zweites Halteteil 12 wie in dem Fall der Werkstückaufnahme 10 der ersten Ausführungsform. Das erste Halteteil 11 besitzt beinahe den gleichen Aufbau wie das der ersten Ausführungsform und enthält drei Anziehungselemente 22 auf der Anziehungsfläche 21a des magnetischen Futters 21. Das zweite Halteteil 12 enthält eine Vielzahl von Kontaktelementen 31, die in Kontakt mit dem Außenumfang Wc des Werkstücks W gehalten werden, das an dem ersten Halteteil 11 gehalten wurde, ein Lagerelement 32, das die Kontaktelemente 31 lagert, Aktorelemente, die radial nach innen gerichtete Kräfte auf die Kontaktelemente 31 aufbringen, und Verriegelungselemente 34, die die radialen Positionen der Kontaktelemente 31 verriegeln.
Das Lagerelement 32 ist ein ringförmiges Bauteil, das radial außerhalb des Werkstücks W angeordnet wird. Das Lagerelement 32 hat einen sechseckigen Innenumfang 32c. Daher wird der Innenumfang 32c des Lagerelements 32 durch sechs ebene Seiten bzw. Flächen ausgebildet. Obwohl es nicht gezeigt ist, weist der Innenumfang 32c des Lagerelements 32 Lagerlöcher auf, in die die Kontaktelemente 31 zur gleitenden Bewegung in einer radialen Richtung des Werkstücks W eingesetzt werden, und Aktorelemente werden in den Lagerlöchern angeordnet. Die Kontaktelemente 31 werden durch die Vorspannungskräfte der Aktorelemente in Kontakt mit dem Außenumfang Wc des Werkstücks W gehalten und durch die Verriegelungselemente 34 radial in der Position verriegelt. Die Lagerlöcher, die Aktorelemente und die Verriegelungselemente 34 haben denselben bestimmten Aufbau wie diejenigen in der ersten Ausführungsform.
Die Werkstückaufnahme 60 der zweiten Ausführungsform zieht eine axiale Stirnseite des Werkstücks W zu dem ersten Halteteil 11 hin an drei Punkten an und hält den Außenumfang Wc des Werkstücks W an dem zweiten Halteteil 12, um eine radiale Bewegung des Werkstücks W zu beschränken. Daher kann die Werkstückaufnahme 60 das Werkstück W sicher halten und ermöglicht, dass der Innenumfang Wd des Werkstücks W mit einer gewünschten Bearbeitungsgenauigkeit zerspant bzw. spanend bearbeitet wird.
In der obigen Beschreibung werden die axialen Stirnseiten Wa, Wb und der Außenumfang Wc des Werkstücks W spannend bearbeitet, indem die Werkstückaufnahme 10 der ersten Ausführungsform verwendet wird, bevor der Innenumfang Wd des Werkstücks W spanend bearbeitet wird, wobei die Werkstückaufnahme 60 der zweiten Ausführungsform verwendet wird. Im Gegensatz dazu können die axialen Stirnseiten Wa, Wb und der Innenumfang Wd des Werkstücks W trotzdem spanend bearbeitet werden, wobei die Werkstückaufnahme 60 der zweiten Ausführungsform verwendet wird, bevor der Außenumfang Wc des Werkstücks W spanend bearbeitet wird, wobei die Werkstückaufnahme 10 der ersten Ausführungsform verwendet wird.
6 ist eine Querschnittsansicht, die 2 entspricht, die eine Werkstückaufnahme entsprechend einer dritten Ausführungsform darstellt. Eine Werkstückaufnahme 10 dieser Ausführungsform ist unterschiedlich in dem Aufbau des zweiten Halteteils 12 zu der Werkstückaufnahme 10 der ersten Ausführungsform. Insbesondere werden bei dem zweiten Halteteil 12 dieser Ausführungsform ein Kontaktelement 31, ein Aktorelement und ein Verriegelungselement in einer Halteeinheit 40 integriert, und eine Vielzahl von Halteeinheiten 40 wird an dem Lagerelement 32 befestigt.
7 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie D-D aus 6. Die obere Seite von 7 entspricht der radialen Außenseite bzw. dem radial Außen des Werkstücks W und die untere Seite von 7 entspricht der radialen Innenseite bzw. dem radial Innen des Werkstücks W. Das Lagerelement 32 weist Befestigungslöcher 32d in seinem Außenumfang auf, die sich nach radial außen öffnen und in eine radiale Richtung erstrecken. Jede Halteeinheit 40 enthält ein Gehäuse 41, das ein Kontaktelement 31, ein Aktorelement 33 und ein Verriegelungselement 34 einhaust, und das Gehäuse 41 wird in das entsprechende Befestigungsloch 32d eingesetzt und an dem Lagerelement 32 befestigt.
Das Gehäuse 41, das die Form eines kreisförmigen Zylinders besitzt, hat eine obere Wand 41a, die radial außen angeordnet ist, eine untere Wand 41b, die radial innen angeordnet ist, und eine Seitenwand 41c, die zwischen der oberen Wand 41a und der unteren Wand 41b angeordnet ist. Die obere Wand 41a hat eine Öffnung 41a1, die ermöglicht, dass ein Pin wie das Kontaktelement 31 hervorsteht. Das Kontaktelement 31 ist an einem radialen Außenende (distalen Ende) sphärisch gerundet und weist einen zylindrischen Abschnitt 31b mit der Form eines Zylinders auf, der seinen radialen Innenabschnitt (proximalen Abschnitt) ausbildet.
Ein Führungselement 42, das eine radiale Bewegung des Kontaktelements 31 führt, ist an einem radial innenseitigen Teil in dem Gehäuse 41 angeordnet. Das Führungselement 42 enthält einen Führungsabschnitt 42a, der von radial innen in den zylindrischen Abschnitt 31b des Kontaktelements 31 eingesetzt ist. Das Kontaktelement 31 ist radial entlang des Führungsabschnitts 42a beweglich. In dem zylindrischen Abschnitt 31b des Kontaktelements 31 ist ein Vorspannungselement, wie zum Beispiel eine Spiralfeder, das als ein Aktorelement 33 dient, zwischen einem radial äußeren Ende des zylindrischen Bereiches 31b und einem radialen äußeren Ende des Führungsabschnitts 42a angeordnet. Das Kontaktelement 31 wird durch das Aktorelement 33 radial nach außen vorgespannt.
Das Verriegelungselement 34 wird durch Fluiddruck aktuiert. Insbesondere enthält das Verriegelungselement 34 ein ringförmiges Greifelement bzw. Einspannungselements 35, das an einem Außenumfang des Kontaktelements 31 angeordnet ist, ein ringförmiges Kolbenelement 36, das an einem Außenumfang des Einspannungselements 35 angeordnet ist, eine Vielzahl von Wälzkörpern 37 wie zum Beispiel Stahlkugeln, die zwischen dem Einspannungselement 35 und dem Kolbenelement 36 angeordnet ist, und Rückhaltefedern 38, die zwischen dem Kolbenelement 36 und dem Führungselement 42 angeordnet sind. Das Einspannungselement 35 hat einen im Wesentlichen C-förmigen Querschnitt, der durch Herausschneiden eines Umfangsabschnitts davon ausgebildet wird, und ist elastisch verformbar, um seinen Innendurchmesser zu steigern oder zu verringern.
Das Einspannungselement 35 hat einen konischen Außenumfang 35a, der in seinem Außendurchmesser radial nach innen (zu der Unterseite aus 7) zunimmt. Das Kolbenelement 36, das an einem Außenumfang des Einspannungselements 35 angeordnet ist, besitzt einen konischen Innenumfang 36a, der in seinem Innendurchmesser radial nach innen (zu der Unterseite von 7) zunimmt.
Das Kolbenelement 36 ist radial entlang eines Innenumfangs der Seitenwand 41c des Gehäuses 41 gleitend bewegbar. Weil der Außenumfang 35a des Einspannungselements 35 und der Innenumfang 36a des Kolbenelements 36 wie oben beschriebenen konisch sind, wird der Außenumfang 35a des Einspannungselements 35, wenn das Kolbenelement 36 radial nach innen bewegt wird, durch den Innenumfang 36a des Kolbenelements 36 gepresst, und der Innendurchmesser des Einspannungselements 35 nimmt ab. Dann wird das Einspannungselement 35 fest um das Kontaktelement 31 herumgepresst und das Kontaktelement 31 wird radial in der Position verriegelt.
Ein Strömungskanal 43, durch den die Luft strömen kann, ist zwischen einem Außenumfang des Kolbenelements 36 und einem Innenumfang der Seitenwand 41c des Gehäuses 41 angeordnet. Der Strömungskanal 43 kann durch einen Spalt ausgebildet sein, der zwischen dem Kolbenelement 36 und der Seitenwand 41c oder einer oder mehr Nuten in dem Kolbenelement 36 oder der Seitenwand 41c angeordnet ist. Eine Luftkammer 44, die in Verbindung mit dem Strömungskanal 43 ist, wird zwischen einer radial äußeren Stirnseite des Kolbenelements 36 und einer Innenseite der oberen Wand 41a des Gehäuses 41 festgelegt.
Ein Luftkanal 46 erstreckt sich durch das Führungselement 42 und die untere Wand 41b des Gehäuses 41, so dass der Luftkammer 44 komprimierte Luft durch den Strömungskanal 43 zugeführt werden kann. Ein Luftkanal 47, der in Verbindung mit dem Luftkanal 46 ist, erstreckt sich auch in das Lagerelement 32. Wie in 6 gezeigt erstreckt sich der Luftkanal 47 radial nach innen in das Lagerelement 32 zu dem Mittelpunkt C hin und wird zu dem magnetischen Futter 21 entlang des Mittelpunkts C abgewinkelt.
8 ist eine Seitenansicht, die einen Luftzufuhrweg in der Werkstückaufnahme 10 zeigt. Ein Luftkanal 48 erstreckt sich entlang der Achse der Hauptspindel 50 und entlang des Mittelpunkts C des magnetischen Futters 21, und der Luftkanal 48 ist in Verbindung mit dem Luftkanal 47 in dem Lagerelement 32. Der Luftkanal 48 ist über eine Drehverbindung 51 in Verbindung mit einer Zufuhr-Quelle für komprimierte Luft 52.
Weil sich der Luftkanal 48 in der Hauptspindel 50 und dem magnetischen Futter 21 entlang der Achse der Hauptspindel 50 (entlang des Mittelpunkts C des magnetischen Futters 21) erstreckt, verändert sich der Luftkanal 48 nicht in seiner Position, auch wenn die Hauptspindel 50 rotiert. Weil der Luftkanal 48 in Verbindung mit der Zufuhr-Quelle für komprimierte Luft 52 über das Drehverbindung 51 in einer relativ zueinander drehbaren Weise ist, kann die komprimierte Luft, die von der Zufuhr-Quelle für komprimierte Luft 52 zugeführt wird, zusätzlich zugeführt werden, auch während die Hauptspindel 50 rotiert.
Die komprimierte Luft von der Zufuhr-Quelle für komprimierte Luft 52 wird durch die Luftkanäle 48, 47, 46 und dann durch den Strömungskanal 43 zwischen der Seitenwand 41c des Gehäuses 41 und dem Kolbenelement 36, der in 7 gezeigt ist, in die Luftkammer 44 geführt, und drückt das Kolbenelement 36 radial nach innen. Dann wird der Innendurchmesser des Einspannungselements 35 verringert, um das Kontaktelement 31 radial in der Position zu verriegeln. Wenn die Zufuhr der komprimierten Luft gestoppt wird, wird das Kolbenelement 36 durch die Rückhaltefedern 38 nach radial außen zurückgedrückt. Dann nimmt der Innendurchmesser des Einspannungselements 35 wieder zu, um das Kontaktelement 31 freizugeben.
Ein Entlüftungsloch 49, durch das die Luft in den Raum, der durch das Kolbenelement 36, das Kontaktelement 31 und das Führungselement 42 festgelegt wird, abgegeben werden kann, erstreckt sich durch das Führungselement 42, die untere Wand 41b des Gehäuses 41 und das Lagerelement 32.
In dieser Ausführungsform können die Kontaktelemente 31 automatisch radial in der Position verriegelt werden, indem der Betrieb der Zufuhr-Quelle für komprimierte Luft 52 von einem Platz entfernt von dem Kontaktelement 31 gesteuert wird. Daher ist es nicht erforderlich, die Druckelemente 34b direkt und manuell in der Nähe des Kontaktelements 31 wie in der ersten Ausführungsform zu betreiben. Daher kann der Schritt des Haltens des Werkstücks W automatisiert werden. Dies trägt zu der Reduktion der Anzahl der Arbeitsprozesse bei und macht diese Ausführungsform anwendbar für Massenproduktions-Einrichtungen. Weil die Kontaktelemente 31, die Aktorelemente 33 und die Verriegelungselemente 34 in der Halteeinheit 40 integriert werden, können die Halteeinheiten 40 zusätzlich einfach an dem Lagerelement 32 befestigt werden und die Instandhaltungs-Arbeit, wie zum Beispiel ein Auswechseln, kann erleichtert werden.
In der dritten Ausführungsform kann anstelle der Zufuhr-Quelle für komprimierte Luft 52 eine Zufuhr-Quelle für hydraulischen Druck verwendet werden. In diesem Fall wird der hydraulische Druck verwendet, um das Kolbenelement 36 radial nach innen zu bewegen, um den Innendurchmesser des Einspannungselements 35 zu verringern. Zusätzlich ist der Aufbau des zweiten Halteteils 12 der Werkstückaufnahme 10 der dritten Ausführungsform auch auf ein Halteteil anwendbar, das ein Werkstück W hält, indem es die Kontaktelemente 31 in Kontakt mit einem Außenumfang davon hält, wie das zweite Halteteil 12 der Werkstückaufnahme 60 der zweiten Ausführungsform.
Die Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt und kann innerhalb des Rahmens der Erfindung, der in den Ansprüchen beschrieben wird, verändert werden. Zum Beispiel kann sich der Mittelpunkt C des ersten Halteteils 11 entweder horizontal oder vertikal erstrecken. Die Anziehungselemente 22 weisen nicht notwendigerweise die Form einer kreisförmigen Scheibe auf und können auch aus flachen Materialien mit einer rechteckigen Form ausgebildet sein.
Die Anzahl der Kontaktelemente 31 ist insbesondere nicht beschränkt und kann fünf oder weniger oder sieben oder mehr sein. Trotzdem ist die Anzahl der Kontaktelemente 31 bevorzugt drei oder mehr, um eine radiale Bewegung des Werkstücks W zuverlässig einzuschränken. Die drei Anziehungselemente 22 sind nicht notwendigerweise in Umfangsrichtung in regelmäßigen Abständen angeordnet. Trotzdem ist ein Zentralwinkel zwischen zwei benachbarten Anziehungselementen 22 in einem Bereich von zumindest 120° ± 30° (90° bis 150°) bevorzugt festgelegt, um einen stabilen Halt bzw. eine stabile Lagerung des Werkstücks W sicherzustellen.
Während jedes Aktorelement 33 von einem Vorspannelement ausgebildet wird, wie einer Spiralfeder in den obigen Ausführungsformen, kann auch Fluiddruck, wie zum Beispiel hydraulischer Druck, verwendet werden, um eine radial nach außen oder radial nach innen gerichtete Kraft auf die Kontaktelemente 31 aufzubringen. Zum Beispiel kann die Zufuhr-Quelle für komprimierte Luft 52 in der dritten Ausführungsform oder eine alternative Zufuhr-Quelle für hydraulischen Druck verwendet werden, um eine radial nach außen oder nach innen gerichtete Kraft auf die Kontaktelemente 31 zu erzeugen.
Die Werkstückaufnahme der Erfindung kann nicht nur verwendet werden, um Außen- oder Innenringe von Wälzlagern zu halten, sondern auch, um irgendein ringförmiges Werkstück zu halten. Zusätzlich kann die Werkstückaufnahme der Erfindung nicht nur für spanende Bearbeitung verwendet werden, sondern auch für andere Bearbeitungen, wie zum Beispiel Schleifen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2015-136741 A [0002]

Claims

Werkstückaufnahme, gekennzeichnet durch: ein erstes Halteteil (11), das drei Anziehungselemente (22) enthält, die in Umfangsrichtung voneinander getrennt angeordnet sind, um eine axiale Stirnseite eines ringförmigen Werkstücks (W) anzuziehen; und ein zweites Halteteil (12), das ein Kontaktelement (31) enthält, das in Kontakt mit einem Innenumfang (Wd) oder einem Außenumfang (Wc) des Werkstücks (W) gehalten wird und eine radiale Bewegung des Werkstücks (W) beschränkt.
Werkstückaufnahme nach Anspruch 1, wobei das zweite Halteteil (12) ein Lagerelement (32), das das Kontaktelement (31) für die Bewegung in einer Radialrichtung des Werkstücks (W) lagert, und ein Aktorelement enthält, das eine Kraft, die in eine radial nach außen oder innen führende Richtung des Werkstücks (W) gerichtet ist, auf das Kontaktelement (31) aufbringt.
Werkstückaufnahme nach Anspruch 2, wobei das zweite Halteteil (12) ein Verriegelungselement (34) enthält, das das Kontaktelement (31) radial in einer Position in Kontakt mit dem Innenumfang (Wd) oder dem Außenumfang (Wc) des Werkstücks (W) verriegelt.
Werkstückaufnahme nach Anspruch 3, wobei das Verriegelungselement (34) durch Fluiddruck aktuiert wird.
Werkstückaufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Zentralwinkel zwischen zwei benachbarten Anziehungselementen (22) so festgelegt ist, dass er innerhalb eines Bereichs von 90° bis 150° liegt.
Werkstückbearbeitungsverfahren zum Bearbeiten einer Oberfläche eines ringförmigen Werkstücks unter Verwendung der Werkstückaufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch: Ermöglichen, dass die drei Anziehungselemente (22) des ersten Halteteils (11) eine erste axiale Stirnseite des Werkstücks (W) anziehen; Inkontaktbringen des Kontaktelements (31) des zweiten Halteteils (12) mit dem Innenumfang (Wd) oder Außenumfang (Wc) des Werkstücks (W), um eine radiale Bewegung des Werkstücks (W) zu beschränken und das Werkstück (W) in Position zu halten; und Bearbeiten einer Oberfläche des Werkstücks (W).