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richtung zum Finishen von W @k@ene nicht rotationssymmetrischer Form
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Finishen von Werkstücken mit nicht rotationssymmetrischer
Forms insbesondere der Nockenform bei Nockenwellen.
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Werkstücke mit nicht rotationssymmetrischer Form, bei denen ei:ae
hohe Oberflächengüte gefordert wurde, wurden bisher durch Schleifen hergestellt.
Insbesondere an Nockenwellen für Verbrennungskraftmaschinen sind die Anforderungen
an
die Oberflächengüte jedoch sehr hoch. Die beim Schleifen der
Nockenform einer Nockenwelle zu erzielende Oberflächengüte von ca. 3 /um R+ hat
sich als unzureichend erwiesen Während jedoch rotationssymmetrische Teile in ihrer
Oberflächengüte durch Finischen, d.h. eine Endbearbeitung, die im wesentlichen für
kleine Werkstücklügen benutzt wird, in ih@or Oberflächengüte auf ca. 1,0 /um Rt
gebracht werden konnten, gab es bisher keine wirtschaftliche Einrichtung für das
Finishen der Nockenform, Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen
mit der Werkstücke mit nichet rotationssymmetrischer @om@ wirtschaftlich gefinished,
d.h. in ihrer Oberflächengüte verbessert erden können, wobei insbesondere die gesmetri
sche Form de Werkstückes nicht veränder werden soll.
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Diese Aufgabe wird gemäß dar Erfindung dadurch gelöst, daß das Schleifmittel
sur Bearbeitung lies sich drehenden Werkistückes an einem bewegbaren Träger angeodnet
ist. dessen im wesentlichen radial zum Werkstück gerichtete Bawegungen von einer
Meisterwelle mit einer der Werktückform entsprechen den Form gesteuert sind. Das
Schleifmittel wird al @ dume die synchron zum Werkstück umlaufende deisterwelle
der Werkstückoberfläche, beispiels@eise der Nocke , nuchgefühst. Vorteilhaft kann
zwischen dem Schleifmittel und dem Träger ein den Anpreßdruck des Scheifmittel erze@gendes
Federelement angeordnet sein Durch die Erfindung sind die Schwierigkeiten überwunden,
die bischer ein Finischen von derartige Körpern verhinderten. Wenn man nämlich das
Schleifmittel beispielsweise durch Federdruck an das umlaufende Werkstück anpressen
wurde, so müßta sich
dieses entsprechend den Abweichungen von der
Rotationssymmetrie hin- und herbewegen. Außer den Unterschieden im Anpreßdruck durch
die ansteigende Federkennlinie wurden vor allem die auftretenden Massenkräfte ein
gutes Ergebnis verhindern. Bei einer Nockenwelle würde das bedeuten, daß die Nocke
bei ihrem Anstieg einem zu hohen Anpreßdruc-k ausgesetzt wäre, während sie auf der
Druckseite einen zu geringen bzw. überhaupt keinen Anpreßdruck bekäme. Bei der Vorrichtung
nach der Erfindung kann aber stets ein gleichbleibender Anpreßdruck erzielt werden.
Wenn sich bei sehr hohen Arbeitsgeschwindigkeiten die Massenkräfte des Schleifmittels
bzw. seiner Halterung trotzdem bemerkbar machen sollten, so kann dem durch eine
entsprechende Voreilung bzw. Anderung der Form der @@eisterwelle begegnet werden.
Auf jeden Fall ist es möglich. stets einen konstanten Anpreßdruck beisubehalten.
Daher wird die geometrische Form des Wekstückes nicht verändert und ein gleichmäßiger
Werkstoffabtrag erzielt, was ohne Benutzung der Erfindung nicht moglich wäre.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Träger aus einem
schwenkbar gelagerten Hebel. an dessen einem Ende das Schleifmittel angeordnet ist
und dessen anderes Ende von der Meisterwelle verschwenkbar ist. Der Träger kann
dabei über eine Steuerrolle mit der Meisterwelle zussmmenwlrken. wobei die Steuerrolle
durch eine Anpreßkraft die Meisterwelle gedrückt und on dieser geführt ist Diese
Anpreßkraf-t kann beispielsweise aus einem Gewicht, einer Feder oder einer hydraulischen
Vorrichtung bestehen.
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Besonders gute Ergebnisse und eine große Wirtschaftlichkeit im Verfahrensabklauf
kann nach einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung dadurch werden, daß das Schleifmittel
aus einem Schleifband besteht. Diese wird vorzugsweise bei jedem Schleivorgang wenigstens
einmal um einen vorbestimmten Betrag vorgezogen. Das relativ leichte Schleifband
paßt sich besonders gut den Bewegungen des Trügers an. Durch die Tatsache, daß das
Schleifmittel bei jedem Schleifvorgang erheuert wird indem neues Schleifband vorgazogen
wird. werden verschidene Vorteile erricht. Für jeoes Werkstück steht die neher Abschnitt
des Schleifbandes zur Verfügurg e stets gleiche Verhältnisse vorliege Das Schleifl
@ Vorteilhaft mit dem Werkstück im wesentlichen in @ rührung. Es nutzt sich dabei
sehr schnell ab. so daß @@ einem anfänglichen röferen Verkstoffabtrag beim der @
bzw. Abstumpfen der Schleifkörner des Schleifbands ei Polierwirkung entsteht. Es
kann daher in relativ urzer Zeit zusätzlich zu einem gewissen Werkstoffabtrag eine
beste Polierwirkung erzielt werden. Die Folge ist daß die Werkstücke mit einer relativ
geringen Oberflächengüte, d.h. nur vorgenscliffen in die Vorrichtung einerbracht
werden können und trotzdem in kurzer Zeit ein Finischen auf eine hervoragende Oberflächengüte
möglich ist.
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Ein suzätzlicher Vorteil Dieser Merkmale ist es. daß das Schleifmittel
mit Sicherheit bei jedem erouten Arbeitsteht in der gleichen Position stcht. Es
indet keine dauernde Abnutzung statt, die eine Nachstellung des Schleifmittels erforderlich
machen würde oder den anpreßdruckw@@ä @ würde. Durch die Tatsache, daß bei jedem
Werkstück steh
Schleifmittel zur Verfügung steht, sind die Bearbeitungsvorgänge
genau reproduzierbar, so daß eine Steuerung der gesamten Vorrichtung allein über
die Zeit möglich ist. Dadurch entfallen insbesondere bei automatischen Anlagen aufwendige
und schwierig durchzuführende Kontrollen0 Zweckmäßig erfolgt der Arbeitsablauf derart,
daß die Drehrichtung der Meisterwelle und der synchron dazu laufenden Nokkenwelle
kurzperiodisch umgekehrt wird, z.B. in Perioden von 10 sec bei einer Gesamtbearbeitungszeit
von 30 bis 60 sec Dadurch werden die Oberflächengüte und die Formgenauigkeit zusätzlich
verbessert.
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Weitere Vorteile und Merkmale gehen aus den Ansprüchen und der Beschreibung
im Zusammenhang mit der Zeichnung hervor Ein AusführungsbeisE>lel der Erfindung
ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläubert.
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Die Zeichnung zeigt eine schematische Darstallung einer Vorrichtung
nach der Erfindung.
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@ie Finish-Vorrichtung nach der Erfindung besitzt ein Machinengestell
11, an dem ein Träger 12 um eine Achse 13 @chwenkbar angeordnet ist. Der Träger
12 hat die Form eines @weiarmigen Hebels. An seinem einen Ende ist eine Steuercolle
14 frei drehbar angeordnet, die mit einer Meisterwelle 15 zusammenwickt.
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Am andenen Ende des Trägers 12 ist eine Pollerrolle 16 angeordnet.
Ihre Langerung ist über eine Spindel 17 einstellba@. Die Polierrolle 16 wird über
ein schematisch angedeutetes Federelernent 18 gegen ias Werkstück 19 gepreßt. Das
Werkstück 19, im dargestellten Beispiel eine Nockenwelle, ist angrenzend an die
Polierolle 16 drehbar gelagert und wird während der Bearbeitung entgegen dem Uhrzeigerslnn
gedreht.
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Die Meisterwelle 15 Läuft synchron mit dem Werkstük entgegen dem Uhrzeigersinne
um. Die Ferm der Meisterwelle 15 entspricht der Form des Werkstückes. Beim corliegenden
Ausführungsbeispiel sind die wirksamen Hebelarme zwi3chen der Berührungslinie der
Polierolle 16 am Wrkstück 19 und der Achse 13 sowie zwischen der Berührungslinie
der Meisterwelle 15 an der Steuerrolle 14 und der Achse 13 gleich. In diesem Falle
sind Form und Größe von Meisterwelle 15 und Werkstück 19 identisch.
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Um die Polierrolle 16 herum ist ein Schleifband 20 geführt das von
einer Vorratsrolle 2-1 über Führungsrollen 22 einer Spann-und Hlatevorichung 23
zuläuft. Die Spane- and Haltevorrichtung 23 besteht aus einem an einer Achse 24
des Trägers gelagerten einachigen Helbel und besitzt eine Halte fläche 25, die sivh
an dem Träger 12 abstützt.
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In der schematischen Darstellung is eine Anpreßkraf das eine Feder
26 symbolisiert. Diese Anpreßkraft dient einer seits dazu, den Träger 12 so zu belasten
daß die St rolle 14 stets an der Meisterwelle 15 anligt und angeratseits. die Spann-
und Haltevorrichtung 23 mit einer Halt fläche 25 gegen den Träger 12 zu drücken.
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Die Anpreßkraft 26 kann durch eine Feder, ein Gewicht oder eine hydraulische
Einrichtung eusgeübt werden. Sorein sie, wis bereits erwähnt, ausreichend stark
bemessen ist, um die Steuerrolle in Kontakt mit dar Meisterwelle zu halten hat ihre
Charakteristik keinen Einfluß den Anpreßdruck
und damit den eigentliche
Finish-Vorgang. Die Stärke des Appreßdruckes wird ausschließlich von dem Federelement
18 bestimmt.
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Wie aus der Zeichnung zu erkonnen ist, wird das von der Vorratsrolle
21 kommende Scleif- bzw. Polierband 20 von der Haltefläche 25 gegen den Träger 12
gedrückt, so daß es über eine Führungsrolle 27 der Polierrole 16 zugeführt wird.
Es ist um diese herumgelegt und läuf wiederum über die Führungsrolle 27 unter die
Haltefläche 25, von dort über eine witere Führungsrolle 28 zu einer Fortschaltvorrichtung
29 und wird anschließend auf eine Rolle 30 aufgewickelt, die an einem schwenkbaren
Arm 31 angebracht ist. Die Fortschaltvorrichtung 29 besteht aus wei Zahnvalzen und
wird taktmäßig betätigt, Vorrungsweise wird das Schleifband nach Beendigung einen
Arbeitsktes d.h. nach dem Schleifen eines Werkstückes bzw. einer bestimmten Fläche
eines Werkstückes, um einen solchen Betung weinergescheltet daß wieder ein frisches
Stück Schleifl nd mit dem neuen Werkstück in Eingriff kommt.
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@@ in der Zeichnung angedeutet, liegt die Kornseite 2 das ch eifbandes
außen. Es ist zu erkonnen, daß das Schleifband der Haltevorrichtung 23 unabhängig
von der Bewegung das @ ers 13 unter Spannung gehalten wird.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung arbeitet wie folgt: @@ das entsprechende
zu bearbeitende Werkstück 19 wird eine @ ende Meisterwelle 15 in die Vorrichtung
eingesetzt. Das Werkstück 19 wird in seine Bearbeitungsposition gebracht und
drehend
angetrieben. Die Meisterwelle dreht sich dazu synchron und bewegt entsprechend ihrer
Form die Steuerrolle , so daß der Hebel 12 verschwenkt wird. Gleichzeitig macht
die Polierrolle 16 eine entsprechende Bewegung, so daß die von dem Anpreßelement
18 ausgeübte Anpreßkraft im wesentlichen gleich bleibt.
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Das Schleifband 20 berührt, streng genommen, das Werkstück nur längs
einer linie. Zu Beginn des Bearbeitungsvorganges sind im Bereich dieser Linie noch
frische Schleifkörner vorhanden, die einen stärkeren Werkstoffabtrag bewirken. Damit
Ungleichmaßigkeiten im Schleifband sich nicht cuf die Oberfläche des Werkstückes
auswirken, wird das Werkstück während der Bearbeitung axial hin- und herverschoben.
Die Schleifkörner im Arbeitsbereich brenchen während der Bearbeitung relativ schnell
aus bzw. stumpfen sich ab. Es entsteht damit eine Polierfläche. die für eine Feinbearbeitung
der Oberflache sorgt. Nach Beendigung der Bearbeitung wird das Schleifband durch
Antrieb (ser Fortschaltvorrichtung 29 um einen solchen Betrag weitergeschaltet,
daß für das nächste Werkstück wieder ein frischer Teil des Schleifbandes zur verfügung
steht. Aufgrund der vorteilhaf -ten Arbeitsweise der Vorrichtung eignet sie sich
besonders zum Einsatz in vollautomatischen Bearbeitungsstraßen. Durch die Linienberührung
wird trotz eines relativ geringen Verbrauches an Schleifmittel der Vorteil erreicht,
daß jede zu bearbeitende Werkstückfläche wieder auf genau die gleichen Verhältnisse
trifft,wle die vorherige. Es kann daher keine Schwierigkeiten durch Zusetzen oder
Abstumpfung bzw. Abnutzung des Schleifmittels geben. Die Abnutzung ist vielmehr
erwünscht und tragt zu der vorteilhaften Wirkungsweise der Vorrichtung bei.
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Als Beispiel werden im folgenden einige Werte für die Bearbeitung
einer NOckenwelle eines Automobilmotors aufgeführt: Die Oberflächengüte anch dem
Schleifen, also am Beginn des Finischens, betrung 3 /um Rt. Die Nockenwelle wurde
ca.
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30 Sekunden bearbeitet. Dabei führte das Werkstück 15 Sekunden lang
eine Linksdrehung und weitere 15 Sekunden eine Rechtsdrehung aus. Dre Werkstoffabtrag
lag bei 0.003 bis 0.005 mm, bozogen auf den Durchmesser. Die Oberflächengüte nach
dem Finishen betrug 0,8 bis 1,2 /um Rt. Ebenso wie der Werkstoffabtrag war die Oberflächengüte
an allen Stellen der Nockenwelle @m wesentlichen gleich.
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Von dem dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel sind zahl
reiche Abwandlungen möglich. So kann beispielsweise dr Durchmesser der Polierrolle
variiert werden, um die mit jedem Werkstück in Eingriff kommende Breite der "Linie"
auf dem Schleifband zu verändern, wobei ein geringer Durchmesser besonders vorteilhaft
ist. Es wäre auch denkbar, den Träger 12 auf einer Führung verschiebbar anzuordnen.
Die Ausbildung als Hebel ist jedoch einfacher und betriebssicherer.
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Es ist auch möglich, das Schleifband während eines Bearbeitungstaktes
mehrmals weiterzuschalte. Ein periodischer synchroner Richtungswechsel der Meistarwelle
und der Nokkenwelle sind zur Verbesserung der Form- und Oberflächerlgüte zu empfehlen.