DE19607821A1 - Vorrichtung zur Finish-Bearbeitung, insbesondere von Kurbel- oder Nockenwellen - Google Patents

Description

ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Finish-Bearbei­ tung des Außenumfanges von Werkstücken wie Wellen, insbeson­ dere von Kurbel- oder Nockenwellen für Kraft- und Arbeitsma­ schinen, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Durch die Finish-Bearbeitung und die dadurch mögliche ständi­ ge Steigerung der Oberflächengüte, insbesondere der Lager stellen von Kurbel- oder Nockenwellen, ist die Zuverlässig­ keit von Verbrennungsmotoren sehr gesteigert worden, vor allem auch die Kaltlaufeigenschaften etc. Die Schlußbearbei­ tung dieser Lagerstellen findet normalerweise durch Bandfini­ shen statt, d. h. ein Schneidband wird durch entsprechend der Lagerstelle geformte Finish-Backen angepreßt und durch Drehung bei gleichzeitiger Oszillation die Finish-Bearbeitung durchgeführt. Nach jedem Arbeitsgang wird das Band um einen Schritt weitergeschaltet, so daß ständig gleiche Verhältnisse (Verteilung neues/benutztes Band) vorliegen. Beim früheren Bandfinishen wurden normalerweise weiche bis halbharte Stützflächen verwendet, um das Band möglichst gut und gleich­ mäßig an die Bearbeitungsfläche anzulegen.

Von der Anmelderin wurden Anfang der 80er Jahre in Zusammen­ arbeit mit Automobilherstellern Versuche durchgeführt, um nicht nur die Mikrostruktur (Oberflächenbeschaffenheit) der Werkstückflächen zu verbessern, sondern auch beim Finishvor­ gang eine zusätzliche Verbesserung der Makrogestalt, d. h. eine Verbesserung der Oberflächengeometrie (Welligkeit, Rundheit, Zylindrizität) zu erzielen. Diese Entwicklung, die 1984 abgeschlossen war und zu Lieferungen geführt hat, benutzte statt der weichen Finish-Backen solche aus Metall oder hartem Honsteinmaterial und ein Finish-Band mit einem Träger aus einer sehr dünnen, weitgehend inkompressiblen Polyesterfolie der Firma 3M. Bei gleichzeitiger Verwendung eines relativ großen Umschlingungswinkels, wie er beispiels­ weise aus Abb. 1 der Firmenschrift "Band-Finishen - ein wirtschaftliches Feinbearbeitungsverfahren", Ausgabe 4/1970, herausgegeben von Firma Nagel Maschinen- und Werkzeugfabrik GmbH, Nürtingen, hervorgeht, konnte bei guten Zerspanungs­ leistungen eine Verbesserung der Oberflächenstruktur be­ obachtet werden.

Es ist ferner bereits bekannt, derartige Finish-Bearbeitungen mit Finishsteinen durchzuführen, die relativ weich und schnell verschleißend sind. Sie werden mit einzelnen Anstell­ mechanismen an das Werkstück angedrückt. Mit ihnen ist eine Geometrieverbesserung der Oberfläche nicht möglich, da sie aufgrund ihrer hohen Abnutzung von bis zu einem Zehntel Millimeter je Bearbeitung nicht auf eine genaue Formhaltig­ keit dauerhaft abzurichten sind.

AUFGABE UND LÖSUNG

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Finish-Bearbeitung zu schaffen, bei der eine Verbesserung der Oberflächengeometrie bei gleichzeitiger guter Oberflächenbe­ schaffenheit möglich ist und die mit geringem Aufwand an Verbrauchsmaterialien arbeitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Anspruch 1 gelöst.

Aufgrund der Tatsache, daß bei der Erfindung ein großer Umfassungswinkel innerhalb eines Backens vorliegt, der möglichst nahe an 180° herankommt, wird zusammen mit der abnutzungsarmen und damit formhaltigen, im wesentlichen inkompressiblen Arbeitsfläche die Möglichkeit zur Geometrie­ verbesserung der Oberfläche geschaffen. Dabei brauchen im Falle der Aufteilung der Arbeitsfläche in mehrere Einzel­ flächen die Gesamtumfangs-Winkelsummen aller Arbeitsflächen durchaus nicht so groß sein, sondern sie können sogar gerin­ ger sein als 90°, ggf. 120°.

Obwohl es auch möglich ist, mit Finishsteinen zu arbeiten, die die geforderten Eigenschaften haben, wird sich im Hin­ blick auf die Inkompressibilität und Verschleißfestigkeit bzw. Formhaltigkeit der Arbeitsflächen ein aus Diamant, vorzugsweise synthetischem Diamant, bestehendes Schneidmittel oder kubisch kristallines Bornitrid (CBN) besonders gut eignen. Dies kann man z. B. in Metallbindung aufbringen.

Während beim Band-Finishen stets Abschnitte mit neuem Schneidmittel und mit bereits gebrauchtem gleichzeitig in Einsatz sind, ist bei der Erfindung innerhalb eines Bearbei­ tungsvorganges stets der gleiche Benutzungsgrad vorhanden. Dennoch kann zur gleichzeitigen Bearbeitung mit schärferem, besser abtragendem und mehr polierendem Schneidmittel dadurch gearbeitet werden, daß die Kontaktflächen Schneidmittel unterschiedliche Eigenschaften in Umfangsrichtung aufweisen. Die entsprechende Wirkung kann vorzugsweise auch dadurch bewirkt oder unterstützt werden, daß wenigstens ein Abschnitt der Kontaktfläche eine Krümmung hat, die etwas geringer ist als die der Werkstückkontur. In diesem Falle wird das Schneidmittel in dem Scheitelbereich, d. h. in dem Bereich einer theoretischen Linienberührung, mit stärkerem Druck gegenüber dem Werkstück wirksam sein, während nach beiden Seiten anschließend sich der Abstand und damit der Kontakt­ druck verringert und sozusagen ein "Auspolieren" oder "Aus­ feuern" eintritt. Unterstützt werden kann dies durch eine Aufbringung höheren Druckes bei geringerer Bearbeitungs­ geschwindigkeit am Anfang und Verringerung des Andruckes der Backen an das Werkstück bei höherer Drehzahl gegen Ende der Bearbeitung.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß auf­ grund der Tatsache, daß das Band die zu bearbeitende Fläche nicht abdeckt, Kühl- und Spülmittel unmittelbar an die Kontaktfläche gebracht werden kann. In ihr können also Auslässe dafür vorhanden sein und es ist auch möglich, diese Auslässe direkt mit Ausnehmungen, beispielsweise Nuten, Schlitzen oder Perforationen in der Kontaktfläche in Verbin­ dung zu bringen. Es wird somit stets eine optimale Späneab­ fuhr sichergestellt und die Arbeitsflächen können sich nicht zusetzen.

Statt der Ausbildung an massiven Segmenten, die in die Finish-Backen eingesetzt werden, könnte die Kontaktfläche auch aus einem sehr inkompressiblen, jedoch flexiblen Band, beispielsweise einem Stahlband bestehen, daß die Schneidmit­ telschicht trägt und zwar auswechselbar, jedoch während aufeinanderfolgender Bearbeitungsvorgänge fest an dem Finish-Backen angebracht ist, und von den Kontaktflächen an das Werkstück angedrückt wird.

Die Erfindung ermöglicht, da sie auf einen Bandzuführungsme­ chanismus für das verbrauchbare Finish-Band, auf einen entsprechenden Vorrat etc. verzichten kann, eine besonders einfache, massearme und leichtlaufende Ausführung der Finish-Arme. Diese können in Linearführungen unabhängig voneinander am Maschinengestell geführt sein, wobei ein Krafterzeuger, beispielsweise ein Hydraulikzylinder, sie gegeneinander drückt. In den Finish-Armen wiederum können ebenfalls an Linearführungen die Finish-Backen laufen, die durch das Werkstück geführt werden. Die beispielsweise bei der Bearbei­ tung eines Hub- oder Kurbelzapfens auftretenden Kreisbewe­ gungen setzen sich dabei also aus zueinander quer verlaufen­ den Linearbewegungen zusammen. Ggf. könnte die Bewegung der Arme auch durch eine Schwenkbewegung um eine Achse durchge­ führt werden.

Beim Finishen von Wellen, insbesondere Kurbel- oder Nocken­ wellen, wird also statt mit einem je Bearbeitungsvorgang um einen Schritt weitergezogenen Finish-Band mit einer für zahlreiche Bearbeitungsvorgänge fest am Finish-Backen angeordneten Schneidmittelschicht bzw. entsprechenden Finish­ segmenten gearbeitet. Sie umfassen einen relativ großen Umfangsbereich und bestehen aus sehr hartem Material, so daß sie nicht nur eine gute Oberflächenbeschaffenheit schaffen, sondern auch eine Korrektur der Oberflächen-Makrogestaltung erlauben. Es wird somit der Einsatz eines sich bei jedem Bearbeitungsvorgang verbrauchenden Bandes eingespart und es kann mit hochqualitativen Schneidmitteln wie Diamant oder Bornitrid, ggf. auch mit zeitlich oder in Umfangsrichtung gestaffelter Arbeitsweise gearbeitet werden.

Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausfüh­ rungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführun­ gen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.

Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Frontansicht einer Feinbearbeitungsvorrichtung,

Fig. 1a eine Variante der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 2 eine von unten gesehene Ansicht der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III in Fig. 1,

Fig. 4 eine schematische Frontansicht einer Variante der Feinbearbeitungsvorrichtung,

Fig. 5 ein Detail eines Feinbearbeitungsbackens,

Fig. 6 eine Ansicht des Backens nach Fig. 5 von rechts gesehen mit strichliert angedeuteter Werkstück­ kontur,

Fig. 7 eine Frontansicht zweier zusammenwirkender Finish-Backen,

Fig. 8 eine Variante zweier zusammen wirkender Finish-Backen,

Fig. 9 einen Schnitt nach der Linie IX in Fig. 8 und

Fig. 10 eine vergrößerte schematische Darstellung des Zentrums von Fig. 8.

BESCHREIBUNG DES AUSFÜHRUNGSBEISPIELES

Die in den Fig. 1 bis 3 schematisch dargestellte Feinbearbei­ tungsvorrichtung 11 dient zum Feinbearbeiten, allgemein auch Finishen genannt, des Außenumfanges von Werkstücken, und zwar hauptsächlich von Wellen, wie Kurbel- oder Nockenwellen. Insbesondere die Haupt- und Pleuellager derartiger Wellen müssen zum Erreichen hoher Standzeiten bzgl. ihrer Ober­ flächenstruktur und -kontur extrem gut bearbeitet sein.

Die Vorrichtung 11 dient zur Bearbeitung eines Werkstückes 12, nämlich einer Kurbelwelle, die von einem Antrieb 13 um ihre Hauptachse 14 gedreht und gleichzeitig von einem Oszillator 15 in eine axial schwingende Bewegung mit einem Hub in der Größenordnung einiger Millimeter, beispielsweise von 4 mm, versetzt wird. Der Antrieb kann aus einem Elektro-Ge­ triebemotor und der Oszillator aus einem in Abhängigkeit von der Werkstückdrehung betätigten Kurvenantrieb bestehen. Beide können beispielsweise am Abtriebsende der Kurbelwelle angreifen.

Die Vorrichtung hat, wie Fig. 2 ebenfalls zeigt, zur Bearbei­ tung der Hauptlager 16 sowie der Pleuellager 17 des Werk­ stückes jeweils nebeneinander angeordnete Finish-Einheiten 18, die an einem gemeinsamen Maschinengestell 19 angeordnet sind. Die Einheiten 18 sind sehr schmal, um gleichzeitig nebeneinander liegende Lager zu bearbeiten. Ihre axiale Erstreckung ist also nicht größer als die Lagerlänge zzgl. der anteiligen (halben) axialen Abmessungen der Kurbelwangen 20. Die in Fig. 1 gezeigte Finish-Einheit 18 ist für ein Pleuel- bzw. Hublager der Kurbelwelle 12 bestimmt und weist am Maschinengestell 19 eine Linearführung 21 auf, die in Fig. 3 als Schwalbenschwanzführung 22 symbolisiert ist. An dieser sind zwei Finish-Arme 23 horizontal und quer zur Achsrichtung des Werkstückes geführt. Die Arme erstrecken sich von der oben liegenden Führung 21 nach unten.

Die Finisharme 23 sind durch einen Krafterzeuger 24 miteinan­ der verbunden und mit einer vorbestimmten Kraft gegeneinan­ der drückbar. Der Krafterzeuger 24 ist in Fig. 1 eine Hydrau­ lik- oder Pneumatikvorrichtung mit je einem Zylinder 25 an jedem Arm und je einem Kolben 26 an jeder Seite einer Kolben­ stange 27, die die beiden Arme verbindet. Es könnte auch nur ein Zylinder vorgesehen sein, der an einem der Arme 23 angebracht ist, während die Kolbenstange an dem anderen Arm angelenkt ist.

An ihren zueinander weisenden parallelen Seiten 28 weisen die Arme 23 Linearführungen 29 auf, die, wie die Linearführungen 21, zu denen sie senkrecht verlaufen, als Schwalbenschwanz­ führungen 30 dargestellt sind. Bei den Linearführungen handelt es sich um besonders leicht laufende Führungen, beispielsweise Kugel-, Rollen- oder Nadelführungen, die auch unter Bearbeitungsdruck exakt und leicht verschiebbar sind. In den Linearführungen 29 laufen Finish-Backen 31, die einander zugekehrte und die zu bearbeitende Werkstückfläche 32 am Pleuellager 17 jeweils fast um 180° umfassende Ausnehmun­ gen 33 aufweisen. In diese Ausnehmungen sind Finish-Segmente 34 in schwalbenschwanzartigen Führungen eingesetzt. Sie werden im folgenden noch näher erläutert.

Zur Bearbeitung eines Werkstückes 12, z. B. einer Kurbelwelle, werden die Kurbel- und Hauptlagerzapfen 16, 17 von den Finish-Backen umschlossen. Dazu werden die Arme 23 mittels der Zylinder 25 des Krafterzeugers 24 auseinandergefahren, über die zu bearbeitenden Werkstückflächen gebracht und dann durch Druckaufbringung auf die Kolben 26 an die zu bearbei­ tenden Werkstückflächen 32 mit den Finish-Segmenten 34 angedrückt. Dazu könnte, beispielsweise mittels einer Raste oder einer gesonderten Vorrichtung, die Position der Finish-Backen 31 so eingerichtet werden, daß beim Schließen der Finish-Backen die entsprechenden Zapfen bereits im Bereich der Ausnehmung. 33 liegen. Das Werkstück 12 wird dann um die Hauptachse 14 gedreht und dabei mittels des Oszillators 15 in Achsrichtung hin- und hergehend angetrieben, so daß eine Schnittbewegung mit sich überlagernden bzw. kreuz enden Bearbeitungsspuren auf der zu bearbeitenden Werkstückfläche 32 entsteht.

Im Bereich der Kurbelzapfen bewegt sich dabei deren Achse 51 auf einem in Fig. 1 strichpunktiert dargestellten Kreis 35. Die Finish-Backen 31 können dem folgen, indem sie in den Linearführungen 29 auf- und ablaufen und die Arme 23 in den Linearführungen 21 hin- und herlaufen. Der Bearbeitungsdruck wird durch den Krafterzeuger 24 aufgebracht, der zugleich als Schließzylinder und als mechanische Verbindung der beiden Arme 23 dient.

Fig. 1a zeigt eine Ausführung, die in Ausführung und Funktion der nach Fig. 1 bis 3 bis auf folgenden Unterschied gleicht:
Der Krafterzeuger 24 ist ein mechanischer Zustellantrieb und besteht aus einem inkremental genau steuerbaren elektrischen Schrittmotor 71, der an einem der in den Linearführungen 21 laufenden Finish-Arme 23 vorgesehen ist. Der Motor 71 wirkt auf ein Lineargetriebe 72 ein. Es ist als ein Gewindespindel­ antrieb mit einer Gewindespindel 73 dargestellt, die von einer in dem Lineargetriebe 72 enthaltenden, von dem Motor 71 angetriebenen Bewegungsmutter betätigt wird. Die Gewindespin­ del ist an den gegenüberliegenden Finish-Arm 23 angelenkt. Es könnte aber auch eine andere mechanische Lineareinheit, beispielsweise ein Zahnstangenantrieb o. dgl. vorgesehen sein.

Die Wirkungsweise beim Finishen ist während des normalen Finish-Betriebes ähnlich wie in Fig. 1. Die Finish-Arme werden zur Anlage an dem Werkstück gebracht. Bei der hydrau­ lischen oder pneumatischen Betätigung des Krafterzeugers 24 wird normalerweise druckabhängig gearbeitet, d. h. es wird ein bestimmter Arbeitsdruck vorgegeben und die Finish-Bearbeitung wird dann zeitabhängig abgeschaltet. Bei dem mechanischen Antrieb kann auch druckabhängig gearbeitet werden, bei­ spielsweise über Vorgabe eines bestimmten Motordrehmomentes oder -stromes. Hier kann jedoch auch in Abhängigkeit vom vorgegebenen Sollwert oder meßgesteuert gearbeitet werden. Dazu kann beispielsweise eine Meßsteuerung 74 vorgesehen sein, die ihre Signale von einem auf Durchmesser und/oder Form des Werkstückes 12 ansprechenden Sensor 75 erhält und dementsprechend die Zustellung der Finish-Backen über die Beaufschlagung des Motors 71 steuert. Es kann über die Meßsteuerung 74 auch ein fester Sollwert vorgegeben werden, bei dem die Bearbeitung beendet wird und dieser kann, um die Abnutzung der Finish-Werkzeuge zu berücksichtigen, auch meßgesteuert beeinflußt werden.

Es hat sich als sehr vorteilhaft erwiesen, am Ende einer Finish-Phase den Vorschub bzw. die Anstellung der Finish-Backen gegen das Werkstück zu blockieren. Diese an sich dem Prinzip des Finishens, das stets als eine Bearbeitung zur Verbesserung der Oberflächengüte benutzt wurde, widerspre­ chende Blockierung der sonst druckabhängigen Andrückung der Finish-Werkzeuge an das Werkstück führt zu einer Oberflächen­ formverbesserung insbesondere bezüglich der langwelligen Ungenauigkeiten in der Rundheit. Beim Ausführungsbeispiel sind die beiden Finish-Arme gegeneinander blockiert, wenn der Motor 71 stillgesetzt wird. Das Lineargetriebe 72 ist selbst­ hemmend, so daß die Beendigung des Motorantriebes zu einer Blockierung führt. Es könnte aber ggf. im Linearantrieb eine Bremse vorgesehen sein, die für eine Blockierung sorgt.

Das Blockieren führt zu einer Art "Ausfeuern", und verbessert nicht nur die Makroform, sondern auch die Oberfläche durch einen Poliereffekt mit degressivem Anpreßdruck, wobei die Degressivität von der Eigenelastizität des Systems zwischen der Kontaktfläche und den Blockiermitteln abhängt. Deswegen ist es insbesondere zur Formverbesserung besonders vorteil­ haft, wenn diese Elastizität so gering wie möglich gehalten wird, beispielsweise durch Verwendung von sehr harten Finish-Segmenten 34 und einer wenig druckelastischen Schneidmittel­ schicht auf diesen oder auf einem im wesentlichen inkompres­ siblen Band. Diese Ausfeuerung könnte auch mehrfach wieder­ holt werden, indem mehrere Finish-Phasen nacheinander mit dem gleichen oder unterschiedlichen Werkzeugen vorgenommen werden. Beim Blockieren können nicht nur der Vorschub, sondern auch alle anderen Beweglichkeiten der Kontaktfläche blockiert werden, indem beispielsweise externe oder interne Anschläge an diesen angreifen.

Statt einer Blockierung durch Festhalten der Lage in einem bestimmten erreichten Zustand könnte die Blockierung auch beim Erreichen einer bestimmten Position erfolgen, indem beispielsweise ein Teil der Finish-Backen oder -Arme an einem Anschlag anläuft. Dazu könnte beispielsweise eine Stellein­ richtung an einem der Finish-Arme vorgesehen sein, die einen Anschlag gegen eine entsprechende Gegenfläche des anderen Finish-Armes zur Einstellung vorschiebt und in dieser Lage hält. Beim Erreichen einer bestimmten Position (Sollmaß) würde dann automatisch die Blockierung eintreten. Durch Nachstellen dieses Anschlages könnten Werkzeugabnutzungen ausgeglichen werden, ggf. wiederum gesteuert über die Meß­ steuerung 74.

Fig. 4 zeigt eine Ausführung, bei der zwei als doppelarmige Hebel ausgebildete Finish-Arme 23a scherenartig auf einer am Maschinengestell festen Achse 36 gelagert sind. Der Krafter­ zeuger 24 hat bei diesem Beispiel nur einen Zylinder 25, der an dem den Finish-Backen 31 gegenüberliegenden Ende eines der Finish-Arme 23 gelenkig angebracht ist, während die Kolben­ stange 27 ebenfalls gelenkig am entsprechenden Ende des anderen Finish-Armes 23a angebracht ist.

An der Innenseite der Finish-Arme 23a sind Linearführungen 29 der gleichen Art wie in Fig. 1 angebracht, in denen die Finish-Backen 31 sich auf die Achse 36 zu und von dieser wegbewegen können (siehe Doppelpfeil 37). Die Ausbildung der Finish-Backen ist wie in Fig. 1 und die Funktion ist entspre­ chend.

Die jeweiligen Paare von Finish-Backen 23a für aufeinander­ folgende Kurbel- und Hauptlagerzapfen sind auf der Achse 36 hintereinander aufgereiht und werden in gleicher Weise um die entsprechenden Werkstückzapfen 17 geschlossen. Bei der Bearbeitung durch Drehung des Werkstückes 12 unter gleichzei­ tiger Oszillation laufen die Finish-Backen 31 in den Linear­ führungen 29 auf und ab, wobei die Seitwärtskomponenten der Kurbelbewegung durch die Verschwenkung der Arme 23a um die Achse 36 aufgenommen wird. Die Längsführungen 29 bleiben im Bearbeitungsbereich weitgehend parallel zueinander, da die Finish-Backen 31 so bemessen sind, daß in der Hauptarbeits­ stellung diese Parallelität gegeben ist. Geringfügige Abwei­ chungen von der Parallelität üben keinen nachteiligen Einfluß aus und behindern die Bewegung in Richtung des Doppelpfeils 37 nicht. Die auftretenden Differenzen werden durch den Krafterzeuger 24, der im vorliegenden Falle eine Zugkraft erzeugt, ausgeglichen.

Diese Ausbildung der Finishmaschine 11 ist besonders einfach aufgebaut. Durch die geringen zu bewegenden Massen und Reibungswiderstände ist die Finish-Bearbeitung, auch bei Hubzapfen, sehr gut. Die Finish-Segmente 34 können Stütz­ flächen für ein Finishband 58 bilden, das mittels eines nicht dargestellten Schrittantriebes vorgezogen wird. Wenn der Bandantrieb und -vorrat nicht auf den Armen angeordnet ist, könnte er über Längenausgleichseinrichtungen, wie Tänzerwal­ zen, vom festen Maschinengestell erfolgen. Beim Bandfinishen können die harten, inkompressiblen Segmente mit einer rutsch­ hemmenden Oberflächen-Beschichtung oder Aufrauhung, wie einem Schneidmittelbelag, versehen sein, um ein Durchrutschen des Bandes, insbesondere bei der Oszillationsbewegung, zu verhin­ dern.

Vorteilhaft können die Finish-Segmente 34 aber auch selbst mit einer Schneidmittelschicht belegt sein oder selbst Schneidmittel enthalten. Dies trägt zu einem einfachen und massearmen Aufbau bei.

Die anhand von Fig. 1a beschriebene Blockierung kann bei dieser Ausführung durch eine Bremse 70 bewirkt werden, die am Zylinder 25 vorgesehen ist und auf die Kolbenstange klemmend einwirkt.

Fig. 5 und 6 zeigen einen Finish-Backen, der insgesamt drei Finishsegmente aufweist, und zwar äußere Finishsegmente 34, die in einem äußeren Winkelabstand Alpha von ca. 140° ange­ ordnet sind, selbst aber je nur einen Umfangswinkel von zwischen 30 und 60°, vorzugsweise 40°, überdecken. Sie bestehen aus relativ hartem Material, beispielsweise Metall.

In der Mitte der Ausnehmung 33 des Finish-Backens 31 ist ein Finishsegment 38 ebenfalls schwalbenschwanzartig eingesetzt, das aus einem weicheren Material besteht als die Segmente 34. Es kann sich beispielsweise aus einem Vulkollan mit einer Shore-A-Härte von 75 Shore bestehen. Dabei sollte das Segment 38 eine Shore-A-Härte von 5 bis 20 (vorzugsweise 10 bis 15) Shoregraden weniger haben als die Segmente 34. Während die Kontaktflächen 39 der Finish-Segmente 34 entsprechend der Kontur 41 der zu bearbeitenden Werkstückfläche 32, d. h. als Kreisbogenabschnitte, ausgebildet sind, hat das Segment 38 in der Mitte einen in Richtung der Werkstückachse (14 in Fig. 2) verlaufenden leistenförmigen Vorsprung 40, der über die gesamte axiale Länge des Segments reicht. Er ragt, wenn der Finish-Backen nicht im Eingriff mit dem Werkstück ist, über die der Werkstückfläche 32 entsprechende Kontur 41 nach innen um den Betrag x vor, und zwar um ca. 0,1 bis 0,5 mm, vorzugs­ weise 0,3 mm.

Es ist zu erkennen, daß das mittlere Segment beim Ausfüh­ rungsbeispiel nur als Träger dieses leistenförmigen Vor­ sprungs 40 dient, da die übrigen Kontaktflächen gegenüber der Kontur 40 zurückversetzt sind. Es könnte sich aber auch um ein Finish-Segment handeln, daß zu beiden Seiten des Vor­ sprunges 40 der Kontur 41 angepaßte Kontaktflächen hat.

Die Segmente 34, 38 können auch hier als Stützleisten für ein Finish-Band dienen, das das Schneidmittel trägt und pro Bearbeitungsschritt ein Stück vorgezogen wird. Es ist jedoch auch möglich, daß die Finishsegmente selbst das Schneidmittel bzw. Finishmittel enthalten oder mit diesem belegt sind.

Der Vorsprung 40 ist dazu vorgesehen, eine Unterbrechung 42 in der zu bearbeitenden Werkstückfläche 32, beispielsweise eine Ölbohrung, an ihren Kanten leicht zu verrunden, vor allem an den in Umfangsrichtung weisenden Kanten. Der Vor­ sprung hat dementsprechend einen von der Breite der jeweili­ gen Unterbrechung abhängige Breite. Sie sollte nach Möglich­ keit mehr als 10% und weniger als 30% schmaler sein als die Unterbrechung in dieser Richtung. Meist wird die Breite dementsprechend 1 bis 2 mm betragen. Es sind aber auch andere Formen von Vorsprüngen möglich, jedoch ist die Form einer längsverlaufenden Rippe wegen der Oszillationsbewegung besonders zweckmäßig.

Bei der Finish-Bearbeitung drückt diese Rippe, die gradlinig begrenzt, jedoch auch seitlich abgerundet oder abgeschrägt sein kann, das Finishband an die Werkstückoberfläche 32, wird jedoch aufgrund ihrer Elastizität trotz des Vorstehens nach innen in die Kontur 41 zurückgedrückt. Jedesmal, wenn sie über die Unterbrechung 42 fährt, kann sie jedoch das Finish­ band etwas in die Unterbrechung hineindrücken, wobei die Kante 43 der Unterbrechung 42 einem erhöhten Druck ausgesetzt wird. Dadurch wird diese Kante einem erhöhten Materialabtrag ausgesetzt, entgratet und leicht verrundet. Beispielsweise kann bei einer Ölzufuhrbohrung von 6 mm Durchmesser ein "Hof" von 1 bis 2 mm Breite um die Bohrung herum gebildet werden, der gegenüber der genau zylindrischen Werkstückfläche um maximal 3 µm abgesenkt ist. Um eine gleichmäßige Veränderung zu erzielen, ist ein Drehrichtungswechsel, z. B. je 3 bis 4 sec. Rechts/Linksdrehung, zweckmäßig.

Bei dem Finishen von Lagerzapfen, die als Gleitlagerflächen arbeiten, ist dies besonders vorteilhaft, weil einerseits scharfe Kanten oder Grate, die die Gegenlagerfläche beschädi­ gen könnten, vermieden werden und andererseits die Ölvertei­ lung aus diesen Ölbohrungen gefördert wird.

Wenn statt eines Finishbandes mit schneidmittelbeschichteten Segmenten gearbeitet wird, dann ist die Wirkungsweise ent­ sprechend.

Fig. 7 zeigt eine Ausführung, bei der die in den Linearfüh­ rungen 29 laufenden Finish-Backen 31 im Bereich der Ausneh­ mung 33 mit ringsegmentförmigen Einsätzen 44 ausgekleidet sind. Diese sind mit den Finish-Backen durch Paßstifte 45 verstiftet und an ihren Enden mit Spannplatten 59 festgelegt. An ihren Innenflächen sind Schwalbenschwanzführungen für zwei Finishsegmente 34a vorgesehen. Diese sind mit eingelagertem Schneidmittel hergestellt oder zumindest im Bereich der Ausnehmungen 33 mit einer zum Finishen geeigneten Schneidmit­ telschicht, beispielsweise aus Diamant oder kubischkristal­ linem Bornitrid (CBN) versehen, das vorzugsweise in Metall­ bindung aufgebracht ist. Der Gesamtumfassungswinkel Alpha, d. h. der Winkel zwischen den in Umfangrichtung am weitestens voneinander entfernten Stellen der Finishsegmente 34a ist sehr groß und beträgt auf jeden Fall mehr als 90°,vorzugs­ weise mehr als 120° und insbesondere nahe 150°. Dagegen umfaßt die Arbeitsfläche jedes einzelnen Finishsegmentes 34a einen wesentlich kleineren Winkel von zwischen 30 und 60°, vorzugsweise 40 bis 50°, so daß eine Umfangswinkelsumme der Finishsegmente 34a eines Finish-Backens 31 weniger als 90° bzw. 120° beträgt.

Die Finishsegmente bestehen aus einem harten, gestaltfesten im wesentlichen inkompressiblen Material, beispielsweise Metall mit der entsprechenden Schneidmittelbeschichtung 57 oder einem sehr harten Honsteinmaterial auf keramischer Basis oder aus sehr hartem, z. B. duroplastischem Kunststoff. Die Kontaktfläche 39 der Finishsegmente 34a ist durch axial verlaufende Nuten 46 unterbrochen, so daß die Kontaktfläche in einzelne, beispielsweise vier Stege 47 je Segment aufgeteilt ist. Auch eine andere Oberflächengliederung, z. B. perforiert in Rauten- oder Noppenform, ist möglich. Die Stege liegen auf der der Werkstückfläche 32 entsprechenden Kontur 41, d. h. sie sind so abgerichtet, daß ihre Kontur zu einer Geometriever­ besserung der zu bearbeitenden Werkstückfläche 32 beiträgt. Die harten Segmente im Zusammenwirken mit dem großen Umfas­ sungswinkel Alpha sorgen dafür, daß nicht nur eine Verbesse­ rung der Mikrogeometrie der Oberfläche (Verringerung der Rauhigkeit) vorgenommen wird, sondern auch eine Verbesserung der Makrogeometrie, d. h. der Rundheit, Zylindrizität (Gerad­ heit des Zylindermantels) und der Vermeidung von Welligkeit, indem dem Werkstück die Form des genau abgerichteten Segments aufgeprägt wird.

An die Nuten 46 in den Finishsegmenten 34a sind Kühl- und Spülmittelzuführungen 48 angeschlossen, die in Form von Bohrungen in die Finish-Backen 31 eingebracht sind und über Anschlüsse 49 mit einer Quelle von Kühl- und Spülmittel verbunden ist. Dabei kann kann es sich um Schneid- oder Honöle, Emulsionen oder andere derartige Flüssigkeiten handeln, die dafür sorgen, daß die Schneidflächen (Kontakt­ fläche 39) nicht zuschmieren, die Späne abgeführt werden und eine Überhitzung der Schneiden vermieden wird. Die aufgeglie­ derte Gestalt der Segment-Kontaktflächen sorgt dafür, daß das Spül- und Kühlmittel an jeden Einzelabschnitt der Kontakt­ fläche heran und wieder von dort abgeführt wird, was beim Bandfinishen nicht möglich wäre. Es ist auch möglich, Segmen­ te mit unterschiedlichen Schneidmittelarten, -körnungen oder -dichten einzusetzen, die nacheinander wirksam werden, z. B. durch hydraulische Umschaltung oder Drehrichtungswechsel.

Die Fig. 8 bis 10 zeigen Finish-Backen, die an Finish-Armen 23 aufgenommen sind, die entsprechend Fig. 1 oder 4 ausgebildet sein können, jedoch auch in anderer Weise. Ihre der zu bearbeitenden Werkstückfläche 32 zugewandte Ausnehmung 33 hat Kontaktflächen 39, die entweder unmittelbar die schneidmittelbeschichtete Arbeitsfläche sein können oder Stützflächen für ein von einer Schrittzuführung zugeführtes Finish-Band 58. Es ist auch möglich, die Kontaktflächen in Form von auswechselbaren Einsätzen oder Segmenten vorzusehen, oder in Form eines mit einer dauerhaften Schneidmittelschicht versehenen Bandes, z. B. eines inkompressiblen Metallbandes, das an den Finishsegmenten befestigt ist und zahlreiche Bearbeitungsvorgänge aushält, jedoch austauschbar ist.

Die Kontaktfläche hat eine Krümmung, die etwas geringer ist als die Krümmung der zu bearbeitenden Werkstückflächenkontur 41. Die Kontaktfläche 39 ist jedoch in zwei Abschnitte 50 je Finish-Backen unterteilt, die jeweils für sich die jeweils etwas geringere Krümmung haben als die Werkstückkontur 41, wobei ihr der Achse 51 der Werkstückkontur nächster Punkt bzw. Scheitel 52 an jedem Schneidbacken um mehr als 60°, vorzugsweise 90° oder mehr in Umfangsrichtung versetzt sind (Winkel Gamma). Die Kontaktflächen der beiden Bereiche 50 je Finish-Backen 31 bilden also zusammen eine etwas spitzbogen­ artige Kontur. Die Kontur des Abschnitts 50 kann z. B. um den versetzten Krümmungsmittelpunkt 60 kreisbogenförmig sein, es sind jedoch auch andere Kurvenformen, z. B. elliptische oder parabolische, die einen weichen Auslauf ermöglichen, möglich.

Da die Krümmungsunterschiede sehr gering sind und der Krüm­ mungsradius vorzugsweise nur zwischen 1 und 5% größer ist als der Werkstückradius, ist die rein theoretisch nur in zwei Linien bestehende Berührungszone praktisch doch größer. Es bilden sich allerdings Zonen unterschiedlicher Finishwirkung heraus. Im Scheitelbereich ist der Kontaktdruck am größten. Dort wird also das Finish- oder Schneidmittel einerseits am stärksten arbeiten, sich aber auch zuerst verschleißen, während mit zunehmender Entfernung von dem Scheitel ein geringerer Kontaktdruck bis hin zu einem "Ausfeuern" erfolgt. Dies ist bei Verwendung eines Finishbandes sehr vorteilhaft, weil dort die einzelnen Zonen nacheinander in Eingriff kommen und schließlich durch entsprechende Lage des Scheitels dafür gesorgt werden kann, daß das verbrauchte Schneidband dann relativ bald aus der Finishzone herauswandert.

Bei Verwendung einer Schneidmittelbeschichtung auf den Kontaktflächen 39, die dann selbst die Arbeitsfläche bilden, kann der Abnutzungseffekt, der sonst bei einem Schneidband durch die schrittweise Weiterschaltung mit zu einer Oberflä­ chenverbesserung beiträgt, durch die unterschiedlichen Andruckgrade oder auch unterschiedliche Schneidmittelarten, -körnungen, oder -dichten über den Umfang nachgebildet werden. Es könnten beispielsweise Aluminiumoxydbeschichtun­ gen, Diamant- oder Borazonschicht, jedoch auch Vulkollan in dünner Schicht als halbharte Beschichtung oder Vulkollan in dickerer Schicht als weiche Beschichtung verwendet werden, je nach gewünschtem Verwendungszweck. Die beschriebene Ausbil­ dung sorgt auch für eine Selbstzentrierung ohne statisch unbestimmte Verhältnisse. Bei den beiden einander gegenüber­ liegenden Finish-Backen 31 ist insgesamt eine Auflage auf vier theoretischen Linien (vier Teilflächen) gegeben. Insge­ samt können bezüglich der Gesamtumfassungswinkel ähnliche Verhältnisse vorliegen, wie zu Fig. 7 beschrieben. Bei der Bearbeitung kann mit anfänglich hohem Bearbeitungsdruck und geringerer Drehzahl, später mit geringerem Druck und höherer Drehzahl zur Erzielung bester Oberflächenbeschaffenheit gearbeitet werden.

Es ist ferner aus den Fig. 8 bis 10 zu erkennen, daß die Finish-Backen 31 eine Einstelleinrichtung für die Kontur der Kontaktflächen 39 haben. Dazu sind in den Finish-Backen Schlitze 53 vorgesehen, die jeweils zwischen den beiden Flächenabschnitten 50, also im Spitzbogenscheitel, münden und die Abschnitte 50 voneinander trennen. Durch je ein Paar von Einstellschrauben 54, 55 (Fig. 8 und 9) kann der jeweilige Finish-Backen 31 so verformt werden, daß die Kontur der Kontaktfläche 39 zueinander einstellbar ist. Dabei ist die Schraube 54 mit ihrem Gewinde in der ihrem Kopf gegenüberlie­ genden Hälfte des Finish-Backens eingeschraubt, so daß sie bei ihrem Anziehen den Schlitz zu schließen sucht (Zugschrau­ be), während die Schraube 54 ihr Gegengewinde in der sie aufnehmenden Hälfte des Finish-Backens hat, so daß bei ihrem Einschrauben sie den Schlitz 53 zu öffnen sucht und damit die Kontur der Ausnehmung 33 öffnet.

Claims (12)

1. Vorrichtung zur Finish-Bearbeitung des Außenumfanges von Werkstücken (12) wie Wellen, insbesondere von Kurbel- oder Nockenwellen für Kraft- und Arbeitsmaschinen, mit wenigstens zwei Finish-Backen (31) aus einem im wesent­ lichen inkompressiblen Material, an denen eine Kontakt­ fläche (39) vorgesehen ist, die die zu bearbeitende Werkstückfläche (32) über einen Winkel von mehr als 90°, vorzugsweise mehr als 120° und insbesondere nahe 150° umfaßt, wobei das Werkstück (12) relativ zur Kontakt­ fläche (39) in Umfangsrichtung gedreht wird und axial oszilliert, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakt­ fläche (39) eine an dem Finish-Backen (31) angebrachte, mit einem Schneidmittel versehene, die zu bearbeitende Werkstückfläche (32) für zahlreiche aufeinanderfolgende Bearbeitungsvorgänge unmittelbar bearbeitende abnutz­ ungsarme Arbeitsfläche ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidmittel eine auf dem aus hartem Material in Form der Kontaktfläche (39) ausgeformten Finish-Backen (31) angebrachte Schneidmittelschicht (57) ist und/oder in den Finish-Backen (31) eingelagert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kontaktfläche an an dem Backen angebrach­ ten, ggf. auswechselbaren Einsätzen vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Kontaktflächen (39) mit unterschiedlichen Schneidmitteleigenschaften an dem Backen vorgesehen sind, die vorzugsweise nacheinander zum Schneideingriff mit der zu bearbeitenden Werkstück­ fläche (32) bringbar sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche (39) eines Finish-Backens (31) in mehrere, vorzugsweise eine Vielzahl von schmalen Flächenabschnitten (47) unterteilt ist, deren zum Schneidkontakt mit dem der Werkstück­ fläche (32) vorgesehene Flächenabschnitte vorzugsweise eine Umfangs-Winkelsumme von weniger als 90 bzw. 120° aufweist, deren in Umfangsrichtung jeweils äußerste Abschnitte aber den Umfangswinkel (Alpha) einen Umfangs­ winkel von mehr als 120°, vorzugsweise bei 150° zwischen sich einschließen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Flächenabschnitte (42) Kühl- und Spülmit­ telauslässe (48) münden, die vorzugsweise mit Ausnehmun­ gen in der Kontaktfläche (39) in Verbindung stehen.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche in Rich­ tung der Werkstückachse (14) exakt der gewünschten Werkstückkontur entspricht.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Abschnitt (50) der Kontaktfläche (39) eine Krümmung hat, die etwas geringer ist als die der Werkstückkontur (41).

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtkontur der Kon­ taktfläche (39) einstellbar ist, vorzugsweise durch eine geschlitzte und mittels Spann- bzw. Spreizmitteln (54, 55) einstellbare Backenausbildung.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidmittel Diamant oder kubischkristallines Bornitrid (CBN) ist, das vorzugsweise in Metallbindung aufgebracht ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche (39) an einem mit einer dauerhaften Schneidmittelschicht vorge­ sehenen, flexiblen Band vorgesehen ist, das am Finish-Backen (31) auswechselbar angebracht ist und für zahl­ reiche aufeinanderfolgende Bearbeitungsvorgänge vorgese­ hen ist.

12. Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Finish-Backen (31) je an einem Finisharm (23, 23a) in Linearführungen (29) beweglich angeordnet sind und daß die Finisharme (23, 23a) ihrerseits zueinander und gegenüber einem Maschi­ nengestell beweglich geführt sind, ggf. durch Linearfüh­ rungen (21) oder Schwenklagerung auf einer Achse (36), wobei die Finisharme (23, 23a) durch an ihnen angreifen­ de und vorzugsweise auch von ihnen getragene Krafterzeu­ ger (24) zusammendrückbar sind.