DE19650155C1 - Bearbeitungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten, insbesondere Feinstbearbeiten der Umfangsoberfläche eines im wesentlichen zylindrischen Abschnitts eines Werkstücks, mit wenigstens einer Messeinrichtung zum Messen der Rundheit, insbesondere der Zylindrizität des Werkstücks in wenigstens zwei zueinander parallelen und zur Längsachse des Werkstücks orthogonalen Messebenen und mit einer Bearbeitungseinrichtung zum Abtragen von Material von der Oberfläche des Werkstücks.

Aus der WO 95/29791 ist eine Bearbeitungsvorrichtung bekannt geworden, mit der Lager an einer Kurbelwelle bearbeitet werden können. Es hat sich gezeigt, daß bei der herkömmlichen Lagerbearbeitung in der Regel die Oberflächengüte, insbesondere die Zylindrizität bezüglich Rundheit zwar verbessert, dabei jedoch die Zylindrizität bezüglich Konizitätskomponente verschlechtert wird. Nach der Bearbeitung weisen die Werkstücke in der Regel einen geringen Kegel auf. Die oben genannte Vorrichtung versucht, derartige Kegel durch Kippen der Bearbeitungsvorrichtung zu vermeiden. Die Bearbeitungsvorrichtung kann entweder parallel zur Achse des Werkstücks gehalten oder in die eine oder andere Neigungslage gekippt werden. Diese Vorrichtung hat den wesentlichen Nachteil, daß die Bearbeitung des Kegels unabhängig von der Größe des Kegelwinkels erfolgt und daher die Gefahr besteht, daß während des Bearbeitungsvorganges entweder nicht genug Material oder zu viel Material abgetragen wird, so dass entweder keine Zylinderform erreicht wird oder über die Zylinderform hinaus am Werkstück wiederum ein entgegengesetzter Kegel angeformt wird.

Aus der EP 382 336 B1 ist eine Messvorrichtung bekannt, die während des Bearbeitungsvorganges den Bearbeitungsfortschritt, d. h. den Werkstückdurchmesser erfaßt. Hat das Werkstück den gewünschten Durchmesser erreicht, wird der Materialabtrag gestoppt. Die Messung erfolgt hydraulisch, indem ein Pralldruck gemessen wird.

Aus der WO 95 21728 A1 ist eine Vorrichtung zum Bearbeiten der Umfangsoberfläche eines Werkstückes bekannt geworden, welche vier pneumatische Messeinrichtungen aufweist, die jeweils an Messstellen in Richtung auf die zu bearbeitende Oberfläche ausmünden und deren Signale elektrisch weiterverarbeitet werden. Abhängig von diesen Signalen wird eine Anpresseinrichtung angetrieben.

Ausgehend von der WO 95 217 28 A1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bereitzustellen, mit welcher während der Bearbeitung die Zylindrizität des Werkstücks gemessen wird und abhängig vom Messergebnis die Bearbeitungseinrichtung während des Bearbeitungsvorganges angesteuert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Meßeinrichtung wenigstens zwei Hydraulikleitungen aufweist, dass die Hydraulikleitungen an wenigstens einer Messstelle in Richtung auf die zu bearbeitende Oberfläche ausmünden und daß an den Hydraulikleitungen ein Antrieb für eine Anpressvorrichtung für die Bearbeitungseinrichtung angeschlossen ist.

Bei der erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung wird über eine Hydraulikleitung ein fluides Medium, vorteilhafter Weise Honöl, auf die zu bearbeitende Umfangsoberfläche des Werkstücks ausgeleitet. Die Ausmündung in Form einer exakt definierten hydrostatischen Kammer befindet sich in geringem Abstand zur Werkstückoberfläche. Dadurch entsteht an der Kammeröffnung ein Staudruck, der vom Abstand des Kammeröffnung zur Werkstückoberfläche abhängt. Je größer dieser Abstand ist, desto geringer ist, gemäß den Regeln der hydrostatischen Lagerung, der Druck in der Hydraulikleitung. Da die Hydraulikleitung außerdem mit einem Antrieb für die Anpressvorrichtung verbunden ist, kann über den in der Hydraulikleitung herrschende Druck der Antrieb direkt oder indirekt angesteuert werden. Die Verbindung von Hydraulikleitung und Antrieb kann derart sein, daß der Antrieb direkt vom Hydraulikmedium beaufschlagt wird oder daß ein hydraulischer Verstärker zwischengeschaltet ist. Es kann auch ein Sensor vom Hydraulikmedium beaufschlagt werden, wobei dann über die Signale des Sensors der Antrieb angesteuert wird. Mittels der Anpreßvorrichtung wird die Bearbeitungseinrichtung derart verlagert bzw. in Richtung auf die zu bearbeitende Oberfläche zugestellt, daß entsprechend dieser Zustellung der Materialabtrag gesteuert wird. Ermittelt also die Meßeinrichtung zum Beispiel bei einem großen Durchmesser aufgrund des geringen Abstandes des Kammerrandes zur Oberfläche des Werkstücks einen hohen Staudruck, dann wird der Antrieb derart angesteuert, dass die Anpreßvorrichtung die Bearbeitungseinrichtung mit hohem Druck in Richtung auf die zu bearbeitende Oberfläche zustellt, so daß dieser große Durchmesser abgetragen wird.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß die Meßeinrichtung als U-förmige Klammer ausgebildet ist und an ihren freien Enden jeweils wenigstens zwei, auf die zu bearbeitende Oberfläche gerichtete Kammer aufweist. Mit einer derartigen klammerförmigen Messeinrichtung kann das Werkstück gleichzeitig an mehreren Stellen vermessen werden, so daß nicht nur der Radius, sondern bei einander gegenüberliegenden Kammern auch der Durchmesser des Werkstücks ermittelt werden kann.

Mit Vorzug sind bei einem Ausführungsbeispiel zwei parallel nebeneinander angeordnete Klammern vorgesehen, deren entsprechende hydraulische Kammern in gleichen Längsebenen liegen. Die Abstände der beiden Kammerränder einer jeden Klammer sind exakt gleich und entsprechende Kammern sind auch in gleiche Richtungen ausgerichtet. Bei konischen Werkstücken ergeben sich somit unterschiedliche Staudrücke, da der Abstand des Werkstücks zu den Kammern der einen Klammer nicht gleich dem Abstand des Werkstücks zu den Kammern der anderen Klammer ist. Entsprechend diesen Staudrücken wird, wie bereits oben beschrieben, der Abtrag am Werkstück so eingestellt, daß dieses im Bereich des größeren Durchmessers stärker bearbeitet wird, als im Bereich des kleineren Durchmessers.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Antrieb für die Anpreßvorrichtung eine Kolben-Zylinder-Einheit, wobei der Zylinder insbesondere über eine Verstärkereinrichtung mit der Hydraulikleitung verbunden ist. Über den Druck in der Hydraulikleitung, der abhängt vom Staudruck an der Kammer, wird, gegebenenfalls über eine Verstärkereinrichtung, ein Kolben in diesem Zylinder angesteuert. Über diesen Kolben wird die Anpreßvorrichtung beaufschlagt, die die Bearbeitungseinrichtung auf das Werkstück zustellt. Soll mehr Material abgetragen werden, dann wird über den Kolben ein hoher Druck auf die Anpreßvorrichtung ausgeübt, und die Bearbeitungseinrichtung liegt unter hohem Druck am Werkstück an.

Vorteilhaft sind zwei derartige Meßeinrichtungen pro Werkstück, d. h. pro Lagerstelle zum Beispiel einer Kurbelwelle oder eines Pleuellagers vorgesehen. Mit zwei Meßeinrichtungen können konische Lagerstellen problemlos ermittelt werden.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Anpreßvorrichtung als das Werkstück teilweise umgreifende Schale ausgebildet. Die Bearbeitungseinrichtung kann zum Beispiel ein im wesentlichen inkompressibles Schleifband sein. Derartige Schalen und Schleifbänder sind bekannt. Die Schale ist dabei so ausgestaltet, daß sie geringfügig flexibel ist, so daß über sie das Schleifband mehr oder weniger stark an die zu bearbeitende Oberfläche angepreßt werden kann. Dabei kann die Schale an einer oder an mehreren Stellen an die Bearbeitungseinrichtung angepreßt werden, so daß die Bearbeitungseinrichtung über die gesamte Anlagefläche mit im wesentlichen konstanter Kraft anliegt.

Um eine Regelung des Bearbeitungsfortschritts zu erzielen, liegt die Anpreßeinrichtung in der Meßebene der Meßeinrichtung. Vorzugsweise kann das über die Meßeinrichtung erhaltene Signal auch als Abschaltsignal für die Bearbeitung des Werkstücks verwendet werden.

Bei anderen Ausführungsformen besteht die Möglichkeit, dass die Anpressvorrichtung und die Bearbeitungseinrichtung einteilig ausgebildet sind. Dies ist zum Beispiel bei der Verwendung von Honsteinen möglich.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Anpreßvorrichtung um eine zur Längsachse des Werkstücks orthogonale Achse schwenkbar gelagert ist. Bei gleichem Druck in den Meßeinrichtungen findet keine Verschwenkung der Anpreßvorrichtung statt, so daß die Mantellinien der Anpreßfläche parallel zur Längsachse des Werkstücks verlaufen.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, daß die Anpreßvorrichtung mittels eines Antriebes in Richtung der Längsachse des Werkstücks verschiebbar ist. Auf diese Weise kann die Anpreßvorrichtung seitlich verschoben werden, wodurch der Kegel an seinem größeren Durchmesser verstärkt abgetragen wird. Zu diesem Zweck weist der Antrieb eine Mittelstellung sowie jeweils eine beidseits der Mittelstellung liegende Extremstellung auf, wobei insbesondere der Abstand der Extremstellung von der Mittelstellung 0,1 bis 4 mm, insbesondere 1 mm beträgt. Wird keine Verschiebung der Anpreßvorrichtung gefordert, dann befindet sich der Antrieb in seiner Mittelstellung. Soll die Anpreßvorrichtung verschoben werden, dann nimmt der Antrieb eine seiner Extremstellungen ein, wobei die Anpreßvorrichtung in Richtung zum größeren Durchmesser des Kegels verlagert wird.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben ist. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten und in den Ansprüchen sowie in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung zweier Einrichtungen an einem kegelförmigen, zu bearbeitenden Werkstück;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des kegelförmigen Werkstücks während der Bearbeitung;

Fig. 3 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung, die Messeinrichtung, Anpreßvorrichtung und Bearbeitungseinrichtung zeigend;

Fig. 4 einen Hydraulikschaltplan der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 5 eine Variante des Hydraulikschaltplans gemäß Fig. 4; und

Fig. 6 eine schematische Darstellung des kegelförmigen Werkstückes während der Bearbeitung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

In Fig. 1 ist als Werkstück 1 eine Lagerstelle zum Beispiel einer Kurbelwelle 2 dargestellt. Das Werkstück 1 weist eine zu bearbeitende Oberfläche 3 auf, die eine konische Form besitzt. Der in der Darstellung links wiedergegebene Durchmesser D₁ ist kleiner als der in der Darstellung rechts wiedergegebene Durchmesser D₂. In Fig. 1 sind außerdem zwei Meßeinrichtungen 4 dargestellt, die identisch ausgebildet sind. Die Meßeinrichtungen 4 werden von einer U- bzw. C-förmigen Klammer 5 gebildet, deren freie Enden 6 und 7 sich oberhalb bzw. unterhalb des Werkstücks 1 befinden. Die freien Enden 6 und 7 sind aufgeschnitten, so dass jeweils eine aus diesen freien Enden ausmündende Kammer 8 erkennbar ist. Die beiden zu jeweils einer Meßeinrichtung 4 gehörenden Kammern 8 sind über eine Hydraulikleitung 9 miteinander verbunden. In Fig. 1 ist deutlich erkennbar, dass aus den großflächigen Kammern 8 ein Hyraulikmedium 10, zum Beispiel Honöl oder dergleichen, in Richtung auf die Oberfläche 3 des Werkstücks 1 austritt.

Aus Fig. 1 ist außerdem deutlich erkennbar, dass aufgrund der kegeligen Form des Werkstücks 1 beim Durchmesser D₁ der Abstand A₁ von der Oberfläche 3 zur Kammer 8 größer ist als der Abstand A₂ beim Durchmesser D₂. Somit tritt aus den Kammern 8 beim Durchmesser D₁ mehr Öl aus als aus den Kammern 8 beim Durchmesser D₂, da der Staudruck beim Durchmesser D₁ geringer ist als beim Durchmesser D₂. Somit herrscht auch in der Hyraulikleitung 9 der linken Klammer 5 ein geringerer Druck als in der Hyraulikleitung 9 der rechten Klammer 5. Der Druck in den Hydraulikleitungen 9 stellt somit ein Maß für den Durchmesser D des Werkstücks 1 dar. Der Durchmesser wird also kontinuierlich überprüft.

Die Fig. 2 zeigt das Werkstück 1, an dessen Oberfläche 3 ein Schleifband 11, welches als Bearbeitungseinrichtung dient, angreift. Dieses Schleifband 11 wird von einer Anpreßvorrichtung 12 abgestützt. Die Anpreßvorrichtung 12 ist, wie in Fig. 3 näher dargestellt, um eine Achse 13 schwenkbar gelagert. In den zur Längsachse 14 des Werkstücks 1 orthogonalen Meßebenen 15 und 16 befinden sich Antriebe 17 und 18, die mit der Anpressvorrichtung 12 verbunden sind. Die Antriebe 17 und 18 werden von einer Kolben-Zylinder-Einheit 19 gebildet, die einen Zylinder 20 sowie einen im Zylinder 20 bezüglich des Werkstücks 1 radial geführten Kolben 21 aufweist. Der Kolben 21 greift an der Anpreßvorrichtung 12 an und verschwenkt diese um die Achse 13.

Aus Fig. 3 ist ersichtlich, dass die Hydraulikleitung 9 über eine Verbindungsleitung 22 mit dem Zylinder 20 hydraulisch verbunden ist. Außerdem ist erkennbar, dass die in den freien Enden 6 und 7 vorgesehenen Kammern 8 bezüglich der Längsachse 14 des Werkstücks 1 aneinander gegenüberliegend angeordnet sind. Auf diese Weise kann, wie bereits erwähnt, der Durchmesser des Werkstücks 1 ermittelt werden. Um die Kammern 8 in diese Stellung zu bringen, ist die Meßeinrichtung 4 mit einem Stützelement 23 versehen, welches am Umfang des Werkstücks 1 anliegt. Die Form, Art und Anlagefläche des Stützelements 23 ist frei wählbar.

In Fig. 3 ist außerdem erkennbar, dass der Kolben 21 zwischen den beiden Lagerstellen 24 an der Anpressvorrichtung 12 angreift. Die Anpreßvorrichtung 12 ist als flexible Schale ausgebildet, so dass sie über den Kolben 21 in Richtung auf die Längsachse 14 zugestellt werden kann und dadurch das Schleifband 11 mit der Kolbenkraft an die Oberfläche 3 des Werkstücks 1 anpressbar ist.

Herrscht in der Hydraulikleitung 9 ein geringer Druck, dann wird die Anpreßvorrichtung 12 vom Kolben 21 mit geringem Druck in Richtung auf das Schleifband 11 bewegt. Bei hohem Hydraulikdruck wird das Schleifband 11 mit entsprechend hohem Druck auf die Oberfläche 3 des Werkstücks 1 gepreßt. Der Abtrag ist dann entsprechend höher.

In Fig. 4 ist ein Hydraulikschaltplan dargestellt, wobei das Hydraulikmedium von einer Förderpumpe 25 (mit ca. 30 bar) in Richtung der Kammern 8 gefördert wird. Zuvor durchströmt das Hydraulikmedium für jede Meßeinrichtung 4 eine Düse 26, so dass das Hydraulikmedium mit einem vorbestimmten Druck (z. B. 15 bar) diesen Meßeinrichtungen 4 zugeführt wird. Die Hydraulikleitungen 9 sind, wie in Fig. 4 dargestellt, entweder direkt mit der Kolben-Zylinder-Einheit 19 verbunden, oder, wie in Fig. 5 dargestellt, über jeweils eine Verstärkereinrichtung 27, bei der der Druck in den Hydraulikleitungen 9 als Steuerdruck für den in den Leitungen 28 herrschenden Arbeitsdruck dient. Der Arbeitsdruck wird von einer weiteren Förderpumpe 29 bereitgestellt.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann während des Bearbeitungsprozesses zeitgleich die Zylindrizität gemessen und das Werkstück 1 derart bearbeitet werden, daß einer Konizität entgegengewirkt wird.

In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Antrieb 30 dargestellt, der von einem Hydraulikzylinder 31 sowie einem beidseits beaufschlagbaren Kolben 32 gebildet wird. Am Kolben 32 greifen außerdem Federn 33 und 34 an, die den Kolben 32 in der dargestellten Mittelstellung halten. Die Zylinderräume vor und hinter dem Kolben 32 sind außerdem mit Hydraulikleitungen 35 und 36 verbunden. Wird eine dieser Hydraulikleitung 35 oder 36 mit Druck beaufschlagt, dann wird der Kolben 32 innerhalb des Hydraulikzylinders 31 aus der dargestellten Mittellage in eine Extremlage bewegt. Dabei wird über ein mit 37 bezeichnetes Verbindungselement, welches den Kolben 32 mit der Anpreßvorrichtung 12 verbindet, die Anpreßvorrichtung 12 mitgenommen. Der maximale Stellbereich der Anpreßvorrichtung 12 ist mit 38 bezeichnet und zeigt mit gestrichelten Linien die beiden Extremlagen links und rechts der Mittelstellung. Auf diese Weise kann der größere Durchmesser des Kegels durch Verschieben der Anpreßvorrichtung in Fig. 6 nach rechts verstärkt abgetragen werden. Der in der Fig. 6 dargestellte Stellbereich 38 beträgt ± 0,1 bis ± 4 mm um die Mittelstellung. Dieser Stellbereich 38 beträgt größenordnungsmäßig etwa dem halben Oszillationshub. Die Anpreßvorrichtung 12 wird, wie in Fig. 6 dargestellt, über einen Andrückzylinder 39 auf das Werkstück 1 gepreßt. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Anpreßvorrichtung 12 auch mittels der Antriebe 17, 18 angepreßt werden.

Bei einer weiteren Variante kann die Verschiebung auch über das Werkstück 1 erfolgen.

Claims (14)

1. Vorrichtung zum Bearbeiten, insbesondere Feinstbearbeiten, der Umfangsoberfläche (3) eines im wesentlichen zylindrischen Abschnitts eines Werkstücks (1), mit wenigstens einer Meßeinrichtung (4) zum Messen der Rundheit, insbesondere der Zylindrizität des Werkstücks (1) in wenigstens zwei zueinander parallelen und zur Längsachse (14) des Werkstücks (1) orthogonalen Meßebenen (15, 16) und mit einer Bearbeitungseinrichtung (11) zum Abtragen von Material von der Oberfläche (3) des Werkstücks (1), dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (4) wenigstens zwei Hydraulikleitungen (9) aufweist, dass die Hydraulikleitungen (9) an wenigstens einer Meßstelle in Richtung auf die zu bearbeitende Oberfläche (3) ausmünden und daß an den Hydraulikleitungen (9) ein Antrieb (17, 18) für eine Anpreßvorrichtung (12) für die Bearbeitungseinrichtung (11) angeschlossen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (4) als U-förmige Klammer (5) ausgebildet ist und an ihren freien Enden (6, 7) jeweils wenigstens zwei, auf die zu bearbeitende Oberfläche (3) gerichtete, hydrostatische Kammern (8) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (8) einander gegenüberliegen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei parallel nebeneinander angeordnete Klammern (5) vorgesehen sind, deren entsprechende Kammern (8) in gleichen Längsebenen liegen.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Hydraulikmedium (10) Honöl verwendbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (17, 18) für die Anpreßvorrichtung (12) eine Kolben-Zylinder-Einheit (19) ist und daß der Zylinder (20) insbesondere über eine Verstärkereinrichtung (27, 28) mit der Hydraulikleitung (9) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren Messeinrichtungen (4) diese unabhängig voneinander sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpressvorrichtung (12) als das Werkstück (1) teilweise umgreifende Schale ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale an einer oder mehreren Stellen über den Antrieb (17, 18) an die Bearbeitungseinrichtung (11) anpreßbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (17, 18) und/oder die Anpreßeinrichtung (12) in der Meßebene (15, 16) der Meßeinrichtung (4) liegt.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpreßvorrichtung (12) und die Bearbeitungseinrichtung (11) einteilig ausgebildet sind.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpreßvorrichtung (12) um eine zur Längsachse (14) des Werkstücks orthogonale Achse (13) schwenkbar gelagert ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpreßvorrichtung (12) mit einer Stelleinrichtung verbunden ist, über die die Anpreßvorrichtung (12) in Richtung der Längsachse (14) des Werkstücks (1) verschiebbar ist.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung eine Mittelstellung sowie jeweils eine beidseits der Mittelstellung liegende Extremstellung aufweist, wobei insbesondere der Abstand zwischen der Extremstellung und der Mittelstellung 1 mm beträgt.