DE19756610A1

DE19756610A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Schleifen von Werkstücken mit zum Schleifen zeitparaller Feinstbearbeitung

Info

Publication number: DE19756610A1
Application number: DE19756610A
Authority: DE
Inventors: Erwin Junker
Original assignee: Erwin Junker Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Erwin Junker Maschinenfabrik GmbH
Priority date: 1997-12-18
Filing date: 1997-12-18
Publication date: 1999-07-01
Also published as: CA2315930A1; SK284498B6; KR100553409B1; DE59807412D1; CN100366384C; CZ20002125A3; CA2315930C; CZ294498B6; EP1039984A1; EP1039984B1; JP2001526120A; KR20010033336A; US6431954B1; WO1999032258A1; SK9052000A3; CN1284022A; BR9814312A; ES2190608T3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schleifen eines Werkstückes mit den Merkmalen gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen gemäß Oberbegriff von Anspruch 4.

Die insbesondere im Motoren- und Getriebebau benötigten Bauteile erfordern sehr enge Fertigungstoleranzen. Diese engen Fertigungstoleranzen werden hauptsächlich durch Feinbearbeiten und anschließendes Feinstbearbeiten erzielt. Lagersitze oder andere im späteren Einsatz hochbelastete Bauteilab schnitte werden daher oft zunächst geschliffen und anschließend noch einer Feinstbearbeitung unterzogen, um die benötigte Form- und Oberflächenquali tät im Hinblick auf Lebensdauer und Laufeigenschaften zu erzielen.

Das Feinbearbeiten und das Feinstbearbeiten sind in der Regel zwei aufein anderfolgende Arbeitsgänge auf zwei eigens dafür ausgelegten Werkzeug maschinen. Nachteilig dabei ist, daß einerseits die Anzahl unterschiedlicher Werkzeugmaschinen in starkem Maße den zur Realisierung der Herstellung eines bestimmten Bauteils erforderlichen Investitionsaufwand erhöht und daß andererseits die Fertigungskosten für das betreffende Bauteil durch höhere Durchlaufzeiten mit zwischengeschalteten Transportoperationen ebenfalls erhöht werden. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die erneute Auf spannung in der die Feinstbearbeitung realisierenden Werkzeugmaschine Fehler auftreten können, welche sich für die geforderten Fertigungstoleranzen als nachteilig erweisen.

Feinstbearbeitungsverfahren schließen insbesondere das Honen ein. Honen ist ein spanendes Fertigungsverfahren mit gebundenem Korn zur Verbesserung bzw. Änderung von Form, Maßgenauigkeit und Oberflächengüte des Werk stückes, wobei das Werkzeug ständig mit der Oberfläche des Werkstückes im Eingriff ist. Honen wird im allgemeinen im Anschluß an eine vorherge hende Feinbearbeitung, wie z. B. Schleifen, zur Endbearbeitung angewandt. Insbesondere das sog. Kurzhubhonen wird auch als Feinhonen, Finishbearbei ten oder Superfinishbearbeiten, Feinziehschleifen oder Schwingschleifen bezeichnet.

Bekannt sind Werkzeugmaschinen zum Schleifen und Werkzeugmaschinen beispielsweise zur Superfinishbearbeitung (siehe Firmenprospekt IMPCO Machine Tools, USA, 1994). Neben den oben geschilderten Nachteilen hinsichtlich des Investitionsaufwandes und des Fertigungsaufwandes erfordert das Konzept von zwei jeweils unterschiedlichen Werkzeugmaschinen für die Feinbearbeitung bzw. die Feinstbearbeitung auch einen erheblichen Entwick lungsaufwand.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken zu schaffen, mittels welchem bzw. welcher die Geometrie des Werkstückes maß- und formhaltig bearbei tet, mit der erforderlichen Oberflächengüte versehen und die Fertigungszeit und damit die Stückkosten des Werkstückes erheblich verringert werden.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß An spruch 1 sowie mit einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen gemäß Anspruch 4 gelöst.

Bei dem Verfahren zum Schleifen eines Werkstückes, insbesondere eines Wellenteils eines Getriebes, wird das Werkstück zur Bearbeitung eingespannt und die Geometrie des Werkstückes maß- und formhaltig geschliffen. Erfin dungsgemäß wird zumindest ein Teil der Oberfläche des Werkstückes zu mindest teilweise zeitparallel zum Schleifen feinstbearbeitet. Vorzugsweise erfolgt das Feinstbearbeiten durch Finishen.

Gemaß einem Ausführungsbeispiel erfolgt das Schleifen und das Feinstbear beiten an zylindrischen und/oder konischen Oberflächenabschnitten des Werkstückes.

Die zur Durchführung des erfindungsgemaßen Verfahrens verwendete Vor richtung zum Schleifen eines Werkstückes wird insbesondere zum Schleifen von Wellenteilen, beispielsweise eines Getriebes, eingesetzt. Die Vorrichtung weist einen Werkstückspindelstock und einen Reitstock zum Einspannen des Werkstückes sowie eine Schleifeinheit auf. Die Schleifeinheit ist mit minde stens einer Schleifspindel, welche eine Schleifscheibe zum Schleifen des Werkstückes trägt, versehen. Der Werkstückspindelstock und der Reitstock und/oder die Schleifeinheit sind zur Erzielung einer, die gewünschte Werk stückgeometrie erzeugenden Schleifrelativbewegung zwischen der Schleifeinheit und dem Werkstück gesteuert beweglich angeordnet. Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung mit einer Feinstbearbeitungseinheit versehen, welche entsprechend der Geometrie des Werkstückes bewegbar ist, wobei zumindest ein Teil der Oberfläche des Werkstückes mittels der Feinstbearbeitungseinheit feinstbear beitbar ist.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Schleifeinheit und die Feinstbearbeitungseinheit so bewegbar, daß sie zumindest zeitweise mit dem Werkstück gleichzeitig im Eingriff sind.

Dadurch ist es erstmals möglich, eine Komplettbearbeitung eines Werkstüc kes, d. h. das Feinbearbeiten und das Feinstbearbeiten auf einer Werkzeug maschine auszuführen. Dadurch entfallen externe Verkettungen für mehrere Arbeitsgänge mit ggf. dazwischengeschalteten Transportvorgängen. Dadurch, daß die Installation von zwei verschiedenen Werkzeugmaschinen für das Feinbearbeiten und für das Feinstbearbeiten nicht mehr erforderlich sind, kann somit der Investitionsbedarf, können die Gesamtkosten und können auch die Stückkosten erheblich verringert werden. Darüberhinaus ist der erforderli che Platzbedarf geringer, da damit eine geringere Maschinenanzahl bei gleicher Ausbringleistung auf einer definierten Fertigungsfläche vorhanden ist. Des weiteren verringern sich dadurch die Durchlauf- und Lagerzeiten. Die Fertigung kann insgesamt transparenter ausgeführt werden. Weitere Vorteile der Erfindung liegen darin, daß die Anzahl von Maschinenlieferanten ver ringert werden kann, da ein identisches Maschinenkonzept für eine Maschine vorliegt, welche sowohl das Feinbearbeiten als auch das Feinstbearbeiten ausführt. Dies führt zu erheblichen Vorteilen auch im Service- und War tungsbereich.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Schleif einheit und die Feinstbearbeitungseinheit vorzugsweise bezüglich der Werk stücklängsachse im wesentlichen einander gegenüberliegend angeordnet, so daß zwischen beiden Bearbeitungseinheiten das Werkstück eingespannt ist. Dies hat den Vorteil, daß eine freie Beweglichkeit sowohl der Schleifeinheit als auch der Feinstbearbeitungseinheit ohne gegenseitige Behinderung vorhan den ist. Darüberhinaus kann bei einer solchen Anordnung von Schleifeinheit und Feinstbearbeitungseinheit ein gleichzeitiges Schleifen und Feinstbearbeiten des Werkstückes im wesentlichen über die gesamte Werkstücklänge erfolgen.

Es ist gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel auch möglich, die Schlei feinheit und die Feinstbearbeitungseinheit vorzugsweise bezüglich der Werk stücklängsachse im wesentlichen auf einer Seite des Werkstückes anzuordnen. Dies ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn nur ein Teil der Oberfläche des Werkstückes feinstbearbeitet werden muß und die Länge des zu be arbeitenden Werkstückes groß genug ist, so daß Feinstbearbeitungseinheit und Schleifeinheit während des gleichzeitigen Eingriffs mit dem Werkstück sich nicht gegenseitig behindern.

In einer Ausführungsform weist die Schleifeinheit einen Träger auf, an welchem zwei Schleifspindeln mit jeweils zumindest einer Schleifscheibe so schwenkbar und auf einer gemeinsamen Zustellachse angebracht sind, daß die Schleifscheiben nacheinander mit dem Werkstück in Eingriff bringbar sind. Eine solche Schleifeinheit ist vor allen Dingen dann sinnvoll, wenn unterschiedliche Oberflächenkonturen des Werkstückes mittels der Schleifein heit maß- und formhaltig zu bearbeiten sind.

Vorzugsweise ist die Feinstbearbeitungseinheit als Feinstschleifeinheit oder als Finisheinheit ausgebildet. Sowohl die Feinstschleifeinheit als auch die Finish einheit dienen dazu, Oberflächengüten des Werkstückes bzw. eines Teils der Oberfläche dieses Werkstückes zu erzielen, welche im Bereich der mit überlicherweise als Feinstbearbeitung bezeichneten Fertigungsverfahren liegen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die bei gefügten Zeichnungen detailliert erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 eine schematische Draufsicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2a den Eingriff einer ersten Schleifspindel der Vorrichtung gemäß Fig. 2 am Werkstück;

Fig. 2b die Zustellung einer zweiten Schleifspindel gemäß Fig. 2 sowie der Feinstbearbeitungseinheit zum Werkstück; und

Fig. 3 eine schematische Draufsicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.

In Fig. 1 ist die Draufsicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. Zwischen einem Werkstück spindelstock 1 und einem Reitstock 2 ist ein Werkstück 3 zwischen Spitzen 20, 21 eingespannt. Dabei ist die Längsachse des Werkstückes 3 fluchtend mit den Längsachsen der Spindeln des Werkstückspindelstocks 1 und des Reitstocks 2 ausgerichtet. Der Werkstückspindelstock 1 und der Reitstock 2 sind auf einem nicht dargestellten verfahrbaren Schleiftisch entlang einer CNC-Achse Z1 verfahrbar angeordnet. Auf einer Seite der Werkstückspind elstock/Werkstück/Reitstock-Anordnung ist ein Schleifspindelstock 23 vor gesehen. Der Schleifspindelstock 23 weist eine Schleifspindel 14 mit einer Schleifscheibe 15 auf. Der Schleifspindelstock 23 ist bezüglich einer Bewe gungsachse X1 im Sinne einer Zustellung zu dem Werkstück 3 beweglich angeordnet. Die Längsachse der Schleifspindel 14 kann bezüglich der Achse des Werkstückes parallel oder horizontal verschwenkbar angeordnet sein.

Anstelle des Werkstückspindelstocks 1 und des Reitstocks 2 kann auch der Schleifspindelstock 23 in Richtung der Z1-Achse verfahrbar sein. In einem solchen Fall sind der Werkstückspindelstock 1 und der Reitstock 2 auf dem Maschinenständer fest montiert. Gegenüberliegend zu dem Schleifspindelstock 23 ist in einer im wesentlichen horizontalen Ebene eine Feinstbearbeitungs einheit 25 angeordnet.

Mittels dieser Feinstbearbeitungseinheit 25 wird die Oberfläche des Werk stückes 3 entsprechend den Form-, Toleranz- und Oberflächenanforderungen nachbearbeitet, wobei die Feinstbearbeitung zeitparallel zum Eingriff der Schleifscheibe 15 mit dem Werkstück 3 durchführbar ist.

Diese Feinstbearbeitungseinheit 25 ist beispielsweise mit einer Superfinishein heit versehen. Die Feinstbearbeitungseinheit 25 ist entlang von zwei recht winkelig zueinander angeordneten CNC-Achsen X2 bzw. Z2 verfahrbar, so daß sie vom Schleifspindelstock 23 unabhängige Bewegungen ausführen kann. Dieses Ausführungsbeispiel, bei welchem dem Werkstück gegenüberliegend die Schleifeinheit 14, 15, 23 und die Feinstbearbeitungseinheit 25 angeordnet sind, hat den Vorteil, daß im wesentlichen die gesamte Oberfläche des Werkstückes 3 mit der Schleifeinheit 14, 15, 23 geschliffen und zeitparallel dazu mit der Feinstbearbeitungseinheit 25 feinstbearbeitet werden kann.

Fig. 2 zeigt die Draufsicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Eine Vorrichtung gemäß diesem Ausführungsbei spiel findet vor allem dann Anwendung, wenn die äußere Kontur des Werk stückes 3 mit mindestens zwei Schleifscheiben bearbeitet werden muß. Auf der einen Seite der Werkstückspindelstock/Werkstück/Reitstock-Anordnung ist wiederum ein Schleifspindelstock 24 vorgesehen. Dieser Schleifspindelstock 24 trägt in einer gemeinsamen horizontalen Ebene zwei Schleifspindeln 12, 13, welche unter einem Winkel zueinander am Schleifspindelstock 24 mon tiert sind. Jede Schleifspindel 12 bzw. 13 trägt eine für einen jeweiligen Konturabschnitt des Werkstückes vorgesehene und geformte Schleifscheibe. Der Schleifspindelstock 24 ist um den Punkt B verschwenkbar, so daß je nach Fertigungsabfolge die an der Schleifspindel 12 montierte Schleifscheibe 5 oder die an der Schleifspindel 13 montierte Schleifscheibe 6 dem Werk stück 3 zugestellt werden kann. Die um die Schwenkachse B ausführbare Schwenkbewegung des Schleifspindelstocks 24 wird hydraulisch oder CNC- gesteuert ausgeführt.

Der Schleifeinheit 12, 13, 24 gegenüberliegend ist analog zu dem Aus führungsbeispiel gemäß Fig. 1 die Feinstbearbeitungseinheit 25 angeordnet. Die gesteuerten Bewegungen der Schleifeinheit 12, 13, 24, der Feinstbearbei tungseinheit 25 und der Werkstückspindelstock/Werkstück/Reitstock-Anordnung sind analog zu den im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 beschriebenen.

In Fig. 2a ist die Schleifspindel 12 des Schleifspindelstockes 24 im Eingriff mit dem Werkstück 3 zum Schleifen einer konischen Kontur 4 mittels der Schleifscheibe 5. Der Übersichtlichkeit halber sind sowohl Schleifspindelstock 24 als auch Feinstbearbeitungseinheit 25 nicht eingezeichnet.

In Fig. 2b ist die Zustellung sowohl der Schleifspindel 13 mit der Schleif scheibe 6 des Schleifspindelstockes 24 als auch der Feinstbearbeitungseinheit 25 mit einem Finishstein 9 zum Werkstück 3 dargestellt. Mit der Schleif scheibe 6 wird ein zylindrischer Zapfen 7 am Werkstück 3 geschliffen. Die konische Kontur 4 des Werkstückes 3 wird gleichzeitig einer Finishbearbei tung unterzogen, um die Oberflächengüte mittels des Finishsteins 9 zu erhöhen. Die Verwendung eines derartigen Finishsteines ist vor allen Dingen dann vorteilhaft, wenn hohe Traganteile in bezug auf die Oberflächengüte der Werkstückoberfläche erzielt werden sollen.

Fig. 3 zeigt die Draufsicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind sowohl die Schleifeinheit 14, 15 als auch die Feinstbearbeitungseinheit 25 an einer Seite der Werkstückspindelstock/Werkstück/Reitstock-Anordnung vorgesehen. Sowohl die Schleifeinheit 14, 15 als auch die Feinstbearbeitungseinheit 25 sind entlang jeweiliger Achsen X1, Z1 bzw. X2, Z2 CNC-gesteuert ver fahrbar. Dadurch ist es möglich, die Schleifscheibe 15 und den Finsishstein 9 zumindest an einem Teil der Oberfläche des Werkstückes zumindest teil weise zeitparallel zum Schleifen und zum Feinstbearbeiten zum Werkstück 3 zuzustellen. Zur Erzeugung der zum Schleifen bzw. Feinstbearbeiten erfor derlichen Relativbewegung zwischen der Schleifscheibe bzw. dem Finishstein 9 und dem Werkstück 3 ist eine Bewegung der Schleifeinheit 14, 15 entlang der Achsen X1, Z1 bzw. der Feinstbearbeitungseinheit 25 entlang der Achsen X2, Z2 möglich, und die Werkstückspindelstock/Werkstück/ Reitstock-Anordnung ist fest mit einem Maschinenständer verbunden montiert.

Insbesondere bei Getriebeteilen, welche zylindrische Wellenabschnitte mit unterschiedlichem Durchmesser und beispielweise konisch bzw. kegelig ausgebildete Getrieberäder aufweisen, ist der Einsatz der Vorrichtung und des Verfahrens gemäß der Erfindung vorteilhaft, da die normale Schleif bearbeitung und die Feinstbearbeitung zumindest teilweise zeitparallel erfolgen können und dadurch erhebliche Kosteneinsparungen erzielbar sind.

Claims

1. Verfahren zum Schleifen eines Werkstückes, insbesondere eines Wellen teils, bei welchem
das Werkstück zur Schleifbearbeitung eingespannt wird; und
in der gleichen Aufspannung die Geometrie des Werkstückes anschlie ßend maß- und formhaltig geschliffen wird,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Oberfläche des Werkstückes zumindest teilweise zeitparallel zum Schleifen feinstbearbeitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Feinst bearbeiten durch Finishen ausgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifen und das Feinstbearbeiten an zylindrischen und/oder konischen Oberflächenabschnitten des Werkstückes erfolgt.

4. Vorrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach An spruch 1 bis 3, zum Schleifen eines Werkstückes (3), insbesondere eines Wellenteils, welche einen Werkstückspindelstock (1) und einen Reitstock (2) zum Einspannen des Werkstückes (3) sowie eine Schlei feinheit (14, 15, 23) mit zumindest einer, eine Schleifscheibe (15) tragenden Spindel (14) zum Schleifen des Werkstückes (3) aufweist, wobei der Werkstückspindelstock (1) und der Reitstock (2) und/oder die Schleileinheit (14, 15, 23) zur Erzielung einer, die gewünschte Werk stückgeometrie erzeugenden Schleifrelativbewegung zwischen der Schleif einheit (14, 15, 23) und dem Werkstück (3) gesteuert beweglich an geordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feinstbearbeitungseinheit (25) vorgesehen ist, welche entsprechend der Geometrie des Werkstückes (3) derart bewegbar ist, daß zumindest ein Teil der Oberfläche des Werkstückes (3) feinstbearbeitbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleif einheit (14, 15, 23) und die Feinstbearbeitungseinheit (25) so bewegbar sind, daß sie zumindest zeitweise mit dem Werkstück (3) gleichzeitig im Eingriff sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifeinheit (14, 15, 23) und die Feinstbearbeitungseinheit (25) im wesentlichen einander gegenüberliegend mit dem Werkstück (3) dazwi schen angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifeinheit (14, 15, 23) und die Feinstbearbeitungseinheit (25) im wesentlichen auf einer Seite des Werkstückes (3) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeich net, daß die Schleifeinheit (14, 15, 23) einen Schleifspindelstock (24) aufweist, an welchem zwei Schleifspindeln mit jeweils zumindest einer Schleifscheibe (12, 13) so schwenkbar und auf einer gemeinsamen Zustellachse (X1) angebracht sind, daß die Schleifscheiben (12, 13) nacheinander mit dem Werkstück (3) in Eingriff bringbar sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeich net, daß die Feinstbearbeitungseinheit (25) eine Feinstschleifeinheit ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeich net, daß die Feinstbearbeitungseinheit (25) eine Finisheinheit ist.