DE19804885A1 - Vorrichtung zum Superfinishen geschliffener Oberflächen - Google Patents
Vorrichtung zum Superfinishen geschliffener OberflächenInfo
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- Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Superfinishen
geschliffener Oberflächen von Werkstücken, mit einer
Spanneinrichtung für das Werkstück, einem Finishstein als
Werkzeug, einem Halter für den Finishstein, einer
mehrachsigen Antriebsvorrichtung zum Ausführen einer
mehrachsigen Relativbewegung zwischen der zu bearbeitenden
Oberfläche und dem Halter in einer zur bearbeitenden
Oberfläche orthogonalen Ebene, welche durch die Koordinaten
X und Y definiert ist, sowie einer Steuereinheit zur
Ansteuerung der Antriebsvorrichtung, wobei die
Steuereinheit Eingabemittel für die Eingabe des Profils der
zu bearbeitenden Oberfläche sowie elektronische
Rechenmittel aufweist.
Es ist bekannt, daß geschliffene Oberflächen von
Werkstücken, insbesondere von Wälzlagern, in einem weiteren
Arbeitsgang gefinisht werden, wodurch zum einen die
Rauhigkeit der Oberfläche vermindert, zum anderen die Form- und
Maßgenauigkeit erhöht wird. In der Regel werden bei
diesem Finishvorgang bis zu 6 µm, in Sonderfällen sogar 50 µm
und mehr Material abgetragen. Ebene Oberflächen werden
mit einem ebenen Finishstein bearbeitet, der in der Ebene
der Oberfläche bewegt wird. Gekrümmte Oberflächen werden
ebenfalls mit einem Finishstein bearbeitet, wobei die
Arbeitsfläche des Finishsteins in diesem Fall nicht eben
sondern der Krümmung der zu bearbeitenden Oberfläche
angepaßt ist. Während der Bearbeitung wird der Stein
verschwenkt, so daß er permanent flächig am zu
bearbeitenden Werkstück bzw. an dessen zu bearbeitenden
Oberfläche anliegt. Hierfür ist der Finishstein in einer
Schwenkvorrichtung eingespannt, deren Schwenkachse im
Krümmungsmittelpunkt der zu bearbeitenden Oberfläche liegt.
Es hat sich gezeigt, daß mit derartigen Vorrichtungen nur
eine begrenzte Anzahl von Werkstücken bearbeitet werden
kann. Werkstücke mit schwach gekrümmten Oberflächen, d. h.
mit Oberflächen deren Krümmungsradius sehr groß ist, können
mit derartigen Vorrichtungen nicht bearbeitet werden, da
der Schwenkarm zum Verschwenken des Finishsteins in der
Regel zu kurz ist. Dies trifft insbesondere für
winkeleinstellbare Loslager und große Pendelrollenlager zu.
Außerdem sind CNC-Bearbeitungsmaschinen bekannt, mit denen
Bearbeitungswerkzeuge, z. B. Bohrer, Drehmeißel u. dgl. im
Raum verfahren werden können. Derartige Werkzeuge besitzen
jedoch punkt- oder linienförmige Schneiden, so daß die
Winkelstellung des Werkzeugs gegenüber dem Werkstück zwar
durch den Spanwinkel bestimmt ist, daß dieser Spanwinkel
jedoch in relativ großen Bereichen variabel sein kann.
Derartige Maschinen eignen sich nicht für Werkzeuge, bei
denen das Werkstück nicht punkt- oder linienförmig sondern
flächig, nämlich über einen Finishstein bearbeitet wird.
Dieser Finishstein muß relativ zum Werkzeug nicht nur in
der X-Y-Ebene sondern auch in seiner Winkellage exakt
positioniert sein, so daß die Schneidfläche des
Finishsteins perianent flächig auf der zu bearbeitenden
Oberfläche des Werkstücks aufliegt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung bereitzustellen, mit welcher auch derartige
Werkstücke relativ einfach bearbeitet werden können.
Diese Aufgabe wird mit einer Finishvorrichtung der eingangs
genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der
Halter mittels einer Schwenkeinrichtung um eine zur X-Y-
Ebene orthogonalen virtuellen Schwenkachse verschwenkbar
gelagert ist und daß der zur Position des Finishsteins
korrespondierende Schwenkwinkel des Halters über die
Rechenmittel ermittelbar ist und die Schwenkeinrichtung von
der Steuereinheit ansteuerbar ist.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der Finishstein
über die Antriebsvorrichtung nicht nur in der X-Y-Ebene
verfahren sondern auch derart verschwenkt, daß der
Finishstein permanent flächig auf der zu bearbeitenden
Oberfläche aufliegt. Der zu jeder Position des Finishsteins
korrespondierende Schwenkwinkel wird über die Rechenmittel
aus der Geometrie der zu bearbeitenden Oberfläche bzw. aus
dem Profil des Werkstücks errechnet. Hierfür bedarf es in
der Regel zweier Punkte sowie des Krümmungsradius der
Oberfläche. Aus diesen Angaben wird der virtuelle
Schwenkwinkel errechnet, um welchen der Finishstein
ausschließlich verschwenkt wird. Da dieser virtuelle
Schwenkwinkel einen sehr großen Abstand zur zu
bearbeitenden Oberfläche haben kann, wird der Finishstein
über die Antriebsvorrichtung in X-Richtung sowie in Y-
Richtung verfahren und zusätzlich um eine tatsächliche
Schwenkachse verschwenkt. Diese Bewegung in der Ebene sowie
Verschwenkung um die tatsächliche Schwenkachse entspricht
einem Verschwenken um die virtuelle Schwenkachse. Die
tatsächliche Schwenkachse liegt jedoch innerhalb der
Finishvorrichtung, insbesondere innerhalb der
Schwenkeinrichtung und wird von einem Schwenklager
gebildet. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können nun
auch Werkstücke bearbeitet werden, die sehr große
Krümmungsradien besitzen bzw. die eine ebene, zu
bearbeitende Oberfläche aufweisen (deren Krümmungsradius
unendlich ist).
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die
Schwenkeinrichtung in die Antriebsvorrichtung integriert.
Über die Antriebsvorrichtung wird also der Finishstein in
X- und in Y-Richtung verfahren, was dadurch erfolgt, daß
über die Antriebsvorrichtung die Schwenkeinrichtung
verfahren wird, an welcher der Halter für den Finishstein
vorgesehen ist. Außerdem wird über die Schwenkeinrichtung
der Halter und somit der Finishstein verschwenkt.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, daß die
Schwenkeinrichtung maschinenfest ist, und in der
Schwenkeinrichtung eine Antriebsvorrichtung vorgesehen ist,
welche den Halter für den Finishstein in zwei zueinander
orthogonalen Richtungen verfährt.
Diese Schwenkeinrichtung kann erfindungsgemäß elektrisch,
z. B. über Servomotoren o. dgl., elektromagnetisch,
hydraulisch und/oder pneumatisch aktivierbar sein.
Insbesondere weist diese Schwenkeinrichtung einen Schwinger
auf, über welchen der Halter oszillierend bewegt werden
kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dazu geeignet, ebene
und gekrümmte Oberflächen sowie konkave und konvexe
Oberflächen zu bearbeiten. Außerdem können Oberflächen
bearbeitet werden, die geneigt sind, so daß die virtuelle
Schwenkachse außerhalb der Ebene des in der Regel
ringförmigen Bauteils ist.
Eine Weiterbildung sieht vor, daß der Halter und/oder die
Antriebsvorrichtung eine Andruckeinrichtung für den
Finishstein aufweist. Diese Andruckeinrichtung hält den
Finishstein permanent auf der zu bearbeitenden Oberfläche
und treibt diesen mit einer vorgegebenen Kraft an. Auf
diese Weise wird der gewünschte Abtrag erzielt und der
Verschleiß des Finishsteins ausgeglichen. Bevorzugt ist
die Andruckeinrichtung pneumatisch oder hydraulisch
beaufschlagbar, wobei der Finishstein auch mit Federkraft
auf die zu bearbeitende Oberfläche gepreßt werden kann.
Eine pneumatische Vorrichtung hat den wesentlichen Vorteil,
daß der Anpressdruck relativ einfach konstant gehalten
werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist bei einer Variante so
ausgeführt, daß die tatsächliche Schwenkachse in der
Berührungsebene von Finishstein und zu bearbeitender
Oberfläche liegt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
liegt die tatsächliche Schwenkachse zwischen der
Berührungsebene und dem Ort der virtuellen Schwenkachse.
Bevorzugt ist die Lage der tatsächlichen Schwenkachse
bezüglich der zu bearbeitenden Oberfläche verstellbar.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der
nachfolgenden Beschreibung in der unter Bezugnahme auf die
Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel im
einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in der
Zeichnung dargestellten und in der Beschreibung und in den
Ansprüchen erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder
in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. In der
Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen
Finishvorrichtung;
Fig. 2 eine Draufsicht in Richtung des Pfeils 11 gemäß
Fig. 1; und
Fig. 3 mehrere Werkstücke, welche mit der Vorrichtung
bearbeitet werden können.
Die Fig. 1 zeigt eine insgesamt mit 1 bezeichnete
Finishvorrichtung mit einem Maschinengehäuse 2, in welchem
Versorgungsaggregate, Antriebe, eine Steuereinheit 23 mit
Rechenmitteln u. dgl. für die Vorrichtung 1 untergebracht
sind. Am Maschinengehäuse 2 befindet sich ein Schlitten 3
der an einer vertikalen Führungsbahn 4 in Y-Richtung
(Doppelpfeil 5) verfahrbar ist. An diesem Schlitten 3 ist
über einen Tragarm 6 eine Schwenkeinrichtung 7 befestigt,
an welcher ein Schwenkarm 8 um eine Schwenkachse 9
verschwenkbar gelagert ist. Diese Schwenkeinrichtung 7 ist
über den Schlitten 3 in vertikaler Richtung verfahrbar.
Zwischen der Schwenkeinrichtung 7 und dem Tragarm 6
befindet sich ein weiterer Schlitten 10, über welchen die
Schwenkeinrichtung 7 in einer zur Zeichenebene orthogonalen
Richtung, nämlich in Richtung der x-Achse, verfahrbar ist.
Innerhalb des Maschinengehäuses 2 befindet sich ein
Drehantrieb mit einer Drehachse 11, über welchen eine
Planscheibe 12 in Drehung versetzt werden kann. An dieser
Planscheibe 12 ist über Haltevorrichtungen 13 ein Werkstück
14 befestigt, welches um die Drehachse 11 gedreht werden
kann. Dabei liegen die Drehachse 11 und die zentrale Achse
des Werkstücks 14 koaxial zueinander. Der Schwenkarm 8
besitzt die Form eines nach unten offenen U und greift mit
seinem freien Ende in das Werkstück 14 ein. An diesem
freien Ende 15 befindet sich ein Halter 16, welcher einen
Finishstein 17 aufnimmt. Dieser Finishstein 17 greift an
der zu bearbeitenden Innenoberfläche 18 (Fig. 2) an. An
dieser Innenoberfläche 18 liegt der Finishstein 17 flächig
an. Er besitzt also an seiner Anlagefläche die gleiche
Krümmung wie die Innenoberfläche 18.
Die beiden Schlitten 3 und 10 bilden eine
Antriebsvorrichtung 22 für den Halter 16 bzw. den
Finishstein 17 in X-Richtung 20 sowie in Y-Richtung 5.
In der Fig. 2 ist die Finishvorrichtung 1 in Draufsicht in
Richtung des Pfeils II gemäß Fig. 1 dargestellt. Es ist
deutlich erkennbar, wie der Finishstein 17 an der
Innenoberfläche 18 anliegt. Der Halter 16 besitzt eine
Andruckeinrichtung 19, über welche der Finishstein 17 mit
konstanter Kraft auf die Innenoberfläche 18 gepreßt wird.
Über den Schlitten 10 wird die Verschwenkeinrichtung 7 in
Richtung des Doppelpfeils 20, d. h. in X-Richtung verfahren.
Die beiden Schlitten 3 und 10 erlauben also das Abfahren
der Innenoberfläche 18 des Werkstücks 14 in der x-y-Ebene
21. Über die Schwenkeinrichtung 7 wird außerdem der
Finishstein 17 um die Schwenkachse 9 derart verschwenkt, so
daß dieser permanent flächig an der Innenoberfläche 18
anliegt. Dabei liegt die Schwenkachse 9 mit Abstand zur
Innenoberfläche 18. Bei Verwendung eines anders geformten
Schwenkarmes 8 besteht jedoch auch die Möglichkeit, daß
die Schwenkachse 9 exakt in der Berührungsfläche zwischen
der Innenoberfläche 18 und dem Finishstein 17 zu liegen
kommt.
Mit der erfindungsgemäßen Finishvorrichtung 1 können
beliebige Werkstücke mit ebenen oder zylinderförmigen
Oberflächen bearbeitet werden. Üblicherweise besitzen die
Werkstücke jedoch Oberflächen, welche Ausschnitte eines
Torus darstellen. In der Fig. 3 sind mehrere Außenringe
(oben) sowie Innenringe (unten) verschiedener Wälzlager
dargestellt. Die Fig. 3a zeigt ein winkeleinstellbares
Loslager, dessen Innenoberfläche 18 vom Finishstein 17
bearbeitet wird. Dieser Finishstein 17 wird in X-Richtung
20 (vertikal) und in Y-Richtung 5 (horizontal) verfahren
und von der Schwenkeinrichtung 7 und dem Schwenkwinkel α
verschwenkt. Dies gilt auch für die Außenoberfläche 18' des
Innenrings.
Die Fig. 3b zeigt ein Pendelrollenlager, bei der der
Außenring gegenüber zur Fig. 3a einen kleineren
Krümmungsradius aufweist. Der Innenring besitzt in diesem
Fall zwei zu bearbeitende Innenoberflächen 18'. Die Fig. 3c
zeigt ein Axialpendelrollenlager mit geneigten,
gekrümmten Oberflächen 18 und 18'. Außerdem weist der
Innenring eine weitere zu bearbeitende Oberfläche 18'' auf,
welche mit einem Finishstein 17' bearbeitet wird.
Die Fig. 3d zeigt ein Kegelrollenlager mit kegelförmigen
Flächen 18 und 18', wobei in diesem Falle der Finishstein
lediglich geneigt ist, jedoch nicht verschwenkt wird. Auch
hier weist der Innenring eine zweite zu bearbeitende
Oberfläche 18'' auf, welche mit einem Finishstein 17'
bearbeitet wird.
Die Fig. 3e zeigt ein Zylinderrollenlager mit
zylindrischen Oberflächen 18 und 18', wobei hier der
Finishstein 17 weder geneigt ist noch verschwenkt wird.
Die Fig. 3f zeigt ein Rillenkugellager, bei dem die
Oberflächen 18 und 18' sehr kleine Krümmungsradien
besitzen, so daß der Finishstein 17 in X-Richtung 20 und
Y-Richtung 5 nahezu nicht verfahren wird, jedoch der
Schwenkwinkel α relativ groß ist.
Mit der erfindungsgemäßen Finishvorrichtung 1 können auch
Axiallager oder Axialkugellager bearbeitet werden, wobei
bei Axiallagern die zu bearbeitende Fläche eben ist.
Insgesamt kann festgestellt werden, daß, wie in Fig. 3
dargestellt, ebene Flächen sowie Ausschnittsflächen eines
Torus bearbeitet werden können.
Claims (8)
1. Vorrichtung zum Superfinishen geschliffener
Oberflächen (18) von Werkstücken (14), mit einer
Spanneinrichtung (13) für das Werkstück (14), einem
Finishstein (17) als Werkzeug, einem Halter (16) für
den Finishstein (17), einer mehrachsigen Antriebs
vorrichtung (22) zum Ausführen einer mehrachsigen
Relativbewegung zwischen der zu bearbeitenden
Oberfläche (18) und dem Halter (16) in einer zur
bearbeitenden Oberfläche (18) orthogonalen Ebene (21),
welche durch die Koordinaten X und Y (20 und 5)
definiert ist, sowie einer Steuereinheit zur
Ansteuerung der Antriebsvorrichtung (22), wobei die
Steuereinheit (23) Eingabemittel für die Eingabe des
Profils der zu bearbeitenden Oberfläche (18) aufweist
und die Steuereinheit (23) elektronische Rechenmittel
aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (16)
mittels einer Schwenkeinrichtung (7) um eine zur x-y-
Ebene (21) orthogonalen virtuelle Schwenkachse
schwenkbar gelagert ist und daß der zur Position der
Finishsteins (17) korrespondierende Schwenkwinkel (α)
des Halters (16) über die Rechenmittel ermittelbar ist
und die Schwenkeinrichtung (7) von der Steuereinheit
(23) ansteuerbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schwenkeinrichtung (7) in die
Antriebsvorrichtung (22) integriert ist.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkeinrichtung
(7) elektrisch, elektromagnetisch, hydraulisch
und/oder pneumatisch aktivierbar ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß ebene oder gekrümmte
Oberflächen, insbesondere kreisbogenförmig gekrümmte
Oberflächen oder torusförmig gekrümmte Oberflächen
bearbeitbar sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß konkave und konvexe
Oberflächen bearbeitbar sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (16) und/oder
die Antriebsvorrichtung (22) eine Andruckeinrichtung
(19) für den Finishstein (17) aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Andruckeinrichtung (19) pneumatisch oder
hydraulisch beaufschlagbar ist oder den Finishstein
(17) mittels Federkraft auf die zu bearbeitende
Oberfläche (18) preßt.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die tatsächliche
Schwenkachse (9) in der Berührungsebene von
Finishstein (17) und zu bearbeitender Oberfläche (18)
liegt oder zwischen der Berührungsfläche und dem Ort
der virtuellen Schwenkachse liegt.
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