DE3011454C2

DE3011454C2 - Verfahren für die Fertigbearbeitung von Nockenwellen

Info

Publication number: DE3011454C2
Application number: DE19803011454
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Ernst Thielenhaus GmbH and Co KG
Current assignee: Ernst Thielenhaus GmbH and Co KG
Priority date: 1980-03-25
Filing date: 1980-03-25
Publication date: 1984-04-05
Also published as: DE3011454A1; FR2479063B1; FR2479063A1; GB2073069B; GB2073069A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Fertigbearbeitung der geschliffenen Nocken einer Nockenwelle, insbes. einer Kraftfahrzeugmotor-Nokkenwelle, in der Nockenwellen aufnahme einer Fertigbearbeitungsmaschine, wobei zunächst eine Vorfinishbearbeitung aller Nocken mit längs der Nockenwelle angeordneten Vorfinishsteinen und danach eine Finishbearbeitung aller Nocken mit längs der Nockenwelle angeordneten Finishsteinen erfolgt, wobei die Vorfi- >o nishsteine sowie die Finishsteine praktisch in einer Bearbeitungsebene angeordnet sind. — Die Fertigbearbeitung ist damit eine zweistufige Finishbearbeitung, zumindest die Nocken sind bereits geschliffen. Schleifen bezeichnet eine vor der Vorfinishbearbeitung durchgeführte Schleifbearbeitung in Form eines Konturenschleifens mit zumeist rotierenden Schleifscheiben, wobei in der Regel an einer Nockenwelle Nocken auf Nocken nacheinander Dearbeitet werden. Dabei arbeiten im allgemeinen mehrere Schleifmaschinen auf eine mj Finishmaschine, die für die Fertigbearbeitung im Sinne des gattungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Die Vorfinishbearbeitung erfolgt mit keramischen Werkzeugen, erreichte Rauhigkeit ca. 0,2 μ, die Finishbearbeitung erfolgt ebenfalls mit keramischen Werkzeugen, t>> erreichte Rauhigkeit ca. 0,1 μ. Es versteht sich, daß bei der Vorfinishbearbeitung sowie bei der Finishbearbeitung die Nockenwelle rotiert und ggf. zusätzlich in axialer Richtung oszilliert Die Nockenwellenaufnahme ist im allgemeinen eine Spitzenaufnahme.

Im Rahmen der aus der Praxis bekannten gattungsgemäßen Maßnahmen werden zuerst die Vorfinishsteine, danach die Finishsteine zur Bearbeitungsanlage an den Nocken der zu bearbeitenden Nockenwelle gebracht und angedrückt Auch wenn dabei eine für das gattungsgemäße Verfahren eingerichtete Maschine eingesetzt wird, die mit extremer Präzision gefertigt ist, bleibt die erreichte Genauigkeit der Nockenbearbeitung in bezug auf die Nockenkontur sowie die Oberflächenrauhigkeit zumindest dann verbesserungsbedürftig, wenn es sich um Nockenwellen handelt die für hochtourigen Einsatz bestimmt sind. Bei den vor der Fertigbearbeitung nach dem gattungsgemäßen Verfahren geschliffene Nockenwellen treten nämlich Unregelmäßigkeiten auf, bei denen es sich um eine durch das vorangehende Schleifen erzeugte Konizität der Nocken handeln kann. Unregelmäßigkeiten treten aber auch auf den auflaufseitjgen Flanken der Nocken, den sog. Rampen auf. Diese Mängel hat man bisher als unvermeidbar in Kauf genommen.

Bei der Bearbeitung von Werkstückflächen durch Ziehschleifen ist es grundsätzlich bekannt mehrere Ziehschleifsteine unterschiedlicher Körnung nacheinander in Eingriff mit dem Werkstück gelangen zu lassen, ohne daß die Einspannung des Werkstückes geändert wird (DE-OS 19 33 575). Ferner ist es bekannt beim Schleifen der Kugelrillen von runden Werkstücken die Schleifwerkzeuge auf gegenüberliegenden Seiten des Werkstückes so arbeiten zu lassen, daß eine Durchbiegung des Werkstückes aufgrund der Andrückkraft der Werkzeuge weitgehend vermieden wird (DE-AS 17 52 992). Das hat zur Lösung der Probleme bei der Bearbeitung von Nockenwellen bisher nichts beigetragen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren so weiter auszubilden, daß die bearbeiteten Nockenwellen in bezug auf Genauigkeit der Nockenkontur sowie in bezug auf Oberflächenrauhigkeit wesentlich bessere Werte aufweisen.

Diese Aufgabe wird durch die Kombination der folgenden Merkmale, nämlich dadurch gelöst, daß zuerst die Vorfinishsteine und auch die Finishsteine durch ein Andrücken an die zu bearbeitenden Nocken angeformt werden, daß danach zunächst die Vorfinishbearbeitung sowie im Anschluß daran die Finishbearbeitung in der gleichen Nockenwellenaufnahme und mit der gleichen Einspannung mit Vorfinishsteinen bzw. Finishsteinen durchgeführt wird, und daß bei der Vofinishbearbeitung sowie bei der Finishbearbeitung ein Durchbiegen der Nockenwelle durch die Andrückkraft der von Nocken zu Nocken umfangsmäßig um etwa 180° gegeneinander versetzten Steine weitgehend kompensiert wird. — Der Erfolg des beschriebenen Verfahrens kann erst dann als gesichert angesehen werden, wenn sowohl die Vorfinishbearbeitung als auch die Finishbearbeitung in der gleichen Nockenwellenaufnahme und mit der gleichen Einspannung durchgeführt wird wie beim Andrücken der Vorfinishsteine bzw. der Finishsteine und wobei außerdem in allen Fällen die zu bearbeitende Nockenwelle an mehreren Stellen, abwechselnd von beiden Seiten, abgestützt ist, um Durchbiegungen zu vermeiden.

Nach bevorzugter Ausführungsform arbeitet man so, daß das der Vorfinishbearbeitung bzw. der Finishbearbeitung vorgeschaltete kurzzeitige Andrücken der Vorfinishsteine und der Finishsteine gleichzeitig vorge-

nommen wird. Eine Ausführungsform der Erfindung, die zu sehr guten Ergebnissen führt und kurze Taktzeiten zuläßt, ist dadurch gekennzeichnet, daß bei der Vorfinishbearbeitung sowohl die Vorfijushsteine als auch die Finishsteine gegen die zu bearbeitenden Nocken gedrückt und danach für die Finishbearbeitung lediglich die Vorfinishsteine abgehoben werden.

Die Erfindung berücksichtigt zunächst die bisher unbeachtete Tatsache, daß bei den in der beschriebenen Weise fertig zu bearbeitenden geschliffenen Nockenwellen eigentümliche Toleranzen eingeprägt sind, die von der Vorbearbeitung, insbes. dem Schleifen, abhängen. Tatsächlich sind die zu bearbeitenden Umfangsflächen der Nockon gleichsam konisch, und zwar mit zumeist für alle Nocken einer Nockenwelle in bezug auf die Richtung gleicher, wenn auch von Nocken zu Nocken dem Betragen nach unterschiedlicher Konizität Darüber hinaus ist oft die Richtung der Konizität von Nockenweile zu Nockenwelle unterschiedlich. Das gilt insbes. dann, wenn die Nockenwellen auf verschiedenen Schleifmaschinen geschliffen sind. Bisher hat man diese Konizitätsfehler übersehen oder in Kauf genommen. Die Erfindung geht ferner von der nicht zum Stand der Technik gehörenden Erkenntnis aus, daß bei den bekannten eingangs beschriebenen Maßnahmen eine zu bearbeitende Nockenwelle sowohl bei der Vorfinishbearbeitung als auch bei der Finishbearbeitung eine Durchbiegung erfährt. Das beruht: darauf, daß die Vorfinishsteine bzw. die Finishsteine alle auf einer Seite angeordnet sind und die Nockenwelle gleichsam als Balken auf zwei Stützen den singulären, über die L£nge der Nockenwelle verteilten Andrückkräften ausgesetzt ist Die Erfindung kompensiert durch die beschriebene Art und Weise der Vorfinishbearbeitung bzw. Finishbearbeitung diese Durchbiegung, wobei überraschenderweise auch die Konizitätsfehler erheblich reduziert werden.

Die erreicht·; Verbesserung ist sehr erheblich und liegt im Bereich von 50 bis 75%. Sie ist unabhängig von der Richtung des eingeprägten Konizitätsfehlers der zu bearbeitenden Nockenwelle.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung, die eine Maschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschreibt, ausführlicher erläutert. Es zeigt 4 s

F i g. 1 schematisch die Draufsicht auf die Nockenwellenaufnahme einer solchen Maschine mit Vorfinishwerkzeugen und Finishwerkzeugen,

F i g. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Gegenstand der F i g. 1, > <>

Fig. 3 einen Schnitt in Richtung A-A durch den Gegenstand nach F i g. 1 einige konstruktive Einzelheiten der Maschine.

Die in den Figuren ausschnittsweise dargestellte Maschine ist für die zweistufige Fertigbearbeitung der geschliffenen Nocken 1 von Nockenwellen 2 bestimmt. Insbesondere mag es sich um Kraftfahrzeugnockenwellen 2 handeln. Die Fertigbearbeitung erfolgt durch eine Vorfinishbearbeitung und eine daran angeschlossene Finishbearbeitung.

Zum grundsätzlichen Aufbau einer solchen Maschine gehören eine Nockenwellenaufnahme 3, längs der Nockenwellenaufnahme 3 angeordnete, dem zu bearbeitenden Nocken 1 zugeordnete Vorfinishsteine 4 und längs der Nockenwellenaufnahme 3 angeordnete, ebenfalls den zu bearbeitenden Nocken 1 zugeordnete Finishsteine 5.

In den Figuren ist eine zu bearbeitende Nockenwelle 2 dargestellt worden. Sie trägt neben den Nocken 1 auch Lagerausbildungen 6. Es versteht sich von selbst, daß auch die Lagerausbildungen 6 bearbeitet werden, was durch zusätzliche Werkzeuge der beschriebenen Maschine ohne weiteres durchgefüiirt werden kann. Zum Zwecke der Differenzierung wurden die Vorfinishsteine 4 mit einer einfachen Schrägschraffur, die Finishsteine 5 mit einer Kreuzschraffur versehen.

Aus der Fig.3 entnimmt man zunächst, daß die Vorfinishsteine 4 sowie die Finishsteine· 5 an beidseits der Nockenwellenaufnahme 3 angeordneten Doppelhebelwerkzeughaltern 7 befestigt sind. Diese sind, wie man aus einer vergleichenden Betrachtung der F i g. 1 und 3 ableitet einander gegenüberliegend gereiht Sie sind mit Hilfe von im Ausführungsbeispiel pneumatischen oder hydraulischen Stelltrieben 8 um zur Achse 9 der Nockenwellenaufnahme 3 parallele Achsen 10 schwenkbar. Die Stelltriebe 8 bestimmen mit der Hebelübersetzung die Andrückkraft oder den Anpreßdruck der Werkzeuge 4,5.

Aus der F i g. 1 entnimmt man, daß an jeder Seite der Nockenwellenaufnahme 3 einerseits die Vorfinishsteine 4 und andererseits die Finishsteine 5 in abwechselnder Folge so angeordnet sind, daß sich an jedem Nocken 1 ein Vorfinishstein 4 sowie ein Finishstein 5 gegenüberstehen.

Die F i g. 1 zeigt die Betriebsstellung einer erfindungsgemäßen Maschine, bei der die Vorfinishsteine 4 sich in Arbeitsstellung befinden, die Finishsteine 5 gleichsam in Warteposition. Umgekehrt können die Finishsteine 5 in Arbeitsstellung gefahren werden und die Vorfinishsteine 4 zurückgenommen werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, beide Werkzeuge 4,5 gleichzeitig arbeiten zu lassen. Jedenfalls ist die Anordnung so getroffen, daß sowohl bei der Vorfinishbearbeitung als auch bei der Finishbearbeitung eine Durchbiegung der zu bearbeitenden Nockenwelle 2 durch die Andrückkraft der Stelltriebe 8 und damit der Werkzeuge 4, 5 selbst weitgehend kompensiert ist.

Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung stehen sich an jedem Nocken 1 der Vorfinishstein 4 sowie der Finishstein 5 umfangsmäßig um etwa 180° versetzt einander gegenüber, im übrigen liegen die Finishsteine 5 und die Vorfinishsteine 4 alle in einer Ebene. Die Stelltriebe 8 der Vorfinishsteine 4 einerseits und die Stelltriebe 8 der Finishsteine 5 andererseits sind unabhängig voneinander einstellbar. Das kann auch von Werkzeughalter 7 zu Werkzeughalter 7 unterschiedlich sein.

Die zu bearbeitenden Nockenwellen 2 mögen mit einem Konizitätsfehler der Nocken 1 behaftet sein, wie es die F i g. 2 andeutet. Hier ist übertrieben dargestellt worden, daß die zu bearbeitenden Umfangsflächen 11 der Nocken 1 in bezug auf die Achse 9 der Nockenwelle 2 gleichsam konisch verlaufen.

Die beschriebene Maschine erlaubt offenbar ein neues Verfahren für die Fertigbearbeitung der lediglich geschliffenen Nocken 1 einer Nockenwelle 2, und zwar können zunächst sowohl die Vorfinishsteine 4 als auch die Finishsteine 5 durch ein kurzzeitiges Andrücken an die zu bearbeitende Nockenwelle 2 angeformt werden, was gleichzeitig oder nacheinander erfolgt, wobei in keinem Falle eine Durchbiegung der zu bearbeitenden Nockenwelle 2 in Kauf genommen wird. Danach wird zunächst die Vorfinishbearbeitung sowie im Anschluß daran die Finishbearbeitung in der gleichen Nockenwellenaufnahme 3 und mit der gleichen Einspannung der Nockenwelle 2 durchgeführt. Das geschieht mit den

Vorfinishsteinen 4 bzw. Firiishsteinen 5, die von Nocken 1 zu Nocken 1 um etwa 180° versetzt sind. Sowohl bei der Vorfinishbearbeitung als auch bei der Finishbearbeitung wird eine Durchbiegung der Nockenwelle 2 durch die Andrückkraft der Werkzeuge 4, 5 weitgehend kompensiert. Zugleich wird der Konizitätsfehler reduziert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren für die Fertigbearbeitung der geschliffenen Nocken einer Nockenwelle, insbes. einer Kraftfahrzeugmotor-Nockenwelle, in der Nokkenwellenaufnahme einer Fertigbearbeitungsmaschine, wobei zunächst eine Vorfinishbearbeitung aller Nocken mit längs der Nockenwelle angeordneten Vorfinishsteinen und danach eine Finishbearbeitung aller Nocken mit längs der Nockenwelle angeordneten Finishsteinen erfolgt, wobei die Vorfinishsteine sowie die Finishsteine praktisch in einer Bearbeitungsebene angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst die Vorfinishsteine als auch die Finishsteine durch ein Andrücken an die zu bearbeitenden Nocken angeformt werden, daß danach zunächst die Vorfinishbearbeitung sowie im Anschluß daran die Finishbearbeitung in der gleichen Nockenwellenaufnahme und mit der gleichen Einspannung mit Vorfinishsteinen bzw. Finishsteinen durchgeführt wird, und daß bei der Vorfinishbearbeitung sowie bei der Finishbearbeitung ein Durchbiegen der Nockenwelle durch die Andrückkraft der von Nocken zu Nocken umfangsmäßig um etwa 180° gegeneinander versetzten Steine weitgehend kompensiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß das der Vorfinishbearbeitung bzw. der Finishbearbeitung vorgeschaltete kurzzeitige Andrücken der Vorfinishsteine und der Finishsteine gleichzeitig vorgenommen wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Vorfinishbearbisitung sowohl die Vorfinishsteine als auch die Finishsteine gegen die zu bearbeitenden Nocken gedrückt und danach für die Finishbearbeitiing lediglich die Vorfinishsteine abgehoben werden.