DE3138572C2 - Maschine zum Schleifen von zylindrischen Oberflächen an Werkstücken mit einer Längsbohrung - Google Patents

Abstract

Die Maschine weist eine Auflagefläche (13) für eine Bezugsfläche (49) des Körpers (14) des zu bearbeitenden Werkstücks (6) auf, eine Einspannvorrichtung (15), durch welche der Werkstückkörper gegen diese Fläche lösbar festklemmbar ist und ein rückziehbares Winkeleinstellelement (37) für den zu bearbeitenden Rohling (5), welches einen zur Auflagefläche weisenden Einschnitt in V-Profil (47) aufweist. Die Maschine gestattet ein spitzenloses Schleifen frei angeordneter zylindrischer Flächen, insbesondere der Zapfen von Tripod-Elementen für homokinetische Gelenke.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Maschine zum Schleifen von zylindrischen Oberflächen an Werkstükken mit einer Längsbohrung, zu deren Achse mindestens zwei dieser zylindrischen Oberflächen senkrecht sternförmig angeordnet sind und mit einer ebenfalls senkrecht zur Längsachse angeordneten stirnseitigen Bezugsfläche, wobei die Werkstückaufnahme der Maschine eine Auflagefläche für diese Bezugsfläche und eine Spanneinrichtung zur lösbaren Festlegung des Werkstücks gegen die Auflagefläche aufweist, wobei die Werkstückaufnahme um eine Achse parallel zur Auflagefläche drehantreibbar ist und das Werkstück, nachdem es so ausgerichtet isi. daß die Achse einer zylindrischen Oberfläche mit der Drehachse der Werkstückaufnahme zusammenfällt, nach dem Schleifen dieser zylindrischen Oberfläche so weiterschaltbar ist, daß die Achse der nächsten zylindrischen Oberfläche mit der Drehachse der Werkstückaufnahme zusammenfällt.

Das SDitzenlose Rundschleifen vieler Werkstücke,

z. B. vollkommen zylindrischer Werkstücke, wie Laufringe für Kugellager, Wellen usw. ist bekannt Zu diesem Zweck dient die zu schleifende zylindrische Fläche selbst als drehende Auflagefläche, welche während der Schicifarbeit an einer Auflageschiene anliegt

Diese Technik läßt sich jedoch nicht durchführen, wenn die zu schleifende Fläche zu kurz ist um als Auflage zu dienen und freitragend an einem Körper ausgebildet ist welcher keine andere koaxiale zylindrische Fläehe aufweist. Dies trifft insbesondere auf Tripod-Elemente für homokinetische Gelenke zu. Deren Bearbeitung erfolgte bisher zwischen Spitzen, weiche in sechs, in jedem Tripod-Rohling mit Hilfe iner Spezialmaschine in der Mitte des freien Endes jedes Zapfens und an jeweils gegenüberliegenden Stellen in der Nabe oder im Werkstückkörper vorgefertigten Zentrierbohrungen aufgenommen wurden.

Als Stand der Technik, von dem die vorliegende Erfindung ausgeht, ist bereits eine Maschine zum Schleifen von zylindrischen Oberflächen gemäß dem Oberbetriff des Anspruches! bekannt (GB-PS 7 92 811). Hier ist jedoch eine Verschraubung des jeweiligen Tripod-Elements erforderlich, was zeitaufwendig ist. Weiterhin gestaltet sich die Umschaltung für den nächsten Bearbeitungsgang schwierig und die Anordnung innerhalb des Spindelstockes ist kompliziert.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ausgehend von den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Werkstücken eine schnelle und maßgenaue Aufspannung dieses Werkstükkes auch mit kurzen, zu bearbeitenden Flächen zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein beweglicher Greifer vorgesehen ist, der das Werkstück formschlüssig ausgerichtet sowohl der Werkstückaufnahme zuführt als auch weiterschaltet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß die Präzision und die Schnelligkeit der Arbeitsweise der Maschine erheblich verbessert wird und somit eine weitere Automatisicrung erfolgt

Zum Stand der Technik zählt weiterhin eine Rundschleifmaschine mit einer Vielzahl von seitlich im Abstand befindlichen Werkstücktrageinrichtungen (DE-OS 27 14 005). Diese Maschine ist für den Transport und das Aufspannen von Werkstücken, beispielsweise von Kurbelwellen, ausgelegt, welche horizontal in Vertiefungen auf Zuführschienen angeordnet werden, von wo sie mit Hilfe von Schwenkpaaren aufgenommen werden. Zur Bearbeitung von Tripod-Elementen im Sinne der vorliegenden Erfindung ist diese bekannte Maschine sowohl bezüglich ihrer Konstruktion als auch bezüglich ihrer Wirkungsweise nicht geeignet.

Weiterhin ist eine Vorrichtung zum Spannen von vorzentrierten, nahezu zylindrischen Werkstücken bekannt (DD-PS 32 247). Hierbei sind zwei Spannbacken mit V-Einschnitten versehen. Es erfolgt jedoch keine schrittweise Schaltung und die Spannwirkung wird lediglich durch eine Feder erzielt. Damit ist auch diese bekannte Vorrichtung nicht zur Bearbeitung von den eingangs W) genannten Tripod-Elementen geeignet.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den IJntcransprüchcn.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher bs beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Teilansicht einer doppelt ausgelegten Maschine in Arbeitsstellung;

Γ i g. 2 eine analoge Ansicht während einer anderen

Phase des Arbeitsverfahrens;

F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 in F i g. 1 zur Veranschaulichung der Zustellung des zu schleifenden Tripod- Elements;

F i g. 4 eine Teildraufsicht nach F i g. 3;
F i g. 5 im vergrößerten Maßstab einen Längsschnitt durch eine Einspannvorrichtung der Maschine;

Fig.6 ebenfalls im vergrößerten Maßstab einen Längsschnitt durch das Winkeleinstellelement der Maschine;

F i g. 7 einen Schnitt der Linie 7 7 in F i g. 6; und
F i g. 8 eine schematische Draufsicht auf eine Schleifanlage zum gleichzeitigen Schleifen mehrerer Werkstücke.

Die in F i g. 1 bis 4 gezeigte Maschine weist einen drehbaren Doppel-Schleifkörper 2 auf (in F i g. 4 nicht dargestellt), zwei Spindelstöcke 3 mit parallelen, einander gegenüberliegenden, horizontalen Achsen X-X. X'-X'und zwei (in Fi g. 1 und 2 nicht gezeigte) Winkeleinstellvorrichtungen 4. Die Maschine dient «.ur gleichzeitigen paarweisen Bearbeitung der Zapfen 5 an zwei Tripod-Rohlingen für homokinetische Gelenke.

Die Achse Y-Ydes Schleifkörper 2 verläuft parallel zu den Achsen X-X und X'-X' und läßt sich auf diese hinbewegen und von diesen nach Beendigung der Schleifarbeit gesteuert von zwei die zu bearbeitenden Zapfen beaufschlagenden elektrischen Meßfühlern 7 ζ. B. unter Eilrückstellung wieder wegführen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Schleifkörper aus zwei parallelen Schleifscheiben 8.

Zu jedem Spindelstock 3 gehört ein Antriebsaggregat 9 zur Drehung eines durch eine Konsole U verlängerten Supports 10. Auf der Konsole ist eine Auflageplatte 12 angeordnet, welche eine Auflagefläche 13 für die Nabe 14 eines Tripod-Rohlings 6 aufweist. In dem Support 10 und der Konsole 11 ist eine Einspannvorrichtung 15 zur Festlegung der Nabe 14 gegen die Auflagefläche 13 angeordnet (F i g. 5).

Zu dieser Einspannvorrichtung 15 gehört ein einfach wirkender Arbeitszylinder 16 mit Achse X-X. welcher über ein Gestänge 17 mit einer spreizbaren Aufnahmezange 18 verbunden ist.

Der Kolbenschaft 19 des Arbeitszylinders 16 ist an seinem Kopfende 20 in einem im Support 10 auf der Innenseite dessen Stirnplatte 22 angeordneten Zylinders 21 geführt. Der Kopf 20 wird durch eine Feder 23 von dieser Platte 22 weggedrückt und ist mit zwei diametral entgegengesetzt ausgebildeten Nasen 24 in Längsaussparungen 25 im Zylinder 21 geführt.

Das Gestänge besteht aus zwei parallelen Winkelhcbeln 26, welche an ihrem Knie um einen gemeinsamen, fest mit dem Support 10 verbundenen Zapfen 27 angelenkt sind. Der eine Arm 28 jeden Hebels ist mit einem Langloch 29 zur Aufnahme einer Nase 24 ausgebildet, und der andere Arm ist jeweils mit dem einen Ende eines geraden Hebels 30 gelenkig verbunden, welcher sich durch die Stirnplatte 22 erstreckt und um einen zum Zapfen 27 parallelen, in der Konsole 11 festgelegten Zapfen 31 schwenkbar ist.

Die spreizbare Aufnahmezange 18 besteht aus zwei parallelen Armen 32, die sich durch die Konsole 11 und die Auflage 12 erstrecken und an ihrem einen Ende über einen gemeinsamen, zum Zapfen 31 parallelen Zapfen 33 mit dem Freien Ende des Hebels 30 gelenkig verbunden sind. An ihrem anderen Ende sind diese Arme mit einer zum Zapfen 33 weisenden Schulter 34 und einem schrägen Langloch 35 ausgebildet. Die beiden Langlöcher 35 überkreuzen sich und werden von einem zum Zapfen 33 parallelen Zapfen 36 durchquert, der an der Konsole 11 befestigt ist.

In Ruhestellung (F i g. 5) bilden die beiden benachbarten Arme der Hebel 26 und 30 einen stumpfen Winkel, und der Zapfen 33 nimmt seine untere Stellung ein; bcfindci sich der Zapfen 36 dann nahe dem oberen Ende der Langlöcher 35, bleiben die beiden oberen Enden der Arme 32 radial gespreizt. Die Aufnahmezange 18 befindet sich somit in ihrer gespreizten unteren Stellung.

ίο Durch Einlaß des Arbeitsmediums in den Arbeitszylinder 16 richtet sich der Winkel zwischen den Hebeln 26 und 30 nach Art eines Kniegelenks auf, wodurch auch die Aufnahmezange 18 angehoben und gleichzeitig radial zusammengesenoben wird durch Verschiebung des Zapfens 36 in den Langlöchern 35 nach unten.

F i g. 3 und 4 zeigen die Winkeleinstellvorrichtung 4. Sie weist einen Greifer 37 auf, dessen Achse Z-Z in seiner vollausgezeichneten aktiven Stellung senkrecht zur Auflagefläche 13 verläuft. Der Greifer 37 ist drehbar an einem Support 38 angeordnet; in dessen Innerem ein (nicht dargestellter) Elektromagnet und ein um jeweils 120° drehbares (nicht dargestelltes) Schrittschaltwerk eingebaut sind. Der Support 38 sitzt am freien Ende eines Arms 39, der an seinem anderen Ende unter Einwirkung eines von einem Arbeitszylinder 42 betätigbaren Zahnstangengetriebes 41 um eine feststehende horizontale Achse Γ-Γ schwenkbar ist, welche sich parallel zu den Achsen X-X und Y-Y in der gleichen Ebene erstrecken.

Wie im einzelnen in Fig.6 und 7 dargestellt, ist der Support 38 mit einer ringförmigen Endplatte 43 ausgebildet, an deren Umfang drei vorspringende Ansätze 44 mit einem Winkelabstand von 120° ausgebildet sind. Der Greifer 37 ist mit axialem und radialem Spiel in dem von diesen Ansätzen umschriebenen Hohlraum aufnehmbar und ist selbst als Ringkörper ausgebildet, an dessen Umfang sich radial und axial nach außen unter einem Winkelabstand von 120° drei Arme 46 erstrekken, welche zwischen die Ansätze 44 greifen. Auf der Unterseite des Ringkörpers sind drei radiale Einschnitte 47 im Winkelabstand von 120° ausgebildet, welche im Querschnitt ein umgekehrtes V-Profil bilden. Die Symmetrie-Ebene jeden V-Profils erstreckt sich durch die Achse Z-Zdes Supports 38.

Der als Ringkörper ausgebildete Greifer 37 (welcher hier aus Gründen der einfacheren Funktion in zweifacher, zusammengeschraubter Ausführungsform dargestellt ist) ist mit der Platte 43 über einen Gummiring 48 verbunden, der an drei Punkten an den Ansätzen 44 und an drei weiteren Punkten an den Armen 46 festgelegt ist.

Die beschriebene Maschine arbeitet folgendermaßen:

Es sollen die Zapfen von zwei Tripod-Rohlingen 6

geschliffen werden. Diese Rohlinge wurden vorher auf übliche Weise unter Verwendung einer Stirnfläche 49 ihrer Nabe 14 als Bezugsfläche bearbeitet und dann einer Wärmebehandlung unterworfen, bei der sich der Rohling und insbesondere seine Zapfen 5 möglicherweise verformt haben. Zunächst laufen die Achsen X-X und X'-X'ineinander über und die Arme 39 befinden sich in ihrer zurückgezogenen, angehobenen Stellung, wie gerstrichell in Fig. 3 dargestellt. Die Auflageflächen 13 sind horizontal ausgerichtet, und die Aufnahmezangen 18 befinden sich in ihrer ungespreizten Hochstellung;

ti5 der Schleifkörper 2 nimmt seine zurückgezogene Stellung nach F i g. 2 ein.

Es wird der Elektromagnet jeder Vorrichtung 4 erregt, und ein Rohling 6 in jeden Greifer 37 derart einge-

legt, daß seine Zapfen 5 in den Einschnitten 47 aufgenommen sind und die Bezugsfläche 49 nach unten weist.

Unter der Wirkung der Arbeitszylinder 42 senken sich die Arme 39, die Fläche 49 jedes Rohlings gelangt in Anlage an die zugehörige Auflagefläche 13, wobei die Naben 14 über die Aufnahmezange 18 gleiten.

Bei Einrichtung der Maschine wird die Lage der Achse jedes Arms 39 mit größter Sorgfald so ausgerichtet (F i g. 3), daß eine vollkommende Deckung mit der Achse Z-Zund damit der Achse des zu schleifenden Zapfens 5, mit der sich durch die Rotationsachse X-X der Spindelstöcke 3 erstreckenden, vertikalen Ebene P gewährleistet ist.

Außerdem wird die Deckung der Achse des Zapfens 5 mit der sich durch die Rotationsachse XX des Spindclsiocks 3 erstreckenden horizontalen Ebene Q durch Feineinstellung der auf der Konsole 11 liegenden Auflageebene 13 gegenüber der Achse X-X erreicht. Und im übrigen wird durch den Gummiring 48 als flexible Verbindung jegliche Abweichung der Parallelität zwischen dem Support 38 des Ausrichtelements und der Bezugsauflageebene 13 ausgeglichen, so daß eine vollkommene Anlage der durch die drei V-förmigen Einschnitte 47 beschriebenen sechs Anstellflächen an den Mantellininen der drei Zapfen 5 jedes Rohlings 6 gewährleistet ist, so daß sich eine sehr präzise Winkeleinstellung jedes Rohlings ergibt.

Dank dieser Winkeleinstellvorrichtung und der erfolgten Vorbearbeitung der Rohlinge unter Verwendung der gleichen Fläche 49 zur Zustellung und Einspannung erhält man praktisch eine Zentrierung der Rohlinge von mindestens 0,05 mm Genauigkeit gegenüber der Rotationsachse X-X der Spindelstöcke 3, und zwar ungeachtet etwaiger Verdrehungen, die der Rohling zwischen der Dreharbeit bzw. der Erstverformung und der Schleifarbeit aufgrund der bei der Wärmebehandlung unvermeidbaren Verformung erfahren hat.

Die Arbeitszylinder 16 werden dann wieder entlastet, wodurch sich die Aufnahmezange 18 spreizt und absenkt und somit die Festlegung der Naben 14 gegen die Auflageflächen 13 in ihrer vorher definierten Stellung bewirkt. Die Elektromagneten der Arme 39 werden dann wieder entregt, die Arme heben sich an und lassen dem Schleifkörper 2 freien Durchtritt. Dieser nähert sich unter Eilzustellung, die Spindelstöcke 3 werden in Drehung versetzt, und der Schleifkörper bearbeitet die zwei ersten Zapfen unter Langsamvorschub der beiden Spindelstöcke 3, bis der jedem Spindelstock zugeordnete Meßfühler 7 diesen Vorschub beendet. Nach erfolgtem Stillstand der Spindelstöcke erfolgt eine Eilrückstellung sowohl der Spindelstöcke als auch des Schleifkörpers in die jeweilige Ausgangsstellung.

Durch das Schleifen soll einerseits die korrekte Geometrie der Zapfen 5 hergestellt werden und andererseits soll die von der Wärmebehandlung verbliebene Schwarzfärbung beseitigt werden. Dank der exakten, oben beschriebenen Einstellung werden diese beiden Forderungen unter Mindestspanabnahme erfüllt. Somit läßt sich der Großteil der durch Abschrecken nach der durch die Wärmebehandlung erfolgten Zementierung oder Carbonisierung bis in geringe Tiefe gehärteten Oberflächenschicht erhalten.

Für jedes der beiden anderen Zapfenpaare werden die Arme 39 erneut abgesenkt und beaufschlagen mit den Einschnitten 47 die Zapfen 5. Die Aufnahmezangen 18 werden zusammengeschoben und angehoben, und durch Drehung um 120° um die Achse Z-Z nehmen die Einstellelemente 37 die Tripod-Rohlinge 6 in ihre neue Stellung mit und stellen sie mit der gleichen Präzision wie vorstehend beschrieben wieder bereit, wobei die Winkclschaltpunkte durch einen (nicht dargestellten) Schrittschaltmechanismus spielfrei bestimmt werden.

Die Aufnahmezangen 18 legen die Rohlinge dann wieder gegen die Auflageflächen 13 fest, die Arme 39 schwenken um ihre Achse Γ-Tund geben den Arbeitsraum rund um die Rohlinge frei, und der Schleifkörper führt seine Schleifarbeit durch und zieht sich anschließend gemeinsam mit den Spindelstöcken in Ruhestellung zurück.

Jeder Spindelstock 3 wird dann so gedreht, daß seine Auflagefläche 13 nach unten weist, die Aufnahmezange 18 verengt sich und bewirkt den Auswurf der fertiggeschliffencn Tripodelemente durch ihr Eigengewicht. Wahrend des letzten Schieiigangcs wurden bereits neue Rohlinge 6 in den Einstellelementen 37 bereitgestellt.

Die Maschine 1 gestattet somit in Eilbearbeitung den ! Feinschliff der Zapfen an einem Tripod-Element oder an zweien, ohne daß in den Tripod-Elementen vorher Zentrierbohrungen vorgefertigt werden müssen. Die Aufgabe, Weiterschaltung und die Freigabe der Tripod-Elemente sind leicht durchzuführen, und der gesamte Zyklus läßt sich automatisieren.

Das gleiche Einstell- und Auflageprinzip gestattet auch ein gleichzeitiges Schleifen einer beliebigen An- ^! zahl von Zapfen, die entweder beiderseits eines einfachen oder eines doppelten Schleifkörpers gemäß F i g. 1 oder auf nur einer Seite dieses Schleifkörpers gehalten sind. Zu diesem Zweck werden, wie in F i g. 8 gezeigt, die Rotationsachsen der Spindelstöcke 3 um die Arbeitsstellung des gemeinsamen einfach oder doppelt ausgebildeten Schleifkörper 2 verteilt.
In diesem Fall ist der Schleifkörper, wie vorstehend beschrieben, im Eilgang zustellbar und rückstellbar. In ' F fg. 8 sind die aktive Stellung des Schleifkörpers bzw. seine zurückgezogene Stellung während der Aufgabe, der Ausrichtung und der Freigabe der Tripod-Elemente 6 voll ausgezeichnet bzw. gestrichelt dargestellt. Der Langsamvorschub während der Schleifarbeit erfolgt wiederum für jeden Werkstückspindelstock 3 einzeln, sowie auch die kontinuierliche Steuerung durch elektrische Meßfühler, die elektrisch das Ende jeden Bearbeitungsganges für jeden Spindelstock erfassen und dann den Langsamvorschub dieses Spindelstocks beenden. Die Steuerung der Eilzustellung und Eilrückstellung des Schleifkörpers ist stets die gleiche unabhängig von der Anzahl der Werkstückspindelstöcke 3, und Gleiches kann auch für die Steuerungen für Aufgabe, Festlegung, Freigabe und Auswurf der Tripod-Elemente gelten.

Die Anlage nach Fig. 8 gestattet somit ein spitzenloses Feinstschleifen mit hoher Äusstoßkapaziiäi.

Die Erfindung läßt sich auch für andere Werkstücke als Tripod-Elemente verwenden, z. B. für Kardankreuze oder für Wellen unterschiedlichster Formen sowie für andere Bearbeitungstechniken mit feststehenden oder beweglichen Werkzeugen. Abhängig von der Form der zu bearbeitenden Werkstücke und insbesondere der Anzahl der an diesen ausgebildeten zylindrischen Flä-

bo chen werden gegebenenfalls noch Zusatzeinrichtungen vorgesehen zur axialen Ausrichtung dieser Flächen oder aller Vorrichtungen zum Ausgleich statischer Ungenauigkeitcn.

Außerdem sind hinsichtlich der relativen Bewegungen zwischen Schleifkörper und Spindelstock mehrere Varianten denkbar, z. B. kann jeder Spindelstock einzeln in seine Ausgangsstellung am Ende der Schleifbearbeitung des Zapfens zurückkehren; wenn die Maschi-

nc zum Schleifen eines ein/igen Zapfens verwende!
wird, kann der Schleifkörper so ausgebildet sein, daß er
allein sämtliche Langsam- und Eilbewegungen durchführt.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

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Claims (4)

Patentansprüche:

1. Maschine zum Schleifen von zylindrischen Oberflächen an Werkstücken mit einer Längsbohrung, zu deren Achse mindestens zwei dieser zylindrischen Oberflächen senkrecht sternförmig angeordnet sind und mit einer ebenfalls senkrecht zur Längsachse angeordneten stirnseitigen Bezugsfläche, wobei die Werkstückaufnahme der Maschine eine Auflagefläche für diese Bezugsfläche und eine Spanneinrichtung zur lösbaren Festlegung des Werkstücks gegen die Auflagefläche aufweist, wobei die Werkstückaufnahme um eine Achse parallel zur Auflagefläche drehantreibbar ist und das Werkstück, nachdem es so ausgerichtet ist, daß die Achse einer zylindrischen Oberfläche mit der Drehachse der Werkstückaufnahme zusammenfällt, nach dem Schleifen dieser zylindrischen Oberfläche so weiterschaltbar ist, daß die Achse der nächsten zylindrischen Oberfläche mit der Drehachse der Werkstückaufnahme zusammenfällt, dadurch gekennzeichnet, daß ein beweglicher Greifer (37) vorgesehen ist, der das Werkstück (6) formschlüssig ausgerichtet sowohl der Werkstückaufnahme (10, 11, 15) zuführt, als auch weiterschaltet.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Greifer (37) zum winkligen Einstellen oder Ausrichten V-förmige Einschnitte (47) aufweist, die der Anzahl der zu schleifenden zylindrischen Oberflächen (5) des Werkstücks (6) entsprechen.

3. Maschine nach einem oer vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Greifer (37) an einem Support (38) über eine flexible, eine relative Winkelabweichung zwischen der Auflagefläche (13) an der Werkstückaufnahme und der Bezugsfläche (49) des WerkstücKes (6) zulassende Verbindung (48) angeordnet ist.

4. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Verbindung (48) eine elastische Beilagscheibe ist, die an im Winkelabstand voneinander gelegenen Punkten am Support (38) und an dazwischengelegenen Stellen am Greifer (37) befestigt ist.