DE3605281A1 - Nockenschleifmaschine - Google Patents

Description

1A-5371

TOYODA KOKI KABUSHIKI KAISHA Koruya-shi, Aichi-ken, Japan

Nockenschleif maschine

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Nockenschleifmaschine, um Nocken vorbestimmte Profile zu geben.

[\/ Nockenwellen, welche als Motorbauteile eingesetzt werden, umfassen eine Vielzahl von Nocken, nämlich Ansaugnocken und Auspuffnocken, in alternierenden Positionen. Diese Nocken werden gewöhnlich zu vorbestimmten Profilen geschliffen, wozu man eine Nockenschleifmaschine verwendet. Dabei wird die Nockenwelle relativ zu einer Schleifscheibe entsprechend den Konturen von Meisternocken geschaukelt.

Die Ansaugnocken und die Auspuffnocken einer Nockenwelle dieser Art haben verschiedene Gestalt, so daß beim Schleifen derselben mit dem gleichen Bearbeitungszyklus Profilfehler bei den Ansaug- und Auspuffnocken in unterschiedlichem Maße auftreten. Es tritt demzufolge das Problem auf, daß ein Nockentyp eine nicht akzeptable Genauigkeit aufweist, während der andere Typ der Nocken akzeptabel ist. Falls man nun den Bearbeitungszyklus ändert und die Ausfeuerzeit verlängert, um den anderen Nockentyp innerhalb einer erforderlichen Toleranz zu halten, so tritt ein anderes Problem in Erscheinung, nämlich eine zu lange Bearbeitungszeit für Jede Nockenwelle.

X Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Nockenschleifmaschine zu schaffen, welche die obigen Probleme vermeidet. Insbesondere wird erfindungsgemäß eine Nokkenschleifmaschine geschaffen, welche die folgenden Merkmale in Kombination umfaßt: Einrichtungen zur Erfassung des Bearbeitungszustandes einer Nocke beim Ausfeuer-Schleifen; Einrichtungen zur Einstellung eines Ausfeuer-Endzustands, und zwar gesondert für die Ansaugnocken und für die Auspuffnocken; Einrichtungen zur Beurteilung, ob der Bearbeitungszustand beim Ausfeuern den Ausfeuer-Endzustand erreicht hat oder nicht; Einrichtungen zur Beendigung des Ausfeuerns, wenn der Schleifzustand beim Ausfeuern dem Ausfeuer-Endzustand konform ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen ) näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Nocken schleifmaschine der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Fließdiagramm eines Nockenschleif-

zyklus;

Fig. 3 und 4 Fließdiagramme des Ausfeuernsjund Fig. 5 Ms 7 Fließdiagramme des Schleifbetriebs

bei weiteren Ausführungsformen der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Nockenschleifmaschine gemäß vorliegender Erfindung. Diese umfaßt ein Maschinenbett 10 für die Schleifmaschine sowie einen Schleifkopf 11, welcher auf dem Bett 10 hin- und herbewegt werden kann. Auf dem Schleifkopf 10 ist drehbar eine Schleifscheibe 12 aus ultrahartem Abrasionskorn, z.B. CBN, gelagert. Die Schleifscheibe 12 wird von einem Antriebsmotor 13 in Drehung versetzt, welcher auf dem Schleifkopf 11 gelagert ist, und zwar über einen Transmissionsriemen 14. Der Schleifkopf 11 wird durch einen Vorschubmechanismus mit einem Servomotor 12 als Antriebsmittel hin- und herbewegt.

Ferner ist ein Schlitten 17 auf dem Bett 10 gelagert zur Ausführung von Verschiebebewegungen in einer Richtung, welche senkrecht zur Richtung der Hin- und Herbewegungen des Schleifkopfes 10 verläuft. Dabei erfolgt eine Bewegungsteilung mit Hilfe eines nichtgezeigten Indexmechanismus. Auf dem Schlitten 17 ist verschwenkbar eine Schaukelhalterung 18 gelagert. Diese trägt auf der linken Seite der Zeichnung drehbar eine Hauptwelle 20 mit einer Vielzahl von Meisternocken 19a für die Ansaugnocken und einer Vielzahl von Meisternocken 19b für die Auspuffnocken. Andererseits ist eine Nockenwelle W mit einer Vielzahl von Ansaugnocken Wa und einer Vielzahl von Auspuffnocken Wb, welche den Meisternocken 19a bzw. 19b entsprechen, drehbar zwischen einer Spitze 21 der Hauptwelle 20 und einer Spitze 23 eines Reitstocks 22

am rechten Ende der Schauke!halterung 18 gelagert. Die Ansaugnocken Wa und die Auspuff nocken Wb haben unterschiedliche Profile. Die Hauptwelle 20 ist über eine Universalkupplung 25 mit einem Hauptwellen-Antriebsmotor 26 verbunden, welcher auf dem Schlitten 17 befestigt ist. Auf diese Weise können die Hauptwelle 20 und die Nockenwelle W als Einheit in Drehung versetzt werden.

Auf der Schauke!halterung 18 ist ein Detektor 27 befestigt. Dieser erzeugt bei jeder einzelnen Umdrehung der Hauptwelle 20 ein Signal, und zwar durch Erfassen eines Vorsprungs 28, welcher auf dem Umfang der Hauptwelle vorgesehen ist.

Ferner ist auf einer Hauptwellenhalterung 30 auf dem Schlitten 17 eine Halterung 32 gelagert, welche in axialer Richtung der Hauptwelle bewegbar ist und in der eine Rolle 31 drehbar gelagert ist, und zwar gegenüber den Meisternocken 19a, 19b. Jedesmal, wenn eine Nocke Wa oder Wb der Nockenwelle W auf eine Schleifposition eingestellt wird, so wird die Rolle 31 auf eine Position gegenüber der Meisternocke 19a oder 19b eingestellt, welche der Nooke Wa oder Wb entspricht. Dies geschieht durch den Indexmechanismus, welcher nicht dargestellt ist. Die Meisternocke 19a oder 19b wird durch Federkraft gegen die Rolle 31 gepreßt. Hierdurch kommt es zu der Schaukelbewegung der Schauke!halterung 18. Andererseits kann durch die Zylindereinrichtung die Schaukelhalterung 18 in eine Schaukelbewegung versetzt werden, bei der die Rolle 31 und die Meisternocken außer Angriff kommen.

Das Bezugszeichen 35 bezeichnet einen Abrichtmechanismus, welcher die Schleifscheibe 12 nach der Bearbeitung einer vorbestimmten Anzahl von Nockenwellen W abrichtet.

Das Bezugszeichen 40 bezeichnet eine numerische Steuereinheit, welche Antriebsimpulse auf eine Antriebsschaltung 41 für den Servomotor 15 verteilt zur Steuerung des Vorschubs des Schleifkopfes 11. Die numerische Steuereinheit 40 besteht in der Hauptsache aus einer arithmetischen Verarbeitungseinrichtung 43, einem Speicher 44, einem Impulsverteiler 45 und einer Eingabeeinrichtung 49. Mit 47 ist ein Schleifwiderstandsdetektor bezeichnet, welcher als Eingangssignal den Leistungsverbrauch des Schleifscheiben-Antriebsmotors empfängt und somit den Schleifwiderstand erfaßt. Das Ausgangssignal des Detektors 47 wird der arithmetischen Bearbeitungseinrichtung 43 über ein Interface 48 zugeführt. Die arithmetische Bearbeitungseinrichtung 43 empfängt ferner das Umdrehungssignal des vorerwähnten Detektors 27 über das Interface 48. Der Speicher 44 speichert die Bearbeitungsprogramme für das Schleifen der Nocken Wa und Wb der Nockenwelle W sowie ferner einen Referenz-Schleifwiderstand F1 für die Ansaugnocke Wa und einen Referenz-Schleif widerstand F2 für die Auspuffnocke Wb, und zwar aufgrund von Ausfeuer-Testdaten. Diese Bearbeitungsprogramme und die Referenz-Schleifwiderstände F1 und F2 werden in den Speicher 44 über die Eingabeeinrichtung und über die arithmetische Verarbeitungseinrichtung 42 gegeben.

Im folgenden wird auf die Fig. 2 und 3 Bezug genommen. Diese zeigen die Stufen der Bearbeitungsoperationen für die Nocken Wa und Wb der oben beschriebenen Schleifmaschine. Zunächst wird in Stufe 60 der Fig. 2 der Speicher 44 über die Eingabeeinrichtung 49 und über die arithmetische Verarbeitungseinrichtung 43 mit dem Bearbeitungsprogramm einschließlich der Vorschubgeschwindigkeit des Schleifkopfes 11 und der Drehgeschwindig-

keit der Hauptwelle 20 beladen, und zwar vor der Bearbeitung der Nockenwelle W. In den Stufen 61 und 62 werden die Referenz-Schleifwiderstände F1 und F2 für die Ansaug- und Auspuffnocken Wa und Wb im Speicher gespeichert. Nach dem Ende der Programmeingabe wird die Nockenwelle W zwischen der Spitze 21 der Hauptwelle 20 und der Spitze 23 des Reitstocks 22 positioniert. Nach dem Drücken eines Startknopfes, welcher nicht gezeigt ist, schreitet der Prozeß von Stufe 63 zu Stufe 64 vor, in der der Schlitten 17 in eine Position gefahren wird, in der die am weitesten links stehende Nocke Wa der Schleifscheibe 12 gegenübersteht und in der ferner die Halterung 32 auf eine Position eingestellt ist, in der die am weitesten links stehende Meisternocke 19a der Rolle

31 gegenübersteht. Sodann werden die Stufen 65 und 66 ausgeführt, wobei der Schleifkopf 11 bei sich drehender Schleifscheibe 12 und die Nockenwelle W im Sinne eines Grob- und FeinschleLfens der Nocke Wa bewegt werden. Bei der Ausführung der Stufe 67 wird die Zustellung des Schleifkopfes 11 für das Ausfeuerschleifen gestoppt. Nach beendetem Ausfeuerschleifen wird der Schleifkopf

11 in Stufe 68 zurückgezogen, worauf der Tisch 17 in Querrichtung in eine Position bewegt wird, in der die am weitesten links stehende Nocke Wb der Schleifscheibe

12 gegenübersteht, während andererseits die Halterung

32 auf eine Position eingestellt wird, in der die am weitesten links stehende Meisternocke 19b der Rolle 31 gegenübersteht. Danach werden die Stufen 69 bis 71 nacheinander ausgeführt, wobei die Nocke Wb geschliffen wird, und zwar mit einem Bearbeitungszyklus, welcher demjenigen der Nocke Wa im wesentlichen gleich ist. Es werden jedoch unterschiedliche Ausfeuer-Bearbeitungen für die Ansaugnocken und die Auspuffnocken Wa und Wb durchgeführt. Falls alle Nocken noch nicht geschliffen wurden,

kehrt der Prozeß von Stufe 72 zu Stufe 64 zurück, wobei die vorerwähnten Operationen für die verbleibenden Ansaug- und. Auspuffnocken Wa und Wb wiederholt werden, bis alle Nocken ihr Profil erhalten haben.

Das vorerwähnte Ausfeuerschleifen erfolgt zum Zwecke der Entfernung von überstehendem Werkstückmaterial zur Steigerung der Genauigkeit des Nockenprofils. Je größer die Menge des überschüssigen Werkstückmaterials ist, umso größer ist die Schleifwiderstand F. Dieser Schleifwiderstand F wird anhand der Änderungen des Leistungsverbrauchs des Antriebsmotors 13 der Schleifscheibe ermittelt.

Im folgenden wird auf Fig. 3 Bezug genommen. Beim Initiieren des Ausfeuerschleifens der Ansaugnocke Wa in Stufe 67 wird der maximale Schleifwiderstand Fix bei einer Umdrehung der Nocke anhand des AusgangsSignaIs des SchleifWiderstanddetektors 47 in Stufe 80 der Fig. 3 ermittelt. Dieser maximale Schleifwiderstand wird mit dem Referenz-Schleifwiderstand F1 in Stufe 81 verglichen. Es wird dabei festgestellt, ob er kleiner ist als der Referenzwert. Falls das Ergebnis "Nein" heißt, kehrt der Vorgang zur Stufe 80 zurück und der maximale Schleifwiderstand F1 bei einer Umdrehung der Nocke wird in ähnlicher Weise ermittelt und wiederum mit dem Referenzwiderstand F1 in Stufe 81 verglichen.

Mit fortschreitendem Ausfeuerschleifen fällt der maximale Schleifwiderstand Fix während jeweils einer Umdrehung der Nocke allmählich, und sobald er kleiner ist als der Referenz-Schleifwiderstand F1, wird in Stufe 82 ein Befehl für das Zurückziehen des Schleifkopfes 11 gegeben, womit das Ausfeuerschleifen der Ansaugnocke Wa beendet ist.

Das Ausfeuerschleifen der Auspuffnocke Wb in Stufe 71 der Fig. 2 wird in ähnlicher Weise gemäß den Stufen "bis 92 der Fig. 4 durchgeführt. Falls daher der maximale Schleifwiderstand F2x bei einer Umdrehung der Nocke kleiner ausfällt als der Referenz-Schleifwiderstand F2 in Stufe 91, so erfolgt die Rückzugsbewegung des Schleifkopfes 11 in Stufe 92, womit wiederum das Ausfeuerschleifen der Auspuffnocke Wb beendet ist.

Die Referenz-Widerstände F1 und F2 für Ansaug- und Auspuffnocken Wa und Wb werden auf verschiedene Werte eingestellt. Wenn sie auf den gleichen Wert eingestellt werden, so fallen beide in einen tolerierbaren Profilfehlerbereich, aber eine Nocke zeigt größere Variationen im Profilfehler als die andere Nocke, und zwar relativ zum Winkel. Dies führt zu einem Problem. Hinsichtlich des Nichterreichens einer Toleranz der Profilfehler-Variationsrate (des über den Winkel differenzierten Profilfehlers) . Um diese Probleme zu vermeiden, werden die Referenz-Widerstände, welche in den tolerierbaren Bereich der Profilfehler-Variation fallen, zuvor durch Testschleifen bestimmt, und zwar gesondert für die Ansaugnocken Wa und die Auspuffnocken Wb.

Durch Einstellung verschiedener Referenz-Widerstände für die Ansaugnocken Wa und die Auspuffnocken Wb erreicht man, daß beide Nockentypen in akzeptable Bereiche des Profilfehlers und der Profilfehler-Variationsrate fallen. Ferner wird dies durch eine Bearbeitung erreicht, welche nur bis zur erforderlichen Genauigkeit vorgenommen werden muß, d.h. ohne übermäßiges Ausfeuerschleifen, so daß das Ausfeuerschleifen für jede einzelne Nocke in einer jeweils optimalen Zeitspanne durchgeführt wird, wodurch die Bearbeitungszeit pro Nockenwelleneinheit erheblich verkürzt wird.

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Bei der vorstehend erläuterten Ausführungsform werden die Referenz-Schleifwiderstände für die Ansaug- und Auspuffnocken Va , Wb auf verschiedene Werte eingestellt. Es ist jedoch auch möglich, gemäß den Stufen 61a und 62b der Fig. 5 die Anzahl der Drehungen N1 und N2 beim Ausfeuerschleifen gesondert für die Ansaug- und Auspuffnocken Wa, Wb festzulegen. Diese werden wiederum vorher durch Testschleifen ermittelt. In diesem Falle kann man gemäß den Stufen 61a und 91a der Fig. 6 und 7 den Schleifkopf 11 zu einem Zeitpunkt zurückziehen, zu dem die Anzahl der Drehungen N1x beim Ausfeuern der Ansaugnocke Wa die Referenzzahl N1 erreicht, bzw. zum Zeitpunkt, zu dem die Anzahl der Umdrehungen N2x beim Ausfeuern der Auspuffnocke die Referenzzahl N2 erreicht. Der Ausdruck "Anzahl der Drehungen beim Ausfeuern" bezeichnet die Anzahl der Drehungen des Werkstücks während des Ausfeuerschleifens. Diese wird ermittelt durch Zählen der Ausgangssignale des Detektors 27 der Fig. 1. Daher kann bei dieser zweiten Ausführungsform der Schleifwiderstandsdetektor 47 eliminiert werden.

Bei der oben beschriebenen, ersten Ausführungsform der Erfindung wird der Schleifwiderstand beim Ausfeuern anhand des Leistungsverbrauchs des Schleifscheiben-Antriebsmotors 13 ermittelt. Es ist jedoch ferner möglich, diesen Schleifwiderstand mit Hilfe eines Spannungsmeßgeräts zu ermitteln, welches mit der Reitstockspitze verbunden ist, oder anhand der Druckdifferenz zwischen den vorderen Taschen und den hinteren Taschen des hydraulischen Lagers, welches die Schleifscheibe 12 lagert.

Aus vorstehender Beschreibung wird klar, daß die vorliegende Erfindung eine gesonderte Festlegung und Vorein-

stellung der Ausfeuer-Endzustände vorsieht, und zwar gesondert für die Ansaug- und Auspuffnocken. Das Ausfeuerschleifen wird beendet, sobald der Werkstückzustand beim Ausfeuern dem vorher festgelegten Ausfeuer-Endzustand entspricht. Daher ist es möglich, den Genauigkeitserfordernissen sowohl der Ansaug- als auch der Auspuffnocken genüge zu leisten, und zwar mit einem Minimum an erforderlichem Bearbeitungsaufwand für eine bestimmte Genauigkeit oder mit einer Bearbeitung ohne übermäßiges Ausfeuerschleifen. Hierdurch wird die Schleifzeit pro Nockenwelleneinheit erheblich verkürzt.

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Claims (4)

Patentansprüche

1. Nockenschleifmaschine, bei der ein Schleifkopf mit einer Schleifscheibe auf eine drehbar auf einem Schlitten gelagerte Nockenwelle zu bzw. von dieser weg bewegt wird, wobei Ansaug- und Auspuffnocken der Nockenwelle vorbestimmte Profile erreichen, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenwellenschleifmaschine folgendes umfaßt:

Einrichtungen zur Erfassung des Bearbeitungszustandes der Nocken beim Ausfeuern;

Einrichtungen zur Einstellung der Ausfeuer-Endzustände, gesondert für die Ansaugnocken und die Auspuff nocken;

Einrichtungen zur Ermittlung, ob der Bearbeitungszustand beim Ausfeuern einen Stand erreicht hat, welcher dem Ausfeuer-Endzustand entspricht, und zwar wiederum gesondert für die Ansaug- und die Auspuffnocken; und „

Einrichtungen zum Abbrechen des Ausfeuerns, sobald ι der Bearbeitungs zustand dem Ausfeuer-Endzustand ent- -< spricht.

2. Nockenschleif maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Erfassung des Bearbeitungszustandes der Nocken die Schleifwiderstände der Nocken beim Ausfeuerschleifen erfassen und daß die Einrichtungen zum Stoppen des Ausfeuerns die Schleifwiderstände mit vorher eingestellten Referenzwerten vergleichen.

3. Nockenschleifmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifwiderstände anhand von Änderungen des Leistungsverbrauchs eines Antriebsmotors für die Schleifscheibe ermittelt werden.

4. Nockenschleif mas chine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Erfassung des Bearbeitungszustands die Anzahl der Umdrehungen der Nocken beim Ausfeuerschleifen erfaßt und daß die Ausfeuer-Stoppeinrichtung das Ausfeuerschleifen beendet, sobald die Anzahl der Drehungen einen voreingestellten Referenzwert erreicht.