DE4005911C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkstückaufnahmevorrichtung für eine Maschine mit aufeinanderfolgenden, getakteten Bearbeitungspositionen zur kombinierten Schleif- und Honbearbeitung der Laufbahnfläche von Wälzlageraußenringen, wobei die Aufnahmevorrichtung mehrere einzelne, der Schleif­ bearbeitung einerseits und der Honbearbeitung andererseits zugeordnete Aufnahmen für die Werkstücke aufweist und die Aufnahme für die Honbearbeitung in einem in definierten Winkelschritten arretierbaren Rundtisch angeordnet ist.

Wälzlagerringe sind als wesentliche Einzelteile eines Wälzlagers erheblichen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Da die Kraftübertragung auf der Laufbahn aufgund Hertz'scher Pressung erfolgt, müssen sie in jedem Fall gehärtet sein. Die letzten beiden Bearbeitungsschritte dieser Laufbahnen sind das Schleifen und das Honen.

Durch den Schleifvorgang erhält das Profil der Laufbahn seine endgültige Gestalt. In aller Regel wird eine auf einer Werkzeugspindel montierte Umfangsschleifscheibe in ihrer Achslage parallel zur Symmetrieachse des zu bearbeitenden Wälzlagerringes angeordnet. Der Umfang dieser Schleifscheibe weist in seinem Radialschnitt ein Profil auf, welches dem Negativ des in die Laufbahn einzuarbeitenden Profils entspricht. Wird die so profilierte Schleifscheibe axial zu dem zu schleifenden Wälzlagerring positioniert und dann unter Rotation radial auf das sich drehende Werkstück zubewegt, so entsteht auf der Laufbahn des Wälzlagerringes das gewünschte Laufbahn­ profil. Die radiale Vorschubbewegung wird dann gestoppt, wenn die gewünschte radiale Abmes­ sung des Laufbahnprofils erreicht ist. Anschließend wird der Vorschubbetrag im Eilgang wieder zurückgefahren, das bearbeitete Werkstück wird gegen ein unbearbeitetes Werkstück ausgetauscht und ein neuer Bearbeitungszyklus kann beginnen. Von Zeit zu Zeit muß zwischen zwei Bearbei­ tungszyklen die dem ständigen Verschleiß unterliegende Schleifscheibe neu profiliert werden. Die heute modernsten Maschinen dieser Art haben Werkzeugspindeln mit einer Drehzahl von bis zu 180 000 Umdrehungen pro Minute, der zu bearbeitende Lagerring notiert mit etwa 1500 Umdrehun­ gen pro Minute und die Taktzeit pro Bearbeitungszyklus beträgt nur wenige Sekunden. Ziel des Schleifvorganges ist es, der Wälzlagerlaufbahn die endgültige Gestalt zu verleihen. Da deren Maß­ genauigkeit für die Funktion und den Betrieb des Wälzlagers von größter Bedeutung ist, muß die Vorschubbewegung einer vorgegebenen Wegfunktion genau folgen und besonders in ihrem Endpunkt eine geometrisch exakte Position einnehmen. Da alle Relativbewegungen zwischen Werkzeug und Werkstück bahngebunden sind, muß die Maschinenkonstruktion sehr steif ausgebildet sein. Aus diesem Grunde haben sich zur Abstützung des rotierenden Werkstücks unter anderem sogenannte Gleitschuhe sehr bewährt. Diese Art der Abstützung hat den besonderen Vorteil, daß unter Umgehung einer gesonderten Werkstückspindel deren Rundlauffehler praktisch eliminiert werden kann. Sie stellen ein sehr steifes Glied im Kraftfluß der Maschine dar und tragen damit wesentlich zur Maßhaltigkeit des fertigen Werkstücks bei.

Die Oberflächengüte der durch den Schleifvorgang entstandenen Oberfläche ist für die Lauffläche eines Wälzlagers im allgemeinen Fall jedoch noch nicht ausreichend, weshalb sich normalerweise ein Honvorgang anschließt. Bei diesem Fertigungsschritt wird die wesentliche Arbeitsgeschwindigkeit durch das sich um seine Symmetrieachse drehende Werkstück hervorgerufen. Ein Honstein, dessen zum Eingriff kommende Zone dem Laufbahnprofil des Wälzlagerringes angepaßt ist, wird bei rotierendem Werkstück unter definierter Krafteinwirkung auf die zu bearbeitende Laufbahn aufgedrückt, wobei es zu einem spanenden Abtrag der durch das vorherige Schleifen entstandenen Rauheitsspitzen kommt. Während dieses Vorganges vollzieht der Honstein eine oszillierende Zusatzbewegung. Im Falle eines Kugellagerringes schwingt er um eine Achse, die durch den Mittelpunkt des kreisförmigen Laufbahnprofils festgelegt ist. Auf diese Weise soll erreicht werden, daß durch die ständig sich verlagernden Eingriffspunkte zwischen Werkstück und Werkzeug die Oberflächenbeschaffenheit eine gleichmäßige Form annimmt. Gleichzeitig soll dadurch der am Honstein entstehende Verschleiß vergleichmäßigt werden, so daß seine Kontur weitestgehend erhalten bleibt. Zum Schluß der Honbearbeitung muß jedoch darauf geachtet werden, daß die letztendlich unvermeidbaren Honspuren in Laufrichtung der Wälzelemente verlaufen und keine Komponente senkrecht dazu aufweisen. Aus diesem Grund wird die Honfrequenz gegen Ende der Bearbeitung deutlich reduziert. Die Werkstückdrehzahl kann variiert werden und bis 15 000 Umdrehungen pro Minute erreichen. Im Gegensatz zum vorher beschriebenen Schleifprozeß wird der Honstein nicht bahn- sondern kraftgebunden geführt. Die Forderung nach einer besonders steifen Maschinenkonstruktion wird hier also gegenstandslos, vielmehr ist eine definier­ te Nachgiebigkeit gefordert, so daß über den Betrag des Vorschubes die Bearbeitungskraft gezielt vorgegeben werden kann. Aus diesem Grunde wird für die Lagerung des rotierenden Werkstücks eine definiert nachgiebige Lagerungsart verwendet, wobei sich vor allem ein hydrostatisches Gleitlager bewährt hat. Die in diesen Kraftfluß eingeleitete Zustellung hat dabei keinen entschei­ denen Einfluß auf die Maßhaltigkeit des bearbeiteten Werkstücks, sie bestimmt jedoch maßgeblich bei der Bearbeitung wirksame Kraft. Darüber hinaus hat das hydrostatische Gleitlager den Vorteil, daß die auf der Außenmantelfläche des Wälzlagerringes unvermeidbaren Restwelligkeiten in bestmöglicher Weise ausgemittelt werden und die daraus resultierenden Rundlauffehler des Werkstückes weitgehend reduziert werden. Dies hab besonders vorteilhafte Auswirkungen auf das Geräuschverhalten des später fertiggestellten Wälzlagers. Im allgemeinen Fall wird ein einzelner Honvorgang zur Erzielung der geforderten Oberflächengüte nicht ausreichen, so daß normalerweise das Honen in ein Vor- und ein Endhonen unterteilt wird, wobei beide Einzelschritte nach dem gleichen Schema, jedoch mit unterschiedlichen Werkzeugen vollzogen werden.

Die Endbearbeitung der Wälzlagerringe nach dem derzeitigen Stand der Technik beansprucht für jeden der beiden Fertigungsschritte "Laufbahnschleifen" und "Laufbahnhonen" je eine gesonder­ te Werkzeugmaschine. Dadurch sind erheb­ liche Investitionen mit hohen Kosten erforderlich. Weiterhin muß der laufbahngeschliffene Ring zur Honmaschine befördert werden, was einen weiteren Aufwand erfordert. Besonders bei einer materialflußtechnischen Verkettung der Maschinen untereinander erfordert dies bedeutende Mittel an Handhabungs-, Transport- und Lagereinrichtungen. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Fertigungstechnik besteht darin, daß die bezüglich ihrer axialen Ausdehnung unsymmetrischen Wälzlagerringe zwischen Schleif- und Honbearbeitung normalerweise in willkürlicher Orientie­ rungslage gelagert werden und beim Einlegen in die Honmaschine wieder in ihrer axialen Orientierung lagerichtig ausgerichtet werden müssen. Während bei bezüglich ihrer Mittelebene unsymmetrischen Lagerringen diese Forderung unabdingbar ist, wird sie auch bei symmetrischen Ringen in zunehmendem Maße erhoben, da der Wälzlagerrring auch bei noch so präziser Bearbei­ tung nie vollkommen symmetrisch ist. Da sich sowohl der Schleif- als auch der Honprozeß auf dasselbe Laufbahnprofil bezieht, ist es für eine hochpräzise Fertigung von Vorteil, wenn der die Scheifmaschine verlassende Ring in genau der gleichen axialen Orientierung gehont wird. Wird dagegen der Ring bezüglich seiner Achsorientierung willkürlich eingelegt, so wird wegen der nie vollkommenen Symmetrie der Ringe der Honstein nur unvollständig der durch das Schleifen vorgegebenen Kontur folgen können. Aus diesem Grunde ist selbst bei Wälzlagerringen mit symmetrischen Sollprofil ein lagerichtiges Einlegen in die Honmaschine von Vorteil, was aber nur mit erheblichen Aufwand zu realisieren ist und beispielsweise eine vor allem bei kleinen Ringabmessungen sehr aufwendige Verkettung der aufeinanderfolgenden Schleif- und Honma­ schinen erfordert.

Aus der DD 90 708 ist ein weiterer Konstruktionsvorschlag bekannt: In Auslehnung an die aus der Drehbearbeitung bekannten Mehrspindelmaschinen wird das einmal gespannte Werkstück mittels einer schaltbaren und indexierbaren Werkstückspindeltrommel in die aufeinanderfolgenden Arbeitspositionen Schleifen und Feinstschleifen getaktet. Dieses Prinzip geht jedoch davon aus, daß alle Bearbeitungsgänge unter Ausnutzung derselben Werkstückspindel bzw. Werkstückaufnahme ausgeführt werden. Damit kann nicht der Forderung Rechnung getragen werden, daß zur Erzielung optimaler Arbeitsergebnisse die Werkstückaufnahme für die Schleif­ bearbeitung die Abstützung über Gleitschuhe, für die Honbearbeitung jedoch eine hydrostatische Lagerung in geschlossener Lagerschale angebracht ist. Die in der DD 90 708 vorgeschlagene Variante bietet daher zwar materialflußtechnische Vorteile, ist jedoch für die Bearbeitung von Werkstücken höchster Genauigkeit nicht geeignet.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die die Schleifbearbeitung und die unmittelbar anschließende Honbearbeitung des gleichen Werkstückes in axialer gleicher Orientierung und bestgeeigneter Lagerung ermöglicht.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe bei der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Werkstückaufnahmevorrichtung dadurch gelöst, daß die Aufnahme für die Schleifbearbeitung als Gleitschuhaufnahme ausgebildet und gegen­ über der Aufnahme für die Honbearbeitung axial versetzt angeordnet ist, wobei das Werkstück von der Aufnahme für die Schleifbearbeitung in die Aufnahme für die Honbearbeitung mittels einer das Werkstück bei der Schleifbearbeitung in Rotation versetzenden Antriebsspindel axial bewegt wird.

Die beiden Aufnahmevorrichtungen sind also axial hintereinander angeordnet, so daß der zu bearbeitende Wälzlagerring zuerst zur Schleifbearbeitung von einem Paar Gleitschuhen aufgenommen und zur anschließenden Honbearbeitung axial in eine unmittelbar benachbarte hydrostatische Gleitlagerung verschoben wird, wo die Honbearbeitung vorgenommen wird.

Die nachfolgenden Figuren erläutern ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Werkstückaufnahmevorrichtung.

Fig. 1 zeigt die Werkstückaufnahmevorrichtung während des Schleifens,

Fig. 2 zeigt die Werkstückaufnahmevorrichtung während des Honens,

Fig. 3 zeigt die Werkstückaufnahmevorrichtung in Mehrfachanordnung und im Zusammenspiel miteinander als Bestandteil einer kompletten kombinierten Bearbeitungsmaschine.

Zur Schleifbearbeitung wird das Werkstück 2 über eine hier nicht dargestellte Zuführrinne so in den Arbeitsbereich eingeführt, daß die Außenmantelfläche des Wälzlagerringes 2 auf den Gleitschu­ hen 3 und 4 als Aufnahme aufliegt, wodurch seine radiale Lage eindeutig bestimmt ist. Während der Schleifbearbeitung ist die Abstützung des Werkstücks 2 auf Gleitschuhen vorteilhaft, da durch diese Auflage eine größtmögliche Steifigkeit und damit die bestmögliche Maßhaltigkeit bei der Bearbei­ tung gewährleistet ist. Zur axialen Fixierung und zur Einleitung der Drehbewegung wird der Lagerring 2 mit seiner axialen kreisringförmigen Stirnfläche gegen eine Antriebsspindel 11 beispielsweise elektromagnetisch festgezogen. Über den Reibschluß dieser Flächenpaarung wird die Drehbewegung in das Werkstück 2 eingeleitet. Zur Schleifbearbeitung wird eine Schleifspindel 5 mit einem sich darauf befindlichen, profilierten Schleifwerkzeug 6 axial in den zu bearbeitenden Wälzlagerring 2 eingeführt und anschließend radial so weit verfahren, bis die Laufbahn des Wälzlagerringes 2 annähernd seine endgültige Kontur erreicht hat. Anschließend wird das Schleifwerkzeug 6 in radialer und dann in axialer Richtung in seine Ausgangsposition zurückge­ fahren.

Währenddessen wird der nunmehr geschliffene Wälzlagerring 2 in axialer Richtung vom Schleif­ werkzeug 6 wegbewegt, so daß die Berührung mit den Gleitschuhen 3 und 4 aufgehoben wird und er nunmehr mit seiner Außenmantelfläche als Gleitlagerfläche in eine ihn umgebende Lagerschale 12 als Aufnahme eintaucht. In dieser Stellung wird der Wälzlagerring 2 mittels der Andrückrollen 15 axial gegen einen weiteren nicht magnetischen Drehantrieb 14 gepreßt, so daß der sowohl axial fixiert ist als auch mit der für Honen üblichen Geschwindigkeit rotieren kann.

Zur Honbearbeitung wird der an einem Halter 8 befindliche Honstein 9 axial in die Öffnung des Wälzlagerringes 2 hineinbewegt und gegenüber der von ihm zu bearbeitenden Innenflächen des Wälzlagerringes 2 ausgerichtet. Anschließend wird der Honstein 9 mit dem Honsteinhalter 8 radial so weit in Richtung der Wälzlagerlauffläche bewegt, daß er mit ihr in Kontakt kommt und eine definierte Anpreßkraft zustande kommt. Der Honsteinhalter 8 ist seinerseits an einem Bügel 7 befestigt. Während der nun folgenden Honbearbeitung wird der Bügel 7 mit Halter 8 und Honstein 9 in eine oszillierenden Drehbewegung versetzt, wobei deren Mittelpunkt und der Mittelpunkt der kreisförmigen Querschnittsfläche des Kugellagerringes 2 zusammenfällt. Die Dreh­ bewegung des Wälzlagerringes 2 gegenüber der Lagerschale 12 vollzieht sich dabei über den zwischen beiden Teilen befindlichen Schmiermittelfilm, wobei sich dessen gute Dämpfungseigen­ schaften sehr vorteilhaft auf die Honbearbeitung auswirken. Die Oszillationsbewegung des Honsteins 9 wird zunächst unter relativ hoher Frequenz ausgeführt, verlangsamt sich jedoch gegen Ende der Honbearbeitung. Währenddessen wird die Drehzahl des Werkstücks 2 von einem anfangs relativ geringen Wert auf die oben angegebene Endgeschwindigkeit gesteigert. Nach beendeter Vorhonbearbeitung wird der Honstein 9 mit seinem Halter 8 sowie Bügel 7 und einer die Drehbewegung erzeugenden Dreheinheit 10 zunächst radial von der bearbeiteten Fläche abgehoben und anschließend axial ganz aus dem Arbeitsbereich herausgefahren.

Fig. 3 zeigt schließlich die einzelnen Funktionen und Operationen im Zusammenhang und im Zusammenspiel mit dem konstruktiven Umfeld. Eine um ihre Symetrieachse drehbare Taktscheibe bzw. ein um seine Symetrieachse drehbarer und indexierbarer Rundtisch 1 weist in diesem Beispiel insgesamt 6 Werkstückaufnahmen auf. Der Wälzlagerring 2 wird zunächst der in dieser Darstellung unten rechts befindlichen Bearbeitungsstation zugeführt, wo er auf den Gleitschuhen 3 und 4 aufliegt und von dem auf die Spindel 5 montierten Schleifwerkzeug 6 bearbeitet wird.

Die Gleitschuhe 3 und 4 sind nicht auf dem indexierbaren Rundtisch 1, sondern auf dem hier nicht dargestellten Maschinengestell befestigt. Wird der Wälzlagerring 2 nach der Schleifopera­ tion axial in Richtung Rundtisch 1 verschoben, so wird damit der Weg zum Weitertakten des Rundtisches 1 freigegeben. Bevor der Wälzlagerring 2 die Vorhonsation erreicht, wird er durch die für alle Werkstücke gemeinsame Taktbewegung des Rundtisches 1 in einer Zwischenposition angehalten, wo zur Vorbereitung auf den Honprozeß in an sich bekannter Weise entmagnetisiert wird (hier nicht dargestellt). Das schrittweise Weitertakten des Rundtisches 1 führt den einzelnen Wälzlagerring 2 dann zum Vorhonen und weiterhin zum Fertighonen, wobei die Schwingbewegung des Honsteins 9 über den Honsteinhalter 8 und den Bügel 7 von der Dreheinheit 10 eingeleitet wird. Nach einem weiteren Taktschritt des Rundtisches 1 wird der nunmehr fertigbear­ beitete Wälzlagerring 2 axial aus der ihn umgebenden Lagerschale 12 ausgestoßen, so daß dieser Platz für die Aufnahme eines weiteren unbearbeiteten Wälzlagerringes frei wird.

Claims (2)

1. Werkstückaufnahmevorrichtung für eine Maschine mit aufeinanderfolgenden, getakteten Bearbeitungspositionen zur kombinierten Schleif- und Honbearbeitung der Laufbahnfläche von Wälzlageraußenringen, wobei die Aufnahmevorrichtung mehrere einzelne, der Schleif­ bearbeitung einerseits und der Honbearbeitung andererseits zugeordneten Aufnahmen für die Werkstücke aufweist und die Aufnahme für die Honbearbeitung in einem in definierten Winkelschritten arretierbaren Rundtisch angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (3, 4) für die Schleifbearbeitung als Gleitschuhaufnahme ausgebildet und gegen­ über der Aufnahme (12) für die Honbearbeitung axial versetzt angeordnet ist, wobei das Werkstück (2) von der Aufnahme (3, 4) für die Schleifbearbeitung in die Aufnahme (12) für die Honbearbeitung mittels einer das Werkstück (2) bei der Schleifbearbeitung in Rotation versetzenden Antriebsspindel (11) axial bewegt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (3, 4) für die Schleifbearbeitung mit dem Maschinengestell verbunden ist.