DE4426452C1 - Verfahren und Maschine zum Schleifen von Nocken mit konkaven Flanken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Maschine zum Schleifen von konkaven Flanken aufweisenden Nocken einer Nockenwelle nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 2.

Das im Oberbegriff des Anspruchs 1 als bekannt vorausgesetzte Verfahren ist in der DE 41 37 924 C1 beschrieben. Bei diesem Verfahren wird zunächst in einem ersten Schritt mit einer ersten, großen Schleifscheibe ein Nocken von der Rohkontur auf eine Zwischenkontur vorgeschliffen. Anschießend erfolgt im Einstechschleifverfahren ein Ausschleifen des Nockens im Bereich seiner konkaven Flanken bei stillstehendem Nocken durch eine zweite Schleifscheibe kleineren Durchmesser und schließlich wird mit derselben Schleifscheibe dann der Nocken auf seinem gesamten Umfang fertiggeschnitten und damit auf seine Endkontur gebracht. Die Verwendung einer kleinen Schleifscheibe, die breiter als der Nocken ausgeführt ist, für das Herstellen der modifizierten Zwischenkontur bedingt, daß eine optimale Kühlung nicht erfolgen kann, weil die Schleifscheibe im kompletten flächigen Bereich der konkaven Flanke im Eingriff ist.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Maschine der als bekannt vorausgesetzten Art so weiterzubilden, daß ein optimaler Schleifablauf in bezug auf Schleifscheibenbelastung und Kühlung möglich ist. Außerdem soll sichergestellt werden, daß zum Fertigschleifen auf der Mantelfläche des Nockens ein möglichst gleichmäßiges Aufmaß vorhanden ist.

Die Lösung dieser Aufgabe wird verfahrensmäßig durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und vorrichtungsmäßig durch die im Anspruch 2 angegebenen Merkmale erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 2 betriebenen Maschine sind Gegenstand der Ansprüche 3 bis 5.

Erfindungsgemäß kommt es vor allem darauf an, daß die die modifizierte Zwischenkontur im Bereich der konkaven Flanken ausschleifende Schleifscheibe am Schleifbelag schmaler ausgeführt ist als die Nockenbreite, wobei im Längsvorschub dieser Schleifscheibe bei radial stillstehendem Nocken geschliffen wird. Es erfolgt also das Ausschleifen des Nackens im Bereich der konkaven Flanken in einer kleinstmöglichen Schleifzone zwischen der Schleifscheibe und dem Nocken, so daß eine optimale Kühlung erreicht wird.

Die Schleifscheibe, die zum Ausschleifen der beim Vorschliff erzeugten modifizierten Zwischenkontur im konkaven Bereich der konkaven Flanken des Nockens dient, bietet noch weitere Vorteile.

Da der Schleifscheibendurchmesser ungefähr dem doppelten Radius der konkaven Flanken des Nockens entspricht, ist die Größe des Schleifaufmaßes zum Fertigschleifen des Nockens in der konkaven Flanke nahezu konstant, wenn der Radius der am Nocken auszuschleifenden Flanke im wesentlichen konstant ist.

Die besonders gute Kühlung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erlaubt hohe Zerspanleistungen und damit eine geringere Bearbeitungszeit, bedingt durch eine geringe Wärmeeinleitung in die Schleifzone des Werkstücks, so daß unerwünschte Gefügeänderungen, Schleifrisse und damit ein Härteverlust im Oberflächenbereich des Nockens ausgeschlossen sind. Die zweite, nur dem Ausschleifen der zuvor erzeugten modifizierten Zwischenkontur im Bereich der konkaven Flanken dienende Schleifscheibe kann für diesen Zweck optimal in bezug auf Schleifscheibenabmessungen und Spezifikation ausgelegt werden und zum Fertigschleifen dient ebenfalls eine Schleifscheibe mit optimaler Spezifikation und mit optimalen Schleifscheibenabmessungen. Durch die Anpassung der Schleifscheibe zum Ausschleifen der modifizierten Zwischenkontur und der Schleifscheibe zum Fertigschleifen an ihre Aufgabe (Schruppen bzw. Schlichten) kann der Schleifscheibenverschleiß auf ein Minimum gebracht werden. Auch die Nebenzeiten für das Schleifscheibenabrichten werden minimiert, weil die Abrichtintervalle größer werden. Durch die vergrößerten Abrichtintervalle sinkt der Schleifenscheibenverbrauch und damit sinken auch die Werkzeugkosten.

Vor dem Ausschleifen der modifizierten Zwischenkontur wird der Nocken wie beim Stand der Technik nach der DE 41 37 924 C2 durch eine Schleifscheibe mit großem Durchmesser über seinen ganzen Umfang vorgeschliffen.

Im übrigen kann der Schleifbelag der Schleifscheibe zum Ausschleifen der modifizierten Zwischenkontur mit einem geringen Freiwinkel zwischen Werkstück und Mantelfläche der Schleifscheibe ausgestattet sein, wie dies prinzipiell an sich bekannt ist, vgl. die DE 34 35 313 C2.

Durch den Freiwinkel entsteht während des Ausschleifens der modifizierten Zwischenkontur, bei dem relativ viel Material im Vergleich zum Fertigschleifen der konkaven Flanken zerspant wird, zwischen der Nockenoberfläche und der Schleifscheibe eine im wesentlichen linienförmige Berührung. Der Freiwinkel kann dabei derart hergestellt werden, daß die Schleifscheibe horizontal geschwenkt wird oder daß die Schleifscheibe an ihrer Mantelfläche auf den Wert des Freiwinkels kegelig abgerichtet ist. Hierdurch wird die erwünschte Verbesserung der Kühlung weiter gefördert.

Mit der Maschine nach Anspruch 2 wird erreicht, daß die Schleifscheiben gut in die Einsatzposition an der Nockenwelle gebracht werden können. Die Anordnung der Schleifspindeln auf den Spindelstock hat den Vorteil, daß beide Spindeln auf der gleichen Führung (X-Achse) aufgebaut sind. Durch diese Anordnung , bei der nicht zwei Linearführungen übereinandergesetzt werden müssen, können sehr hohe Steifigkeitswerte am Schleifschlitten realisiert werden. Da die hohe Steifigkeit des Schleifspindelstockes und des Führungssystems sich positiv auf die Genauigkeit des zu erzeugenden Werkstücks auswirken, können so optimale Maß- und Formgenauigkeiten am fertiggeschliffenen Nocken erzielt werden. Diese hohen Steifigkeitswerte des Führungssystems erhöhen die Prozeßsicherheit des Verfahrens und haben damit auch einen verminderten Schleifscheibenverschleiß zur Folge.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den ersten Verfahrensschritt,

Fig. 2 den zweiten Verfahrensschritt zum Herstellen der modifizierten Zwischenkontur,

Fig. 2A die in Fig. 2 dargestellte Einrichtung in der Draufsicht,

Fig. 3 den dritten Verfahrensschritt zum Herstellen der Fertigkontur,

Fig. 4 die Draufsicht auf eine zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehene Maschine bei Verwendung von drei Schleifscheiben und

Fig. 5 die in Fig. 4 dargestellte Maschine nach Schwenken des Spindelstockes.

An einer Nockenwelle 2 sind in Abständen Nocken 1 angeordnet. Die Nocken 1 müssen sehr genau auf ihre Fertigkontur geschliffen werden, was besonders dann schwierig ist, wenn - wie im vorliegenden Fall - die Nocken 1 mit konkaven Flanken versehen sind.

In den Fig. 1 bis 5 ist gezeigt, daß mit drei Schleifscheiben 7, 8, 9 gearbeitet wird, nämlich mit einer Schleifscheibe 7 zum Vorschleifen, mit einer Schleifscheibe 8 zum Ausschleifen der beim Vorschleifen erzeugten modifizierten Zwischenkontur 4 und mit einer Schleifscheibe 9 zum Fertigschleifen.

In Fig. 1 ist der erste Verfahrensschritt gezeigt. Mit der Vorschleifscheibe 7 werden die Nocken 1 von ihrer Rohkontur 3 auf die Zwischenkontur 4 vorgeschliffen. Die Vorschleifscheibe 7 hat einen relativ großen Durchmesser, beispielsweise etwa 400 mm, und wegen der damit zusammenhängenden flachen Krümmung der Vorschleifscheibe 7 ist es nicht möglich, die konkaven Flanken auszuschleifen.

Der zweite Verfahrensschritt zum Ausschleifen der konkaven Flanken ausgehend von der im ersten Verfahrensschritt erzeugten modifizierten Zwischenkontur 4 ist in den Fig. 2 und 2a dargestellt. Das Herstellen dieser der Konkavität der Flanken entsprechenden und noch ein Fertigschleifaufmaß enthaltenden Kontur 6 erfolgt durch die Schleifscheibe 8. Diese Schleifscheibe 8 ist insbesondere in bezug auf ihren Schleifbelag wesentlich schmaler als die Breite des zu schleifenden Nockens 1; beim Ausführungsbeispiel hat die Schleifscheibe 8 eine Schleifbelagsbreite von beispielsweise 4 mm, wobei die Nockenbreite bei PKW-Nockenwellen üblicherweise ca. 10 bis 20 mm beträgt. Das Schleifen der Kontur 6 wird mit der Schleifscheibe 8 derart durchgeführt, daß bei radial stillstehendem Nocken 1 die Kontur in dem durch den Pfeil A gekennzeichneten Längsvorschub ausgeschliffen wird. Es findet also kein Einstechschleifen zum Ausschleifen der modifizierten Zwischenkontur 4 statt.

Die Schleifrichtung zum Ausschleifen der modifizierten Zwischenkontur 4 mit der Schleifscheibe 8 kann durch die CNC-Steuerung an der Maschine vorgewählt werden.

Beim Ausführungsbeispiel hat die Schleifscheibe 8 einen Durchmesser, der etwa dem doppelten konkaven Radius der konkaven Flanken des Nockens 1 entspricht.

Das Ausschleifen der Kontur 6 kann unter Anwendung eines Freiwinkels erfolgen, wodurch eine im wesentlich linienförmige Berührung zwischen der Mantellinie der Schleifscheibe 8 und dem Nocken 1 erreicht wird.

Auf derselben Schleifspindel 13 wie die Schleifscheibe 8 ist auch die zum Fertigschleifen verwendete Schleifscheibe 9 montiert, die im Durchmesser immer kleiner als die Schleifscheibe 8 ist. Mit der Fertigschleifscheibe 9 wird der Nocken von der Kontur 6 auf die Fertigkontur 5 abgeschliffen, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Bei dem kleinen Durchmesser der Fertigschleifscheibe 9 kann man mit ihr ohne Schwierigkeit die komplette Nockenaußenkontur mit den konkaven Flanken des Nockens 1 auf Fertigmaß schleifen.

In den Fig. 4 und 5 ist die verwendete Schleifmaschine schematisch dargestellt.

Die Nockenwelle 2 ist zwischen einem Werkstückspindelstock 14 und einem Reitstock 15 eingespannt und an den Lagerstellen der Nockenwelle 2 durch Lünetten 16 abgestützt.

Die beiden in einem gemeinsamen Spindelstock 10 gelagerten Schleifspindeln 12 und 13 sind um eine quer zur Nockenwelle 2 verlaufende Achse 11 schwenkbar, wie dies durch die Pfeillinie B angedeutet ist. Das Schwenken erfolgt um einen Winkel von beispielsweise 60° entsprechend der Anordnung der Schleifspindeln 12, 13 im Spindelstock 10.

An der Schleifspindel 12 ist die Vorschleifscheibe 7 montiert, die ein Fig. 4 in Schleifposition gezeigt ist, während der an der zweiten Schleifspindel 13 montierte, aus den Schleifscheiben 8 und 9 bestehende Schleifscheibensatz vom Werkstück weggeschwenkt ist.

Fig. 5 zeigt die Maschine nach dem Verschwenken des Spindelstockes 10. Jetzt sind die Schleifscheiben 8 und 9 in Schleifposition, während die Vorschleifscheibe 7 weggeschwenkt ist.

Unter dem Spindelstock 10 befindet sich ein Schleifschlitten 17 mit einer Führung und in Verlängerung der Führung ein numerisch gesteuerter Antrieb zur Erzeugung der Schleifscheibenzustellung in Richtung der X-Achse in Abhängigkeit von der Drehbewegung des Nockens 1 um die C-Achse. Der Längsvorschub der Nockenwelle 2 erfolgt über die Z-Achse. Die Achsen der Schleifmaschine sind CNC-gesteuert.

Claims (5)

1. Verfahren zum Schleifen von konkave Flanken aufweisenden Nocken einer Nockenwelle unter Verwendung einer ersten (7) und einer zweiten Schleifscheibe (9) zum Vor- und Fertigschleifen des Nockens (1), wobei mit dem Vorschliff an dem Nocken (1) eine modifizierte Zwischenkontur (4) angeschliffen wird, gekennzeichnet durch die Verwendung einer dritten Schleifscheibe (8), deren Durchmesser etwa dem doppelten Radius der konkaven Flanken entspricht, wobei mit dieser Schleifscheibe (8) die konkaven Flanken bei stillstehendem Nocken (1) im Längsvorschub vorgeschliffen werden.

2. Maschine zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem auf dem Bett der Maschine radial zu der zu schleifenden Nockenwelle (2) verfahrbaren Schlitten (17), auf dem zwei Schleifspindeln (12; 12) mit einer Vor- und einer Fertigschleifscheibe (7; 9) gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schleifspindeln (12; 13) in einem gemeinsamen Spindelstock (10) derart gelagert sind, daß die Spindelachsen sich unter einem Winkel schneiden oder parallel zueinander verlaufen, daß der Spindelstock (10) um eine quer zur Nockenwelle (2) verlaufende Achse (11) schwenkbar ist und daß eine dritte Schleifscheibe (8), deren Durchmesser etwa dem doppelten Radius der konkaven Flanken der an der Nockenwelle (2) zu schleifenden Nocken (1) entspricht, neben der Fertigschleifscheibe (9) auf deren Schleifspindel (13) angeordnet ist.

3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der dritten Schleifscheibe (8) kleiner als die Breite des zu schleifenden Nockens (1) ist.

4. Maschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsfläche der dritten Schleifscheibe (8) konisch ausgebildet ist.

5. Maschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse der die dritte Schleifscheibe (8) tragenden Schleifspindel (13) beim Einsatz dieser Schleifscheibe (8) unter einem von 0° verschiedenen Winkel zur Achse der Nockenwelle (2) angeordnet ist.