DE60207451T2

DE60207451T2 - Produktionsverfahren

Info

Publication number: DE60207451T2
Application number: DE60207451T
Authority: DE
Inventors: Yasuhiko Wako-shi Jinbu; Koichi Wako-shi Oku; Takeshi Wako-shi Morioka
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-01-10
Filing date: 2002-01-08
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2022-01-09
Also published as: JP3777320B2; EP1223005A3; EP1223005A2; EP1223005B1; US6716088B2; US20020090897A1; DE60207451D1; JP2002273646A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schleifen einer in einem Werkstück definierten bogenförmigen Nut (einer Nut, die im Querschnitt eine Bogenform hat), wie z.B. aus dem Dokument US-A-5 406 494 bekannt.
Beschreibung der verwandten Technik
Ein Beispiel eines Verfahrens zur Bildung einer bogenförmigen Nut (einer Nut, die im Querschnitt eine Bogenform hat) in eine Oberfläche eines Werkstücks ist das Kugelstirnfräsen in einem Bearbeitungszentrum. Dieses Verfahren dient zum Schleifen einer bogenförmigen Nut, indem ein Kugelstirnfräser auf irgendeiner Ortskurve entlang der Oberfläche des Werkstücks bewegt wird.
Ein Verfahren zum Schneiden einer kugelförmigen Oberfläche eines Werkstücks durch ein Formschneidwerkzeug mit einem Federhalsmechanismus ist in der japanischen Patentanmeldung-Offenlegungsschrift Nr. 11-90713 beschrieben.
In der japanischen Patentanmeldung-Offenlegung Nr. 11-309602 ist auch eine NC-Bearbeitungsvorrichtung beschrieben, und sie umfasst einen Z-Achsentisch, der dazu ausgelegt ist, einen Hauptwellentisch mit einer Hauptwelle zum drehbaren Halten eines Werkstücks in einer Z-Achsenrichtung parallel zur Hauptwelle zu bewegen. Sie umfasst ferner einen X-Achsentisch, der dazu ausgelegt ist, einen ein Schneidwerkzeug tragenden Drehapparat in einer X-Achsenrichtung orthogonal zur Z-Achse zu bewegen. Mit dieser NC-Bearbeitungsmaschine ist es möglich, eine axial asymmetrische kugelförmige Oberfläche in einem Werkstück schneidend auszubilden, indem das Schneidwerkzeug in der Z-Achsenrichtung bewegt wird, während der X-Achsentisch in der X-Achsenrichtung in einem Zustand bewegt wird, in der der Z-Achsentisch fixiert worden ist.
Beim Bearbeiten der bogenförmigen Nut durch den Kugelstirnfräser wird der Vorschubschritt des Kugelstirnfräsens durch eine gerade Linie interpoliert. Aus diesem Grund wird die bogenförmige Nut nicht in einer glatten Bogenform ausgebildet. Eine bearbeitete Linie (ein Höhenunterschied) entsprechend dem Vorschubschritt wird in einer Tiefenrichtung des Vorschubschritts erzeugt, was zu einer reduzierten Bearbeitungsqualität der bogenförmigen Nut führt. Wenn der Vorschubschritt verringert wird, um die Bearbeitungsqualität zu erhöhen, dann existiert das Problem einer verlängerten Bearbeitungszeit.
In dem Verfahren, das in der japanischen Patentanmeldung-Offenlegung Nr. 11-90713 beschrieben ist, wird die Bearbeitungsgenauigkeit der Kugeloberfläche durch das geformte Schneidwerkzeug verbessert. Wenn jedoch das Schneidwerkzeug aufgrund des Schneidens verschleißt, wird hierdurch die Bearbeitungsqualität reduziert. Es ist schwierig, ein Material mit hoher Härte mit dem Schneidwerkzeug zu schneiden, und es besteht auch ein anderes Problem darin, das Schneiden dieses Materials zu behindern.
In dem Verfahren, das in der japanischen Patentanmeldung-Offenlegung Nr. 11-309602 beschrieben ist, erfolgt das Schneiden mit dem Schneidwerkzeug. Daher gibt es die gleichen Probleme in Bezug auf den Verschleiß des Schneidwerkzeugs.
In jedem Fall wird es, wenn die bogenförmige Nut, in das Werkstück geschnitten worden ist, notwendig, die bogenförmige Nut mit einem Schleifstein zu schleifen, um die relative Rauigkeit der Schneidoberfläche der bogenförmigen Nut zu reduzieren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf den obigen Umstand erreicht worden. Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bearbeitungsverfahren zum Schleifen einer bogenförmigen Nut irgendeiner verschiedener Formen, die in einem Werkstück definiert sind, mit guter Genauigkeit anzugeben.
Zur Lösung der obigen Aufgabe sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 vor.
Mit den obigen Merkmalen wird das Werkstück um die C-Achse herumgedreht, wodurch die Bewegung des Schleifsteins in der Z-Achsenrichtung und die Bewegung des Werkstücks in der Y-Achsen- und/oder die Bewegung des Formschleifsteins in der X-Achsenrichtung zueinander synchronisiert werden. Dementsprechend wird der Formschleifstein so bewegt, dass er der bogenförmigen Nut folgt, um hierdurch das Schleifen der bogenförmigen Nut durchzuführen. Daher kann die bogenförmige Nut mit hoher Genauigkeit geschliffen werden. Auch besteht die Möglichkeit, irgendeine Bogennut verschiedener Formen einzubringen, was zu verbesserten Mehrzweckeigenschaften führen kann.
Die vorliegende Erfindung sieht auch ein Werkstückbearbeitungsverfahren vor, das den Schritt enthält, das Werkstück in der Y-Achsenrichtung zu bewegen, wenn eine Option zwischen der Bewegung des Werkstücks in der Y-Achsenrichtung und der Bewegung des Formschleifsteins in der X-Achsenrichtung zur Verfügung steht.
Mit dem obigen Merkmal ist es möglich, das Schleifen irgendeiner bogenförmigen Nut unterschiedlicher Formen einzubringen, während der Querschnitt der bogenförmigen Nut orthogonal zur Tangentialrichtung mit einer Form eines exakten Kreisbogens beibehalten wird, indem das Werkstück in der Y-Achsenrichtung bewegt wird.
Die vorliegende Erfindung sieht ferner ein Werkstückbearbeitungsverfahren vor, das den Schritt enthält, den Formschleifstein in der X-Achsenrichtung zu bewegen, wenn eine Option zwischen der Bewegung des Werkstücks in der Y-Achsenrichtung der Bewegung des Formschleifsteins in der X-Achsenrichtung zur Verfügung steht.
Mit dem obigen Merkmal ist es möglich, die Rotationsoberfläche des Schleifsteins nach Wunsch in Bezug auf den Querschnitt der bogenförmigen Nut orthogonal zur Tangentialrichtung zu verändern, indem das Werkstück in der X-Achsenrichtung bewegt wird, um hierdurch das Schleifen einer bogenförmigen Nut zu ermöglichen, die im Querschnitt elliptisch ist.
Zusätzlich sieht die vorliegende Erfindung ein Werkstückbearbeitungsverfahren vor, das den Schritt enthält, sowohl das Werkstück in der Y-Achsenrichtung zu bewegen als den Formschleifstein in der X-Achsenrichtung zu bewegen.
Mit dem obigen Merkmal werden sowohl die Bewegung des Werkstücks in der Y-Achsenrichtung als auch die Bewegung des Formschleifsteins in der X-Achsenrichtung durchgeführt. Daher sind verschiedene Formen des Schleifens einer bogenförmigen Nut möglich, während der Querschnitt der bogenförmigen Nut orthogonal zur Tangentialrichtung erhalten bleibt. Darüber hinaus ist es möglich, die Rotationsoberfläche des Formschleifsteins nach Wunsch in Bezug auf den Querschnitt der bogenförmigen Nut orthogonal zur Tangentialrichtung zu verändern, um hierdurch das Schleifen einer bogenförmigen Nut mit elliptischem Querschnitt zu ermöglichen.
Ferner sieht die vorliegende Erfindung ein Werkstückbearbeitungsverfahren vor, das die Schritte enthält, z.B. ein anderes Werkzeug als den Formschleifstein auf dem Werkzeugtisch zu montieren und das auf dem Indexierer angebrachte Werkstück durch das Werkzeug zu bearbeiten.
Mit dem obigen Merkmal wird das auf dem Indexer angebrachte Werkstück durch ein anderes Werkzeug als den am Werkzeugtisch montierten Formschleifstein bearbeitet. Daher ist es möglich, das Schleifen der bogenförmigen Oberfläche durch den Formschleifstein durchzuführen und die bogenförmige Oberfläche durch ein anderes Werkzeug zu bearbeiten, ohne das Werkstück auf dem Indexierer zu montieren und davon zu entfernen. Im Ergebnis führt dies zu einem verbesserten Betrieb. Darüber hinaus können das Schleifen der bogenförmigen Oberfläche durch den Formschleifstein und das Bearbeiten der bogenförmigen Oberfläche durch das andere Werkzeug mit dem gleichen Bearbeitungsstandard ausgeführt werden, was zu einer verbesserten Bearbeitungsgenauigkeit führt.
Die vorliegende Erfindung sieht auch ein Werkstückbearbeitungsverfahren vor, worin das Werkzeug ein Werkzeug vom Schleifsteintyp ist oder ein Werkzeug vom Frästyp und/oder ein Werkzeug vom Läpptyp.
Mit dem obigen Merkmal ist es möglich, das Werkzeug vom Schleifsteintyp, das Werkzeug vom Frästyp und/oder das Werkzeug vom Läpptyp der vorliegenden Erfindung anzuwenden, was zu einem wesentlich verbesserten Komfort führt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine vertikale Schnittansicht einer Expansionsmaschine.
2 ist eine Ansicht entlang Linie 2-2 in 1.
3 ist eine Schnittansicht entlang Linie 3-3 in 1.
4 ist eine Vorderansicht einer zweiten Gehäusehälfte der Expansionsmaschine.
5 ist eine Schnittansicht entlang Linie 5-5 in 4.
6 ist eine Seitenansicht der gesamten Bearbeitungsvorrichtung.
7 ist eine Ansicht aus Richtung von Pfeil 7 in 6.
8A, 8B und 8C sind Diagramme, die den Betrieb während des Schleifens einer bogenförmigen Nut erläutern.
9 ist eine Vorderansicht einer zweiten Gehäusehälfte einer Expansionsmaschine gemäß einer zweiten Ausführung.
10 ist ein Diagramm, das den Betrieb erläutert, wenn ein Formschleifstein in einer Z-Achsenrichtung verlagert wird.
11 ist ein Diagramm, das eine vierte Ausführung der vorliegenden Erfindung darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 bis 8C zeigen eine erste Ausführung der vorliegenden Erfindung. 1 ist eine vertikale Schnittansicht einer Expansionsmaschine; 2 ist eine Ansicht entlang Linie 2-2 in 1; 3 ist eine Schnittansicht entlang Linie 3-3 in 1; 4 ist eine Vorderansicht einer zweiten Gehäusehälfte der Expansionsmaschine; 5 ist eine Schnittansicht entlang Linie 5-5 in 4; 6 ist eine Seitenansicht der gesamten Bearbeitungsvorrichtung; 7 ist eine Ansicht aus Richtung von Pfeil 7 in 6; 8A, 8B und 8C sind Diagramme zur Erläuterung des Betriebs während des Schneidens einer bogenförmigen Nut.
Zuerst wird in Bezug auf die 1 bis 3 des Gesamtstruktur einer Expansionsmaschine M beschrieben, worin erste und zweite Gehäusehälften 12 und 13, die ein Werkstück W in der vorliegenden Ausführung darstellen, eingebaut sind.
Ein Gehäuse 11 in der Expansionsmaschine M umfasst erste und zweite Gehäusehälften 12 und 13, die aus Metall hergestellt sind. Die Gehäusehälften 12 und 13 umfassen Körperabschnitte 12a, 13a, die durch gemeinsamenes Zusammenwirken eine Rotorkammer 14 definieren, und kreisförmige Flansche 12b, 13b, die integral zu Außenumfängen der jeweiligen Körperabschnitte 12a, 13a führen. Die krieisförmigen Flansche 12b und 13b sind durch eine Metalldichtung 15 miteinander gekoppelt. Eine Außenoberfläche der erste Gehäusehälfte 12 ist mit einer Relaiskammeraußenwand 16 abgedeckt, die eine tiefe Schüsselform hat, und ein kreisförmiger Flansch 16a, der integral zu einem Außenumfang der Kammeraußenwand 16 führt, liegt auf der linken Seite des kreisförmigen Flansches 12b der ersten Gehäusehälfte 12 auf. Eine Außenoberfläche der zweiten Gehäusehälfte 13 ist mit einer Auslasskammeraußenwand 17 abgedeckt, die eine Magnetkupplung aufnimmt, um eine Ausgangsleistung von der Expansionsmaschine M nach außen zu übertragen. Ein kreisförmiger Flansch 17a, der integral zu einem Außenumfang der Auslasskammeraußenwand 17 führt, liegt auf der rechten Seite des kreisförmigen Flansches 13a der zweiten Gehäusehälfte 13 auf. Die vier Flansche 12a, 13a, 16a und 17a sind gemeinsam durch eine Mehrzahl von über den Umfang angeordneten Bolzen 18 eingeklemmt.
Eine Relaiskammer 19 ist zwischen der Relaiskammeraußenwand 16 und der ersten Gehäusehälfte 12 definiert. Zusätzlich ist eine Auslasskammer 20 zwischen der Auslasskammeraußenwand 17 und der zweiten Gehäusehälfte 13 definiert. Die Auslasskammeraußenwand 17 enthält einen darin vorgesehenen Ausgabeauslass 17b, um Dampf abzulassen, der seine Arbeit in der Expansionsmaschine M beendet hat. Die Körperabschnitte der Gehäusehälften 12 und 13 haben hohle Lagerbuchsen 12c und 13c, die jeweils nach außen vorstehen. Eine hohle Drehwelle 21, die relativ drehbar auf den Außenumfängen der ersten stationären Welle 64 und der zweiten stationären Welle 65 sitzt, ist an den hohlen Lagerbuchsen 12c und 13c mit einem dazwischen angeordneten Paar von Lagerelementen 22 und 23 drehbar gelagert.
Ein kreisförmiger Rotor 27 ist innerhalb der Rotorkammer 14 einer pseudoelliptischen Form drehbar aufgenommen. Der Rotor 27 sitzt auf einem Außenumfang der Drehwelle 21 und ist mit dem Außenumfang durch einen Zapfen 28 integral gekoppelt. Die Achse des Rotors 27 und die Achse der Rotorkammer 14 stimmen mit einer Achse L der Drehwelle 21 überein. Der Rotor 27 umfasst einen Rotorkern 31, der am Außenumfang der Drehwelle 21 befestigt ist, und zwölf Rotorsegmente 32, die auf einem Umfang des Rotorkerns 21, der die Kontur des Rotors 17 bildet, befestigt sind. Zwölf Zylinder 33, die aus Keramik hergestellt sind, sind an dem Rotorkern 31 radial mit Abständen von 30° angebracht. Ein aus Keramik hergestellter Kolben 37 ist in jedem der Zylinder 33 verschiebbar aufgenommen.
Zwölf Flügelnuten 33 sind zwischen den benachbarten Rotorsegmenten 32 des Rotors 27 so definiert, dass sie sich radial erstrecken, und die plattenförmigen Flügel 44 sind jeweils in die Flügelnuten 43 verschiebbar eingesetzt. Rollen 45, 45, die eine Rollenlagerstruktur haben, sind drehbar auf einem Paar von Lagerwellen gehalten, die von jedem der Flügel 44 vorstehen. Ein aus Kunstharz hergestelltes U-förmiges Dichtungselement 46 ist in dem Außenende jeder der Flügel 44 aufgenommen, worin das Außenende in Gleitkontakt mit einer Innenoberfläche der Rotorkammer 14 steht. Pseudoelliptische ringförmige Nuten 49, 49 sind in der Rotorkammer 14, die durch die ersten und zweiten Gehäusehälften 12 und 13 umgrenzt ist, vertieft vorgesehen, und ein Paar von Rollen 45, 45 an jedem der Flügel 44 greift rollend in die ringförmigen Nuten 49, 49 ein. Der Abstand zwischen den ringförmigen Nuten 49, 49 und der Innenumfangsoberfläche der Rotorkammer 14 ist über den Gesamtumfang gleichmäßig. Wenn daher der Rotor 27 rotiert, werden die Flügel 44 mit den Rollen 45, 45 in den ringförmigen Nuten 49, 49 geführt und werden innerhalb der Flügelnuten 43 radial hin und her bewegt. Ferner gleiten die Dichtungselemente 46 der Flügel 44 entlang der Innenumfangsoberfläche der Rotorkammer 14 in ihren solchen Zuständen, in denen sie um einen gegebenen Betrag zusammengedrückt worden sind.
Eine Mehrzahl von Saugöffnungen 66 sind in der ersten Gehäusehälfte 12 definiert und radial an solchen Stellen angeordnet, die in der Drehrichtung R des Rotors 27 in Bezug auf den kürzesten Durchmesser der Rotorkammer 14 um 15° vorverlagert sind. Der Innenraum in der Rotorkammer 14 kann mit der Relaiskammer 19 durch die Saugöffnungen 66 in Verbindung stehen. Eine Mehrzahl von Auslassöffnungen 67 sind in einer Mehrzahl von Reihen in der zweiten Gehäusehälfte 13 an Stellen definiert und radial angeordnet, die in der Drehrichtung R des Rotors 27 in Bezug auf den kürzesten Durchmesser der Rotorkammer 14 um 15° bis 75° rückverlagert sind. Der Innenraum der Rotorkammer 14 kann mit der Auslasskammer 20 durch die Auslassöffnungen 67 in Verbindung stehen.
Nachfolgend wird der Betrieb der Expansionsmaschine M mit der oben beschriebenen Anordnung beschrieben. Der Hochtemperatur- und Hochdruckdampf, der in die erste stationäre Welle 64 befördert wird, wird über ein Drehventil zugeführt, das zwischen den Gleitoberflächen der ersten stationären Welle 64 und der Drehwelle 21 ausgebildet ist. Der Hochtemperatur- und Hochdruckdampf wird in die zwei Zylinder 33 gefördert, die an Positionen in einer Linie angeordnet sind, die dem kurzen Durchmesser der Rotorkammer 14 entspricht, um hierdurch die Kolben 37, 37 radial auswärts zu drücken. Wenn die von den Kolben 37, 37 unter Druck gesetzten Flügel 44, 44 radial auswärts bewegt werden, wird die Ausfahrbewegung der Kolben 37, 37 durch den gegenseitigen Eingriff des an den Flügeln 44, 44 angebrachten Rollenpaars 45, 45 und der ringförmigen Nuten 49, 49 in die Drehbewegung des Rotors 27 umgewandelt.
Die Kolben 37, 37 werden durch die sich fortsetzende Expansion des Hochtemperatur- und Hochdruckdampfs in den Zylindern 33, 33 mit der Drehung des Rotors 27 in Richtung von Pfeil R weiter ausgefahren, wodurch sich die Drehung des Rotors 27 fortsetzt. Nachdem die Flügel 44, 44 ihre Positionen auf einer Linie erreicht haben, die einem langen Durchmesser der Rotorkammer 44 entspricht, werden die Kolben 37, 37 durch die in die ringförmigen Nuten 33, 33 eingreifenden Rollen 45, 45 in die Zylinder 33, 33 hineingedrückt, wodurch der Dampf in den Zylindern 33, 33 durch das Drehventil strömt und in Form eines ersten Temperaturabfall- und Druckabfalldampfs in die Relaiskammer 19 gefördert wird. Der erste Temperaturabfall- und Druckabfalldampf hat eine Wärmeenergie und eine Druckenergie, die niedriger ist als jene des Hochtemperatur- und Hochdruckdampfs, die jedoch noch ausreicht, um die Flügel 44 anzutreiben.
Der erste Temperaturabfall- und Druckabfalldampf in der Relaiskammer wird durch die Saugöffnungen 66 in der ersten Gehäusehälfte 12 und die Flügelkammer 50 innerhalb der Rotorkammer 14 gefördert. In anderen Worten, der erste Temperaturabfall- und Druckabfalldampf in der Relaiskammer wird in einen Raum gefördert, der durch den Rotor 27 und das Paar benachbarter Flügel 44, 44 umgrenzt ist, wo er weiter expandiert, um den Rotor 27 zu drehen. Ein zweiter Temperaturabfall- und Druckabfalldampf wird aus dem ersten Temperaturabfall- und Druckabfalldampf erhalten, wobei die Temperatur und der Druck des zweiten Temperaturabfall- und Druckabfalldampfs bei Beendigung von dessen Arbeit weiter abfällt, und anschließend durch die Auslassöffnungen 67 in der zweiten Gehäusehälfte 13 in die Auslasskammer 20 hinein abgegeben wird und hierdurch aus der Auslasskammer 20 über den Ausgabeauslass 17b ausgegeben wird.
Auf diese Weise wird von der Drehwelle 21 eine Ausgangsleistung erhalten, indem die zwölf Kolben 37 sequenziell durch durch Expansion des Hochtemperatur- und Hochdruckdampfs rotieren, um den Rotor 27 durch die Rollen 45, 45 und die ringförmigen Nuten 49, 49 zu drehen, und ferner durch die Expansion des ersten Temperaturabfall- und Druckabfalldampfs, der aus dem in Temperatur und Druck abfallenden Hochtemperatur- und Hochdruckdampf erhalten wird, den Rotor 27 durch die Flügel 14 zu drehen.
4 und 5 zeigen die zweite Gehäusehälfte 13 als Werkstück. Die zweite Gehäusehälfte 13 wird nachfolgend Werkstück W genannt. Die erste Gehäusehälfte 12 hat im Wesentlichen die gleiche Form wie die zweite Gehäusehälfte 13, und daher bildet auch die erste Gehäusehälfte 14 das Werkstück W.
Das Werkstück W enthält den kreisförmigen Flansch 13b sowie eine Rotorkammer 14, die radial innerhalb des kreisförmigen Flansches 13b vertieft eingesenkt ist. Die Rotorkammer 14 ist ausgebildet mit einer pseudoelliptischen bogenförmigen Nut 51, einer ersten flachen Fläche 52, die an die Innenseite der bogenförmigen Nut 51 angrenzt, einer ringförmigen Nut 49, die an eine Innenseite der ersten flachen Fläche 52 angrenzt, einer zweiten flachen Fläche 53, die an eine Innenseite der ringförmigen Nut 49 angrenzt, und einer hohlen Lagerbuchse 13c, die zu einer Innenseite der zweiten flachen Fläche 53 durch eine Vertiefung 54 führt.
Die Rotorkammer 14 ist symmetrisch, mit einer langen Achse L1 und einer kurzen Achse, die durch die Achse L hindurchgeht. Die bogenförmige Nut 51, die einen Außenabschnitt der Rotorkammer 14 darstellt, hat einen in einer beliebigen Ebene P (siehe 4), die durch die Achse L hindurchgeht, einen Querschnitt, der ein Kreisbogen mit einem Mittenwinkel von 90° und einem Radius r hat. Von der bogenförmigen Nut 51 und der ersten flachen Fläche 52, die die Vertiefung 54 definiert, steht die bogenförmige Nut 51 in Gleitkontakt mit dem bogenförmigen Dichtungselement 46, das am Außenende des Flügels 44 angebracht ist und einen Mittelwinkel von 180° und den Radius r hat. Die erste flache Fläche 52 steht in Gleitkontakt mit einer flachen Seitenendfläche des Flügels 44. Wenn in diesem Fall die Flügel 44 um die Achse L gedreht werden, befinden sich in irgendeiner Ebene P (siehe 4), die durch die Achse L hindurchgeht, weil sie radial um die Achse L herum angeordnet sind. Somit können das Dichtungselement 46, das die Bogenform des Radius R hat, und die bogenförmige Nut 51 des Radius R ohne jeden Spalt miteinander in Kontakt gebracht werden.
Wie in den 6 und 7 gezeigt, enthält die Verarbeitungsvorrichtung 71 einen Schiebetisch 74, der in Richtung einer X-Achse (in Richtung orthogonal zur Papierblattoberfläche von 6) entlang Führungsschienen 73, 73 bewegbar ist, die an einer Oberseite eines stationären Tisches 72 angebracht sind. Die Bearbeitungsvorrichtung 71 enthält ferner einen Werkzeugtisch 76, der in Richtung einer Z-Achse (einer seitlichen Richtung in 6) beweglich ist. In anderen Worten, die Bearbeitungsvorrichtung 71 bewegt sich in Richtung in der X-Achse und einer Z-Achse relativ zu dem stationären Tisch 72 durch Führungsschienen 75, 75, die auf einer Oberseite des Schiebetisches 74 angebracht sind. Der Werkzeugtisch 76 ist mit einer Mehrzahl von (z.B. drei) Drehspindeln 77, 78 und 79 versehen. Die Positionen des Werkzeugtisches 76 in den X-Achsen- und Z-Achsenrichtungen sind jeweils um eine Einheit von 0,001 mm steuerbar.
Ein Formschleifstein 81, der den Radius r hat und um die Drehwelle 80 herum drehbar ist, die sich in der Y-Achsenrichtung erstreckt, ist am Außenende der ersten Drehspindel 77 angebracht, das sich in der Z-Achsenrichtung erstreckt. Der Formschleifstein 81 umfasst einen elektrisch abgeschiedenen CBN-Schleifstein und ist mit einem Motor 82 durch zwei Endlosriemen 83, 84 verbunden und wird von diesem in Drehung versetzt. Die Drehzahl des Formschleifsteins 81 ist durch eine Invertersteuerung bis zu einem Maximalwert von 18.000 Upm veränderlich. Ein Schleiföl wird durch ein Schleifölzufuhrrohr 85 zum Außenende des Formschleifsteins 81 zugeführt.
Die zweite Drehspindel 78 hat eine Spindel 87, die sich in der Z-Achsenrichtung erstreckt und von einem Motor 86 gedreht wird, und die dritte Drehspindel 79 hat eine Spindel 89, die sich in der Z-Achsenrichtung erstreckt und von dem Motor 88 gedreht wird. Ein Werkzeug 90 vom Schleifsteintyp, einschließlich eines scheibenförmigen Schleifsteins und eines wellenförmigen Schleifsteins oder vom Frästyp, einschließlich eines Bohrers und eines Stirnfräsers, ist austauschbar an den Spindeln 87 und 89 der zweiten und dritten Drehspindeln 78 und 79 angebracht.
Ein Indexierer 91 ist an einer Seite des Werkzeugtisches 76 in der Z-Achsenrichtung angebracht und ist um eine C-Achse, die zur Z-Achse parallel ist, herum indexierbar und ist in der Y-Achsenrichtung (in einer vertikalen Richtung in 6) bewegbar. Der kreisförmige Flansch 13b des Werkstücks W ist an einem Spannfutter 92 des Indexierers 91 abnehmbar befestigt und ist parallel zu einer X-Y-Ebene. Das Werkstück W ist nämlich an dem Spannfutter 92 derart fixiert, dass seine Achse L mit der C-Achse übereinstimmt. Die Drehposition des Indexierers 91 um die C-Achse ist um eine Einheit von 0,001° steuerbar, und die Position des Indexierers 91 in der Y-Achsenrichtung ist um eine Einheit von 0,001 mm steuerbar.
Nachfolgend wird das Schleifen der bogenförmigen Nut 51 in dem Werkstück W durch die Bearbeitungsvorrichtung 71 beschrieben.
Das Werkstück W wird bereitgestellt, nachdem das Schneiden der Vertiefung 14 beendet ist, und wird auf dem Spannfutter 92 des Indexierers 91 fixiert, sodass die Achse L mit der C-Achse übereinstimmt. Die Position des Werkzeugtisches 76 in der X-Achsenrichtung wird so eingestellt, dass die Rotationsoberfläche des Formschleifsteins 81 in einer Y-Z-Ebene angeordnet ist, die durch die C-Achse hindurchgeht. Ferner wird die Höhe des Indexierers 91 in der Y-Achsenrichtung auf eine Phantomlinie eingestellt, worin die Drehmitte des Formschleifsteins 81 einen Winkel von 45° in Bezug auf die Achse L bildet. In diesem Zustand wird, während sich der Formschleifstein 81 dreht, der Werkzeugtisch 76 um einen vorbestimmten Abstand in der Z-Achsenrichtung synchron mit der Y-Achse vorverlagert, um der Phantomlinie nachzufolgen, worin die Drehmitte des Formschleifsteins 81 einen 45°-Winkel in Bezug auf die Achse L bildet. Der Schleifstein 81 wird an einer Stelle, die der bogenförmigen Nut 51 entspricht, gegen das Werkstück W in Anlage gebracht. Danach wird, während sich das Werkstück W dreht, der Indexierer 91 synchron mit der Drehung des Werkstücks W zweimal in der Y-Achsenrichtung aufwärts und abwärts bewegt. Auf diese Weise kann das Schleifen des gesamten Umfangs der bogenförmigen Nut 51 durch eine Drehung des Werkstücks W abgschlossen werden. Während dieser Zeit ist die Position des Formschleifsteins 81 in der Z-Achsenrichtung fixiert, und ihr Drehwinkel des Werkstücks W um die C-Achse und die Position des Werkstücks W in der Y-Achsenrichtung werden nummerisch gesteuert/geregelt, sodass sie miteinander synchronisiert werden. Aus dem Vorstehenden kann der Formschleifstein 81 die bogenförmige Nut 51 derart schleifen, dass sie immer der bogenförmigen Nut 51 folgt.
Dies wird weiter in Bezug auf 8 beschrieben. Wie in 8A gezeigt, beginnt das Schleifen der bogenförmigen Nut 51 an einer Position, die dem langen Durchmesser der Vertiefung 14 entspricht. Hierbei ist die C-Achse des Indexierers 91 die untere Grenzstellung der Y-Achsenrichtung. Wie in 8B gezeigt, wird der Formschleifstein 81 relativ bewegt, um der bogenförmigen Nut 51 zu folgen, indem die C-Achse des Indexierers 91 um ΔY1 in der Y-Achsenrichtung von der unteren Grenzstellung heraus angehoben wird, während das Werkstück W in Richtung des Pfeils gedreht wird. Wenn dass Werkstück W in der Pfeilrichtung um 90° gedreht worden ist, wie in 8C gezeigt, wird die C-Achse des Indexierers 91 weiter um ΔY2 in der Y-Achsenrichtung angehoben, um einen obere Grenzstellung zu erreichen. Wenn ein Viertel der bogenförmigen Nut 51 in der obigen Weise geschliffen ist, wird die C-Achse von der oberen Grenzstellung zu der unteren Grenzstellung bewegt, während das Werkstück W weiter um 90° gedreht wird. Der Formschleifstein 81 kann bewegt werden, sodass er dem nächsten einen Viertel der bogenförmigen Nut 51 folgt, um sie zu schleifen. Das Schleifen der restlichen einen Hälfte der bogenförmigen Nut 51 wird ausgeführt, indem der oben beschriebene Vorgang im Wesentlichen wiederholt wird.
Hierbei liegt die Rotationsoberfläche des Formschleifsteins 81 in der Ebene P, die durch die C-Achse hindurchgeht (nämlich die Achse L des Werkstücks W). Daher ist der Winkel der Rotationsoberfläche des Formschleifsteins 81 in Bezug auf die bogenförmige Nut 51 gleich dem Winkel des Flügels 44, der während des Betriebs der Expansionsmaschine M innerhalb der bogenförmigen Nut 51 gleitet (eigentlich dem Winkel des Dichtungselements 46, das an dem Umfangsabschnitt des Flügels 44 angebracht ist). Dementsprechend kann die Innenoberfläche (die den Radius r hat) der geschliffenen bogenförmigen Nut 51 in engem Kontakt ohne jeden Spalt mit dem Außenumfang des Dichtungselements 46 kommen, das auf der Innenoberfläche der geschliffenen bogenförmigen Nut 51 gleitet und das eine Bogenform des Radius r hat, um hierdurch die Leckage des Dampfs aus dem Außenumfang des Dichtungselements 46 zu unterbinden.
Eine Werkzeugmarkierung der bogenförmigen Nut 51 nach dem Schneiden durch einen Kugelstirnfräser oder dgl. und vor dem Schleifen erstreckt sich in einer Längsrichtung der bogenförmigen Nut 51. Wenn die Expansionsmaschine M mit der Werkzeugmarkierung, die so bleibt wie sie ist, betrieben wird, besteht aus diesem Grund die Tendenz, dass der Dampf aus dem Spalt zwischen der Werkzeugmarkierung und dem Außenumfang des Dichtungselements 46 heraus leckt. Jedoch wird die Größe der Werkzeugmarkierung selbst reduziert, indem der Schleifvorgang mittels des Formschleifsteins 81 ausgeführt wird. Zusätzlich ist die Richtung einer neuen Werkzeugmarkierung, die durch den Formschleifstein 81 gebildet wird (nämlich die Richtung der Rotationsoberfläche des Formschleifsteins 81) parallel zu dem Dichtungselement 46. Daher kann sich der Spalt zwischen der Werkzeugmarkierung und dem Außenumfang des Dichtungselements 46 kaum ausbilden, und daher ist es möglich, die Leckage des Dampfs aus dem Außenumfang des Dichtungselements 46 effizient zu verhindern.
Nachdem das Schleifen der bogenförmigen Nut 51 in Bezug auf das Werkstück W in der obigen Weise abgeschlossen worden ist, können eine flache Passoberfläche des kreisförmigen Flansches 13a des Werkstücks W, die erste flache Fläche 52, die zweite flache Fläche 53 und dgl. des Werkstücks W z.B. durch einen Stirnfräser ausgeschnitten werden, der an der Spindel 87 oder 89 der zweiten Drehspindel 78 oder der dritten Drehspindel 79 angebracht ist. Das Werkstück W kann durch einen scheibenförmigen Schleifstein weiter geschliffen werden. Zusätzlich kann eine Bolzenbohrung in dem kreisförmigen Flansch 13a mit einem Bohrer geschnitten weren, und die Innenoberfläche der hohlen Lagerbuchse 13c kann mit einem Schneidwerkzeug ausgeschnitten werden.
Auf diese Weise können verschiedene andere Typen der Bearbeitung des Werkstücks W als das Schleifen der bogenförmigen Nut 51 ausgeführt werden, wobei das Werkstück an dem Indexierer 91 befestigt bleibt. Daher ist keine Arbeit zum Anbringen und Abnehmen des Werkstücks W erforderlich. Dies führt zu einem verbesserten Betrieb. Zusätzlich kann jede andere Bearbeitung des Werkstücks W mit dem gleichen Verarbeitungsstandard wie dem Standard zum Schleifen der bogenförmigen Nut 51 ausgeführt werden. Dies führt zu einer verbesserten Bearbeitungsgenauigkeit.
Nun wird eine zweite Ausführung der vorliegenden Erfindung in Bezug auf 9 beschrieben.
Während die bogenförmige Nut 51 in dem Werkstück W (siehe 4) in der ersten Ausführung linear symmetrisch in Bezug auf die lange Achse L1 und die kurze Achse L2 ist, die durch die Achse L hindurchgeht, ist eine bogenförmige Nut 51 in einem Werkstück W in der zweiten Ausführung in Bezug auf die lange Achse L1 und die kurze Achse L2, die durch die Achse L hindurchgeht, nicht symmetrisch, sondern ist in Bezug auf die Achse L punktsymmetrisch. Wenn nämlich Abschnitte des Werkstücks W, die auf einer Seite der langen Achse L1 und der kurzen Achse L2 liegen, um 180° gedreht werden, liegen sie aufeinander auf. Auch in der zweiten Ausführung sind die Flügel 44 um die Achse L herum radial angeordnet. Wenn daher die Flügel 44 um die Achse L herum gedreht werden, werden sie auf einer Ebene P bewegt, die sich durch die Achse L hindurcherstreckt. Wenn die bogenförmige Nut 51 durch einen Formschleifstein 81 geschliffen wird, kann dementsprechend eine Innenoberfläche der bogenförmigen Nut 51, mit der die Dichtungselemente 46 der Flügel 44 in Kontakt treten, zu einem exakten Kreis mit dem Radius R ausgebildet werden, indem die Rotationsoberfläche des Formschleifsteins 81 entlang der Ebene P bewegt wird. Hierdurch wird die Dampfleckage vermindert.
Weil während des Schleifens der bogenförmigen Nut 51 die Rotationsoberfläche des Formschleifsteins 81 immer mit der Ebene P übereinstimmt, kann die bogenförmige Nut 51 mit der in 9 gezeigten Form geschliffen werden, indem lediglich das Werkstück W in der Y-Achsenrichtung hin und her bewegt wird, während das Werkstück W um die C-Achse herum gedreht wird in einem Zustand, in dem der Formschleifstein 81 in der Y-Z-Ebene fixiert worden ist, ohne den Werkzeugtisch 76 in der X-Achsenrichtung zu bewegen. Die bogenförmige Nut 51 in den zweiten und vierten Quadranten in 9 hat einen kleinen Abstand von der Achse L. Ferner hat die bogenförmige Nut 51 in den ersten und dritten Quadranten in 9 einen großen Abstand von der Achse L. Daher verändert sich die Beziehung der Abstandsbewegung des Werkstücks W in der Y-Achsenrichtung zur Drehung des Werkstücks W um die C-Achse zwischen dann, wenn die bogenförmige Nut 51 in den ersten und dritten Quadranten geschliffen wird, und dann, wenn die bogenförmige Nut 51 in den zweiten und vierten Quadranten geschliffen wird.
Nun wird eine dritte Ausführung der vorliegenden Erfindung in Bezug auf 10 beschrieben.
In der dritten Ausführung wird der Betrieb bei der Bewegung des Werkzeugtisches 67 in der X-Achsenrichtung beschrieben. Um das Verständnis zu erleichtern, ist der Formschleifstein 81 an einer Stelle fixiert, die um einen Abstand ΔX in der X-Achsenrichtung von der durch die C-Achse hindurchgehenden Y-Z-Ebene versetzt ist. Wenn in diesem Zustand das Werkstück W in der Y-Achsenrichtung fixiert und um die C-Achse herum gedreht wird, wird der Formschleifstein 81 relativ bewegt, um der kreisförmigen Nut 81 kreisförmig um die C-Achse herum zu folgen. Auf einer Ebene P1, die die Rotationsoberfläche des Formschleifsteins 81 enthält, wird die Querschnittsform der bogenförmigen Nut 51 zu einem Kreisbogen mit dem Radius r. Die Querschnittsform der bogenförmigen Nut 51 auf einer Ebene P, die durch die C-Achse hindurchgeht, ist ein Abschnitt einer Ellipse anstatt eines Bogens.
Somit kann die Querschnittsform der bogenförmigen Nut 51 auf der Ebene P, die durch die C-Achse hindurchgeht, von dem Bogen des Kreises zu einem Abschnitt der Ellipse geändert werden, indem der Formschleifstein 81 in der X-Achsenrichtung von der Y-Z-Ebene heraus versetzt wird, die durch die C-Achse hindurchgeht. In anderen Worten, die Richtung der Ebene P1, auf der die Querschnittsform der bogenförmigen Nut 51 den Kreisbogen einnimmt, kann um einen beliebigen Winkel θ in Bezug auf die zur Tangentialrichtung der bogenförmigen Nut 51 orthogonale Ebene P geneigt werden.
Da in den oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungen die Achse L des Werkstücks W mit der C-Achse übereinstimmt, könnte das Schleifen der bogenförmigen Nut 51 allein dadurch ausgeführt werden, indem der Schleifstein 81 in der Y-Z-Ebene fixiert wird, die durch die C-Achse hindurchgeht, und das Werkstück in der Y-Achsenrichtung bewegt wird, während das Werkstück W um die C-Achse herum gedreht wird. Wenn jedoch das Werkstück W auf dem Spannfutter 92 so befestigt ist, dass die Achse L des Werkstücks W nicht mit der C-Achse übereinstimmt, ist es unmöglich, das Schleifen der bogenförmigen Nut 51 allein durch Bewegen des Werkstücks W in der Y-Achsenrichtung durchzuführen, während das Werkstück W um die C-Achse herum gedreht wird. In diesem Fall ist das Schleifen der bogenförmigen Nut 51 nicht möglich, ohne den Formschleifstein 81 synchron mit der Drehung des Werkstücks W um die C-Achse herum, und mit der Bewegung des Werkstücks W in der Y-Achsenrichtung zu bewegen.
Nun wird eine vierte Ausführung der vorliegenden Erfindung in Bezug auf 11 beschrieben.
In der vierten Ausführung wird der Bewegungsvorgang des Werkzeugtisches 67 in der Z-Achsenrichtung beschrieben. Um das Verständnis zu erleichtern, ist der Formschleifstein 81 in der Y-Z-Ebene, die durch die C-Achse hindurchgeht, fixiert. Wenn in diesem Zustand das Werkstück W um die C-Achse herum gedreht wird, wird der Formschleifstein 81 relativ bewegt, um der bogenförmige Nut 51 zu folgen, die um die C-Achse kreisförmig ist. Wenn hierbei der Formschleifstein 81 in der Z-Achsenrichtung zu dem Werkstück W hin bewegt wird, werden die Tiefe und Breite der bogenförmigen Nut 51 vergrößert. Wenn hingegen der Formschleifstein 81 in der Z-Achsenrichtung von dem Werkstück W weg bewegt wird, werden die Tiefe und Breite der bogenförmigen Nut 51 verringert.
Aus dem Vorstehenden ist es möglich, eine beliebige bogenförmige Nut 51 verschiedener Formen zu schleifen, indem die Drehung des Werkstücks W um die C-Achse, die Bewegung des Werkstücks W in der Y-Achsenrichtung, die Bewegung des Formschleifsteins 81 in der X-Achsenrichtung und die Bewegung des Formschleifsteins 81 in der Z-Achsenrichtung miteinander geeignet kombiniert werden. Insofern kann die obige Kombination wesentlich verbesserte Mehrzweckeigenschaften vorsehen.
In den Ausführungen sind die Gehäusehälften 12 und 13 der Expansionsmaschine M als das Werkstück W darstellt worden. Jedoch ist die vorliegende Erfindung auf jedes andere Werkstück W anwendbar. Das Werkstück W, das während des Schleifens auf dem Indexierer 91 befestigt ist, braucht nicht unnötig gedreht werden und kann vorübergehend gestoppt werden und kann immer gestoppt sein.
Obwohl die Ausführungen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben worden sind, können verschiedene konstruktive Modifikationen vorgenommen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

Werkstückbearbeitungsverfahren zum Bearbeiten einer bogenförmigen Nut (51), die in einer Oberfläche eines Werkstücks (W) definiert ist, sodass sich ein Kreisbogen mit einem gegebenen Radius (r) glattgängig fortsetzt, wobei das Verfahren verwendet: ein Formwerkzeug (81), das um eine zu einer X-Achse parallele Drehwelle herum zu drehen ist und den gleichen Radius (r) wie der Kreisbogen hat; einen Werkzeugtisch (76), der mit dem daran angebrachten Werkzeug (81) in der X-Achsenrichtung und in einer zur X-Achse orthogonalen Z-Achsenrichtung bewegbar ist; einen Indexierer (91), der angebracht ist, um das Werkstück (W) zu tragen und das Werkstück (W) um eine C-Achse herum zu drehen; dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (81) ein Formschleifstein (81) ist und dass der Indexierer (91) dem Formschleifstein (81) in der Z-Achsenrichtung gegenüber liegt, und der Indexierer (91) in einer Y-Achsenrichtung, die orthogonal zur X-Achse und zur Z-Achse ist, bewegt wird, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Synchronisieren der Drehung des Werkstücks (W) um die C-Achse, der Bewegung des Schleifsteins (81) in der Z-Achsenrichtung und der Bewegung des Werkstücks (W) in der Y-Achsenrichtung oder/und der Bewegung des Formschleifsteins (81) in der X-Achsenrichtung, um hierdurch den Formschleifstein (81) so zu bewegen, dass er der bogenförmigen Nut (51) folgt.
Werkstückbearbeitungsverfahren nach Anspruch 1, worin die Bewegung des Werkstücks (W) in der Y-Achsenrichtung so ausgewählt wird, dass sie zwischen der Bewegung des Werkstücks (W) in der Y-Achsenrichtung und der Bewegung des Formschleifsteins (81) in der X-Achsenrichtung synchronisiert wird.
Werkstückbearbeitungsverfahren nach Anspruch 1, worin die Bewegung des Formschleifsteins (81) in der X-Achsenrichtung so ausgewählt wird, dass sie zwischen der Bewegung des Werkstück (W) in der Y-Achsenrichtung und der Bewegung des Formschleifsteins (81) in der X-Achsenrichtung synchronisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, worin sowohl die Bewegung des Werkstücks (W) in der Y-Achsenrichtung als auch die Bewegung des Formschleifsteins (81) in der X-Achsenrichtung synchronisiert werden.
Werkstückbearbeitungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das ferner die Schritte umfasst: Anbringen eines anderen Werkzeugs (90) als des Formschleifsteins (81) an dem Werkzeugtisch (76); und Bearbeiten des auf dem Indexierer (91) angebrachten Werkstücks (W) mit dem Werkzeug (90).
Werkstückbearbeitungsverfahren nach Anspruch 5, worin das Werkzeug (90) ein Werkzeug vom Schleifsteintyp ist oder ein Werkzeug vom Fräsentyp ist oder ein Werkzeug vom Läpptyp ist.