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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Maschine zur
Schleifbearbeitung von zylindrischen Lagerflächen von
Werkstücken, insbesondere für die Bearbeitung von Kurbelwellen
- und Kurbelzapfen durch Bandschleifen, wobei die Maschine für die
Bearbeitung jeder Lagerfläche einen Arm aufweist, der auf einem
in Vertikalrichtung beweglichen Führungsschlitten um eine
horizontale Achse frei schwenkbar befestigt ist und der zwei
Klemmbacken trägt, die gelenkig an dem Arm befestigt und
miteinander derart gekuppelt sind, daß sie durch eine synchrone
und entgegengesetzte Schwenkbewegung gegenüber dem Arm unter der
Wirkung einer gemeinsamen Betätigungseinrichtung gegeneinander
festspannbar sind, und die Einrichtungen zum Anpressen des
Schleifmaterials gegen die zu bearbeitende Lagerfläche beim
Festspannen der Klemmbacken tragen.
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Bei bekannten Bandschleifmaschinen dieser Art, wie sie
beispielsweise von der Anmelderin seit vielen Jahren vertrieben
werden, sind zur gleichzeitigen Feinstbearbeitung der
Lagerflächen von Wellen und insbesondere von Kurbelwellen- und
Kurbelzapfen (Haupt- und Pleuellagerflächen) von Kurbelwellen
die beiden Klemmbacken jedes Schwenkarms jeweils mit zwei
Druckstücken zum Anpressen der Schleifbänder an die zu
bearbeitenden Lagerflächen versehen, wobei das Anpressen mittels
Federscheiben erfolgt, die an einer der beiden Klemmbacken
befestigt sind.
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Diese Art der Anpressung des Schleifbandes gegen die zu
bearbeitende Lagerfläche führt zu praktisch nicht kontrollierbaren
Anpreßdrücken, die für die verschiedenen Anpreßeinrichtungen
jedes Armes unterschiedlich sind.
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Wenn die zu bearbeitende Lagerfläche exzentrisch zur Drehachse
des Werkstücks ist, das um diese Achse während der Bearbeitung
angetrieben wird, so tritt weiterhin eine Unwucht der Arme
aufgrund der Tatsache auf, daß die Masse der Arme während der
Drehbewegung des Werkstücks um seine Achse in Bewegung versetzt
wird.
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Schließlich ist bisher bei der Bearbeitung von Werkstücken mit
exzentrischen Lagerflächen eine anfängliche Winkelpositionierung
der zu bearbeitenden Werkstücke, das heißt die Winkeleinstellung
um ihre Drehachse derart, daß die Achsen der exzentrischen
Lagerfläche und die Drehachse des Werkstücks in der gleichen
vertikalen Ebene liegen, vor dem Eingriff des Arms oder der
Arme mit dem Werkstück unbedingt erforderlich. Es ist eine
Tatsache, daß bei den bekannten Maschinen die Schwenkarme sich
auf exzentrischen, seitlich versetzten Lagerflächen nicht
selbstständig positionieren können.
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Die vorliegende Erfindung hat eine Bearbeitungsvorrichtung der
eingangs genannten Art zum Ziel, die derart ausgebildet ist,
daß eine Klemmung ermoglicht wird, die eine Steuerung des
Anpreßdruckes auf die zu bearbeitenden Lagerlächen mit einer
hohen Genauigkeit und Gleichförmigkeit ergibt.
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Die Erfindung hat weiterhin eine Bearbeitungsvorrichtung der
eingangs genannten Art zum Ziel, die eine Auswuchtung des oder
der Arme während der Bearbeitung von exzentrischen Lagerflächen
ermoglicht.
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Schließlich hat die Erfindung eine Bearbeitungsvorrichtung der
eingangs genannten Art zum Ziel, bei der sich jeder Arm
selbstständig auf der zu bearbeitenden Lagerfläche zentrieren
kann, selbst dann, wenn diese Lagerflächen exzentrisch sind, und
zwar unabhängig von der Winkelstellung der exzentrischen
Lagerfläche bezüglich der Drehachse. Die sonst erforderliche
Winkelpositionierung der zu bearbeitenden Werkstücke kann somit
entfallen.
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Bei der Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung weist jeder
Arm drei Einrichtungen zum Anpressen des Schleifmaterials gegen
die zu bearbeitende Lagerfläche auf, nämlich eine erste auf dem
Arm in einer mittleren Position befestigte Einrichtung und zwei
weitere Einrichtungen, die in einer seitlichen Position auf den
beiden Klemmbacken befestigt sind, wobei der Arm gegenüber dem
Führungsschlitten unter der Wirkung eines Ausgleichszylinders
mit steuerbarem Speisedruck derart beweglich ist, daß beim
Festspannen der Klemmbacken die drei Einrichtungen zum
Anpressen des Schleifmaterials gegen die zu bearbeitende
Lagerfläche im wesentlichen an den drei Ecken eines
gleichseitigen Dreieckes angeordnet sind und mit einem gleichförmigen
Druck gegen die zu bearbeitende Lagerfläche angepreßt werden.
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In vorteihafter Weise sind die beiden gelenkig an dem Arm
befestigten Klemmbacken derart miteinander gekuppelt, daß sie
gegenüber dem Arm synchron und entgegengesetzt zueinander unter
der Wirkung einer gemeinsamen Betätigungseinrichtung mit
gesteuerter Spannkraft verschwenkt werden.
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Vorzugsweise ist die gemeinsame Betätigungseinrichtung durch
einen Druckzylinder mit gesteuertem Speisedruck gebildet.
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Gemäß einer besonders einfachen Ausführungsform sind die beiden
Klemmbacken durch Verzahnungen miteinander gekuppelt, wobei
jeder Arm ein Ritzel trägt, das mit dem Ritzel der anderen
Klemmbacke kämmt.
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Für die Auswuchtung des Arms selbst im Fall exzentrischer
Lagerflächen ist es vorteilhaft, wenn der Arm gegenüber dem
Führungsschlitten unter der Wirkung eines Druckzylinders mit
steuerbarem Speisedruck beweglich ist.
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Jeder Arm der Maschine gemäß der Erfindung weist vorzugsweise
Führungseinrichtungen auf, die es dem Arm ermöglichen, sich auf
der zu bearbeitenden Lagerfläche beim Absenken des Armes auf
diese Lagerfläche zu zentrieren.
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Die Führungseinrichtungen auf jeder Klemmbacke können eine erste
Führung umfassen, die unterhalb der auf dieser Klemmbacke
vorgesehenen
Einrichtungen zum Anpressen des Schleifmaterial liegt
und die eine Führungsfläche aufweist, die derart angeordnet ist,
daß bei geöffneten, das heißt voneinander entfernten Klemmbacken
die beiden Führungsflächen der beiden ersten Führungen jedes
Armes nach oben hin konvergieren, wobei der gegenseitige Abstand
dieser Führungsflächen an ihrem unteren Abschnitt größer als die
zweifache maximale Exzentrizität von zu bearbeitenden
exzentrischen Lagerflächen ist.
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Die Führungseinrichtungen umfassen vorzugsweise zwei zweite
Führungen, die auf den Armen auf beiden Seiten der auf dem Arm
vorgesehenen Einrichtung zum Anpressen des Schleifmaterials und
unterhalb hiervon angeordnet sind, wobei die zweiten Führungen
ebenfalls Führungsflächen aufweisen, die nach oben hin
konvergieren.
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Nachfolgend wird eine erläuternde und nicht einschränkende
Ausführungsform der Erfindung ausführlicher unter Bezugnahme
auf die beigefügten schematischen Zeichnungen beschrieben, in
denen:
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Figur 1 den Arm einer Ausführungsform einer
Bandschleifmaschine gemäß der Erfindung zeigt, wobei sich der
Arm in einer oberen Stellung über einem zu
bearbeitenden Zapfen befindet und die Klemmbacken geöffnet
sind,
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Figur 2 den Bearbeitungsarm in einer unteren Stellung
zeigt, in der er auf den zu bearbeitenden Zapfen
abgesenkt ist, wobei die Klemmbacken geöffnet sind,
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Figur 3 den Bearbeitungsarm in abgesenkter Stellung zeigt,
wobei die Klemmbacken auf dem zu bearbeitenden
Zapfen geschlossen sind.
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Der Bandschleif-Bearbeitungsarm, der in den Zeichnungen gezeigt
ist, bildet einen Teil einer Bandschleif-Superfinier- oder
Feinstbearbeitungsmaschine, die die gleichzeitig Bearbeitung
aller oder einiger der zylindrischen Lagerflächen einer
Kurbelwelle 1 ermöglicht, von der die Kurbelwellenzapfen 2 und
die Kurbelzapfen 3 schematisch dargestellt sind.
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Die Maschine ist für diesen Zweck mit einem Bearbeitungsarm-
Führungsschlitten 4 versehen, der auf einem Grundrahmen 5
in Vertikalrichtung unter der Wirkung eines nicht gezeigten
Antriebs beweglich befestigt ist. Der Führungsschlitten 4 trägt
zwischen jeweils zwei Flanschen 6 Schwenkarme 7 in schwimmender
Beziehung, das heißt, diese Schwenkarme sind frei schwenkbar um
eine horizontale Achse 8 angeordnet. Die horizontale Achse ist
mit einem Gleitschuh 9 verbunden, der unter der Wirkung eines
Druckzylinders 10 in einer Gleitschiene 11 beweglich befestigt
ist, die am oberen Ende des Armes 7 angeordnet ist.
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Der untere Teil des Schwenkarms 7 trägt einen Anschlag 12 mit
einem Druckstück 13, dessen Funktion nachfolgend näher erläutert
wird. Außerdem trägt der Schwenkarm in der Nähe seines unteren
Endes zwei Klemmbacken 14a und 14b, die jeweils mit einem
Anschlag 15a und 15b versehen sind, die beide mit einem
Druckstück 16a und 16b ausgerüstet sind. Die beiden Klemmbacken
14a und 14b sind um Achsen 17a und 17b auf dem Schwenkarm 7
verschwenkbar, und sind durch zwei miteinander kämmende Ritzel
oder Zahnräder 18a und 18b gekuppelt. Ein Druckzylinder 19 ist
zwischen dem Schwenkarm 7 und der Klemmbacke 14a angeordnet und
ermöglicht die Erzielung einer Schwenkbewegung der Klemmbacke
14a um deren Achse 17a, und damit aufgrund der Kupplung der
beiden Klemmbacken 14a und 14b über die Zahnräder 18a und 18b
eine gleichzeitige synchrone Schwenkbewegung der anderen
Klemmbacke 14b in entgegengesetzter Richtung.
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Die Schwenkbefestigung der Klemmbacken 14a und 14b auf dem
Schwenkarm 7 und die Anordnung der Anschläge 15a und 15b auf
den Klemmbacken 14a und 14b sind derart gewählt, daß wenn der
Schwenkarm 7 auf das zu bearbeitende Werkstück abgesenkt ist und
die Klemmbacken 14a und 14b durch den Druckzylinder 19 gemäß
Figur 3 festgespannt sind, die drei Anschläge 12, 15a, 15b und
die zugehörigen Druckstücke 13, 16a, 16b im wesentlichen an den
drei Ecken eines gleichseitigen Dreiecks liegen, wobei das an
dem Arm 7 befestigte Druckstück 13 sich von oben an dem
Werkstück abstützt, während die beiden an den Klemmbacken 14a und
14b befestigten Druckstücke 16a und 16b von unten und von
entgegengesetzten Seiten an das Werkstück angepreßt werden.
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Der Schwenkarm 7 ist außerdem mit zwei gegenüberliegenden
Führungen 20a und 20b versehen, die symmetrisch zum Anschlag 12
angeordnet sind und Führungsflächen 21a, 21b aufweisen, die
unter dem Druckstück 13 liegen und nach oben konvergieren, so
daß die Führungen 20a und 20b beim Absenken des Schwenkarms 7
auf das zu bearbeitende Werkstück 1 eine Selbstzentrierung des
Armes 7 und damit des Druckstücks 13 auf dem Werkstück 1
gewährleisten.
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Jede der Klemmbacken 14a und 14b trägt zusätzlich unter den
Anschlägen 15a und 15b zwei Führungen 22a, 22b, die eine
jeweilige Führungsfläche 23a bzw. 23b aufweisen. Die Führungen
22a und 22b sind so ausgebildet und angeordnet, daß bei
geöffneten Klemmbacken 14a und 14b (Figuren 1 und 2) die
Führungsflächen 23a und 23b nach oben konvergieren, wobei ihr
gegenseitiger maximaler Abstand zu der darunterliegenden
Lagerfläche mindestens zweimal größer als die maximale
Exzentrizität der Zapfen des zu bearbeitenden Werkstücks 1 ist,
während ihr gegenseitiger minimaler Abstand dem gegenseitigen
maximalen Abstand der Führungsflächen 21a, 21b der beiden
festen Führungen 20a, 20b entspricht.
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Jeder Schwenkarm ist weiterhin mit einer Führungs- und
Spannbaugruppe für Schleifbänder ausgerüstet. Diese Baugruppe ist so
ausgebildet, daß das Schleifband 24 über alle drei Druckstücke
13, 16a, und 16b läuft, und sie umfaßt Führungs- bzw.
Umlenkrollen derart, daß das Schleifband 24 um die Führungsflächen
21a, 21b, 23a, 23b laufen kann. Diese Führungs- und
Spannbaugruppe ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung und wird
deshalb nicht in Einzelheiten beschrieben.
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Anhand der Figuren 1, 2 und 3 wird nachfolgend die Betriebsweise
der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.
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Um alle oder einen Teil der zylindrischen Lagerflächen eines
Werkstücks 1 zu bearbeiten, wie z.B. alle oder einige der
Kurbelwellenzapfen 2 bzw. der Kurbelzapfen 3 einer Kurbelwelle,
wird eine Mehrfach-Vorrichtung eingesetzt, die auf einem
einzigen Führungsschlitten 4 soviel Schwenkarme 7 aufweist, wie
Lagerflächen der Kurbelwelle gleichzeitig bearbeitet werden
sollen. Die Kurbelwelle wird unter die schwimmend befestigten
Schwenkarme 7 des Schlittens 4 gebracht, der in die obere
Stellung angehoben ist, wobei die Klemmbacken 14a und 14b des
Schwenkarms 7 geöffnet sind (Fig. 1). Die Kurbelwelle 1 ist
in an sich bekannter Weise gelagert, z.B. zwischen Spitzen,
und sie wird während der Bearbeitung der Lagerflächen in eine
Drehung um ihre Drehachse angetrieben, die durch die Achse der
Kurbelwellenzapfen (Hauptlager) definiert ist.
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Sobald die Kurbelwelle 1 vertikal unter die Schwenkarme 7
gebracht wurde, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, wird der
Führungsschlitten 4 nach unten abgesenkt, so daß sich jeder
Schwenkarm auf der zu bearbeitenden zylindrischen Lagerfläche
(Kurbelwellenzapfen 2 und Kurbelzapfen 3) mittels seiner
Führungsflächen 23a, 23b der Führungen 22a, 22b sowie der
Führungsflächen 21a, 21b der Führungen 20a, 20b zentriert und
das Druckstück 13 des Schwenkarms 7 mit der zu bearbeitenden
zylindrischen Lagerfläche in Berührung kommt (Fig. 2).
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Bei dem in den Zeichnungen gezeigten Beispiel ist der
Schwenkarm 7 für die Bearbeitung eines Kurbelwellenzapfens 2 der
Kurbelwelle 1 vorgesehen.
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Die beiden Klemmbacken 14a und 14b werden anschließend durch
Betätigung des Druckzylinders 19 gespannt, dessen Hub in
Abhängigkeit von dem Durchmesser der zu bearbeitenden Lagerfläche
über zwei einstellbare Endschalter 25, 26 gesteuert ist, derart,
daß die beiden Druckstücke 16a, 16b von unten an die
zylindrische Lagerfläche 2 angelegt werden, weil die beiden Klemmbacken
14a, 14b über die beiden Zahnräder 18a, 18b gekuppelt sind.
Die drei Druckstücke 13, 16a, 16b drücken daher mit einer
gleichförmigen Kraft auf die zu bearbeitende Lagerfläche 2,
wobei der Anpreßdruck an den drei Ecken eines gleichseitigen
Dreiecks ausgeübt wird, so daß das schleifband 24 mit einem
gleichförmigen Druck auf die Lagerfläche 2 (Fig. 3) angepreßt
wird. Das Werkstück 1 wird anschließend um seine Achse in
Drehung angetrieben und eine gleichmäßige Bearbeitung der
Lagerfläche 2 wird somit gewährleistet.
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Während der Bearbeitung der Kurbelwellenzapfen 2 der Kurbelwelle
1 ruft der Drehantrieb der Kurbelwelle 1 um ihre Drehachse, d.h.
um die Drehachse der Kurbelwellenzapfen 2, praktisch keine
Bewegung des Schwenkarms 7 (Schwenkbewegung oder Bewegungen
nach oben bzw. nach unten) hervor.
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Dies gilt nicht für den Fall der Bearbeitung der exzentrischen
zylindrischen Lager wie z.B. der Kurbelzapfen 3 der Kurbelwelle
1. Bei dem Drehantrieb der Kurbelwelle um ihre Drehachse führen
die Kurbelzapfen 3, die exzentrisch zu dieser Drehachse (Achse
der Kurbelwellenzapfen) sind, eine Bewegung auf einer
kreisförmigen Bahn aus, die gegenüber der Drehachse der Kurbelwelle
exzentrisch ist. Bei der Bearbeitung solcher exzentrischer
Lagerflächen müssen daher die Schwenkarme 7 dieser Bewegung der
zu bearbeitenden Lagerfläche folgen können, ohne daß eine
Unwucht des Armes durch die Wirkungen hervorgerufen wird, die
sich dadurch ergeben, daß die Masse des Armes durch das zu
bearbeitende Werkstück 1 bei dessen Drehung angetrieben wird.
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Das Auswuchten des Schwenkarms 7 der Vorrichtung gemäß der
Erfindung erfolgt in allen Stellungen über die konstante
Ausgleichwirkung des Druckylinders 10 auf den Schwenkarm 7.
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Das Auswuchten des Schwenkarms 7 durch den Hubzylinder 10 in
Verbindung mit der isostatischen Klemmung der drei Druckstücke
13, 16a, 16b über die beiden gekuppelten Klemmbacken 14a, 14b
gewährleistet eine gleichmäßige und steuerbare Klemmkraft der
drei Druckstücke auf die zu bearbeitende Lagerfläche.