DE69012361T2 - Grössenkontrollschuh für eine Feinstbearbeitungsmaschine. - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung
• Die Erfindung bezieht sich auf die Metall-Oberflächenbearbeitung und insbesondere auf verbesserte Einrichtungen für die Mikrofeinbearbeitung von Metallflächen unter Verwendunng von Meßtechniken während des Prozesses und für das Halten und Führen von Mikrofeinbearbeitungsschuhen.
• Zahlreiche Typen maschinenbaulicher Bauteile erfordern eine sorgfältig kontrollierte Oberflächengüte, um sich zufriedenstellend zu verhalten. Beispielsweise ist eine Steuerung der Oberflächengüte, auch als Mikrofeinbearbeitung bekannt, besonders bedeutsam in Verbindung mit der maschinellen Bearbeitung von Gleitlager- und Nockenoberflächen, wie man solche bei Kurbelwellen, Nockenwellen, Kraftübertragungswellen usw. von Verbrennungskraftmaschinen findet. Für Gleitlager werden sehr genau ausgebildete Oberflächen benötigt, um für den gewünschten hydrodynamischen Lagereffekt zu sorgen, welcher sich ergibt, wenn Schmiermittel unter Druck zwischen den Lagerzapfen und die diesen gegenüberliegenden Lagerflächen gepreßt wird. Nicht einwandfrei fertigbearbeitete Lagerflächen können zu einem vorzeitigen Lagerausfall führen und können auch die Belastbarkeit des Lagers begrenzen.
• Gegenwärtig gibt es einen Bedarf für eine genauere Kontrolle von Gleitlagerflächen durch die Hersteller von Verbrennungskraftmaschinen als Ergebnis größerer Forderungen an die Standfestigkeit, höhere Maschinen-Betriebsdrehzahlen (insbesondere bei Automobilen), der größeren Lagerbelastung, die durch den erhöhten Gütegrad von Maschinengrundkörpern entsteht und des Wunschs der Hersteller, Qualitätsprodukte von "Weltklasse" zu liefern.
• Nennenswerte Verbesserungen bei der Technik der Mikrofeinbearbeitung von Gleitlagerflächen sind durch den Inhaber der vorliegenden Anmeldung, die Industrial Metal Products Corporation (im Nachstehenden "IMPCO" genannt) gemacht worden. IMPCO hat eine neue Generation einer Mikrofeinbearbeitungsausrüstung und eines solchen Verfahrens produziert, das als "GBQ" bezeichnet wird (eine Abkürzung für "Generating Bearing Qualität" und eine Handelsmarke von IMPCO). Die Maschinen haben Mikrofeinbearbeitungsschuhe, welche um den Wellenzapfen herum gespannt sind, mit starren Einsätzen, die eine schleifende, darauf aufgetragene Schicht gegen die Lagerfläche drücken. Die GBQ-Maschinen und das entsprechende Verfahren werden von US-A-4,682,444 erfaßt, welches die Grundlage für den Teil des bisherigen Standes der Technik von Anspruch 1 bildet. Es hat sich herausgestellt, daß die neue Generation von IMPCO-Maschinen und -Verfahren eine ausgezeichnete Qualität der mikrofeinbearbeiteten Oberfläche liefern und auch die Fähigkeit haben, geometrische Unvollkommenheiten bei den Lagerflächen zu korrigieren, welche durch Schleifprozesse erzeugt werden, die der Mikrofeinbearbeitung vorausgehen.
• Die Spezifikation ist auf eine weitere Verbesserung bei Mikrofeinbearbeitungsmaschinen gerichtet, bei welchen Meßeinrichtungen während des Prozesses verwendet werden. Entsprechend dieser Erfindung sind, wie in Anspruch 1 definiert, Größenkontroll- Meßschuhe vorgesehen, welche bei Gebrauch den Durchmesser der Lagerzapfenfläche kontinuierlich messen. Der Größenkontrollschuh wird in Verbindung mit einem Mikrofeinbearbeitungsschuh an einer Lagerzapfenfläche verwendet, so daß dann, wenn das Werkstück bezogen auf die Schuhe gedreht wird, was bewirkt, daß die schleifende Schicht Material entfernt, der Größenkontrollschuh kontinuierlich den Zapfendurchmesser mißt. Die Durchmesserinformation wird benutzt, um das Materialentfernen zu stoppen, wenn der gewünschte Durchmesser erreicht ist. Ein Werkstück, das eine Anzahl von Lagerzapfenflächen hat, wie beispielsweise die Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors mit mehreren Zylindern, hätte vorzugsweise einzelne Sätze an Größenkontroll- und Mikrofeinbearbeitungsschuh-Baueinheiten, die bei jedem Lagerzapfen gleichzeitig angreifen. Wenn der Größenkontrollschuh ein Ausgangssignal liefert, das kennzeichnend für einen gewünschten Durchmesser für jenen Lagerzapfen ist, dann wird der Druck, der durch dem Mikrofeinbearbeitungsschuh gegen die schleifende Schicht an jenem Lagerzapfen ausgeübt wird, weggenommen, während die Bearbeitung bei den anderen solange fortgesetzt wird, bis der richtige Durchmesser für jeden Lagerzapfen erreicht ist.
• Meßeinrichtungen für diesen Anwendungszweck müssen genau und haltbar und in der Lage sein, ein nennenswertes "Taumeln" des Werkstücks während der Drehung aufzunehmen, das durch eine Exzentrizität und/oder einen unrunden Zustand des Zapfens verursacht wird. Um den Gebrauch zu erleichtern, würde ein Meßgerät für eine Verwendung im Prozeß vorzugsweise an konventionellen Halterungen für den Mikrofeinbearbeitungsschuh befestigt und auf diese Weise einfache Nachrüstungsanwendungen erleichtern. Außerdem darf die Einrichtung beim Messen von Lagerzapfen an Kurbelwellen nicht über die axialen Enden des Zapfens vorstehen, wo eine Behinderung der Kurbelwelle auftreten würde.
• Zahlreiche Typen von in den Prozeß eingeschalteten Meßeinrichtungen für den Werkstückdurchmesser sind entsprechend dem bisherigen Stand der Technik bekannt. Beispielsweise wurden schon verschiedene optische Techniken in der Vergangenheit für meßtechnische Anwendungen benutzt. Diese Einrichtungen sind jedoch nicht gut für einen Einsatz bei der Mikrofeinbearbeitung geeignet, weil sie Problemen bezüglich der Zuverlässigkeit und der Genauigkeit infolge der harten Arbeitsbedingungen unterliegen, da sie intensiven Schwingungen, hohen Temperaturen und einer Verunreinigung durch Schneidflüssigkeiten, Schleifstaub usw. ausgesetzt sind. Aus diesen Gründen sind mechanische Kontaktlehren am besten für Anwendungen bei der Mikrofeinbearbeitung des vorstehend beschriebenen Typs geeignet. Da nun viele Durchmesserlehren mit dem Werkstück an zwei diametral gegenüberliegenden Punkten in Berührung stehen, wäre eine konstruktive Herangehensweise, ein Lehrenpaar für das Feststellen der Lage jeder Kontaktsonde bezogen auf die Tragkonstruktion zu verwenden und deren Ausgangssignale zu verwenden, um den Werkstückdurchmesser zu berechnen. Solche Systeme werden jedoch nicht begünstigt, da ja die Verwendung von zwei gesonderten Meßeinrichtungen Veranlassung zu Verbundfehlern, hohen Kosten und Kompliziertheit usw. gibt.
• Ein spezielles Beispiel für ein solches bisheriges Meßgerät unter Verwendung eines Paars individueller Lehren wird in GB-A-2 161 101 veranschaulicht, welches so betrachtet werden kann, daß für einen Meßklotz gesorgt wird, der ein Positionierungsmittel zur Anlage am Werkstück hat, um den Meßklotz relativ zum Werkstück zu positionieren, wobei das Positionierungsmittel in Anlage an das Lagerzapfenwerkstück an in Umfangsrichtung beabstandeten Punkten bringbar ist, um es dem Meßklotz zu erleichtern, in Anlage an dem Lagerzapfen bei relativer Drehung des Lagerzapfens zu bleiben, wobei erste und zweite Meßspitzen nachgiebig zum Andruck an dem Werkstück an diametral gegenüberliegenden Punkten vorgespannt sind, und Meßmittel aufweist, um ein Maß für den Durchmesser des Werkstückes in Reaktion auf die Bewegung der Meßspitzen zu erhalten. Diese bisherige Einrichtung ist nicht für eine Verwendung bei der hohen Genauigkeit vorgesehen, die bei einer Mikrofeinbearbeitungsmaschine erforderlich ist, sondern ist für eine Schleif- oder Fräsmaschine vorgesehen, bei der Ungenauigkeiten infolge der langen Tastarmhalterung von Meßspitzen unwesentlich wären. Sie erfordert auch das Bereitstellen von zwei gesonderten Meßgeräten, eines für jede Sonde, mit den Nachteilen, auf die schon verwiesen worden ist. Die vorliegende Erfindung sorgt für eine Meßspitze, die an einem Tastarm angebracht ist, der von einem nachgiebigen Mittel getragen wird, um eine Verschiebung der Meßspitze und der Lehre in der Richtung einer Durchmessermessung zu ermöglichen, so daß das Meßmittel direkt als Reaktion auf eine Bewegung des Tastarms funktioniert, wodurch ein einziges Signal, das kennzeichnend für den zu messenden Durchmesser ist, als direkte Reaktion der relativen Bewegung der Meßspitzen in der Richtung der Durchmessermessung abgefühlt wird.
• Eine Werkzeugausrüstung für die Mikrofeinbearbeitung, wie jene, die vorstehend beschrieben worden ist, ist an einer Mikrofeinbearbeitungsmaschine montiert, welche die Werkzeuge in Kontakt mit der Oberfläche des Werkstücks bringt, den gewünschten Druck auf die Werkzeugausrüstung ausübt und bei vielen Anwendungen gestattet, daß die Werkzeugausrüstung einer Orbitalbahn des Werkstück-Lagerzapfens während der Mikrofeinbearbeitung folgt. Gegenwärtig verfügbare Mikrofeinbearbeitungsmaschinen führen diese Funktionen auf akzeptable Weise durch, haben aber den Nachteil, daß, um der Orbitalbahn einer Werkstückoberfläche zu folgen, wie beispielsweise den Pleuelzapfen der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, sie speziell für diese Werkstückgestalt eingerichtet werden müssen und einen bedeutenden Arbeitsaufwand erfordern, damit die Maschine bei anderen Werkstücken mit anderer Gestalt benutzt werden kann. Demgemäß ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für eine Mikrofeinbearbeitungsmaschine zu sorgen, welche für ein breites Ausmaß an Flexibilität sorgt und zu ermöglichen, daß sie bei Werkstücken sich ändernder Gestalt ohne umfassende Nacharbeit verwendet werden kann.
• In der folgenden Beschreibung sind mehrere Ausführungsformen von Größenkontrollschuhen vorgesehen, welche ein Gehäuse haben, das einen oder mehrere Tastarme trägt, wobei jeder eine Meßspitze hat, welche mit dem Lagerzapfen in Berührung kommt. Bei einer Ausführungsform ist ein Paar Tastarme an dem Gehäuse mit Hilfe von Kragarm-Federn montiert. Eine Meßeinrichtung mißt die Differenz in der Position zwischen den beiden Tastarmen und liefert folglich ein Ausgangssignal, das sich auf den Werkstückdurchmesser bezieht. Die Tragkonstruktion hat ein Paar über den Umfang angeordnete voneinander getrennte Positionierungsunterlagen, welche mit der Zapfenfläche in Berührung kommen und die Meßfühler ordnungsgemäß am Durchmesser des Werkstücks positionieren. Die Erfinder haben festgestellt, daß ein optimaler Kontaktwinkelbereich für die Positionierungs-Unterlagen gegenüber der Werkstück-Lagerzapfenfläche besteht. Wenn der eingeschlossene Kontaktwinkel oberhalb dieses Bereichs liegt, dann wird der Größenkontrollschuh nicht in der gewünschten Position gehalten, wenn der Druck gegen das Werkstück weggenommen wird, was auftritt, wenn einmal ein gewünschter Zapfendurchmesser erreicht ist. Bei einer alternativen Ausführungsform wird ein einziger Tastarm verwendet und ist ein Teil der Meßeinrichtung direkt an einer Meßspitze montiert.
• Die Tragkonstruktion der Größenkontrollschuhe, wie sie bei dieser Erfindung verwendet wird, kann an einer konventionellen Mikrofeinbearbeitungsschuhaufhängung montiert sein, wodurch ein Umarbeiten einer bestehenden Ausrüstung minimiert wird.
• Ein bevorzugtes Meßmittel für eine Verwendung bei den Größenkontrollschuhen entsprechend dieser Erfindung ist eine Meßeinrichtung in Form eines Luftstrahls, bei welcher Druckluft durch eine öffnung ausgestoßen wird und gegen eine Oberfläche prallt, welche je nach der relativen Stellung der Tastarme eine variable Entfernung von der Öffnung hat. Luftdruck durch die Öffnung steht mit der Spaltentfernung zwischen der Öffnung und dem Stopfen in Beziehung. Luftstrahlsysteme sind von sich aus resistent gegen eine Verschmutzung, da ja ein beständiger Strom reiner Luft durch die Einrichtung geblasen wird. Darüberhinaus stehen solche Einrichtungen leicht zur Verfügung und sind nicht teuer. Mehrere Ausführungsformen dieser Erfindung beinhalten Meßeinrichtungen in elektrischer Säulenform, welche gegenwärtig auch als Lagerware zur Verfügung stehen.
• Ein weiteres Merkmal dieser Erfindung ist eine sogenannte "schablonenlose" Maschine für eine Verwendung mit Werkzeugen für die Mikrofeinbearbeitung. Wenn beispielsweise die Pleuellagerzapfen einer Kurbelwelle mikrofeinbearbeitet werden, dann muß der Mikrofeinbearbeitungsschuh der exzentrischen Bahn des Zapfens folgen, da typischerweise die Kurbelwelle um ihre Hauptlagerzapfen gedreht wird. Bei konventionellen Mikrofeinbearbeitungsmaschinen für Kurbelwellen werden interne Kurbelwellen, die zur Gestalt der bearbeiteten Kurbelwellen passen, benutzt, um die Mikrofeinbearbeitungsschuhe so zu führen, daß sie der exzentrischen Bahn der Pleuellagerzapfen genau folgen. Bei den schablonenlosen Maschinen, die diese Erfindung nutzen, können die Mikrofeinbearbeitungsschuhe für die Pleuellagerzapfen der Bahn des Pleuellagerzapfens der Kurbelwelle frei folgen und machen folglich die Maschine leicht an Kurbelwellen unterschiedlicher Gestalt ohne Umarbeiten der Maschine anpaßbar. Wenn der gewünschte Durchmesser einmal erreicht ist, wie er von der Größenkontroll- Meßeinrichtung gemessen wurde, dann wird der Druck, der gegen den Mikrofeinbearbeitungsschuh ausgeübt wird, reduziert, um den Bearbeitungseffekt zu stoppen, während die Schuhe weiter in Eingriff mit dem Werkstück gehalten werden, so daß sie dessen exzentrischer Bahn folgen können. Schablonenlose Mikrofeinbearbeitungsmaschinen sind schon vorher durch den Antragsteller hergestellt worden. Obwohl solche Maschinen generell die vorstehend genannten Merkmale liefern, wurden die Mikrofeinbearbeitungsschuhe nicht starr in einer eingestellten Stellung gehalten, wenn die Mikrofeinbarbeitungsschuhe einmal geöffnet wurden. Bei diesen Maschinen könnten Schwingungen oder andere eingeleitete Kräfte bewirken, daß sich die Mikrofeinbearbeitungsschuhe aus ihrer Lage verschieben, so daß sie bei einem weiteren Werkstück für eine andere Bearbeitungsoperation nicht mehr ordnungsgemäß im Eingriff wären. Die schablonenlose Maschine sorgt für ein Mittel, um die Bewegung der Führungsarme, welche die Mikrofeinbearbeitungsschuhe tragen, zwischen den Bearbeitungszyklen fest zu begrenzen.
• Zusätzliche nützliche Dinge und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden jenen, die mit der Technik vertraut sind, auf welche sich diese Erfindung bezieht, aus der anschließenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen und den beigefügten Ansprüchen offensichtlich, welche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen vorgenommen werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht durch ein Lagerzapfen-Werkstück, welche einen Größenkontrollschuh entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt, wobei ein Seitendeckel entfernt ist, welcher in Verbindung mit einem Mikrofeinbearbeitungsschuh verwendet wird.
• Fig. 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die speziell die Konstruktion des in Fig. 1 gezeigten Größenkontrollschuhs zeigt.
• Fig. 3 ist eine Draufsicht in der Richtung der Pfeile 3 - 3 von Fig. 2.
• Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 4 - 4 von Fig. 2.
• Fig. 5A ist eine weggeschnittene vergrößerte Querschnittsansicht entlang der Linie 5 - 5 von Fig. 2, die speziell die Luftstrahl- Meßeinheit zeigt.
• Fig. 5B ist eine Ansicht ähnlich der von Fig. 5A, welche aber die relative Verschiebung der beiden Tastarme zeigt, die veranschaulicht, daß eine solche Verschiebung eine Änderung im Luftspalt der Meßeinrichtung erzeugt.
• Fig. 6 ist eine auseinandergezogene bildliche Ansicht des Größenkontrollschuhs der ersten Ausführungsform dieser Erfindung.
• Fig. 7 ist eine Seitenansicht des Größenkontrollschuhs entsprechend einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche für Durchmessermessungen an zwei axial verschobenen Stellen entlang einer Zapfenfläche sorgt und ein Meßgerät mit elektrischer Säule verwendet.
• Fig. 8 ist eine Draufsicht auf den in Fig. 7 gezeigten Größenkontrollschuh.
• Fig. 9 ist eine Endansicht auf den in Fig. 7 gezeigten Größenkontrollschuh.
• Fig. 10 bis 12 sind Seitenansichten einer Mikrofeinbearbeitungsmaschine in "schablonenloser" Ausführung, welche in Verbindung mit den Größenkontrollschuhen dieser Erfindung verwendet werden kann.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
• Unter Verweis auf Fig. 1 wird ein Größenkontrollschuh entsprechend einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung gezeigt, der generell mit Bezugszeichen 10 gekennzeichnet ist. Der Größenkontrollschuh 10 wird in Funktion bei der Messung des Durchmessers des Werkstückzapfens 12 gezeigt, welcher gleichzeitig durch den Mikrofeinbearbeitungsschuh 14 bearbeitet wird. In Übereinstimmung mit den Lehren des vorher auf den Antragsteller ausgestellten US-A-4,682,444 verwendet der Mikrofeinbearbeitungsschuh 14 mehrere starre Einsätze 16, welche eine schleifende aufgetragene Schicht 18 gegen den Lagerzapfen 12 drücken, was bewirkt, daß dessen Oberfläche mikrofeinbearbeitet wird und geometrische Fehler korrigiert werden. Sowohl der Größenkontrollschuh 10, als auch der Mikrofeinbearbeitungsschuh 14 sind auf Tragarmen 20 montiert, welche bewirken, daß sie während der Mikrofeinbearbeitungsoperation um den Zapfen 12 herum gespannt werden und ermöglichen, daß sie zwecks Entfernen und Einsetzen des Werkstücks davon getrennt werden. Während der Benutzung des in Fig. 1 gezeigten Mechanismus' wird der Zapfen 12 bezogen auf die Schuhe 10 und 14 gedreht, was ein Abtragen von Material entlang seiner Außenseite bewirkt. Die Schuhe 10 und 14 werden auch entlang von Zapfen 12 vorgeschoben, um ein erwünschtes Kreuzschliff-Rillenschema in der Oberfläche des Teils zu erzeugen. Wenn einmal ein entsprechendes Signal durch den Größenkontrollschuh 10 ausgegegeben wird, das anzeigt, daß das Teil auf den erwünschten Durchmesser reduziert worden ist, dann trennen sich die Tragarme 20 geringfügig, um den Druck wegzunehmen, der auf der Schicht 18 gegen das Werkstück ausgeübt wird, oder sie werden ausreichend getrennt, um ein Beschicken mit und ein Abnehmen von Teilen zu gestatten (üblicherweise nur dann, wenn die Werkstückdrehung gestoppt ist).
• Einzelheiten der Bestandteile des Größenkontrollschuhs 10 werden am besten unter speziellem Verweis auf Fig. 2 bis 6 beschrieben. Der Meßklotz 22 ist die Tragkonstruktion für die restlichen Elemente der Meßeinrichtung und hat eine halbkreisförmige Mittelfläche 24, welche das Werkstück aufnimmt. Ein Paar über den Umfang voneinander getrennte Positionierungs-Unterlagen 26 sind an dem Klotz 22 entlang der Oberfläche 24 montiert und stehen in direktem Kontakt mit dem Werkstückzapfen 12, um den Größenkontrollschuh 10 in der Art und Weise konventioneller "V"-Meßklötze zu positionieren. Die Positionierungs-Unterlagen 26 werden vorzugsweise aus einem harten und verschleißbeständigen Material, wie beispielsweise Wolframkarbid, hergestellt. Der Klotz 22 hat ein Paar fluchtender Blindbohrungen 28, welche ermöglichen, daß der Schuh durch Stifte 30 gehalten wird, die von der Schuhaufhängung 32 getragen werden. Die Stifte 30 ermöglichen, daß sich Größenkontrollschuh 10 geringfügig schwenkt, um sich selbst mit dem Zapfen 12 auszurichten. Der Meßklotz 22 hat weiterhin eine halbkreisförmige Nut 34, welche ein Paar Tastarme 36 und 38 aufnimmt. Der äußere Tastarm 36 hat eine Meßspitze 40, die aus einem harten Material hergestellt ist, welche direkt in Kontakt mit dem Werkstückzapfen 12 steht. In ähnlicher Weise weist der innere Tastarm 38 die Meßspitze 42 auf, welche mit dem Werkstückzapfen 12 an einem Punkt in Eingriff kommt, der dem Kontaktpunkt von Meßspitze 40 diametral gegenüberliegt.
• Der äußere und der innere Tastarm 36 und 38 sind jeweils mit dem Meßklotz 22 durch ein Paar gesonderter Haltestützen 44 gekoppelt. Die Haltestützen sind aus Federstahl hergestellt und sorgen folglich für eine Kragarm-Federwirkung. Die Haltestützen 44 sind an dem Meßklotz 22 innerhalb von Bohrungen 46 befestigt, welche einen vergrößerten Teil 47 haben und werden durch Madenschrauben 48 in dem unteren Ende 49 der Bohrung mit kleinerem Durchmesser festgehalten. Das entgegengesetzte Ende der Haltestützen 44 wird von Bohrungen 50 innerhalb der Tastarme aufgenommen und durch Madenschrauben 52 festgehalten. Da nun jeder Tastarm 36 und 38 durch ein Paar gesonderter Haltestützen 44 gehalten wird, können sie sich seitlich in der Richtung der Durchmessermessung von Zapfen 12 verschieben, während sie gegenüber einer vertikalen Bewegung infolge der Knick- und Zugfestigkeit der Stützen festgehalten werden. Die inneren Bauelemente des Größenkontrollschuhs 10 werden von einem Seitendeckel 70, der durch Deckelschrauben 72 an Ort und Stelle gehalten wird und durch einen oberen Deckel 74, der durch Schrauben 76 an Ort und Stelle gehalten wird, umschlossen.
• In Übereinstimmung mit einem Hauptmerkmal dieser Erfindung wird eine einzige Meßvorrichtung benutzt, um die Differenz bei der Positionierung der Tastarme 36 und 38 zu messen und dadurch ein Durchmessermaß zu liefern. Ein Beispiel für eine Meßeinrichtungs-Baueinheit, welche ein solches Maß liefert, ist eine Luftstrahl-Meßbaueinheit 54, welche speziell in Fig. 5A und 5B gezeigt wird. Der äußere Tastarm 36 besitzt eine Endplatte 56, die eine mit Gewinde versehene Bohrung 58 hat, welche das Luftstrahlrohr 59 aufnimmt, das eine Öffnung 60 hat. Der innere Tastarm 38 hat seinerseits eine Bohrung 62, welche einen mit Gewinde versehenen Stopfen 64 aufnimmt. Stopfen 64 liegt direkt Öffnung 60 gegenüber und ist von der Öffnung durch einen kleinen Spaltabstand getrennt. Verschiedene Luftspaltabstände sind durch die Dimensionen "a" in Fig. 5A und "b" in Fig. 5B gekennzeichnet und ändern sich mit dem Durchmesser des Werkstücks. Fig. 5A veranschaulicht einen repräsentativen Anfangszustand für ein Werkstück vor der maschinellen Bearbeitung. Wenn sich während der Bearbeitung der Durchmesser verringert, wie in Fig. 5B gekennzeichnet, dann verschieben sich die Tastarme in der Richtung der Pfeile, um den Trennabstand zwischen Stopfen 64 und Öffnung 60 zu verringern. Wenn eine solche Abnahme beim Spaltabstand auftritt, dann steigt der Druck der Luft, die durch das Rohr 59 geblasen wird, an, was durch entsprechende fernbetätigte Meßinstrumente in Übereinstimmung mit allgemein bekannten Prinzipien registriert wird. Wenn einmal ein vorbestimmter Druck gemessen wird, der anzeigt, daß der gewünschte Durchmesser erreicht ist, dann wird die Bearbeitungsoperation gestoppt. Ein Größenkontrollschuh, der in Übereinstimmung mit dem Vorstehenden durch diese Erfinder hergestellt worden ist, lieferte eine Durchmesser-Meßgenauigkeit im Bereich von 2,5 um.
• Infolge der Verwendung von Stützen 44 für das Haltern der Tastarme 36 und 38 wird ein radiales Herauslaufen der Oberfläche als Folge einer Exzentrizität und/oder einer Unrundheit abgefangen, wenn eine Drehung erfolgt, ohne die Durchmesser-Meßgenauigkeit zu beeinflussen. Wenn sich die Werkstück-Zapfen-Oberfläche in der Richtung von Durchmessermessungen verschiebt, dann können sich die Tastarme 36 und 38 verschieben und mit dem Werkstück in Eingriff bleiben. Wenn keine Durchmesseränderung auftritt, dann wird keine Differenz bei der Position zwischen den Armen festgestellt, trotz der Taumelbewegung. Die Haltestützen 44 sind absichtlich so positioniert, daß eine Kontaktkraft auf die Meßstifte 40 und 42 gegen das Werkstück ausgeübt wird.
• Jetzt wird unter Verweis auf Fig. 7 bis 9 eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Bauteile von Schuh 110, die mit jenen von Schuh 10 identisch sind, sind durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Der Größenkontrollschuh 110 verwendet ein Paar individueller Größenkontroll-Meßeinrichtungen 112 und 114, welche es ermöglichen, Durchmesser an axial verschobenen Stellen zu messen. Solche Messungen ermöglichen eine verbesserte Kontrolle über Zapfenformen, um solche Abweichungen der Zapfengeometrie, wie beispielsweise ein Verjüngen, zu kontrollieren. Der Größenkontrollschuh 110 weicht auch in mehreren verschiedenen anderen Beziehungen von dem vorstehend beschriebenen ab. Insbesondere ist das bei dieser Ausführungsform verwendete Meßgerät ein elektrischer Wandler und verwendet jede Größenkontroll-Meßeinrichtung einen einzigen Tastarm.
• Da nun jede Meßeinrichtung 112 und 114 von Schuh 110 miteinander identisch ist, wird nur die Meßeinrichtung 112 im Detail beschrieben. Die Meßeinrichtung 112 besitzt, wie die vorherigen Ausführungsformen, einen einzigen Tastarm 116, welcher an einem Gehäuse 120 durch Haltestützen 44 befestigt ist. Eine Gruppe von vier Stiften 124 wird benutzt, um die Stütze 44 zu montieren, und der Deckel 26 umschließt sie nach dem Installieren. In ähnlicher Weise werden vier Stifte 124 benutzt, um den oberen Teil der Haltestützen 44 innerhalb von Bohrungen im Tastarm 116 zu lagern. Für diese Ausführungsform wird ein elektrischer Wandler 128 als Meßeinrichtung benutzt, der einen Körperteil 130 und einen biegsamen Arm 132 hat. Der Wandler 128 liefert ein Ausgangssignal als Reaktion auf den Auslenkungsgrad von Arm 132 bezogen auf den Körper 130. Für diese Ausführungsform ist der Tastarm 116, welcher die Meßspitze 136 trägt, mit dem Körper 130 der Meßeinrichtung verbunden. Die Meßspitze 134 ist am Wandlerarm 132 mit Hilfe von Kniestück 138 verbunden.
• In Funktion arbeiten die Größenkontrollschuh-Meßeinrichtungen 112 und 114 insofern in einer ähnlichen Art und Weise, wie bei Größenkontrollschuh 10, als beide Meßspitzen 134 und 136 seitlich ausschwenken können, während die Meßeinrichtung ein Ausgangssignal liefert, das auf ihre Differenz beim Positionieren als Durchmessermaß bezogen ist. Der Tastarm 116 wird von einem Paar gesonderter Federarme 44 getragen, was es zuläßt, daß der Arm in der Richtung von Durchmessermessungen ausschwenkt, aber starr bezogen auf vertikale Belastungen bleibt, wie sie beispielsweise durch den Reibungskontakt zwischen den Meßspitzen und dem Werkstück aufgebracht werden.
• Im Verlauf der Entwicklung der vorliegenden Erfindung haben die Erfinder festgestellt, daß es bei vielen Anwendungen notwendig war, für eine ordnungsgemäße Lage der Positionierungs-Unterlagen 26 bezogen auf die Oberfläche des Werkstücks zu sorgen. Wie in Fig.2 und 7 gezeigt, wird ein durch den Buchstaben "C" bezeichneter Winkel durch die Kontaktstelle der Positionierungs-Unterlagen 26 mit dem Werkstück bezogen auf eine vertikale Linie gebildet. Wenn verursacht wird, daß die Linien, die die Tangente an das Werkstück bei beiden Positionierungs-Unterlagen 26 bilden, sich schneiden, dann wird ein insgesamt eingeschlossener Winkel gleich dem Zweifachen von "C" hergestellt. Wenn der eingeschlossene Winkel übermäßig groß ist, dann tendiert der Größenkontrollschuh dazu, von Werkstückzapfen 12 wegzurutschen, insbesondere dann, wenn die Werkzeugausrüstung bei der "schablonenlosen" Mikrofeinbearbeitungsmaschine, wie sie nachstehend beschrieben wird, benutzt wird, bei welcher Druck von der Werkzeugausrüstung weggenommen wird, wenn einmal ein gewünschter Durchmesser erreicht ist. Wenn der Winkel "C" auf weniger als 45º herabgesetzt wird (einen eingeschlossenen Winkel von 90º), dann kommen die Positionierungs-Unterlagen 26 mit dem Werkstück in einer solchen Art und Weise in Eingriff, die dazu tendiert, daß der Größenkontrollschuh in der gewünschten Stellung bezogen auf das Werkstück gehalten wird. Bei manchen Anwendungen kann, wenn Winkel "C" übermäßig klein wird, d.h. kleiner als 20 Grad, ein Blockierwinkelzustand auftreten, welcher es schwierig macht, den Schuh vom Werkstückzapfen 12 nach dem Bearbeiten zu entfernen. Die Erfinder haben festgestellt, daß ein Winkel "C" von 25 Grad (ein eingeschlossener Winkel von 50 Grad) für viele Anwendungen optimal ist.
• Jetzt wird unter speziellem Verweis auf Fig. 10 bis 12 eine Mikrofeinbearbeitungsmaschine 180 gezeigt, welche in Verbindung mit irgendeiner der vorstehenden Ausführungsformen für Größenkontrollschuhe und Mikrofeinbearbeitungsschuhe verwendet werden kann. Die Mikrofeinbearbeitungsmaschine 180 ist ein sogenannter "schablonenloser" Typ, welcher es gestattet, daß die Größenkontroll- und Mikrofeinbearbeitungsschuhe der Orbitalbewegung einer Zapfenoberfläche, wie beispielsweise den Pleuelzapfen einer Kurbelwelle, folgen. Die Mikrofeinbearbeitungsmaschine 180 weist einen oberen und einen unteren Tragarm 182 und 184 auf, welche ihrerseits die Mikrofeinbearbeitungs- und Größenkontrollschuhe in der gezeigten Form tragen. Es wird gezeigt, daß die Mikrofeinbearbeitungsschicht 18 durch den Mikrofeinbearbeitungsschuh 14 verläuft. Die Tragarme 182 und 184 sind um Stifte 186 in Tragstab 190 schwenkbar. Ein Hydraulikzylinder 188 wirkt auf die Tragarme, um zu bewirken, daß sie das Werkstück einspannen oder nicht einspannen (in Fig. 10 bis 12 eingespannt gezeigt). Der Klotz 192 ist an Stab 190 mit Hilfe von Stift 194 befestigt, wodurch er schwenken kann. Der Stab 190 greift in die Stange 196 über die Schwenkverbindung 198 ein.
• Das Stützgehäuse 200 definiert einen Kanal für eine axiale und eine Schwenkbewegung der Stützarme 182 und 184 und weist eine Platte 202 auf, die einen länglichen rechteckigen Schlitz 204 hat, in welchem der Klotz 192 wandert. Die Stange 206 ist mit dem Klotz 192 verbunden und stellt eine Verbindung zu dem Zylinder 208 her. Stangenbremsen 210 und 212 sind für die Stangen 196 beziehungsweise 212 vorgesehen.
• Die fortschreitende Folge von Fig. 10 bis 12 zeigt die Mikrofeinbearbeitungsmaschine 180 in Betrieb. Wie bekannt, wird die Werkstückfläche 12 exzentrisch um den Drehmittelpunkt des Werkstücks 214 exzentrisch gedreht, wobei ein Spanndruck durch den Zylinder 188 aufgebracht wird. Die Stützarme 182 und 184 folgen der Bewegung der Werkstückfläche, wenn es gedreht wird. Während dieses Prozesses ändert sich die Winkelstellung der Stützarme 182 und 184 und die axiale Stellung von Klotz 192 innerhalb von Schlitz 204. Der Zylinder 208 ist vorgesehen, 50 daß eine pneumatische Anhebkraft aufgebracht werden kann, welche zumindest teilweise der Schwerkraft entgegenwirkt, die auf die beweglichen Bauteile wirkt und folglich die Einheit im wesentlichen "gewichtslos" oder neutral macht und folglich deren Fähigkeit, der Bewegung der Werkstückfläche ohne unerwünschte äußere Kräfte zu folgen. Während der Mikrofeinbearbeitungsoperationen mit den Größenkontrollschuhen, wie sie vorstehend beschrieben sind, wird der Spanndruck, der durch den Zylinder 188 aufgebracht wird, weggenommen, wenn einmal der gewünschte Werkstückdurchmesser erreicht ist. Die Werkzeugausrüstung wird jedoch in Eingriff mit dem Werkstück gehalten, um eine durch Kollision erfolgte Schädigung bei der Werkzeugausrüstung zu verhüten, welche auftreten würde, wenn die Stützarme 182 und 184 geöffnet werden, während sich das Werkstück noch bewegt. Die Stangenbremsen 210 und 212 sind vorgesehen, so daß dann, wenn eine Drehung des Werkstücks einmal gestoppt ist und der Zylinder 188 betätigt wird, um das Werkstück zu lösen, die Schuhe festgehalten werden, um mit einem anderen Werkstück in Eingriff zu kommen. Die Stangenbremse 210 steuert die Winkelstellung der Stützarme 182 und 184, während die Stangenbremse 212 die vertikale Positionierung steuert.

Claims (15)

1. Feinbearbeitungsmaschine zum Feinbearbeiten einer äußeren zylindrischen Wellenlagerfläche eines Arbeitsstückes (12), mit Feinbearbeitungsschuhen (14) zum Andrücken einer schleifmittelbeschichteten Schicht (18) gegen einen Bereich des Umfangs der Lagerfläche, Mitteln zum Drehen des Arbeitsstückes (12) um eine Drehachse, wodurch eine Drehung der Lagerfläche gegenüber den Schuhen (14) bewirkt wird, Einspannmitteln (20), um eine Schließkraft auf die Feinbearbeitungsschuhe (14) gegen die Lagerfläche auszuüben und dadurch Materialabtrag von der Lagerfläche zu bewirken, wobei die Einspannmittel (20) die Schuhe in die Lage versetzen, der Lagerfläche des Arbeitsstückes (12) während dessen Drehung zu folgen und in Kontakt damit zu bleiben, dadurch gekennzeichnet, daß ein Größenkontrollschuh (10) vorgesehen ist, der dazu ausgelegt ist, durch die Einspannmittel (20) gespannt zu werden, damit er gegen die Lagerflaäche gedrückt wird, um den Durchmesser der Lagerfläche abzumessen, daß Steuermittel vorgesehen sind, um die Einspannmittel (20) abzustellen, wenn ein vorgegebener Durchmesser der Lagerfläche erreicht ist, was durch den Gräßenkontrollschuh (10) nachgewiesen wird, und daß der Größenkontrollschuh (10) einen Meßklotz (22) mit Positionierungsmitteln (26) zur Anlage am Arbeitsstück, wn den Meßklotz (22) relativ zum Wellenlager zu positionieren, wobei die Positionierungsmittel (26) in Anlage an das wellenlager an in Umfangsrichtung beabstandeten Punkten bringbar ist, um es dem Neßklotz (22) zu erleichtern, in Anlage an dem Wellenlager bei relativer Drehung des wellenlagers zu bleiben, Meßspitzen (40, 42), die von dem Meßklotz (22) getragen werden und nachgiebig zum Andruck an dem Arbeitsstück (12) an diametral gegenüberliegenden Positionen vorgespannt sind, und Meßmittel (54) aufweist, um ein Maß für den Durchmesser des Arbeitsstückes (12) in Reaktion auf die relative Bewegung der Meßspitzen (40, 42) zu erhalten, wobei wenigstens eine (42) der Meßspitzen auf einem jeweiligen Tastarm (38) angebracht ist, welcher von jeweiligen nachgiebigen Mitteln (44) getragen wird, die eine Verschiebung der Meßspitze (42), um sich in Richtung der Durchmessermessung vorzubewegen gestatten, wobei die Meßmittel (54) dazu betreibbar sind, ein Signal zu geben, das die relative Bewegung der Meßspitzen und daher den zu messenden Durchmesser anzeigt.

2. Maschine nach Anspruch 1, wobei erste und zweite Tastarme (36, 38) vorgesehen sind, von denen jeder eine daran angebrachte Meßspitze (40, 42) aufweist und jeder an jeweiligen nachgiebigen Mitteln (44) angebracht ist.

3. Maschine nach Anspruch 2, wobei der erste Tastarm (38) fest mit der ersten Meßspitze (42) verbunden ist und dazu ausgelegt ist, das Arbeitsstück (12) teilweise zu umschreiben, und durch die ersten nachgiebigen Mittel (44) an dem Meßkffiotz (22) befestigt ist.

4. Maschine nach Anspruch 3, wobei der zweite Tastarm (36) fest mit der zweiten Meßspitze (40) verbunden ist, wodurch die Tastarme (40, 42) im wesentlichen übereinander liegen, wobei der Meßklotz (22) und die Tastarme (40, 42) dazu ausglegt sind, das Arbeitsstück teilweise zu umschreiben.

5. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Befestigungsmittel (30) vorgesehen sind, die den Meßklotz (22) an einem Schuhaufhänger (32) der Feinbearbeitungsmaschine befestigen.

6. Maschine nach Anspruch 5, wobei die Befestigungsmittel Stiftmittel (30) aufweisen, um den Meßklotz (22) mit einem der Schuhaufhänger (32) zu verbinden und gleichzeitig eine relative Drehung zwischen dem Größenkontrollschuh (10) und dem Aufhänger (32) zu ermöglichen.

7. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eines oder beide der ersten und zweiten nachgiebigen Mittel ein Paar von beabstandeten Auslegerfedern (44) aufweist, die eine Verschiebung von wenigstens einer der Meßspitzen (40, 42) in Richtung der Durchmessermessung ermöglicht und in Richtung tangential zu dem Arbeitsstück (12) an dem Kontakt punkt von der Meßspitze (40, 42) an dem Arbeitsstück (12) größere Festigkeit aufweist.

8. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Meßmittel (54) eine Luftdüsen-Meßanordnung aufweisen mit einer Luftöffnung (60), die mit einer (42) der Meßspitzen verbunden ist, und einer Luftsperrfläche (64), die mit der anderen (40) der Meßspitzen verbunden ist, so daß Änderungen im Durchmesser des Arbeitsstückes (12) Änderungen im Abstand (9) zwischen der Öffnung (60) und der Luftsperrfläche (64) bewirken, wodurch eine veränderliche Beschränkung des Luftstroms durch die Öffnung (60) bewirkt wird.

9. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Meßmittel ein elektronisches Meßinstrument (128) aufweisen.

10. Maschine nach Anspruch 9, wobei das elektronische Meßinstrument einen Körper (130), welcher an einer der Meßspitzen angebracht ist, und einen Arm (132) aufweist, der mit der anderen der Meßspitzen verbunden ist.

11. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die weiterhin dritte und vierte Meßspitzen zum Berühren des Arbeitstückes (110) an diametral gegenüberliegenden Positionen, axial versetzt (bei 112, 114) entlang der Wellenlagerfläche des Werkstücks gegenüber den Kontakpunkten der ersten und zweiten Meßspitzen (134, 136) aufweist.

12. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Positionierungsmittel Positionierungs-Unterlagen (26) aufweisen, die das Arbeitsstück (10) berühren, um einen eingeschlossenen Winkel zwischen Tangentenlinien durch die Unterlagen an ihren Berührungspunkten mit dem Arbeitsstück von weniger als 90º zu bilden.

13. Maschine nach Anspruch 12, wobei der eingeschlossene Winkel 50º ist.

14. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lagerfläche koaxial mit der Drehachse des Arbeitsstückes (10) ist.

15. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Lagerfläche gegenüber der Drehachse des Arbeitsstückes (12) ist und dadurch die Drehachse umkreist, wenn das Arbeitsstück (10) exzentrisch gedreht wird.