DE69608291T2

DE69608291T2 - Mess-und regelgerät für die bearbeitung von umlaufenden zylindrischen werkstücken

Info

Publication number: DE69608291T2
Application number: DE69608291T
Authority: DE
Inventors: Xavier Esteve
Original assignee: Etamic SA
Current assignee: Etamic SA
Priority date: 1995-10-06
Filing date: 1996-10-03
Publication date: 2001-01-04
Anticipated expiration: 2016-10-04
Also published as: EP0853527A1; WO1997013614A1; AU7219996A; US6088924A; ATE192683T1; DE69608291D1; EP0853527B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im wesentlichen, jedoch nicht ausschließlich, die Dimensionsprüfung des Durchmessers der Kurbelzapfen von Kurbelwellen während des Schleifens derselben.
Eine Vorrichtung, die eine derartige Prüfung ermöglicht, ist insbesondere aus dem Dokument FR 2 567 058 bekannt. Die Mittel, die hier zum Einsatz kommen, weisen dabei jedoch in der Anwendung, bei der die von der Maschine benötigte Arbeitszeit ein wesentlicher Faktor hinsichtlich der Gestehungskosten der gefertigten Stücke ist, schwerwiegende Nachteile auf. Schließlich ist es bei der bekannten Vorrichtung nötig, die sich drehende Kurbelwelle anzuhalten, um den zu prüfenden Kurbelzapfen mit der Prüfvorrichtung manuell in Kontakt zu bringen. Und selbst wenn dieser Kontakt zwischen der Prüfvorrichtung und dem Kurbelzapfen und ebenso das Lösen des Kontaktes dieser Elemente nun automatisch durchgeführt würde, so wäre es noch immer nötig, die Drehbewegung dieser Kurbelwelle in einer bestimmten Winkelstellung anzuhalten. Somit bringt diese Vorrichtung einen Produktivitätsverlust beim Schleifen von Kurbelzapfen mit sich.
Um insbesondere dieses Problem zu beheben, beschreibt das Dokument WO-A- 97112724 (der Stand der Technik gemäß Artikel 54 (3) EPÜ) eine Schleifmaschine für ein zylindrisches Werkstück, das zu einer umlaufenden Bewegung um eine Achse angetrieben wird, mit einem drehbaren Werkzeug in Form einer Scheibe, dessen Schmalseite mit dem Werkstück zusammenwirkt und das entlang einer zur obengenannten Achse querlaufenden Richtung bewegbar ist, und mit einer Meßvorrichtung und/oder einer Vorrichtung zum Prüfen des Durchmessers des Werkstücks, die über einen Meßkopf verfügt, der an einem Träger befestigt ist, wobei dieser Träger mit einem Organ zu seiner Auflage auf der Außenfläche des Werkstücks ausgestattet ist und relativ zu einem Rahmen beweglich montiert ist, um der umlaufenden Bewegung des Werkstücks folgen zu können, und wobei dieser Rahmen für eine mit der Bewegung des Werkzeugs synchrone Bewegung wiederum selbst in Querrichtung zur Achse beweglich montiert ist.
Bei der Erfindung ist der Meßkopf ferner an dem Träger zwischen einer Arbeitsposition und einer Ruheposition schwenkbar gelagert.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden im Folgenden anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es wird Bezug genommen auf die angefügten Zeichnungen. Darin zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen, mit einem Schleifwerkzeug verbundenen Meßvorrichtung;
Fig. 2 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles F in der Fig. 1;
Fig. 3 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsvariante der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung;
Fig. 4 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In den wie folgt beschriebenen Beispielen, wird die Erfindung zum Schleifen eines Kurbelzapfens 2 einer Kurbelwelle mittels einer Schleifscheibe 1 eingesetzt, wobei die Drehachse der Kurbelwelle in den Figuren mit dem Bezugszeichen 3 versehen wurde. Die Drehachse 3 der Kurbelwelle ist an dem nicht dargestellten Rahmen der Maschine befestigt, wobei der Kurbelzapfen 2 um diese Achse 3 eine umlaufende Bewegung beschreibt, die anhand des vom Mittelpunkt des Kurbelzapfens beschriebenen Kreises 4 dargestellt ist.
Die Schleifscheibe 1 hingegen ist drehbar um eine Achse 5 montiert, die von einem Schlitten 6 getragen wird, der wiederum eine Hin- und Herbewegung AB senkrecht zur Achse 3 ausführt. Die Winkelstellung des Kurbelzapfens 2 relativ zur Achse 3 und die Anordnung der Achse 5 relativ zur Achse 3 werden gemäß einem bestimmten Schleifprogramm gesteuert.
Die Prüfung des Durchmessermaßes des Kurbelzapfens wird auf bekannte Weise von einem Meßkopf 7 vorgenommen, der am äußeren Ende einer Gabel (7a) Meßfühler aufweist, die es ermöglichen, ein dem Durchmesser des Kurbelzapfens 2 entsprechendes Signal zu abzugeben. Dieser Meßkopf ist an sich bekannt und auf dem Markt erhältlich.
Die Erfindung betrifft die Haltevorrichtung dieses Meßkopfes und soll dazu dienen, bei der Bearbeitung des Kurbelzapfens 2 ein möglichst einfaches Einsetzen und Außerbetriebnehmen zu ermöglichen. Diese Vorrichtung ist in den Figuren im allgemeinen mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. In den Fig. 1 und 2 umfaßt sie vor allem ein mit dem die Schleifscheibe tragenden Schlitten 6 formschlüssig verbundenes Befestigungsteil 11, an dem ein Rahmen 12 in Form eines Hebels anhand von Gelenken bewegbar gehalten ist. Der Rahmen 12 ist relativ zu dem Befestigungsteil 11 um eine Achse 13 schwenkbar, wobei seine Winkelstellung um diese Achse mit einem Betätigungszylinder 14 gekoppelt ist, der wiederum am Element 15 mit dem Befestigungsteil 11 gelenkig verbunden ist.
Der Rahmen 12 in Form eines Hebels weist an seinem dem mit 13 bezeichneten Gelenk gegenüberliegenden Ende eine weitere Gelenkachse 16 für ein Führungselement 17 auf. Dieses Führungselement führt gleitend eine Stange 18, deren Querschnitt vorzugsweise nicht kreisförmig ausgebildet ist, und dadurch ein Mittel darstellt, das die Drehung der Stange relativ zur Führung um seine Längsachse verhindert. Eine nicht dargestellte, gleichwertige Variante weist zwei parallele Säulen mit kreisförmigen Querschnitten auf, die an ihren Enden miteinander verbunden sind, wobei auch auf diese Weise eine Drehung der in der Führung gleitend geführten Anordnung verhindert wird.
An einem Ende der Stange 18 ist ein Mitnehmer 19 vorgesehen, der sich auskragend oberhalb einer Stange 20 eines von dem Führungselement 17 getragenen Hubzylinders 21 erstreckt. An ihrem unteren Ende und damit jenseits des Führungselementes relativ zum Mitnehmer 19, weist die Stange 18 einen Träger 22 mit einem Auflageorgan 23 auf, das hier zur Herstellung des Kontaktes mit dem Kurbelzapfen 2 V-förmig dargestellt ist, wobei der Träger 22 mittels einer Gelenkachse 24 einen Meßkopf 7 trägt. Ein Hubzylinder 25, der ebenfalls über Gelenke mit dem Träger 22 und dem Meßkopf 7 verbunden ist, ermöglicht das Steuern des Schwenkens dieses Kopfes um seine Achse 24.
Bei der im folgenden beschriebenen Funktionsweise der Vorrichtung wird davon ausgegangen, daß der Rahmen 12 fest steht, d. h. bezüglich einer Drehung um die Achse 13 relativ zum unbeweglichen Organ 11 mittels der Hebevorrichtung 14 blockiert wird. Somit bildet der Rahmen einen auf dem Schlitten 6 ruhenden Träger, an dessen Ende sich die an ihrem unteren Ende mit der Elementengruppe 22 und 7 belastete Stange 18 im wesentlichen vertikal erstreckt und dabei dennoch um die Achse 16 geschwenkt werden kann, wobei die Schwenkamplitude um die Achse 16 durch nicht dargestellte Anschläge begrenzt werden kann.
Im Bezugssystem des Schlittens 6 ist die Bewegung des Kurbelzapfens eine mit dem Pfeil C gekennzeichnete Hin- und Herbewegung. Das obere und das untere Ende dieses Pfeiles C bezeichnen daher einen Umkehrpunkt, auf dessen Höhe die Geschwindigkeit des Kurbelzapfens 2 im Bezugssystem des Schlittens 6 Null wird. Will man nun den vom Kurbelzapfen während der Bearbeitung erreichten Durchmesser prüfen, geht man von einem Zustand der Vorrichtung aus, in dem die Stange 20 des Hubzylinders 21 so weit hervorsteht, daß sie einen Anschlag gegenüber der abwärts gerichteten Verschiebung der Stange 18 in der Führung 17 unter der Wirkung des Gewichtes der Anordnungen 22 und 7 bildet, die mit der Stange 18 im unteren Bereich derselben verbunden sind, wodurch das V-förmige Auflageelement 23 des Trägers 22 einen Abstand vom Kurbelzapfen 2 hat. Ferner ist die Stange des Hubzylinders 25 so weit eingezogen, daß der Meßkopf 7 um die Achse 24 nach oben geschwenkt ist.
Mit dem Hubzylinder 21 steuert man das Absenken dieser Anordnungen 7, 22 bis nahe an die höchste vom Kurbelzapfen 2 erreichte Position. Befindet sich der Kurbelzapfen schließlich in dieser Position, wird der Kontakt zwischen dem Auflageorgan 23 und dem Kurbelzapfen 2 hergestellt, wobei diese Auflage mit einer Geschwindigkeit von Null oder im wesentlichen Null durchgeführt wird, da die Stange 20 nahe dem oberen Umkehrpunkt des Kurbelzapfens komplett eingezogen wird. Die bewegliche Gruppe, die in dem Führungselement 17 gleitet, legt sich somit unter der Wirkung ihres Eigengewichtes mittels des Auflageorgans 23 auf den Kurbelzapfen 2. Damit folgt die Gruppe nun der Bewegung des Kurbelzapfens, was einerseits durch das Gleiten der Stange 18 in der Führung 17, und andererseits, da die Hin- und Herbewegung des Kurbelzapfens nicht ganz geradlinig ist, durch das Gelenk 16 des Führungselements 17 an dem Rahmen 12 ermöglicht wird, welches das Schwingen der Stange 18 ermöglicht. Die Auflage des Organs 23 auf dem Kurbelzapfen 2 kann durch jedes geeignete zwischen dem Führungselement 17 und dem Träger 22 angeordnete Rückholorgan (Feder, Stellzylinder...), wie die in Fig. 1 angedeutete Feder 30, unterstützt werden.
Nachdem der Träger 22 auf dem Kurbelzapfen 2 aufgesetzt wurde, wird durch die Steuerung des Hubzylinders 25 der Meßkopf 7 so geschwenkt, daß das äußere Ende seiner Meßgabel 7a nahe einem Durchmesser des Kurbelzapfens liegt. Sobald das Durchmessermaß erreicht ist, gibt der Meßkopf ein Signal ab, um einerseits die Bearbeitung anzuhalten, und um andererseits den Meßkopf 7 durch Einziehen des Hubzylinders 25 anzuheben, und anschließend, zum Ende der durchgeführten Bearbeitung die gesamte bewegliche Gruppe mittels der Hebevorrichtung 21 anzuheben. Bei Bedarf kann auch die Hebevorrichtung 14 eingezogen werden, um so den Rahmen 12 um die Achse 13 zu schwenken und den Raum nahe der Schleifscheibe 1 vollkommen freizulegen. Somit ist es möglich, zum nächsten Kurbelzapfen der Kurbelwelle überzugehen, indem der die Achse 3 tragende Schlitten bewegt wird, oder, wenn die Bearbeitung der Kurbelzapfen beendet ist, die nächste Kurbelwelle in an sich bekannter Weise einzulegen.
In der in Fig. 3 dargestellten Variante findet man bestimmte der bereits beschriebenen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen wieder. Es ist jedoch festzustellen, daß das Führungselement 17 in diesem Fall fest mit dem Rahmen 12 verbunden ist (in der Darstellung ist es einstückig mit dem Rahmen zu sehen).
Ferner hat der Träger 22 hier keine V-förmige Auflage mehr. Die Auflage dieses Trägers auf dem Kurbelzapfen 2 wird durch eine ebene Fläche 26 an dem unteren Ende dieses Trägers gebildet. Diese Auflage gleitet auf dem Kurbelzapfen 2, wodurch ein leichtes Lösen der Auflage ermöglicht wird. Die Auflagefläche kann auch auf eine einfache Linie reduziert werden, wie beispielsweise die untere Mantellinie einer quer zum Kurbelzapfen 2 verlaufenden und vom Träger 22 gehaltenen Stange.
Es versteht sich, daß die Meßgabel 7a, die mit dieser Auflagefläche in Verbindung ist, nicht konstant gegenüberliegend einem Durchmesser des Kurbelzapfens gehalten wird: es besteht zwischen dem Kurbelzapfen und der Oberfläche 26 und damit auch der Gabel 7a eine relative Horizontalbewegung. Unter Einbeziehung der Geometrie der Vorrichtung und der Ausmaße der unterschiedlichen Elemente ist es möglich, ein Rechenprogramm vorzusehen, das die ermittelten Maße derart korrigiert, daß der Durchmesserwert des Kurbelzapfens stetig verfügbar ist.
Dieses Problem kann auf elegante Weise behoben werden, indem die Vorrichtung derart gesteuert wird, daß in einem mit dem Rahmen 12 verbunden Bezugssystem die vom Mittelpunkt des Kurbelzapfens durchlaufene kreisbogenförmige Linie von der die beiden Meßfühler der Gabel 7a verbindenden vertikalen Achse geschnitten wird. Somit gibt es in der Umlaufbahn des Kurbelzapfens vier dem exakten Durchmessermaß des Kurbelzapfens entsprechende Positionen. Eine Einschränkung dieser vier Positionen auf zwei Positionen erfolgt in dem Fall, daß die die beiden Meßfühler verbindende vertikale Achse die vom Mittelpunkt des Kurbelzapfens gebildete kreisbogenförmige Linie an jedem der Umkehrpunkte des Mittelpunktes schneidet, oder daß die Achse die kreisbogenförmige Linie berührt.
Diese Werte sind umso leichter zu bestimmen, als sie einen Maximalwert aller auf dem entsprechenden Bahnabschnitt abgelesenen Werte darstellen. Wenn sich im Falle von Abnutzung oder Abtragung der Radius der Schleifscheibe um einen derartigen Wert verringert, daß das Risiko besteht, daß die die beiden Meßfühler verbindende vertikale Achse die vom Mittelpunkt des Kurbelzapfens durchlaufende, kreisbogenförmige Linie nicht mehr schneidet, muß eine Anpassung der Gabel 7a relativ zu der gleitend geführten Anordnung vorgenommen werden. In der Praxis sind jedoch häufige Anpassungen nicht nötig, da die eingesetzten Schleifscheiben so gut wie keine Verschleißerscheinungen aufweisen.
Hinsichtlich der Fig. 4 ist zu bemerken, daß diese Ausführungsform sich von der in Fig. 3 dargestellten Variante dadurch unterscheidet, daß hier kein Rahmen 12 mehr vorhanden ist. Dieser wurde durch ein Paar paralleler Schwingarme 31 ersetzt, die über Gelenke zwischen dem Schlitten 11 und dem die Auflagefläche (oder Auflagelinie) 26 haltenden Träger 18, 22 (Stange) angeordnet sind. Der Träger 18, 22 kann sich daher parallel zu sich selbst bewegen, wobei jeder einzelne Punkt des Trägers einen Kreis mit dem Radius L beschreibt, der gleich dem Abstand zwischen Gelenken der Schwingarme ist. Für den Fall, daß die Schwingarme 31 sich parallel zu der Geraden, die die Mittelpunkte 3 und 5 der Figur verbinden, erstrecken, wenn der Mittelpunkt des Kurbelzapfens auf dieser Geraden liegt und falls diese Länge L gleich der Summe des Radius R des Werkzeugs 1 und des Radius r des Kurbelzapfens 2 ist, ist es möglich, ein stetiges Durchmessermaß des Kurbelzapfens zwischen den Meßfühlern der Meßgabel 7a zu erhalten. Eine geringere Länge L als dieser Ausgangswert hingegen würde wie im vorstehend genannten Fall lediglich das Bestimmen von vier exakten Werten pro Umlauf zulassen. Übersteigt jedoch die Länge L diesen Wert, so ist die Bestimmung von zwei Werten pro Umlauf möglich.
Es kann auf jede geeignete Weise eine Einstellungsmöglichkeit zur Steuerung der Länge L vorgesehen werden, um die Vorrichtung somit an die unterschiedlichen Radien R und r anzupassen, die sich ergeben können. Es ist von Vorteil, die aus den Schwingarmen 31, dem Träger 18 und dem Meßkopf 7 bestehende Gruppe an ein Stütz- und Betätigungsorgan 32 befestigbar vorzusehen, um sie von dem Kurbelzapfen abzuheben, wenn der Schleifvorgang auf einem darauffolgenden Kurbelzapfen fortgesetzt werden soll.
In den oben beschriebenen Beispielen ist das Element 11 fest mit dem die Schleifscheibe tragenden Schlitten 6 verbunden. Es sprengt hierbei jedoch nicht den Rahmen der Erfindung, die Befestigung des Elements 11 an einem Organ vorzusehen, das sich zwar von dem die Schleifscheibe tragenden Schlitten unterscheidet, dessen Bewegung jedoch derart gesteuert wird, daß sowohl die Kontakt- als auch die Meßfunktionen in gleichem Maße sichergestellt sind.

Claims

1. Schleifmaschine für ein zylindrisches Werkstück (2), das zu einer umlaufenden Bewegung um eine Achse (3) angeregt wird, mit einem drehbaren Werkzeug (1) in Form einer Scheibe, dessen Schmalseite auf das Werkstück einwirkt und das entlang einer zur obengenannten Achse (3) querlaufenden Richtung bewegbar ist, und mit einer Meßvorrichtung und/oder einer Vorrichtung zum Steuern des Durchmessers des Werkstücks (2), die über einen Meßkopf (7) verfügt, der an einem Träger (18, 22) befestigt ist, wobei dieser Träger zu seiner Auflage auf der Außenfläche des Werkstücks (2) mit einem Organ (23, 26) ausgestattet ist und relativ zu einem Rahmen (12, 31) beweglich montiert ist, um der umlaufenden Bewegung des Werkstücks (2) folgen zu können, wobei dieser Rahmen (12, 31) für eine mit der Bewegung des Werkzeugs (1) synchrone Bewegung wiederum selbst in Querrichtung zur Achse beweglich montiert ist, wobei der Meßkopf (7) an dem Träger (18, 22) zwischen einer Arbeitsposition und einer Ruheposition schwenkbar gelagert ist und eine Hebevorrichtung (25) vorgesehen ist, durch die der Meßkopf zwischen diesen beiden Positionen bewegt und in jeweils der einen oder der anderen dieser Positionen gehalten wird.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Organ (23) durch seine Auflage auf dem Werkstück (2) entlang zweier Mantellinien des Werkstücks (2) auf dieses einwirkt, und der Träger (18, 22) in einem Führungselement (17) verschiebbar gelagert ist, wobei dieses wiederum selbst schwenkbar (16) auf dem Rahmen (12) montiert ist.

3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Organ (26) durch seine Auflage auf dem Werkstück (2) auf höchstens einer Mantellinie des Werkstücks (2) auf dieses einwirkt, und der Träger bewegbar in einem unbeweglichen Führungsglied des Rahmens montiert ist.

4. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auflageorgan (26) auf höchstens einer Mantellinie des Werkstücks (2) aufliegt, und der Rahmen in Form zweier Schwingarme (31) vorhanden ist, die über Gelenke beweglich am Träger (18) und an einer relativ zum Werkzeug unbeweglichen Struktur (11) befestigt sind, wodurch der Rahmen mit diesen ein bewegliches Parallelogramm ausbildet.

5. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (L) zwischen Gelenken der Schwingarme gleich der Summe der Radien des Schleifwerkzeugs (R) und des zylindrischen Werkstücks (r) ist.

6. Maschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge zwischen Gelenken der Schwingarme einstellbar ist.

7. Maschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (18, 22) von einer Stange (18) gebildet wird, an deren unterem Ende das Auflageorgan (23) und der Meßkopf (7) im wesentlichen vertikal befestigt sind, wohingegen das andere Ende dieser Stange (18) oberhalb des Führungselementes (17) oder der Führung mit einem Mitnehmer (19) versehen ist, der mit der Stange (20) einer Hebevorrichtung (21) zum Anheben des Trägers zusammenwirkt, der wiederum an dem Rahmen oder dem Führungselement befestigt ist.

8. Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerstange (18) die Form eines Zylinders aufweist, dessen Querschnitt nicht kreisförmig ist.

9. Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange aus zwei parallel verlaufenden, zylindrischen Säulen besteht.