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Verfahren und Vorrichtung bzw. Werkzeugmaschine zur exakten Herstellung
von umrunden Profilen, insbesondere Nocken an Nockenwellen od. dgl. Den Gegenstand
der Erfindung bildet ein Verfahren und eine Vorrichtung bzw. Werkzeugmaschine zur
exakten Herstellung von umrunden Profilen, insbesondere Nocken an Nockenwellen od:.
d'gl., welche sich von den bekannten derartigen Verfahren bzw. Vorrichtungen in
vielfacher Beziehung vorteilhaft unterscheidet.
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Man hat Nocken an Nockenwellen bisher durch Schleifmaschinen hergestellt,
die nach dem sogenannten Kopierverfahren arbeiten, d. h. daß das formgebende Organ
genau die Form des fertigen und herzustellenden Nockens aufweisen muß, und d:aß
eine Kopiervorrichtung diese Urform .des Nockens auf die Bewegung des Werkstückes
überträgt, wie .dies sonst bei anderen Kopierverfahren üblich ist. Nachteilig ist
dabei aber, daß bereits bei einer ganz geringen Abnutzung des Werkzeuges, also :der
Schleifscheibe bei Schleifmaschinen, der herzustellende Nocken eine andere als die
beabsichtigte Form erhält, was auf den Steuervorgang, der ,dann durch einen solchen
fehlerhaften Nocken veranlaßt wird, sich sehr ungünstig auswirkt. Wird eine solche
Nockenwelle z. B: für eine Brennkraftmaschine verwendet, dann ergibt sich ein ganz
falsches Diagramm des Steuervorganges und damit ein schlechtes Arbeiten der Bren.nkraftmasch.ine.
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Es ist nun erkannt worden, daß die Bewegung der Massen beim reinen
Kopierverfahren, bei dem also das Werkstück samt dem Spindelstock und ,dem Reitstock
eine schwingende Bewegung vollführt,
einer Verbesserung ,des Verfahrens
im Wege steht. Es liegt daher vor allem im Sinne der vorliegenden Erfindung, :das
Werkstück einer an Ort drehenden Bewegung zu unterziehen und dem Werkzeug neben,der
für das Schleifen notwendigen Rotationsbewegung eine die äußere Formgebung vermittelnde
schwingende Bewegung zu erteilen. Erfindungsgemäß wird, dadurch erreicht, daß das
Werkstück durch das Werkzeug ständig in der Kurvennormalen bearbeitet wird. Diese
Bearbeitung in der Kurvennormalen erfolgt nach Gesichtspunkten, welche vorerst kurz
erläutert werden sollen. Diese Erläuterung ist für das Verständnis der Erfindung
notwendig.
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Hierbei zeigen die Fig. i, 2, 3 und q. vier Stellungen der Schleifscheibe
relativ zu. dem zu: bearbeitenden Werkstück, nämlich in diesem Falle den Nocken,
welcher hergestellt werden soll. In der Fig. i fällt die Nockenhauptachse a mit
dem Durchmesser b der Schleifscheibe e zusammen, d. h. die beiden Mittel d und e,
von Nocken und Schleifscheibe liegen in einer Horizontalen. Die aus den beiden Achsen
a und b bestehende Kurvennormale fällt in -die Mittel d und e. Bei
einer Bewegung :des Nockens im Gegensinne zum Uhrzeiger bewegt sich ,das Mittel
e der Schleifscheibe in der Horizontalen zum Nocken und hebt sich. zugleich in die
Lage e', so daß die Kurvennormale n' die gezeichnete Lage einnimmt. Demnach ist
der Punkt e' ein erzeugen-,der Punkt der später noch gezeigten Bewegungsbahn dieses
Mitteils: und aller Punkte der Schleifscheibe, also einer sogenannten Relativbahn
R (Feg. 5), die so heißt, weil sie die relative Bewegung oder Bahn der Schleifscheibe
zur Nockenflanke :darstellt. Dabei schließt in der gezeigten Fig. 2 die Achse a
des Nockens N einen Winkel von 45' mit der Horizontalen H ein. Bei einer
weiteren Bewegurig -des Nockens N im Gegensinn zum Uhrzeiger bewegt sich die Süahleifscheihe
c zur Verbindungslinie der Mittel d und e zurück und weiter zum Nocken hin, bis
:diese die Stellung gemäß Fig. 3 eingenommen hat. Damit sind das Mittel e und das
Werkzeug, die Schleifischeibe, in die Ausgangsstellung gemäß Fig. i zurückgegangen.
Es folgt nun die Bearbeitung :des, !halbkreisförmigen Begrenzungsbogens des Nockens
N, während welcher Bearbeitung das Werkzeug, die Schleifscheibe, am Ort stillsteht
und der Nocken aus der Stellung gemäß Fig.3 eine Drehung um weitere i8oP vollführt.
In dieser Stellung steht der Nocken in der spiegelbildlichen Stellung zur Feg. 3,
so daß ,der halbkreisförmige Begrenzungsbogen nunmehr sich bezüglich der Fig. 3
oben befindet. Von dieser Stellung aus erfolgt die weitere Bearbeitung des Nockens
über die willkürlich herausgegriffene Stellung nach Fig. q.. In diesem Falle hat
sich das Werkzeug, die Schleifscheibe, nach abwärts- bewegt und damit auch :die
Kurvennormale W, :die durch den augenblicklichen Berührungspunkt am Nockenumfang
und das Mittel e der Schleifscheibe geht. Schließlich erreichen Werkzeug und Werkstück
wieder die Ausgangsstellung gemäß Fig. i, von welcher an sich das Spiel wiederholt.
Man erkennt daraus., daß Idas Werkstück, also der zu schleifende Nocken, eine konstante
Winkelgeschwindigkeit haben muß, und -daß die Schleifscheibenmitte in die zu jeder
Stellung des Werkstückes zugehörende exakte Kurvennormale gebracht wird. Dadurch
wird also das Schleifen in der Kurvennormale erzielt.
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In einer bereits vorgeschlagenen, aber noch nicht bekannten Weise
wird. das Organ, das. dieser genannten. Bewegnug entspricht, in einen Urnocken für
:die horizontale Bewegungskomponente und in einen zweiten Urnocken für die vertikale
Bewegungskomponente zerlegt, welche zusammen und zweckmäßig auf derselben Achse
aufgekeilt, in bestimmter und immer gleichbleibender Stellung zueinander die Steuerbewegung
vollführen. Die Form der Urnocken kann auf Grund der gegebenen Daten der herzustellenden
Nocken an den Nockenwellen bzw. auf Grund; der Form der unrunden Profile konstruiert
werden und erzwingt dann das herzustellende Profil unabhängig von der Größe und
Abnutzung der Schleifscheibe.
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Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, aber noch nicht bekannt"duroh
ein bestimmtes Getriebe die Bewegung des Urnockenpaares auf die Schleifscheibe dadurch
zu übertragen, d:aß man die Schleifscheibe samt dem Antrieb in einem so;genannten
Gehäuseblock lagert und diesem samt Schleifscheibe und Motor dazu die schwingende
Bewegung erteilt. Da sowohl :diese genannten Teile als auch das :dabei notwendige
Getriebe ein sehr wesentliches Gewicht aufweisen, so .ergibt sich der Nachteil,
daß durch -die Größe der bewegten Massen :die höchstmögliche Schwingungszahl des
Schleifbockes und damit die Leistung der Werkzeugmaschine gegeben ist. Diese Schwingungszahl
ist begrenzt. Außerdem aber beansprucht die Größe ,der schwingenden Massen @die
Konstruktion der Werkzeugrnasehineüber :das sonst notwendige Maß; es wird ferner
durch :die zufolge des Antriebes gegebene Form der Urnocken auch die Zahl der möglichen
Noekenformen des Werkstückes, allgemein die Zahl der Unrundproflle begrenzt. - All
dies hat nun auf Grund neuer Überlegungen zu der im folgenden beschriebenen, erfindungsgemäßen
Ausgestaltung einer Nockenschleifmaschine mit den einfachsten Mitteln geführt.
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Das wesentliche ,Kenn.zeiehen des Verfahrens bestecht .nun darin,
@daß das Werkstück bei. im vorstehenden erläuterter, konstanter Winkelgeschwindigkeit
ständig einem Bearbeitungsprozeß in der Kurvennormalen unterworfen wird.
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Das wesentliche Kennzeichen zur Durchführung des, genannten Verfahrens
besteht nun darin, daß :die Stellung des, Werkzeuges in die Kurvennormale ,durch
ein rein mechanisches Getriebe erzwungen wird.
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Im Rahmen dieser Getriebeanordnung sind gemäß einer besonderen Ausführung
der Erfindung zwei Ur- oder Standardnocken vorgesehen, die zur Erzwingung der Bearbeitung
des Werkstückes in der Kurvennormalen ausschließlich über einfache Tas.tarme auf
das Werkzeug einwirken.
In der weiteren Ausgestaltung der Erfindung
ist nun, weiter wesentlich, @daß zwischen Aden beiden Urnocken, und dem Werkzeug
ein Lenkergetniebe vorgesehen ist, :das die aus :einer horizontalen und einer vertikalen
Steuerung (bestehenden Bewegungen der Urnocken als Resultierende auf :das Werkzeug
überträgt. Dieses Lenkergetriebe besteht aus zwei kinematisch ineinandergreifenden
Lenkern. Nach einer Ausführungsform :des Gegenstandes der Erfindung besteht der
eine Tastarm für die vertikale Komponente der Bewegung aus einem rollenbewehrten
Fühler, der ständig durch Gewichtsbelastung auf dem Urnocken für die Vertikalbewegung
:des Werkzeuges aufliegt und einen Teil eines einarmigen Hebels oder :einen Ansatz
eines solchen bildet, welcher an seinem freien Ende einen Pendelhebel mit dem 'Werkzeug
trägt. Ein weiteres Kennzeichen der Erfindung besteht noch darin, :daß den zweiten
Tastarm das freie Ende des Pendelhebels selbst bildet, welches freie Ende als Rollenfühler
gegen eine Flanke eines Steuerschiebers z. B. durch Fe:derwirku:ng anliegt, welch
letzterer von dem die Horizontalkomponente der Gesamtbewegung steuernden Urnocken
allein in der Horizontalen bewegt wird.
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Damit ist es im Sinne weiterer Ausgestaltung der Erfindung möglich,
:den Motor aus den bewegten Massen auszuschalten, jegliche zusätzlichen Teile, wie
das Gehäuse und einen besonderen Schwingbock us.w. aus der Teilnahme an der schwingenden
Bewegung auszuschließen und in weiterer Ausgestaltung der Erfindung den Antrieb
so auszugestalten, :daß dieser Antrieb :des Werkzeuges, also der Schleifscheibe,
über :die Mittel der Gelenke des einarmigen Hebels und des Pendelhebels erfolgt,
indem der Antriebsmotor im Mittel des festen Anlenkpunktes :des einarmigen Hebels
vorgesehen ist, dessen Riemenscheibe über eine im Gelenk des Pendelhebels am einarmigen
Hebel gelagerte Riemenscheibe -und von :dieser ein Riementrieb zu der Riemenscheibe
an der Lagerung des 'Werkzeuges, also der Schleifscheibe, die Kraft überträgt.
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Durch :den. Wegfall der überflüssigen, bewegten Massen gemäß :den
vorstehenden Ausführungen kann nun die Werkzeugmaschine besonders einfach gebaut
werden, aber :darüber hinaus ergibt sich noch der Vorteil, für das Schleifen einer
Nockenwelle Einheiten in im folgenden beschriebener Art an ein und :derselben Werkzeugmaschine
anzuordnen, welche einfach, paarig auf :derselben Seite oder gegenüberliegend zur
Nockenwelle arbeiten können. Die Gefahr von Maschinenbrüchen zufolge von kritischen
Schwingungen oder Interferenzerscheinungen ist damit ausgeschaltet. Die Mehrfachanordnung
ergibt nicht nur eine wesentliche Einsparung an Bearbeitungszeit, sondern :darüber
hinaus auch eine wesentliche Erhöhung der Herstellungsgenauigkeit. Auf diese letztgenannte
aber kommt es im neuzeitlichen Motorenbau besonders an.
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Die Zeichnung zeigt eine beispielsweise Ausführungsform :des Gegenstandes
der Erfindung, und zwar stellt die Fig. 6 das Prinzip der neuen Ausgestaltung
der Vorrichtung im Schema dar, während die. Fig. 7 eine Ansicht der neuen Werkzeugmaschine
von vorn und -die Fig. 8 eine Draufsicht, die Fig. g eine Seitenansicht :derselben,
teilweise im Schnitt, veranschaulicht. Die Fig. io zeigt eine Drauf si.cht auf eine
neue Werkzeugmaschine gemäß der Erfindung mit Vierfachanordnung :der Schleifeinheiten.
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Wie aus der Fig. 6 hervorgeht, sind auf einer Welle im Mittel M zwei
Urnocken, i und 2, gelagert, deren einer Urnocken i zur Erzwingung der horizontalen
Bewegungskomponente des Werkzeuges, nämlich der Schleifscheibe 3 dient, während
der andere, 2, zur Erzwingung der vertikalen Bewegungskomponente :dient. In einem
feststehenden Gelenk q. ist nun ein einarmiger Hebel 5 gelagert, der ,dadurch eine
Bewegung vollführen kann, die nur in vertikalen Ausschlägen sich zu. äußern. vermag.
An dem freien Ende :dieses einarmigen Hebels 5 ist bei 6 ein Pendelhebel? gelagert,
der an seinem unteren freien Ende bei 8 das'Werkzeug, nämlich die: Schleifscheibe
3, trägt.
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Nun weist der Hebel 5 einen Ansatz io auf, der mit einer kleinen.
Rolle i i versehen ist, welche durch :die Gewichtsbelastung der Vorrichtung ständig
auf :dem Umfang des Urnockens 2 aufliegt und damit :die exzentrischen Einzelstellungen
dieses Umfanges des Urnockens 2 abtastet und diese Bewegung .dem Hebel 5 und damit
:dem Pendelhebel 7 mitteilt.
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Der zweite Urnocken i steuert nun mit ihrem Umfang einen Arm 12 eines
Schiebers 13, dessen zweiter Arm 14 in :den Bereich einer Rolle v5 reicht, so zwar,
:daß :die Rolle 15 ständig gegen den genannten Arm 14 anliegt. Dieses -zwangsläufige
Anliegen der Rolle an dem Arm wird durch eine Einrichtung erzielt, die aus einer
Feder 16 besteht, welche einen Endes. an :dem Fortsatz 17 :des Pendels 7- und anderen
Endes an dem Festpunkt: 18 angebracht ist. Mit i9 ist :das zu schleifende Werkstück
bezeichnet, das durch die Schleifscheibe 3 bearbeitet wird.
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Wie bereits ausgeführt, ist nun, das Antriebsorgan, besser gesagt
:das Antriebssystem, aus dem Schwingungssystem herausgenommen, und zwar :dadurch,
daß der Motor 2:a ,an :den Gelenkpunkt d. verlegt ist und dort eine Riemenscheibe
21 antreibt, welche durch einen Riementrieb @die Kraftübertragung auf eine Riemenscheibe
22 im Gelenk 6 und von dieser :durch einen Riementrieb auf :die Riemenscheibe z3!
im Lager 8 zur Einwirkung bringt. Der Schieber 13 ist in der Führung 2q. des Maschinenbettes
25 geführt.
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Aus dieser prinzipiellen Anordnung und erfindungsgemäßen Vorrichtung
ergibt sich nun ein sehr einfacher und Material sparender Aufbau der Werkzewgmaschi:ne
:gemäß den Fig. 7, 8 und g. In dem feststehenden. Gehäuse 30 ist nun
:die genannte Vorrichtung vorgesehen. Die Hebel 31 und 32 dienen zum Ein- und Ausschalten
und zum Geschwindigkeitswechsel des Antriebes der Schleifvorrichtung, während das
Werkstück, eine Nockenwelle 3:3 mi:b den: Nocken 3q., zwischen Sp:indelisto:cl<
3 5
und Reitstock 35a eingespannt ist. Die Handräder 36 und 37 dienen
zur Verstellung der Werkstücklagerung von und zum Werkzeug und zur Verstellung parallel
zu diesem. In dem Spindelstock -3@5 ist auch noch der Synchronantrieb -für die Bewegung
der Nockenwelle vorgesehen. Der Antrieb des Urnockens i und 2 erfolgt durch einen
Synchronmotor in Abhängigkeit von der Umdrehung des Werkstückes.
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Die Verstellung der Meisternocken oder Urnocken i und 2 erfolgt durch
einen Verstellantrieb durch das Handrad 39.
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In der Fig. 1o ist .~_'-n eine Mehrfachanordnung mit vereinfachter
Steuerung gezeigt, und zwar in Draufsicht.
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Es muß hier vor allem festgestellt werden, daß der einfache Aufbau
der erfindungsgemäßen Vorrichtung den Zusammenhau oder die Erstellung einer Einheit
ermöglicht, welche aus dem Schleifwerkzeug und seiner Lagerung, aus den Tasthebeln
und den Standard- oder Urnocken, und aus dem Antrieb für das Werkzeug und für die
Urnocken besteht. Diese Einheiten können nun an Werkzeugmaschinen der vorliegenden
Art in einfacher, mehrfacher, nebeneinanderliegender oder einander gegenüberliegender
Anordnung vorgesehen werden.
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Mit 4o ist dabei der Fundamentrahmen der Werkzeugmaschine bezeichnet,
auf welchem sich wieder der bekannte Spindelstock 41 und. der Reitstock 42 befinden
und darauf verstellbarsind. Zwischen diesen ist das Werkstück, eine Nockenwelle
mit zwölf Nocken, eingespannt, die von beiden Seiten .aus, durch z. B. vier Einheiten
44, 45 und 46, 47 bearbeitet wird. Diese Einheiten sind auf Ansätzen 48 und 49,
paarweise vorgesehen und .in der Längsrichtung der Werkzeugmaschine begrenzt verschiebbar.
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Für je ein Paar von Einheiten jeder Seite, z. B. 44, 45 einerseits
und 46, 47 andererseits, ist ein Handrad So vorgesehen, das der Verstellung der
Urnockenwelle einerseits und der Einstellung der jeweils zur Wirkung kommenden Urnocken
andererseits dient. Ferner sind jeder Einheit je ein Hebel 52 für das Ein- und-
Ausschalten der Schleifvorrichtung und ein Hebel 53 für den Geschwindigkeitswechsel
zugeordnet. .
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Es sind ferner Handräder 54 vorgesehen, je eines an jeder Seite des
Werkzeugmaschinentisches für die paarweise Verstellung der Einheiten vom und zum
Werkstück und weiter je ein solches Handrad 55 für die Verschiebung der beiden Einheitenpaare
parallel zur Achse des Werkstückes. Schließlich ist noch je ein Handrad 56 vorgesehen,
um den Tisch, auf welchem das Werkstück aufgespannt ist, in der Längsachse verschieben
zu können.
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Mit dem genannten Aggregat, welches auch als einpaarige -Einheit ausgebildet
sein kann, können also die Nocken bei einer Viernockenwelle auf einmal, bei einer
Achtnockenwelle in zwei Arbeitsgängen und bei einer Zwölfnockenwelle in. drei Arbeitsgängen
geschliffen werden.
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Der Gegenstand der Erfindung ist, wie bereits kurz angedeutet worden
ist, nicht auf die Herstellung von Nocken an Nockenwellen eingeschränkt. Wenn nämlich
die beiden Standard- oder Urnocken, welche für die horizontale und die vertikale
Bewegurig der Schleifscheibe Verwendung finden, derart ausgebildet werden, daß das
Werkstück unter der Voraussetzung einer konstanten Winkelgeschwindigkeit desselben
in der Kurvennormalen bearbeitet wird, dann ist es auch ohne weiteres möglich, mit
,dergleichen Werkzeugmaschine urirunde Körper herzustellen, z. B. Dreieckprofile
bekannter Art, wobei wieder ein Urnockenpaar anderer Form zur Wirkung gelangt. Dabei
kommen Exzenter zur Wirkung, von, denen der eine die horizontale Bewegung des Werkzeuges
steuert und der andere mit der z. B. dreifachen Exzentrizität wie der erstgenannte
die vertikale Bewegung erzwingt. Es kann aber auch nach :demselben Prinzip ein beliebiges
Vieleck erzeugt werden.
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Ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, sollen die technischen
Äquivalente zu den einzelnen technischen Details als unter,die Erfindung fallend
angesehen werden.