EP0212338A2 - Verfahren zum spanabhebenden Bearbeiten der Oberfläche eines Nockens - Google Patents

Verfahren zum spanabhebenden Bearbeiten der Oberfläche eines Nockens Download PDF

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EP0212338A2
EP0212338A2 EP86110285A EP86110285A EP0212338A2 EP 0212338 A2 EP0212338 A2 EP 0212338A2 EP 86110285 A EP86110285 A EP 86110285A EP 86110285 A EP86110285 A EP 86110285A EP 0212338 A2 EP0212338 A2 EP 0212338A2
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EP
European Patent Office
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contour
point
axis
target contour
machining
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EP86110285A
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EP0212338A3 (en
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Horst Josef Dr. Ing. Wedeniwski
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Fortuna Werke Maschinenfabrik GmbH
Original Assignee
Fortuna Werke Maschinenfabrik GmbH
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    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B19/00Single-purpose machines or devices for particular grinding operations not covered by any other main group
    • B24B19/08Single-purpose machines or devices for particular grinding operations not covered by any other main group for grinding non-circular cross-sections, e.g. shafts of elliptical or polygonal cross-section
    • B24B19/12Single-purpose machines or devices for particular grinding operations not covered by any other main group for grinding non-circular cross-sections, e.g. shafts of elliptical or polygonal cross-section for grinding cams or camshafts
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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    • Y10T409/00Gear cutting, milling, or planing
    • Y10T409/30Milling
    • Y10T409/30084Milling with regulation of operation by templet, card, or other replaceable information supply
    • Y10T409/301176Reproducing means
    • Y10T409/301624Duplicating means
    • Y10T409/30168Duplicating means with means for operation without manual intervention
    • Y10T409/30224Duplicating means with means for operation without manual intervention and provision for circumferential relative movement of cutter and work
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T409/00Gear cutting, milling, or planing
    • Y10T409/30Milling
    • Y10T409/303752Process
    • Y10T409/303808Process including infeeding
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T82/00Turning
    • Y10T82/13Pattern section

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for machining a surface of profiles with a contour deviating from a circular shape, in which, starting from a raw contour, the profile is passed through Removal of the surface is provided with a target contour by moving a processing tool and the profile relative to one another such that, on the one hand, a section of the processing tool that is in engagement on the surface is guided along the contour in web operation, and on the other hand in the feed operation by the surface distance between the raw contour and Target contour is delivered.
  • Such methods are known, they are used, for example, to grind cams from camshafts.
  • the camshaft is rotatably arranged about a fixed axis, and a grinding wheel is rotatably mounted about an axis parallel to the camshaft axis.
  • the distance between the grinding wheel axis and the camshaft axis is changed with the camshaft rotating slowly in such a way that the surface section of the grinding wheel which is in engagement in each case removes the surface of the cam in such a way that the desired target contour is finally created.
  • the distance between the axes must be varied in such a way that a certain infeed of the grinding wheel takes place, i.e. an approximation to the cam to be machined by the amount of the distance from the raw dimension to the target dimension. This part of the distance variation is referred to as "delivery operation".
  • the known methods which usually use numerically controlled processing machines, provide for simultaneous execution of rail operations and delivery operations.
  • next point to be approached is continuously interpolated depending on the rotation of the camshaft, the path movement and the infeed movement being numerically superposed as part of the interpolation.
  • the grinding wheel is mounted on a two-part carriage, one part of which runs on the other part, one part of the carriage being controlled as a function of the rail operation and the other as a function of the infeed operation.
  • the required superposition is achieved by mechanical superimposition.
  • a common feature of the two known methods explained above is that the point of a surface section of the grinding wheel that is respectively in engagement is located moved from the raw contour to the target contour on a spiral winding path, which movement always has a radial component due to constant infeed and - as already mentioned - must be set by continuous superposition of rail operation and infeed operation.
  • the invention is based on the object of developing a method of the type mentioned in such a way that the desired target contours can be achieved without loss of accuracy with significantly reduced effort and high processing speed.
  • This object is achieved according to the invention in that the section is first guided from a first point on the surface of the raw contour only in the infeed mode to a second point in the nominal contour and then is guided along the nominal contour only in rail operation.
  • the method according to the invention is therefore in principle independent of how the profile and the processing tool are arranged relative to one another and are moved relative to one another, it is also independent of the type of profile processed in each case, as well as of the type of processing tool provided.
  • the machining tool can be rotated about a first axis.
  • tools which can be rotated about a first axis are preferred because this allows the use of tried and tested types of tools, as are customary in particular for metalworking.
  • the profile can be rotated about a second axis, although in principle spatially fixed profiles can also be processed.
  • the rotatability of the profile about a second axis has the advantage that defined relationships can be set in a simple manner, because the machining points to be approached in each case can easily be determined as a function of the angle of rotation of the second axis, as is known per se.
  • the first axis runs parallel to the second axis, and the distance between the axes is adjustable in the direction of a third axis running perpendicular thereto, in particular the second axis is spatially fixed.
  • This measure has the advantage known per se that only the first axis has to be adjusted in the direction of the third axis for the rail operation and the delivery operation, depending on the angle of rotation of the profile.
  • Another particularly preferred embodiment of the invention consists in that the first point and the second point define an angle of rotation of the second axis which is less than 180 ° and is preferably in the range between 20 ° and 180 °.
  • This measure has the advantage that the target contour is approached in a purely infeed mode on a relatively small circumferential area when using a grinding wheel by so-called deep grinding, so that the major part of the contour is then finished to the specified size exclusively in the railway mode.
  • a particularly good effect is also achieved if the processing tool is guided in the infeed mode with a uniform infeed.
  • the locus of the respective processing point has the form of an Archimedean spiral, which can be handled particularly easily for control tasks in numerical control.
  • an embodiment is preferred in which, after the section has been guided on the target contour, it is first guided from a third point on the target contour only in the delivery mode to a fourth point of a second target contour and then is only guided along the second target contour in rail operation.
  • the effect according to the invention can also be achieved with large volumes of material to be removed.
  • the raw contour is very irregular, so that the required target contour cannot be achieved with a single machining process for machining reasons.
  • the point of the machining tool that is in engagement is not along a spiral that is wound several times, but the infeed area is always limited to a spatially narrow surface area, while the rest of the route is in turn only operated by rail.
  • the location curve of the processing point thus has the shape of several location curves concentrically running at a parallel distance.
  • a particularly preferred field of application is the machining of cams.
  • Cams with at least one circular section are particularly preferably used, and the infeed mode is set in the region of the circular section.
  • This measure has the particular advantage that, in the region of the circular section, it is particularly easy to dispense with railway operation because the surface there has a constant radius to the axis of rotation of the profile.
  • the circular section is a base circle of the cam, this has the advantage that the circumference of the base circle is particularly long, so that the delivery operation can be carried out in wide areas around the circumference, depending on the requirements.
  • 10 denotes a grinding machine as a whole, as can be used to carry out the method according to the invention.
  • a camshaft 12 is rotatably arranged about a fixed axis 11, which is also referred to in technical terms as the C axis.
  • the camshaft 12 is clamped between two tips 13 and 14 of a headstock 15 or a tailstock 16, and a rotationally fixed connection 17 between the camshaft 12 and a spindle of the headstock 15 ensures that the camshaft 12 is driven.
  • a cam 18 of the camshaft 12 is being machined by means of a grinding wheel 19.
  • the grinding wheel 19 is actuated by a drive 20 which can be moved by means of a feed 21 relative to a fixed base 22 along an axis 23, which is also referred to in technical terminology as the x-axis.
  • the grinding wheel 19 itself is rotatable about an axis 24, so that the feed 21 is able to adjust the distance between the axes 11 and 24 in the direction of the axis 23 perpendicular thereto.
  • FIGS. 1 and 2 do not show the control and regulating units which derive control signals for the feed 21 from the respective rotational position of the camshaft 12 in a manner known per se.
  • 3 and 4 show, in a greatly enlarged representation and rotated 90 ° clockwise in relation to the representation of FIG. 1, the conditions when machining the cam 18 by means of the grinding wheel 19.
  • FIGS. 3 and 4 show the starting position of the cam 18.
  • the cam 18 is provided with an outer contour in which a base circle 30 and a secondary circle 31 occur, which are connected to one another by straight or curved flanks 32.
  • the sections 30, 31, 32 drawn thick in FIGS. 3 and 4 denote a raw contour, i.e. a not yet finished cam, while the reference numerals 30a, 31a, 32a denote the corresponding elements of a target contour that is to be produced by the method according to the invention.
  • an infeed 33 is required, which corresponds to the distance of the contour 30/31/32 from the contour 30a / 31a / 32a.
  • An arrow 34 indicates the direction of rotation of the cam 18, and an arrow 35 indicates the direction of rotation of the grinding wheel 19.
  • Fig. 3 shows the cam 18 in the starting position.
  • the grinding wheel 19 has been moved up to the point where the cam 18 comes into contact with it, namely that the cam 18 in this basic position is aligned in its rotational position such that the cam 18 and grinding wheel 19 are at a first point 40 in the transition from the flank 32 to the base circle Touch 30.
  • the cam 18 is now rotated in the direction of the arrow 34, and at the same time the grinding wheel 19 is moved linearly along the axis 23 to the left.
  • the angular velocity of the cam 18 and the advancing speed of the grinding wheel 19 thus result in a locus 41 drawn in FIG. 4 from the first point 40 on the raw contour to a second point 42 on the target contour, which is reached within an angle of rotation y of, for example, 120 °. Due to the linear feed of the grinding wheel 19, the locus 41 has the shape of an Archimedean spiral.
  • the grinding wheel 19 has thus been moved in a linearly controlled manner from the position 19 ′ shown in broken lines to the position 19 shown in solid lines.
  • the deflection of the grinding wheel 19 in the direction of the x-axis 23 is set such that the point in engagement on the surface of the grinding wheel 19 exactly follows the desired contour 30a / 31a / 32a.
  • FIG. 5 shows a variant in which the sequence of the two process sections described above is repeated cyclically.
  • the thick curve in Fig. 5 of the respective processing point again starts at the first point 40 and runs in the manner described in the pure delivery mode along the locus 51 to the second point 42, where the method changes to the rail mode, so that the path curve now runs along the desired contour 30a / 31a / 32a, as already described.
  • This rail operation now continues to a third point 40 a, which is located radially next to the first point 40.
  • the method returns to the pure infeed mode, and the path curve of the respective processing point in turn runs along a locus 41a which runs within the locus 41 already described.
  • the pure infeed operation now continues up to a fourth point 42a, which is located radially next to the second point 42, at which point the method again switches to pure rail operation, so that a further target contour 30b / 31b / 32b is created.
  • This further target contour is continued via a fifth point 40b located radially next to the first point 40 and the third point 40a, so that the further target contour 30b / 31b / 32b is traversed to the fourth point 42a, so that the desired further target contour 30b / 31b / 32b is now completely processed.
  • a four-cylinder camshaft was machined at a peripheral speed of the grinding wheel 19 of 45 m / s, the cams of which had a base circle of 38 mm in diameter and a cam stroke of approximately 10 mm.
  • the radial grinding allowance was between 2 and 2.5 mm.
  • the cam was rotated a total of four times for pre-grinding, a feed operation and a rail operation being set successively in the manner described. It was followed by a turn in pure rail operations. In the subsequent finish grinding, three revolutions with infeed operation and subsequent rail operation were set, and five revolutions without infeed operation followed.
  • the ratio of infeed speed and angular speed of the cam was chosen so that an angle Winkel of 30 ° was set during pre-grinding and an angle ⁇ of 60 0 during finish grinding.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)

Abstract

Ein Verfahren dient zum spanabhebenden Bearbeiten einer Oberfläche von Profilen mit einer von einer Kreisform abweichenden Kontur, insbesondere zum Schleifen von Nocken einer Nockenwelle. Es wird, ausgehend von einer Rohkontur (30/31/32), das Profil durch Abtragen der Oberfläche mit einer Sollkontur (30a/31a/32a) versehen, indem ein Bearbeitungswerkzeug und das Profil relativ zueinander so bewegt werden, daß einerseits ein jeweils im Eingriff an der Oberfläche befindlicher Abschnitt des Bearbeitungswerkzeuges im Bahnbetrieb entlang der Kontur geführt und andererseits im Zustellbetrieb um den Oberflächenabstand zwischen Rohkontur (30/31/32) und Sollkontur (30a/31a/32a) zugestellt wird. Um die Bearbeitungszeit zu vermindern und die Bearbeitungsqualität zu erhöhen, wird der Abschnitt zunächst von einem ersten Punkt (40) auf der Oberfläche der Rohkontur (30/31/32) im Zustellbetrieb auf einen zweiten Punkt (42) der Sollkontur (30a/31a/32a) geführt und alsdann im Bahnbetrieb entlang der Sollkontur (30a/31a/32a) geführt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum spanabhebenden Bearbeiten einer Oberfläche von Profilen mit einer von einer Kreisform abweichenden Kontur, bei dem bzw. der, ausgehend von einer Rohkontur, das Profil durch Abtragen der Oberfläche mit einer Sollkontur versehen wird, indem ein Bearbeitungswerkzeug und das Profil relativ zueinander so bewegt werden, daß einerseits ein jeweils im Eingriff an der Oberfläche befindlicher Abschnitt des Bearbeitungswerkzeuges im Bahnbetrieb entlang der Kontur geführt und andererseits im Zustellbetrieb um den Oberflächenabstand zwischen Rohkontur und Sollkontur zugestellt wird.
  • Derartige Verfahren sind bekannt, sie werden beispielsweise dazu verwendet, um Nocken von Nockenwellen zu schleifen.
  • Bei dem bekannten Verfahren ist die Nockenwelle um eine raumfeste Achse drehbar angeordnet, und eine Schleifscheibe ist um eine zur Nockenwellenachse parallele Achse drehbar gelagert. Um eine vorgegebene Sollkontur der Nocken zu schleifen, wird der Abstand der Schleifscheibenachse zur Nockenwellenachse bei sich langsam drehender Nockenwelle so verändert, daß der jeweils im Eingriff befindliche Oberflächenabschnitt der Schleifscheibe die Oberfläche des Nockens so abträgt, daß schließlich die gewünschte Sollkontur entsteht.
  • Die Variation des Abstandes zwischen Schleifscheibenachse und Nockenwellenachse gehorcht dabei zwei Randbedingungen:
    • Zum einen ist die Abstandsvariation erforderlich, um die jeweilige Kontur des zu bearbeitenden Nockens zu kompensieren. Diesen Teil der Abstandsvariation bezeichnet man als "Bahnbetrieb".
  • Zum anderen muß jedoch der Abstand der Achsen so variiert werden, daß zusätzlich eine gewisse Zustellung der Schleifscheibe erfolgt, d.h. eine Annäherung an den zu bearbeitenden Nocken um den Betrag des Abstandes von Rohmaß auf Sollmaß. Diesen Teil der Abstandsvariation bezeichnet man als "Zustellbetrieb".
  • Die bekannten Verfahren, die sich üblicherweise numerisch gesteuerter Bearbeitungsmaschinen bedienen, sehen eine gleichzeitige Durchführung von Bahnbetrieb und Zustellbetrieb vor.
  • Bei einem dieser bekannten Verfahren wird hierzu ständig in Abhängigkeit von der Drehung der Nockenwelle der nächste anzufahrende Punkt interpoliert, wobei die Bahnbewegung und die Zustellbewegung im Rahmen der Interpolation numerisch superponiert werden.
  • Bei einem anderen bekannten Verfahren ist die Schleifscheibe auf einem zweiteiligen Schlitten montiert, dessen einer Teil auf dem anderen Teil läuft, wobei der eine Teil des Schlittens in Abhängigkeit von dem Bahnbetrieb und der andere in Abhängigkeit vom Zustellbetrieb angesteuert werden. Bei diesem bekannten Verfahren wird somit die erforderliche Superposition durch mechanische Überlagerung erzielt.
  • Den beiden vorstehend erläuterten bekannten Verfahren ist somit gemeinsam, daß sich der jeweils im Eingriff befindliche Punkt eines Oberflächenabschnitts der Schleifscheibe von der Rohkontur zur Sollkontur auf einem mehrfach gewundenen spiraligen Weg bewegt, wobei diese Bewegung durch ständige Zustellung stets eine radiale Komponente aufweist und - wie bereits erwähnt - durch kontinuierliche Superposition von Bahnbetrieb und Zustellbetrieb eingestellt werden muß.
  • Die beiden bekannten Verfahren haben somit die folgenden wesentlichen Nachteile:
    • Zum einen erfordert die ständige Superposition von Bahnbetrieb und Zustellbetrieb einen erheblichen Aufwand. Bei einer Superposition im Rahmen der Interpolation des nächsten anzufahrenden Bearbeitungspunktes ist nämlich entweder eine sehr schnelle und damit teure Recheneinheit erforderlich, oder aber es wird eine einfachere Recheneinheit verwendet, wodurch sich dann jedoch die Bearbeitungszeit drastisch erhöht, weil die erforderliche Rechenzeit zum Bestimmen des nächsten anzufahrenden Punktes unzuträglich hoch wird.
  • Bei der mechanischen Superposition entsprechend dem zweiten der geschilderten bekannten Verfahren ergeben sich erhebliche mechanische Probleme, insbesondere deshalb, weil beispielsweise bei der Bearbeitung von Nockenkonturen abschnittsweise kreisförmige Bereiche auftreten, während denen der Bahnbetrieb eine konstante Steuerungsgröße aufweist. Der für den Bahnbetrieb vorgesehene Teil des Vorschubes muß während des Bearbeitens dieses kreisförmigen Abschnittes somit stillstehen, was jedoch im Rahmen der im vorliegenden Zusammenhang erforderlichen Präzision der Bearbeitung kaum möglich ist. In der Praxis treten vielmehr bei noch vertretbarem Regelaufwand für die Positionierung des Bahnbetrieb-Vorschubs Zitterbewegungen auf, die von kleinen Regelspielen um eine konstante Position herum herrühren.
  • Schließlich ist den bekannten Verfahren der gemeinsame Nachteil eigen, daß infolge der kontinuierlichen Zustellung stets eine radiale Komponente der Bearbeitungsrichtung vorhanden ist, was entweder zu Problemen bei der Oberflächengüte führen kann oder aber eine gesonderte Nachbehandlung erforderlich macht.
  • Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß mit deutlich vermindertem Aufwand und hoher Bearbeitungsgeschwindigkeit die gewünschten Sollkonturen ohne Genauigkeitseinbuße erzielt werden können.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Abschnitt zunächst von einem ersten Punkt auf der Oberfläche der Rohkontur nur im Zustellbetrieb auf einen zweiten Punkt der Sollkontur geführt und alsdann nur im Bahnbetrieb entlang der Sollkontur geführt wird.
  • Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird damit vollkommen gelöst.
  • Durch die strenge zeitliche Trennung von Zustellbetrieb und Bahnbetrieb in einander nachfolgende Verfahrensschritte wird nämlich erreicht, daß die Lageregelung jeweils nur unter einem Gesichtspunkt arbeiten muß, so daß die vorstehend ausführlich geschilderten Nachteile, die sich aus dem simultanen Betrieb ergeben, vermieden werden.
  • Bei Verwendung einer numerischen Steuerung kann somit während der beide zeitlich aufeinanderfolgenden Phasen jeweils nur die eine der Bewegungen interpoliert werden, wodurch die Rechenzeit verkürzt und/oder die Anforderungen an die benötigte Recheneinheit vermindert werden. Bei Verwendung einer mechanischen Superposition kann hingegen während des Wirksamwerdens des jeweils einen Vorschubteiles der jeweils andere Vorschubteil gesteuert mechanisch arretiert werden, so daß insoweit keine Fehler auftreten können.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit auch prinzipiell unabhängig davon, wie das Profil und das Bearbeitungswerkzeug zueinander angeordnet sind und zueinander bewegt werden, es ist ferner von der Art des jeweils bearbeiteten Profils unabhängig, ebenso wie von der Art des vorgesehenen Bearbeitungswerkzeuges.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Bearbeitungswerkzeug um eine erste Achse drehbar.
  • Obwohl es prinzipiell möglich ist, auch raumfeste Werkzeuge, beispielsweise Funkenerodierer, Laser o. dgl. zu verwenden, sind um eine erste Achse drehbare Werkzeuge bevorzugt, weil hierdurch auf bewährte Werkzeugarten zurückgegriffen werden kann, wie sie insbesondere für die Metallbearbeitung üblich sind.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Profil um eine zweite Achse drehbar, obwohl prinzipiell auch raumfeste Profile bearbeitet werden können. Die Drehbarkeit des Profils um eine zweite Achse hat jedoch den Vorteil, daß auf einfache Weise definierte Verhältnisse eingestellt werden können, weil die jeweils anzufahrenden Bearbeitungspunkte leicht in Abhängigkeit von Drehwinkel der zweiten Achse ermittelt werden können, wie dies an sich bekannt ist.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung verläuft die erste Achse parallel zur zweiten Achse, und der Abstand der Achsen ist in Richtung einer dritten, dazu senkrecht verlaufenden Achse verstellbar, insbesondere ist die zweite Achse dabei raumfest.
  • Diese Maßnahme hat den an sich bekannten Vorteil, daß für den Bahnbetrieb und den Zustellbetrieb lediglich die erste Achse in Richtung der dritten Achse verstellt werden muß, und zwar in Abhängigkeit von Drehwinkel des Profils.
  • Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß der erste Punkt und der zweite Punkt einen Drehwinkel der zweiten Achse definieren, der kleiner als 180° ist und vorzugsweise im Bereich zwischen 20° und 180° liegt.
  • Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß auf einem verhältnismäßig kleinen Umfangsbereich die Sollkontur im reinen Zustellbetrieb angefahren wird, bei Verwendung einer Schleifscheibe durch sogenanntes Tiefschleifen, so daß der überwiegende Teil der Kontur alsdann ausschließlich im Bahnbetrieb fertig auf Sollmaß bearbeitet wird.
  • Eine besonders gute Wirkung wird ferner dann erzielt, wenn das Bearbeitungswerkzeug im Zustellbetrieb mit gleichförmiger Zustellung geführt wird.
  • Bei dieser Vorgehensweise hat die Ortskurve des jeweiligen Bearbeitungspunktes die Form einer archimedischen Spirale, die sich für Steuerungsaufgaben in der numerischen Steuerung besonders einfach behandeln läßt.
  • Weiterhin ist eine Ausführungsform bevorzugt, bei der nach der Führung des Abschnittes auf der Sollkontur dieser von einem dritten Punkt auf der Sollkontur zunächst nur im Zustellbetrieb auf einen vierten Punkt einer zweiten Sollkontur geführt und alsdann nur im Bahnbetrieb entlang der zweiten Sollkontur geführt wird.
  • Bei dieser Maßnahme, bei der somit die erfindungsgemäßen Schritte mehrfach nacheinander vollzogen werden, kann die erfindungsgemäße Wirkung auch bei großen abzutragenden Materialvolumina erreicht werden. Dies ist dann von besonderem Vorteil, wenn die Rohkontur sehr unregelmäßig ist, so daß die erforderliche Sollkontur aus bearbeitungstechnischen Gründen nicht mit einem einzigen Bearbeitungsvorgang erreicht werden kann. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird aber auch bei dieser Vorgehensweise der jeweils im Eingriff befindliche Punkt des Bearbeitungswerkzeuges nicht entlang einer mehrfach gewundenen Spirale geführt, sondern der Zustellbereich ist stets auf einen räumlich engen Oberflächenbereich beschränkt, während im übrigen wiederum ausschließlich im Bahnbetrieb gefahren wird. Die Ortskurve des Bearbeitungspunktes hat somit, abgesehen vom kleinen Zustellbereich, die Form mehrerer konzentrisch in parallelem Abstand verlaufender Ortskurven.
  • Wie bereits erwähnt, ist ein besonders bevorzugtes, die Erfindung hingegen nicht einengendes Anwendungsgebiet das Bearbeiten von Nocken. Besonders bevorzugt werden dabei Nocken mit mindestens einem kreisförmigen Abschnitt verwendet, und der Zustellbetrieb wird im Bereich des kreisförmigen Abschnittes eingestellt.
  • Diese Maßnahme hat den besonderen Vorteil, daß im Bereich des kreisförmigen Abschnittes ein Verzicht auf einen Bahnbetrieb besonders leicht möglich ist, weil dort die Oberfläche einen konstanten Radius zur Drehachse des Profils aufweist.
  • Bei einer bevorzugten Weiterbildung dieses Ausführungsbeispieles ist der kreisförmige Abschnitt ein Grundkreis des Nockens, dies hat den Vorteil, daß der Umfang des Grundkreises besonders lang ist, so daß der Zustellbetrieb je nach Erfordernissen in weiten Bereichen um den Umfang herum geführt werden kann.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
  • Es versteht sich, daß die vorstehend geschilderten und die nachstehend noch erläuterten Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder jeweils für sich verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 und 2 eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens in zwei senkrecht zueinander liegenden Ansichten;
    • Fig. 3 und 4 einen stark vergrößerten Ausschnitt aus der Vorrichtung gemäß den Fig. 1 und 2 zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens in zwei Bearbeitungsphasen;
    • Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Ortskurve eines Bearbeitungspunktes bei in mehreren Schichten erfolgender Bearbeitung des Profils.
  • In den Fig. 1 und 2 ist mit 10 gesamthaft eine Schleifmaschine bezeichnet, wie sie zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann.
  • Um eine raumfeste Achse 11, die in der Fachsprache auch als C-Achse bezeichnet wird, ist eine Nockenwelle 12 drehbar angeordnet. Hierzu ist die Nockenwelle 12 zwischen zwei Spitzen 13 und 14 eines Spindelstocks 15 bzw. eines Reitstocks 16 eingespannt, und eine drehfeste Verbindung 17 zwischen Nockenwelle 12 und einer Spindel des Spindelstocks 15 sorgt für einen Antrieb der Nockenwelle 12.
  • Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Betriebsstellung wird gerade ein Nocken 18 der Nockenwelle 12 mittels einer Schleifscheibe 19 bearbeitet. Die Schleifscheibe 19 wird von einem Antrieb 20 betätigt, der mittels eines Vorschubes 21 relativ zu einer raumfesten Basis 22 entlang einer Achse 23 verfahrbar ist, die in der Fachsprache auch als x-Achse bezeichnet wird. Die Schleifscheibe 19 selbst ist um eine Achse 24 drehbar, so daß der Vorschub 21 den Abstand der Achsen 11 und 24 in Richtung der dazu senkrechten Achse 23 zu verstellen vermag.
  • In den Fig. 1 und 2 sind der Übersichtlichkeit halber die Steuer- und Regeleinheiten nicht dargestellt, die in an sich bekannter Weise aus der jeweiligen Drehlage der Nockenwelle 12 Steuersignale für den Vorschub 21 ableiten.
  • Die Fig. 3 und 4 zeigen in stark vergrößerter Darstellung und gegenüber der Darstellung von Fig. 1 um 90° in Uhrzeigerrichtung gedreht die Verhältnisse beim Bearbeiten des Nockens 18 mittels der Schleifscheibe 19.
  • Fig. 3 zeigt die Ausgangsposition des Nockens 18. Der Nocken 18 ist mit einer Außenkontur versehen, bei der ein Grundkreis 30 sowie ein Nebenkreis 31 auftreten, die miteinander über gerade oder gekrümmte Flanken 32 verbunden sind. Die in Fig. 3 und 4 dick ausgezogenen Abschnitte 30, 31, 32 bezeichnen eine Rohkontur, d.h. einen noch nicht fertig bearbeiteten Nocken, während mit den Bezugszeichen 30a, 31a, 32a die entsprechenden Elemente einer Sollkontur bezeichnet sind, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden soll. Hierzu ist insgesamt eine Zustellung 33 erforderlich, die dem Abstand der Kontur 30/31/32 von der Kontur 30a/31a/32a entspricht.
  • Mit einem Pfeil 34 ist die Drehrichtung des Nockens 18, und mit einem Pfeil 35 ist die Drehrichtung der Schleifscheibe 19 angedeutet.
  • Fig. 3 zeigt den Nocken 18 in Ausgangsstellung. Die Schleifscheibe 19 ist bis zur Berührung des Nockens 18 an diesen herangefahren worden, und zwar wird der Nocken 18 in dieser Grundstellung so in seiner Drehlage ausgerichtet, daß Nocken 18 und Schleifscheibe 19 einander an einem ersten Punkt 40 im Übergang von der Flanke 32 zum Grundkreis 30 berühren.
  • In einem ersten Verfahrensschritt wird nun der Nocken 18 entlang der Richtung des Pfeiles 34 verdreht, und gleichzeitig wird die Schleifscheibe 19 linear entlang der Achse 23 nach links verfahren. Bei geeigneter Abstimmung der Winkelgeschwindigkeit des Nockens 18 und der Vorschubgeschwindigkeit der Schleifscheibe 19 entsteht somit eine in Fig. 4 eingezeichnete Ortskurve 41 von dem ersten Punkt 40 auf der Rohkontur zu einem zweiten Punkt 42 auf der Sollkontur, der innerhalb eines Drehwinkels y von beispielsweise 120° erreicht wird. Aufgrund des linearen Vorschubs der Schleifscheibe 19 hat die Ortskurve 41 die Form einer archimedischen Spirale.
  • In der Darstellung von Fig. 4 wurde somit die Schleifscheibe 19 aus der gestrichelt eingezeichneten Position 19' in die durchgezogen eingezeichnete Stellung 19 linear gesteuert verfahren.
  • Nach Erreichen des zweiten Punktes 42 wird nun in einen zweiten Verfahrensabschnitt übergegangen.
  • In diesem zweiten Verfahrensabschnitt wird die Auslenkung der Schleifscheibe 19 in Richtung der x-Achse 23 so eingestellt, daß der jeweils im Eingriff befindliche Punkt an der Oberfläche der Schleifscheibe 19 exakt der Sollkontur 30a/31a/32a folgt.
  • Dies hat u.a. die Auswirkung, daß bei diesem Verfahrensabschnitt das Material bezüglich der Sollkontur 30a/31a/32a stets tangential abgetragen wird. In Fig. 4 ist dies anhand einer Position 45 der Schleifscheibe 19 relativ zum Nocken 18 veranschaulicht, und man erkennt deutlich, daß die Schleifscheibe 19 in dieser Position 45 die Sollkontur, in jenem Fall die Flanke 32a an einer einzigen Stelle 46 berührt.
  • Schließlich zeigt Fig. 5 noch eine Variante, bei der die vorstehend geschilderte Folge der beiden Verfahrensabschnitte zyklisch wiederholt wird.
  • Die in Fig. 5 dick ausgezogene Bahnkurve des jeweiligen Bearbeitungspunktes beginnt wiederum am ersten Punkt 40 und verläuft in der beschriebenen Weise im reinen Zustellbetrieb entlang der Ortskurve 51 bis hin zum zweiten Punkt 42, wo das Verfahren in den Bahnbetrieb übergeht, so daß die Bahnkurve nunmehr entlang der Sollkontur 30a/31a/32a verläuft, wie bereits beschrieben. Dieser Bahnbetrieb setzt sich nun bis zu einem dritten Punkt 40a fort, der radial neben dem ersten Punkt 40 liegt. Bei Erreichen des dritten Punktes 40a geht das Verfahren wieder in den reinen Zustellbetrieb über, und die Bahnkurve des jeweiligen Bearbeitungspunktes verläuft wiederum entlang einer Ortskurve 41a, die innerhalb der bereits geschilderten Ortskurve 41 verläuft. Der reine Zustellbetrieb setzt sich nun bis zu einem vierten Punkt 42a fort, der radial neben dem zweiten Punkt 42 liegt, in welchem Punkt das Verfahren wieder in den reinen Bahnbetrieb übergeht, so daß eine weitere Sollkontur 30b/31b/32b entsteht. Diese weitere Sollkontur setzt sich über einen radial neben dem ersten Punkt 40 und dem dritten Punkt 40a gelegenen fünften Punkt 40b fort, so daß die weitere Sollkontur 30b/31b/32b bis hin zum vierten Punkt 42a durchfahren wird, so daß die gewünschte weitere Sollkontur 30b/31b/32b nunmehr vollkommen bearbeitet ist.
  • Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde bei einer Umfangsgeschwindigkeit der Schleifscheibe 19 von 45 m/s eine Vier-Zylinder-Nockenwelle bearbeitet, deren Nocken einen Grundkreis von 38 mm Durchmesser und einen Nockenhub von ca. 10 mm aufwiesen. Das radiale Schleifaufmaß lag zwischen 2 und 2,5 mm.
  • Zum Vorschleifen wurde der Nocken insgesamt viermal gedreht, wobei in der beschriebenen Weise aufeinanderfolgend ein Zustellbetrieb und ein Bahnbetrieb eingestellt wurden. Es schloß sich eine Umdrehung im reinen Bahnbetrieb an. Beim nachfolgenden Fertigschleifen wurden drei Umdrehungen mit Zustellbetrieb und nachfolgendem Bahnbetrieb eingestellt, und es schlossen sich fünf Umdrehungen ohne Zustellbetrieb an.
  • Das Verhältnis von Zustellgeschwindigkeit und Winkelgeschwindigkeit des Nockens wurde dabei so gewählt, daß während des Vorschleifens ein Winkel Ψ von 30° und während des Fertigschleifens ein Winkel ψ von 600 eingestellt wurden.
  • Auf diese Weise konnte gegenüber dem herkömmlichen Verfahren eine Verminderung der Gesamtschleifzeit pro Nocken auf weniger als die Hälfte erzielt werden.

Claims (14)

1. Verfahren zum spanabhebenden Bearbeiten einer Oberfläche von Profilen mit einer von einer Kreisform abweichenden Kontur, bei dem, ausgehend von einer Rohkontur (30/31/32) das Profil durch Abtragen der Oberfläche mit einer Sollkontur (30a/31a/32a; 30b/31b/32b) versehen wird, indem ein Bearbeitungswerkzeug und das Profil relativ zueinander so bewegt werden, daß einerseits ein jeweils im Eingriff an der Oberfläche befindlicher Abschnitt des Bearbeitungswerkzeuges im Bahnbetrieb entlang der Kontur geführt und andererseits im Zustellbetrieb um den Oberflächenabstand zwischen Rohkontur (30/31/32) und Sollkontur (30a/31a/32a; 30b/31b/32b) zugestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt zunächst von einem ersten Punkt (40; 40a) auf der Oberfläche der Rohkontur (30/31/32) nur im Zustellbetrieb auf einen zweiten Punkt (42; 42a) der Sollkontur (30a/31a/32a; 30b/31b/32b) geführt und alsdann nur im Bahnbetrieb entlang der Sollkontur (30a/31a/32a; 30b/31b/32b) geführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeitungswerkzeug um eine erste Achse (24) drehbar ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil um eine zweite Achse (11) drehbar ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Achse (24) parallel zur zweiten Achse (11) verläuft und daß der Abstand der Achsen (11, 24) in Richtung einer dritten, dazu senkrecht verlaufenden Achse (23) verstellbar ist.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Achse (11) raumfest ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Punkt (40; 40a) und der zweite Punkte (42; 42a) einen Drehwinkel ψ der zweiten Achse (11) definieren, der kleiner als 180° ist und vorzugsweise im Bereich zwischen 20° und 180° liegt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeitungswerkzeug im Zustellbetrieb mit gleichförmiger Zustellung geführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Führung des Abschnittes auf der Sollkontur (30a/31a/32a) dieser von einem dritten Punkt (40a) auf der Sollkontur (30a/31a/32a) zunächst im Zustellbetrieb auf einen vierten Punkt (42a) einer zweiten Sollkontur (30b(31b/32b) geführt und alsdann im Bahnbetrieb entlang der zweiten Sollkontur (30b/31b/32b) geführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil ein Nocken (18) ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken (18) mindestens einen kreisförmigen Abschnitt (30, 31; 30a, 31a; 30b, 31b) aufweist und daß der Zustellbetrieb im Bereich des kreisförmigen Abschnittes (30, 31; 30a, 31a, 30b, 31b) eingestellt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der kreisförmige Abschnitt (30, 31; 30a, 31a; 30b, 31b) ein Grundkreis (30; 30a; 30b) des Nockens (18) ist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeitungswerkzeug eine Schleifscheibe (19) ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung des Abschnittes mittels einer numerischen Steuerung erfolgt, die erste Steuermittel für den Zustellbetrieb und zweite Steuermittel für den Bahnbetrieb aufweist und daß die Steuermittel nacheinander eingeschaltet werden.
14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
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