EP0212338B1 - Method for machining the surface of a cam - Google Patents
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- EP0212338B1 EP0212338B1 EP86110285A EP86110285A EP0212338B1 EP 0212338 B1 EP0212338 B1 EP 0212338B1 EP 86110285 A EP86110285 A EP 86110285A EP 86110285 A EP86110285 A EP 86110285A EP 0212338 B1 EP0212338 B1 EP 0212338B1
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- grinding wheel
- cam
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- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B19/00—Single-purpose machines or devices for particular grinding operations not covered by any other main group
- B24B19/08—Single-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
- B24B19/12—Single-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
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- Y10T82/13—Pattern section
Definitions
- the invention relates to a method for machining the surface of a cam, the outer contour of which has a base circle section, a secondary circle section, and two flanks which continuously connect the circle sections, in which the cam extends around a first, spatially fixed, through the center of the base circle going axis is rotatable, wherein a grinding wheel rotatable about a second axis parallel to the first axis is provided and the spacing of the axes is adjustable, so that, starting from a raw contour, a nominal contour can be generated by removing the surface by changing the grinding wheel by varying the distance the axes are moved while the cam is rotating, so that on the one hand a section of the grinding wheel which is in engagement on the surface can be guided along the contour in web operation and on the other hand can be adjusted in the feed operation by the surface distance between the raw contour and the desired contour.
- 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 engaged in each case removes the surface of the cam in such a way that the desired target contour is finally created.
- the distance variation is necessary in order to compensate for the respective contour of the cam to be machined. This part of the distance variation is referred to as "railway operation".
- 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 numerically controlled camshaft grinding machine in which the control is carried out via two different punched strips.
- One of the punched tapes contains the information about the cam shape, while the other punched tape contains general processing parameters, for example for infeed, dressing, firing and the like.
- the two punched strips are processed alternately by first adjusting the grinding machine to the cam by a certain delivery amount using the second punched tape and then generating the desired cam profile using the first mentioned punched tape.
- the cam is stopped during the infeed of the grinding wheel and in a position in which the grinding wheel lies against the cam tip.
- the cam tip is also the zero point for the polar coordinate system, in which the cam contour is stored in the former punched tape and which is called up again as soon as a further infeed step has been carried out by means of the second punched tape.
- the deep grinding principle can also be used for grinding camshafts, although it is expressly stated as a disadvantage that the infeed specified with the workpiece allowance is not large enough to achieve high cutting performance and work simultaneously in a workpiece speed range that is sufficiently low in relation to the workpiece edge zone temperature.
- a compensation system for a numerically controlled machine tool which is used for a cam grinding machine.
- the known system uses a certain mathematical algorithm for adjusting the distance between the axis of the workpiece and the axis of rotation of the grinding wheel and for adjusting the angular position of the workpiece.
- the known system therefore uses the interpolation already described above to calculate the path points in "path operation".
- camshaft grinding machine is also known from DE-A-28 21 753, in which a number of cams are ground as a function of profiles of pattern cams, which are scanned by means of a button.
- This known machine is therefore a conventional copy grinding machine, geared to the needs of camshaft grinding.
- 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 base circle of the raw contour only in the delivery mode to a second point of the base circle of the target contour and then is guided along the target contour by switching the operation only in rail operation, whereby the first point and the second point define an angle of rotation of the first axis which is between 20 ° and 180 °.
- the measure to start the feed operation in the first phase from a point on the surface of the base circle of the raw contour has the advantage that there is a cylindrical outer contour, so that the operation in a particularly simple manner by suitable coordination of the angular speed of the cam and the Feed speed of the grinding axis can be adjusted.
- the measure of doing this in an angular range between 20 and 180 ° has the advantage that suitable time / machining volumes can be set, depending on how this is expedient for the respective material or workpiece.
- the section 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 guided along the second target contour by switching the operation only in rail mode.
- the desired effect can be achieved even with large volumes of material to be removed.
- This is particularly advantageous if 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 guided 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 time, in turn, is driven exclusively in rail operation.
- the location curve of the processing point thus has the shape of several location curves concentrically running at a parallel distance.
- 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.
- 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.
- 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 in such a way that the cam 18 and grinding wheel 19 meet one another at a first point 40 in the transition from the flank 32 to the base circle Touch 30.
- a locus 41 drawn in FIG. 4 thus arises from the first point 40 on the raw contour to a second point 42 on the target contour, which is within a rotation angle ⁇ of, for example, 120 ° is achieved. 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 on the surface of the grinding wheel 19 that is engaged in each case follows the desired contour 30a / 31a / 32a exactly.
- 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 railway operation now continues to a third point 40a, which lies 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 the infeed speed and the angular speed of the cam was chosen so that an angle ⁇ of 30 ° was set during pre-grinding and an angle ⁇ of 60 ° during finish-grinding.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum spanabhebenden Bearbeiten der Oberfläche eines Nockens, dessen Außenkontur einen Grundkreis-Abschnitt, einen Nebenkreis-Abschnitt, sowie zwei, die Kreisabschnitte stetig verbindende Flanken aufweist, bei dem der Nocken um eine erste, raumfeste, durch den Mittelpunkt des Grundkreises gehende Achse drehbar ist, wobei eine um eine zweite, zur ersten Achse parallele Achse drehbare Schleifscheibe vorgesehen und der Abstand der Achsen einstellbar ist, so daß, ausgehend von einer Rohkontur, durch Abtragen der Oberfläche eine Sollkontur erzeugt werden kann, indem die Schleifscheibe durch Abstandsvariation der Achsen bei rotierendem Nocken so bewegt wird, daß einerseits ein jeweils im Eingriff an der Oberfläche befindlicher Abschnitt der Schleifscheibe im Bahnbetrieb entlang der Kontur geführt und andererseits im Zustellbetrieb um den Oberflächenabstand zwischen Rohkontur und Sollkontur zugestellt werden kann.The invention relates to a method for machining the surface of a cam, the outer contour of which has a base circle section, a secondary circle section, and two flanks which continuously connect the circle sections, in which the cam extends around a first, spatially fixed, through the center of the base circle going axis is rotatable, wherein a grinding wheel rotatable about a second axis parallel to the first axis is provided and the spacing of the axes is adjustable, so that, starting from a raw contour, a nominal contour can be generated by removing the surface by changing the grinding wheel by varying the distance the axes are moved while the cam is rotating, so that on the one hand a section of the grinding wheel which is in engagement on the surface can be guided along the contour in web operation and on the other hand can be adjusted in the feed operation by the surface distance between the raw contour and the desired contour.
Ein Verfahren der vorstehend genannten Art ist aus der EP-A-0 093 352 bekannt.A method of the type mentioned above is known from EP-A-0 093 352.
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 Nokken 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.In the known method, the camshaft is rotatably arranged about a fixed axis, and a grinding wheel is rotatably mounted about an axis parallel to the camshaft axis. In order to grind a predetermined target contour of the cams, 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 engaged in each case removes the surface of the cam in such a way that the desired target contour is finally created.
Die Variation des Abstandes zwischen Schleifscheibenachse und Nockenwellenachse gehorcht dabei zwei Randbedingungen:The variation of the distance between the grinding wheel axis and the camshaft axis obeys two boundary conditions:
Zum einen ist die Abstandsvariation erforderlich, um die jeweilige Kontur des zu bearbeitenden Nockens zu kompensieren. Diesen Teil der Abstandsvariation bezeichnet man als "Bahnbetrieb".On the one hand, the distance variation is necessary in order to compensate for the respective contour of the cam to be machined. This part of the distance variation is referred to as "railway operation".
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".On the other hand, however, 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".
Die bekannten Verfahren, die sich üblicherweise numerisch gesteuerter Bearbeitungsmaschinen bedienen, sehen eine gleichzeitige Durchführung von Bahnbetrieb und Zustellbetrieb vor.The known methods, which usually use numerically controlled processing machines, provide for simultaneous execution of rail operations and delivery operations.
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.In one of these known methods, the 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.
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.In another known method, 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. In this known method, the required superposition is achieved by mechanical superimposition.
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.The two known methods explained above thus have in common that the point of a surface section of the grinding wheel which is in engagement in each case moves from the raw contour to the desired contour in a spiral path which is wound several times, this movement always having a radial component due to constant infeed and - as already mentioned - must be set by continuous superposition of rail operations and delivery operations.
Die beiden bekannten Verfahren haben somit die folgenden wesentlichen Nachteile:The two known methods therefore have the following major disadvantages:
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.On the one hand, the constant superposition of rail operations and delivery operations requires considerable effort. In the case of a superposition within the framework of the interpolation of the next processing point to be approached, either a very fast and therefore expensive computing unit is required, or a simpler computing unit is used, which, however, increases the processing time drastically because the computing time required to determine the next one to be approached Point becomes unacceptably high.
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 derer 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.The mechanical superposition in accordance with the second of the known methods described gives rise to considerable mechanical problems, in particular because circular areas, for example, occur in sections when machining cam contours, during which the web operation has a constant control variable. The part of the feed intended for railway operation must therefore stand still during the machining of this circular section, but this is hardly possible within the scope of the precision of the machining required in the present context. In practice, tremendous movements, which result from small control cycles around a constant position, occur rather with still justifiable control expenditure for the positioning of the railroad operating feed.
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.Finally, the known methods have the common disadvantage that, as a result of the continuous infeed, there is always a radial component of the machining direction, which can either lead to problems with the surface quality or make a separate aftertreatment necessary.
Aus der US-A-3,344,559 ist eine numerisch gesteuerte Nockenwellen-Schleifmaschine bekannt, bei der die Steuerung über zwei verschiedene Lochstreifen vorgenommen wird. Einer der Lochstreifen enthält dabei die Informationen über die Nockenform, während der andere Lochstreifen generelle Bearbeitungsparameter, beispielsweise für die Zustellung, das Abrichten, das Ausfeuern und dgl. enthält. Bei dieser bekannten Schleifmaschine werden die beiden Lochstreifen abwechselnd abgearbeitet, indem zunächst über den zweitgenannten Lochstreifen die Schleifmaschine um einen bestimmten Zustellbetrag auf den Nocken zu eingestellt und anschließend über den erstgenannten Lochstreifen das gewünschte Nockenprofil erzeugt wird. Während der Zustellung der Schleifscheibe wird der Nocken jedoch angehalten und zwar in einer Position, in der die Schleifscheibe an der Nockenspitze anliegt. Die Nockenspitze ist dabei auch der Nullpunkt für das Polar-Koordinatensystem, in dem die Nockenkontur im erstgenannten Lochstreifen abgelegt ist und die jeweils neu aufgerufen wird, sobald mittels des zweiten Lochstreifens ein weiterer Zustellschritt vollzogen wurde.From US-A-3,344,559 a numerically controlled camshaft grinding machine is known, in which the control is carried out via two different punched strips. One of the punched tapes contains the information about the cam shape, while the other punched tape contains general processing parameters, for example for infeed, dressing, firing and the like. In this known Grinding machine, the two punched strips are processed alternately by first adjusting the grinding machine to the cam by a certain delivery amount using the second punched tape and then generating the desired cam profile using the first mentioned punched tape. However, the cam is stopped during the infeed of the grinding wheel and in a position in which the grinding wheel lies against the cam tip. The cam tip is also the zero point for the polar coordinate system, in which the cam contour is stored in the former punched tape and which is called up again as soon as a further infeed step has been carried out by means of the second punched tape.
Eine ähnliche numerisch gesteuerte Nockenwellen-Schleifmaschine, bei der die Zustellung bei stillstehendem Nocken an der Nockenspitze vorgenommen wird, ist auch in der EP-A-0 085 225 beschrieben.A similar numerically controlled camshaft grinding machine in which the infeed is carried out at the cam tip when the cam is stationary is also described in EP-A-0 085 225.
Weiterhin ist in der US-A-3,919,614eine Nockenwellen-Schleifmaschine beschrieben, bei der jedoch das Nockenprofil nicht in einem numerischen Speicher abgelegt, sondern vielmehr mechanisch von einem Masternocken abgegriffen wird.Furthermore, a camshaft grinding machine is described in US Pat. No. 3,919,614, in which, however, the cam profile is not stored in a numerical memory, but rather is tapped mechanically from a master cam.
Aus der DE-Z "wt-Zeitschrift für industrielle Fertigung", 1979, Seiten 613 bis 620, ist es bekannt, beim Außenrund-Schleifen von Fräs- und Bohrwerkzeugen zum Schleifen einer geschlossenen Ringnut die Schleifscheibe zunächst radial in das Werkstück eintauchen zu lassen, bevor der eigentliche Tiefschliff durch Drehung des Werkstücks beginnt. Alternativ ist aus der DE-Z bekannt, diese Eintauch- und die nachfolgende Schnittbewegung (Rotation des Werkstücks) einander zu überlagern, wodurch ein schräges Eintauchen in die geschlossene Ringnut entsteht. Schließlich ist an anderer Stelle der DE-Z noch angegeben, daß man auch zum Schleifen von Nockenwellen das Tiefschleifprinzip verwenden könne, wobei jedoch ausdrücklich als Nachteil angegeben ist, daß die mit dem Werkstückaufmaß vorgegebene Zustellung nicht groß genug sei, um hohe Zerspanleistungen zu verwirklichen und gleichzeitig in einem in bezug auf die Werkstückrandzonen-Temperatur ausreichend niedrigen Werkstück-Geschwindigkeits-Bereich zu arbeiten.From DE-Z "wt magazine for industrial production", 1979, pages 613 to 620, it is known to allow the grinding wheel to be radially immersed into the workpiece when grinding external milling and drilling tools for grinding a closed annular groove, before the actual deep grinding begins by rotating the workpiece. Alternatively, it is known from DE-Z to superimpose this immersion and the subsequent cutting movement (rotation of the workpiece), which results in an oblique immersion in the closed annular groove. Finally, elsewhere in DE-Z it is also stated that the deep grinding principle can also be used for grinding camshafts, although it is expressly stated as a disadvantage that the infeed specified with the workpiece allowance is not large enough to achieve high cutting performance and work simultaneously in a workpiece speed range that is sufficiently low in relation to the workpiece edge zone temperature.
Aus der DE-C-26 21 430 ist noch ein Kompensationssystem für eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine bekannt, das für eine Nockenschleifmaschine eingesetzt wird. Das bekannte System verwendet einen bestimmten mathematischen Algorithmus zum Einstellen des Abstandes zwischen der Achse des Werkstücks und der Drehachse der Schleifscheibe und für die Einstellung der Winkelstellung des Werkstücks. Das bekannte System benutzt daher die bereits oben geschilderte Interpolation zum Berechnen der Bahnpunkte im "Bahnbetrieb".From DE-C-26 21 430 a compensation system for a numerically controlled machine tool is known which is used for a cam grinding machine. The known system uses a certain mathematical algorithm for adjusting the distance between the axis of the workpiece and the axis of rotation of the grinding wheel and for adjusting the angular position of the workpiece. The known system therefore uses the interpolation already described above to calculate the path points in "path operation".
Schließlich ist aus der DE-A-28 21 753 noch eine Nockenwellen-Schleifmaschine bekannt, bei der eine Anzahl von Nocken in Abhängigkeit von Profilen von Musternocken geschliffen werden, die mittels eines Tasters abgetastet werden. Bei dieser bekannten Maschine handelt es sich somit um eine übliche Kopier-Schleifmaschine, ausgerichtet auf den Bedarf beim Nockenwellenschleifen.Finally, a camshaft grinding machine is also known from DE-A-28 21 753, in which a number of cams are ground as a function of profiles of pattern cams, which are scanned by means of a button. This known machine is therefore a conventional copy grinding machine, geared to the needs of camshaft grinding.
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.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.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Abschnitt zunächst von einem ersten Punkt auf der Oberfläche des Grundkreises der Rohkontur nur im Zustellbetrieb auf einen zweiten Punkt des Grundkreises der Sollkontur geführt und alsdann durch Umschalten des Betriebes nur im Bahnbetrieb entlang der Sollkontur geführt wird, wobei der erste Punkt und der zweite Punkt einen Drehwinkel der ersten Achse definieren, der zwischen 20° und 180° liegt.This object is achieved according to the invention in that the section is first guided from a first point on the surface of the base circle of the raw contour only in the delivery mode to a second point of the base circle of the target contour and then is guided along the target contour by switching the operation only in rail operation, whereby the first point and the second point define an angle of rotation of the first axis which is between 20 ° and 180 °.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird damit vollkommen gelöst, weil durch die strenge zeitliche Trennung von Zustellbetrieb und Bahnbetrieb ineinander nachfolgende Verfahrensschritte erreicht werden, 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.The object on which the invention is based is thus completely achieved because subsequent process steps are achieved by the strict time separation of delivery operation and rail operation that the position control only has to work from one point of view, so that the disadvantages described in detail above, which result from the simultaneous Operation result, be avoided.
Bei Verwendung einer numerischen Steuerung kann somit während der beiden 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 Vorschubteils der jeweils andere Vorschubteil gesteuert mechanisch arretiert werden, so daß insoweit keine Fehler auftreten können.When using a numerical control, only one of the movements can be interpolated during each of the two successive phases, which shortens the computing time and / or reduces the demands on the required computing unit. When using a mechanical superposition, on the other hand, while the one feed part is taking effect, the other feed part can be mechanically locked in a controlled manner, so that no errors can occur.
Die Maßnahme, in der ersten Phase den Zustellbetrieb ab einem Punkt auf der Oberfläche des Grundkreises der Rohkontur beginnen zu lassen, hat den Vorteil, daß dort eine zylindrische Außenkonturvorliegt, so daß der ZusteNbetrieb in besonders einfacher Weise durch geeignete Abstimmung der Winkelgeschwindigkeit des Nockens und der Vorschubgeschwindigkeit der Schleifachse eingestellt werden kann. Die Maßnahme, dies in einem Winkelbereich zwischen 20 und 180° zu vollziehen, hat den Vorteil, daß geeignete Zeit/ Zerspanungsvolumina eingestelltwerden können, je nachdem, wie dies beim jeweiligen Werkstoff bzw. Werkstück zweckmäßig ist.The measure to start the feed operation in the first phase from a point on the surface of the base circle of the raw contour has the advantage that there is a cylindrical outer contour, so that the operation in a particularly simple manner by suitable coordination of the angular speed of the cam and the Feed speed of the grinding axis can be adjusted. The measure of doing this in an angular range between 20 and 180 ° has the advantage that suitable time / machining volumes can be set, depending on how this is expedient for the respective material or workpiece.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird 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 durch Umschalten des Betriebes nur im Bahnbetrieb entlang der zweiten Sollkontur geführt.In a preferred embodiment of the invention, 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 guided along the second target contour by switching the operation only in rail mode.
Diese Maßnahme, bei der somit die Schritte mehrfach nacheinander vollzogen werden, kann die gewünschte 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 Bearbeitungswerkzeugs 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 hatsomit, abgesehen vom kleinen Zustellbereich, die Form mehrerer konzentrisch in parallelem Abstand verlaufender Ortskurven.This measure, thus taking the steps several times in succession, the desired effect can be achieved even with large volumes of material to be removed. This is particularly advantageous if the raw contour is very irregular, so that the required target contour cannot be achieved with a single machining process for machining reasons. In contrast to the prior art, however, even with this procedure, the point of the machining tool that is in engagement is not guided 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 time, in turn, is driven exclusively in rail operation. Apart from the small infeed area, the location curve of the processing point thus has the shape of several location curves concentrically running at a parallel distance.
Schließlich ist noch eine Weiterbildung der Erfindung bevorzugt, bei der das Bearbeitungswerkzeug im Zustellbetrieb mit gleichförmiger Zustellung geführt wird.Finally, a further development of the invention is preferred in which the machining tool is guided in the infeed mode with a uniform infeed.
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.With this procedure, 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.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.Further advantages result from the description and the attached drawing.
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 erfindungsgemäßerr 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.
- Figures 1 and 2 an apparatus for performing the method according to the invention in two perpendicular views;
- 3 and 4 show a greatly enlarged detail from the device according to FIGS. 1 and 2 to explain the method according to the invention in two processing phases;
- Fig. 5 is a schematic representation of a locus of a machining point when machining the profile in several layers. 1 and 2, a grinding machine is designated by 10 as it can be used to carry out the method according to the invention.
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.A
Bei der in den Fig. 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 the operating position shown in FIGS. 2 and 2, a
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.For the sake of clarity, FIGS. 1 and 2 do not show the control and regulating units which derive control signals for the
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 19.3 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
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 hergestelltwerden soll. Hierzu ist insgesamt eine Zustellung 33 erforderlich, die dem Abstand der Kontur 30/31/32 von der Kontur 30a/31a/32a entspricht.3 shows the starting position of the
Mit einem Pfeil 34 ist die Drehrichtung des Nockens 18, und mit einem Pfeil 35 ist die Drehrichtung der Schleifscheibe 19 angedeutet.An
Fig. 3 zeigtden 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.Fig. 3 shows the
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 DrehwinkeIs ψ von beispielsweise 120° erreicht wird. Aufgrund des linearen Vorschubs der Schleifscheibe 19 hat die Ortskurve 41 die Form einer archimedischen Spirale.In a first process step, the
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.In the illustration of FIG. 4, the grinding
Nach Erreichen des zweiten Punktes 42 wird nun in einen zweiten Verfahrensabschnitt übergegangen.After reaching the
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/31 a/32a folgt.In this second step of the method, the deflection of the
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.This has among other things the effect that in this process section the material is always removed tangentially with respect to the
Schließlich zeigt Fig. 5 noch eine Variante, bei der die vorstehend geschilderte Folge der beiden Verfahrensabschnitte zyklisch wiederholt wird.Finally, FIG. 5 shows a variant in which the sequence of the two process sections described above is repeated cyclically.
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.The thick curve in Fig. 5 of the respective processing point again starts at the
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.In a practical embodiment of the method according to the invention, a four-cylinder camshaft was machined at a peripheral speed of the
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.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.
Das Verhältnis von Zustellgeschwindigkeit und Winkelgeschwindigkeit des Nockens wurde dabei so gewählt, daß während des Vorschleifens ein WinkeI ψ von 30° und während des Fertigschleifens ein Winkel ψ von 60° eingestellt wurden.The ratio of the infeed speed and the angular speed of the cam was chosen so that an angle ψ of 30 ° was set during pre-grinding and an angle ψ of 60 ° during finish-grinding.
Auf diese Weise konnte gegenüber dem herkömmlichen Verfahren eine Verminderung der Gesamtschleifzeit pro Nocken auf weniger als die Hälfte erzielt werden.In this way, it was possible to reduce the total grinding time per cam to less than half compared to the conventional method.
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GBPC | Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee |
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APAC | Appeal dossier modified |
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APAC | Appeal dossier modified |
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