EP0339293A2 - Verfahren zum Schleifen von Nocken einer Nockenwelle - Google Patents

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EP0339293A2
EP0339293A2 EP89105739A EP89105739A EP0339293A2 EP 0339293 A2 EP0339293 A2 EP 0339293A2 EP 89105739 A EP89105739 A EP 89105739A EP 89105739 A EP89105739 A EP 89105739A EP 0339293 A2 EP0339293 A2 EP 0339293A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
angular velocity
cams
area
axis
value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP89105739A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0339293A3 (de
Inventor
Horst Josef Wedeniwski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fortuna Werke Maschinenfabrik GmbH
Original Assignee
Fortuna Werke Maschinenfabrik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fortuna Werke Maschinenfabrik GmbH filed Critical Fortuna Werke Maschinenfabrik GmbH
Publication of EP0339293A2 publication Critical patent/EP0339293A2/de
Publication of EP0339293A3 publication Critical patent/EP0339293A3/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method for grinding cams of a camshaft, in which the cams are rotated about a first axis running through the center of a base circle of the cams at a predetermined angular velocity, and a grinding wheel with a jacket parallel to the first axis line rests on the cams and is moved depending on the rotational position of the cams relative to the first axis along a second axis which is perpendicular to the first axis, such that the surface line moves during the rotation of the cams on a predetermined cam contour, the Angular velocity is varied during the rotation of the cams, so that the surface line travels along the base circle with a higher angular velocity, along flanks and a tip of the cams with a reduced angular velocity.
  • a CNC cam shape grinding machine in which the cams of a camshaft are ground by a total of two roughing revolutions, one finishing revolution and one revolving revolution from a raw contour to a predetermined finished contour.
  • the grinding wheel at the top of the cam contour is attached to the cam from a flank to the base circle and then fed during the first rotation of the cam by approximately 100 ° over the entire allowance on the base circle of the cam.
  • the remaining circumference of the cam is then ground in pure web operation according to the coordinates of the finished cam contour.
  • the angular velocity of the cams is varied during the roughing revolutions and the finishing revolutions with a trapezoidal course over the angle of rotation.
  • a relatively high angular velocity of approximately 20,000 ° per minute is set in the area of the base circle, while the angular velocity is reduced to approximately 8,000 ° per minute in the area of the flanks and the tip.
  • the transition between these ranges of angular velocity is set along relatively steep increases or decreases in angular velocity.
  • This procedure results in a curve of the so-called related chip removal volume over the angle of rotation, in which a relatively high and constant value of about 40 mm3 / mm.s is set over the base circle. In the area of the first flank following the base circle, this value initially remains approximately constant and then drops suddenly to a value of approximately 5 mm3 / mm.s, and then also suddenly to a value of approximately 40 mm3 at the end of the full rotation /mm.s to increase.
  • cam shape errors described above viewed in absolute terms, are so small that they go unnoticed in standard cam applications. With increasing demands on the dimensional accuracy, ie the shape accuracy of cams, in Ver equal to a cam profile desired by the designer, these very small remaining cam shape errors can also be disruptive.
  • the invention is based on the object of developing a method of the type mentioned at the outset in such a way that the cam shape errors mentioned are reduced even further without additional outlay in terms of production time.
  • This object is achieved in that the angular velocity in the area of the tip is set to a value above the reduced angular velocity, but below the higher angular velocity.
  • the teaching according to the invention thus has the unexpected result that at the same time the dimensional errors and the production time are reduced, whereas according to conventional thinking these parameters can only be changed in opposite directions.
  • the angular velocity takes on constant values in the area of the base circle and in the area of the tip, while a trapezoidal course of the angular velocity is set over the angle of rotation of the cams in the areas of the flanks.
  • This measure has the advantage that the gradual transition of the value of the angular velocity from the higher to the reduced and then back to the middle value, and vice versa, avoids dynamic effects which would occur if the angular velocity were suddenly switched.
  • the trapezoidal course of the angular velocity over the angle of rotation has also proven to be optimal insofar as this trapezoidal course is adapted to the course of the radius of curvature of the cams in the region of the flanks in the case of cams of conventional design. This is because the aforementioned trapezoidal setting of the value of the angular velocity over the angle of rotation in the region of the flanks of the cams leads to a practically constant course of the related chip removal volume.
  • the related chip removal volume changes, taking into account the system rigidity, with the radius of curvature of the contour to be ground, and this dependency is compensated for to a constant course if the angular velocity in the region of the flanks of the cams is set in the manner mentioned.
  • the value of the angular velocity at the tip is approximately two thirds of the value at the base circle and the value in the area of the flanks decreases to approximately one third of the value at the base circle along the trapezoidal shape, such that the related chip removal volume in the area of the flanks and in the area of the tip is approximately constant and amounts to approximately half of the related chip removal volume in the area of the base circle.
  • FIG. 1 designates a cam of a conventional camshaft for an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • a Cartesian coordinate system with an abscissa 11 and an ordinate 12 and an axis 13 perpendicular thereto is shown in the cams 10.
  • the abscissa is referred to as the “X axis”
  • the axis 13 perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 1 is referred to as the “C axis of rotation”.
  • the cam 10 is of customary shape and has a base circle 15, adjoining flanks 16 and a tip 17.
  • the base circle radius is denoted by R G and the radius of the so-called secondary circle in the region of the tip 17 is denoted by R S.
  • the radius of curvature R F on the flanks 16 of the cam 10 varies and only such a radius R F is shown in FIG. 1.
  • a grinding wheel 20 which is only shown broken off in FIG. 1, rotates about an axis, not shown in FIG. 1, which is usually perpendicular to the abscissa 11, in which case a cylindrical grinding wheel 20 is used.
  • a cylindrical grinding wheel 20 is used.
  • other arrangements with an inclined grinding wheel axis and a correspondingly conically shaped grinding wheel circumference are also known.
  • the grinding wheel 20 is moved in the direction of an arrow 21 in the direction of the abscissa 11 and the cam 10 is simultaneously rotated in the direction of an arrow 22 about the axis 13.
  • the cam 10 is still completely unprocessed and the grinding wheel 20 lies in a first point 23 or along a surface line running perpendicularly through the first point 23 on the outer circumference, i.e. on the raw contour of the cam 10.
  • the cam 10 is now rotated in the direction of the arrow 22 at an angular velocity ⁇ , as will be explained in more detail below, and the grinding wheel 20 is simultaneously advanced in the direction of the abscissa x towards the axis 13.
  • the rotational movement of the cam 10 and the axial movement of the grinding wheel 20 along the abscissa 11 are coordinated with one another in such a way that the surface line or the engagement area of the grinding wheel 20 on the workpiece blank produces the desired cam contour.
  • an angular range ⁇ G of the base circle up to a second point 24 is provided on the raw contour of the cam 10.
  • a second angular range ⁇ F of the left flank 16 extends from the second point 24 to a third point 25
  • a third angular range ⁇ S of the tip 17 extends from the third point 25 to a fourth point 26
  • a fourth angular range ⁇ F of the right flank 16 finally runs from the fourth point 26 to a fifth point 27 on the raw contour of the cam, which in turn is the starting point for the first angular range ⁇ G of the base circle 15.
  • the first angular range ⁇ G of the base circle 15 is somewhat more than 180 °, but it can also be exactly 180 °.
  • the values for the other angular ranges ⁇ F and ⁇ S are also only to be understood as examples.
  • the grinding wheel 20 is preferably immersed on the base circle 15 over the entire dimension a from the unprocessed raw contour to the finished contour shown in dashed lines in FIG. 1.
  • a sixth point 28 is drawn on the finished contour, which corresponds to the point at which the grinding wheel 20 has measured the entire oversize a on the base circle 15.
  • the grinding wheel 20 is adjusted relative to the cam 10 in pure so-called rail operation, i.e. the rotary movement of the cam 10 and the axial movement of the grinding wheel 20 are matched exclusively to the target contour of the cam to be ground without superimposing an infeed movement.
  • FIG. 2 the material volume is drawn out in a perspective view, which is to be removed from the workpiece blank during the grinding of the cam 10 according to FIG. 1.
  • the circumferential length to be measured by the grinding wheel 20 in the area of the base circle 15, the flanks 16 and the tip 17 can be determined from the product of the respective radii R G , R S or R F , and the associated angle ⁇ G , Determine ⁇ S and ⁇ F , whereby in the case of the radius of curvature R F of the flanks 16 the integral of the radius R ⁇ F is to be formed over the angular range ⁇ F.
  • the obtained chip removal volume for each of the areas mentioned can finally be determined.
  • the engagement conditions of the grinding wheel 20 on the cam 10 vary in the so-called raised area, i.e. in the areas of the flanks 16 and the tip 17 because the rigidity of the system, i.e. the resulting flexibility of the camshaft and the grinding machine must be taken into account. This leads to a dynamic correction of the related chip removal volumes determined on the basis of static consideration.
  • process parameters are obtained as they are shown as profiles over the angle of rotation ⁇ in FIGS. 3 to 5.
  • FIG. 3 shows the course of the infeed a over the angle of rotation ⁇ .
  • the infeed a is carried out in the area of the base circle from the first point 23 to the sixth point 28. This is expressed in a first course 40 of the infeed a in FIG. 3.
  • the infeed a initially increases from zero along an increase 41 and then passes at an angle ⁇ 1 into a flat area 42, which corresponds to the final value a of the total oversize of the grinding operation currently in progress.
  • the value a is thus up to the end value of the rotation angle ⁇ of 360 °, i.e. for a full turn.
  • the procedure described here can either be the procedure in one of several successive grinding operations, as is done in the prior art by e.g. two roughing operations, one finishing operation and one firing operation.
  • cams can also be ground from the workpiece blank to the final dimension by a single process of this type.
  • FIG. 4 shows a second profile 50 for the angular velocity ⁇ , which is set using the method according to the invention.
  • the angular velocity ⁇ is set from a value of zero over a relatively small angle of rotation ⁇ 2 of, for example, 20 ° or 30 ° along a steep first rise 51 to a high value ⁇ G.
  • the grinding machine maintains this high value ⁇ G over a first flat area 52 up to an angle ⁇ 3 of, for example, 180 °.
  • This rotation angle of 180 ° corresponds in the exemplary embodiment in FIGS. 3 to 5 to the basic circle angle range ⁇ G.
  • the trapezoidal shape of the areas 53, 54, 55 corresponds to the angular area ⁇ F of the first flank 16
  • the third flat area 56 corresponds to the angular area ⁇ S at the tip 17
  • the likewise trapezoidal area 57, 58, 59 corresponds to the angular area ⁇ F second edge 16.
  • a low value ⁇ F of the angular velocity ⁇ is set in the angular range ⁇ F of the flank 16, while the third flat region 56 in the angular range ⁇ S of the tip 17 is characterized by an average value ⁇ S of the angular velocity ⁇ .
  • Fig. 5 finally shows a third curve 60 for the related chip removal volume Q '.
  • the related chip removal volume Q ' increases along an increase 61 corresponding to the increase 41 of the infeed a in Fig. 3, until at the value ⁇ 1 of the angle of rotation ⁇ of, for example 100 °, a final value Q G ' is reached, which over a first flat area 62 to to the angle of rotation ⁇ 3, for example 180 °, is maintained.
  • This value ⁇ 4 is reached when the angular velocity ⁇ reaches the value S in the course of the first drop 53.
  • Fig. 5 is again for the sake of comparison with 64 'the course of the related chip removal volume Q' according to the prior art, as it results from the course 56 'of the angular velocity ⁇ in Fig. 4.

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 Schleifen von Nocken (10) einer Nockenwelle. Die Nocken (10) werden um eine durch das Zentrum eines Grundkreises (15) der Nocken (10) verlaufende erste Achse (13) mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit ( ω ) gedreht. Eine Schleifscheibe (20) liegt mit einer zu der ersten Achse (13) parallelen Mantellinie (23) an den Nocken (10) an. Sie wird in Abhängigkeit von der Drehstellung ( φ ) der Nocken (10) relativ zur ersten Achse (13) entlang einer zweiten Achse (11) bewegt, die senkrecht auf der ersten Achse (13) steht. Dies geschieht derart, daß die Mantellinie (23) während der Drehung der Nocken (10) auf einer vorbestimmten Nockenkontur (15, 16, 17) wandert, wobei die Winkelgeschwindigkeit ( ω ) während der Drehung der Nocken (10) variiert wird. Auf diese Weise wandert die Mantellinie (23) entlang dem Grundkreis (15) mit höherer Winkelgeschwindigkeit ( ωG ), entlang von Flanken (16) und einer Spitze (17) der Nocken (10) hingegen mit verminderter Winkelgeschwindigkeit ( ωF ). Um ohne Erhöhung der Gesamtschleifzeit die verbleibenden Nockenformfehler zu vermindern, wird die Winkelgeschwindigkeit ( ω ) im Bereiche der Spitze (17) auf einen Wert ( ωS ) oberhalb der verminderten Winkelgeschwindigkeit ( ωF ), jedoch unterhalb der höheren Winkelgeschwindigkeit ( ωG ) eingestellt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schleifen von Nocken einer Nockenwelle, bei dem die Nocken um eine durch das Zentrum eines Grundkreises der Nocken verlaufende erste Achse mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit gedreht werden und eine Schleifscheibe mit einer zu der ersten Achse parallelen Mantel­ linie an den Nocken anliegt und in Abhängigkeit von der Dreh­stellung der Nocken relativ zur ersten Achse entlang einer zweiten Achse bewegt wird, die senkrecht auf der ersten Achse steht, derart, daß die Mantellinie während der Drehung der Nocken auf einer vorbestimmten Nockenkontur wandert, wobei die Winkelgeschwindigkeit während der Drehung der Nocken variiert wird, so daß die Mantellinie entlang dem Grundkreis mit höherer Winkelgeschwindigkeit, entlang von Flanken und einer Spitze der Nocken hingegen mit verminderter Winkelge­schwindigkeit wandert.
  • Ein Verfahren der vorstehend genannten Art ist aus der DE-Z "Werkstatt und Betrieb", 1986, Heft 2, Seiten 133 bis 138 bekannt.
  • Bei dem bekannten Verfahren wird eine CNC-Nockenformschleif­maschine eingesetzt, bei der Nocken einer Nockenwelle durch insgesamt zwei Schrupp-Umdrehungen, eine Schlicht-Umdrehung sowie eine Ausfeuer-Umdrehung von einer Rohkontur auf eine vorgegebene Fertigkontur geschliffen werden.
  • Ausgehend von der Rohkontur wird die Schleifscheibe am Obergang der Nockenkontur von einer Flanke zum Grundkreis an den Nocken angesetzt und dann während der ersten Drehung des Nockens um etwa 100° über das gesamte Aufmaß auf dem Grundkreis des Nockens zugestellt. Der restliche Umfang des Nockens wird dann im reinen Bahnbetrieb nach den Koordinaten der Nocken-Fertigkontur geschliffen.
  • Während der Schrupp-Umdrehungen und der Schlicht-Umdrehungen wird die Winkelgeschwindigkeit der Nocken variiert und zwar mit einem trapezförmigen Verlauf über dem Drehwinkel. Im Bereiche des Grundkreises wird eine verhaltnismäßig hohe Winkelgeschwindigkeit von etwa 20.000° pro Minute eingestellt Während im Bereich der Flanken und der Spitze die Winkelge­schwindigkeit auf etwa 8.000° pro Minute abgesenkt wird. Der Übergang zwischen diesen Bereichen der Winkelgeschwindigkeit wird entlang verhältnismäßig steiler Anstiege bzw. Abfälle der Winkelgeschwindigkeit eingestellt.
  • Aufgrund dieser Vorgehensweise ergibt sich ein Verlauf des sogenannten bezogenen Zeitspanvolumens über dem Drehwinkel, bei dem über dem Grundkreis ein verhaltnismäßig hoher und konstanter Wert von etwa 40 mm³/mm.s eingestellt wird. Im Bereich der ersten, auf den Grundkreis folgenden Flanke bleibt dieser Wert zunächst näherungsweise konstant und sinkt dann schlagartig auf einen Wert von etwa 5 mm³/mm.s ab, um dann ebenso schlagartig am Ende der vollen Umdrehung wieder auf einen Wert von etwa 40 mm³/mm.s anzusteigen.
  • Dieser sehr unregelmäßige Verlauf des bezogenen Zeitspanvolumens über dem Drehwinkel und insbesondere die stark schwankenden und teilweise noch sehr hohen oder wieder sehr hohen Werte im Bereich der Flanken und der Spitze führen jedoch aufgrund der unvermeidbaren Systemsteifigkeit von Nockenwelle und Schleif­maschine zu Formfehlern. Diese Formfehler haben im Bereich des Überganges vom Grundkreis auf den Nocken einen maximalen Wert.
  • Die vorstehend geschilderten Nockenformfehler sind, in absoluten Größen betrachtet, so klein, daß sie bei Standardanwendungen von Nocken unbemerkt bleiben. Bei zunehmenden Anforderungen an die Maßhaltigkeit, d.h. die Formtreue von Nocken, im Ver­ gleich zu einem vom Konstrukteur gewünschten Nockenprofil, können jedoch auch diese sehr kleinen verbleibenden Nocken­formfehler störend sein.
  • Zwar wäre es möglich, eine weitere Verminderung dieser Fehler dadurch zu erzielen, daß man die Winkelgeschwindigkeit der Nocken insgesamt vermindert, dies würde jedoch zu einem er­heblichen Mehraufwand an Zeit und damit zu einer deutlichen Erhöhung der Produktionskosten führen.
  • Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß die genannten Nockenformfehler ohne zusätzlichen Aufwand an Fertigungszeit noch weiter vermindert werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Winkelgeschwindigkeit im Bereich der Spitze auf einen Wert oberhalb der verminderten Winkelgeschwindigkeit, jedoch unter­halb der höheren Winkelgeschwindigkeit eingestellt wird.
  • Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst, weil sich überraschenderweise gezeigt hat, daß ein kurzzeitiges Anheben der Winkelgeschwindigkeit auf einen konstanten mittleren Wert, und zwar dann, wenn die Schleifscheibe die Spitze des Nockens schleift, eine Verminde­rung der Nockenformfehler bewirkt, wobei überraschenderweise sich auch die Gesamtschleifzeit der Nocken vermindert.
  • Die erfindungsgemäße Lehre hat damit das nicht-erwartbare Ergebnis, daß gleichzeitig die Formfehler und die Produktions­zeit vermindert werden, während nach herkömmlicher Denkweise diese Parameter nur gegenläufig veränderbar sind.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung nimmt die Winkelgeschwindigkeit im Bereiche des Grundkreises sowie im Bereiche der Spitze konstante Werte an, während der Bereiche der Flanken ein trapezförmiger Verlauf der Winkelgeschwindigkeit über dem Drehwinkel der Nocken eingestellt wird.
  • Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß durch den allmählichen Übergang des Wertes der Winkelgeschwindigkeit vom höheren auf den verminderten und dann wieder auf den mittleren Wert, und umgekehrt, dynamische Effekte vermieden werden, wie sie bei schlagartiger Umschaltung der Winkelgeschwindigkeit auftreten würden. Auch hat sich der trapezförmige Verlauf der Winkel­geschwindigkeit über dem Drehwinkel als optimal insoweit erwiesen, als dieser trapezförmige Verlauf bei Nocken üblicher Bauart an den Verlauf des Krümmungsradius der Nocken im Bereich der Flanken angepaßt ist. So führt nämlich die genannte trapez­förmige Einstellung des Wertes der Winkelgeschwindigkeit über dem Drehwinkel im Bereiche der Flanken der Nocken zu einem praktisch konstanten Verlauf des bezogenen Zeitspanvolumens. Bekanntlich ändert sich das bezogene Zeitspanvolumen, unter Berücksichtigung der Systemsteifigkeit, mit dem Krümmungsradius der zu schleifenden Kontur und diese Abhängigkeit wird gerade zu einem konstanten Verlauf kompensiert, wenn die Winkelge­schwindigkeit im Bereiche der Flanken der Nocken in der genann­ten Weise eingestellt wird.
  • Besonders bevorzugt ist bei diesem Ausführungsbeispiel, wenn der Wert der Winkelgeschwindigkeit an der Spitze etwa zwei Drittel des Wertes am Grundkreis beträgt und der Wert im Bereich der Flanken auf etwa ein Drittel des Wertes am Grundkreis entlang des trapezförmigen Verlaufes abnimmt, derart, daß das bezogene Zeitspanvolumen im Bereich der Flanken sowie im Bereich der Spitze etwa konstant ist und etwa die Hälfte des bezogenen Zeitspanvolumens im Bereiche des Grundkreises beträgt.
  • Die vorstehend genannten Einstellwerte haben sich in der Praxis üblicher Nocken für Nockenwellen von Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen als optimal erwiesen, wobei sich versteht, daß die angegebenen Werte jeweils nur als Anhaltspunkte zu verstehen sind.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
  • Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach­stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung 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 eine Seitenansicht eines Nockens einer Nockenwelle mit einer abgebrochen dargestellten Schleifscheibe, die sich im Eingriff am Nocken befindet;
    • Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des von einer Schleifscheibe am Nocken gemäß Fig. 1 abgespanten Materialvolumens;
    • Fig. 3 bis 5 Verlaufe der Zustellung, der Winkelgeschwindigkeit sowie des bezogenen Zeitspanvolumens über dem Drehwinkel des Nockens gemäß Fig. 1, zur Veranschau­lichung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • In Fig. 1 bezeichnet 10 insgesamt einen Nocken einer üblichen Nockenwelle für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges.
  • Der Übersichtlichkeit halber ist in den Nocken 10 ein kartesi­sches Koordinatensystem mit einer Abszisse 11 und einer Ordinate 12 sowie einer dazu senkrechten Achse 13 eingezeichnet. In der Fachsprache der Schleifmaschinentechnik wird die Abszisse als "X-Achse" und die zur Zeichenebene der Fig. 1 senkrechte Achse 13 als "C-Drehachse" bezeichnet.
  • Der Nocken 10 ist von üblicher Formgebung und weist einen Grundkreis 15, daran anschließende Flanken 16 sowie eine Spitze 17 auf. Der Grundkreisradius ist mit RG und der Radius des sogenannten Nebenkreises im Bereiche der Spitze 17 ist mit RS bezeichnet. Der Krümmungsradius RF an den Flanken 16 des Nockens 10 variiert und es ist nur ein derartiger Radius RF in Fig. 1 eingezeichnet.
  • Eine Schleifscheibe 20, die in Fig. 1 nur abgebrochen darge­stellt ist, dreht sich um eine in Fig. 1 nicht dargestellte Achse, die üblicherweise senkrecht auf der Abszisse 11 steht, in welchem Falle eine zylindrisch geformte Schleifscheibe 20 Verwendung findet. Es sind darüberhinaus aber auch andere Anordnungen mit geneigter Schleifscheibenachse und entsprechend konisch abgerichtetem Schleifscheibenumfang bekannt. Die Schleifscheibe 20 wird in Richtung eines Pfeiles 21 in Richtung der Abszisse 11 verfahren und der Nocken 10 wird gleichzeitig in Richtung eines Pfeiles 22 um die Achse 13 gedreht.
  • In der Darstellung der Fig. 1 ist der Nocken 10 noch vollkommen unbearbeitet und die Schleifscheibe 20 liegt in einem ersten Punkt 23 bzw. entlang einer senkrecht durch den ersten Punkt 23 verlaufenden Mantellinie am Außenumfang, d.h. an der Rohkon­tur des Nockens 10 an.
  • Der Nocken 10 wird nun mit einer Winkelgeschwindigkeit ω , wie dies weiter unten noch im einzelnen erläutert werden wird, in Richtung des Pfeiles 22 gedreht und die Schleifscheibe 20 wird gleichzeitig in Richtung der Abszisse x auf die Achse 13 hin zugestellt. Die Drehbewegung des Nockens 10 und die Axial­bewegung der Schleifscheibe 20 entlang der Abszisse 11 sind so aufeinander abgestimmt, daß die Mantellinie bzw. der Ein­griffsbereich der Schleifscheibe 20 am Werkstückrohling die gewünschte Nockenkontur erzeugt.
  • Bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel ist ein Winkelbereich φG des Grundkreises bis zu einem zweiten Punkt 24 an der Rohkontur des Nockens 10 vorgesehen. Ein zweiter Winkelbereich φF der linken Flanke 16 erstreckt sich vom zweiten Punkt 24 zu einem dritten Punkt 25, ein dritter Winkelbereich φS der Spitze 17 erstreckt sich vom dritten Punkt 25 zu einem vierten Punkt 26 und ein vierter Winkelbereich φF der rechten Flanke 16 verläuft schließlich vom vierten Punkt 26 zu einem fünften Punkt 27 auf der Rohkontur des Nockens, der gleichzeitig wiederum der Anfangspunkt für den ersten Winkelbereich φG des Grundkreises 15 ist.
  • Bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel beträgt der erste Winkelbereich φG des Grundkreises 15 etwas mehr als 180°, er kann jedoch auch exakt 180° betragen. Auch die Werte für die übrigen Winkelbereiche φF und φS sind lediglich beispielhaft zu verstehen.
  • Zum Schleifen des Nockens 10 gemäß Fig. 1 taucht die Schleif­scheibe 20 vorzugsweise auf den Grundkreis 15 über das gesamte Aufmaß a von der unbearbeiteten Rohkontur auf die in Fig. 1 gestrichelt gezeichnete Fertigkontur ein. In Fig. 1 ist ein sechster Punkt 28 auf der Fertigkontur eingezeichnet, der dem Punkt entspricht, in dem die Schleifscheibe 20 das gesamte Aufmaß a auf den Grundkreis 15 durchmessen hat. Vom sechsten Punkt 28 an wird die Schleifscheibe 20 relativ zum Nocken 10 im reinen sogenannten Bahnbetrieb verstellt, d.h. die Dreh­bewegung des Nockens 10 und die Axialbewegung der Schleifscheibe 20 sind ohne Überlagerung einer Zustellbewegung ausschließlich auf die Sollkontur des fertig zu schleifenden Nockens abge­stimmt.
  • In Fig. 2 ist in perspektivischer Ansicht das Materialvolumen herausgezeichnet, das während des Schleifens des Nockens 10 gemäß Fig. 1 vom Werkstuckrohling abzutragen ist.
  • Die Umfangslänge, die von der Schleifscheibe 20 im Bereiche des Grundkreises 15, der Flanken 16 sowie der Spitze 17 zu durchmessen ist, läßt sich aus dem Produkt der jeweiligen Radien RG, RS bzw. RF, und der zugehörigen Winkel φG, φS und φF , bestimmen, wobei im Falle des Krümmungsradius RF der Flanken 16 das Integral des Radius RφF über den Winkelbereich φF zu bilden ist.
  • Multipliziert man die so erhaltenen Umfänge mit dem Aufmaß a sowie einer Breite b des Nockens 10, so erhält man die jeweili­gen Zerspanungsvolumina in den vier Bereichen des Nockens 10.
  • Unter Berücksichtigung der jeweiligen Winkelgeschwindigkeiten ωG, ωF und ωS im Bereich des Grundkreises 15, der Flanken 16 bzw. der Spitze 17 erhält man die erforderlichen Schleifzeiten für die vier Bereiche.
  • Aus den Zerspanungsvolumina und den Schleifzeiten läßt sich schließlich das bezogene Zeitspanvolumen für jeden der genannten Bereiche ermitteln. Allerdings ist dabei zu berücksichtigen, daß sich die Eingriffsbedingungen der Schleifscheibe 20 am Nocken 10 im sogenannten Erhebungsbereich, d.h. im Bereiche der Flanken 16 sowie der Spitze 17 verändern, weil die Steifig­keit des Systems, d.h. die resultierende Nachgiebigkeit der Nockenwelle und der Schleifmaschine zu berücksichtigen ist. Dies führt zu einer dynamischen Korrektur der aufgrund stati­scher Betrachtung ermittelten bezogenen Zeitspanvolumina.
  • Man kann nun durch theoretische Herleitungen zeigen, daß eine optimale Nockenformqualität erzielt wird, wenn die Winkel­geschwindigkeit ωS im Bereiche der Spitze 17 konstant eingestellt, die Winkelgeschwindigkeit ωF im Bereiche der Flanken 16 hingegen variiert wird. Auch kann man zeigen, daß bestimmte Verläufe der Winkelgeschwindigkeit über dem Drehwinkel bereichsweise zu konstanten Zeitspanvolumina führen.
  • Unter Berücksichtigung dieser Überlegungen kommt man zu Ver­fahrensparametern, wie sie als Verläufe über dem Drehwinkel φ in den Fig. 3 bis 5 dargestellt sind.
  • Fig. 3 zeigt dabei den Verlauf der Zustellung a über dem Drehwinkel φ . Wie bereits weiter oben zu Fig. 1 erläutert, wird die Zustellung a im Bereiche des Grundkreises vom ersten Punkt 23 auf den sechsten Punkt 28 vorgenommen. Dies drückt sich in einem ersten Verlauf 40 der Zustellung a in Fig. 3 aus. Die Zustellung a nimmt zunächst vom Werte Null entlang eines Anstieges 41 zu und geht dann bei einem Winkel φ₁ in einen flachen Bereich 42 über, der dem Endwert a des gesamten Aufmaßes des gerade vorliegenden Schleifvorganges entspricht. Der Wert a wird somit bis zum Endwert des Drehwinkels φ von 360°, d.h. für eine volle Umdrehung, beibehalten.
  • Es sei an dieser Stelle betont, daß das hier beschriebene Vorgehen entweder das Vorgehen bei einem von mehreren aufeinan­derfolgenden Schleifvorgängen sein kann, wie dies beim Stand der Technik durch Z.B. zwei Schruppvorgänge, einen Schlichtvor­gang sowie einen Ausfeuervorgang erfolgt. Es können jedoch auch Nocken durch einen einzigen derartigen Vorgang vom Werk­stückrohling auf Endmaß, geschliffen werden.
  • Fig. 4 zeigt einen zweiten Verlauf 50 für die Winkelgeschwindig­keit ω , die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren angestellt wird.
  • Die Winkelgeschwindigkeit ω wird von einem Wert Null über einen verhaltnismäßig kleinen Drehwinkel φ₂ von beispiels­weise 20° oder 30° entlang eines steilen ersten Anstieges 51 auf einen hohen Wert ωG eingestellt. Diesen hohen Wert ωG behält die Schleifmaschine über einen ersten flachen Bereich 52 bis zu einem Winkel φ₃ von beispielsweise 180° bei. Dieser Drehwinkel von 180° entspricht im Außführungsbei­spiel der Fig. 3 bis 5 gerade dem Grundkreis-Winkelbereich ωG .
  • Vom Wert φ₃ an wird nun die Winkelgeschwindigkeit entlang eines relativ steilen ersten Abfalles 53 vermindert, bis ein zweiter flacher Bereich 54 erreicht wird. Aus dem flachen Bereich 54 nimmt die Winkelgeschwindigkeit ω dann entlang eines zweites Anstieges 55 wieder zu, bis ein dritter flacher Bereich 56 erreicht ist. Von diesem dritten flachen Bereich 56 nimmt die Winkelgeschwindigkeit ω dann in klapp­symmetrischer Weise wieder entlang eines zweiten Abfalles 57 auf einen vierten flachen Bereich 58 ab, von dem sie dann entlang eines dritten Anstieges 59 wieder auf den hohen Wert ωG zunimmt.
  • Der trapezförmige Verlauf der Bereiche 53, 54, 55 entspricht dem Winkelbereich φF der ersten Flanke 16, der dritte flache Bereich 56 entspricht dem Winkelbereich φS an der Spitze 17 und der ebenfalls trapezförmige Bereich 57, 58, 59 entspricht dem Winkelbereich φF der zweiten Flanke 16.
  • In dem Winkelbereich φF der Flanke 16 wird ein niedriger Wert ωF der Winkelgeschwindigkeit ω eingestellt, während sich der dritte flache Bereich 56 im Winkelbereich φS der Spitze 17 durch einen mittleren Wert ωS der Winkelgeschwin­digkeit ω auszeichnet.
  • Mit 56′ ist aus Gründen des Vergleiches in Fig. 4 nochmals der Winkelgeschwindigkeitsverlauf nach dem Stand der Technik aufgetragen und man erkennt, daß dort die Winkelgeschwindigkeit im Bereiche der Flanken 16 und der Spitze 17 auf einen konstan­ten Wert eingestellt wurde.
  • Fig. 4 zeigt, daß der mittlere Wert ωS der Winkelgeschwindig­keit etwa zwei Drittel und der niedrige Wert ωF etwas ein Drittel des Wertes ωG im Bereiche des Grundkreises beträgt.
  • Fig. 5 zeigt schließlich einen dritten Verlauf 60 und zwar fur das bezogene Zeitspanvolumen Q′. Das bezogene Zeitspan­volumen Q′ steigt entlang eines Anstieges 61 entsprechend dem Anstieg 41 der Zustellung a in Fig. 3 an, bis beim Wert φ₁ des Drehwinkels φ von beispielsweise 100° ein Endwert QG′ erreicht ist, der über einen ersten flachen Bereich 62 bis zum Drehwinkel φ₃, beispielsweise 180°, beibehalten wird.
  • Bei diesem Winkelwert φ₃, der zugleich dem Ende des Winkel­bereiches φG des Grundkreises 15 entspricht, vermindert sich das bezogene Zeitspanvolumen Q′ wiederum entlang eines Abfalles 63, der bis zu einem Drehwinkelwert φ₄ andauert. Dieser Wert φ₄ ist dann erreicht, wenn die Winkelgeschwin­digkeit ω im Verlaufe des ersten Abfalles 53 den Wert S erreicht. Von dem Drehwinkelwert φ₄ an verläuft das bezogene Zeitspanvolumen Q′ konstant entlang eines zweiten flachen Bereiches 64, dessen Wert QF′ gleich dem Wert QS′ ist, mit anderen Worten, das bezogene Zeitspanvolumen Q′ ist auf den Flanken 16 und an der Spitze 17 konstant und gleich groß. Es wird somit über die Winkelbereiche φF, φS und φF , der Flanken 16 und der Spitze 17 konstant beibehalten.
  • Auch in Fig. 5 ist Wiederum aus Gründen des Vergleiches mit 64′ der Verlauf des bezogenen Zeitspanvolumens Q′ nach dem Stande der Technik dargestellt, wie er sich also aus dem Verlauf 56′ der Winkelgeschwindigkeit ω in Fig. 4 ergibt.
  • Aus der vorstehenden Schilderung folgt, daß die trapezförmige Einstellung der Winkelgeschwindigkeit ω in den Bereichen 53, 54, 55 bzw. 57, 58, 59 der Flanken 16 gerade die dynamische Variation des bezogenen Zeitspanvolumens Q′ im Bereiche der Flanken 16 kompensiert, so daß sich der in Fig. 5 bei 64 erkennbare konstante Verlauf des bezogenen Zeitspanvolumens Q′ ergibt.

Claims (3)

1. Verfahren zum Schleifen von Nocken (10) einer Nocken­welle, bei dem die Nocken (10) um eine durch das Zentrum eines Grundkreises (15) der Nocken (10) verlaufende erste Achse (13) mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit ( ω ) gedreht werden und eine Schleifscheibe (20) mit einer zu der ersten Achse (13) parallelen Mantellinie (23) an den Nocken (10) anliegt und in Abhängigkeit von der Drehstellung ( φ ) der Nocken (10) relativ zur ersten Achse (13) entlang einer zweiten Achse (11) bewegt wird, die senkrecht auf der ersten Achse (13) steht, derart, daß die Mantellinie (23) während der Drehung der Nocken (10) auf einer vorbestimmten Nocken­kontur (15, 16, 17) wandert, wobei die Winkelgeschwin­digkeit ( ω) während der Drehung der Nocken (10) variiert wird, so daß die Mantellinie (23) entlang dem Grundkreis (15) mit höherer Winkelgeschwindigkeit ( ωG ) , entlang von Flanken (16) und einer Spitze (17) der Nocken (10) hingegen mit verminderter Winkelge­schwindigkeit ( ωF ) wandert, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelgeschwindigkeit ( ω ) im Bereich der Spitze (17) auf einen Wert (ωS ) , oberhalb der vermin­derten Winkelgeschwindigkeit ( ωF ), jedoch unterhalb der höheren Winkelgeschwindigkeit ( ωG ) eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelgeschwindigkeit ( ω ) im Bereiche des Grund­kreises (15) sowie im Bereiche der Spitze (17) konstante Werte ( ωG , ωS ) annimmt, während im Bereich der Flanken (16) ein trapezförmiger Verlauf der Winkel­geschwindigkeit ( ωF ) über dem Drehwinkel ( φ ) der Nocken (10) eingestellt wird.
3 Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert ( ωS ) der Winkelgeschwindigkeit ( ω ) an der Spitze (17) etwa zwei Drittel des Wertes ( ωG ) am Grundkreis (15) beträgt und daß der Wert ( ωF ) im Bereiche der Flanken (16) auf etwa ein Drittel des Wertes ( ωG ) am Grundkreis (15) entlang des trapez­förmigen Verlaufes abnimmt, derart, daß das bezogene Zeitspanvolumen (QF′, QS′ ) im Bereiche der Flanken (16) sowie im Bereiche der Spitze (17) etwa konstant ist und etwa die Hälfte des bezogenen Zeitspanvolumens (QG′ ) im Bereiche des Grundkreises (15) beträgt.
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