EP0772509B1 - Verfahren und vorrichtung zum schleifen von nocken mit konkaven flanken - Google Patents

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EP0772509B1 EP95924942A EP95924942A EP0772509B1 EP 0772509 B1 EP0772509 B1 EP 0772509B1 EP 95924942 A EP95924942 A EP 95924942A EP 95924942 A EP95924942 A EP 95924942A EP 0772509 B1 EP0772509 B1 EP 0772509B1
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grinding
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cam
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ground
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    • 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 and an apparatus for grinding of concave flanks of a camshaft.
  • the invention is based on the object, a method and a Develop device of the type known as known so that an optimal grinding process with regard to grinding wheel load and Cooling is possible, and that with a modified intermediate contour As uniform an allowance as possible for finishing the hollow flank or the outer surface of the cam can be produced.
  • the manufacture the modified intermediate contour serving grinding wheel on the grinding surface is narrower than the cam width, with an intermediate contour in the longitudinal feed of this grinding wheel with a radially stationary cam is ground.
  • the modified intermediate contour is thus produced in the smallest possible grinding zone between the grinding wheel and the cam, so that optimal cooling is achieved.
  • the grinding wheel which is used to grind out the modified intermediate contour serves in the concave area of the cam's run-up and run-off zone, offers even more advantages.
  • the grinding wheel diameter is approximately twice the radius of the corresponds to the concave flank of the cam, is the size of the grinding allowance almost to finish grinding the cam in the concave flank constant if the radius of the flank to be ground on the cam in is essentially constant. Since in the known method according to DE 41 37 924 C1 the grinding wheel for grinding out the modified intermediate contour much larger than the double radius of the cohesive Flank of the cam can be selected, can be modified when grinding the modified Intermediate contour never an even allowance for finish grinding can be achieved. This leads to finish grinding on the grinding wheel inevitably lead to an increase in grinding wheel wear as well an increase in the grinding time when finishing the outer cam contour with the small grinding wheel.
  • the particularly good cooling in the method according to the invention allows high cutting performance and thus a short machining time, due to low heat input into the grinding zone of the workpiece, so that undesirable structural changes, grinding cracks and thus a loss of hardness in the surface area of the cam are excluded.
  • the one used to produce the modified intermediate contour Grinding wheel can be optimal for this purpose in terms of grinding wheel dimensions and specification can be interpreted and Finishing grinding also serves a grinding wheel with an optimal specification and with optimal grinding wheel dimensions.
  • grinding wheel wear can be reduced to a minimum become.
  • the non-productive times for grinding wheel dressing are also minimized because the dressing intervals become longer. By the enlarged Dressing intervals reduce the grinding wheel consumption, and thus decrease the tool costs.
  • the cam Before creating the modified intermediate contour, the cam through a grinding wheel with a relatively large diameter over its pre-ground the entire circumference.
  • the clearance angle creates during grinding the modified intermediate contour, in which relatively much material in the Compared to finishing the concave flanks, between the finished ground contour of the modified intermediate contour and the grinding wheel has a substantially linear contact between the outer surface of the abrasive coating and the end face the engaged zone.
  • the clearance angle can be produced in this way be that the grinding wheel is pivoted horizontally, or that the Grinding wheel on its surface line to the value of the small clearance angle is trained. This will provide the desired improvement in Cooling promoted further.
  • the device-like solution to the problem is mentioned in claim 2.
  • the arrangement of the grinding spindles on the headstock has the advantage that both spindles are on the same guide (X-axis) are built up. Due to this arrangement, not two linear guides Very high stiffness values can be placed on top of each other on the grinding slide. Because of the high rigidity of the Grinding headstock and the guide system have a positive impact on accuracy of the workpiece to be produced can be optimal Dimensional and shape accuracy achieved on the ground cam become. These high stiffness values of the guidance system increase the Process reliability of the process and thus also have a reduced one Grinding wheel wear.
  • Cams 1 are arranged at intervals on a camshaft 2.
  • the Cams have to be ground very precisely to their finished contour, what is particularly difficult if - as in the present case - the Cams are provided with concave flanks.
  • 1 to 5 show that three grinding wheels are used is, namely with a grinding wheel for pre-grinding, with a Grinding wheel for producing the modified intermediate contour and with a grinding wheel for finish grinding.
  • the first method step is shown in FIG. 1.
  • the first grinding wheel 7 With a first grinding wheel 7, the cams 1 from their raw contour 3 to an intermediate contour 4 sanded.
  • the first grinding wheel 7 has a relative large diameter, for example about 400 mm, and because of that it is not coherent flat curvature of the grinding wheel possible to grind out the concave flanks.
  • the process step for grinding out the concave flanks on the modified intermediate contour is shown in FIGS. 2 and 2A.
  • the Production of the modified, that is, corresponding to the concavity of the flanks Intermediate contour 6 takes place through a third grinding wheel 8.
  • This grinding wheel 8 is particularly in relation to its grinding surface much narrower than the width of the cam 1 to be ground; at the In the exemplary embodiment, the third grinding wheel 8 has a grinding pad width of, for example, 4 mm, the cam width for car camshafts is usually about 10 to 20 mm. Grinding the modified intermediate contour 6 with the third grinding wheel 8 performed such that the contour when the cam 1 is radially stationary ground in the longitudinal feed indicated by arrow A. becomes. So there is no plunge grinding to grind the modified intermediate contour instead.
  • the grinding direction for grinding out the modified intermediate contour with the grinding wheel 8 can by the CNC control on the machine be selected.
  • the third grinding wheel 8 has a diameter which is about twice the concave radius of the concave flanks of cam 1 corresponds.
  • the modified intermediate contour 6 can be ground out with arrangement of a clearance angle, whereby a substantially linear Contact between the surface line of the grinding wheel and the Workpiece is reached.
  • the second grinding wheel 9 mounted, the diameter smaller and smaller than the grinding wheel 8.
  • This second grinding wheel 9 Cam from the modified intermediate contour 6 to the finished contour 5 ground, as shown in Fig. 3. With the little one Diameter of the second grinding wheel 9 can be used with it without difficulty the complete cam outer contour with the concave flanks of the Grind cam to finished size.
  • 4 and 5 is the entire grinding device shown with the three grinding wheels.
  • the camshaft 2 is between a workpiece headstock 14 and a tailstock 15 clamped and on the bearings of the camshaft supported by steadies 16.
  • the grinding spindles 12 and 13 with a Headstock 10 pivotable, as indicated by the arrow line B. is.
  • the pivoting takes place through an angle of, for example, 60 °, the grinding spindle arrangement also having other angles, e.g. Allow 180 ° can.
  • Fig. 5 shows the device after pivoting the headstock 10. Now the grinding wheels 8 and 9 are in the grinding position while the first grinding wheel 7 is pivoted away.
  • the grinding slide Under the headstock 10 is the grinding slide with a Leadership and in extension of the leadership a numerically controlled Drive for generating the cam stroke in the direction of the X axis in Dependence on the rotary movement (C axis).
  • the longitudinal feed of the Camshaft is via the Z axis.
  • the axes of the grinding machine are CNC controlled.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schleifen von konkave Flanken aufweisenden Nocken einer Nockenwelle.
Das im Oberbegriff des Anspruchs 1 als bekannt vorausgesetzte Verfahren ist in der DE 41 37 924 C1 beschrieben. Bei diesem Verfahren wird zunächst in einem ersten Schritt mit einer ersten, großen Schleifscheibe ein Nocken von der Rohkontur auf eine Zwischenkontur vorgeschliffen. Anschließend erfolgt im Einstechschleifverfahren das Herstellen einer modifizierten, den konkaven Flanken entsprechenden Zwischenkontur durch eine zweite Schleifscheibe kleineren Durchmessers. Mit derselben Schleifscheibe wird dann der Nocken fertiggeschliffen und damit auf seine Endkontur gebracht. Die Verwendung einer kleinen Schleifscheibe, die breiter als der Nocken ausgeführt ist, für das Herstellen der modifizierten Zwischenkontur bedingt, daß eine optimale Kühlung nicht erfolgen kann, weil die Schleifscheibe im kompletten flächigen Bereich der konkaven Flanke und damit der Schleifzone im Eingriff ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der als bekannt vorausgesetzten Art so weiterzubilden, daß ein optimaler Schleifablauf in Bezug auf Schleifscheibenbelastung und Kühlung möglich ist, und daß eine modifizierte Zwischenkontur mit möglichst gleichmäßigem Aufmaß zum Fertigschleifen der hohlen Flanke bzw. der Mantelfläche des Nockens hergestellt werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe wird verfahrensmäßig durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale, vorrichtungsmäßig durch die im Anspruch 2 bis 5 angegebenen Merkmale erreicht.
Erfindungsgemäß kommt es vor allem darauf an, daß die zur Herstellung der modifizierten Zwischenkontur dienende Schleifscheibe am Schleifbelag schmaler ausgeführt ist als die Nockenbreite, wobei eine Zwischenkontur im Längsvorschub dieser Schleifscheibe bei radial stillstehendem Nocken geschliffen wird. Es erfolgt also das Herstellen der modifizierten Zwischenkontur in einer kleinstmöglichen Schleifzone zwischen der Schleifscheibe und dem Nocken, so daß eine optimale Kühlung erreicht wird.
Die Schleifscheibe, die zum Ausschleifen der modifizierten Zwischenkontur im konkaven Bereich der Anlauf- und Ablaufzone des Nockens dient, bietet noch weitere Vorteile.
Da der Schleifscheibendurchmesser ungefähr dem doppelten Radius der konkaven Flanke des Nockens entspricht, ist die Größe des Schleifaufmaßes zum Fertigschleifen des Nockens in der konkaven Flanke nahezu konstant, wenn der Radius der am Nocken auszuschleifenden Flanke im wesentlichen konstant ist. Da bei dem bekannten Verfahren nach DE 41 37 924 C1 die Schleifscheibe zum Ausschleifen der modifizierten Zwischenkontur wesentlich größer als der doppelte Radius der kohkaven Flanke des Nockens zu wählen ist, kann beim Ausschleifen der modifizierten Zwischenkontur nie ein gleichmäßiges Aufmaß zum Fertigschleifen erreicht werden. Dies führt an der Schleifscheibe zum Fertigschleifen zwangsläufig zu einer Erhöhung des Schleifscheibenverschleißes sowie zu einer Erhöhung der Schleifzeit beim Fertigschleifen der Nockenaußenkontur mit der kleinen Schleifscheibe.
Die besonders gute Kühlung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erlaubt hohe Zerspanleistungen und damit eine geringe Bearbeitungszeit, bedingt durch eine geringe Wärmeeinleitung in die Schleifzone des Werkstücks, so daß unerwünschte Gefügeänderungen, Schleifrisse und damit ein Härteverlust im Oberflächenbereich des Nockens ausgeschlossen sind. Die dem Herstellen der modifizierten Zwischenkontur dienende Schleifscheibe kann für diesen Zweck optimal in Bezug auf Schleifscheibenabmessungen und Spezifikation ausgelegt werden, und zum Fertigschleifen dient ebenfalls eine Schleifscheibe mit optimaler Spezifikation und mit optimalen Schleifscheibenabmessungen. Durch die Anpassung der Schleifscheibe zum Herstellen der modifizierten Zwischenkontur und der Schleifscheibe zum Fertigschleifen an ihre Aufgabe (Schruppen bzw. Schlichten) kann der Schleifscheibenverschleiß auf ein Minimum gebracht werden. Auch die Nebenzeiten für das Schleifscheibenabrichten werden minimiert, weil die Abrichtintervalle größer werden. Durch die vergrößerten Abrichtintervalle sinkt der Schleifscheibenverbrauch, und damit sinken die Werkzeugkosten.
Vor dem Herstellen der modifizierten Zwischenkontur wird der Nocken durch eine Schleifscheibe mit relativ großem Durchmesser über seinen ganzen Umfang vorgeschliffen. Dabei kann der Schleifbelag der Schleifscheibe zum Herstellen der modifizierten Zwischenkontur mit einem geringen Freiwinkel zwischen Werkstück und Mantelfläche der Schleifscheibe ausgestattet sein, wie dies an sich bekannt ist; vgl. die DE 34 35 313 C2. wobei dort allerdings ein rotationssymmetrisches Werkstück bearbeitet wird. Durch den Freiwinkel entsteht während des Ausschleifens der modifizierten Zwischenkontur, bei dem relativ viel Material im Vergleich zum Fertigschleifen der konkaven Flanken zerspant wird, zwischen der fertig ausgeschliffenen Kontur der modifizierten Zwischenkontur und der Schleifscheibe eine im wesentlichen linienförmige Berührung zwischen dem Außenmantel des Schleifbelags und der Stirnfläche der in Eingriff befindlichen Zone. Der Freiwinkel kann derart hergestellt werden, daß die Schleifscheibe horizontal geschwenkt wird, oder daß die Schleifscheibe an ihrer Mantellinie auf den Wert des geringen Freiwinkels abgerichtet ist. Hierdurch wird die erwünschte Verbesserung der Kühlung weiter gefördert.
Die vorrichtungsmäßige Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 2 genannt. Mit dieser erfindungsgemäßen Maschine wird erreicht, daß die Schleifscheiben gut in die Einsatzposition an der Nockenwelle gebracht werden können. Die Anordnung der Schleifspindeln auf dem Spindelstock hat den Vorteil, daß beide Spindeln auf der gleichen Führung (X-Achse) aufgebaut sind. Durch diese Anordnung, bei der nicht zwei Linearführungen übereinandergesetzt werden müssen, können sehr hohe Steifigkeitswerte am Schleifschlitten realisiert werden. Da die hohe Steifigkeit des Schleifspindelstockes und des Führungssystems sich positiv auf die Genauigkeit des zu erzeugenden Werkstückes auswirken, können so optimale Maß- und Formgenauigkeiten am fertiggeschliffenen Nocken erzielt werden. Diese hohen Steifigkeitswerte des Führungssystems erhöhen die Prozeßsicherheit des Verfahrens und haben damit auch einen verminderten Schleifscheibenverschleiß zur Folge.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1
den ersten Verfahrensschritt,
Fig. 2
den zweiten Verfahrensschritt zum Herstellen der modifi zierten Zwischenkontur,
Fig. 2A
die in Fig. 2 dargestellte Einrichtung in der Draufsicht,
Fig. 3
den dritten Verfahrensschritt zum Herstellen der Fertigkontur,
Fig. 4
die Draufsicht auf die Vorrichtung bei Verwendung von drei Schleifscheiben,
Fig. 5
die in Fig. 4 dargestellte Vorrichtung nach Schwenken des Spindelstockes.
An einer Nockenwelle 2 sind in Abständen Nocken 1 angeordnet. Die Nocken müssen sehr genau auf ihre Fertigkontur geschliffen werden, was besonders dann schwierig ist, wenn - wie im vorliegenden Fall - die Nocken mit konkaven Flanken versehen sind.
In den Fig. 1 bis 5 ist gezeigt, daß mit drei Schleifscheiben gearbeitet wird, nämlich mit einer Schleifscheibe zum Vorschleifen, mit einer Schleifscheibe zum Herstellen der modifizierten Zwischenkontur und mit einer Schleifscheibe zum Fertigschleifen.
In Fig. 1 ist der erste Verfahrensschritt gezeigt. Mit einer ersten Schleifscheibe 7 werden die Nocken 1 von ihrer Rohkontur 3 auf eine Zwischenkontur 4 abgeschliffen. Die erste Schleifscheibe 7 hat einen relativ großen Durchmesser, beispielsweise etwa 400 mm, und wegen der damit zusammenhängenden flachen Krümmung der Schleifscheibe ist es nicht möglich, die konkaven Flanken auszuschleifen. Zum Fertigschleifen wird - vgl. Fig. 3 - eine zweite Schleifscheibe 9 kleineren Durchmessers eingesetzt.
Der Verfahrensschritt zum Ausschleifen der konkaven Flanken auf die modifizierte Zwischenkontur ist in den Fig. 2 und 2A dargestellt. Das Herstellen der modifizierten, also der Konkavität der Flanken entsprechenden Zwischenkontur 6 erfolgt durch eine dritte Schleifscheibe 8. Diese Schleifscheibe 8 ist insbesondere in Bezug auf ihren Schleifbelag wesentlich schmaler als die Breite des zu schleifenden Nockens 1; beim Ausführungsbeispiel hat die dritte Schleifscheibe 8 eine Schleifbelagsbreite von beispielsweise 4 mm, wobei die Nockenbreite bei PKW-Nockenwellen üblicherweise ca. 10 bis 20 mm beträgt. Das Schleifen der modifizierten Zwischenkontur 6 wird mit der dritten Schleifscheibe 8 derart durchgeführt, daß bei radial stillstehendem Nocken 1 die Kontur in dem durch den Pfeil A gekennzeichnenten Längsvorschub ausgeschliffen wird. Es findet also kein Einstechschleifen zum Ausschleifen der modifizierten Zwischenkontur statt.
Die Schleifrichtung zum Ausschleifen der modifizierten Zwischenkontur mit der Schleifscheibe 8 kann durch die CNC-Steuerung an der Maschine vorgewählt werden.
Die dritte Schleifscheibe 8 hat einen Durchmesser, der etwa dem doppelten konkaven Radius der konkaven Flanken des Nockens 1 entspricht.
Das Ausschleifen der modifizierten Zwischenkontur 6 kann unter Anordnung eines Freiwinkels erfolgen, wodurch eine im wesentlichen linienförmige Berührung zwischen der Mantellinie der Schleifscheibe und dem Werkstück erreicht wird.
Auf derselben Schleifspindel 13 wie die dritte Schleifscheibe 8 ist auch die zweite Schleifscheibe 9 montiert, die im Durchmesser immer kleiner als die Schleifscheibe 8 ist. Mit dieser zweiten Schleifscheibe 9 wird der Nocken von der modifizierten Zwischenkontur 6 auf die Fertigkontur 5 abgeschliffen, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Mit dem kleinen Durchmesser der zweiten Schleifscheibe 9 kann man mit ihr ohne Schwierigkeit die komplette Nockenaußenkontur mit den konkaven Flanken des Nockens auf Fertigmaß schleifen.
In den Fig. 4 und 5 ist die gesamte Schleifvorrichtung mit den drei Schleifscheiben dargestellt.
Die Nockenwelle 2 ist zwischen einem Werkstückspindelstock 14 und einem Reitstock 15 eingespannt und an den Lagerstellen der Nockenwelle durch Lünetten 16 abgestützt.
Nach den Fig. 4 und 5 sind die Schleifspindeln 12 und 13 mit einem Spindelstock 10 schwenkbar, wie dies durch die Pfeillinie B angedeutet ist. Das Schwenken erfolgt um einen Winkel von beispielsweise 60°, wobei die Schleifspindelanordnung auch andere Winkel, z.B. 180°, zulassen kann.
Auf dem Spindelstock 10, der auf dem Schleifschlitten montiert ist, sind zwei Schleifspindeln 12 bzw. 13 angeordnet. An der Schleifspindel 12 ist die erste Schleifschebe 7 montiert, die in Figur 4 in Schleifposition gezeigt ist, während der an der zweiten Schleifspindel 13 montierte, aus der zweiten 9 und dritten Schleifscheibe 8 bestehende Schleifscheibensatz vom Werkstück weggeschwenkt ist.
Fig. 5 zeigt die Vorrichtung nach dem Verschwenken des Spindelstockes 10. Jetzt sind die Schleifscheiben 8 und 9 in Schleifposition, während die erste Schleifscheibe 7 weggeschwenkt ist.
Unter dem Spindelstock 10 befindet sich der Schleifschlitten mit einer Führung und in Verlängerung der Führung ein numerisch gesteuerter Antrieb zur Erzeugung des Nockenhubes in Richtung der X-Achse in Abhängigkeit von der Drehbewegung (C-Achse). Der Längsvorschub der Nockenwelle erfolgt über die Z-Achse. Die Achsen der Schleifmaschine sind CNC-gesteuert.

Claims (4)

  1. Verfahren zum Schleifen von konkave Flanken aufweisenden Nocken einer Nockenwelle unter Verwendung einer ersten (7) und einer zweiten Schleifscheibe (9) zum Vor- und Fertigschleifen des Nockens, wobei mit dem Vorschliff an dem Nocken eine Zwischenkontur angeschliffen wird,
    gekennzeichnet durch
    die Verwendung einer dritten Schleifscheibe (8), deren Durchmesser, der kleiner als der Durchmesser der ersten Schleifscheibe (7) und größer als der Durchmesser der zweiten Schleifscheibe (9) ist, etwa dem doppelten Radius der konkaven Flanken entspricht und die schmaler ist als die Nockenbreite, wobei mit dieser Schleifscheibe (8) die konkaven Flanken bei stillstehendem Nocken (1) im Längsvorschub auf eine modifizierte Zwischenkontur (6) vorgeschliffen werden.
  2. Maschine zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem auf dem Bett der Maschine radial zu der zu schleifenden Nockenwelle verfahrbaren Schlitten, auf dem zwei Schleifspindeln (12, 13) mit einer Vor- und einer Fertigschleifscheibe (7, 9) gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schleifspindeln (12, 13) in einem gemeinsamen Spindelstock (10) derart gelagert sind, daß die Spindelachsen sich unter einem Winkel schneiden oder parallel zueinander verlaufen, daß der Spindelstock (10) um eine quer zur Nockenwelle (2) verlaufende Achse (11) schwenkbar ist und daß eine dritte Schleifscheibe (8), deren Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der ersten Schleifscheibe (7) und größer ist als der Durchmesser der zweiten Schleifscheibe (9) und etwa dem doppelten Radius der konkaven Flanken der an der Nockenwelle (2) zu schleifenden Nocken (1) entspricht und deren Breite kleiner als die Breite des zu schleifenden Nockens (1) ist, neben der Fertigschleifscheibe (9) auf deren Schleifspindel (13) angeordnet ist.
  3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsfläche der dritten Schleifscheibe (8) konisch ausgebildet ist.
  4. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse der die dritte Schleifscheibe (8) tragenden Schleifspindel (13) beim Einsatz dieser Schleifscheibe (8) unter einem von 0° verschiedenen Winkel zur Achse der Nockenwelle (2) angeordnet ist.
EP95924942A 1994-07-26 1995-06-26 Verfahren und vorrichtung zum schleifen von nocken mit konkaven flanken Expired - Lifetime EP0772509B1 (de)

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