EP2162260B1 - Verfahren zum schleifen von nocken einer nockenwelle - Google Patents

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EP2162260B1
EP2162260B1 EP08757924A EP08757924A EP2162260B1 EP 2162260 B1 EP2162260 B1 EP 2162260B1 EP 08757924 A EP08757924 A EP 08757924A EP 08757924 A EP08757924 A EP 08757924A EP 2162260 B1 EP2162260 B1 EP 2162260B1
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EP
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camshaft
cams
workpiece
grinding
cam
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EP08757924A
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Roland Schmitz
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EMAG Holding GmbH
Original Assignee
EMAG Holding GmbH
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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
    • 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
    • B24B27/00—Other grinding machines or devices
    • B24B27/0076—Other grinding machines or devices grinding machines comprising two or more grinding tools

Definitions

  • the invention relates to a method for grinding cams of a camshaft.
  • From the JP 2005052912 A is a machine known for finishing of camshafts.
  • a corresponding number of finishing units are arranged around the camshaft.
  • the machine is difficult for the operator to access.
  • the camshaft can not be supported with steady rests, because the space required for this is added with finishing units.
  • the machine is therefore not suitable for grinding with high removal rates.
  • multiaxial motion sequences are necessary for loading and unloading, since the camshafts inevitably have to be moved lengthwise into and out of the working area.
  • the EP 0 085 225 B1 shows a method for grinding of camshafts, wherein to achieve a uniform feed rate, the rotational speed of the camshaft is adapted to the cam contour. After this procedure, the cams are processed one by one. From the DE 10 2004 012 385 is a machine tool for machining undulating workpieces known. Turrets with driven tools, also for grinding, are provided on both sides of the workpiece spindle. For loading and unloading at least one revolver is equipped with a gripping device for workpieces.
  • the invention is based on the object to improve a method of the type described above so that a grinding machining with increased removal rates is possible. At the same time, the accessibility of the machine should be improved.
  • the rotational speed of the camshaft is adjusted to the cam contour, ie, when grinding the areas between the cam lobe and the base circle contour, the rotational speed is slowed down.
  • An advantageous aspect The invention is to process according to this method camshafts with mirror-image arranged cams with two grinding spindles simultaneously.
  • the method is particularly suitable for machining camshafts for four-cylinder internal combustion engines. These camshafts have four cams or pairs of cams, which are arranged in pairs in mirror image to the longitudinal axis of the camshaft.
  • the first two cams or pairs of cams are first processed in a single clamping, the grinding spindles are moved along the longitudinal axis of the camshaft to the still unprocessed cams, and finally the second cams or pairs of cams are subjected to grinding.
  • loading and unloading can be done from the operator side and the support of the camshaft, for example, with lunettes, from the back. Since, unlike the prior art, only two grinding spindles are used, there is sufficient space for the support and the automatic loading available.
  • two workpiece grippers are provided for loading and unloading. While the first workpiece gripper grips the finished camshaft and deposits it on the transport device, the second workpiece gripper detects an unprocessed camshaft from the transport device and places it in the workpiece holding device.
  • Fig. 1 shows a machine tool 1 for machining camshafts 7, not essential to the invention details of the drive, the controller and the housing are not shown.
  • the camshafts 7 are clamped in the workpiece holding device 6, consisting of the workpiece spindle 8 and the tailstock 9 and set in rotation.
  • the two grinding spindles 10 and 11 are arranged on both sides of the workpiece rotation axis 16. They are guided on the machine frame 2 in two mutually orthogonal directions (X and Z axis) movable.
  • vertical guides 3 are provided for the vertical slide 4 on the machine frame 2 and these in turn carry guides 12 for the Horizontal carriage 5.
  • the intake and removal of the camshaft 7 via transport devices 13, 13 '.
  • Fig. 2 shows that the workpiece rotation axis 16 and the rotation axes 19, 19 'of the grinding spindles 10, 11 are arranged in a plane.
  • the bezel 15 is arranged to support the camshaft 7.
  • the guides 3, the workpiece holding device 6 and the bezel 15 are arranged on a vertical wall 20 of the machine frame 2.
  • the unprocessed camshafts 7 are supplied with the transport device 13 and finished camshafts are discharged from the transport device 13 '.
  • the first workpiece gripper 14 ' grips the finished camshaft and places it on the transport device 13'.
  • the second workpiece gripper 14 detects an unprocessed camshaft from the transporting device 13 and places it in the workpiece holding device 6.
  • the arrangement of the grinding spindles 10, 11 on opposite sides of the workpiece rotation axis 16 and the attachment of the bezel 15 hiss the vertical guides 3 improves accessibility considerably.
  • the camshaft 7 can be inserted by simple circular arc pivotal movements of the operating side in the workpiece holding device 6.
  • the Figures 3 and 4 show snapshots of the loading process.
  • the Fig. 3 shows the workpiece gripping devices 14, 14 'during the pivoting movement.
  • the workpiece grippers 19, 19 ' are designed as a pivot lever.
  • the camshaft 7 for loading and unloading between the transport devices 13, 13 'and the workpiece holding device 6 on circular tracks 21, 21' moves.
  • an unprocessed camshaft is inserted into the workpiece holding device 6 and at the same time the finished camshaft 7 is deposited on the transport device 13 '.
  • the grinding wheels 22, 22 ' shown partially broken.
  • the workpiece gripper 14 For gripping the camshafts 7, the workpiece gripper 14 is provided with a pair of pliers 23. When the pliers are open, the workpiece gripper 14 can pivot into or out of the area of the workpiece rotation axis 16 for gripping or inserting the camshaft 7 along the circular path 21.
  • the Fig. 6 shows details of the camshaft 7 with the workpiece rotation axis 16 in the side view.
  • Each cam has a base circle contour 17, beyond which protrudes the cam lobe 18.
  • the cam lobes 18 are arranged in mirror image with respect to the workpiece rotation axis 16 and enclose angles of 90 ° with each other.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
  • Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schleifen von Nocken einer Nockenwelle.
  • Aus der JP 2005052912 A ist eine Maschine zur Finishbearbeitung von Nockenwellen bekannt. Um sämtliche Nocken gleichzeitig bearbeiten zu können, ist eine entsprechende Anzahl von Finishaggregaten rings um die Nockenwelle herum angeordnet. Dadurch ist die Maschine für das Bedienpersonal nur schwer zugänglich. Zudem kann die Nockenwelle nicht mit Lünetten abgestützt werden, weil der dafür benötigte Raum mit Finishaggregaten zugebaut ist. Die Maschine ist daher nicht für das Schleifen mit hohen Abtragsraten geeignet. Außerdem sind zum Be- und Entladen mehrachsige Bewegungsabläufe notwendig, da die Nockenwellen zwangsläufig der Länge nach in den Arbeitsbereich hinein, bzw. aus diesem heraus bewegt werden müssen. Die EP 0 085 225 B1 zeigt ein Verfahren zur Schleifbearbeitung von Nockenwellen, wobei zur Erzielung einer gleichförmigen Vorschubgeschwindigkeit die Rotationsgeschwindigkeit der Nockenwelle an die Nockenkontur angepasst wird. Nach diesem Verfahren werden die Nocken einzeln nacheinander bearbeitet. Aus der DE 10 2004 012 385 ist eine Werkzeugmaschine zur Bearbeitung wellenförmiger Werkstücke bekannt. Auf beiden Seiten der Werkstückspindel sind Revolver mit angetriebenen Werkzeugen, auch zum Schleifen, vorgesehen. Zum Be- und Entladen ist wenigstens ein Revolver mit einer Greifeinrichtung für Werkstücke ausgestattet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, dass eine Schleifbearbeitung mit erhöhten Abtragsraten ermöglicht wird. Gleichzeitig soll die Zugänglichkeit der Maschine verbessert werden.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Beim Nockenschleifen mit hoher Abtragsrate wird zur Erzielung einer gleichförmigen Vorschubgeschwindigkeit die Rotationsgeschwindigkeit der Nockenwelle an die Nockenkontur angepasst, d.h. beim Schleifen der Bereiche zwischen Nockenerhebung und Grundkreiskontur wird die Rotationsgeschwindigkeit verlangsamt. Ein vorteilhafter Aspekt der Erfindung besteht darin, nach diesem Verfahren Nockenwellen mit spiegelbildlich angeordneten Nocken mit zwei Schleifspindeln gleichzeitig zu bearbeiten. Das Verfahren ist besonders gut zur Bearbeitung von Nockenwellen für Vierzylinder- Verbrennungsmotoren geeignet. Diese Nockenwellen weisen vier Nocken oder Nockenpaare auf, die jeweils paarweise spiegelbildlich zur Längsachse der Nockenwelle angeordnet sind. Nach der Erfindung werden in einer Aufspannung zunächst die ersten beiden Nocken oder Nockenpaare bearbeitet, die Schleifspindeln entlang der Längsachse der Nockenwelle zu den noch unbearbeiteten Nocken bewegt und abschließend die zweiten Nocken oder Nockenpaare der Schleifbearbeitung unterzogen. Durch die spiegelbildliche Anordnung der Schleifspindeln kann das Be- und Entladen von der Bedienerseite her erfolgen und die Abstützung der Nockenwelle, beispielsweise mit Lünetten, von der Rückseite her. Da anders als beim Stand der Technik nur zwei Schleifspindeln eingesetzt werden, steht ausreichend Raum für die Abstützung und die selbsttätige Beladung zur Verfügung. Bei einer vorteilhaften Ausführung sind für das Be- und Entladen zwei Werkstückgreifer vorgesehen. Während der erste Werkstückgreifer die fertigbearbeitete Nockenwelle ergreift und auf die Transporteinrichtung ablegt, erfasst der zweite Werkstückgreifer eine unbearbeitete Nockenwelle von der Transporteinrichtung und legt die sie in die Werkstückhaltevorrichtung ein.
  • Im Folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
    • Fig. 1
    zeigt die Vorderansicht einer Werkzeugmaschine
    Fig. 2
    zeigt die Werkzeugmaschine in der Ansicht von oben teilweise in geschnittener Darstellung
    Fig. 3
    und 4 zeigen zusammen mit Fig. 2 die Beladung in drei Schritten
    Fig. 5
    zeigt eine Einzelheit aus Fig. 4 in vergrößerter Darstellung
    Fig. 6
    zeigt die Nockenwelle in der Seitenansicht
  • Fig. 1 zeigt eine Werkzeugmaschine 1 zur Bearbeitung von Nockenwellen 7, wobei nicht erfindungswesentliche Details des Antriebs, der Steuerung und des Gehäuses nicht dargestellt sind. Die Nockenwellen 7 werden in der Werkstückhaltevorrichtung 6, bestehend aus der Werkstückspindel 8 und dem Reitstock 9 eingespannt und in Rotation versetzt. Die beiden Schleifspindeln 10 und 11 sind auf beiden Seiten der Werkstückrotationsachse 16 angeordnet. Sie sind am Maschinengestell 2 in zwei zueinander orthogonalen Richtungen (X- und Z-Achse) beweglich geführt. Dazu sind am Maschinengestell 2 vertikale Führungen 3 für die Vertikalschlitten 4 vorgesehen und diese tragen ihrerseits Führungen 12 für die Horizontalschlitten 5. Die Zu- bzw. Abführung der Nockenwellen 7 erfolgt über Transportvorrichtungen 13, 13'. Das Be- und Entladen erfolgt mit zwei Werkstückgreifem 14, 14'.
    Aus Fig. 2 geht hervor, dass die Werkstückrotationsachse 16 und die Rotationsachsen 19, 19' der Schleifspindeln 10, 11 in einer Ebene angeordnet sind. Zwischen den vertikalen Führungen 3 ist die Lünette 15 zur Abstützung der Nockenwelle 7 angeordnet. Bei einer vorteilhaften Ausführung sind die Führungen 3, die Werkstückhaltevorrichtung 6 und die Lünette 15 an einer vertikalen Wand 20 des Maschinengestells 2 angeordnet. Die unbearbeiteten Nockenwellen 7 werden mit der Transportvorrichtung 13 zugeführt und fertig bearbeitete Nockenwellen werden von der Transportvorrichtung 13' abgeführt. Während des Werkstückwechsels ergreift der erste Werkstückgreifer 14' die fertigbearbeitete Nockenwelle und legt sie auf die Transporteinrichtung 13' ab. Gleichzeitig erfasst der zweite Werkstückgreifer 14 eine unbearbeitete Nockenwelle von der Transporteinrichtung 13 und legt sie in die Werkstückhaltevorrichtung 6 ein. Die Anordnung der Schleifspindeln 10, 11 auf gegenüberliegenden Seiten der Werkstückrotationsachse 16 und die Anbringung der Lünette 15 zischen den vertikalen Führungen 3 verbessert die Zugänglichkeit erheblich. Außerdem können die Nockenwellen 7 durch einfache kreisbogenförmige Schwenkbewegungen von der Bedienseite her in die Werkstückhaltevorrichtung 6 eingelegt werden.
  • Die Figuren 3 und 4 zeigen Momentaufnahmen des Beladevorgangs. Die Fig. 3 zeigt die Werkstückgreifvorrichtungen 14, 14' während der Schwenkbewegung. Die Werkstückgreifer 19, 19' sind als Schwenkhebel ausgeführt. Damit werden die Nockenwellen 7 zum Be- und Entladen zwischen den Transporteinrichtungen 13, 13' und der Werkstückhaltevorrichtung 6 auf kreisförmigen Bahnen 21, 21' bewegt. Nach Fig. 4 wird eine unbearbeitete Nockenwelle in die Werkstückhaltevorrichtung 6 eingelegt und gleichzeitig die fertigbearbeitete Nockenwelle 7 auf die Transporteinrichtung 13' abgelegt. Um die Einzelheiten im Bereich der Werkstückrotationsachse 16 zu zeigen sind in Fig. 5 die Schleifscheiben 22, 22' teilweise gebrochen dargestellt. Zum Greifen der Nockenwellen 7 ist der Werkstückgreifer 14 mit einer Zange 23 versehen. Bei geöffneter Zange kann der Werkstückgreifer 14 zum Greifen oder Einlegen der Nockenwelle 7 entlang der kreisförmigen Bahn 21 in den Bereich der Werkstückrotationsachse 16 hinein- bzw. aus diesem herausschwenken.
    Die Fig. 6 zeigt Details der Nockenwelle 7 mit der Werkstückrotationsachse 16 in der Seitenansicht. Jeder Nocken weist eine Grundkreiskontur 17 auf, über welche die Nockenerhebung 18 hinausragt. Bei den Nockenwellen für Vierzylinder-Verbrennungsmotoren sind die Nockenerhebungen 18 in Bezug auf die Werkstückrotationsachse 16 spiegelbildlich angeordnet und schließen untereinander Winkel von 90° ein.
    • Bezugszeichen
    • 1
    Werkzeugmaschine
    2
    Maschinengestell
    3
    Führung
    4
    Vertikalschlitten
    5
    Horizontalschlitten
    6
    Werkstückhaltevorrichtung
    7
    Nockenwelle
    8
    Werkstückspindel
    9
    Reitstock
    10
    Schleifspindel
    11
    Schleifspindel
    12
    Führung
    13 13'
    Transportvorrichtung
    14 14'
    Werkstückgreifer
    15
    Lünette
    16
    Werkstückrotationsachse
    17
    Grundkreiskontur
    18
    Nockenerhebung
    19 19'
    Rotationsachse
    20
    Wand
    21 21'
    Bahn
    22 22'
    Schleifscheibe
    23
    Zange

Claims (4)

  1. Verfahren zum Schleifen von Nocken einer Nockenwelle (7) in einer Aufspannung mit zwei Schleifspindeln (10, 11),
    wobei die Nockenwelle (7) mindestens vier Nocken oder Nockenpaare aufweist, wobei die Nocken oder Nockenpaare jeweils eine Grundkreiskontur (17) und eine Nockenerhebung (18) aufweisen,
    wobei die Nocken oder Nockenpaare relativ zur Werkstückrotationsachse (16) jeweils spiegelbildlich angeordnet sind,
    wobei die Nockenwelle (7) in die Werkstückhaltvorrichtung (6) eingespannt und um ihre Längsachse gedreht wird,
    mit folgenden Verfahrensschritten:
    a) Selbsttätiges einspannen der Nockenwelle (7) in die Werkstückhaltvorrichtung (6)
    b) gleichzeitiges Bearbeiten von zwei spiegelbildlich angeordneten Nocken oder Nockenpaaren durch die Schleifspindeln (10, 11)
    c) Bewegen der Schleifspindeln (10, 11) relativ zur Nockenwelle (7) in Richtung der Werkstückrotationsachse (16) zu unbearbeiteten Nocken bzw. Nockenpaaren
    d) Wiederholung des Schrittes b)
    e) bei Bedarf Wiederholung der Schritte c) und b) bis alle Nocken oder Nockenpaare bearbeitet sind
    f) Selbsttätiges ablegen der Nockenwelle (7)
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung einer gewünschten Vorschubgeschwindigkeit ein der Grundkreiskontur (17) und den Nockenerhebungen (18) zugeordnetes Geschwindigkeitsprofil für die Rotation der Nockenwelle (7) vorgesehen ist, und dass zum Schleifen der spiegelbildlich angeordneten Nocken die Nockenwelle (7) dem Geschwindigkeitsprofil entsprechend in Rotation versetzt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Be- und Entladen die Nockenwelle (7) in einer Richtung quer Werkstückrotationsachse (16) bewegt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die fertig bearbeitete Nockenwelle (7) von einem ersten Werkstückgreifer (14') aus der Werkstückaufnahme (6) entnommen und gleichzeitig eine unbearbeitete Nockenwelle (7) von einem zweiten Werkstückgreifer (14) in die Werkstückaufnahme (6) eingesetzt wird.
EP08757924A 2007-06-13 2008-04-12 Verfahren zum schleifen von nocken einer nockenwelle Active EP2162260B1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007027832 2007-06-13
PCT/DE2008/000542 WO2008151586A1 (de) 2007-06-13 2008-04-12 Verfahren und vorrichtung zum schleifen von nocken einer nockenwelle

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EP2162260A1 EP2162260A1 (de) 2010-03-17
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DE (2) DE502008001547D1 (de)
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