EP2218545B1 - Vorrichtung und Verfahren zur Fein- oder Feinstbearbeitung einer rotationssymmetrischen Werkstücksfläche - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Fein- oder Feinstbearbeitung einer rotationssymmetrischen Werkstücksfläche Download PDF

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EP2218545B1
EP2218545B1 EP20090001999 EP09001999A EP2218545B1 EP 2218545 B1 EP2218545 B1 EP 2218545B1 EP 20090001999 EP20090001999 EP 20090001999 EP 09001999 A EP09001999 A EP 09001999A EP 2218545 B1 EP2218545 B1 EP 2218545B1
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EP
European Patent Office
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pressing
axis
rotation
workpiece
work piece
Prior art date
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Active
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EP20090001999
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EP2218545A1 (de
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Jürgen Roser
Daniel Welle
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Supfina Grieshaber GmbH and Co KG
Original Assignee
Supfina Grieshaber GmbH and Co KG
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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
    • B24B5/00—Machines or devices designed for grinding surfaces of revolution on work, including those which also grind adjacent plane surfaces; Accessories therefor
    • B24B5/02—Machines or devices designed for grinding surfaces of revolution on work, including those which also grind adjacent plane surfaces; Accessories therefor involving centres or chucks for holding work
    • B24B5/04—Machines or devices designed for grinding surfaces of revolution on work, including those which also grind adjacent plane surfaces; Accessories therefor involving centres or chucks for holding work for grinding cylindrical surfaces externally
    • B24B5/047—Machines or devices designed for grinding surfaces of revolution on work, including those which also grind adjacent plane surfaces; Accessories therefor involving centres or chucks for holding work for grinding cylindrical surfaces externally of workpieces turning about a vertical axis
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    • B24—GRINDING; POLISHING
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    • B24B19/00—Single-purpose machines or devices for particular grinding operations not covered by any other main group
    • B24B19/02—Single-purpose machines or devices for particular grinding operations not covered by any other main group for grinding grooves, e.g. on shafts, in casings, in tubes, homokinetic joint elements
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    • B24B41/06—Work supports, e.g. adjustable steadies
    • B24B41/061—Work supports, e.g. adjustable steadies axially supporting turning workpieces, e.g. magnetically, pneumatically
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    • B24B41/06—Work supports, e.g. adjustable steadies
    • B24B41/067—Work supports, e.g. adjustable steadies radially supporting workpieces

Definitions

  • the invention relates to a device for fine or ultra-fine machining of a rotationally symmetrical workpiece surface of a workpiece, with a drive device for driving the workpiece about an axis of rotation, with respect to the axis of rotation two effective in radial directions guide means and at least one effective in a radial direction tool, with a Pressing device for pressing the workpiece against the drive device, wherein the workpiece viewed in the direction of the axis of rotation between the drive device and the pressing device can be arranged.
  • a tool which is effective in the radial direction exerts a force on the workpiece to be machined so that, unless further measures are taken, it can move laterally relative to the axis of rotation, ie in the radial direction.
  • Another possibility is to provide only two guide means, which are spaced apart in the radial direction different from the axis of rotation. With proper coordination of the different radial distances of the guide means to the rotation axis and the rotational direction of the workpiece, it is then possible with the aid of two guide means to prevent lateral migration of the workpiece.
  • the DE 10 2004 052 342 A1 discloses two grinding wheels for machining a workpiece which is supported by a plunger.
  • the plunger is disposed on a line of symmetry of the workpiece to cancel forces acting on the workpiece in a tangential direction.
  • the US 4,306,382 discloses a workpiece which can be machined simultaneously with three grinding wheels arranged in different radial directions and which is pressed against a workpiece support by means of a holding rod.
  • the present invention seeks to provide a device of the type mentioned, which has the simplest possible structure and by means of which a workpiece can be processed gently and with high precision.
  • the pressing device is effective in a pressing plane, which is offset starting from the axis of rotation in the direction of a space in which the guide means are arranged, so that the pressing plane based is positioned eccentrically on the axis of rotation and offset in the direction of the two guide means.
  • the displacement of the pressing plane is surprisingly sufficient to generate a transverse force which presses the workpiece in the direction of the guide means. This makes it possible to dispense with a third guide device. At the same time, it is not necessary to different distances of the first two guide means to the axis of rotation of the workpiece and to match a rotational direction of the workpiece.
  • the pressing plane extends parallel to the axis of rotation.
  • the pressing forces can be exerted as normal forces on a workpiece to be machined, which is pressed by the pressing device in the direction of the drive device.
  • the pressing plane extends between the axis of rotation and the guide devices. As a result, a lateral migration of the workpiece can be prevented particularly reliable.
  • the guide devices have guide surfaces for bearing against at least one radial contact surface of the workpiece and if the guide surfaces are spaced identically in the radial direction relative to the axis of rotation. This ensures that the actual axis of rotation of the workpiece and the axis of rotation of the drive device are collinear with each other. As a result, a sliding relative movement between the workpiece on the one hand and the drive device and the pressing device on the other hand prevented, so that the workpiece is mounted particularly wear in contact areas to the drive device and the pressing device.
  • the device can be set up particularly easily before the machining of a workpiece, in particular a series of workpieces, since it is possible to set a distance between the guide surfaces and the axis of rotation with the aid of only one workpiece and / or only one reference part.
  • the guide surfaces are rotatably mounted, so that the guide surfaces when plant roll the plant surface of the workpiece on this. This allows a particularly gentle contact of the guide means with the contact surface of the workpiece.
  • the guide surfaces are arranged mirror-symmetrically with respect to a plane of symmetry which is spanned by the rotation axis and a direction perpendicular to the pressure plane. As a result, the workpiece is held by the direction of rotation independently and reliably in the radial direction.
  • the pressing device has at least one pressing surface for abutment against a front-side contact surface of the workpiece, so that high pressure forces can be exerted in the direction of the drive device.
  • the at least one pressing surface is rotatably mounted, so that the pressure surface rolls on the front-side contact surface of the workpiece on this at the plant. As a result, a particularly gentle contact between the pressing device and the workpiece is made possible.
  • the pressing device has at least two pressing surfaces for abutment against a front-side contact surface of the workpiece.
  • the frontal contact surface of the workpiece is circular or annular, so that the pressing surfaces lie on relatively spaced circular surface portions or annular surface portions or can be stored on this.
  • the pressure surfaces relative to a Symmetry plane which is spanned by the axis of rotation and a direction perpendicular to the pressing plane, are arranged mirror-symmetrically. As a result, the workpiece can be reliably fixed regardless of its direction of rotation.
  • the at least one pressing surface is movable in a direction parallel to the axis of rotation in the direction of the drive device and opposite thereto. This makes it possible to further space the pressing surface further from the drive device in order to be able to introduce a workpiece into a workpiece space between the drive device and the pressure device. After introduction of the workpiece, the pressing surface can then be moved in the direction of the workpiece until the pressing surface comes into contact with the workpiece and this is pressed against the drive device. After machining the workpiece, the pressure surface can be lifted off the workpiece again to allow easy removal of the workpiece.
  • the at least one pressing surface is mounted on a carrier, which is pivotable about an axis perpendicular to the axis of rotation carrier axis.
  • the pivoting of the pressing surface about a carrier axis makes it possible to move the pressing surface along a circular arc so that only a component of the movement of the pressing surface extends in a direction parallel to the axis of rotation in the direction of the pressing plane. This allows a particularly gentle and precise contact of the pressing surface with an end face of the workpiece.
  • the carrier is mounted on a linear drive which is movable in a direction parallel to the axis of rotation in the direction of the drive means and for this opposite. This makes it possible to generate the pressure forces to be exerted in the direction of the drive device by means of the linear drive.
  • the device for fine or ultra-fine machining is a finishing device with a finishing tool, in particular a finishing stone.
  • the invention further relates to a method according to claim 15 for fine or ultra-fine machining of a rotationally symmetrical workpiece surface of a workpiece, with a drive device for driving the workpiece about an axis of rotation, with respect to the axis of rotation two effective in radial directions guide means and at least one effective in a radial direction Tool, with a pressing device for pressing the workpiece against the drive means, wherein the workpiece is arranged in the direction of the axis of rotation between the drive means and the pressing means, wherein the pressing means is positioned in a pressing plane which, starting from the axis of rotation in the direction of a space is, in which the guide means are arranged, so that the pressing plane is positioned eccentrically relative to the axis of rotation and that offset in the direction of the two guide means n.
  • a first embodiment of a device for fine or ultra-fine machining is in the FIG. 1 represented and designated there by the reference numeral 10.
  • the device 10 is in particular a device for finish machining a workpiece.
  • the device 10 comprises a drive unit 12 which is arranged on the base side and which serves to drive a workpiece 14 about an axis of rotation 16.
  • the drive device 12 comprises a workpiece carrier 18, on which the workpiece 14 can be placed with a bottom-side end face.
  • the workpiece 14 can be driven by frictional engagement with a contact surface of the workpiece carrier 18 about the axis of rotation 16.
  • the device 10 comprises a first guide device 20 and a second guide device 22nd
  • the guide means 20 and 22 each have a guide roller 24 and 26, which are rotatable about stationary guide roller axles 28 and 30, respectively.
  • the guide roller axles 28 and 30 extend in particular parallel to the axis of rotation 16.
  • the guide rollers 24 and 26 each have cylindrical guide surfaces 32, 34 which serve to bear against a radial abutment surface 36 of the workpiece 14.
  • the device 10 further comprises a tool 38, which is designed in particular as a finishing tool, and with which a rotationally symmetrical, radially outwardly facing workpiece surface 40 of the workpiece 14 can be processed.
  • a tool 38 which is designed in particular as a finishing tool, and with which a rotationally symmetrical, radially outwardly facing workpiece surface 40 of the workpiece 14 can be processed.
  • the workpiece 14 is an inner shell of a rolling bearing and the workpiece surface 40 is a bearing surface for a rolling element.
  • the device 10 further comprises a pressure device, generally designated by 42, which serves to press the workpiece 14 from above in the direction of the drive device 12, in particular against the tool carrier 18.
  • the pressing device 42 comprises a linear drive 44, which is preferably designed as an electric drive with a servo motor.
  • the linear drive 44 comprises a spindle 46 for driving a carriage 48, which can be stopped along the spindle axis ("NC axis") in different positions.
  • the carriage 48 is held on a carriage carrier 50 and mounted there displaceably.
  • the carriage 48 moves in a direction parallel to the axis of rotation 16 direction.
  • the carrier 52 On the carriage 48 a designated as a total of 52 carrier is pivotally mounted.
  • the carrier 52 in particular comprises two carrier arms 54 and 56.
  • the carrier 52 with its carrier arms 54, 56 is pivotable about a carrier axis 58 which runs at an angle, in particular perpendicular to the axis of rotation 16 and is offset relative thereto ("skew arrangement of the carrier axis 58 and the rotation axis 16 ").
  • the pressing device 42 comprises at least one, preferably two pressing elements 60, 62, which are formed in particular in the form of pressure rollers.
  • the pressing elements 60, 62 are preferably rotatable about a pressing element axis 63, which in particular is oriented perpendicular to the axis of rotation 16 and offset to this.
  • the pressing elements 60 and 62 each have at least one pressing surface 64, 66, which are in particular cylindrical.
  • the first pressing surface 64 and the second pressing surface 66 are spaced apart from one another in such a way that they can be applied to different sections of an end bearing surface 68 of the workpiece 14.
  • the pressing device 42 can also be used for workpieces 14, which end face Contact surfaces 68 of different sizes, in particular with different outer diameters, have.
  • the pressing surfaces 64 and 66 and / or the pressing surfaces 70 and 72 act in a pressing plane 74, which runs parallel to the axis of rotation 16. Within the pressing plane 74, normal forces act, which press the workpiece 14 in the direction of the workpiece carrier 18. In this case, each of the pressing elements 60, 62 is in contact with different sections of the front-side abutment surfaces 68 of the workpiece 14 along a contact line. These contact lines preferably also run within the pressing plane 74.
  • the pressing plane 74 is offset by an offset 76 in the direction of a space 78, in which the guide means 20 and 22 are arranged.
  • the offset 76 is, for example, a few millimeters, preferably at least about 1 millimeter. It is preferred if the guide devices 20, 22 and the pressing elements 60, 62 are arranged mirror-symmetrically relative to a plane of symmetry 80.
  • the plane of symmetry 80 is spanned by a direction perpendicular to the pressing plane 74 and by the axis of rotation 16.
  • the offset 76 between the pressing plane 74 and the axis of rotation 16 in the direction of the guide means 20 and 22 results in rotational drive of the workpiece 14, a force which presses the workpiece 14 against the guide means 20 and 22.
  • a lateral deflection of the workpiece 14 is excluded, so that the machined rotationally symmetrical workpiece surface 40 of the workpiece 14 by means of the tool 38 can be processed very accurately.
  • machining of the workpiece surface 40 with the aid of the tool 38 generates a machining force which presses the workpiece 14 in the direction of the guide devices 20, 22.
  • FIGS. 5 to 8 illustrated second embodiment of a device 10 for fine or ultra-fine machining of a rotationally symmetrical workpiece surface 40 has a to the above with reference to the FIGS. 1 to 4 described first embodiment of a device 10 of similar construction. Therefore, only the differences from the above-described first embodiment of the device 10 will be discussed below.
  • the second embodiment of the device 10 has a tool 38, which is positioned within the annular workpiece 14, so that a radially inwardly facing workpiece surface 40 of the workpiece 14 is machinable.
  • the workpiece 14 is an outer shell of a roller bearing and the workpiece surface 40 is a bearing surface for a rolling element.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fein- oder Feinstbearbeitung einer rotationssymmetrischen Werkstückfläche eines Werkstücks, mit einer Antriebseinrichtung zum Antrieb des Werkstücks um eine Rotationsachse, mit bezogen auf die Rotationsachse zwei in radialen Richtungen wirksamen Führungseinrichtungen und mindestens einem in einer radialer Richtung wirksamen Werkzeug, mit einer Andrückeinrichtung zum Andrücken des Werkstücks gegen die Antriebseinrichtung, wobei das Werkstück in Richtung der Rotationsachse gesehen zwischen der Antriebseinrichtung und der Andrückeinrichtung anordenbar ist.
  • Bei der Fein- oder Feinstbearbeitung einer rotationssymmetrischen Werkstückfläche eines Werkstücks besteht bei einer radialen Einspannung das Problem, dass rotationssymmetrische Werkstückflächen durch Kontakt mit dem Spannwerkzeug beschädigt werden können. Um dies zu verhindern, werden Vorrichtungen der vorstehend genannten Art verwendet. Bei diesen Vorrichtungen werden die Werkstücke nicht radial sondern axial eingespannt. Hierbei ist ein Werkstück in Richtung der Rotationsachse gesehen zwischen einer Antriebseinrichtung zum Antrieb des Werkstücks um eine Rotationsachse und einer Andrückeinrichtung fixiert. Die Positionierung des Werkstücks in radialer Richtung erfolgt mit Hilfe von zwei Führungseinrichtungen.
  • Ein in radialer Richtung wirksames Werkzeug übt eine Kraft auf das zu bearbeitende Werkstück aus, so dass dieses, sofern nicht weitere Maßnahmen getroffen werden, bezogen auf die Rotationsachse seitlich, also in radialer Richtung, auswandern kann. Um dies zu verhindern, ist es beispielsweise möglich, eine dritte Führungseinrichtung vorzusehen, so dass das Werkstück in radialer Richtung zwischen drei Führungseinrichtungen gehalten ist. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, lediglich zwei Führungseinrichtungen vorzusehen, welche in radialer Richtung unterschiedlich zu der Rotationsachse beabstandet sind. Bei richtiger Abstimmung der unterschiedlichen radialen Abstände der Führungseinrichtungen zu der Rotationsachse sowie der Rotationsrichtung des Werkstücks ist es dann auch mit Hilfe von zwei Führungseinrichtungen möglich, ein seitliches Auswandern des Werkstücks zu verhindern. Hierbei ist es jedoch nachteilig, dass durch den Versatz zwischen der Rotationsachse der Antriebseinrichtung und der tatsächlichen Rotationsachse des Werkstücks sich dieses relativ zu der Antriebseinrichtung und/oder der Andrückeinrichtung in radialer Richtung bewegt, so das stirnseitige Flächen des Werkstücks auf entsprechenden Gegenflächen der Antriebseinrichtung und/oder der Andrückeinrichtung reiben. Hierdurch können stirnseitige Werkstückflächen des Werkstücks und/oder die Gegenflächen der Antriebseinrichtung und/oder der Andrückeinrichtung gegebenenfalls beschädigt werden. Gleichzeitig können sogenannte stick-slip-Effekte auftreten, die zur Folge haben können, dass das Werkstück nicht mit der erforderlichen Genauigkeit bearbeitet werden kann und insbesondere Rundlauftoleranzen nicht eingehalten werden können.
  • Die DE 10 2004 052 342 A1 offenbart zwei Schleifscheiben zur Bearbeitung eines Werkstücks, welches durch ein Stößel abgestützt ist. Der Stößel ist auf einer Symmetrielinie des Werkstücks angeordnet, um in tangentialer Richtung auf das Werkstück einwirkende Kräfte aufzuheben.
  • Die US 4,306,382 offenbart ein Werkstück, welches gleichzeitig mit drei in unterschiedlichen radialen Richtung angeordneten Schleifrädern bearbeitet werden kann und mit Hilfe einer Haltestange gegen eine Werkstückauflage gedrückt wird.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche einen möglichst einfachen Aufbau aufweist und mittels welcher ein Werkstück schonend und hochgenau bearbeitet werden kann.
  • Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Andrückeinrichtung in einer Andrückebene wirksam ist, welche ausgehend von der Rotationsachse in Richtung auf einen Raum versetzt ist, in welchem die Führungseinrichtungen angeordnet sind, so dass die Andrückebene bezogen auf die Rotationsachse außermittig positioniert ist und zwar versetzt in Richtung auf die beiden Führungseinrichtungen.
  • Der Versatz der Andrückebene reicht überraschender Weise aus, um eine Querkraft zu erzeugen, welche das Werkstück in Richtung auf die Führungseinrichtungen drückt. Hierdurch ist es möglich, auf eine dritte Führungseinrichtung zu verzichten. Gleichzeitig ist es nicht erforderlich, unterschiedliche Abstände der ersten zwei Führungseinrichtungen zur Rotationsachse des Werkstücks und eine Rotationsrichtung des Werkstücks aufeinander abzustimmen.
  • Vorzugsweise erstreckt sich die Andrückebene parallel zu der Rotationsachse. Hierdurch können die Andrückkräfte als Normalkräfte auf ein zu bearbeitendes Werkstück ausgeübt werden, welches von der Andrückeinrichtung in Richtung auf die Antriebseinrichtung gedrückt wird.
  • Ferner ist es bevorzugt, wenn sich die Andrückebene zwischen der Rotationsachse und den Führungseinrichtungen erstreckt. Hierdurch kann ein seitliches Auswandern des Werkstücks besonders zuverlässig verhindert werden.
  • Besonders bevorzugt ist es, wenn die Führungseinrichtungen Führungsflächen zur Anlage an mindestens eine radiale Anlagefläche des Werkstücks aufweisen und wenn die Führungsflächen relativ zu der Rotationsachse in radialer Richtung identisch beabstandet sind. Somit ist gewährleistet, dass die tatsächliche Rotationsachse des Werkstücks und die Rotationsachse der Antriebseinrichtung zueinander kollinear sind. Hierdurch wird eine gleitende Relativbewegung zwischen dem Werkstück einerseits und der Antriebseinrichtung und der Andrückeinrichtung andererseits verhindert, so dass das Werkstück in Kontaktbereichen zu der Antriebseinrichtung und der Andrückeinrichtung besonders verschleißarm gelagert ist. Darüber hinaus kann die Vorrichtung vor der Bearbeitung eines Werkstücks, insbesondere einer Serie von Werkstücken, besonders einfach eingerichtet werden, da die Einstellung eines Abstands der Führungsflächen zu der Rotationsachse mit Hilfe nur eines Werkstücks und/oder nur eines Referenzteils erfolgen kann.
  • Vorteilhaft ist es ferner, wenn die Führungsflächen drehbar gelagert sind, so dass die Führungsflächen bei Anlage an der Anlagenfläche des Werkstücks auf dieser abwälzen. Dies ermöglicht einen besonders schonenden Kontakt der Führungseinrichtungen mit der Anlagefläche des Werkstücks.
  • Besonders bevorzugt ist es, wenn die Führungsflächen bezogen auf eine Symmetrieebene, welche durch die Rotationsachse und eine zu der Andrückebene senkrechte Richtung aufgespannt ist, spiegelsymmetrisch angeordnet sind. Hierdurch ist das Werkstück von der Rotationsrichtung unabhängig und zuverlässig in radialer Richtung gehalten.
  • Günstig ist es, wenn die Andrückeinrichtung mindestens eine Andrückfläche zur Anlage an eine stirnseitige Anlagefläche des Werkstücks aufweist, so dass hohe Druckkräfte in Richtung auf die Antriebseinrichtung ausgeübt werden können.
  • Bevorzugt ist es weiterhin, wenn die mindestens eine Andrückfläche drehbar gelagert ist, so dass die Andrückfläche bei Anlage an der stirnseitigen Anlagefläche des Werkstücks auf dieser abwälzt. Hierdurch wird ein besonders schonender Kontakt zwischen der Andrückeinrichtung und dem Werkstück ermöglicht.
  • Besonders bevorzugt ist es, wenn die Andrückeinrichtung mindestens zwei Andrückflächen zur Anlage an eine stirnseitige Anlagefläche des Werkstücks aufweist. Insbesondere ist die stirnseitige Anlagefläche des Werkstücks kreisförmig oder kreisringförmig, so dass die Andrückflächen auf relativ zueinander beabstandeten Kreisflächenabschnitten oder Kreisringflächenabschnitten anliegen oder an diese ablegbar sind.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Andrückflächen bezogen auf eine Symmetrieebene, welche durch die Rotationsachse und eine zu der Andrückebene senkrechte Richtung aufgespannt ist, spiegelsymmetrisch angeordnet sind. Hierdurch kann das Werkstück unabhängig von dessen Rotationsrichtung zuverlässig fixiert werden.
  • Bevorzugt ist es ferner, wenn die mindestens eine Andrückfläche in einer zu der Rotationsachse parallelen Richtung in Richtung auf die Antriebseinrichtung und hierzu entgegengesetzt bewegbar ist. Dies ermöglicht es, die Andrückfläche zunächst weiter von der Antriebseinrichtung zu beabstanden, um ein Werkstück in einen Werkstückraum zwischen der Antriebseinrichtung und der Andrückeinrichtung einbringen zu können. Nach Einbringung des Werkstücks kann dann die Andrückfläche in Richtung auf das Werkstück bewegt werden, bis die Andrückfläche in Kontakt mit dem Werkstück gelangt und dieses gegen die Antriebseinrichtung gedrückt wird. Nach Bearbeitung des Werkstücks kann die Andrückfläche wieder von dem Werkstück abgehoben werden, um eine bequeme Entnahme des Werkstücks zu ermöglichen.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Andrückfläche an einem Träger gelagert ist, welcher um eine winklig zu der Rotationsachse stehende Trägerachse verschwenkbar ist. Das Verschwenken der Andrückfläche um eine Trägerachse ermöglicht es, die Andrückfläche entlang eines Kreisbogens zu bewegen, so dass lediglich eine Komponente der Bewegung der Andrückfläche in einer zu der Rotationsachse parallelen Richtung in Richtung auf die Andrückebene verläuft. Dies ermöglicht eine besonders schonende und präzise Anlage der Andrückfläche an eine stirnseitige Anlagefläche des Werkstücks.
  • Bevorzugt ist es ferner, wenn der Träger an einem Linearantrieb gelagert ist, welcher in einer zu der Rotationsachse parallelen Richtung in Richtung auf die Antriebseinrichtung und hierzu entgegengesetzt bewegbar ist. Dies ermöglicht es, die in Richtung auf die Antriebseinrichtung auszuübenden Druckkräfte mit Hilfe des Linearantriebs zu erzeugen.
  • Vorzugsweise handelt es sich bei der Vorrichtung zur Feinoder Feinstbearbeitung um eine Finishvorrichtung mit einem Finishwerkzeug, insbesondere einem Finishstein.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren gemäß Anspruch 15 zur Fein- oder Feinstbearbeitung einer rotationssymmetrischen Werkstückfläche eines Werkstücks, mit einer Antriebseinrichtung zum Antrieb des Werkstücks um eine Rotationsachse, mit bezogen auf die Rotationsachse zwei in radialen Richtungen wirksamen Führungseinrichtungen und mindestens einem in einer radialer Richtung wirksamen Werkzeug, mit einer Andrückeinrichtung zum Andrücken des Werkstücks gegen die Antriebseinrichtung, wobei das Werkstück in Richtung der Rotationsachse gesehen zwischen der Antriebseinrichtung und die Andrückeinrichtung angeordnet wird, wobei die Andrückeinrichtung in einer Andrückebene positioniert wird, welche ausgehend von der Rotationsachse in Richtung auf einen Raum versetzt ist, in welchem die Führungseinrichtungen angeordnet sind, so dass die Andrückebene bezogen auf die Rotationsachse außermittig positioniert ist und zwar versetzt in Richtung auf die beiden Führungseinrichtungen.
  • Vorteile und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden bereits vorstehend mit Bezug auf die Vorteile und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
  • In den Zeichnungen zeigen:
    • Figur 1
    eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Fein- oder Feinstbearbeitung eines Werkstücks;
    Figur 2
    eine Vorderansicht der Vorrichtung gemäß Figur 1;
    Figur 3
    eine Draufsicht der Vorrichtung gemäß Figur 1 längs einer in Figur 2 mit III bezeichneten Schnittlinie;
    Figur 4
    eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Figur 1;
    Figur 5
    eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Fein- oder Feinstbearbeitung eines Werkstücks;
    Figur 6
    eine Vorderansicht der Vorrichtung gemäß Figur 5;
    Figur 7
    eine Draufsicht der Vorrichtung gemäß Figur 5; und
    Figur 8
    eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Figur 5.
  • Eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zur Fein- oder Feinstbearbeitung ist in der Figur 1 dargestellt und dort insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Bei der Vorrichtung 10 handelt es sich insbesondere um eine Vorrichtung zur Finishbearbeitung eines Werkstücks.
  • Die Vorrichtung 10 umfasst eine bodenseitig angeordnete Antriebseinrichtung 12, welche zum Antrieb eines Werkstücks 14 um eine Rotationsachse 16 dient. Die Antriebseinrichtung 12 umfasst einen Werkstückträger 18, auf welchen das Werkstück 14 mit einer bodenseitigen Stirnfläche auflegbar ist.
  • Das Werkstück 14 ist durch Reibschluss mit einer Kontaktfläche des Werkstückträgers 18 um die Rotationsachse 16 antreibbar. Um ein Ausweichen des Werkstücks 14 nach radial außen zu verhindern, umfasst die Vorrichtung 10 eine erste Führungseinrichtung 20 sowie eine zweite Führungseinrichtung 22.
  • Die Führungseinrichtungen 20 und 22 weisen jeweils eine Führungsrolle 24 bzw. 26 auf, welche um ortsfeste Führungsrollenachsen 28 bzw. 30 drehbar sind. Die Führungsrollenachsen 28 und 30 verlaufen insbesondere parallel zu der Rotationsachse 16.
  • Die Führungsrollen 24 und 26 weisen jeweils zylindrische Führungsflächen 32, 34 auf, welche zur Anlage an eine radiale Anlagefläche 36 des Werkstücks 14 dienen.
  • Die Vorrichtung 10 umfasst ferner ein Werkzeug 38, welches insbesondere als Finishwerkzeug ausgebildet ist, und mit welchem eine rotationssymmetrische, nach radial außen weisende Werkstückfläche 40 des Werkstücks 14 bearbeitbar ist. Beispielsweise handelt es sich bei dem Werkstück 14 um eine Innenschale eines Wälzlagers und bei der Werkstückfläche 40 um eine Lagerfläche für einen Wälzkörper.
  • Die Vorrichtung 10 umfasst ferner eine insgesamt mit 42 bezeichnete Andrückeinrichtung, welche dazu dient, das Werkstück 14 von oben her in Richtung auf die Antriebseinrichtung 12, insbesondere gegen den Werkzeugträger 18 zu drücken.
  • Die Andrückeinrichtung 42 umfasst einen Linearantrieb 44, welcher vorzugsweise als elektrischer Antrieb mit einem Servomotor ausgebildet ist. Der Linearantrieb 44 umfasst eine Spindel 46 zum Antrieb eines Schlittens 48, welcher entlang der Spindelachse ("NC-Achse") in unterschiedlichen Positionen angehalten werden kann. Der Schlitten 48 ist an einem Schlittenträger 50 gehalten und dort verschieblich gelagert.
  • Durch Bewegung der Spindel 46 des Linearantriebs 44 bewegt sich der Schlitten 48 in einer zu der Rotationsachse 16 parallelen Richtung.
  • An dem Schlitten 48 ist ein insgesamt mit 52 bezeichneter Träger schwenkbar gelagert. Der Träger 52 umfasst insbesondere zwei Trägerarme 54 und 56. Der Träger 52 mit seinen Trägerarmen 54, 56 ist um eine Trägerachse 58 verschwenkbar, welche winklig, insbesondere senkrecht zu der Rotationsachse 16 verläuft und relativ zu dieser versetzt ist ("windschiefe Anordnung der Trägerachse 58 und der Rotationsachse 16").
  • Die Andrückeinrichtung 42 umfasst mindestens ein, vorzugsweise zwei Andrückelemente 60, 62, welche insbesondere in Form von Andrückrollen ausgebildet sind.
  • Die Andrückelemente 60, 62 sind vorzugsweise um eine Andrückelementachse 63 drehbar, welche insbesondere senkrecht zu der Rotationsachse 16 orientiert und zu dieser versetzt ist.
  • Die Andrückelemente 60 und 62 weisen jeweils mindestens eine Andrückfläche 64, 66 auf, welche insbesondere zylindrisch sind. Die erste Andrückfläche 64 und die zweite Andrückfläche 66 sind derart zueinander beabstandet, dass sie auf unterschiedlichen Abschnitten einer stirnseitigen Anlagefläche 68 des Werkstücks 14 angelegt werden können.
  • Wenn die Andrückelemente 60 und 62, so wie in der Zeichnung dargestellt, entlang der Andrückelementachse 63 verteilte, zusätzliche Andrückflächen 70, 72 aufweisen, kann unter Beibehaltung des Abstandes zwischen den Trägerarmen 54 und 56 die Andrückeinrichtung 42 auch für Werkstücke 14 genutzt werden, welche stirnseitige Anlageflächen 68 mit unterschiedlichen Größe, insbesondere mit unterschiedlichen Außendurchmessern, aufweisen.
  • Die Andrückflächen 64 und 66 und/oder die Andrückflächen 70 und 72 wirken in einer Andrückebene 74, welche parallel zu der Rotationsachse 16 verläuft. Innerhalb der Andrückebene 74 wirken Normalkräfte, welche das Werkstück 14 in Richtung auf den Werkstückträger 18 drücken. Hierbei steht jedes der Andrückelemente 60, 62 entlang einer Kontaktlinie mit unterschiedlichen Abschnitten der stirnseitigen Anlageflächen 68 des Werkstücks 14 in Kontakt. Diese Kontaktlinien verlaufen vorzugsweise ebenfalls innerhalb der Andrückebene 74.
  • Bezogen auf die Rotationsachse 16 ist die Andrückebene 74 um einen Versatz 76 in Richtung auf einen Raum 78 versetzt, in welchem die Führungseinrichtungen 20 und 22 angeordnet sind. Der Versatz 76 beträgt beispielsweise wenige Millimeter, vorzugsweise mindestens ungefähr 1 Millimeter. Bevorzugt ist es, wenn die Führungseinrichtungen 20, 22 und die Andrückelemente 60, 62 zu einer Symmetrieebene 80 spiegelsymmetrisch angeordnet sind. Die Symmetrieebene 80 ist aufgespannt durch eine zu der Andrückebene 74 senkrechten Richtung und durch die Rotationsachse 16.
  • Die Vorrichtung 10 funktioniert wie folgt:
    • In einem Ausgangszustand ist die Andrückeinrichtung 42 so weit von der Antriebseinrichtung 12 beabstandet, dass ein Werkstück 14 auf den Werkstückträger 18 aufgelegt werden kann. Das Werkstück 14 wird dann mit einer bodenseitigen Werkstückfläche derart auf den Werkstückträger 18 aufgelegt, dass die radiale Anlagefläche 36 des Werkstücks 14 in Anlage mit den Führungsflächen 32, 34 der Führungseinrichtungen 20, 22 gelangt. Anschließend wird der Schlitten 48 mit Hilfe des Linearantriebs 44 in zu der Rotationsachse 16 parallelen Richtung in Richtung auf das Werkstück 14 zu bewegt, so dass die Andrückelemente 60 und 62 mit ihren Andrückflächen 64, 66 gegen die stirnseitige Anlagefläche 68 des Werkstücks 14 gedrückt werden.
    • Zusätzlich oder alternativ hierzu ist es möglich, den Linearantrieb 44 so anzusteuern, dass die Andrückflächen 64 und 66 der Andrückelemente 60 und 62 zunächst noch von der stirnseitigen Anlagefläche 68 des Werkstücks 14 beabstandet sind und in einem nächsten Schritt die Trägerarme 54 und 56 um einen Winkel 82 um die Trägerachse 58 verschwenkt werden. Diese Schwenkbewegung kann mit Hilfe eines Spannmoduls 84 unterstützt werden. Durch Bewegung der Trägerarme 54, 56 um die Trägerachse 58 bewegen sich die Andrückelemente 60, 62 entlang eines Kreisbogens 86, so dass die Andrückflächen 64 und 66 besonders schonend und präzise an die stirnseitige Anlagefläche 68 des Werkstücks 14 angelegt werden können.
  • Alternativ zu der beschriebenen Schwenkbewegung ist es möglich, einen zusätzlichen Linearantrieb vorzusehen, welcher die Andrückelemente 60 und 62 in einer zu dem Versatz 76 parallelen oder hierzu geneigten Richtung bewegt, vorzugsweise entlang einer NC-Achse.
  • Durch den Versatz 76 zwischen der Andrückebene 74 und der Rotationsachse 16 in Richtung auf die Führungseinrichtungen 20 und 22 entsteht bei Rotationsantrieb des Werkstücks 14 eine Kraft, welche das Werkstück 14 gegen die Führungseinrichtungen 20 und 22 drückt. Hierdurch ist ein seitliches Ausweichen des Werkstücks 14 ausgeschlossen, so dass die zu bearbeitende rotationssymmetrische Werkstückfläche 40 des Werkstücks 14 mit Hilfe des Werkzeugs 38 besonders genau bearbeitet werden kann.
  • Zusätzlich wird bei Bearbeitung der Werkstückfläche 40 mit Hilfe des Werkzeugs 38 eine Bearbeitungskraft erzeugt, welche das Werkstück 14 in Richtung auf die Führungseinrichtungen 20, 22 drückt.
  • Eine in den Figuren 5 bis 8 dargestellte zweite Ausführungsform einer Vorrichtung 10 zur Fein- oder Feinstbearbeitung einer rotationssymmetrischen Werkstückfläche 40 weist einen zu der vorstehend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4 beschriebenen ersten Ausführungsform einer Vorrichtung 10 ähnlichen Aufbau auf. Daher wird im folgenden lediglich auf die Unterschiede zu der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform der Vorrichtung 10 eingegangen.
  • Die zweite Ausführungsform der Vorrichtung 10 weist ein Werkzeug 38 auf, welches innerhalb des ringförmigen Werkstücks 14 positioniert ist, so dass eine nach radial innen weisende Werkstückfläche 40 des Werkstücks 14 bearbeitbar ist. Beispielsweise handelt es sich bei dem Werkstück 14 um eine Außenschale eines Wälzlagers und bei der Werkstückfläche 40 um eine Lagerfläche für einen Wälzkörper.
  • Im übrigen wird hinsichtlich des Aufbaus und der Funktionsweise der zweiten Ausführungsform der Vorrichtung 10 auf die Beschreibung der ersten Ausführungsform der Vorrichtung 10 Bezug genommen.

Claims (15)

  1. Vorrichtung (10) zur Fein- oder Feinstbearbeitung einer rotationssymmetrischen Werkstückfläche (40) eines Werkstücks (14), mit einer Antriebseinrichtung (12)zum Antrieb des Werkstücks (14) um eine Rotationsachse (16), mit bezogen auf die Rotationsachse (16) zwei in radialen Richtungen wirksamen Führungseinrichtungen (20, 22) und mindestens einem in einer radialer Richtung wirksamen Werkzeug (38), mit einer Andrückeinrichtung (42) zum Andrücken des Werkstücks (14) gegen die Antriebseinrichtung (12), wobei das Werkstück (14) in Richtung der Rotationsachse (16) gesehen zwischen der Antriebseinrichtung (12) und der Andrückeinrichtung (42) anordenbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Andrückeinrichtung (42) in einer Andrückebene (74) wirksam ist, welche ausgehend von der Rotationsachse (16) in Richtung auf einen Raum (78) versetzt ist, in welchem die Führungseinrichtungen (20, 22) angeordnet sind, so dass die Andrückebene (74) bezogen auf die Rotationsachse (16) außermittig positioniert ist und zwar versetzt in Richtung auf die beiden Führungseinrichtungen (20, 22).
  2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Andrückebene (74) parallel zu der Rotationsachse (16) erstreckt.
  3. Vorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Andrückebene (74) sich zwischen der Rotationsachse (16) und den Führungseinrichtungen (20, 22) erstreckt.
  4. Vorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungseinrichtungen (20, 22) Führungsflächen (32, 34) zur Anlage an mindestens eine radiale Anlagefläche (36) des Werkstücks (14) aufweisen und dass die Führungsflächen (32, 34) relativ zu der Rotationsachse (16) in radialer Richtung identisch beabstandet sind.
  5. Vorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsflächen (32, 34) drehbar gelagert sind, so dass die Führungsflächen (32, 34) bei Anlage an der Anlagefläche (36) des Werkstücks (14) oder des Werkstückträgers (18) auf diese abwälzen.
  6. Vorrichtung (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsflächen (32, 34) bezogen auf eine Symmetrieebene (80), welche durch die Rotationsachse (16) und eine zu der Andrückebene (74) senkrechte Richtung aufgespannt ist, spiegelsymmetrisch angeordnet sind.
  7. Vorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Andrückeinrichtung (42) mindestens eine Andrückfläche (64, 66) zur Anlage an eine stirnseitige Anlagefläche (68) des Werkstücks (14) aufweist.
  8. Vorrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Andrückfläche (64, 66) drehbar gelagert ist, so dass die Andrückfläche (64, 66) bei Anlage an der stirnseitigen Anlagefläche (68) des Werkstücks (14) auf dieser abwälzt.
  9. Vorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Andrückeinrichtung (42) mindestens zwei Andrückflächen (64, 66) zur Anlage an eine stirnseitige Anlagefläche (68) des Werkstücks (14) aufweist.
  10. Vorrichtung (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Andrückflächen (64, 66) bezogen auf eine Symmetrieebene (80), welche durch die Rotationsachse (16) und eine zu der Andrückebene (74) senkrechte Richtung aufgespannt ist, spiegelsymmetrisch angeordnet sind.
  11. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Andrückfläche (64, 66) in einer zu der Rotationsachse (16) parallelen Richtung in Richtung auf die Antriebseinrichtung (12) und hierzu entgegengesetzt bewegbar ist.
  12. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Andrückfläche (64, 66) an einem Träger (52) gelagert ist, welcher um eine winklig zu der Rotationsachse (16) stehende Trägerachse (58) verschwenkbar ist.
  13. Vorrichtung (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (52) an einem Linearantrieb (44) gelagert ist, welcher in einer zu der Rotationsachse (16) parallelen Richtung in Richtung auf die Antriebseinrichtung (12) und hierzu entgegengesetzt bewegbar ist.
  14. Vorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) eine Finishvorrichtung ist und dass das Werkzeug (38) ein Finishwerkzeug ist, insbesondere ein Finishstein.
  15. Verfahren (10) zur Fein- oder Feinstbearbeitung einer rotationssymmetrischen Werkstückfläche (40) eines Werkstücks (14), mit einer Antriebseinrichtung (12) zum Antrieb des Werkstücks (14) um eine Rotationsachse (16), mit bezogen auf die Rotationsachse zwei in radialen Richtungen wirksamen Führungseinrichtungen (20, 22) und mindestens einem in einer radialer Richtung wirksamen Werkzeug (38), mit einer Andrückeinrichtung (42) zum Andrücken des Werkstücks (14) gegen die Antriebseinrichtung (12), wobei das Werkstück (14) in Richtung der Rotationsachse (16) gesehen zwischen der Antriebseinrichtung (12) und der Andrückeinrichtung (42) angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Andrückeinrichtung (42) in einer Andrückebene (74) positioniert wird, welche ausgehend von der Rotationsachse (16) in Richtung auf einen Raum (78) versetzt ist, in welchem die Führungseinrichtungen (20, 22) angeordnet sind, so dass die Andrückebene (74) bezogen auf die Rotationsachse (16) außermittig positioniert ist und zwar versetzt in Richtung auf die beiden Führungseinrichtungen (20, 22).
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