EP2496382B1 - Verfahren zum schleifen der haupt- und hublager einer kurbelwelle durch aussenrundschleifen und schleifmaschine zum durchführen des verfahrens - Google Patents
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- EP2496382B1 EP2496382B1 EP10776322.9A EP10776322A EP2496382B1 EP 2496382 B1 EP2496382 B1 EP 2496382B1 EP 10776322 A EP10776322 A EP 10776322A EP 2496382 B1 EP2496382 B1 EP 2496382B1
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Definitions
- the invention relates to a method for grinding the main and stroke bearings of a crankshaft by external cylindrical grinding in a grinding machine according to the preamble of claim 1 and a grinding machine for carrying out the method according to the preamble of claim 9.
- a method and a grinding machine of the type mentioned are known from DE 10 2008 007 175 A1 known.
- the crankshaft must be clamped with a precisely defined axis of rotation, namely its determining geometric longitudinal axis, which is the decisive reference axis for all main bearings in terms of diameter, roundness, concentricity and centricity.
- This determining geometric longitudinal axis must also be available as a reference axis for machining the stroke bearings.
- the main bearings of the crankshaft are finally ground. That from the EP 1 181 132 B1 known method has the advantage that all grinding operations can be performed in a single clamping.
- crankshaft to be ground in the two grinding stations is clamped with their only machined rough contour.
- the cylindrical peripheral surfaces of the crankshaft are mainly processed by turning, drilling or whirl milling, so in a still unground state.
- the crankshaft is mounted in shell chucks, which are advantageously attached to end cylindrical sections or to the two outer main bearings of the crankshaft.
- the crankshaft does not rotate about its determining geometric longitudinal axis when grinding the stroke bearings, but about a different axis of rotation, which is given by the raw contour of the crankshaft at the clamping points.
- crankshaft is tensioned between tips which penetrate into the usual centering holes in the end faces of the crankshaft. These centering holes are made by the manufacturer of the crankshaft before grinding the rod bearings and determine the determining geometric longitudinal axis of each crankshaft.
- the crankshaft to be ground in a first clamping is brought into conformity with the axis of rotation of the associated workpiece rotary drive.
- two located on the chuck of the associated rotary drive movable in a radial plane support members are employed at this clamping point and locked in this position with each other to form a support in the manner of a prism, which is fixed to the chuck operationally.
- the property of the prismatic support follows from the necessarily V-shaped position of the support members to each other.
- One of the support members radially opposite clamping member is then preferably made hydraulically to the crankshaft and presses the crankshaft against the support, which is given by the two fixedly locked support members.
- the second tensioning station For the second tensioning station, the second tensioning according to the known method according to DE 10 2008 007 175 A1 maintained.
- the crankshaft between the tips is usually stretched and rotated by a compensating chuck in rotation, the jaws are all compensated among themselves.
- the reason for this is that as far as possible all the main bearings in the second set-up should be ground simultaneously or one after the other, and therefore the clamping points must be placed farther outwards, as usual, on a pin and / or flange.
- the resulting low bending stiffness in the crankshaft usually requires the attachment of a steady rest, so that a total of the second setting is a different operation.
- the claims 2 to 5 show measures, as when clamping the crankshaft in the first clamping (the first grinding station), the coincidence of the determining geometric crankshaft longitudinal axis is achieved with the axis of rotation of the workpiece rotary drive.
- the claim 6 prescribes the procedure when introducing the crankshaft in the first clamping of the grinding machine.
- the crankshaft is first placed on locking shoulders, which are fixed to the chuck, and then brought from the tips of the workpiece headstock and the tailstock in a combined adjustment and lifting movement in the stable coincidence of the two determining axes.
- Claim 7 emphasizes reinforcing and essential that the support members in the chuck are radially movable independently of each other and automatically adjust under the action of a uniformly acting on both hydraulic fluid to the clamping of the crankshaft.
- the claims 10 to 16 are directed to advantageous structural details of this grinding machine.
- Fig. 1 shows an example of a top view of a grinding machine to be ground with the crankshafts 1 according to the invention.
- Fig. 2 is shown as an example, the side view of a conventional four-cylinder crankshaft 1 with an associated chuck 43, which is located on a workpiece spindle head 26.
- the crankshaft 1 has cheeks 2, inner main bearing 3 and outer main bearing 4 and 5 lift bearings.
- the left end of the crankshaft 1 shown terminates in a flange 6 and the right end in a pin 7.
- the crankshaft 1 has a determining geometric longitudinal axis 10, which is the center line of all centered parts of the crankshaft 1 as main bearing 3, 4, flange 6 and pin 7 forms and is also relevant for all processes of cylindrical grinding.
- the determining geometric longitudinal axis 10 is already marked by the manufacturer of the crankshaft blank, usually by centering holes 8 and 9, which are mounted in the two end faces of the crankshaft 1.
- the determining geometric longitudinal axis 10 is thus available when grinding the crankshaft 1 as a connecting line between the two centering holes 8, 9.
- the machine used for grinding such a crankshaft 1 can be described in its entirety with reference to the schematic overview drawing according to FIG Fig. 1 be described because the individual modules and elements are generally familiar to the expert.
- the grinding machine forms a grinding cell 21 comprising a first grinding station 22 and a second grinding station 23.
- the first grinding station 22 is used exclusively for grinding the stroke bearings 5, while in the second grinding station 23 only the main bearings 3 and 4 are ground.
- the flow direction of the crankshafts 1 when passing through the grinding cell is indicated by the arrow 20;
- the stroke bearings 5 are pre-ground and finished in front of the main bearings 3 and 4.
- the two grinding stations 22, 23 are arranged on a common machine bed 24.
- the machine bed 24 also includes a machine table 25.
- To the first grinding station 22 includes a workpiece headstock 26 and a tailstock 27, both of which can be driven synchronously synchronously.
- a crankshaft 1 is clamped between the workpiece headstock 26 and the tailstock 27.
- the cross slide 29 as a whole is in the feed direction 33, ie perpendicular to the determining geometric longitudinal axis 10 of the clamped crankshaft 1 movable; the grinding spindles 30 located thereon can be moved individually or together on the cross slide 29 in the direction 34, ie parallel to the determining geometric longitudinal axis 10.
- the distance between the grinding spindles 30 in the direction 34 can be changed. In this way, all the usual operations for grinding the lifting bearings 5 can be carried out, as is known with and without CNC control.
- To the second grinding station 23 also includes a workpiece headstock 36 and a tailstock 37, between which a crankshaft 1 is clamped and driven for rotation.
- a cross slide 38 belonging to the second grinding station 23 carries on a common driven axle 39 a multiple grinding wheel set with grinding wheels 40, which are delivered together when grinding the main bearings 3, 4 against the main bearings 3, 4.
- the multiple pulley set can also be moved in the direction 34.
- the clamping and driving devices of the two workpiece headstocks 26, 36 and the two tailstocks 27, 37 lie in a common longitudinal axis 32.
- the longitudinal axis 32 is at the same time the axis of rotation (C-axis) of the crankshafts 1 during grinding.
- C-axis axis of rotation
- the conical end contour of the tips engages in the center holes 8 and 9 at the ends of the crankshaft 1, and thus is the determining geometric longitudinal axis 10 of the crankshaft 1 in coincidence with the common longitudinal axis 32 of workpiece headstock 36 and tailstock 37, at the same time the axis of rotation of the crankshaft 1 during grinding.
- the clamped between the tips of the crankshaft 1 is driven by a drive with compensation chuck for rotation.
- a group of at least two jaws is preferably actuated hydraulically, wherein all clamping jaws connected to the same supply line of the hydraulic fluid and employed in the radial direction to a part of the crankshaft 1, which is located in the common longitudinal extension of the main bearings 3, 4.
- clamping points are particularly the flange 6 or the pin 7 in question, because it exposes all main bearings for grinding.
- the outer contour of the clamping points need not be exactly centrally symmetrical to the determining geometric longitudinal axis 10 of the crankshaft 1; it may rather be an unpolished rough contour; because the clamping between the tips ensures that the crankshaft 1 is rotated in each case about its determining geometric longitudinal axis 10.
- the clamping jaws of the compensation chuck are individually movable individually, they can balance out with one another via the hydraulic pressure medium. Thus, each jaw is employed with the same force to the clamping point of the crankshaft 1.
- the jaws cause only the rotating entrainment of the crankshaft 1; but since they are employed compensatory yielding, they can exercise no or only a small stiffening clamping action on the crankshaft 1 and a bending of the crankshaft 1 during grinding not counteract. In order to avoid errors in terms of diameter, roundness, concentricity and centricity, it is therefore imperative when grinding the main bearing 3, 4 in the second clamping station 23 to support the crankshaft 1 in its central length range by a steady rest.
- FIGS. 2 to 5 In the first clamping station 22 for grinding the stroke bearing 5, the crankshaft 1 but deviating from the prior art according to the DE 10 2008 007 175 A1 clamped in a manner and driven for rotation, as the example and largely schematically in the FIGS. 2 to 5 is shown.
- the sectional view in the left area of the Fig. 2 corresponds to the section line CMC in Fig. 4 where M is the midpoint of the crankshaft cross section on the defining geometric longitudinal axis 10.
- the Figures 2 and 2a show the chuck 43 of a workpiece headstock 26 in which a tip 52 is axially displaceable.
- the front, the crankshaft 1 facing the end of the tip 52 is formed as a conical end contour 52a, thereby facilitating the insertion into the associated centering bore 8 of the crankshaft 1.
- the tailstock 27 may be formed with a chuck 43 of this type, see. in Fig. 3 the tip 53 with the conical final contour and the associated center hole 9.
- Fig. 4 shows, on the front side of the chuck 43, which faces the crankshaft 1, a U-shaped pocket 11 is formed, which according to the Figures 2 . 2a and 3 for the flange 6 of the crankshaft 1 and the pin 7 is exposed.
- the crankshaft 1 is according to the Fig.
- two axial slide 14 are further provided, which are axially displaceable under the action of a hydraulic fluid according to the double arrow 15.
- the two axial slide 14 are arranged offset by an angle of about 60 to 120 degrees V-shaped to each other, like that from Fig. 4 can be inferred.
- the end faces of the axial slide 14 are arranged behind the also V-shaped arranged support members 12, which also have the function of jaws and are radially displaceable with respect to the axis of rotation 32, see.
- the double arrow 13 Each axial slide 14 is connected via inclined surfaces in operative connection with a radial slide 57 which is mounted displaceably in the radial direction in the chuck 43.
- Each radial slide 57 is again screwed to a support member 12 which protrudes from the chuck 43.
- Each radial slide 57 forms with its support member 12 a functional unit; the split design makes it easy to replace the support member 12 when the crankshaft 1 is to be clamped at a clamping point with a different diameter.
- the two axial slide 14 can be moved axially in two opposite directions by a uniformly acting on both of them, connected to the same supply line hydraulic fluid.
- the radial slide 57 are moved inwardly in the direction of the axis of rotation 32 via the inclined surfaces in contact with each other.
- the bearing members 12 bolted to the radial slides 57 also move in the same direction and come into contact with the clamping point of the crankshaft 1, in the case of FIG Fig. 2 on the left outer main bearing 4.
- the contact pressure of the support members 12 can be controlled by various pressure controls in the hydraulic circuit.
- the locking pins 16 can be moved controlled in two opposite directions 17, see. the double arrow 17. In its activated position engages a locking pin 16 with its conical front end in a trapezoidal groove 19, which is located in the longitudinal and displacement direction of the associated radial slide 57. The radial slide 57 is then clamped in a desired position.
- the locking pins 16 can be activated and reset by mechanical, hydraulic, electrical or pneumatic means, with different means of activation and recovery being possible, such as activation by hydraulic means and spring return.
- the same adjustment options also exist for the axial slide 14th
- a pivotable clamping member 44 is provided in the form of a pivoting arm. Its pivot axis is designated 55 and its action end 56.
- Fig. 4 shows in solid lines the clamping position of the clamping member 44, while the release position is shown in dashed lines. The dimensions and installation conditions are chosen so that the active end 56 of the clamping member 44 rests upon activation at a location of the crankshaft 1, which lies on the extended bisecting line between the support members 12. For the activation of the clamping member 44, the same means come into question as for the locking pins sixteenth
- the crankshaft 1 to be ground is made of steel or cast materials, may be cast or forged, and is in the unpolished raw state; It is machined, that is mainly pre-machined by turning, drilling or milling.
- the crankshaft 1 is first moved by a transport device into the first grinding station 22 and clamped there between the workpiece headstock 26 and the tailstock 27.
- An embodiment is shown in the workpiece headstock 26 and tailstock 27 both with chucks 43 according to the FIGS. 2 to 5 are equipped, cf. Fig. 3 , Thus, each of the chucks 43 is provided with a tip 52, 53.
- crankshaft 1 is lowered in a horizontal position, preferably from above between the workpiece headstock 26 and tailstock 27 and comes to rest on the locking shoulders 54, which together form a prism which is stationary with respect to the chuck 43.
- Fig. 3 is the crankshaft 1 with the flange 6 on the locking shoulders 54 of the workpiece headstock 26 and with the pin 7 on the locking shoulders 54 of the tailstock 27.
- the radial distance between the located in the axis of rotation 32 tips 52, 53 and the locking shoulders 54 is selected such that the determining geometric longitudinal axis 10 of the crankshaft 1 is slightly lower than the common axis of rotation of workpiece headstock 26 and tailstock 27.
- the two tips 52, 53 are extended for this purpose and penetrate into the centering holes 8, 9, which is made possible by the conical end contours 52a, 53a of the tips 52, 53.
- the tips 52, 53 come to rest on the inner walls of the centering holes 8, 9 and exert on the crankshaft 1 a lifting and adjusting action.
- the position of the crankshaft 1 is thus corrected in height and laterally.
- the crankshaft 1 is lifted off the detent shoulders 54 and its defining geometric longitudinal axis 10 extends exactly in the common axis of rotation 12 of the workpiece headstock 26 and tailstock 27 (state of coincidence).
- the support members 12 of the two chucks 43 are in this phase still at a distance below the outer main bearing 4. The distance, however, is so small that it can not be expressed to scale in the figures.
- the support members 12 are moved up to the two outer main bearing 4. Since the support members 12 can compensate each other automatically their position, results for the two support members 12 of a chuck when applied to the crankshaft 1, the same contact pressure, even if the position of the support members 12 - due to the rough contour of the outer main bearing 4 - this differs from each other.
- the size of the contact force is chosen so that it supports the clamping of the crankshaft 1 in the tips 52, 53, but not at risk and for the later function of the support members 12 as jaws when turning the crankshaft 1 is sufficient.
- the locking pins 16 are actuated in both chucks 43, which enter into the longitudinal grooves 19 located on the radial slide 57 and lock the radial slide 57 together with the associated support member 12 in the contact position.
- crankshaft 1 during insertion into the grinding station 22 could also deposit the same on the underlying support members 12 before their approach to the crankshaft.
- the stationary latching shoulders 54 would then be dispensable. However, it is considered more reliable to let the transport process to stationary latching shoulders 54 end and relieve the movable support members 12 so far from the task of Erstablage.
- the two support members on each chuck 43 act in this state only as a fixed support prism, which supports the clamping of the stationary crankshaft 1 in the tips 52, 53.
- the pivotable clamping member 44 is transferred from its release position into the clamping position, see. Fig. 4 .
- the pivotable clamping member 44 and the two support members 12 now take over the function of clamping jaws, which must ensure the rotational drive and the support of the crankshaft 1. Since the action end 56 of the clamping member 44 is located approximately on the straight line of the bisectors between the support members 12, see. Fig. 4 , the attack of the driving forces on the circumference of the outer main bearing 4 is largely uniform.
- the support members 12 remain firmly locked to the chuck 43 during rotation of the crankshaft 1 during grinding and reliably absorb the force exerted by the pivotable clamping member 44, without the coincidence of the determining geometric crankshaft longitudinal axis 10 caused by the tips 52, 53 is endangered with the axis of rotation 12.
- the crankshaft 1 is clamped exactly running after this longitudinal axis 10 and can not be pushed out of the center.
- crankshaft 1 is clamped in the first grinding station 22 to the outer main bearings 4. These form the farthest inward, to the central longitudinal region of the crankshaft 1 out towards clamping points in which all the lift bearings 5 can be pre-ground and finish in one clamping.
- the free length of the crankshaft 1 between the clamping points is the lowest; this leads, in conjunction with the support members 12 firmly locked in the manner of a prism, to the crankshaft 1 not flexing under the pressure of the grinding wheels. It can therefore be dispensed with the attachment of a bezel.
- crankshaft 1 With a smaller number of stroke bearings, for example two or three, thus a shorter crankshaft or with lower demands on the grinding accuracy, it is basically possible in the first grinding station 22 to clamp the crankshaft 1 on the flange and / or on the journal and the grinding in the same way as described.
- crankshaft 1 When the stroke bearings 5 are finish ground, the crankshaft 1 must still be transferred to the second grinding station 23, in which the second clamping is performed. Since all main bearings 3, 4 should be roughed and finished as simultaneously as possible, the clamping can only be made at the outer ends of the crankshaft 1. In the second grinding station 23, therefore, the clamping jaws of the compensating chuck must be able to individually dodge automatically when the crankshaft 1 rotates. The secure hold of the crankshaft 1 between the tips of the workpiece headstock 36 and tailstock 37 is thus not guaranteed in each case, so that the application of a steady rest in the central region of the crankshaft 1 in any case is advantageous.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schleifen der Haupt- und Hublager einer Kurbelwelle durch Außenrundschleifen in einer Schleifmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Schleifmaschine zum Durchführen des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9. Ein Verfahren und eine Schleifmaschine der genannten Art sind aus der
DE 10 2008 007 175 A1 bekannt. - Schon vorher war es gemäß der
EP 1 181 132 B1 vorgeschlagen worden, beim Außenrundschleifen der Haupt- und Hublager einer Kurbelwelle die Hublager vor den Hauptlagern fertig zu schleifen. Dieser Vorschlag beruht auf der Erkenntnis, dass die erheblichen Verformungen der Kurbelwelle beim Schleifen der Hublager zumindest teilweise beim anschließenden Fertigschleifen der Hauptlager wieder beseitigt werden können. Allerdings war man dabei davon ausgegangen, dass das Vorschleifen der Hauptlager noch vor dem Schleifen der Hublager erfolgen müsse. Gemäß derEP 1 181 132 B1 muss daher zunächst ein Lünettensitz an ein Hauptlager der Kurbelwelle angeschliffen werden, damit die Hauptlager mit der erforderlichen Genauigkeit vorgeschliffen werden können. Hierzu muss die Kurbelwelle mit einer genau definierten Drehachse, nämlich ihrer bestimmenden geometrischen Längsachse eingespannt sein, die für alle Hauptlager hinsichtlich Durchmesser, Rundheit, Rundlauf und Zentrizität die bestimmende Bezugsachse ist. Diese bestimmende geometrische Längsachse muss auch als Bezugsachse für die Bearbeitung der Hublager zur Verfügung stehen. Nach dem Vor- und Fertigschleifen der Hublager werden zuletzt die Hauptlager der Kurbelwelle fertig geschliffen. Das aus derEP 1 181 132 B1 bekannte Verfahren hat den Vorteil, dass sämtliche Schleifvorgänge in einer einzigen Aufspannung vorgenommen werden können. - Die durch das Einspannen und Abstützen der Kurbelwelle beim Schleifen sich ergebenden Zwänge haben allerdings die Gefahr anderer Verformungen mit sich gebracht, wie das in der
DE 10 2008 007 175 A1 ausführlich beschrieben ist. Zur Abhilfe wird gemäß dieser Entgegenhaltung daher vorgeschlagen, das Schleifen der Kurbelwelle in einer einzigen Aufspannung aufzugeben. Vielmehr werden gemäß derDE 10 2008 007 175 A1 zwei Schleifstationen vorgesehen, die sich innerhalb einer einzigen Schleifmaschine befinden können. Zuerst werden in der ersten Schleifstation die Hublager vor- und fertiggeschliffen. Anschließend wird die Kurbelwelle in die zweite Schleifstation überführt, in der die Hauptlager vor- und fertiggeschliffen werden. - Das Besondere des bekannten Verfahrens besteht darin, dass die zu schleifende Kurbelwelle in den beiden Schleifstationen mit Ihrer lediglich spanend bearbeiteten Rohkontur eingespannt wird. Hierbei sind die zylindrischen Umfangsflächen der Kurbelwelle vor allem durch Drehen, Bohren oder Wirbelfräsen bearbeitet, also in einem noch ungeschliffenen Zustand. In der ersten Schleifstation wird dabei die Kurbelwelle in Schalenspannfuttern gelagert, welche vorteilhaft an endseitigen zylindrischen Abschnitten oder an den beiden äußeren Hauptlagern der Kurbelwelle angesetzt werden. Naturgemäß rotiert die Kurbelwelle beim Schleifen der Hublager dann nicht um ihre bestimmende geometrische Längsachse, sondern um eine davon abweichende Drehachse, die durch die Rohkontur der Kurbelwelle an den Einspannstellen gegeben ist. Da aber das Schleifen der Hublager ohnehin durch CNC-gesteuertes Außenrundschleifen im Pendelhub-Schleifverfahren erfolgen muss, wird gemäß der
DE 10 2008 007 175 A1 eine entsprechende Korrektur im Rechner der Schleifmaschine vorgenommen. Hierzu muss die Kurbelwelle vor dem Schleifen exakt vermessen sein. Wenn die Abweichungen der tatsächlichen Drehachse von der bestimmenden geometrischen Längsachse der Kurbelwelle bekannt sind, kann dies rechnerisch erfasst und beim CNC-Schleifen berücksichtigt werden. Im Ergebnis liegt nach dem Schleifen in der ersten Schleifstation dann eine Kurbelwelle mit noch unbearbeiteten Hauptlagern vor, deren Hublager aber so geschliffen sind, als wäre die Kurbelwelle um die exakte bestimmende geometrische Längsachse gedreht worden. - Erst in der zweiten Schleifstation wird gemäß der
DE 10 2008 007 175 A1 die Kurbelwelle zwischen Spitzen gespannt, welche in die üblichen Zentrierbohrungen in den Endflächen der Kurbelwelle eindringen. Diese Zentrierbohrungen werden vom Hersteller der Kurbelwelle schon vor dem Schleifen der Hublager vorgenommen und legen die bestimmende geometrische Längsachse jeder Kurbelwelle fest. - Mit dem Verfahren gemäß der
DE 10 2008 007 175 A1 ist es gelungen, auf eine noch immer wirtschaftliche Weise zuerst sämtliche Hublager vor- und fertigzuschleifen und erst danach in einer geänderten Aufspannung die Hauptlager. Das Verfahren gemäß derDE 10 2008 007 175 A1 bedeutet aber einen erheblichen Aufwand, weil für jede Kurbelwelle die sich beim Einspannen der Rohkontur an der Einspannstellen ergebende Lage der Drehachse gegenüber der bestimmenden geometrischen Längsachse exakt vermessen werden muss. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu vereinfachen, sodass mit erheblich verringertem Aufwand nach wie vor dieselbe hohe Genauigkeit des Schleifergebnisses erreicht wird. - Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einem Verfahren mit der Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1, das auf einer Schleifmaschine mit den Merkmalen gemäß Anspruch 9 durchgeführt wird.
- Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die zu schleifende Kurbelwelle in einer ersten Aufspannung in Übereinstimmung mit der Drehachse des zugehörigen Werkstück-Drehantriebs gebracht. Sodann werden zwei an dem Spannfutter des zugehörigen Drehantriebs befindliche, in einer Radialebene bewegliche Auflageglieder an diese Einspannstelle angestellt und in dieser Stellung miteinander zur Bildung einer Auflage nach Art eines Prismas verriegelt, das an dem Spannfutter betrieblich fest ist. Die Eigenschaft der prismatischen Auflage folgt aus der notwendigerweise V-förmigen Stellung der Auflageglieder zueinander. Ein den Auflagegliedern radial gegenüber liegendes Klemmglied wird sodann vorzugsweise hydraulisch an die Kurbelwelle angestellt und presst die Kurbelwelle gegen die Auflage, die durch die beiden fest miteinander verriegelten Auflageglieder gegeben ist. Die Auflageglieder und das Klemmglied haben zwar vor allem den Drehantrieb der Kurbelwelle beim Schleifen zu bewirken; denn die Einspannlage der Kurbelwelle ist durch die Spitzen des Drehantriebes bestimmt. Da aber durch die feste Verriegelung der Auflageglieder eine besonders formsteife Einspannung vorliegt, ergibt sich auch eine versteifende und abstützende Wirkung für die Kurbelwelle beim Schleifen. Dadurch kommt insgesamt eine besondere Genauigkeit des Schleifergebnisses zustande, auch wenn die Verformungen der Kurbelwellen beim Schleifen der Hublager nach wie vor unvermeidlich sind. Auf das Ansetzen einer Lünette kann daher verzichtet werden. Mit der besonderen Art des Einspannens ist in vorteilhafter Weise erreicht, dass die Kurbelwelle schon beim Schleifen der Hublager um ihre bestimmende geometrische Längsachse rotiert. Auf den Umweg über eine rechnerische Festlegung beim CNC-Schleifen kann daher in vorteilhafter Weise verzichtet werden.
- Für die zweite Spannstation wird die zweite Aufspannung gemäß dem bekannten Verfahren nach der
DE 10 2008 007 175 A1 beibehalten. Hier wird in der Regel die Kurbelwelle zwischen Spitzen gespannt und durch ein Ausgleich-Spannfutter in Drehung versetzt, dessen Spannbacken sämtlich untereinander ausgleichfähig sind. Der Grund dafür besteht darin, dass möglichst alle Hauptlager in der zweiten Aufspannung gleichzeitig oder auch nacheinander geschliffen werden sollen und die Einspannstellen daher weiter außen, wie üblich an einem Zapfen und/oder einem Flansch ansetzen müssen. Die sich dadurch ergebende geringe Biegesteifigkeit in der Kurbelwelle erfordert zumeist das Ansetzen einer Lünette, sodass insgesamt in der zweiten Aufspannung eine andere Arbeitsweise gegeben ist. - Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 8 aufgeführt.
- Die Ansprüche 2 bis 5 zeigen Maßnahmen auf, wie beim Einspannen der Kurbelwelle in der ersten Aufspannung (der ersten Schleifstation) die Koinzidenz der bestimmenden geometrischen Kurbelwellen-Längsachse mit der Drehachse des Werkstück-Drehantriebs erzielt wird.
- Der Anspruch 6 schreibt die Vorgehensweise beim Einbringen der Kurbelwelle in die erste Aufspannung der Schleifmaschine vor. Die Kurbelwelle wird dabei zuerst auf Rastschultern abgelegt, die an dem Spannfutter fest sind, und danach von den Spitzen des Werkstück-Spindelstocks und des Reitstocks in einer kombinierten Verstell- und Hubbewegung in die stabile Koinzidenz der beiden bestimmenden Achsen gebracht.
- Anspruch 7 hebt verstärkend und als wesentlich hervor, dass die Auflageglieder in dem Spannfutter unabhängig von einander radial beweglich sind und sich unter der Wirkung einer auf beide gleichmäßig einwirkenden Hydraulikflüssigkeit selbsttätig anpassend an die Einspannstelle der Kurbelwelle anstellen.
- Die Schleifmaschine zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in dem Anspruch 9 angegeben.
- Die Ansprüche 10 bis 16 sind auf vorteilhafte konstruktive Einzelheiten dieser Schleifmaschine gerichtet.
- Mit dem Anspruch 16 wird festgeschrieben, dass auch die Schleifmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung die Aufteilung in zwei unterschiedliche Aufspannungen und damit in zwei Schleifstation beibehält, wobei die Ausgestaltung der zweiten Schleifstation gemäß der
DE 10 2008 007 175 A1 beibehalten wird. - Die Erfindung wird anschließend anhand eines in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. Die Figuren zeigen das Folgende:
-
Fig. 1 zeigt in einer Darstellung von oben eine Schleifmaschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. -
Fig. 2 ist die teilweise geschnittene Seitenansicht einer Kurbelwelle mit einem Spannfutter und erläutert eine erste Möglichkeit zum Einspannen der Kurbelwelle beim Schleifen der Hublager. -
Fig. 2a zeigt eine vergrößerte Darstellung von Einzelheiten ausFig. 2 . -
Fig. 3 ist eine derFig. 2 entsprechende Darstellung mit einer weiteren Möglichkeit zum Einspannen der Kurbelwelle beim Schleifen der Hublager. -
Fig. 4 zeigt einen Schnitt längs der Linie B-B inFig. 2 . -
Fig. 5 ist ein Teilschnitt längs der Linie A-A inFig. 2 . -
Fig. 1 zeigt beispielhaft eine Ansicht von oben auf eine Schleifmaschine, mit der Kurbelwellen 1 gemäß der Erfindung geschliffen werden sollen. InFig. 2 ist als Beispiel die Seitenansicht einer üblichen Vier-Zylinder-Kurbelwelle 1 mit einem zugehörigen Spannfutter 43 dargestellt, das sich an einem Werkstück-Spindelkopf 26 befindet. Die Kurbelwelle 1 weist Wangen 2, innere Hauptlager 3 und äußere Hauptlager 4 sowie Hublager 5 auf. Das linke Ende der dargestellten Kurbelwelle 1 endet in einem Flansch 6 und das rechte Ende in einem Zapfen 7. Die Kurbelwelle 1 hat eine bestimmende geometrische Längsachse 10, welche die Mittellinie aller zentrierten Partien der Kurbelwelle 1 wie Hauptlager 3, 4, Flansch 6 und Zapfen 7 bildet und auch für alle Vorgänge des Rundschleifens maßgeblich ist. Die bestimmende geometrische Längsachse 10 wird schon vom Hersteller des Kurbelwellen-Rohlings markiert, in der Regel durch Zentrierbohrungen 8 und 9, die in den beiden Stirnseiten der Kurbelwelle 1 angebracht sind. Die bestimmende geometrische Längsachse 10 steht somit beim Schleifen der Kurbelwelle 1 als Verbindungsgerade zwischen den beiden Zentrierbohrungen 8, 9 zur Verfügung. - Die zum Schleifen einer derartigen Kurbelwelle 1 dienende Maschine kann in ihrer Gesamtheit anhand der schematischen Übersichtszeichnung gemäß der
Fig. 1 beschrieben werden, weil die einzelnen Baugruppen und Elemente dem Fachmann grundsätzlich geläufig sind. Die Schleifmaschine bildet eine Schleifzelle 21, die eine erste Schleifstation 22 und eine zweite Schleifstation 23 umfasst. Dabei dient die erste Schleifstation 22 ausschließlich zum Schleifen der Hublager 5, während in der zweiten Schleifstation 23 ausschließlich die Hauptlager 3 und 4 geschliffen werden. Die Flussrichtung der Kurbelwellen 1 beim Durchlaufen der Schleifzelle ist durch den Pfeil 20 angegeben; es werden also die Hublager 5 vor den Hauptlagern 3 und 4 vor- und fertiggeschliffen. Die beiden Schleifstationen 22, 23 sind auf einem gemeinsamen Maschinenbett 24 angeordnet. Das Maschinenbett 24 umfasst auch einen Maschinentisch 25. - Zu der ersten Schleifstation 22 gehören ein Werkstück-Spindelstock 26 und ein Reitstock 27, die beide elektromotorisch synchron angetrieben sein können. Eine Kurbelwelle 1 wird zwischen dem Werkstück-Spindelstock 26 und dem Reitstock 27 eingespannt. Ferner gehört zu der ersten Schleifstation 22 ein Kreuzschlitten 28 mit einem Schleifspindelstock 29, auf dem sich zwei Schleifspindeln 30 mit den Schleifscheiben 31 befinden. Der Kreuzschlitten 29 als Ganzes ist in der Zustellrichtung 33, also senkrecht zu der bestimmenden geometrischen Längsachse 10 der eingespannten Kurbelwelle 1 verfahrbar; die darauf befindlichen Schleifspindeln 30 können einzeln oder gemeinsam auf dem Kreuzschlitten 29 in der Richtung 34 verfahren werden, also parallel zu der bestimmenden geometrischen Längsachse 10. Außerdem kann der Abstand zwischen den Schleifspindeln 30 in der Richtung 34 verändert werden. Auf diese Weise lassen sich alle üblichen Vorgänge zum Schleifen der Hublager 5 durchführen, wie das mit und ohne CNC-Steuerung bekannt ist.
- Zu der zweiten Schleifstation 23 gehören ebenfalls ein Werkstück-Spindelstock 36 und ein Reitstock 37, zwischen denen eine Kurbelwelle 1 eingespannt und zur Drehung angetrieben wird. Ein zu der zweiten Schleifstation 23 gehörender Kreuzschlitten 38 trägt auf einer gemeinsamen angetriebenen Achse 39 einen Mehrfach-Schleifscheibensatz mit Schleifscheiben 40, die beim Schleifen der Hauptlager 3, 4 gemeinsam gegen die Hauptlager 3, 4 zugestellt werden. Außerdem kann der Mehrfach-Scheibensatz auch in der Richtung 34 verfahren werden.
- Mit 41 sind die Antriebsmotoren für die Zustellachse der Kreuzschlitten 28, 38 und mit 42 Abdeckungen bezeichnet, welche die Schleifspäne von den Gleitführungen der Schleifstationen 22, 23 fernhalten. Die Spann- und Antriebsvorrichtungen der beiden Werkstück-Spindelstöcke 26, 36 und der beiden Reitstöcke 27, 37 liegen in einer gemeinsamen Längsachse 32. Die Längsachse 32 ist zugleich die Drehachse (C-Achse) der Kurbelwellen 1 beim Schleifen. Für betriebliche Messungen während des Schleifvorganges sind Messvorrichtungen vorgesehen, die im Einzelnen nicht dargestellt sind.
- Aus der
DE 10 2008 007 175 A1 der Anmelderin sind die bislang beschriebenen Merkmale der erfindungsgemäßen Schleifmaschine bekannt, ebenso die Lehre, dass entsprechend dem unterschiedlichen Verwendungszweck der beiden Schleifstationen 22, 23 die Kurbelwelle 1 in jeder Schleifstation 22, 23 auf eine andere Weise eingespannt werden muss. Für die vorliegende Anmeldung wird dabei die bekannte Methode zum Einspannen in der zweiten Schleifstation 23 gleichfalls aus derDE 10 2008 007 175 A1 übernommen. Zum Schleifen der Hauptlager 3, 4 wird daher in der zweiten Schleifstation 23 die Kurbelwelle 1 zwischen Spitzen eingespannt, die sich an den Spindeln des Werkstück-Spindelstocks 36 und des Reitstocks 37 befinden. Die kegelförmige Endkontur der Spitzen greift in die Zentrierbohrungen 8 und 9 an den Enden der Kurbelwelle 1 ein, und damit befindet sich die bestimmende geometrische Längsachse 10 der Kurbelwelle 1 in Koinzidenz mit der gemeinsamen Längsachse 32 von Werkstück-Spindelstock 36 und Reitstock 37, die zugleich die Drehachse der Kurbelwelle 1 beim Schleifen ist. - Die zwischen den Spitzen eingespannte Kurbelwelle 1 wird durch einen Antrieb mit Ausgleich-Spannfutter zur Drehung angetrieben. Bei einem derartigen Spannfutter wird eine Gruppe von mindestens zwei Spannbacken vorzugsweise hydraulisch betätigt, wobei alle Spannbacken an dieselbe Zuleitung der Hydraulikflüssigkeit angeschlossen und in radialer Richtung an einen Teil der Kurbelwelle 1 angestellt sind, der sich in der gemeinsamen Längserstreckung der Hauptlager 3, 4 befindet. Als Einspannstellen kommen besonders der Flansch 6 oder der Zapfen 7 in Frage, weil dadurch alle Hauptlager zum Schleifen freiliegen. Die Außenkontur der Einspannstellen braucht dabei nicht exakt zentralsymmetrisch zu der bestimmenden geometrischen Längsachse 10 der Kurbelwelle 1 zu sein; es kann vielmehr eine ungeschliffene Rohkontur sein; denn die Einspannung zwischen den Spitzen gewährleistet, dass die Kurbelwelle 1 in jedem Fall um ihre bestimmende geometrische Längsachse 10 gedreht wird. Die Spannbacken des Ausgleich-Spannfutters sind zwar für sich einzeln beweglich, können sich aber über das hydraulische Druckmedium untereinander ausgleichen. Somit wird jeder Spannbacken mit der gleichen Kraft an die Einspannstelle der Kurbelwelle 1 angestellt. Die Spannbacken bewirken dabei lediglich die drehende Mitnahme der Kurbelwelle 1; da sie aber nachgiebig ausgleichend angestellt sind, können sie keine oder nur eine geringe versteifende Spannwirkung auf die Kurbelwelle 1 ausüben und einem Verbiegen der Kurbelwelle 1 beim Schleifen nicht entgegenwirken. Um Fehler hinsichtlich Durchmesser, Rundheit, Rundlauf und Zentrizität zu vermeiden, ist es daher beim Schleifen der Hauptlager 3, 4 in der zweiten Spannstation 23 dringend geboten, die Kurbelwelle 1 in ihrem mittleren Längenbereich durch eine Lünette abzustützen.
- Ein Beispiel für ein derartiges Ausgleich-Spannfutter ist in der
DE 10 2008 007 175 A1 anhand der Fig. 8 ausführlich beschrieben. Alle dort vorhandenen Ausführungen zum Einspannen und zum Drehantrieb der Kurbelwelle 1 in der zweiten Schleifstation 23 werden auch dem Inhalt der vorliegenden Anmeldung zugerechnet. Bei Verwendung dieser Ausgleich-Spannfutter können die Hauptlager 3, 4 in der zweiten Schleifstation 23 zuverlässig vor- und fertiggeschliffen werden. - In der ersten Spannstation 22 zum Schleifen der Hublager 5 wird die Kurbelwelle 1 aber abweichend vom Stand der Technik gemäß der
DE 10 2008 007 175 A1 auf eine Weise eingespannt und zur Drehung angetrieben, wie das beispielhaft und weitgehend schematisch in denFiguren 2 bis 5 dargestellt ist. Die Schnitt-Darstellung im linken Bereich derFig. 2 entspricht dabei der Schnittlinie CMC inFig. 4 , wobei M den Mittelpunkt des Kurbelwellen-Querschnitts auf der bestimmenden geometrischen Längsachse 10 bedeutet. DieFiguren 2 und2a zeigen das Spannfutter 43 eines Werkstück-Spindelstocks 26, in dem eine Spitze 52 axial verschieblich ist. Das vordere, der Kurbelwelle 1 zugewandte Ende der Spitze 52 ist als kegelförmige Endkontur 52a ausgebildet und erleichtert damit das Einführen in die zugehörige Zentrierbohrung 8 der Kurbelwelle 1. Auch der Reitstock 27 kann mit einem Spannfutter 43 dieser Art ausgebildet sein, vgl. inFig. 3 die Spitze 53 mit der kegelförmigen Endkontur und die zugehörige Zentrierbohrung 9. WieFig. 4 zeigt, ist an der Stirnseite des Spannfutters 43, die der Kurbelwelle 1 zugewandt ist, eine U-förmige Tasche 11 ausgebildet, welche gemäß denFiguren 2 ,2a und3 für den Flansch 6 der Kurbelwelle 1 und den Zapfen 7 freigelegt ist. Die Kurbelwelle 1 liegt gemäß denFig. 2 und3 jeweils auf zwei Rastschultern 54 auf, die nach Art von Nocken aus dem Grund der Tasche 11 herausragen, V-förmig geneigt zueinander verlaufen und zusammen ein Auflage-Prisma bilden, das in Bezug auf das Spannfutter 43 stationär ist. In der Darstellung derFig. 4 liegen die Rastschultern 54 hinter den Auflagegliedern 12 und sind daher nicht sichtbar. - In dem Spannfutter 43 sind weiter zwei Axialschieber 14 vorgesehen, die unter der Wirkung einer Hydraulikflüssigkeit entsprechend dem Doppelpfeil 15 axial verschieblich sind. In Bezug auf die Drehachse 32 des Spannfutters 43 sind die beiden Axialschieber 14 um einen Winkel von etwa 60 bis 120 Winkelgraden versetzt V-förmig zueinander angeordnet, wie das aus
Fig. 4 gefolgert werden kann. Die Stirnseiten der Axialschieber 14 sind hinter den ebenfalls V-förmig zueinander angeordneten Auflagegliedern 12 angeordnet, welche auch die Funktion von Klemmbacken haben und in Bezug auf die Drehachse 32 radial verschieblich sind, vgl. den Doppelpfeil 13. Jeder Axialschieber 14 steht über Schrägflächen in Wirkverbindung mit einem Radialschieber 57, der in radialer Richtung verschieblich in dem Spannfutter 43 gelagert ist. Jeder Radialschieber 57 wieder ist mit einem Auflageglied 12 verschraubt, das aus dem Spannfutter 43 herausragt. Jeder Radialschieber 57 bildet mit seinem Auflageglied 12 eine Funktionseinheit; die geteilte Ausführung ermöglicht es, das Auflageglied 12 leicht auszuwechseln, wenn die Kurbelwelle 1 an einer Einspannstelle mit einem anderen Durchmesser eingespannt werden soll. - Mit dem Doppelpfeil 15 ist angedeutet, dass die beiden Axialschieber 14 durch eine gleichmäßig auf sie beide einwirkende, an dieselbe Zuleitung angeschlossene Hydraulik-Flüssigkeit in zwei entgegengesetzten Richtungen axial verschoben werden können. Bei einer Bewegung in
Fig. 2a nach links werden über die in Berührung miteinander befindlichen Schrägflächen die Radialschieber 57 nach innen in Richtung auf die Drehachse 32 bewegt. Dadurch bewegen sich auch die mit den Radialschiebern 57 verschraubten Auflageglieder 12 in derselben Richtung und kommen an der Einspannstelle der Kurbelwelle 1 zur Anlage, im Fall derFig. 2 an dem links befindlichen äußeren Hauptlager 4. Bei entgegengesetzter Bewegung der Axialschieber 14 (inFig. 2a nach rechts) wandern die Auflageglieder 12 wieder radial nach außen. Die Anpresskraft der Auflageglieder 12 kann durch diverse Druckregelungen im Hydraulikkreis geregelt werden. - Parallel zu den Axialschiebern 14 radial nach innen versetzt sind zwei Verriegelungsstifte 16 in axial verlaufenden Bohrungen 18 vorgesehen, die unter demselben Winkel in Bezug auf die Drehachse 32 angeordnet sind, vgl. die Schnittdarstellung gemäß
Fig. 5 . Die Verriegelungsstifte 16 können in zwei entgegengesetzten Richtungen 17 gesteuert verschoben werden, vgl. den Doppelpfeil 17. In seiner aktivierten Stellung greift ein Verriegelungsstift 16 mit seinem kegelförmigen vorderen Ende in eine trapezförmige Nut 19 ein, die sich in der Längs- und Verschieberichtung des zugehörigen Radialschiebers 57 befindet. Der Radialschieber 57 ist dann in einer gewünschten Stellung festgeklemmt. Die Verriegelungsstifte 16 können durch mechanische, hydraulische, elektrische oder pneumatische Mittel aktiviert und zurückgestellt werden, wobei auch unterschiedliche Mittel für Aktivierung und Rückstellung in Frage kommen wie beispielsweise Aktivierung durch hydraulische Mittel und eine Rückstellung durch Federn. Dieselben Verstellmöglichkeiten bestehen auch für die Axialschieber 14. - Wie besonders aus
Fig. 4 hervorgeht, ist auf der den Auflagegliedern 12 gegenüberliegenden Seite des Spannfutters 43 ein schwenkbares Klemmglied 44 in der Form eines Schwenkarmes vorgesehen. Seine Schwenkachse ist mit 55 und sein Wirkende mit 56 bezeichnet.Fig. 4 zeigt in ausgezogenen Linien die Klemmstellung des Klemmgliedes 44, während die Freigabestellung in gestrichelten Linien dargestellt ist. Die Abmessungen und Einbauverhältnisse sind so gewählt, dass das Wirkende 56 des Klemmgliedes 44 bei Aktivierung an einer Stelle der Kurbelwelle 1 aufliegt, die auf der verlängerten Winkelhalbierenden zwischen den Auflagegliedern 12 liegt. Für die Aktivierung des Klemmgliedes 44 kommen dieselben Mittel in Frage wie für die Verriegelungsstifte 16. - Mit der beschriebenen Schleifmaschine wird das Schleifverfahren wie folgt durchgeführt:
- Die zu schleifende Kurbelwelle 1 besteht aus Stahl oder Gusswerkstoffen, kann gegossen oder geschmiedet sein und liegt im ungeschliffenen Rohzustand vor; sie ist spanend, also vor allem durch Drehen, Bohren oder Wirbelfräsen vorbearbeitet. Die Kurbelwelle 1 wird zunächst durch eine Transporteinrichtung in die erste Schleifstation 22 verbracht und dort zwischen dem Werkstück-Spindelstock 26 und dem Reitstock 27 eingespannt. Es wird eine Ausführung gezeigt, bei der Werkstück-Spindelstock 26 und Reitstock 27 beide mit Spannfuttern 43 entsprechend den
Figuren 2 bis 5 ausgestattet sind, vgl.Fig. 3 . Somit ist auch jedes der Spannfutter 43 mit einer Spitze 52, 53 versehen. Vor dem Einbringen der Kurbelwelle 1 werden Werkstück-Spindelstock 26 und Reitstock 27 bei axial nach innen eingezogenen Spitzen 52, 53 auf einen axialen Abstand eingestellt, der dem Längenmaß der Kurbelwelle 1 entspricht. Die Drehachsen der Spannfutter 43 werden in eine Stellung verbracht, in der sich die Auflageglieder 12 und die Rastschultern 14 in ihrer unteren Stellung befinden. - Dann wird die Kurbelwelle 1 in waagerechter Lage vorzugsweise von oben zwischen Werkstück-Spindelstock 26 und Reitstock 27 abgesenkt und kommt auf den Rastschultern 54 zur Auflage, die zusammen ein Prisma bilden, das in Bezug auf das Spannfutter 43 stationär ist. Im Falle der
Fig. 3 liegt dabei die Kurbelwelle 1 mit dem Flansch 6 auf den Rastschultern 54 des Werkstück-Spindelstocks 26 und mit dem Zapfen 7 auf den Rastschultern 54 des Reitstocks 27 auf. Der radiale Abstand zwischen den in der Drehachse 32 befindlichen Spitzen 52, 53 und den Rastschultern 54 ist dabei derart gewählt, dass die bestimmende geometrische Längsachse 10 der Kurbelwelle 1 geringfügig tiefer liegt als die gemeinsame Drehachse von Werkstück-Spindelstock 26 und Reitstock 27. Danach stehen die Spitzen 52, 53 den Zentrierbohrungen 8, 9 innerhalb von deren Öffnungsweiten gegenüber. Die Auflageglieder 12 der beiden Spannfutter 43 befinden sich zu diesem Zeitpunkt mit einem Abstand unterhalb der beiden äußeren Hauptlager. Da die Kurbelwelle 1 mit ihrer ungeschliffenen Rohkontur auf den Rastschultern 54 der Spannfutter aufliegt, wird in dieser Phase des Einspannens die bestimmende geometrische Längsachse 10 der Kurbelwelle 1 nicht hinreichend genau genug parallel zu der gemeinsamen Drehachse 32 von Werkstück-Spindelstock 26 und Reitstock 27 verlaufen. Die Korrektur erfolgt in der nächsten Phase. - Die beiden Spitzen 52, 53 werden hierzu ausgefahren und dringen in die Zentrierbohrungen 8, 9 ein, was durch die kegelförmigen Endkonturen 52a, 53a der Spitzen 52, 53 möglich wird. Die Spitzen 52, 53 kommen zur Anlage an die Innenwände der Zentrierbohrungen 8, 9 und üben auf die Kurbelwelle 1 eine Hub- und Stellwirkung aus. Die Lage der Kurbelwelle 1 wird somit in der Höhe und seitlich korrigiert. Wenn die Spitzen 8, 9 vollständig ausgefahren sind, ist die Kurbelwelle 1 von den Rastschultern 54 abgehoben, und ihre bestimmende geometrische Längsachse 10 verläuft exakt in der gemeinsamen Drehachse12 von Werkstück-Spindelstock 26 und Reitstock 27 (Zustand der Koinzidenz). Die Auflageglieder 12 der beiden Spannfutter 43 befinden sich in dieser Phase nach wie vor mit Abstand unterhalb der äußeren Hauptlager 4. Der Abstand ist allerdings so gering, dass er in den Figuren maßstäblich nicht zum Ausdruck gebracht werden kann.
- Durch Betätigen der Axialschieber 14 in beiden Spannfuttern 43 werden anschließend die Auflageglieder 12 an die beiden äußeren Hauptlager 4 herangefahren. Da die Auflageglieder 12 ihre Stellung zueinander selbsttätig ausgleichen können, ergibt sich für die beiden Auflageglieder 12 eines Spannfutters bei Anlage an der Kurbelwelle 1 dieselbe Anpresskraft, auch wenn die Stellung der Auflageglieder 12 - bedingt durch die Rohkontur der äußeren Hauptlager 4 - dabei voneinander abweicht. Die Größe der Anpresskraft wird so gewählt, dass sie die Aufspannung der Kurbelwelle 1 in den Spitzen 52, 53 unterstützt, aber nicht gefährdet und für die spätere Funktion der Auflageglieder 12 als Spannbacken beim Drehen der Kurbelwelle 1 ausreicht. Wenn diese Anlagestellung erreicht ist, werden in beiden Spannfuttern 43 die Verriegelungsstifte 16 betätigt, welche in die an den Radialschiebern 57 befindlichen Längsnuten 19 eintreten und die Radialschieber 57 zusammen mit dem zugehörigen Auflageglied 12 in der Anlagestellung verriegeln.
- Es sei noch bemerkt, dass man die Kurbelwelle 1 beim Einführen in die Schleifstation 22 auch gleich auf den unten liegenden Auflagegliedern 12 ablegen könnte, bevor deren Heranfahren an die Kurbelwelle erfolgt. Die stationären Rastschultern 54 wären dann entbehrlich. Es wird aber für zuverlässiger gehalten, den Transportvorgang an stationären Rastschultern 54 enden zu lassen und die beweglichen Auflageglieder 12 insoweit von der Aufgabe der Erstablage zu entlasten.
- In ihrer verriegelten Stellung bilden die beiden Auflageglieder 12 eines jeden Spannfutters 43 infolge ihrer V-förmigen Anordnung zusammen ebenfalls eine Auflage nach Art eines Prismas für die Kurbelwelle 1. Diese Auflage ist an dem Spannfutter 43 betrieblich fest, wobei die Anpresskraft der Verriegelungsstifte 16 so eingestellt ist, dass diese sich im weiteren Betrieb nicht lösen können; das gilt auch bei hydraulisch erzeugter Verriegelungskraft. Das Spannfutter 43 der ersten Schleifstation 22 unterscheidet sich darin deutlich von den Spannfuttern der zweiten Schleifstation 23, bei denen alle Spannbacken auch während der Rotation der Kurbelwelle 1 beim Schleifen untereinander ausgleichsfähig bleiben.
- Die beiden Auflageglieder an jedem Spannfutter 43 wirken in diesem Zustand nur wie ein festes Auflage-Prisma, das die Aufspannung der ruhenden Kurbelwelle 1 in den Spitzen 52, 53 unterstützt. Zum weiteren Fortgang des Einspannens wird jetzt das schwenkbare Klemmglied 44 aus seiner Freigabestellung in die Klemmstellung überführt, vgl.
Fig. 4 . Das schwenkbare Klemmglied 44 und die beiden Auflageglieder 12 übernehmen jetzt die Funktion von Spannbacken, die die Drehmitnahme und die Abstützung der Kurbelwelle 1 gewährleisten müssen. Da das Wirkende 56 des Klemmgliedes 44 etwa auf der geraden Linie der Winkelhalbierenden zwischen den Auflageliedern 12 liegt, vgl.Fig. 4 , ist der Angriff der Mitnahmekräfte am Umfang der äußeren Hauptlager 4 weitgehend gleichmäßig. Die Auflageglieder 12 bleiben bei der Rotation der Kurbelwelle 1 während des Schleifens fest an dem Spannfutter 43 verriegelt und nehmen die von dem schwenkbaren Klemmglied 44 ausgeübte Kraft zuverlässig auf, ohne dass die von den Spitzen 52, 53 bewirkte Koinzidenz der bestimmenden geometrischen Kurbelwellen-Längsachse 10 mit der Drehachse 12 gefährdet wird. Die Kurbelwelle 1 ist exakt laufend nach dieser Längsachse 10 eingespannt und kann auch nicht aus dem Zentrum gedrückt werden. - Unterstützend kommt hinzu, dass die Kurbelwelle 1 in der ersten Schleifstation 22 an den äußeren Hauptlagern 4 eingespannt wird. Diese bilden die am weitesten nach innen, zum mittleren Längsbereich der Kurbelwelle 1 hin gerückten Einspannstellen, bei denen sämtliche Hublager 5 in einer Aufspannung vor- und fertiggeschliffen werden können. Die freie Länge der Kurbelwelle 1 zwischen den Einspannstellen ist dabei am geringsten; das führt in Verbindung mit den fest nach Art eines Prismas verriegelten Auflagegliedern 12 dazu, dass die Kurbelwelle 1 sich unter dem Druck der Schleifscheiben nicht durchbiegt. Es kann daher auf das Ansetzen einer Lünette verzichtet werden. Bei einer geringeren Zahl von Hublagern, beispielsweise zwei oder drei, einer somit kürzeren Kurbelwelle oder bei geringeren Anforderungen an die Schleifgenauigkeit ist es auch in der ersten Schleifstation 22 grundsätzlich möglich, die Kurbelwelle 1 am Flansch und/oder an dem Zapfen einzuspannen und das Schleifen in derselben Weise wie beschrieben vorzunehmen.
- Wenn die Hublager 5 fertiggeschliffen sind, muss die Kurbelwelle 1 nach wie vor in die zweite Schleifstation 23 überführt werden, in der die zweite Aufspannung vorgenommen wird. Da alle Hauptlager 3, 4 möglichst gleichzeitig vor- und fertiggeschliffen werden sollen, kann die Einspannung nur an den äußeren Enden der Kurbelwelle 1 vorgenommen werden. In der zweiten Schleifstation 23 müssen daher die Spannbacken des Ausgleichsfutters einzeln selbsttätig ausweichen können, wenn die Kurbelwelle 1 rotiert. Der sichere Halt der Kurbelwelle 1 zwischen den Spitzen von Werkstück-Spindelstock 36 und Reitstock 37 ist dadurch nicht in jedem Fall gewährleistet, sodass das Ansetzen einer Lünette im mittleren Bereich der Kurbelwelle 1 in jedem Fall vorteilhaft ist. Trotz des Wechsels in der Aufspannung überwiegen die Vorteile des Verfahrens gemäß der Erfindung gegenüber dem bekannten Verfahren nach
EP 1 181 132 B1 . Da nämlich die erheblichen Verformungen beim Vor- und Fertigschleifen der Hublager 5 gleich zu Anfang auftreten und beim anschließenden Vor- und Fertigschleifen der Hauptlager 3, 4 wieder weitgehend beseitigt werden können, ist insgesamt in jedem Fall eine Steigerung der Schleifgenauigkeit erzielt. -
1 Kurbelwelle 2 Wange 3 innere Hauptlager 4 äußere Hauptlager 5 Hublager 6 Flansch 7 Zapfen 8 Zentrierbohrung (Flansch) 9 Zentrierbohrung (Zapfen) 10 bestimmende geometrische Längsachse der Kurbelwelle 11 U-förmige Tasche 12 Auflageglieder 13 Doppelpfeil, Verschieberichtung der Spannbacken 14 Axialschieber 15 Doppelpfeil, Verschieberichtung der Axialschieber 16 Verriegelungsstift 17 Doppelpfeil, Verschieberichtung des Verriegelungsstiftes 18 Bohrung 19 Längsnut 20 Flussrichtung (Transportrichtung der Kurbelwellen) 21 Schleifzelle 22 erste Schleifstation 23 zweite Schleifstation 24 gemeinsames Maschinenbett 25 Maschinentisch 26 Werkstück-Spindelstock (erste Schleifstation) 27 Reitstock (erste Schleifstation) 28 Kreuzschlitten 29 Schleifspindelstock 30 Schleifspindel 31 Schleifscheibe 32 gemeinsame Längsachse, Drehachse der Kurbelwelle 33 Zustellrichtung der Schleifscheiben 34 Richtung 36 Werkstück-Spindelstock (zweite Schleifstation) 37 Reitstock (zweite Schleifstation) 38 Kreuzschlitten 39 gemeinsame Achse 40 Schleifscheiben 41 Antriebsmotor 42 Abdeckung 43 Spannfutter (erste Schleifstation) 44 schwenkbares Klemmglied 45 Schwenkachse des schwenkbaren Spannelements 52 Spitze des Werkstück-Spindelstocks 52a kegelförmiger Endbereich 53 Spitze des Reitstocks 53a kegelförmiger Endbereich 54 Rastschulter 55 Schwenkachse des Klemmgliedes 56 Wirkende 57 Radialschieber
Claims (16)
- Verfahren zum Schleifen der Haupt- und Hublager (3, 4, 5) einer Kurbelwelle (1) durch Außenrundschleifen in einer Schleifmaschine, die Werkstück-Drehantriebe und an diesen befindliche Spannfutter aufweist, mit den folgenden Verfahrensmerkmalen:a) in einer ersten Aufspannung werden zuerst die Hublager (5) vor- und fertig geschliffen;b) sodann wird die Kurbelwelle (1) in eine zweite Aufspannung verbracht, in der die Hauphtlager (4, 5) vor- und fertig geschliffen werden;c) in beiden Aufspannungen wird die Kurbelwelle (1) an zwei im axialen Abstand voneinander befindlichen ungeschliffenen, eine Rohkontur aufweisenden Einspannstellen eingespannt,d) wobei die zweite Aufspannung nach dem Prinzip eines den Drehantrieb bewirkenden Ausgleich-Spannfutters erfolgt, das eine Drehung um die bestimmende geometrische Längsachse (10) der Kurbelwelle (1) bewirkt;
gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensmerkmale:e) zum Herbeiführen der ersten Aufspannung wird die bestimmende geometrische Längsachse (10) der Kurbelwelle (1) in Übereinstimmung mit der Drehachse (32) des zugehörigen Werkstück-Drehantriebs gebracht;f) sodann werden an mindestens einer der beiden Einspannstellen der ersten Aufspannung zwei an dem Spannfutter (43) des zugehörigen Drehantriebs befindliche, in einer Radialebene bewegliche Auflageglieder (12) an diese Einspannstelle angestellt und in dieser Stellung miteinander zur Bildung einer Auflage nach Art eines Prismas verriegelt, das an dem Spannfutter (43) betrieblich fest ist;g) mindestens ein den Auflagegliedern (12) radial gegenüber angeordnetes Klemmglied (44) wird an die Einspannstelle angestellt und sichert die Lage der Kurbelwelle (1) auf den Auflagegliedern (12);h) der Drehantrieb der ersten Aufspannung wird in Drehung versetzt, die auch in der ersten Aufspannung um die bestimmende geometrische Längsachse (10) der Kurbelwelle (1) erfolgt. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an beiden Einspannstellen der ersten Aufspannung die Kurbelwelle (1) mittels der Auflageglieder (12) und des mindestens einen Klemmgliedes (44) eines entsprechend ausgebildeten Spannfutters (43) eingespannt wird.
- Verfahren nach Anspruch 2 zur Durchführung in einer Schleifmaschine, bei der die Kurbelwelle (1) an ihren Enden zwischen einem Werkstück-Spindelstock (26) und einem Reitstock (27) drehbar eingespannt und zur Drehung angetrieben ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei Abschluss des Justiervorgangs die erreichte Koinzidenz der bestimmenden geometrischen Kurbelwellen-Längsachse (10) mit der Drehachse (32) von Werkstück-Spindelstock (26) und Reitstock (27) dadurch arretiert wird, dass ein formschlüssiger Eingriff zwischen den Zentren der Kurbelwelle (1) und drehbaren Stütz- und Antriebsteilen von Werkstück-Spindelstock (26) und Reitstock (27) herbeigeführt wird.
- Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der formschlüssige Eingriff herbeigeführt wird, indem als drehbare Zentrierteile Spitzen (52, 53) mit kegelförmiger Endkontur (52a, 53a) ausgebildet sind, die in angepasste Zentrierbohrungen (8, 9) an den Kurbelwellen-Enden eingreifen.
- Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitzen (52, 53) innerhalb der Spannfutter (43) des Werkstück-Spindelstocks (26) und/oder des Reitstocks (27) axial verschiebbar sind.
- Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einbringen der Kurbelwelle (1) in die erste Aufspannung der Schleifmaschine, zum Justieren ihrer bestimmenden geometrischen Längsachse (10) sowie zum Einspannen und Drehen die folgenden Verfahrensschritte vorgenommen werden:a) Werkstück-Spindelstock (26) und Reitstock (27) werden bei zurückgezogenen Spitzen (52, 53) auf einen Abstand voneinander eingestellt, der dem Längenmaß der Kurbelwelle (1) entspricht;b) die Kurbelwelle (1) wird von einer Transporteinrichtung in annähernd waagerechter Lage zwischen Werkstück-Spindelstock (26) und Reitstock (27) eingebracht und auf Rastschultern (54) der Spannfutter (43) abgelegt, wobei die Höheneinstellung derart gewählt ist, dass die bestimmende geometrische Längsachse (10) der Kurbelwelle (1) geringfügig tiefer liegt als die Drehachse (32) von Werkstück-Spindelstock (26) und Reitstock (27) und die kegelförmigen Endkonturen (52a, 53a) von deren Spitzen (52, 53) sich zwar außerhalb der angepassten Zentrierbohrungen (8, 9) in den Stimseiten der Kurbelwelle (1) befinden, den Zentrierbohrungen (8, 9) aber innerhalb ihrer Öffnungsweite gegenüberstehen;c) die Spitzen (52, 53) werden wieder ausgefahren und dringen in die zugehörigen Zentrierbohrungen (8, 9) ein, wodurch die Kurbelwelle (1) angehoben und ihre bestimmende geometrische Längsachse (10) in die stabile Koinzidenz mit der gemeinsamen Drehachse (32) von Werkstück-Spindelstock (26) und Reitstock (27) gebracht wird;d) anschließend werden die Auflageglieder (12) an die Einspannstellen der Kurbelwelle (1) angestellt, und durch Anstellen des Klemmgliedes (44) wird die Kurbelwelle (1) auf den Auflagegliedern (12) festgeklemmt;e) abschließend werden Drehantrieb und Schleifvorgang in Gang gesetzt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageglieder (12) in dem Spannfutter (43) unabhängig voneinander radial beweglich sind und sich unter der Wirkung einer auf beide gleichmäßig einwirkenden Hydraulikflüssigkeit selbsttätig anpassend an die Einspannstelle der Kurbelwelle (1) anstellen.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmglied (44) hydraulisch betätigt wird.
- Schleifmaschine zum Außenrundschleifen der Haupt- und Hublager (3, 4, 5) einer Kurbelwelle (1),- mit zwei Schieifstation (22, 23) von denen jede mit einem Werkstück-Spindelstock (26, 36) und einem Reitstock (27, 37), mit den erforderlichen angetriebenen und gesteuert verfahrbaren Schleifscheiben (31, 40) und mit Spannfuttern zum Einspannen der Kurbelwellen (1) an zwei axial im Abstand voneinander befindlichen ungeschliffenen, eine Rohkontur aufweisenden Einspannstellen versehen ist,- und mit einer Transporteinrichtung zum Überführen der Kurbeiwelle aus der ersten (22) in die zweite Schleifstation (23),- wobei die erste Schleifstation (22) zum Vor- und Fertigschleifen der Hublager (5) die zweite Schleifstation (23) hingegen zum anschließenden Vor- und Fertigschleifen der Hauptlager (3, 4) eingerichtet ist,- zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,- dass in der ersten Schleifstation (22) die Spannfutter (43) von Werkstück-Spindelstock (26) und Reitstock (27) mit zwei radial beweglichen Auflagegliedern (12) und - diesen radial gegenüberliegend - mit mindestens einem radial beweglichen Klemmglied (44) versehen sind, wobei die ersle Schleifstation (22) so ausgebildet ist, dass diese samtlich unabhängig voneinander gegen die Kurbelwelle (1) angestellt werden können und, wobei die zwei Aüflageglieder (12) V-förmig züeinander stehen und dadurch im Betrieb eine Auflage nuch Art eines Prismas bilden;- und dass eine Verriegelungseinrichtung vorgesehen ist, welche dazu ausgebildetist die beiden Auflageglieder (12) in einer gewünschten Stellung an dem Spannfutter (43) zur Bildung einer betrieblich festen Auflage zu verriegeln,- wobei die erste Schleifstation (22) derart ausgebildet ist, dass die Verriegelung und das Anstellen des Klemmgliedes (44) erfolgen, wenn die beiden Auflageglieder (12) bei Koinzidenz der bestimmenden geometrischen Kurbelwellen-Längsachse (10) mit der gemeinsamen Drehachse (32) von Werkstück-Spindelstock (36) und Reitstock (37) an der Kurbelwelle (1) anliegen,- wodurch der Drehantrieb von Werkstück-Spindelstock (36) und/oder Reitstock (37) im Betrieb eine Rotation der Kurbelwelle (1) um ihre bestimmende geometrische Längsachse (10) bewirkt.
- Schleifmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum Feinjustieren der Kurbelwelle (1) in der ersten Schleifstation (22) die als Zentrierteile dienenden Spitzen (52, 53) an Werkstück-Spindelstock (26) und Reitstock (27) zum Zusammenwirken mit den Zentrierbohrungen (8, 9) im Sinne einer Stell- und Hubwirkung ausgebildet sind.
- Schleifmaschine nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageglieder (12) die Grundform von Bolzen haben, die sich in dem Spannfutter (43) in radialer Richtung erstrecken und in ihrem der Kurbelwelle (1) zugewandten Bereich kegelförmig verjüngt ausgebildet sind.
- Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigung der radial beweglichen Auflageglieder (12) und des radial beweglichen Klemmgliedes (44) direkt oder indirekt durch hydraulische, mechanische, elektrische oder pneumatische Mittel erfolgt.
- Schleifmaschine nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungseinrichtung jedes Auflagegliedes (12) einen in dem Spannfutter (43) verschieblich geführten Verriegelungsstift(16) aufweist, der in eine Längsnut (19) des Auflagegliedes (12) eingreift und bei seiner Aktivierung das Auflageglied (12) in seiner jeweiligen Stellung festklemmt.
- Schleifmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung der Verriegelungsstifte durch mechanische, hydraulische, elektrische oder pneumatische Mittel erfolgt.
- Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmglied (44) als Schwenkglied ausgebildet ist, dessen Schwenkachse (55) parallel zu der gemeinsamen Drehachse (32) von Werkstück-Spindelstock (26) und Reitstock (27) verläuft und dessen Wirkende (56) im eingeschwenkten Zustand den Auflagegliedern (12) gegenüberliegend an der Einspannstelle der Kurbelwelle (1) anliegt.
- Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannfutter des Werkstück-Spindelstocks (36) in der zweiten Schleifstation (23) als Ausgleich-Spannfutter mit gemeinsam hydraulisch angestellten, untereinander ausgleichfähigen Spannbacken ausgeführt ist und dass die Kurbelwellen (1) in beiden Schleifstationen (22, 23) im Betrieb um ihre bestimmenden geometrischen Längsachsen (10) rotieren.
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