EP3181293B1

EP3181293B1 - Finishwerkzeug mit lokal variierender schnittigkeit

Info

Publication number: EP3181293B1
Application number: EP16202745.2A
Authority: EP
Inventors: Holger Steinwender
Original assignee: Thielenhaus Technologies GmbH
Current assignee: Thielenhaus Technologies GmbH
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2016-12-07
Publication date: 2022-10-12
Anticipated expiration: 2036-12-07
Also published as: EP3181293A1; DE102015122189A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Endbearbeitung einer Umfangsfläche eines wellenförmigen Werkstückes. Die Vorrichtung umfasst eine Antriebseinrichtung zur Erzeugung einer Rotationsbewegung des Werkstückes und eine Andrückeinrichtung zum Andrücken eines Finishbandes an die Umfangsfläche des rotierenden Werkstückes, wobei das Finishband mit einer Bearbeitungsfläche an der Umfangsfläche anliegt und die Umfangsfläche eine erste Profilform aufweist.
Eine Vorrichtung mit den vorgenannten Merkmalen ist aus EP 0 802 017 A1 bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird ein Finishband als Werkzeug mittels eines Andrückschuhes an die Umfangsfläche des rotierenden Werkstückes angedrückt. Im einfachsten Bearbeitungsfall weist die Umfangsfläche vor und nach der Endbearbeitung eine zylinderförmige Kontur mit einer geradlinigen Profilform auf.
Für die Vermeidung von Kantenträger im Lager ist es jedoch wünschenswert, dass die Umfangsfläche im Bereich von Lagerstellen eine ballige Form aufweist. Eine ballige Form der Lagerstellen kann bereits durch eine entsprechende spanende Vorbearbeitung erzielt werden, wobei während der Vorbearbeitung die ballige Form dadurch erzeugt wird, dass eine Bearbeitungsfläche einer die Lagerstelle bearbeitenden Schleifscheibe eine der Balligkeit entsprechende Querform aufweist. Diese Vorgehensweise ist mit dem Nachteil verbunden, dass für unterschiedliche Grade der Balligkeit auch unterschiedliche Schleifscheiben verwendet werden müssen. So muss für jedes spezifische Balligkeitsprofil eine entsprechende Schleifscheibe vorgehalten werden und bei Änderung des Balligkeitsprofils muss die Schleifscheibe ausgetauscht werden. Die entsprechenden Schleifscheiben müssen zudem aufgrund von Verschleiß regelmäßig abgerichtet werden, wodurch zusätzliche Kosten entstehen.
Aus JP 2003 071702 A ist die Bearbeitung einer Oberfläche für eine Kugellagerlaufbahn mittels eines Finishbandes bekannt. Das Finishband weist in axialer Richtung, parallel zur Rotationsachse des Werkstückes eine konstante Schnittigkeit auf. In Rotationsrichtung des Werkstückes weist das Finishband hingegen Zonen mit unterschiedlicher Schnittigkeit auf. Ein solches Finishband hat selbst keinen Einfluss auf die Profilform der Kugellagerlauffläche. Aus JP 2003 ist also eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen der Oberbegriffe der unabhängigen Ansprüche bekannt.
Aus JP H03 130367 U ist ein Finishstein zur Bearbeitung einer als Kugellagerlaufbahn vorgesehenen Oberfläche eines Werkstückes bekannt, wobei der Finishstein Zonen unterschiedlicher Schnittigkeit aufweist. Die Herstellung solcher für unterschiedliche Kugellaufbahnen angepasste Finishsteine ist sehr aufwendig.
Eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des jeweiligen unabhängigen Anspruchs ist aus JP 2003 089 047 A bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die mit Bezug zum Stand der Technik geschilderten Probleme zu lösen und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, mit denen auf kostengünstige Weise unter anderem bei bestehenden Maschinen die Profilform der Umfangsflächen während der Endbearbeitung gezielt verändert werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen des jeweiligen unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung und des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen und in der Beschreibung angegeben, wobei einzelne Merkmale der vorteilhaften Weiterbildungen in technologisch sinnvoller Weise beliebig miteinander kombinierbar sind.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst durch eine Vorrichtung mit den vorgenannten Merkmalen, wobei eine räumliche Verteilung der Schnittigkeit entlang einer Rotationsachse eine nach der Endbearbeitung beabsichtigte zweite, von der ersten Profilform unterschiedliche Profilform der Umfangsfläche vorgibt.
Die vorliegende Erfindung weicht in ihrem Grundgedanken also von der bisherigen technischen Lehre ab, nach der eine Änderung der durch die Vorbearbeitung vorgegebenen Profilform während der Endbearbeitung unter allen Umständen zu vermeiden ist. Die Erfindung sieht vielmehr vor, dass eine Änderung der Profilform durch eine gezielte räumliche Verteilung der Schnittigkeit des zur Endbearbeitung verwendeten Finishbandes bewusst erreicht wird. In den Bereichen, mit denen mehr Material von der Umfangsfläche des Werkstückes abgetragen werden soll, weist das Finishband also eine höhere Schnittigkeit auf als in den Bereichen, mit denen weniger Material abgetragen werden soll. Solche Finishbänder können einfach in herkömmlichen Finishbearbeitungsvorrichtungen eingesetzt werden. Die Erfindung hat zudem den Vorteil, dass aufgrund der gewünschten Änderung der Profilform während der Endbearbeitung eine Änderung der Profilform während der spanenden Vorbearbeitung entfallen kann, so dass die Vorbearbeitung immer mit insbesondere derselben, eine geradlinige Querform aufweisenden Schleifscheibe erfolgen kann.
Das Werkzeug ist ein Finishband, welches mittels eines Andrückschuhes an die Umfangsfläche angedrückt wird und welches als Verbrauchsmaterial bereits bisher regelmäßig ausgetauscht werden muss. Da die nach der Finishbearbeitung zu erzielende Profilform von der Verteilung der Schnittigkeit auf dem Finishband abhängt, verläuft die Geometrie der Andrückfläche des das Finishband andrückenden Andruckschuhes bevorzugt in einer Richtung parallel zu der Rotationsachse des Werkstückes geradlinig.
Die sogenannte Querform des Andrückschuhs ist also insbesondere geradlinig. Ein herkömmlicher Andrückschuh kann daher in der Kombination mit entsprechenden Finishbändern zur Herstellung unterschiedlicher Profilformen verwendet werden.
Die lokale Schnittigkeit der Bearbeitungsfläche des Finishbandes wird durch die Verteilung der die Schnittigkeit vorgebenden Körner erreicht, wobei die Schnittigkeit insbesondere durch zumindest einen der folgenden Parameter vorgegeben:

Kornart,
Kornwerkstoff,
Korngröße,
Korndichte und
Kornausrichtung.

Die lokale Schnittigkeit insbesondere der Körner des Finishbandes ist also so über das Finishband verteilt, dass während der Endbearbeitung die erste (Ausgangs-)Profilform in die zweite (End-)Profilform verändert wird. Insofern wird erfindungsgemäß während der Rotation des Werkstückes an zumindest einer axialen Stelle des Werkstückes mehr Material abgetragen als an einer parallel zu der Rotationsachse versetzten weiteren axialen Stelle.
Es kann vorgesehen sein, dass das Finishband während der Rotation des Werkstückes keine Bewegung in axialer Richtung des Werkstückes ausführt. Es kann allerdings auch vorgesehen sein, dass eine Oszillationsantriebseinrichtung zur Erzeugung einer quer zur Rotationsbewegung der Umfangsfläche gerichteten oszillierenden Relativbewegung zwischen der Umfangsfläche des Werkstückes und dem Finishband ausgebildet ist, wobei das Finishband mit der Bearbeitungsfläche während der Relativbewegung an der Umfangsfläche des Werkstückes anliegt.
In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass zur Erzeugung einer balligen zweiten Profilform aus einer geradlinigen ersten Profilform der Umfangsfläche die Schnittigkeit der Bearbeitungsfläche des Finishbandes an Rändern der Bearbeitungsfläche am größten ist und in der Mitte geringer ist.
Alternativ kann zur Erzeugung einer konkaven zweiten Profilform aus einer geradlinigen ersten Profilform der Umfangsfläche vorgesehen sein, dass die Schnittigkeit der Bearbeitungsfläche des Finishbandes an Rändern der Bearbeitungsfläche am geringsten ist und in der Mitte am größten ist. Die Ränder beziehen sich dabei auf die Ränder in axialer Richtung des Werkstückes, während die Mitte zwischen den Rändern angeordnet ist.
Zur Erzeugung einer gotischen zweiten Profilform aus einer gleichmäßig runden ersten Profilform der Umfangsfläche kann hingegen vorgesehen sein, dass die Schnittigkeit der Bearbeitungsfläche des Finishbandes quer zu der Richtung der Rotationsbewegung der Umfangsfläche mindestens drei lokale Maxima oder Minima aufweist. An diesen drei lokalen Maxima wird also am meisten Material von der Umfangsfläche des Werkstückes abgetragen.
Soweit also ein unterschiedlicher Materialabtrag entlang der Rotationsachse aufgrund der unterschiedlichen Schnittigkeit erreicht werden soll, fällt darunter auch, dass an einer Stelle des Werkzeuges eine Schnittigkeit vorliegt und an einer dazu benachbarten Stelle gar keine Schnittigkeit vorliegt. In diesem Zusammenhang liegt insbesondere keine Schnittigkeit des Finishbandes in einem Bereich vor, der zwischen zwei Bereichen liegt, an denen jeweils eine Schnittigkeit gegeben ist. Entscheidend ist, dass nach der Endbearbeitung eine andere Profilform aufgrund der Schnittigkeitsverteilung auf dem Finishband vorliegt als vor der Endbearbeitung.
Erfindungsgemäß weist die an der Umfangsfläche des Werkstückes anliegende Bearbeitungsfläche des Finishbandes zumindest einen ersten Bereich mit einer ersten Schnittigkeit und mindestens einen zweiten Bereich mit einer zweiten, sich von der ersten Schnittigkeit unterscheidenden Schnittigkeit auf. Die Bearbeitungsfläche weist in diesem Fall in dem gesamten ersten Bereich die gleiche lokale Schnittigkeit auf und in dem gesamten zweiten Bereich eine davon abweichende zweite Schnittigkeit. Die zweite Schnittigkeit kann dabei aber auch "0" sein. Insbesondere liegt dann der zweite Bereich der Bearbeitungsfläche zwischen zwei ersten Bereichen der Bearbeitungsfläche. Die gewünschte Verteilung der Schnittigkeit wird dann durch die lokale Anordnung des ersten Bereiches zu dem zweiten Bereich erzielt.
Erfindungsgemäß verläuft eine Trennlinie zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich entlang der Richtung der Rotationsbewegung der Umfangsfläche zickzackförmig. Alternativ verläuft die Trennlinie wellenförmig.
Gelöst wird die Aufgabe insbesondere auch durch ein Verfahren zur Endbearbeitung einer Umfangsfläche eines wellenförmigen Werkstückes mittels eines eine Bearbeitungsfläche aufweisenden Finishbandes, welches zumindest die folgenden Schritte umfasst:

Antreiben des Werkstückes zu einer Rotationsbewegung,
Andrücken der Bearbeitungsfläche des Finishbandes an die eine erste Profilform aufweisende Umfangsfläche, wobei das Finishband in Abhängigkeit einer nach der Endbearbeitung beabsichtigten zweiten, von der ersten Profilform unterschiedlichen Profilform der Umfangsfläche ausgewählt wird, wobei eine räumliche Verteilung der Schnittigkeit der Bearbeitungsfläche des Finishbandes die beabsichtigte zweite Profilform vorgibt.

Das Finishband kann während der Endbearbeitung in axialer Richtung des Werkstückes stationär gehalten werden. Alternativ kann vorgesehen sein, dass eine oszillierende Relativbewegung zwischen dem rotierenden Finishband und dem Werkzeug erzeugt wird.
Insbesondere kann zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eines der zuvor beschriebenen Werkzeuge eingesetzt werden.
Zudem wird die Verwendung eines Werkzeuges zur Endbearbeitung einer Umfangsfläche eines wellenförmigen Werkstückes vorgeschlagen, wobei die Umfangsfläche eine erste Profilform aufweist und die Bearbeitungsfläche des Werkzeugs Bereiche unterschiedlicher Schnittigkeit aufweist, wobei eine räumliche Verteilung der Schnittigkeit eine nach der Endbearbeitung beabsichtigte zweite, von der ersten Profilform unterschiedliche Profilform der Umfangsfläche vorgibt. Insbesondere ist das Werkzeug ein Finishband, welches mittels eines Andrückschuhes an die Umfangsfläche des Werkstückes angedrückt wird.
Insbesondere kann ein Finishband verwendet werden, das die oben beschriebenen Merkmale aufweist.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden im Folgenden anhand der Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigen schematisch

Figur 1:: ein Werkstück vor der Endbearbeitung,
Figur 2:: ein Werkstück während einer ersten Ausführungsform der Endbearbeitung,
Figur 3:: ein Werkstück während einer zweiten Ausführungsform der Endbearbeitung,
Figur 4:: ein Finishband mit einer räumlichen Verteilung der Schnittigkeit und ein damit endbearbeitetes Werkstück,
Figur 5:: ein weiteres Finishband und ein damit bearbeitetes Werkstück,
Figur 6:: noch ein weiteres Finishband, das nicht erfindungsgemäß ist, und
Figur 7:: eine weitere Ausführungsform eines Finishbandes.

Figur 1 zeigt einen Abschnitt eines Werkstückes 1 mit einer zylindrischen Umfangsfläche 2 vor der Endbearbeitung. Die Profilform der Umfangsfläche 2 verläuft geradlinig.
Bei der in Figur 2 dargestellten Endbearbeitung wird ein Werkzeug 4 mittels einer Andrückeinrichtung 3 mit seiner Bearbeitungsfläche 5 auf die Umfangsfläche 2 des Werkstückes 1 aufgedrückt. Hierbei rotiert das Werkstück 1 um seine Rotationsachse und das Werkzeug 4 verbleibt ortsfest. Das Werkzeug 4 ist durch ein Finishband 10 gebildet sein, welches mittels eines Andrückschuhs an die Umfangsfläche 2 angedrückt wird.
Bei der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform oszilliert das Werkzeug 4 mit der Andrückeinrichtung in axialer Richtung parallel zu der Rotationsachse des Werkstückes 1, während das Werkstück 1 rotiert.
In Figur 4 oben ist nun eine Aufsicht auf ein Finishband 10 dargestellt, welches mittels eines Andrückschuhes an die Umfangsfläche 2 des Werkstückes 1 gedrückt wird. Das Finishband 10 weist erste Bereiche 6 mit einer hohen lokalen Schnittigkeit und zweite Bereiche 7 mit einer relativ geringeren lokalen Schnittigkeit auf. Wird das Finishband 10 während der Endbearbeitung an das rotierende Werkstück 1 angelegt, so ist die resultierende, materialabtragende Schnittigkeit an Rändern 8 größer als in der Mitte 9 des Finishbandes 10. Es kann somit auch mit einem das Finishband 10 andrückendem Andrückschuh, dessen Andrückfläche einen geradlinigen Verlauf quer zur Rotationsrichtung des Werkstückes 1 aufweist, eine Veränderung des Profils des Werkstückes 1 hergestellt werden. Ein mit dem Finishband 10 endbearbeitetes Werkstück 1 ist in Figur 4 unten dargestellt. Es ist zu erkennen, dass die Umfangsfläche 2 des Werkstückes 1 nach der Endbearbeitung eine leicht ballige Profilform aufweist.
Im Vergleich zu der Ausführungsform gemäß Figur 4 ist bei der Ausführungsform der Figur 5 eine andere Anordnung der lokalen Schnittigkeiten der ersten Bereiche 6 und der zweiten Bereiche 7 gegeben. Durch eine solche Anordnung kann durch die Endbearbeitung eine stärkere Balligkeit erreicht werden, wie es an dem Abschnitt des Werkstückes 1 in Figur 5 unten angedeutet ist.
Weitere Beispiele zur Anordnung des ersten Bereichs 6 und des zweiten Bereichs 7 sind in den Figuren 6 und 7 dargestellt. Soweit die Trennlinie zwischen den ersten Bereichen 6 und den zweiten Bereichen 7 gemäß der Ausführungsformen nach den Figuren 4 und 5 zickzackförmig verläuft, verläuft die Trennlinie zwischen dem ersten Bereich 6 und dem zweiten Bereich 7 gemäß der Ausführungsform der Figur 7 wellenförmig. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 6, die nicht erfindungsgemäß ist, ist der erste Bereich 6 hingegen zusammenhängend ausgebildet und in diesem ersten Bereich 6 sind eine Vielzahl von gleichförmigen zweiten Bereichen 7 angeordnet.
Die Erfindung sieht also vor, dass die Schnittigkeit des Finishbandes auf der Bearbeitungsfläche so verteilt ist, dass durch die Schnittigkeit eine während der Endbearbeitung herzustellende, von der ursprünglichen Profilform abweichende Profilform erreicht wird.

Bezugszeichenliste

1: Werkstück
2: Umfangsfläche
3: Andrückeinrichtung
4: Werkzeug
5: Bearbeitungsfläche
6: erster Bereich
7: zweiter Bereich
8: Rand
9: Mitte
10: Finishband

Claims

Verfahren zur Endbearbeitung einer Umfangsfläche (2) eines wellenförmigen Werkstückes (1) mittels eines eine Bearbeitungsfläche (5) aufweisenden Finishbandes (10), umfassend zumindest die folgenden Schritte:
- Antreiben des Werkstückes (1) zu einer Rotationsbewegung mit einer Antriebseinrichtung,

- Andrücken der Bearbeitungsfläche (5) des Finishbandes (10) an die eine erste Profilform aufweisende Umfangsfläche (2) mit einer Andrückeinrichtung (3), wobei das Finishband (10) in Abhängigkeit einer nach der Endbearbeitung beabsichtigten zweiten, von der ersten Profilform unterschiedlichen Profilform der Umfangsfläche (2) ausgewählt wird, wobei eine räumliche Verteilung der Schnittigkeit der Bearbeitungsfläche (5) des Finishbandes (10) entlang einer Rotationsachse des Werkstücks (2) die beabsichtigte zweite Profilform vorgibt, wobei an zumindest einer axialen Stelle des Werkstückes (1) mehr Material abgetragen wird als an einer parallel zu der Rotationsachse versetzten weiteren axialen Stelle, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Umfangsfläche (2) des Werkstücks (1) anliegende Bearbeitungsfläche (5) des Finishbandes (10) zumindest einen ersten Bereich (6) mit einer ersten Schnittigkeit und mindestens einen zweiten Bereich (7) mit einer zweiten, sich von der ersten Schnittigkeit unterscheidenden Schnittigkeit aufweist und eine Trennlinie zwischen dem ersten Bereich (6) und dem zweiten Bereich (7) entlang der Richtung der Rotationsbewegung der Umfangsfläche zickzackförmig oder wellenförmig verläuft.
Vorrichtung zur Endbearbeitung einer Umfangsfläche (2) eines wellenförmigen Werkstückes (1), umfassend eine Antriebseinrichtung zur Erzeugung einer Rotationsbewegung des Werkstückes (2) und eine Andrückeinrichtung (3) zum Andrücken eines Finishbandes (10) an die Umfangsfläche (2) des rotierenden Werkstückes (1), wobei das Finishband (10) während des Betriebs
mit einer Bearbeitungsfläche (5) an der Umfangsfläche (2) anliegt und die Umfangsfläche (2) eine erste Profilform aufweist und wobei die Bearbeitungsfläche (5) Bereiche (6, 7) unterschiedlicher Schnittigkeit aufweist, wobei eine räumliche Verteilung der Schnittigkeit entlang einer Rotationsachse des Werkstücks (2) eine nach der Endbearbeitung beabsichtigte zweite, von der ersten Profilform unterschiedliche Profilform der Umfangsfläche (2) vorgibt, wobei während des Betriebs

an zumindest einer axialen Stelle des Werkstücks (1) mehr Material abgetragen wird als an einer parallel zu der Rotationsachse versetzten weiteren axialen Stelle, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs

die an der Umfangsfläche (2) des Werkstücks (1) anliegende Bearbeitungsfläche (5) des Finishbandes (10) zumindest einen ersten Bereich (6) mit einer ersten Schnittigkeit und mindestens einen zweiten Bereich (7) mit einer zweiten, sich von der ersten Schnittigkeit unterscheidenden Schnittigkeit aufweist und eine Trennlinie zwischen dem ersten Bereich (6) und dem zweiten Bereich (7) entlang der Richtung der Rotationsbewegung der Umfangsfläche zickzackförmig oder wellenförmig verläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei zur Erzeugung einer balligen zweiten Profilform aus einer geradlinigen ersten Profilform der Umfangsfläche (2) die Schnittigkeit der Bearbeitungsfläche des Finishbandes (10) an Rändern (8) der Bearbeitungsfläche (5) am größten ist und in der Mitte (9) geringer ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei zur Erzeugung einer konkaven zweiten Profilform aus einer geradlinigen ersten Profilform der Umfangsfläche (2) die Schnittigkeit der Bearbeitungsfläche (5) des Finishbandes (10) an Rändern (8) der Bearbeitungsfläche am geringsten ist und in der Mitte (9) am größten ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei zur Erzeugung einer gotischen zweiten Profilform aus einer gleichmäßig runden ersten Profilform der Umfangsfläche (2) die Schnittigkeit der Bearbeitungsfläche (5) des Finishbandes (10) quer zu der Richtung der Rotationsbewegung der Umfangsfläche (2) mindestens drei lokale Maxima oder Minima aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die lokale Schnittigkeit der Bearbeitungsfläche (5) des Finishbandes (10) von zumindest einem der folgenden Parameter vorgegeben wird:
- Kornart,

- Kornwerkstoff,

- Korngröße,

- Korndichte und

- Kornausrichtung.
Verfahren nach Anspruch 1 mit einem Werkzeug mit Merkmalen einer der Ansprüche 3 bis 6.