JP6486379B2 - 大型クランクシャフトを研削するための方法および装置 - Google Patents
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Description
a)移行曲率部および/または平面を備えるメインベアリング部およびクランクピンベアリング部、または移行曲率部および/または平面を備えないメインベアリング部およびクランクピンベアリング部の粗研削および仕上げ研削;
b)スラストベアリング部(Passlager)の、実際の支承箇所を画定する平面における粗研削および仕上げ研削;
c)メインベアリング部および/またはクランクピンベアリング部およびスラストベアリング部の曲率補間の可能性を伴う、平面への移行部における支承箇所の移行曲率部の研削。この場合、支承箇所における直径からその平面への移行部における曲率部は、曲率を有する研削ディスクの「エッジ」において研削される。ベアリング部の移行部の曲率部は、多くのクランクシャフトにおいてメインベアリング部とクランクピンベアリング部とでは同一に形成されていないので、研削ディスクにおいて比較的に小さな曲率がツルーイングされ、この曲率が支承箇所において、次いで完全に転写される(図11参照);
d)フランジのような、クランクシャフトの端部領域の研削および/またはジャーナル加工。この場合、研削ディスクの付加的なWK軸により、円錐形の軸端部を研削する可能性も生じる;
e)ジャーナルおよび/またはジャーナル端部における端面の平面の研削;
f)専らCBN研削ディスクを用いた研削の実行;および
g)研削オイルまたは研削エマルジョンを冷却潤滑剤として使用。
・測定装置によるインプロセス測定は、真っ先にメインベアリング部およびクランクピンベアリング部のために使用される。この場合、使用された測定装置は、研削ディスク幅にわたって、支承箇所の長手方向に走行可能であり、これにより支承箇所の長手方向の複数の箇所において、直径のための測定値が記録され得る。この場合に、各支承箇所において、円筒度、円錐度およびクラウニングからの逸脱を測定することが可能である。さらに、この測定装置により、支承箇所におけるそれぞれの直径を測定するだけではなく、その丸みも自動的に検出される。測定値は、本発明によれば、機械の相応する制御装置に入力されるので、研削プロセス中の相応する補正によりワークにおいて達成された輪郭が補正され、所望の目標輪郭を達成することができ、しかもこの場合にクランクシャフトを機械から取り出し、特別な測定機器を有する特別な測定室において測定する必要はない。設けられている測定装置によって、支承箇所におけるポストプロセス測定も実施され得る。このためには、研削ディスクは、支承箇所において僅かな半径方向の間隔を有するまで移動され、測定装置は、いまやポストプロセス測定方法において直径を測定することができる。この測定方法にしたがって、同様に、各支承箇所において、円筒度、円錐度またはクラウニングからの逸脱を測定することも可能である。
a)CNC制御されるそれぞれ1つの回転駆動装置C1,C2を備えた第1のワーク主軸台および第2のワーク主軸台。第1のワーク主軸台と第2のワーク主軸台との間に、研削すべきクランクシャフトが締め付けられる。この締付けは、クランクシャフトの、全体的な完全な研削加工の間維持されたままであるので、緊締変更プロセスは不要である。回転駆動装置C1,C2は、クランクシャフトをその両端部において互いに対して同期的に駆動する。これらの回転駆動装置C1,C2は、つまり1つのいわゆる電気的なシャフトを成す。両回転駆動装置C1,C2の同期的な駆動により、クランクシャフトがその回転中に捩られないことが確実にされる。本発明に係る研削機により加工される大型クランクシャフトの比較的大きな長さに基づいて、このクランクシャフトを複数のメインベアリング部において、さらに有利には全てのメインベアリング部において支持することが必要となる。これによって、クランクシャフトに摩擦モーメントが作用する。この摩擦モーメント自体は捩れ負荷をもたらす。この捩れ負荷を阻止するもしくはこの捩れ負荷に抗するために、回転駆動装置C1,C2がクランクシャフトの両端部に配置され、互いに対して同期的に作動する。
b)クランクシャフトのメインベアリング部の支持体。この支持体は、多数の振止めにより確保されている。振止めは、第1の研削主軸台に配置された第1の研削ディスクにより、各振止め座が研削された後に、各クランクシャフトメインベアリング部に向かって該クランクシャフトメインベアリング部に接触するように接近させられる。
c)第1の研削ディスクを備えた第1の研削主軸台。この研削ディスクは、CBN研削ディスクであり、クランクシャフトの少なくともメインベアリング部およびクランクピンベアリング部を粗研削および仕上げ研削するために、そのX1軸およびZ1軸のCNC制御される駆動装置を有している。さらに、この第1の研削ディスクのためには、WK1旋回軸のための、別のCNC制御される駆動装置が設けられている。この場合、X1軸、Z1軸およびWK1軸は、互いに対して補間されて、かつ互いに依存して制御可能であり、この場合、少なくともメインベアリング部およびクランクピンベアリング部の所望の外周面輪郭が達成可能である。
d)研削主軸台上に配置され、メインベアリング部およびクランクピンベアリング部の長手方向軸線に対して平行に延びる移動軸線を有する測定装置。移動軸線に沿って、測定装置は測定位置にもたらされ得る。測定位置において、目下の直径が測定装置により記録され得る。測定された目下の直径に基づいて、第1の研削ディスクのX1軸、Z1軸およびWK1軸が、所望の目標輪郭を達成するために制御可能である。
2 研削テーブル
3 C1軸を有する第1のワーク主軸台
4 C2軸を有する心押台/第2のワーク主軸台
5 第1の研削主軸台
6 研削スピンドル
7 第1の研削ディスク
8 第2の研削主軸台
8.1 研削スピンドル
9 第2の研削ディスク
10 クランクシャフト
10.1 メインベアリング部
10.2 クランクピンベアリング部
10.3 端部ジャーナル
10.4 センタ穴
10.5 ウェブ
10.6 フランジ
11 振止め
12 C1軸の駆動装置
13 C2軸の駆動装置
14 Z1軸の駆動装置
15 Z2軸の駆動装置
16.1 WK1旋回軸
16.2 WK2旋回軸
17 緊締チャック ワーク主軸台
17.1 緊締爪
18 緊締チャック 心押台
18.1 緊締爪
19 長さ測定装置
20 ツルーイング装置
21 ガイド Z軸
22 ガイド X軸
23 研削領域 メインベアリング部
24 研削領域 クランクピンベアリング部
25 研削領域 端部ジャーナル
26 センタリング尖端部 ワーク主軸台
27 センタリング尖端部 心押台
28 平面 メインベアリング部/クランクピンベアリング部
29 クラウニング状の輪郭 支承箇所
30 測定装置
31 測定プリズム
32 液圧シリンダ
33 旋回曲線
34 回転方向 研削ディスク
35 冷却ノズル
36 運動 冷却ノズル
37 回転方向 クランクシャフト
38 円錐部
Claims (23)
- トラックエンジン、船舶エンジンまたは定置用エンジンの大型クランクシャフトを完全研削する方法であって、
a)クランクシャフト(10)の少なくともメインベアリング部(10.1)およびクランクピンベアリング部(10.2)を少なくとも1つの第1のCBN研削ディスク(7)により粗研削および仕上げ研削し、
b)前記クランクシャフト(10)の少なくとも両端部領域を粗研削および仕上げ研削し、
c)前記粗研削および前記仕上げ研削を、前記クランクシャフト(10)の唯1回の締付けにおいて行い、
d)前記クランクシャフト(10)のメインベアリング部(10.1)を、振止め座を含めて粗研削し、
e)それぞれ1つの振止め(11)を、研削された前記振止め座に当て付け、
f)前記クランクシャフト(10)を両緊締端部において、互いに同期的に作動する電気的な駆動装置C1(12)および駆動装置C2(13)により駆動し、
g)前記クランクピンベアリング部(10.2)および/または前記メインベアリング部(10.1)の外周面の所望の形状を、それぞれCNC制御されるX1軸,Z1軸およびWK1軸(16.1)を備えた前記第1の研削ディスク(7)の補間的な運動により生ぜしめ、前記X1軸は、前記メインベアリング部(10.1)または前記クランクピンベアリング部(10.2)の長手方向軸線に対して垂直方向の前記第1の研削ディスク(7)の送りをもたらし、前記Z1軸は、前記メインベアリング部(10.1)または前記クランクピンベアリング部(10.2)の長手方向軸線に対して平行方向への前記第1の研削ディスク(7)の送りをもたらし、かつ前記WK1軸(16.1)は、前記第1の研削ディスク(7)の旋回軸線を構成し、該旋回軸線は、前記第1の研削ディスク(7)と、前記クランクシャフト(10)の長手方向軸線と前記第1の研削ディスク(7)との作用点とを通って延びており、前記第1の研削ディスク(7)は、前記クランクシャフト(10)の前記メインベアリング部(10.1)および前記クランクピンベアリング部(10.2)の軸方向の長さよりも小さな幅を有しており、
h)前記メインベアリング部(10.1)および/または前記クランクピンベアリング部(10.2)の軸方向の長さに沿って互いに間隔を空けた測定箇所において少なくとも2つの目下の直径を測定工程において測定し、測定結果に基づいて、前記第1の研削ディスク(7)のX1軸,Z1軸およびWK1軸(16.1)を、前記クランクシャフト(10)の前記メインベアリング部および/またはクランクピンベアリング部の前記外周面の所望の目標輪郭を達成するために制御する、
ことを特徴とする、トラックエンジン、船舶エンジンまたは定置用エンジンの大型クランクシャフトを完全研削する方法。 - 少なくとも前記第1の研削ディスク(7)の前記X1軸,Z1軸およびWK1軸(16.1)を、前記メインベアリング部(10.2)および/または前記クランクピンベアリング部(10.2)の円筒形の形状を生ぜしめるように、制御する、請求項1記載の方法。
- 少なくとも前記第1の研削ディスク(7)の前記X1軸,Z1軸およびWK1軸(16.1)を、前記メインベアリング部(10.1)および/または前記クランクピンベアリング部(10.2)の前記円筒形の形状から逸脱する所望の形状を生ぜしめるように、制御する、請求項1記載の方法。
- 前記クランクシャフト(10)の長さ寸法を測定し、少なくとも前記第1の研削ディスク(7)の研削位置を制御するために、該研削ディスク(7)の、前記X1軸およびZ1軸のためのCNC制御装置に伝達する、請求項1から3までのいずれか1項記載の方法。
- 前記クランクシャフト(10)の1つの端部領域の研削時に、該端部領域に設けられたワーク主軸台(3)および心押台(4)または第2のワーク主軸台(4)に設けられた緊締チャック(17)を解除し、前記クランクシャフト(10)を前記緊締チャック(18)の尖端部(27)によってセンタリングして保持する、請求項1から4までのいずれか1項記載の方法。
- 前記クランクシャフト(10)の1つの端部領域の研削時に、該端部領域に設けられたワーク主軸台(3)および心押台または第2のワーク主軸台(4)に設けられた緊締チャック(17)を解除し、前記クランクシャフト(10)を付加的な振止め(11)によって保持する、請求項1から5までのいずれか1項記載の方法。
- 第2のCBN研削ディスク(9)が、そのCNC制御されるX2軸駆動装置およびZ2軸駆動装置(15)ならびにCNC制御される付加的なWK2旋回軸駆動装置(16.2)によって、前記クランクシャフトの前記粗研削および仕上げ研削を実施する、請求項1から6までのいずれか1項記載の方法。
- 前記クランクシャフト(10)の少なくとも1つの端部領域を、前記第2の研削ディスク(9)により研削する、請求項7記載の方法。
- 少なくとも4つの振止め座(11)を研削する、請求項1から8までのいずれか1項記載の方法。
- 前記クランクシャフト(10)の少なくとも1つの端部領域を、前記第1の研削ディスク(7)により研削する、請求項1から9までのいずれか1項記載の方法。
- 前記CBN研削ディスク(7,9)を用いて、前記クランクシャフト(10)の前記外周面輪郭の曲率部を転写により研削する、請求項7から10までのいずれか1項記載の方法。
- 少なくとも前記第1の研削ディスク(7)を、前記クランクシャフト(10)の前記研削加工の間の規定されたインターバルでツルーイングする、請求項1から11までのいずれか1項記載の方法。
- トラックエンジン、船舶エンジンまたは定置用エンジンの大型クランクシャフトの完全加工用の研削機であって、該研削機は、機械ベッド(1)上に配置されて、
a)CNC制御されるそれぞれ1つの回転駆動装置C1(12)および回転駆動装置C2(13)を備えた、それぞれ研削テーブル(2)上に配置された第1のワーク主軸台(3)および第2のワーク主軸台(4)であって、該第1のワーク主軸台(3)と該第2のワーク主軸台(4)との間に、研削すべき前記クランクシャフト(10)が締め付けられており、前記回転駆動装置C1(12)および前記回転駆動装置C2(13)は、前記クランクシャフト(10)をその両端部において互いに同期的に回転駆動する、第1のワーク主軸台(3)および第2のワーク主軸台(4)と、
b)前記クランクシャフト(10)の少なくともメインベアリング部(10.1)およびクランクピンベアリング部(10.2)を粗研削および仕上げ研削するために、X1軸およびZ1軸のCNC制御される駆動装置(14)を備えた、少なくとも第1のCBN研削ディスク(7)を有する第1の研削主軸台(5)であって、前記X1軸は、前記メインベアリング部(10.1)または前記クランクピンベアリング部(10.2)の長手方向軸線に対して垂直方向の前記第1の研削ディスク(7)の送りをもたらし、前記Z1軸は、前記メインベアリング部(10.1)または前記クランクピンベアリング部(10.2)の長手方向軸線に対して平行方向への前記第1の研削ディスク(7)の送りをもたらし、前記第1の研削ディスク(7)は、WK1旋回軸のためのCNC制御される別の駆動装置(16.1)を有しており、前記WK1軸(16.1)は、前記第1の研削ディスク(7)の旋回軸線を構成し、該旋回軸線は、前記第1の研削ディスク(7)と、前記クランクシャフト(10)の長手方向軸線と前記第1の研削ディスク(7)との作用点とを通って延びており、前記X1軸、Z1軸およびWK1軸は、少なくとも前記メインベアリング部およびクランクピンベアリング部の所望の外周面輪郭が達成可能であるように、互いに対して補間可能に、かつ互いに対して依存して制御可能である、第1の研削主軸台(5)と、
c)各支承部上に配置され、各クランクシャフトメインベアリング部に向かって、該メインベアリング部に接触するように接近可能な振止め(11)であって、前記第1の研削ディスク(7)によって振止め座が研削されている、振止め(11)と、
d)少なくとも研削主軸台(5,8)のうちの一方に配置され、移動軸線を有する測定装置(30)であって、前記移動軸線は、前記メインベアリング部(10.1)または前記クランクピンベアリング部(10.2)の長手方向軸線に対して平行に延びており、該移動軸線に沿って前記測定装置(30)は測定位置にもたらされてよく、該測定位置において、目下の直径が前記測定装置(30)によって記録可能であり、該直径に基づいて、前記第1の研削ディスク(7)の前記X1軸、Z1軸およびWK軸(16.1)が所望の目標輪郭を達成するために制御可能である、測定装置(30)と、
を備えることを特徴とする、トラックエンジン、船舶エンジンまたは定置用エンジンの大型クランクシャフトの完全加工用の研削機。 - 前記回転駆動装置C1(12)および前記回転駆動装置C2(13)が、該回転駆動装置を接続する電気的なシャフトとして形成されている、請求項13記載の研削機。
- 前記ワーク主軸台(3,4)が、液圧式に走行可能である、請求項13または14記載の研削機。
- 前記粗研削および仕上げ研削のために、CNC制御されるX2軸およびZ2軸(15)を備えた第2のCBN研削ディスク(9)を有する前記第2の研削主軸台(8)が設けられている、請求項13または15記載の研削機。
- 前記研削テーブル(2)上に、ダイヤモンドツルーイングホイールを備えたツルーイング装置(20)が配置されており、該ツルーイング装置(20)により前記第1の研削ディスク(7)と前記第2の研削ディスク(9)とがそれぞれの目標輪郭にツルーイング可能である、請求項16記載の研削機。
- 前記第1の研削主軸台(5)および/または前記第2の研削主軸台(8)に長さ測定装置が配置されており、該長さ測定装置は、前記Z1軸もしくは前記Z2軸に沿って種々異なる測定位置に走行可能であり、該長さ測定装置によって前記第1の研削ディスク(7)もしくは前記第2の研削ディスク(9)が前記クランクシャフト(10)におけるその研削位置へと制御可能である、請求項16または17記載の研削機。
- 前記長さ測定装置は、スイッチ測定ヘッドを有している、請求項18記載の研削機。
- 前記第2の研削ディスク(9)は、WK2旋回軸のためのCNC制御される付加的な駆動装置(16.2)を有している、請求項16から19までのいずれか1項記載の研削機。
- 少なくとも4つの振止め(11)が設けられている、請求項13から20までのいずれか1項記載の研削機。
- 前記回転駆動装置C1(12)および前記回転駆動装置C2(13)は、前記クランクシャフト(10)のメインベアリング部加工およびクランクピンベアリング部加工中に、前記クランクシャフトを緊締している位置に留まる、請求項13から21までのいずれか1項記載の研削機。
- 冷却ノズル(35)が設けられており、該冷却ノズル(35)が、偏心的に運動する研削箇所へと前記冷却ノズル(35)を追従ガイドするための付加的なCNC駆動装置を有しており、該冷却ノズル(35)は、前記クランクピンベアリング部(10.2)の研削時に、冷却潤滑剤を、前記クランクシャフト(10)の回転時に偏心的に運動する研削箇所に、ほぼ同距離の配置で供給する、請求項13から22までのいずれか1項記載の研削機。
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