WO2014127926A1 - Vorrichtung und system zur finishbearbeitung eines werkstücks in form einer kurbelwelle oder einer nockenwelle - Google Patents

Vorrichtung und system zur finishbearbeitung eines werkstücks in form einer kurbelwelle oder einer nockenwelle Download PDF

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WO2014127926A1
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finishing
workpiece
drive
workpiece axis
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PCT/EP2014/050499
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Oliver Hildebrandt
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Supfina Grieshaber Gmbh & Co. Kg
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    • B24B5/00—Machines or devices designed for grinding surfaces of revolution on work, including those which also grind adjacent plane surfaces; Accessories therefor
    • B24B5/36—Single-purpose machines or devices
    • B24B5/42—Single-purpose machines or devices for grinding crankshafts or crankpins

Definitions

  • the invention relates to a device for finish machining a workpiece in the form of a crankshaft or a camshaft, with a workpiece holder and with a rotary drive for rotating the workpiece about its workpiece axis, with a first finishing tool for machining a concentric to the workpiece axis main bearing and a second finishing tool for Machining an offset to the workpiece axis in the radial direction additional bearing.
  • This method is also known under the heading "finish machining with overlay stroke” and has the advantage that a profile of a finish-machined workpiece surface can be set differently from a cylindrical jacket surface. In this way, for example, a slightly spherical shaped crankshaft bearing surface can be generated.
  • the known from DE 44 23 422 A1 method has the disadvantage that it requires a relatively high set-up effort to set up the finishing device for a crankshaft or a camshaft with a specific geometry.
  • the relevant for finishing machining dimensions of such workpieces are in particular the diameter and seat width of the main bearing to be machined and additional bearings, the axis-parallel distance between the bearings relative to each other and offset of the additional bearing to the workpiece axis.
  • the present invention has the object to provide a device for finish machining of crankshafts or camshafts, with which the setup effort for the production of crankshafts or camshafts with different geometries can be reduced.
  • At least one tool drive is provided for generating an oscillating movement of only the first finishing tool or only the second finishing tool in parallel to the workpiece axis direction.
  • the movements of the first finishing tool and the second finishing tool are decoupled from each other in the direction parallel to the workpiece axis.
  • a tool drive is provided, which puts only the first finishing tool for machining a main bearing or a group of first finishing tools for machining a group of main bearings in a direction parallel to the workpiece axis movement.
  • a tool drive is provided which exclusively drives the second finishing tool for machining an additional bearing (ie a connecting rod bearing or a cam surface) or a group of second finishing tools for machining a group of additional bearings in a direction parallel to the workpiece axis.
  • the decoupling according to the invention of the movement of the first finishing tool and the second finishing tool enables flexible machining of different crankshafts, which have different main bearing widths and / or connecting rod bearing widths or different camshafts, which have different main bearing widths and / or cam surface widths.
  • first finishing tools and second finishing tools are arranged alternately, so that the main bearings and auxiliary bearings of a workpiece are machined finish-in the same clamping (ie, in the same workpiece holder, preferably in the unchanged position of the workpiece holder).
  • a workpiece drive for generating an oscillating movement of the workpiece in a direction parallel to the workpiece axis.
  • an overlay stroke can be provided for at least one group of finishing tools (for example for the first finishing tools for machining the main bearings).
  • the workpiece drive may be used to generate a simple oscillating movement of the workpiece (ie without overlay stroke) in a direction parallel to the workpiece axis ,
  • the workpiece drive is preferably designed to generate a higher oscillation frequency and / or a smaller oscillation stroke than the tool drive.
  • the tool holder and the workpiece form a relatively stiff compared to the finishing tools assembly, which is better suited for a highly dynamic drive than the finishing tools.
  • a first tool drive for generating an oscillating movement of the finishing tool in parallel to the workpiece axis direction and a second tool drive for generating an oscillating, independent of the movement of the first finishing tool movement of the second finishing tool in parallel to the workpiece axis direction is provided.
  • a Studentslagerungshub can be provided for both the main bearing and the additional storage.
  • a higher-frequency, short-stroke oscillation movement is provided here by means of the workpiece drive
  • a low-frequency, long-stroke oscillation movement is provided by means of the tool drives.
  • the first tool drive comprises a first tool holder for holding the first finishing tool and if the second tool drive comprises a second tool holder for holding the second finishing tool and if the first tool holder and the second tool holder are mounted on a common frame ,
  • the common frame allows a space-saving arrangement of all finishing tools, especially in an alternating arrangement of first and second finishing tools.
  • the position of the first tool holder and / or of the second tool holder on the frame is adjustable in a direction perpendicular to the workpiece axis. As a result, a simple loading and unloading of a workpiece holder is made possible.
  • the first finishing tool and / or the second finishing tool may be a finishing belt or a finishing stone.
  • These finishing tools have a working width, which is determined by the bandwidth for a finishing belt and by the stone width in the case of a finishing stone.
  • pressing elements or shells are used, which are well known from the prior art.
  • For handling a finishing stone finishing stone holder are used, which are also well known from the prior art.
  • the invention further relates to a system for finish machining of workpieces in the form of crankshafts or camshafts, comprising different crankshafts or camshafts with differing main bearing widths and / or additional bearing widths.
  • the present invention has the further object of providing a system for finishing of crankshafts or camshafts, with which the set-up effort for the production of crankshafts or camshafts with different geometries can be reduced.
  • This object is achieved in that it comprises a device described above and that the effective width of the first finishing tool is equal to or smaller than the smallest main bearing width of the different crankshafts or camshafts and / or that the effective width of the second finishing tool is equal to or smaller than that smallest additional bearing width of the different crankshafts or camshafts is.
  • Fig. 1 is a plan view of an embodiment of a device for finish machining a workpiece
  • FIG. 2 shows an enlarged view of a detail designated II in FIG. 1; FIG. and
  • Fig. 3 is a side view of a portion of the apparatus of FIG. 1 according to a designated in Fig. 1 with an arrow III viewing direction.
  • FIG. 1 An embodiment of a device for finish machining a workpiece is designated in FIG. 1 overall by the reference numeral 10.
  • the device 10 comprises a workpiece area 12 and a tool area 14.
  • the workpiece area 12 comprises a workpiece holder 16 for holding a workpiece in the form of a crankshaft 18 or in the form of a camshaft.
  • the invention will be described below with reference to a workpiece in the form of the crankshaft 18, which has main bearings and additional bearings in the form of connecting rod bearings.
  • all embodiments apply in a corresponding manner for camshafts, which have concentric main bearings to a camshaft axis and radially offset to the camshaft axis additional bearing in the form of cam surfaces.
  • the workpiece holder 16 includes, for example, a headstock 20 with a rotary drive 22 for rotation of the crankshaft 18 about the workpiece axis 24.
  • the workpiece holder 16 further includes a tailstock 26 which is adjustable along the workpiece axis 24, between crankshaft 20 and tailstock 26 different lengths crankshafts 18th to be able to clamp.
  • the workpiece holder 16, in particular the composite of headstock 20, crankshaft 18 and tailstock 26 is arranged in a preferred embodiment on a support 28 which is displaceable by means of a workpiece drive 30 in an oscillating, parallel to the workpiece axis 24 extending movement.
  • the workpiece drive 30 comprises, for example, an eccentric 32.
  • the crankshaft 18 has a plurality of main bearings 34, which extend concentrically with the workpiece axis 24, and a plurality of connecting rod bearings 36, which are offset eccentrically to the workpiece axis 24 on.
  • the main bearing 34 and connecting rod bearing 36 are alternately, so alternately arranged.
  • an alternating arrangement also means an arrangement in which a plurality of connecting rod bearings 36 are arranged between two main bearings 34 following one another in the longitudinal direction of the crankshaft 18.
  • the tool area 14 comprises a frame 38 with a frame part 40.
  • the frame part 40 serves to guide a tool carrier 42 in a direction perpendicular to the workpiece axis 24.
  • a first tool holder 44 and a second tool holder 46 are arranged on the tool carrier 42.
  • the tool holders 44, 46 are guided parallel to the workpiece axis 24 on the tool carrier 42.
  • a tool drive assigned to only one of the tool holders 44, 46 is provided in each case.
  • a first tool drive 48 (for example in the form of an eccentric) serves to drive the first tool holder 44 along a first tool holder axis 50 parallel to the workpiece axis 24.
  • a second tool drive 52 (for example in the form of an eccentric) serves to drive the tool holder 46 along one of the Workpiece axis 24 parallel tool holder axis 54.
  • Tool drives 48, 52 in the form of eccentrics have the advantage that an oscillation stroke adjustment is possible by appropriate control of a drive of the eccentric. If, for example, an eccentric is driven by a pivoting drive, the oscillation stroke can be adjusted by selecting a pivoting angle between 0 ° and 180 °. With swivel angles greater than or equal to 180 °, a rotary drive rotating in one direction can also be used. The oscillation stroke of a tool holder 44, 46 (the distance between the extreme positions) is then equal to twice the distance between the eccentric and the rotary drive axis.
  • the first tool holder 44 serves to hold a group of first finishing tools 56, each of which serves to machine a main bearing 34.
  • the second tool holder 46 serves to arrange a plurality of second finishing tools 58, which each serve to machine a connecting rod bearing 36.
  • the workpiece carrier 42 is positionable perpendicular to the workpiece axis 24 (in directions indicated by reference numeral 60) relative to the frame member 40 to facilitate a loading and unloading operation of the workpiece holder 16.
  • the first finishing tools 56 have a working width 62 measured parallel to the workpiece axis 24.
  • the effective width 62 is equal to or smaller than the smallest main bearing width 64 of a plurality of crankshafts 18 having different main bearing widths 64.
  • an effective width of the second finishing tools 58 is equal to or smaller than the smallest connecting rod bearing width of a plurality of different crankshafts 18.
  • bearing arrangements 72 For arranging in each case a second finishing tool 58 on the second tool holder 46, preferably bearing arrangements 72 described below can be used. These storage facilities are also described in detail in European Patent Application No. 12152051, filed on January 23, 2012, by the same Applicant. In addition to the following description of the storage devices 72, reference is also made to the contents of European Patent Application No. 12152051 for the structure and operation of the storage devices 72.
  • the bearing device 72 is used for mounting a subsequently explained in more detail pressing device 74 on the second tool holder 46.
  • a connecting portion 76 is provided for connecting the bearing device 72 with the second tool holder 46. It is preferred if the relative position between connecting portion 76 and tool holder 46 is adjustable in the direction parallel to and / or perpendicular to the workpiece axis 24 (for example by means of corresponding guide means) and if after reaching a desired position of the connecting portion 76 it is fixed to the tool holder 46, for example by blocking or jamming the guide means.
  • the pressing device 74 presses a second finishing tool 58, for example in the form of a finishing strip, against a connecting rod bearing 36 of the crankshaft 18.
  • the finishing belt is guided on a finishing belt guide 78, for example in the form of a deflection roller 80.
  • the connecting rod bearing 36 extends concentrically to an additional axis 82 which extends parallel to and spaced from the workpiece axis 24 of the crankshaft 18.
  • the bearing device 72 therefore has two degrees of freedom for supporting the pressing device 74 on the second tool holder 46, which allows a movement of the pressing device 74 within a plane perpendicular to the workpiece axis 24.
  • the bearing device 72 comprises a pivoting part 84, which is held by means of a pivot bearing 86 about a pivot axis 88 pivotally connected to the connecting portion 76.
  • the pivot axis 88 extends parallel to the workpiece axis 24.
  • the pivoting part 84 serves to arrange at least one linear guide 90, by means of which a bearing part 92 is mounted so as to be displaceable relative to the pivoting part 84 along a guide axis 94 of the linear guide 90.
  • the bearing part 92 extends substantially within a plane perpendicular to the workpiece axis 24 extending plane.
  • the bearing part 92 has an opening 96, which is penetrated by the pivot bearing 86.
  • the bearing part 92 has a crankshaft 18 facing bearing part end 98 for the arrangement of the pressing device 74.
  • the pressing device 74 comprises at least one pressing part 100, preferably two pressing parts 100, which is or are formed, for example, in the form of forceps arms 102.
  • the forceps arms 102 are pivotable relative to the bearing part 92 about Andschreibschwenkachsen 104.
  • the pressing pivot axes 104 extend parallel to the pivot axis 88 of the pivoting part 84.
  • the pliers arms 102 have, at their end facing the crankshaft 18, pressure elements 106, which are in particular dish-shaped, so that a finishing tool 58 designed as a finishing belt can be pressed against this along a partial circumference of the connecting rod bearing 36.
  • the pressing device 74 comprises a pressing drive 108, which acts on the pressing elements 106 with a pressing force.
  • the pressure drive 108 is designed, for example, in the form of a hydraulic unit 110, which acts on the pressure elements 106 with pressure forces 112.
  • the pressure drive 108 and the pressure elements 106 are arranged on sides of the forceps arms 102 which are remote from one another with respect to the pressure pivot axes 104. In this way, opposing pressure forces 112 can be diverted into mutually facing pressure forces 114.
  • the bearing means 72 thus forms a pivot / thrust bearing for each of the second finishing tools 58 and provides for pivotal and linear movement of the finishing tool 58 relative to the second tool holder 46.
  • this is offset by means of the workpiece drive 30 and the tool holder 16 in an oscillating motion with a first, smaller Oszillationshub 66 (see Figure 2).
  • This movement is superimposed by means of the first tool drive 48 overlay stroke 68 of the first finishing tool 56.
  • the superposition stroke 68 is preferably larger than the oscillation stroke 66. Further, it is preferable that the oscillation frequency of the superposition stroke 68 is smaller than the oscillation frequency of the oscillation stroke 66.
  • the second finishing tools 58 are also set into an oscillating movement by means of the second tool drive 52, which is indicated by the reference numeral 70 in FIG.
  • the connecting rod bearings 36 can be processed by the processing of the main bearing 34 independently in one operation or in the same clamping, with a Matterlagerungshub is provided for both the connecting rod bearings 36 and 34 for the main bearing.
  • the workpiece drive 30 it is also possible to use the workpiece drive 30 to generate an oscillating movement of the crankshaft 18 and to apply only a group of finishing tools, ie the first finishing tools 56 or the second finishing tools 58, with an overlay stroke. In this case, it is possible that only a single workpiece drive (48 or 52) is provided.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zur Finishbearbeitung eines Werkstücks in Form einer Kurbelwelle (18) oder einer Nockenwelle, mit einem Werkstückhalter (16) und mit einem Rotationsantrieb (22) zur Rotation des Werkstücks um dessen Werkstückachse (24), mit einem ersten Finishwerkzeug (56) zur Bearbeitung eines zu der Werkstückachse (24) konzentrischen Hauptlagers (34) und mit einem zweiten Finishwerkzeug (58) zur Bearbeitung eines zu der Werkstückachse (24) in radialer Richtung versetzten Zusatzlagers (36), wobei mindestens ein Werkzeugantrieb (48, 52) zur Erzeugung einer oszillierenden Bewegung ausschließlich des ersten Finishwerkzeugs (56) oder ausschließlich des zweiten Finishwerkzeugs (58) in zu der Werkstückachse (24) paralleler Richtung vorgesehen ist.

Description

Vorrichtung und System zur Finishbearbeitung eines Werkstücks in Form einer Kurbelwelle oder einer Nockenwelle
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Finishbearbeitung eines Werkstücks in Form einer Kurbelwelle oder einer Nockenwelle, mit einem Werkstückhalter und mit einem Rotationsantrieb zur Rotation des Werkstücks um dessen Werkstückachse, mit einem ersten Finishwerkzeug zur Bearbeitung eines zu der Werkstückachse konzentrischen Hauptlagers und mit einem zweiten Finishwerkzeug zur Bearbeitung eines zu der Werkstückachse in radialer Richtung versetzten Zusatzlagers.
Aus der DE 44 23 422 A1 ist ein Verfahren zur Außen-Feinstbearbeitung eines rotationssymmetrischen Körpers bekannt, bei welchem der Körper rotierend bewegt wird, ein Finishwerkzeug in zu der Rotationsachse paralleler Richtung oszillierend bewegt wird und bei welchem der oszillierenden Bewegung des Finishwerkzeugs eine weitere Bewegung in zu der Rotationsachse paralleler Richtung überlagert wird.
Dieses Verfahren ist auch unter dem Stichwort "Finishbearbeitung mit Überlagerungshub" bekannt und hat den Vorteil, dass ein Profil einer finishend bearbeiteten Werkstückfläche von einer zylindrischen Mantelfläche abweichend einstellbar ist. Auf diese Weise kann beispielsweise eine leicht ballig geformte Kurbelwellenlagerfläche erzeugt werden.
Das aus der DE 44 23 422 A1 bekannte Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass es zum Einrichten der Finishvorrichtung für eine Kurbelwelle oder eine Nockenwelle mit einer bestimmten Geometrie einen relativ hohen Rüstaufwand erfordert. Die für die Finishbearbeitung relevanten Abmessungen solcher Werkstücke sind insbesondere die Durchmesser und Sitzbreite der zu bearbeitenden Hauptlager und Zusatzlager, der achsparallele Abstand der Lager relativ zueinander und Versatz des Zusatzlagers zu der Werkstückachse.
Im Motorenbau gibt es eine Entwicklung dahingehend, die für unterschiedliche Motoren mit unterschiedlichen Zylinderzahlen relevanten Abmessungen zu vereinheitlichen und beispielsweise das Stichmaß der Motoren (den Abstand zwischen den Zylinderachsen) unabhängig von der Anzahl der Zylinder identisch auszuwählen und auch weitestgehend identische Hauptlagerdurchmesser und –sitzbreiten zu verwenden.
Im Hinblick auf das Bestreben, eine Vielzahl unterschiedlicher Motoren wirtschaftlich zu fertigen, ist es erwünscht, dass auch die Finishbearbeitung der Haupt- und Pleuellager einer Kurbelwelle und der Hauptlager und Nockenflächen einer Nockenwelle mit einem möglichst geringen Aufwand durchführbar ist.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Finishbearbeitung von Kurbelwellen oder Nockenwellen zu schaffen, mit welcher der Rüstaufwand zur Herstellung von Kurbelwellen oder Nockenwellen mit unterschiedlichen Geometrien reduziert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens ein Werkzeugantrieb zur Erzeugung einer oszillierenden Bewegung ausschließlich des ersten Finishwerkzeugs oder ausschließlich des zweiten Finishwerkzeugs in zu der Werkstückachse paralleler Richtung vorgesehen ist.
Erfindungsgemäß werden die Bewegungen des ersten Finishwerkzeugs und des zweiten Finishwerkzeugs in zu der Werkstückachse paralleler Richtung voneinander entkoppelt. Beispielsweise ist ein Werkzeugantrieb vorgesehen, welcher ausschließlich das erste Finishwerkzeug zur Bearbeitung eines Hauptlagers oder eine Gruppe von ersten Finishwerkzeugen zur Bearbeitung einer Gruppe von Hauptlagern in eine zu der Werkstückachse parallel gerichtete Bewegung versetzt. Alternativ oder zusätzlich hierzu ist ein Werkzeugantrieb vorgesehen, welcher ausschließlich das zweite Finishwerkzeug zur Bearbeitung eines Zusatzlagers (also eines Pleuellagers oder einer Nockenfläche) oder eine Gruppe von zweiten Finishwerkzeugen zur Bearbeitung einer Gruppe von Zusatzlagern in zu der Werkstückachse paralleler Richtung antreibt.
Die erfindungsgemäße Entkopplung der Bewegung des ersten Finishwerkzeugs und des zweiten Finishwerkzeugs ermöglicht eine flexible Bearbeitung unterschiedlicher Kurbelwellen, welche voneinander abweichende Hauptlagerbreiten und/oder Pleuellagerbreiten aufweisen oder unterschiedlicher Nockenwellen, welche voneinander abweichende Hauptlagerbreiten und/oder Nockenflächenbreiten aufweisen. Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, das mit einem Werkzeugantrieb gekoppelte Finishwerkzeug im Hinblick auf die kleinste herzustellende Lagerbreite auszuwählen und mit einem solchen Finishwerkzeug auch größer dimensionierte Lagerbreiten zu bearbeiten, indem der Werkzeugantrieb zur Bereitstellung eines zu der Werkstückachse parallel verlaufenden Oszillationshubs verwendet wird.
Vorzugsweise sind längs der Werkstückachse gesehen erste Finishwerkzeuge und zweite Finishwerkzeuge einander alternierend angeordnet, sodass die Hauptlager und Zusatzlager eines Werkstücks in derselben Aufspannung (also in demselben Werkstückhalter gehalten; vorzugsweise in unveränderter Position des Werkstückhalters) finishend bearbeitbar sind.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Werkstückantrieb zur Erzeugung einer oszillierenden Bewegung des Werkstücks in zu der Werkstückachse paralleler Richtung vorgesehen. In Verbindung mit dem mindestens einen Werkzeugantrieb kann zumindest für eine Gruppe von Finishwerkzeugen (beispielsweise für die ersten Finishwerkzeuge zur Bearbeitung der Hauptlager) ein Überlagerungshub bereitgestellt werden. Für die andere Gruppe von Finishwerkzeugen (beispielsweise für die zweiten Finishwerkzeuge zur Bearbeitung der Zusatzlager, für welche möglicherweise kein eigener Werkzeugantrieb vorgesehen ist) kann der Werkstückantrieb zur Erzeugung einer einfachen oszillierenden Bewegung des Werkstücks (also ohne Überlagerungshub) in zu der Werkstückachse paralleler Richtung verwendet werden.
Vorzugsweise ist der Werkstückantrieb zur Erzeugung einer höheren Oszillationsfrequenz und/oder einem kleineren Oszillationshub ausgelegt als der Werkzeugantrieb. Hierbei ist es vorteilhaft, dass der Werkzeughalter und das Werkstück eine im Vergleich zu den Finishwerkzeugen relativ steife Baugruppe bilden, welche für einen hochdynamischen Antrieb besser geeignet ist als die Finishwerkzeuge.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist ein erster Werkzeugantrieb zur Erzeugung einer oszillierenden Bewegung des Finishwerkzeugs in zu der Werkstückachse paralleler Richtung und ein zweiter Werkzeugantrieb zur Erzeugung einer oszillierenden, von der Bewegung des ersten Finishwerkzeugs unabhängigen Bewegung des zweiten Finishwerkzeugs in zu der Werkstückachse paralleler Richtung vorgesehen. Hierdurch ist es möglich, sowohl das erste Finishwerkzeug oder eine Gruppe von ersten Finishwerkzeugen als auch das zweite Finishwerkzeug oder eine Gruppe von zweiten Finishwerkzeugen voneinander unabhängig parallel zu der Werkstückachse hin und her zu bewegen.
Bei Verwendung eines ersten Werkzeugantriebs und eines zweiten Werkzeugantriebs ist es möglich, auf einen Werkstückantrieb zur Erzeugung einer oszillierenden Bewegung des Werkstücks in zu der Werkstückachse paralleler Richtung zu verzichten. In diesem Fall erfolgt die Bereitstellung der oszillierenden Bewegung der Finishwerkzeuge ausschließlich über die beiden Werkzeugantriebe.
Bei Kombination von zwei Werkzeugantrieben zur Erzeugung oszillierender, voneinander unabhängiger Bewegungen der ersten Finishwerkzeuge und der zweiten Finishwerkzeuge mit einem Werkstückantrieb zur Erzeugung einer oszillierenden Bewegung des Werkstücks in zu der Werkstückachse paralleler Richtung kann sowohl für die Hauptlager als auch für die Zusatzlager ein Überlagerungshub bereitgestellt werden. Vorzugsweise wird hierbei mittels des Werkstückantriebs eine höherfrequente, kurzhubige Oszillationsbewegung bereitgestellt und mittels der Werkzeugantriebe eine niederfrequente, langhubige Oszillationsbewegung. Alternativ hierzu ist es aber auch denkbar, dass mittels des Werkstückantriebs eine niederfrequente, langhubige Oszillationsbewegung bereitgestellt und mittels der Werkzeugantriebe eine höherfrequente, kurzhubige Oszillationsbewegung.
Bei Verwendung von zwei Werkzeugantrieben ist es vorteilhaft, wenn der erste Werkzeugantrieb einen ersten Werkzeughalter zum Halten des ersten Finishwerkzeugs und wenn der zweite Werkzeugantrieb einen zweiten Werkzeughalter zum Halten des zweiten Finishwerkzeugs umfasst und wenn der erste Werkzeughalter und der zweite Werkzeughalter an einem gemeinsamen Gestell gelagert sind. Das gemeinsame Gestell ermöglicht eine raumsparende Anordnung sämtlicher Finishwerkzeuge, insbesondere bei einer alternierenden Anordnung von ersten und zweiten Finishwerkzeugen.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Position des ersten Werkzeughalters und/oder des zweiten Werkzeughalters an dem Gestell in zu der Werkstückachse senkrechter Richtung einstellbar ist. Hierdurch wird eine einfache Beladung und Entladung eines Werkstückhalters ermöglicht.
Bei dem ersten Finishwerkzeug und/oder dem zweiten Finishwerkzeug kann es sich um ein Finishband oder um einen Finishstein handeln. Diese Finishwerkzeuge weisen eine Wirkbreite auf, welche bei einem Finishband durch die Bandbreite und bei einem Finishstein durch die Steinbreite bestimmt ist. Zum Andrücken eines Finishbands gegen eine zu bearbeitende Werkstückoberfläche kommen sogenannte Andrückelemente oder -schalen zum Einsatz, welche aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt sind. Zur Handhabung eines Finishsteins kommen Finishsteinhalter zum Einsatz, welche ebenfalls hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt sind.
Die Erfindung betrifft ferner ein System zur Finishbearbeitung von Werkstücken in Form von Kurbelwellen oder Nockenwellen, umfassend unterschiedliche Kurbelwellen oder Nockenwellen mit voneinander abweichenden Hauptlagerbreiten und/oder Zusatzlagerbreiten.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, ein System zur Finishbearbeitung von Kurbelwellen oder Nockenwellen zu schaffen, mit welchem der Rüstaufwand zur Herstellung von Kurbelwellen oder Nockenwellen mit unterschiedlichen Geometrien reduziert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass es eine vorstehend beschriebene Vorrichtung umfasst und dass die Wirkbreite des ersten Finishwerkzeugs gleich oder kleiner ist als die kleinste Hauptlagerbreite der unterschiedlichen Kurbelwellen oder Nockenwellen ist und/oder dass die Wirkbreite des zweiten Finishwerkzeugs gleich oder kleiner ist als die kleinste Zusatzlagerbreite der unterschiedlichen Kurbelwellen oder Nockenwellen ist.
Vorteile und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Systems wurden bereits vorstehend unter Bezugnahme auf die erfindungsgemäße Vorrichtung beschrieben. Auf diese Beschreibung wird hiermit Bezug genommen.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Systems sowie weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung einer bevorzugter Ausführungsform.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Finishbearbeitung eines Werkstücks;
Fig. 2 einen in Fig. 1 mit II bezeichneten Ausschnitt in vergrößerter Darstellung; und
Fig. 3 eine Seitenansicht eines Teils der Vorrichtung gemäß Fig. 1 gemäß einer in Fig. 1 mit einem Pfeil III bezeichneten Blickrichtung.
Einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Finishbearbeitung eines Werkstücks ist in Figur 1 insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die Vorrichtung 10 umfasst einen Werkstückbereich 12 und einen Werkzeugbereich 14.
Der Werkstückbereich 12 umfasst einen Werkstückhalter 16 zum Halten eines Werkstücks in Form einer Kurbelwelle 18 oder in Form einer Nockenwelle. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Werkstücks in Form der Kurbelwelle 18, welche Hauptlager und Zusatzlager in Form von Pleuellagern aufweist. Sämtliche Ausführungen gelten aber in entsprechender Weise für Nockenwellen, welche zu einer Nockenwellenachse konzentrische Hauptlager aufweisen und zur Nockenwellenachse radial versetzte Zusatzlager in Form von Nockenflächen.
Der Werkstückhalter 16 umfasst beispielsweise einen Spindelstock 20 mit einem Rotationsantrieb 22 zur Rotation der Kurbelwelle 18 um deren Werkstückachse 24. Der Werkstückhalter 16 umfasst ferner einen Reitstock 26, welcher längs der Werkstückachse 24 verstellbar ist, um zwischen Spindelstock 20 und Reitstock 26 unterschiedlich lange Kurbelwellen 18 einspannen zu können.
Der Werkstückhalter 16, insbesondere der Verbund aus Spindelstock 20, Kurbelwelle 18 und Reitstock 26, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform auf einem Träger 28 angeordnet, welcher mittels eines Werkstückantriebs 30 in eine oszillierende, parallel zur Werkstückachse 24 verlaufende Bewegung versetzbar ist. Der Werkstückantrieb 30 umfasst beispielsweise einen Exzenter 32.
Die Kurbelwelle 18 weist eine Mehrzahl von Hauptlagern 34, welche sich konzentrisch zu der Werkstückachse 24 erstrecken, und eine Mehrzahl von Pleuellagern 36, welche zu der Werkstückachse 24 exzentrisch versetzt sind, auf. Die Hauptlager 34 und Pleuellager 36 sind einander alternierend, also einander abwechselnd, angeordnet. Unter einer alternierenden Anordnung wird im Rahmen der Erfindung auch eine Anordnung verstanden, bei welcher eine Mehrzahl von Pleuellagern 36 zwischen zwei einander in Längsrichtung der Kurbelwelle 18 folgenden Hauptlagern 34 angeordnet sind, verstanden.
Der Werkzeugbereich 14 umfasst ein Gestell 38 mit einem Gestellteil 40. Das Gestellteil 40 dient zur Führung eines Werkzeugträgers 42 in einer zu der Werkstückachse 24 senkrechten Richtung.
An dem Werkzeugträger 42 sind ein erster Werkzeughalter 44 und ein zweiter Werkzeughalter 46 angeordnet. Die Werkzeughalter 44, 46 sind parallel zu der Werkstückachse 24 an dem Werkzeugträger 42 geführt.
Zum Antrieb der Werkzeughalter 44, 46 in einer zu der Werkstückachse 24 parallelen Richtung ist jeweils ein nur einem der Werkzeughalter 44, 46 zugeordneter Werkzeugantrieb vorgesehen. Ein erster Werkzeugantrieb 48 (beispielsweise in Form eines Exzenters) dient zum Antrieb des ersten Werkzeughalters 44 längs einer zu der Werkstückachse 24 parallelen ersten Werkzeughalterachse 50. Ein zweiter Werkzeugantrieb 52 (beispielsweise in Form eines Exzenters) dient zum Antrieb des Werkzeughalters 46 längs einer zu der Werkstückachse 24 parallelen Werkzeughalterachse 54.
Werkzeugantriebe 48, 52 in Form von Exzentern haben den Vorteil, dass durch entsprechende Ansteuerung eines Antriebs der Exzenter eine Oszillationshubeinstellung möglich ist. Wenn beispielsweise ein Exzenter mit einem Schwenkantrieb angetrieben ist, kann durch Wahl eines Schwenkwinkels zwischen 0° und 180° der Oszillationshub eingestellt werden. Bei Schwenkwinkeln größer oder gleich 180° kann auch ein in einer Richtung umlaufender Drehantrieb verwendet werden. Der Oszillationshub eines Werkzeughalters 44, 46 (der Abstand zwischen den Extremlagen) ist dann gleich dem doppelten Abstand der Exzenter- zu der Drehantriebsachse.
Der erste Werkzeughalter 44 dient zum Halten einer Gruppe von ersten Finishwerkzeugen 56, welche jeweils zur Bearbeitung eines Hauptlagers 34 dienen.
Der zweite Werkzeughalter 46 dient zur Anordnung einer Mehrzahl von zweiten Finishwerkzeugen 58, welche jeweils zur Bearbeitung eines Pleuellagers 36 dienen.
Der Werkstückträger 42 ist senkrecht zu der Werkstückachse 24 (in mit Bezugszeichen 60 bezeichneten Richtungen) relativ zu dem Gestellteil 40 positionierbar, um einen Belade- und Entladevorgang des Werkstückhalters 16 zu erleichtern.
Die ersten Finishwerkzeuge 56 weisen eine parallel zur Werkstückachse 24 gemessene Wirkbreite 62 auf. Die Wirkbreite 62 ist gleich oder kleiner als die kleinste Hauptlagerbreite 64 einer Mehrzahl von Kurbelwellen 18 mit unterschiedlichen Hauptlagerbreiten 64.
In entsprechender Weise ist eine Wirkbreite der zweiten Finishwerkzeuge 58 gleich oder kleiner als die kleinste Pleuellagerbreite einer Mehrzahl unterschiedlicher Kurbelwellen 18.
Zur Anordnung jeweils eines zweiten Finishwerkzeugs 58 an dem zweiten Werkzeughalter 46 können vorzugsweise nachfolgend beschriebene Lagereinrichtungen 72 verwendet werden. Diese Lagereinrichtungen sind detailliert auch in der Europäischen Patentanmeldung Nr. 12152051, angemeldet am 23. Januar 2012 von derselben Anmelderin, beschrieben. Zusätzlich zu der nachfolgenden Beschreibung der Lagereinrichtungen 72 wird hinsichtlich des Aufbaus und der Funktionsweise der Lagereinrichtungen 72 auch auf den Inhalt der Europäischen Patentanmeldung Nr. 12152051 Bezug genommen.
Die Lagereinrichtung 72 dient zur Lagerung einer nachfolgend noch näher erläuterten Andrückeinrichtung 74 an dem zweiten Werkzeughalter 46. Zur Verbindung der Lagereinrichtung 72 mit dem zweiten Werkzeughalter 46 ist ein Verbindungsabschnitt 76 vorgesehen. Bevorzugt ist es, wenn die Relativlage zwischen Verbindungsabschnitt 76 und Werkzeughalter 46 in zu der Werkstückachse 24 paralleler und/oder senkrechter Richtung einstellbar ist (beispielsweise mittels entsprechenden Führungseinrichtungen) und wenn nach Erreichen einer Solllage des Verbindungsabschnitts 76 dieser an dem Werkzeughalter 46 fixiert wird, beispielsweise durch Blockieren oder Verklemmen der Führungseinrichtungen.
Die Andrückeinrichtung 74 drückt ein zweites Finishwerkzeugs 58, beispielsweise in Form eines Finishbands, gegen ein Pleuellager 36 der Kurbelwelle 18. Das Finishband ist an einer Finishbandführung 78, beispielsweise in Form einer Umlenkrolle 80, geführt.
Das Pleuellager 36 erstreckt sich konzentrisch zu einer Zusatzachse 82, welche parallel und zu der Werkstückachse 24 der Kurbelwelle 18 beabstandet verläuft.
Während der Bearbeitung der Kurbelwelle 18 rotiert diese um die Werkstückachse 24. Dabei bewegt sich das Pleuellager 36 dem Abstand der Achsen 24 und 82 entsprechend kreisförmig um die Werkstückachse 24.
Da das Pleuellager 36 sich wie vorstehend erläutert kreisförmig um die Werkstückachse 24 herumbewegt, ist es erforderlich, dass auch das Finishwerkzeug 58 (gegebenenfalls gemeinsam mit der Finishbandführung 78) und somit die Andrückeinrichtung 74 dieser Bewegung des Pleuellagers 36 folgen können. Daher weist die Lagereinrichtung 72 zur Lagerung der Andrückeinrichtung 74 an dem zweiten Werkzeughalter 46 zwei Freiheitsgrade auf, welche eine Bewegung der Andrückeinrichtung 74 innerhalb einer zu der Werkstückachse 24 senkrechten Ebene ermöglicht.
Die Lagereinrichtung 72 umfasst ein Schwenkteil 84, welches mittels eines Schwenklagers 86 um eine Schwenkachse 88 schwenkbar an dem Verbindungsabschnitt 76 gehalten ist. Die Schwenkachse 88 erstreckt sich parallel zu der Werkstückachse 24.
Das Schwenkteil 84 dient zur Anordnung mindestens einer Linearführung 90, mittels welcher ein Lagerteil 92 entlang einer Führungsachse 94 der Linearführung 90 verschiebbar relativ zu dem Schwenkteil 84 gelagert ist.
Das Lagerteil 92 erstreckt sich im Wesentlichen innerhalb einer senkrecht zu der Werkstückachse 24 verlaufenden Ebene. Das Lagerteil 92 weist eine Durchbrechung 96 auf, welche von dem Schwenklager 86 durchsetzt ist.
Das Lagerteil 92 weist ein der Kurbelwelle 18 zugewandtes Lagerteilende 98 zur Anordnung der Andrückeinrichtung 74 auf.
Die Andrückeinrichtung 74 umfasst mindestens ein Andrückteil 100, vorzugsweise zwei Andrückteile 100, das oder die beispielsweise in Form von Zangenarmen 102 ausgebildet ist oder sind. Die Zangenarme 102 sind relativ zu dem Lagerteil 92 um Andrückschwenkachsen 104 verschwenkbar. Die Andrückschwenkachsen 104 verlaufen parallel zu der Schwenkachse 88 des Schwenkteils 84.
Die Zangenarme 102 weisen an ihrem der Kurbelwelle 18 zugewandten Ende Andrückelemente 106 auf, welche insbesondere schalenförmig ausgebildet sind, sodass ein als Finishband ausgebildetes Finishwerkzeug 58 entlang eines Teilumfangs des Pleuellagers 36 gegen dieses angedrückt werden kann.
Zur Erzeugung einer Andrückkraft umfasst die Andrückeinrichtung 74 einen Andrückantrieb 108, welcher die Andrückelemente 106 mit einer Andrückkraft beaufschlagt. Der Andrückantrieb 108 ist beispielsweise in Form einer Hydraulikeinheit 110 ausgebildet, welche die Andrückelemente 106 mit Andrückkräften 112 beaufschlagt.
Beispielsweise sind der Andrückantrieb 108 und die Andrückelemente 106 auf bezogen auf die Andrückschwenkachsen 104 voneinander abgewandten Seiten der Zangenarme 102 angeordnet. Auf diese Weise können voneinander abgewandte Druckkräfte 112 in einander zugewandte Andrückkräfte 114 umgeleitet werden.
Die Lagereinrichtungen 72 bildet also für jedes der zweiten Finishwerkzeuge 58 ein Schwenk-/Schublager und stellt eine Schwenk- und Linearbewegbarkeit des Finishwerkzeugs 58 relativ zu dem zweiten Werkzeughalter 46 bereit.
Bei einem bevorzugten Bearbeitungsverfahren der Kurbelwelle 18 wird diese mittels des Werkstückantriebs 30 und des Werkzeughalters 16 in eine oszillierende Bewegung mit einem ersten, kleineren Oszillationshub 66 (vergleiche Figur 2) versetzt. Dieser Bewegung wird ein mittels des ersten Werkzeugantriebs 48 erzeugter Überlagerungshub 68 des ersten Finishwerkzeugs 56 überlagert. Der Überlagerungshub 68 ist vorzugsweise größer als der Oszillationshub 66. Ferner ist es bevorzugt, dass die Oszillationsfrequenz des Überlagerungshubs 68 kleiner ist als die Oszillationsfrequenz des Oszillationshubs 66.
Von der Bewegung der ersten Finishwerkzeuge 56 unabhängig werden auch die zweiten Finishwerkzeuge 58 mittels des zweiten Werkzeugantriebs 52 in eine oszillierende Bewegung versetzt, welche in Figur 1 mit dem Bezugszeichen 70 angedeutet ist. Auf diese Weise können die Pleuellager 36 von der Bearbeitung der Hauptlager 34 unabhängig in einem Arbeitsgang bzw. in derselben Aufspannung bearbeitet werden, wobei sowohl für die Pleuellager 36 als auch für die Hauptlager 34 ein Überlagerungshub bereitgestellt ist.
Es ist aber auch möglich, auf den Werkstückantrieb 30 zu verzichten und lediglich die Werkstückantriebe 48 und 52 zur Erzeugung voneinander unabhängiger Bewegungen der ersten Finishwerkzeuge 56 und der zweiten Finishwerkzeuge 58 zu verwenden.
Darüber hinaus ist es auch möglich, den Werkstückantrieb 30 zur Erzeugung einer oszillierenden Bewegung der Kurbelwelle 18 zu verwenden und lediglich eine Gruppe von Finishwerkzeugen, also die ersten Finishwerkzeuge 56 oder die zweiten Finishwerkzeuge 58, mit einem Überlagerungshub zu beaufschlagen. In diesem Fall ist es möglich, dass nur ein einziger Werkstückantrieb (48 oder 52) vorgesehen ist.

Claims (10)

  1. Vorrichtung (10) zur Finishbearbeitung eines Werkstücks in Form einer Kurbelwelle (18) oder einer Nockenwelle, mit einem Werkstückhalter (16) und mit einem Rotationsantrieb (22) zur Rotation des Werkstücks um dessen Werkstückachse (24), mit einem ersten Finishwerkzeug (56) zur Bearbeitung eines zu der Werkstückachse (24) konzentrischen Hauptlagers (34) und mit einem zweiten Finishwerkzeug (58) zur Bearbeitung eines zu der Werkstückachse (24) in radialer Richtung versetzten Zusatzlagers (36), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Werkzeugantrieb (48, 52) zur Erzeugung einer oszillierenden Bewegung ausschließlich des ersten Finishwerkzeugs (56) oder ausschließlich des zweiten Finishwerkzeugs (58) in zu der Werkstückachse (24) paralleler Richtung vorgesehen ist.
  2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugantrieb (48, 52) eine Mehrzahl von ersten Finishwerkzeugen (56) oder eine Mehrzahl von zweiten Finishwerkzeugen (58) antreibt.
  3. Vorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass erste Finishwerkzeuge (56) und zweite Finishwerkzeuge (58) längs der Werkstückachse (24) gesehen einander alternierend angeordnet sind.
  4. Vorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Werkstückantrieb (30) zur Erzeugung einer oszillierenden Bewegung des Werkstücks in zu der Werkstückachse (24) paralleler Richtung vorgesehen ist.
  5. Vorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückantrieb (30) zur Erzeugung einer höheren Oszillationsfrequenz und/oder einem kleineren Oszillationshub (66) ausgelegt ist als der Werkzeugantrieb (48, 52).
  6. Vorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Werkzeugantrieb (48) zur Erzeugung einer oszillierenden Bewegung des ersten Finishwerkzeugs (56) in zu der Werkstückachse (24) paralleler Richtung und dass ein zweiter Werkzeugantrieb (52) zur Erzeugung einer oszillierenden, von der Bewegung des ersten Finishwerkzeugs (56) unabhängigen Bewegung des zweiten Finishwerkzeugs (58) in zu der Werkstückachse (24) paralleler Richtung vorgesehen ist.
  7. Vorrichtung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Werkzeugantrieb (48) einen ersten Werkzeughalter (44) zum Halten des ersten Finishwerkzeugs (56) und der zweite Werkzeugantrieb (52) einen zweiten Werkzeughalter (46) zum Halten des zweiten Finishwerkzeugs (58) umfasst und dass der erste Werkzeughalter (44) und der zweite Werkzeughalter (46) an einem gemeinsamen Gestell (38) gelagert sind.
  8. Vorrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des ersten Werkzeughalters (44) und/oder des zweiten Werkzeughalters (46) an dem Gestell (38) in zu der Werkstückachse (24) senkrechter Richtung einstellbar ist.
  9. Vorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Finishwerkzeug (56) und/oder das zweite Finishwerkzeug (58) ein Finishband oder ein Finishstein ist.
  10. System zur Finishbearbeitung von Werkstücken in Form von Kurbelwellen (18) oder Nockenwellen, umfassend unterschiedliche Kurbelwellen (18) oder Nockenwellen mit voneinander abweichenden Hauptlagerbreiten (64) und/oder Zusatzlagerbreiten, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Vorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche umfasst und dass die Wirkbreite (62) des ersten Finishwerkzeugs (56) gleich oder kleiner ist als die kleinste Hauptlagerbreite (64) der unterschiedlichen Kurbelwellen (18) oder Nockenwellen ist und/oder dass die Wirkbreite des zweiten Finishwerkzeugs (58) gleich oder kleiner ist als die kleinste Zusatzlagerbreite der unterschiedlichen Kurbelwellen (18) oder Nockenwellen ist.
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