WO2016198533A1 - Maschine und ein verfahren zum feinbearbeiten eines metallbauteils - Google Patents

Maschine und ein verfahren zum feinbearbeiten eines metallbauteils Download PDF

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WO2016198533A1
WO2016198533A1 PCT/EP2016/063185 EP2016063185W WO2016198533A1 WO 2016198533 A1 WO2016198533 A1 WO 2016198533A1 EP 2016063185 W EP2016063185 W EP 2016063185W WO 2016198533 A1 WO2016198533 A1 WO 2016198533A1
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fine machining
clamping
hole
fine
machined
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PCT/EP2016/063185
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Tobias Phillip UTSCH
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Buderus Schleiftechnik Gmbh
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    • B24B33/02Honing machines or devices; Accessories therefor designed for working internal surfaces of revolution, e.g. of cylindrical or conical shapes
    • B24B33/022Horizontal honing machines
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
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    • B24B5/00Machines or devices designed for grinding surfaces of revolution on work, including those which also grind adjacent plane surfaces; Accessories therefor
    • B24B5/02Machines or devices designed for grinding surfaces of revolution on work, including those which also grind adjacent plane surfaces; Accessories therefor involving centres or chucks for holding work
    • B24B5/06Machines or devices designed for grinding surfaces of revolution on work, including those which also grind adjacent plane surfaces; Accessories therefor involving centres or chucks for holding work for grinding cylindrical surfaces internally
    • B24B5/10Machines or devices designed for grinding surfaces of revolution on work, including those which also grind adjacent plane surfaces; Accessories therefor involving centres or chucks for holding work for grinding cylindrical surfaces internally involving a horizontal tool spindle

Definitions

  • the invention relates to a machine and a method for fine machining of a particular hardened metal component, which has a central passage opening whose inner surface is to be finished fine, and at least one further surface on which also a fine machining is to be performed.
  • Fine machining is understood to mean, in particular, grinding, honing, rubbing and comparable processes which are carried out at the end of a production step chain in order to give the respective component the required surface quality and / or geometric precision.
  • An example of a component to be machined with a machine according to the invention is a ratchet wheel for a vehicle transmission.
  • Such switching wheels typically have at their periphery an outer toothing, a central through hole with an inner surface surrounding it, a the opening of the through hole delimiting, arranged on the front side of a coaxial with the through hole so-called "synchronous cone" trained flat surface and adjacent to the plane surface conical in Direction of the flat surface tapering peripheral surface of the synchronizer cone on.
  • the teeth, the inner surface of the through hole, the flat surface and the peripheral surface of the synchronizer cone must be subjected after hardening of the ratchet of a fine machining of the type in question here to compensate for geometric variations, which occurs during hardening as a result of hardening distortion, and to produce the required surface finish.
  • Particularly high demands are placed on the nature of the inner surface of the through hole, since it serves as a running surface for a rolling bearing in practical use of the ratchet wheel.
  • this fine machining is performed as honing or grinding.
  • the invention proposes that in a machine in a
  • a machine according to the invention is accordingly adapted to carry out at least two finishing steps on the respective component, wherein the one
  • Finishing step is the fine machining of the inner surface of the through hole, wherein the machine additionally comprises a clamping device for clamping the respective feinzube.den component such that both the inner surface of the through hole and the respective second finely machined surface of the component for each purpose provided fine machining tool is accessible.
  • the invention is based on the recognition that optimized precision in the fine machining of complex shaped components of the type in question can be achieved by completing as many of the finishing steps as possible in one setting, whereby these finishing steps can be combined with each other that even when processing in a machine minimized cycle times can be achieved.
  • the advantage of the procedure according to the invention in the case of the fine finishing consists in the fact that in this way the through hole receives a geometry corresponding precisely to the respective requirements. In this way, as explained below with reference to the example of a "ratchet wheel", the through hole after her
  • those surfaces or other form elements are used, which are required during the processing of the workpiece according to the invention in a clamping processing in the clamping machine according to the invention.
  • This allows geometrical deviations, which occur when the component is hardened, to be precisely compensated for in a simple manner via all functionally important and finely machined surfaces and shaped elements of the workpiece.
  • the ratchet wheel is first stretched in a machine according to the invention via a force acting on its outer toothing clamping device and then the
  • the indexing wheel can be re-clamped while the through-hole can be used as a precise reference for the new clamping, so that in the final finishing of the external teeth their geometry perfectly to the position of the
  • the fine machining of the through-hole completed in a machine according to the invention can in turn comprise a plurality of fine-machining steps, such as one-stage or multi-stage grinding and a subsequent superfinishing, whereby this fine-finishing can also be carried out in one or more steps.
  • the finish machining of the inner surface of the throughbore will be performed as honing or rubbing in one or more steps.
  • the grinding and fine finishing can be coordinated so that the required surface roughness and / or the required surface profile can be achieved exactly. If, for example, a surface profile is to be created which, viewed in the profile section, is characterized by a pronounced plateau shape of the "mountains" present between the "valleys" of the profile, the peaks of the mountains, which are initially present, can be removed by a multi-stage superfine machining, in particular honing, with appropriate infeed become. In the same way, however, fine finishing, especially when honing, can also be carried out so as to preserve the pronounced peaks of the peaks of the surface profile.
  • the procedure according to the invention in the fine finishing of components of the type described in the introduction also makes it possible in a particularly simple way to continuously improve the result of the fine machining in the sense of a self-learning system.
  • the task also results that at least one surface present on the opposite other end side of the component is to be fine-machined, this can also be done without changing the clamping in the procedure according to the invention.
  • the machine according to the invention can be equipped with a tool that is guided through the through hole and then attached to the rear surface to be machined.
  • FIG. 1 shows a machine for finishing a ratchet wheel in a view from above.
  • FIG. 2 shows the machine according to FIG. 1 in a perspective view from the upper, left front corner
  • FIG. 3 shows a section of the machine according to FIG. 2 in a first finishing step
  • Fig. 4 shows a detail of the machine of FIG. 2 at a second
  • FIG. 5 shows a section of the machine according to FIG. 2 in a third finishing step
  • FIG. 6 shows a section of the machine in a fourth finishing step in a perspective view from the upper right corner
  • the machine 1 is provided for fine machining a ratchet wheel S.
  • the hardened, consisting of a steel material ratchet wheel S has the following features (see Fig. 7):
  • a gear portion S1 in the periphery of a straight toothing or, as in the
  • a synchronizer cone section S3 which is integrally formed on the one end face S4 of the gear section S1 and aligned coaxially with the axis of rotation SD of the indexing wheel S,
  • hollow cylindrical inner surface S9 is surrounded and whose the synchronous cone section S3 associated opening is bounded by the flat surface S6.
  • the machine 1 comprises a clamping device 3 arranged in a manner known per se on a cross slide 2 with three clamping jaws 4, 5, 6 arranged distributed at regular angular intervals around a rotation axis D and which can be adjusted in the radial direction relative to the axis of rotation D. If necessary, more than three jaws can be provided 4,5,6, of course, if in each case a particularly sensitive or filigree workpiece to be clamped.
  • the ratchet wheel S is arranged with its gear portion S1 between the clamping jaws 4,5,6 and coaxial with the axis of rotation D, that the synchronous cone section S3 aligned pointing away from the clamping device 3 and its frontal plane surface S6 is freely accessible. Subsequently, the jaws 4, 5, 6 are adjusted in the direction of the axis of rotation D until they bear on the external toothing S2 and the indexing wheel S is clamped tightly between them. Furthermore, the machine 1 comprises
  • a conventionally formed grinding device 7 which carries on its end face associated with the clamping device 3 a conventionally formed grinding wheel 8, for example a ceramic-bonded CBN grinding wheel, and is provided for this purpose
  • Grinding wheel 10 for example, also a ceramic-bonded CBN grinding wheel, carries and is intended to the inner surface S9 of the through hole S8 of the
  • a honing device 11 the at its the chuck 3 associated end face an equally conventional honing tool 12, for example, a with
  • metal-bound CBN honing stones occupied honing tool carries and is provided for honing the inner surface S9 of the ratchet wheel S.
  • a measuring device also known per se, for measuring the distance of the honing tool 12 from the inner surface S9 to be machined by it, is integrated.
  • This measuring device can, for example, in a manner known per se, use the principle of measuring an air flow emerging from nozzles, in which the volume flow changes with increasing proximity to the inner surface S9 in proportion to the approach.
  • the measuring device is coupled to a control device which controls the second grinding device 9.
  • Steps are, for example, the following:
  • Step 1 Loading the machine 1 with the wheel S to be processed
  • Step 2 Clamping the ratchet S in the clamping device 3;
  • Step 3 Position the workpiece (indexing wheel S) for grinding the workpiece
  • Step 4 Grinding the through hole S8 by the grinder 9 (Fig. 3);
  • Step 5 Position the workpiece (indexing wheel S) for grinding the workpiece
  • Step 6 Grinding the peripheral surface S7 by the grinder 7 (Fig. 4);
  • Step 7 Position the workpiece (ratchet wheel S) for grinding the plane surface
  • Operation 8 grinding of the flat surface S6 by the grinder 7 (Fig. 5);
  • Operation 9 Positioning of the workpiece (indexing wheel S) for honing the inner surface S9;
  • Operation 10 honing of the inner surface S9 by means of the honing tool 12 of the honing device
  • Step 11 dressing the grinding wheels of the grinding devices 7,9; Step 12: unload the machine 1.
  • the operation 9 may be a detection of the diameter or the spatial cylinder shape of the through hole S8 after grinding (step 4) by means of in the
  • Honing tool integrated measuring device include. The result of this measurement is supplied to the evaluation and control device and compared with a desired value. If this results in a deviation exceeding a tolerance value, then this is at the evaluation and control device.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Maschine zum Feinbearbeiten eines Metallbauteils (S), das eine zentrische Durchgangsöffnung (S8) mit einer sie umgebenden feinzubearbeitenden Innenfläche (S9) und mindestens eine weitere Fläche (S6.S7) aufweist, an der ebenfalls eine Feinbearbeitung durchzuführen ist. Die Erfindung ermöglicht es dabei, eine hochpräzise Fertigfeinbearbeitung von komplex geformten Bauteilen bei vereinfachtem Verfahrensablauf und minimiertem Aufwand durchzuführen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass in einer Aufspannung mindestens zwei der an dem jeweiligen Bauteil (S) feinzubearbeitenden Flächen (S6, S7, S9) feinbearbeitet werden, wobei eine dieser mindestens zwei feinzubearbeitenden Flächen (S6, S7, S9) die Innenfläche (S9) der Durchgangsbohrung (S8) ist. Eine erfindungsgemäße Maschine ist in entsprechender Weise erfindungsgemäß dazu eingerichtet, mindestens zwei Feinbearbeitungsschritte an dem jeweiligen Bauteil (S) vorzunehmen, wobei der eine Feinbearbeitungsschritt die Feinbearbeitung der Innenfläche (S9) der Durchgangsöffnung (S8) ist, und das s die Maschine zusätzlich eine Spanneinrichtung (3) zum Spannen des jeweils feinzubearbeitenden Bauteils (S) derart aufweist, dass mindestens sowohl die Innenfläche (S9) der Durchgangsbohrung (S8) als auch die jeweils zweite feinzubearbeitende Fläche (S6, S7) des Bauteils (S) für das dazu jeweils vorgesehene Feinbearbeitungswerkzeug (7, 9, 11) in derselben Einspannung zugänglich ist.

Description

Maschine und ein Verfahren zum Feinbearbeiten eines Metallbauteils
Die Erfindung betrifft eine Maschine und ein Verfahren zum Feinbearbeiten eines insbesondere gehärteten Metallbauteils, das eine zentrische Durchgangsöffnung, deren sie umgebende Innenfläche feinzubearbeiten ist, und mindestens eine weitere Fläche aufweist, an der ebenfalls eine Feinbearbeitung durchzuführen ist.
Unter Feinbearbeitung werden hier insbesondere Schleifen, Honen, Reiben und vergleichbare Prozesse verstanden, die am Ende einer Fertigungsschritt-Kette durchgeführt werden, um dem jeweiligen Bauteil die jeweils geforderte Oberflächenbeschaffenheit und / oder geometrische Präzision zu verleihen.
Ein Beispiel für ein mit einer erfindungsgemäßen Maschine zu bearbeitendes Bauteil ist ein Schaltrad für ein Fahrzeuggetriebe. Solche Schalträder weisen typischerweise an ihrem Umfang eine Außenverzahnung, eine zentrale Durchgangsbohrung mit einer sie umgebenden Innenfläche, eine die Öffnung der Durchgangsbohrung umgrenzende, an der Stirnseite eines koaxial zur Durchgangsbohrung angeordneten so genannten "Synchron kegels" ausgebildete Planfläche und eine an die Planfläche angrenzende konisch in Richtung der Planfläche zulaufende Umfangsfläche des Synchronkegels auf. Die Verzahnung, die Innenfläche der Durchgangsbohrung, die Planfläche und die Umfangsfläche des Synchronkegels müssen dabei nach dem Härten des Schaltrads einer Feinbearbeitung der hier in Rede stehenden Art unterzogen werden, um geometrische Abweichungen, zu denen es beim Härten in Folge von Härteverzug kommt, auszugleichen und die geforderte Oberflächenbeschaffenheit herzustellen. Besonders hohe Anforderungen werden dabei an die Beschaffenheit der Innenfläche der Durchgangsbohrung gestellt, da diese beim praktischen Einsatz des Schaltrads als Lauffläche für eine Wälzlagerung dient.
Die übliche Prozessfolge bei der Feinbearbeitung von Schalträdern sieht vor, dass nach dem Härten in getrennten Arbeitsgängen und auf separaten Maschinen
- die Durchgangsbohrung hartgedreht wird, - dass die Durchgangsbohrung nach dem Hartdrehen gehont wird,
- dass die Umfangsfläche des Synchronkegels geschliffen wird,
- dass die Planfläche geschliffen wird und
- dass schließlich die Verzahnung feinbearbeitet wird, wobei diese Feinbearbeitung als Honen oder Schleifen ausgeführt wird.
Der Vorteil dieser üblichen Vorgehensweise besteht darin, dass jeweils hoch spezialisierte Maschinen zum Einsatz kommen, die eine hohe Taktung und Präzision erlauben. Allerdings bringen einzelne getrennt voneinander betriebene Maschinen nicht nur erhöhten
Wartungsaufwand und großen Raumbedarf, sondern auch einen hohen Aufwand bei der Betriebsmittelversorgung (Schmierstoffe, Schneidhilfsmittel) und -aufbereitung sowie beim Späneabtransport mit sich.
Vor diesem Hintergrund ergab sich die Aufgabe, ein Konzept zu entwickeln, das bei vereinfachtem Verfahrensablauf und minimiertem Aufwand die hochpräzise
Fertigfeinbearbeitung von komplex geformten Bauteilen der voranstehend erläuterten Art ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, dass in einer Maschine in einer
Aufspannung mindestens zwei der an dem jeweiligen Bauteil feinzubearbeitenden Flächen fein bearbeitet werden, wobei eine dieser mindestens zwei feinzubearbeitenden Flächen die Innenfläche der Durchgangsbohrung ist.
Eine erfindungsgemäße Maschine ist dementsprechend dazu eingerichtet, mindestens zwei Feinbearbeitungsschritte an dem jeweiligen Bauteil vorzunehmen, wobei der eine
Feinbearbeitungsschritt die Feinbearbeitung der Innenfläche der Durchgangsöffnung ist, wobei die Maschine zusätzlich eine Spanneinrichtung zum Spannen des jeweils feinzubearbeitenden Bauteils derart aufweist, dass sowohl die Innenfläche der Durchgangsbohrung als auch die jeweils zweite feinzubearbeitende Fläche des Bauteils für das dazu jeweils vorgesehene Feinbearbeitungswerkzeug zugänglich ist. Die Erfindung geht hierbei von der Erkenntnis aus, dass eine optimierte Präzision bei der Feinbearbeitung von komplex geformten Bauteilen der hier in Rede stehenden Art dadurch erreicht werden kann, dass möglichst viele der Feinbearbeitungsschritte in einer Aufspannung absolviert werden, wobei sich diese Feinbearbeitungsschritte derart miteinander kombinieren lassen, dass auch bei der Bearbeitung in einer Maschine minimierte Taktzeiten erzielt werden.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorgehensweise bei der Feinfertigbearbeitung besteht dabei darin, dass auf diesem Wege die Durchgangsbohrung eine den jeweiligen Anforderungen präzise entsprechende Geometrie erhält. Auf diese Weise kann, wie nachstehend anhand des Beispiels eines "Schaltrades" erläutert, die Durchgangsbohrung nach ihrer
Feinfertigbearbeitung als eindeutiger Bezug für die abschließende Feinbearbeitung
beispielsweise derjenigen Flächen oder sonstigen Formelemente dienen, die während der erfindungsgemäß in einer Aufspannung erfolgenden Bearbeitung des Werkstücks in der erfindungsgemäßen Maschine zum Spannen benötigt werden. Dies erlaubt es, geometrische Abweichungen, zu denen es beim Härten des Bauteils kommt, über alle funktionswesentlichen und feinzubearbeitenden Flächen und Formelemente des Werkstücks auf einfache Weise exakt auszugleichen.
Bezogen auf das Beispiel "Schaltrad" bedeutet dies, dass bei erfindungsgemäßer
Vorgehensweise das Schaltrad zunächst in einer erfindungsgemäßen Maschine über eine auf seine Außenverzahnung wirkende Einspanneinrichtung gespannt wird und dann die
Durchgangsbohrung, die Planfläche und die Umfangsfläche des Synchronkegels die jeweils geforderte geometrische Form und Oberflächenbeschaffenheit erhalten, ohne dass dabei die Aufspannung gewechselt wird.
Anschließend kann dann das Schaltrad umgespannt und dabei die Durchgangsbohrung als präziser Bezug für die neue Einspannung genutzt werden, so dass bei der abschließenden Feinbearbeitung der Außenverzahnung deren Geometrie perfekt auf die Lage der
Durchgangsbohrung abgestimmt wird.
Die in einer erfindungsgemäßen Maschine absolvierte Feinbearbeitung der Durchgangsbohrung kann wiederum mehrere Feinbearbeitungsschritte umfassen, wie eine ein- oder mehrstufig absolvierte Schleifbearbeitung und eine anschließende Feinstfertigbearbeitung, wobei auch diese Feinstfertigbearbeitung in ein oder mehreren Schritten durchgeführt werden kann.
Typischerweise wird die Feinstfertigbearbeitung der Innenfläche der Durchgangsbohrung als Honen oder Reiben in einem oder mehreren Schritten ausgeführt werden. Dabei können die Schleifbearbeitung und die Feinstfertigbearbeitung so aufeinander abgestimmt werden, dass die geforderte Oberflächenrauigkeit und/oder das geforderte Oberflächenprofil exakt erreicht werden. Soll beispielsweise ein Oberflächenprofil geschaffen werden, das im Profilschnitt betrachtet durch eine ausgeprägte Plateauform der zwischen den "Tälern" des Profils vorhandenen "Berge" geprägt ist, so können die zunächst vorhandenen Spitzen der Berge durch eine mehrstufige Feinstfertigbearbeitung, insbesondere Honen, mit entsprechender Zustellung abgetragen werden. Genauso kann jedoch die Feinstfertigbearbeitung, insbesondere wenn sie als Honen durchgeführt wird, auch so ausgeführt werden, dass die ausgeprägten Spitzen der Berge des Oberflächenprofils erhalten bleiben.
Die Feinbearbeitung der anderen Flächen des feinzubarbeitenden Bauteils kann in gleicher Weise in der erfindungsgemäßen Maschine ohne Wechsel der Einspannung ein- oder mehrstufig so ausgeführt werden, dass die geforderte Oberflächenbeschaffenheit und
-geometrie erreicht wird. Handelt es sich um eine Planfläche, kann hierzu ein
Planschleifverfahren angewendet werden. Handelt es sich um eine Umfangsfläche, kann dazu ein ebenfalls aus dem Stand der Technik bekanntes, ein- oder mehrstufig durchgeführtes Schleifverfahren angewendet werden, bei dem eine Schleifscheibe zum Einsatz kommt, deren Umfangsform an die geometrischen Anforderungen angepasst ist, die an die
feinzubearbeitende Umfangsfläche des Bauteils gestellt werden. Entscheidend ist jeweils, dass die Einspannung des Bauteils zwischen den jeweiligen Bearbeitungsschritten nicht gewechselt wird.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise bei der Feinfertigbearbeitung von Bauteilen der eingangs erläuterten Art erlaubt es zudem auf besonders einfache Weise, das Ergebnis der Feinbearbeitung im Sinne eines selbstlernenden Systems laufend zu verbessern. Hierzu kann es zweckmäßig sein, nach einem bestimmten Arbeitsschritt die für eine in dem betreffenden Arbeitsschritt beeinflusste Formabweichung jeweils charakteristische Größe zu erfassen, das Ergebnis dieser Erfassung mit einem Sollwert zu vergleichen und bei einer übermäßigen, d.h. über einen Toleranzbereich hinausgehenden Abweichung das Ergebnis dieses Vergleichs zur Grundlage einer Korrektur des jeweiligen Bearbeitungsschritts zu machen. Wird beispielsweise nach der Schleifbearbeitung, jedoch vor der Feinstfertigbearbeitung der Innenfläche der Durchgangsbohrung eines Bauteils festgestellt, dass sich dabei eine zu große Formabweichung eingestellt hat, die durch erhöhten Aufwand bei der Feinstfertigbearbeitung ausgeglichen werden muss, so kann dies bei der Schleifbearbeitung der Durchgangsbohrung des nächstfolgend bearbeiteten Bauteils berücksichtigt werden. Im Ergebnis wird so ein sich laufend optimierendes Bearbeitungsverfahren erhalten. Wird beim Beispiel der Durchgangsbohrung die Feinstfertigbearbeitung nach dem Schleifen mit einem Hon- oder Reibwerkzeug durchgeführt, das in an sich bekannter Weise mit einer Abstandsmesseinrichtung versehen ist, so kann die nach dem Schleifen erhaltene Form der Durchgangsbohrung auf einfache Weise mittels dieser Messeinrichtung erfasst werden, wobei hier nicht nur eine Erfassung des Durchmessers, sondern auch der räumlichen Zylinderform der Durchgangsbohrung denkbar ist.
Ergibt sich bei dem jeweils zu bearbeitenden Bauteil die Aufgabe, dass auch mindestens eine auf der gegenüberliegenden anderen Stirnseite des Bauteils vorhandene Fläche fein bearbeitet werden soll, kann dies bei erfindungsgemäßer Vorgehensweise ebenfalls ohne Wechsel der Einspannung erfolgen. Dazu kann die erfindungsgemäße Maschine mit einem Werkzeug ausgerüstet werden, dass durch die Durchgangsbohrung geführt und dann an die zu bearbeitende rückwärtige Fläche angesetzt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Die Figuren dieser Zeichnung zeigen
Fig. 1 eine Maschine zum Feinbearbeiten eines Schaltrads in einer Ansicht von oben;
Fig. 2 die Maschine gemäß Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht von der oberen, linken vorderen Ecke aus gesehen;
Fig. 3 einen Ausschnitt der Maschine gemäß Fig. 2 bei einem ersten Feinbearbeitungsschritt;
Fig. 4 einen Ausschnitt der Maschine gemäß Fig. 2 bei einem zweiten
Feinbearbeitungsschritt;
Fig. 5 einen Ausschnitt der Maschine gemäß Fig. 2 bei einem dritten Feinbearbeitungsschritt;
Fig. 6 einen Ausschnitt der Maschine bei einem vierten Feinbearbeitungsschritt in einer perspektivischen Ansicht von der oberen rechten Ecke aus gesehen;
Fig. 7 einen vergrößerten Ausschnitt von Fig. 1.
Die Maschine 1 ist zum Fein bearbeiten eines Schaltrads S vorgesehen. Das gehärtete, aus einem Stahlwerkstoff bestehende Schaltrad S weist folgende Merkmale auf (s. Fig. 7):
- einen Zahnradabschnitt S1, in dessen Umfang eine Geradverzahnung oder, wie in den
Figuren, insbesondere Fig. 7 gezeigt, eine Schrägverzahnung S2 eingebracht ist,
- einen Synchronkegelabschnitt S3, der an der einen Stirnseite S4 des Zahnradabschnitts S1 angeformt und koaxial zur Drehachse SD des Schaltrads S ausgerichtet ist,
- einen von dem Synchronkegelabschnitt S3 getragenen Synchronring S5,
- eine an der freien Stirnfläche des Synchronkegelabschnitts S3 ausgebildete, ringförmige Planfläche S6,
- eine zwischen dem Synchronring S5 und der Planfläche S6 ausgebildete und in Richtung der Planfläche S6 kegelabschnittförmig (konisch) zulaufende Umfangsfläche S7 des
Synchronkegelabschnitts S3 und
- eine koaxial zur Drehachse SD ausgerichtete, durch den Synchronkegelabschnitt S3 und den Zahnradabschnitt S1 hindurchgeführte Durchgangsbohrung S8, die durch eine
hohlzylindrische Innenfläche S9 umgeben ist und deren dem Synchronkegelabschnitt S3 zugeordnete Öffnung von der Planfläche S6 umgrenzt ist.
Die Maschine 1 umfasst eine in an sich bekannter Weise auf einem Kreuzschlitten 2 angeordnete Einspanneinrichtung 3 mit drei in gleichmäßigen Winkelabständen um eine Drehachse D verteilt angeordnete Spannbacken 4,5,6, die in radialer Richtung relativ zur Drehachse D verstellt werden können. Erforderlichenfalls können selbstverständlich mehr als drei Spannbacken 4,5,6 vorgesehen sein, wenn jeweils ein besonders empfindliches oder filigranes Werkstück gespannt werden soll.
Zum Spannen in der Einspanneinrichtung 3 wird das Schaltrad S mit seinem Zahnradabschnitt S1 derart zwischen den Spannbacken 4,5,6 und koaxial zur Drehachse D angeordnet, dass der Synchronkegelabschnitt S3 von der Einspanneinrichtung 3 wegweisend ausgerichtet und seine stirnseitige Planfläche S6 frei zugänglich ist. Anschließend werden die Spannbacken 4,5,6 in Richtung der Drehachse D verstellt, bis sie an der Außenverzahnung S2 anliegen und das Schaltrad S fest zwischen ihnen gespannt ist. Des Weiteren umfasst die Maschine 1
- eine konventionell ausgebildete Schleifeinrichtung 7, die an ihrer der Einspanneinrichtung 3 zugeordneten Stirnseite eine konventionell ausgebildete Schleifscheibe 8, beispielsweise eine keramisch gebundene CBN-Schleifscheibe, trägt und dazu vorgesehen ist, die
Planfläche S6 und die Umfangsfläche S7 des Synchronkegelabschnitts S3 zu schleifen,
- eine zweite konventionell ausgebildete Schleifeinrichtung 9, die an ihrer der
Einspanneinrichtung 3 zugeordneten Stirnseite eine konventionell ausgebildete
Schleifscheibe 10, beispielsweise ebenfalls eine keramisch gebundene CBN-Schleifscheibe, trägt und dazu vorgesehen ist, die Innenfläche S9 der Durchgangsbohrung S8 des
Schaltrads S zu schleifen, sowie
- eine Honeinrichtung 11 , die an ihrer der Einspanneinrichtung 3 zugeordneten Stirnseite ein ebenso konventionell ausgebildetes Honwerkzeug 12, beispielsweise ein mit
metallgebundenen CBN-Honleisten besetztes Honwerkzeug, trägt und zum Honen der Innenfläche S9 des Schaltrads S vorgesehen ist.
In das Honwerkzeug 12 ist eine an sich ebenfalls bekannte Messeinrichtung zum Messen des Abstands des Honwerkzeugs 12 von der von ihm zu bearbeitenden Innenfläche S9 integriert. Diese Messeinrichtung kann beispielsweise in an sich bekannter weise das Prinzip der Messung eines aus Düsen austretenden Luftstroms nutzen, bei dem sich der Volumenstrom mit zunehmender Annäherung an die Innenfläche S9 proportional zur Annäherung ändert. Die Messeinrichtung ist verkoppelt mit einer Steuereinrichtung, die die zweite Schleifeinrichtung 9 steuert.
Die bei der Feinbearbeitung des Schaltrads S von der Maschine 1 durchgeführten
Arbeitsschritte sind beispielsweise folgende:
Arbeitsschritt 1 : Beladen der Maschine 1 mit dem zu bearbeitenden Schaltrad S;
Arbeitsschritt 2: Spannen des Schaltrads S in der Einspanneinrichtung 3;
Arbeitsschritt 3: Positionieren des Werkstücks (Schaltrad S) zum Schleifen der
Durchgangsbohrung S8; Arbeitsschritt 4: Schleifen der Durchgangsbohrung S8 durch die Schleifeinrichtung 9 (Fig. 3);
Arbeitsschritt 5: Positionieren des Werkstücks (Schaltrad S) zum Schleifen der
Umfangsfläche S7 des Synchronkegelabschnitts S3;
Arbeitsschritt 6: Schleifen der Umfangsfläche S7 durch die Schleifeinrichtung 7 (Fig. 4);
Arbeitsschritt 7: Positionieren des Werkstücks (Schaltrad S) zum Schleifen der Planfläche
S6;
Arbeitsschritt 8: Schleifen der Planfläche S6 durch die Schleifeinrichtung 7 (Fig. 5);
Arbeitsschritt 9: Positionieren des Werkstücks (Schaltrad S) zum Honen der Innenfläche S9;
Arbeitsschritt 10: Honen der Innenfläche S9 mittels des Honwerkzeugs 12 der Honeinrichtung
11 (Fig. 6);
Arbeitsschritt 11 : Abrichten der Schleifscheiben der Schleifeinrichtungen 7,9; Arbeitsschritt 12: Entladen der Maschine 1.
Der Arbeitsschritt 9 kann eine Erfassung des Durchmessers oder der räumlichen Zylindergestalt der Durchgangsbohrung S8 nach dem Schleifen (Arbeitsschritt 4) mittels der in das
Honwerkzeug integrierten Messeinrichtung umfassen. Das Ergebnis dieser Messung wird an die Auswert- und Steuereinrichtung geliefert und mit einem Sollwert verglichen. Ergibt sich dabei eine über einen Toleranzwert hinausgehende Abweichung, so wird dies bei der
Steuerung der Schleifeinrichtung 9 berücksichtigt, um die übermäßige Abweichung bei der folgenden Bearbeitung weiterer Schalträder S zu vermeiden.
Nach dem Entladen wird das Schaltrad S in einer weiteren, hier nicht gezeigten Maschine eingespannt, wobei hier für die Einspannung die fertig gehonte, d.h. fertig feinstbearbeitete, Durchgangsbohrung S8 als Bezug für die Einspannung genutzt wird. Anschließend wird die Verzahnung S1 fertig feinbeareitet und dabei der im Zuge der Härtung, die der hier
beschriebenen Feinbearbeitung vorangegangen ist, eingetretene Härteverzug beseitigt. BEZUGSZEICHEN
1 Maschine zum Feinbearbeiten eines Schaltrads S
2 Kreuzschlitten
3 Einspanneinrichtung
4,5,6 Spannbacken
D Drehachse
7 Schleifeinrichtung zum Schleifen der Planflache S6 und der Umfangsfläche S7 des
Synchronkegelabschnitts S3 des Schaltrads S
8 Schleifscheibe der Schleifein richtung 7
9 Schleifeinrichtung zum Schleifen der Innenfläche S9 der Durchgangsbohrung S8 des Schaltrads S
10 Schleifscheibe der Schleifeinrichtung 9
11 Honeinrichtung zur Fertigfeinstbearbeitung der Innenfläche S9
12 Honwerkzeug
S Schaltrad
51 Zahnradabschnitt des Schaltrads S
52 Schrägverzahnung des Schaltrads S
53 Synchronkegelabschnitt des Schaltrads S
54 Stirnseite des Zahnradabschnitts S1
SD Drehachse des Schaltrads S
55 Synchronring des Schaltrads S
56 Planfläche des Schaltrads S
57 Umfangsfläche des Synchronkegelabschnitts S3
58 Durchgangsbohrung des Schaltrads S
59 Innenfläche der Durchgangsbohrung S8

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Feinbearbeiten eines Metallbauteils (S), das eine zentrische
Durchgangsöffnung (S8) mit einer sie umgebenden feinzubearbeitenden Innenfläche (S9) und mindestens eine weitere Fläche (S6.S7) aufweist, an der ebenfalls eine Feinbearbeitung durchzuführen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Aufspannung mindestens zwei der an dem jeweiligen Bauteil (S)
feinzubearbeitenden Flächen (S6,S7,S9) feinbearbeitet werden, wobei eine dieser mindestens zwei feinzubearbeitenden Flächen (S6,S7,S9) die Innenfläche (S9) der Durchgangsbohrung (S8) ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als zwei feinzubearbeitende Flächen (S6,S7,S9) des Bauteils (S) in einer Aufspannung feinbearbeitet werden.
3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Feinbearbeitung der Durchgangsbohrung oder der mindestens einen weiteren in der einen Aufspannung feinbearbeiteten Fläche (S6,S7,S8) des Bauteils (S) in mehreren Feinbearbeitungsschritten durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens ein erster Schritt der Feinbearbeitung eine Schleifbearbeitung und ein letzter Schritt der Feinbearbeitung eine Hon- oder Reibbearbeitung ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Feinbearbeitung der Durchgangsbohrung (S8) oder nach der Feinbearbeitung der jeweils mindestens einen weiteren Fläche (S6,S7,S8) des Metallbauteils die für eine in einem dieser Feinbearbeitungsschritte beeinflusste Formabweichung charakteristische Größe erfasst wird, dass das Ergebnis dieser Erfassung mit einem Sollwert verglichen wird und dass im Fall, dass dieser Vergleich eine übermäßige Abweichung der erfassten Größe von dem Sollwert ergibt, das Ergebnis des Vergleichs zur Grundlage einer Korrektur des jeweiligen
Bearbeitungsschritts bei der Bearbeitung eines nachfolgend feinbearbeiteten
Metallbauteils berücksichtigt wird.
6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Metallbauteil (S) nach der in einer Aufspannung erfolgenden Feinbearbeitung der mindestens zwei Flächen (S6,S7,S9) in einer zweiten Aufspannung eingespannt wird, wobei die Durchgangsbohrung (S8) als Bezug für die zweite Aufspannung genutzt wird.
7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Metallbauteil ein Schaltrad (S) für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs ist.
8. Maschine zum Feinbearbeiten eines gehärteten Metallbauteils (S), das eine zentrische Durchgangsöffnung (S8) mit einer sie umgebenden feinzubearbeitenden Innenfläche (S9) und mindestens eine weitere Fläche (S6,S7) aufweist, an der ebenfalls eine Feinbearbeitung durchzuführen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine dazu eingerichtet ist, mindestens zwei Feinbearbeitungsschritte an dem jeweiligen Bauteil (S) vorzunehmen, wobei der eine Feinbearbeitungsschritt die Feinbearbeitung der Innenfläche (S9) der Durchgangsöffnung (S8) ist, und dass die Maschine zusätzlich eine Spanneinrichtung (3) zum Spannen des jeweils
feinzubearbeitenden Bauteils (S) derart aufweist, dass mindestens sowohl die Innenfläche (S9) der Durchgangsbohrung (S8) als auch die jeweils zweite feinzubearbeitende Fläche (S6,S7) des Bauteils (S) für das dazu jeweils vorgesehene Feinbearbeitungswerkzeug (7,9,11) in derselben Einspannung zugänglich ist.
9. Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Schleifeinrichtung (9) zum Schleifen der Innenfläche (S9) der Durchgangsbohrung (S8), eine Hon- oder Reibeinrichtung (11) zum Feinstfertigbearbeiten der Innenfläche (S9) der Durchgangsbohrung (S8) und eine Schleifeinrichtung (7) zum Feinbearbeiten der mindestens einen in derselben Aufspannung feinzubearbeitenden Fläche (S6,S7,S8) umfasst.
PCT/EP2016/063185 2015-06-12 2016-06-09 Maschine und ein verfahren zum feinbearbeiten eines metallbauteils WO2016198533A1 (de)

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