DE102008026655A1

DE102008026655A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Schleifen von Nocken einer Nockenwelle

Info

Publication number: DE102008026655A1
Application number: DE102008026655A
Authority: DE
Inventors: Roland Schmitz
Original assignee: EMAG Holding GmbH
Current assignee: EMAG Holding GmbH
Priority date: 2007-06-13
Filing date: 2008-06-04
Publication date: 2008-12-18
Anticipated expiration: 2028-06-05
Also published as: CN101687303B; EP2162260B1; ATE484358T1; US20100233939A1; DE502008001547D1; CN101687303A; DE102008026655B4; ES2354592T3; US8398455B2; WO2008151586A1; EP2162260A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schleifen von Nocken einer Nockenwelle (7) in einer Aufspannung mit zwei Schleifspindeln (10, 11), wobei die Nocken oder Nockenpaare relativ zur Werkstückrotationsachse (16) jeweils spiegelbildlich angeorndet sind, wobei die Nockenwelle (7) eingespannt und um ihre Längsachse gedreht wird. Bei der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist die Nockenwelle (7) mittels der Beladeeinrichtung von der der mindestens einen Lünette (15) gegenüberliegenden Seite her in die Werkstückaufnahme (6) einlegbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schleifen von Nocken einer Nockenwelle.
Eine Schleifmaschine für die Bearbeitung von Nockenwellen ist aus der DE 431 052 C bekannt. Diese weist vier Schleifspindeln auf, welche an Schlitten beweglich geführt sind. Der erforderliche Hub zur Erzeugung der Nockenkonturen ist über Kulissengetriebe einstellbar. Da alle Spindeln gleichzeitig aktivierbar sind, können vier Nocken synchron bearbeitet werden.
Aus der JP 2005052912 A ist eine Maschine zur Finishbearbeitung von Nockenwellen bekannt. Um sämtliche Nocken gleichzeitig bearbeiten zu können, ist eine entsprechende Anzahl von Finishaggregaten rings um die Nockenwelle herum angeordnet. Dadurch ist die Maschine für das Bedienpersonal nur schwer zugänglich. Zudem kann die Nockenwelle nicht mit Lünetten abgestützt werden, weil der dafür benötigte Raum mit Finishaggregaten zugebaut ist. Die Maschine ist daher nicht für das Schleifen mit hohen Abtragsraten geeignet. Außerdem sind zum Be- und Entladen mehrachsige Bewegungsabläufe notwendig, da die Nockenwellen zwangsläufig der Länge nach in den Arbeitsbereich hinein, bzw. aus diesem heraus bewegt werden müssen. Die EP 0 085 225 B1 zeigt ein Verfahren zur Schleifbearbeitung von Nockenwellen, wobei zur Erzielung einer gleichförmigen Vorschubgeschwindigkeit die Rotationsgeschwindigkeit der Nockenwelle an die Nockenkontur angepasst wird. Nach diesem Verfahren werden die Nocken einzeln nacheinander bearbeitet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Maschine der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, dass eine Schleifbearbeitung mit erhöhten Abtragsraten ermöglicht wird. Gleichzeitig soll die Zugänglichkeit der Maschine verbessert werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Schleifmaschine nach Anspruch 5. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein vorteilhafter Aspekt der Erfindung besteht darin, Nockenwellen mit spiegelbildlich angeordneten Nocken, die beispielsweise bei Vierzylinder- Verbrennungsmotoren eingesetzt werden, mit zwei Schleifspindeln gleichzeitig zu bearbeiten. Diese Nockenwellen weisen vier Nocken auf, die jeweils paarweise spiegelbildlich zur Längsachse der Nockenwelle angeordnet sind. Da die Schleifspindeln auf gegenüberliegenden Seiten der Nockenwelle angeordnet sind, können identische Nockensegmente synchron bearbeitet werden. Während also die erste Spindel beispielsweise eine Nockenerhebung bearbeitet, bearbeitet die zweite Spindel auf der gegenüberliegenden Seite ebenfalls die Nockenerhebung der spiegelbildlich angeordneten Nocke. Außerdem wird zur Erzielung einer gleichförmigen Vorschubgeschwindigkeit die Rotationsgeschwindigkeit der Nockenwelle an die Nockenkontur angepasst. Hierbei wird beim Schleifen der Flanken zwischen Nockenerhebung und Grundkreiskontur die Rotationsgeschwindigkeit der Nockenwelle verlangsamt, wie es z. B. in der EP 0 085 225 B1 beschrieben ist. Bei Nockenwellen für Motore mit vier Ventilen je Zylinder sind identische Nocken paarweise nebeneinander angeordnet. Diese können auch paarweise bearbeitet werden. Nach der Erfindung werden in einer Aufspannung zunächst die ersten beiden Nocken oder Nockenpaare bearbeitet, sodann die Schleifspindeln entlang der Längsachse der Nockenwelle zu den noch unbearbeiteten Nocken bewegt und abschließend die zweiten Nocken oder Nockenpaare der Schleifbearbeitung unterzogen. Durch die spiegelbildliche Anordnung der Schleifspindeln kann das Be- und Entladen von der Bedienerseite her erfolgen und die Abstützung der Nockenwelle, beispielsweise mit Lünetten, von der Rückseite her. Da anders als beim Stand der Technik nur zwei Schleifspindeln eingesetzt werden, steht ausreichend Raum für die Abstützung und die selbsttätige Beladung zur Verfügung. Bei einer vorteilhaften Ausführung sind für das Be- und Entladen zwei Werkstückgreifer vorgesehen. Während der erste Werkstückgreifer die fertigbearbeitete Nockenwelle ergreift und auf die Transporteinrichtung ablegt, erfasst der zweite Werkstückgreifer eine unbearbeitete Nockenwelle von der Transporteinrichtung und legt die sie in die Werkstückhaltevorrichtung ein. Bei einer vorteilhaften Ausführung sind die Werkstückgreifer auf den Vertikalschlitten der Schleifspindeln angebracht und zusammen mit diesen verfahrbar.
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
1 zeigt die Vorderansicht einer Werkzeugmaschine
2 zeigt die Werkzeugmaschine in der Ansicht von oben teilweise in geschnittener Darstellung
3 und 4 zeigen zusammen mit 2 die Beladung in drei Schritten
5 zeigt eine Einzelheit aus 4 in vergrößerter Darstellung
6 zeigt einen Nocken mit Details
7 zeigt eine Nockenwelle in der Seitenansicht
1 zeigt eine Werkzeugmaschine 1 zur Bearbeitung von Nockenwellen 7, wobei nicht erfindungswesentliche Details des Antriebs, der Steuerung und des Gehäuses weggelassen wurden. Dargestellt sind Nockenwellen 7 für Verbrennungsmotore mit je vier Ventilen pro Zylinder. Dabei sind zwei identische Nocken 25 jeweils nebeneinander angeordnet und bilden ein Nockenpaar 26, 26'. Die Nockenwellen 7 werden in der Werkstückhaltevorrichtung 6, bestehend aus der Werkstückspindel 8 und dem Reitstock 9 eingespannt und in Rotation versetzt. Die beiden Schleifspindeln 10 und 11 sind auf gegenüberliegenden Seiten der Werkstückrotationsachse 16 angeordnet. Sie sind am Maschinengestell 2 in zwei zueinander orthogonalen Richtungen (X- und Z-Achse) beweglich geführt. Dazu sind am Maschinengestell 2 vertikale Führungen 3 für die Vertikalschlitten 4 vorgesehen. Diese tragen ihrerseits Führungen 12 für die Horizontalschlitten 5. Die Schleifscheiben 22, 22' befinden sich in Eingriff mit der Nockenwelle 7 und bearbeiten die spiegelbildlich angeordneten Nockenpaare 26, 26'. Die Zu- bzw. Abführung der Nockenwellen 7 erfolgt über Transportvorrichtungen 13, 13'. Das Be- und Entladen erfolgt mit zwei Werkstückgreifern 14, 14'. Diese sind an den Vertikalschlitten 4 angeordnet und zusammen mit den Schleifspindeln 10 und 11 in vertikaler Richtung verfahrbar.
Aus 2 geht hervor, dass die Werkstückrotationsachse 16 und die Rotationsachsen 19, 19' der Schleifspindeln 10, 11 in einer Ebene angeordnet sind. Zwischen den vertikalen Führungen 3 ist die Lünette 15 zur Abstützung der Nockenwelle 7 angeordnet. Bei einer vorteilhaften Ausführung sind die Führungen 3, die Werkstückhaltevorrichtung 6 und die Lünette 15 an einer vertikalen Wand 20 des Maschinengestells 2 angeordnet. Die unbearbeiteten Nockenwellen 7 werden mit der Transportvorrichtung 13 zugeführt und fertig bearbeitete Nockenwellen werden von der Transportvorrichtung 13' abgeführt. Während des Werkstückwechsels ergreift der erste Werkstückgreifer 14' die fertigbearbeitete Nockenwelle und legt sie auf die Transporteinrichtung 13' ab. Gleichzeitig erfasst der zweite Werkstückgreifer 14 eine unbearbeitete Nockenwelle von der Transporteinrichtung 13 und legt sie in die Werkstückhaltevorrichtung 6 ein. Die Anordnung der Schleifspindeln 10, 11 auf gegenüberliegenden Seiten der Werkstückrotationsachse 16 und die Anbringung der Lünette 15 zischen den vertikalen Führungen 3 verbessert die Zugänglichkeit erheblich. Außerdem können die Nockenwellen 7 durch einfache kreisbogenförmige Schwenkbewegungen von der Bedienseite her in die Werkstückhaltevorrichtung 6 eingelegt werden.
Die 3 und 4 zeigen Momentaufnahmen des Beladevorgangs. Die 3 zeigt die Werkstückgreifvorrichtungen 14, 14' während der Schwenkbewegung. Die Werkstückgreifer 19, 19' sind als Schwenkhebel ausgeführt. Damit werden die Nockenwellen 7 zum Be- und Entladen zwischen den Transporteinrichtungen 13, 13' und der Werkstückhaltevorrichtung 6 auf kreisförmigen Bahnen 21, 21' bewegt. Nach 4 wird eine unbearbeitete Nockenwelle in die Werkstückhaltevorrichtung 6 eingelegt und gleichzeitig die fertigbearbeitete Nockenwelle 7 auf die Transporteinrichtung 13' abgelegt. Um die Einzelheiten im Bereich der Werkstückrotationsachse 16 zu zeigen sind in 5 die Schleifscheiben 22, 22' teilweise gebrochen dargestellt. Zum Greifen der Nockenwellen 7 ist der Werkstückgreifer 14 mit einer Zange 23 versehen. Bei geöffneter Zange kann der Werkstückgreifer 14 zum Greifen oder Einlegen der Nockenwelle 7 entlang der kreisförmigen Bahn 21 in den Bereich der Werkstückrotationsachse 16 hinein- bzw. aus diesem herausschwenken. Die 6 zeigt Details eines Nockens 25. In dessen Zentrum liegt die Werkstückrotationsachse 16. Der Nocken weist eine Grundkreiskontur 17 auf, über welche die Nockenerhebung 18 hinausragt. Die Übergänge dazwischen bilden die Flanken 24, 24'. In 7 ist die Bearbeitung einer Nockenwellen 7 für Vierzylinder- Verbrennungsmotoren in der Seitenansicht dargestellt. Dabei sind die Nockenerhebungen 18, 18' in Bezug auf die Werkstückrotationsachse 16 spiegelbildlich angeordnet und schließen untereinander Winkel von 90° ein. Die Schleifscheibe 22 befindet sich mit der Nockenerhebung 18 und die Schleifscheibe 22' mit der Nockenerhebung 18' in Eingriff. Da bei der symmetrischen Anordnung beide Schleifscheiben 22, 22' jeweils gleiche Nockensegmente bearbeiten, kann zur Erzielung einer gleichförmigen Vorschubgeschwindigkeit die Rotationsgeschwindigkeit der Nockenwelle 7 an die Nockenkontur angepasst werden.

1: Werkzeugmaschine
2: Maschinengestell
3: Führung
4: Vertikalschlitten
5: Horizontalschlitten
6: Werkstückhaltevorrichtung
7: Nockenwelle
8: Werkstückspindel
9: Reitstock
10: Schleifspindel
11: Schleifspindel
12: Führung
13 13': Transportvorrichtung
14 14: Werkstückgreifer
15: Lünette
16: Werkstückrotationsachse
17: Grundkreiskontur
18 18': Nockenerhebung
19 19': Rotationsachse
20: Wand
21 21': Bahn
22 22': Schleifscheibe
23: Zange
24 24': Flanke
25: Nocken
26 26': Nockenpaar

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 431052 C [0002]
- JP 2005052912 A [0003]
- EP 008522561 B1 [0003]
- EP 0085225 B1 [0006]

Claims

Verfahren zum Schleifen von Nocken (25) einer Nockenwelle (7) in einer Aufspannung mit einer Werkstückhaltevorrichtung (6) und mindestens zwei Schleifspindeln (10, 11), wobei die Nockenwelle (7) mindestens zwei Nocken (25) aufweist, wobei die Nocken (25) jeweils eine Grundkreiskontur (17), eine Nockenerhebung (18) und Flanken (24, 24') aufweisen, wobei die Nocken (25) zur Werkstückrotationsachse (16) jeweils spiegelbildlich angeordnet sind, wobei die Nockenwelle (7) in die Werkstückhaltevorrichtung (6) eingespannt und um ihre Längsachse gedreht wird, wobei zur Erzielung einer gewünschten Vorschubgeschwindigkeit ein der Grundkreiskontur (17) und den Nockenerhebungen (18) zugeordnetes Geschwindigkeitsprofil für die Rotation der Nockenwelle (7) vorgesehen ist und wobei zum Schleifen der spiegelbildlich angeordneten Nocken (25) die Nockenwelle (7) dem Geschwindigkeitsprofil entsprechend in Rotation versetzt wird, mit folgenden Verfahrensschritten: a) Selbsttätiges Einspannen der Nockenwelle (7) in die Werkstückhaltvorrichtung (6) b) Bearbeiten von zwei spiegelbildlich angeordneten Nocken (25) durch die Schleifspindeln (10, 11) c) Bewegen der Schleifspindeln (10, 11) relativ zur Nockenwelle (7) in Richtung der Werkstückrotationsachse (16) zu unbearbeiteten Nocken (25) d) Wiederholung des Schrittes b) e) bei Bedarf Wiederholung der Schritte c) und b) bis alle Nocken (25) bearbeitet sind f) Selbsttätiges Ablegen der Nockenwelle (7) dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenerhebungen (18'), die Flanken (24, 24') und die Grundkreiskonturen (17) an mindestens zwei spiegelbildlich angeordneten Nocken (25) jeweils paarweise von den Schleifscheiben (22, 22') der Schleifspindeln (10, 11) gleichzeitig bearbeitet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Schleifen der Flanken (24, 24') die Nockenwelle (7) mit verringerter Rotationsgeschwindigkeit rotiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 zur Bearbeitung von Nockenwellen (7) mit Nockenpaaren (26, 26'), dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifscheiben (22, 22') jeweils ein Nockenpaar (26, 26') bearbeiten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die fertig bearbeitete Nockenwelle (7) von einem ersten Werkstückgreifer (14') aus der Werkstückaufnahme (6) entnommen und gleichzeitig eine unbearbeitete Nockenwelle (7) von einem zweiten Werkstückgreifer (14) in die Werkstückaufnahme (6) eingesetzt wird.
Schleifmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einer rotatorisch antreibbaren Werkstückhaltevorrichtung (6), mit zwei Schleifspindeln (10, 11) und mit einer selbsttätigen Beladeeinrichtung, wobei die Werkstückrotationsachse (16) und die Rotationsachsen (19, 19') der Schleifspindeln (10, 11) in einer Ebene angeordnet sind, wobei die Schleifspindeln (10, 11) auf gegenüberliegenden Seiten der Werkstückrotationsachse (16) angeordnet sind, wobei die Schleifspindeln (10, 11) sowohl parallel als auch orthogonal zur Werkstückrotationsachse (16) am Maschinengestell (2) beweglich angeordnet sind, wobei zur Abstützung der Nockenwelle (7) am Maschinengestell (2) mindestens eine Lünette (15) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (7) mittels der Beladeeinrichtung bezogen auf die Werkstückrotationsachse (16) von der der mindestens einen Lünette (15) gegenüberliegenden Seite her in die Werkstückaufnahme (6) einlegbar ist.
Schleifmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Entnahme der fertig bearbeiteten Nockenwelle (7) ein erster Werkstückgreifer (14') vorgesehen ist und dass zum Einlegen einer unbearbeiteten Nockenwelle ein zweiter Werkstückgreifer (14) vorgesehen ist.
Schleifmaschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückhaltevorrichtung (6) und die Lünette (15) an einer vertikalen Wand (20) des Maschinengestells (2) angeordnet sind.
Schleifmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückgreifer (14, 14') auf den Vertikalschlitten (4) für die Schleifspindeln (10, 11) angeordnet und zusammen mit diesen verfahrbar sind.