DE19800885A1

DE19800885A1 - Vorrichtung zum Finishen von Umfangsflächen an rotierenden Werkstücken, insbesondere zum Finishen von Kurvenscheiben und Nocken einer Nockenwelle

Info

Publication number: DE19800885A1
Application number: DE19800885A
Authority: DE
Original assignee: Ernst Thielenhaus GmbH and Co KG
Current assignee: Thielenhaus Technologies GmbH
Priority date: 1998-01-13
Filing date: 1998-01-13
Publication date: 1999-07-15
Also published as: GB2333054A; GB2333054B; US6102783A; FR2773508A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Finishen von Umfangsflächen an rotierenden Werkstücken, insbesondere zum Finishen von Kurvenscheiben und Nocken einer Nockenwelle, mit einem Rotationsantrieb für das Werkstück, mindestens einem radial zum Werkstück verstellbaren Bearbeitungskopf, an dem Bearbeitungskopf angeordneten Andruckelementen und einem Oszillationsantrieb, der axiale Relativbewegungen zwischen dem Werkstück und dem Bearbeitungskopf in Werkstücklängsrichtung erzeugt. Finishen meint eine Feinst bearbeitung der Werkstückoberfläche. Die Andruckelemente können mit Finishsteinen ausgerüstet sein oder auf ein Finishband arbeiten, welches zwischen den Andruckelementen und der zu bearbeitenden Umfangsfläche des Werkstückes angeordnet ist. Das Werkstück führt während der Finishbearbeitung eine Rotationsbewegung sowie eine axiale Oszillationsbewegung aus. Im Rahmen der Erfindung liegt es aber auch, daß die für die Finishbearbeitung erforderliche axiale Oszillationsbewegung von dem Bearbeitungskopf ausgeführt wird.

Eine Vorrichtung des eingangs beschriebenen Aufbaus ist aus US 4,993,191 bekannt. Der Bearbeitungskopf besteht aus zangenartig angeordneten, schwenkbar gelagerten Armen, an denen als Andruckelemente Wippen mit jeweils zwei Andruckrollen gehalten sind. Zwischen den Andruckrollen und der zu bearbeitenden Umfangsfläche des Werkstückes ist ein Finishband geführt. Bei der Finishbearbeitung führen die an die Schwenkarme angelenkten Wippen Pendelbewegungen aus, wobei die Rollen das Finishband gegen die Werk stückoberfläche drücken. Wenn die zu bearbeitende Umfangsfläche des Werkstückes von der Zylinderform abweicht und Unstetigkeitsstellen mit kleinen Krümmungsradien aufweist, ergeben sich Bearbeitungsungenauigkeiten, die auf die mechanische Kopplung der an einer gemeinsamen Wippe gelagerten Andruckrollen zurückzuführen sind. Von Nachteil ist ferner die große Masse der Schwenkarme, die nach Maßgabe der Werkstückdrehung Radialbewegungen ausführen. Die Trägheitskräfte, die beherrscht werden müssen, limitieren die Drehzahl der Werkstückrotation und damit die Bearbeitungsgeschwindigkeit. Ebenso nachteilig nimmt die Bearbeitungszeit zu, wenn die Wippen durch Gleitschuhe ersetzt werden, die jeweils nur eine Berührungslinie zwischen Finishband und dem zu bearbeitenden Werkstück herstellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung des eingangs beschriebenen Aufbaus anzugeben, die eine schnelle und genaue Bearbeitung von Umfangsflächen an rotierenden Werkstücken ermöglicht und insbesondere zum Finishen von Kurvenscheiben und Nocken einer Nockenwelle geeignet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß der Bearbeitungskopf mehrere, in Umfangsrichtung nebeneinander sowie in derselben Bearbeitungsebene angeordnete Stößel als Andruckelemente aufweist, die zur Drehachse des Werkstückes ausgerichtet sind und voneinander kinematisch entkoppelt radial beweglich mit vorgegebener Andruckkraft an der zu bearbeitenden Umfangsfläche des Werkstückes abgestützt sind. Im Rahmen der Erfindung liegt es, die Andruckelemente mit Finishsteinen zu bestücken. Vorzugsweise ist zwischen den Andruckelementen und der zu bearbeitenden Umfangsfläche des Werkstückes ein Finishband geführt. Bei der Finishbearbeitung führen lediglich die Stößel Hubbewegungen aus. Die dabei bewegte Masse ist klein und erlaubt eine effektive Finishbearbeitung bei großen Werkstückdrehzahlen. Die Andruckelemente sind mit kleinen Abmessungen ausführbar, so daß eine große Zahl von Andruckelementen auf kleinem Raum nebeneinander angeordnet werden können. Insofern können mehrere Berührungslinien zwischen Finishband und dem zu bearbeitenden Werkstück eingerichtet werden, was zu einer effektiven Finishbearbeitung beiträgt. Eine präzise Bearbeitung ist möglich, da die Andruckelemente voneinander vollständig entkoppelt die erforderlichen Hubbewegungen ausführen. Im Ergebnis ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung eine effektive Finishbearbeitung bei kurzer Bearbeitungszeit und mit qualitativ hochwertigem Finishergebnis.

Der Bearbeitungskopf ist vorzugsweise an einer Schlittenführung translatorisch bewegbar. Die Bewegung kann hydraulisch, pneumatisch oder elektromechanisch erfolgen.

Die Betätigung der Stößel erfolgt zweckmäßig pneumatisch oder hydraulisch. Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die Stößel in Zylinderbohrungen des Bearbeitungskopfes eingesetzt, die an einen hydraulischen oder pneumatischen Druckspeicher angeschlossen sind. In weiterer Ausgestaltung lehrt die Erfindung, daß die Zylinderbohrungen mit Kühl- und Spülflüssigkeit, die bei der Werkstückbearbeitung eingesetzt wird, beaufschlagt werden. Bei dieser Ausführung der Erfindung können aufwendige Abdichtungen an den Stößeln entfallen. Etwaige Leckageverluste können bei einem ausreichend dimensionierten hydraulischen Druckspeicher ohne weiteres kompensiert werden. Im Ergebnis resultiert eine konstruktiv einfache, wartungsarme Vorrichtung.

Für die weitere konstruktive Ausgestaltung der Andruckelemente bieten sich verschiedene Möglichkeiten an. Vorzugsweise besteht jedes Andruckelement aus zwei in Werkstücklängsrichtung nebeneinander angeordneten Stößeln, die an ihrem vorderen, arbeitsseitigen Ende durch eine Stößelbrücke verbunden sind. Bei dieser Anordnung ist stets eine korrekte Ausrichtung des arbeitsseitigen Endes, also der Arbeitsfläche, zum Werkstück gewährleistet. Die Stößelbrücken können als Profilschuh oder als Gleitschuh ausgebildet sein. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind die Stößelbrücken als gabelförmige Träger ausgebildet, an denen eine Rolle oder ein Profilschuh drehbeweglich gelagert ist.

Bei der Bearbeitung von Nockenwellen und ähnlichen Werkstücken, die an ihren Enden aufgespannt und rotierend angetrieben werden, üben die Andruckelemente ein Biegemoment auf das Werkstück aus. Um dieses Biegemoment zu kompensieren, ist es zweckmäßig, zur Bearbeitung einer Umfangsfläche zwei diametral angeordnete Bearbeitungsköpfe mit jeweils mehreren Andruckelementen vorzusehen. Vorzugsweise weisen die beiden Bearbeitungsköpfe eine gleiche Anzahl von Andruckelementen auf, wobei sich die Andruckelemente der Bearbeitungsköpfe diametral gegenüberstehen. Vorzugsweise weist jeder Bearbeitungskopf ein zentrales Andruckelement in fest vorgegebener Ausrichtung zur Werkstückdrehachse und weitere symmetrisch angeordnete Andruckelemente auf, deren Winkel zu dem zentralen Andruckelement einstellbar ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlich erläutert. Es zeigen schematisch

Fig. 1 die Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrich tung zum Finishen von Umfangsflächen an rotierenden Werkstücken,

Fig. 2 den Schnitt A-A aus Fig. 1,

Fig. 3a bis 3d verschiedene Ausführungen der in der Vorrichtung einsetzbaren Andruckelemente.

Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung wird zum Finishen von Nocken einer Nockenwelle eingesetzt. Zum grundsätzlichen Aufbau der Vorrichtung gehören ein Rotationsantrieb 1 für das Werkstück 2, radial zum Werkstück verstellbare Bearbeitungsköpfe 3 mit Andruckelementen 4 sowie ein nicht näher dargestellter Oszillationsantrieb, der axiale Relativbewegungen zwischen dem Werkstück 2 und den Bearbeitungsköpfen 3 in Werkstücklängsrichtung erzeugt. Zwischen den Andruck elementen 4 und der zu bearbeiten Umfangsfläche des Werkstückes 2 ist ein Finishband 5 geführt.

Einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 1 und 2 entnimmt man, daß an den zu bearbeitenden Umfangsflächen jeweils zwei diametral angeordnete Bearbeitungsköpfe 3 vorgesehen sind. Jeder Bearbeitungskopf 3 weist mehrere, in Umfangs richtung nebeneinander sowie in derselben Bearbeitungsebene angeordnete Stößel 6, 6' als Andruckelemente auf, die zur Drehachse 7 des Werkstückes ausgerichtet sind und voneinander kinematisch entkoppelt radial beweglich mit vorgegebener Andruckkraft an der zu bearbeitenden Umfangsfläche des Werkstückes 2 abgestützt sind. Die Stößel 6, 6' sind in Zylinderbohrungen 8 des Bearbeitungskopfes 3 eingesetzt und werden mit Kühl- und Spülflüssigkeit, die bei der Werkstückbearbeitung eingesetzt wird, druckbeaufschlagt. Die Zylinderbohrungen 8 sind an einen nicht dargestellten hydraulischen Druckspeicher angeschlossen, so daß jedes Andruckelement 4 mit einer durch den Druck im Hydrauliksystem vorgegebenen, konstanten Andruckkraft an der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche anliegt bzw. das Finishband 5 gegen die zu bearbeitende Werkstückoberfläche andrückt.

Aus einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 2 und 3a bis 3d ergibt sich, daß jedes Andruckelement 4 aus zwei in Werkstücklängsrichtung nebeneinander angeordneten Stößeln 6, 6' besteht, die an ihrem vorderen arbeitsseitigen Ende durch eine Stößelbrücke 9 verbunden sind. Die Stößelbrücken 9 der Andruckelemente können als fester Profilschuh (Fig. 3c) oder als fester Gleitschuh (Fig. 3a) ausgebildet sein. Bei den in den Fig. 3b und 3d dargestellten Ausführungen sind die Stößelbrücken 9 als gabelförmige Träger ausgebildet, an denen eine Rolle oder ein Profilschuh drehbeweglich gelagert ist.

Der Fig. 2 entnimmt man schließlich, daß die beiden Bearbeitungsköpfe 3 eine gleiche Anzahl von Andruck elementen 4 aufweisen, wobei sich die Andruckelemente 4 der Bearbeitungsköpfe 3 diametral gegenüberstehen. Jeder Bearbeitungskopf weist ein zentrales Andruckelement in fest vorgegebener Ausrichtung zur Mittelachse und weitere symmetrisch angeordnete Andruckelemente auf, deren Winkel zu dem zentralen Andruckelement einstellbar ist. Schließlich ist angedeutet, daß die Bearbeitungsköpfe 3 in Richtung auf die Drehachse 7 des Werkstückes translatorisch bewegbar sind. Die Bewegung kann hydraulisch, pneumatisch oder elektromechanisch erfolgen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet folgendermaßen. Zunächst stehen die Bearbeitungsköpfe 3 in der in Fig. 2 gestrichelt dargestellten Ausgangsposition. Die Stößel 6, 6' sind drucklos in den Zylinderbohrungen der Bearbeitungsköpfe 3 geführt. Das Werkstück 2 rotiert noch nicht. Das Finishband 5 wird von einer Finish bandtransporteinrichtung um eine Schrittlänge weitergezogen und fixiert, so daß ein noch nicht benutzter Finishbandabschnitt über den Stößelbrücken 9 liegt. Die Bearbeitungsköpfe 3 mit auf den Andruckelementen 4 aufliegendem Finishband 5 fahren nunmehr in die in Fig. 2 dargestellte Arbeitsstellung vor und werden arretiert. Nach Erreichen der Arbeitsstellung werden die Zylinderbohrungen 8 der Bearbeitungsköpfe 3 mit Druck beaufschlagt, wobei die Andruckelemente 4 vorfahren und das Finishband 5 gegen die Umfangsfläche des zu bearbeitenden Nockens pressen. Nun setzen die Rotations- und Oszillationsbewegungen des Werkstückes 2 ein, und die Finishbearbeitung beginnt. Bei rotierendem Werkstück 2 führen die Andruckelemente 4 voneinander entkoppelte Hubbewegungen aus, und zwar einerseits unter der Wirkung des in den Zylinderbohrungen 8 anstehenden Hydraulikdruckes und andererseits unter der Wirkung des an den Andruckelementen 4 vorbeigleitenden Nockens. Der Bewegungsablauf wird ermöglicht durch die Verbindung der einzelnen Zylinderbohrungen und im Zusammenwirken mit einem hydraulischen Druckspeicher. Nach Ablauf einer vorgegebenen Bearbeitungszeit oder nach Erreichen einer vorgegebenen Anzahl von Umdrehungen werden der Oszillationsantrieb sowie der Rotationsantrieb abgeschaltet sowie die Zylinderbohrungen drucklos geschaltet. Die Bearbeitungsköpfe 3 fahren nunmehr in ihre Ausgangsposition zurück. Der Bearbeitungszyklus ist abgeschlossen.

Claims

1. Vorrichtung zum Finishen von Umfangsflächen an rotierenden Werkstücken, insbesondere zum Finishen von Kurvenscheiben und Nocken einer Nockenwelle, mit
einem Rotationsantrieb (1) für das Werkstück (2),
mindestens einem radial zum Werkstück (2) verstellbaren Bearbeitungskopf (3),
an dem Bearbeitungskopf (3) angeordneten Andruck elementen (4) und
einem Oszillationsantrieb, der axiale Relativ bewegungen zwischen dem Werkstück (2) und dem Bearbeitungskopf (3) in Werkstücklängsrichtung erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß der Bear beitungskopf (3) mehrere, in Umfangsrichtung nebeneinander sowie in derselben Bearbeitungsebene angeordnete Stößel (6, 6') als Andruckelemente (4) aufweist, die zur Drehachse (7) des Werkstückes ausgerichtet sind und voneinander kinematisch entkoppelt radial beweglich mit vorgegebener Andruckkraft an der zur bearbeitenden Umfangsfläche des Werkstückes (2) abgestützt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Andruckelementen (4) und der zu bearbeitenden Umfangsfläche des Werkstückes (2) ein Finishband (5) geführt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bearbeitungskopf (3) an einer Schlittenführung translatorisch bewegbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stößel (6, 6') in Zylinderbohrungen (8) des Bearbeitungskopfes (3) eingesetzt sind, die an einen hydraulischen oder pneumatischen Druckspeicher ange schlossen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderbohrungen (8) mit Kühl- und Spülflüssigkeit, die bei der Werkstückbearbeitung eingesetzt wird, beaufschlagt werden.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Andruckelement (4) aus zwei in Werkstücklängsrichtung nebeneinander angeordneten Stößeln (6, 6') besteht, die an ihrem vorderen arbeitsseitigen Ende durch eine Stößelbrücke (9) verbunden sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stößelbrücken (9) der Andruckelemente als Profilschuh oder als Gleitschuh ausgebildet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stößelbrücken (9) als gabelförmige Träger ausgebildet sind, an denen jeweils eine Rolle oder ein Profilschuh drehbeweglich gelagert ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei diametral angeordnete Bearbei tungsköpfe (3) vorgesehen sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Bearbeitungsköpfe (3) eine gleiche Anzahl von Andruckelementen (4) aufweisen, wobei sich die Andruckelemente (4) der Bearbeitungsköpfe (3) diametral gegenüberstehen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Bearbeitungskopf (3) ein zentrales Andruckelement in fest vorgegebener Ausrichtung zur Drehachse (7) des Werkstückes und weitere symmetrisch angeordnete Andruckelemente aufweist, deren Winkel zu dem zentralen Andruckelement einstellbar ist.