DE19803213A1 - Mehrspindel-Bearbeitungsvorrichtung und -Verfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Mehrspindel-Bearbeitungsvorrich­ tung sowie ein Mehrspindel-Bearbeitungsverfahren zum Endbear­ beiten zylindrischer Innenflächen von Werkstücken, wie etwa Pleuelstangen, die in Kraftfahrzeugmotoren verwendet werden.

Es ist Mehrspindel-Bearbeitungswerkzeug bekannt, welches bei der Bearbeitung zylindrischer Innenflächen von Öffnungen der Pleuelstangen für Kraftfahrzeugmotoren mehrere Pleuelstangen gleichzeitig durch jeweilige Schneidkanten bearbeitet, die jeweils an einer Mehrzahl von Bearbeitungsspindeln vorgesehen sind, die von einer gemeinsamen Antriebswelle angetrieben sind. Bei diesen Mehrspindelmaschinen wird zunächst roh ge­ räumt oder roh gebohrt, dann wird endgebohrt und schließlich erfolgt das Innenhonen als Super-Endbearbeitungsprozeß, gleichzeitig bei mehreren Pleuelstangen.

Im übrigen ist das große Ende einer Pleuelstange in einen Kap­ penabschnitt und einen Körperabschnitt unterteilt, und hat daher Formunebenheiten an Verbindungsabschnitten s, s zwischen dem Kappenabschnitt und dem Körperabschnitt, wie in Fig. 6 gezeigt. Diese Unebenheit oder Unstetigkeit bildet sich auch bei einem Ölloch h, das sich zur zylindrischen Innenfläche des großen Endes öffnet. Der Grund, warum das oben beschriebene Honen bei den Pleuelstangen unvermeidbar ist, liegt darin, daß sich wegen der Unstetigkeiten eine vorbestimmte Oberflächen­ rauhigkeit und Kreisförmigkeit der bearbeiteten Innenfläche des großen Endes sich durch den Endbearbeitungsprozeß nicht erhalten läßt, wie in Fig. 6a gezeigt. Wenn nämlich die Schneidkante über die Verbindungsabschnitte s, s und das Öl­ loch h hinwegläuft, entsteht eine Rüttel- oder Schwingbewe­ gung, und wenn mehrere Pleuelstangen in der gleichen Befesti­ gung positioniert fixiert sind und in der gleichen Drehphase durch die Schneidkanten bearbeitet werden, verstärkt sich das Rütteln oder Schwingen, weil die mehreren Schneidkanten annä­ hernd gleichzeitig über die unstetigen Abschnitte hinweglau­ fen.

Wenn man die Drehphasen der Schneidkanten bezüglich den jewei­ ligen Pleuelstangen derart korrigierend verschiebt, daß die Zeiten, zu denen die Schneidkanten über die Unstetigkeiten hinweglaufen, voneinander unterschiedlich sind, entstehen in Umfangsrichtung periodisch oder zyklisch blütenblattartige oder rosettenförmige Ausbauchungen, wie in Fig. 6(B) gezeigt, und der Verbesserungseffekt ist gering. Daher ist es er­ wünscht, die maschinelle Bearbeitung derart zu verbessern, daß die vorbestimmte Oberflächenrauhigkeit und Kreisförmigkeit ohne Superendbearbeitung erreicht werden können, falls mehrere Werkstücke mit einer Oberflächenunstetigkeit gleichzeitig in einem Mehrspindelwerkzeug bearbeitet werden sollen.

Wenn die Schneidkanten der Spindeln regelmäßig über die Un­ stetigkeiten hinweglaufen, wird das Rütteln und dergleichen, das jeweils dann entsteht, wenn jede der Schneidkanten über die Unstetigkeiten hinwegläuft, verstärkt, wodurch die Ober­ flächenrauhigkeit und dergleichen schlechter wird. Wenn die Drehphasen der Schneidkanten bezüglich der Werkstücke verscho­ ben werden und die Zeiten, zu denen die Schneidkanten über die Unstetigkeiten hinweglaufen, geändert werden, entstehen kleine Ausbauchungen mit regelmäßig wiederholten Zyklen, wobei dies eine wenig wirksame Maßnahme ist, um das Rütteln oder derglei­ chen zu reduzieren.

Ziel der Erfindung ist es daher, eine verbesserte Be­ arbeitungsvorrichtung und ein verbessertes Bearbeitungsverfah­ ren anzugeben, das in der Lage ist, mehrere Werkstücke gleich­ zeitig mit einer vorbestimmten Endbearbeitungspräzision zu bearbeiten, wobei jedes der Werkstücke eine zu bearbeitende Oberflächenunstetigkeit aufweist.

Um dieses Ziel zu erreichen, wird eine Mehrspindel-Bearbei­ tungsvorrichtung zur gleichzeitigen gleichförmigen Bearbeitun­ gen mehrerer Werkstücke angegeben, die jeweils eine Unstetig­ keit an der zu bearbeitenden Oberfläche aufweisen, umfassend: mehrere Bearbeitungsspindeln, an denen jeweils ein Schneid­ mittel zur Bearbeitung der Werkstücke vorgesehen ist, eine Antriebsquelle zum gemeinsamen drehenden Antrieb der Bearbei­ tungsspindeln, sowie ein Phasenverschiebungsmittel, das zwi­ schen der Antriebsquelle und jedem der Bearbeitungsspindeln vorgesehen ist, um die Drehphase jeder Bearbeitungsspindel unregelmäßig zu ändern.

Erfindungsgemäß ist das Phasenverschiebungsmittel zwischen der Antriebsquelle und den jeweiligen Bearbeitungsspindeln vor­ gesehen, um nach dem Zufallsprinzip die Drehzahlen der Bear­ beitungsspindeln derart zu verschieben, daß die Zeiten, zu denen die Schneidkanten über die Unstetigkeiten hinweglaufen, unregelmäßig verschoben werden können, um hierdurch die Wie­ derholung des gleichen Zyklus zu verhindern. Wenn somit die Zeiten des Vorbeilaufs an den Unstetigkeiten unregelmäßig ver­ schoben werden, wird verhindert, daß das Rütteln oder derglei­ chen verstärkt wird, wodurch sich die Bearbeitungspräzision wie etwa die Oberflächenrauhigkeit oder dergleichen verbessern läßt.

Bevorzugt umfaßt die Mehrspindel-Bearbeitungsvorrichtung eine Mehrzahl von Antriebsrollen, die mit der Antriebsquelle be­ triebsmäßig verbunden sind, eine Mehrzahl von Abtriebsrollen, die jeweils an den Bearbeitungsspindeln vorgesehen sind, sowie eine Mehrzahl von Antriebsriemen, die jeweils zwischen den Antriebsrollen und den jeweiligen Abtriebsrollen verlaufen, um Drehkraft von der Antriebsquelle zu den jeweiligen Bearbei­ tungsspindeln zu übertragen, wobei das Phasenverschiebungs­ mittel gebildet ist durch Variieren des Außendurchmessers der jeweiligen Antriebsrollen oder des Außendurchmessers der je­ weiligen Abtriebsrollen.

Wenn die Antriebsrollen voneinander unterschiedliche Durch­ messer haben, oder wenn die Abtriebsrollen unterschiedliche Außendurchmesser haben, wird die Drehkraft von der Antriebs­ quelle zu den Bearbeitungsspindeln mit unterschiedlichen Dreh­ zahlen übertragen, wodurch die Drehphasen der Bearbeitungs­ spindeln verschoben werden können. In diesem Fall läßt sich, le­ diglich durch Variieren der Außendurchmesser der Antriebs- oder/und Abtriebsrollen, ohne Änderung anderer Bauteile, die Bearbeitungspräzision wirkungsvoll verbessern.

Bevorzugt kann das Phasenverschiebungsmittel die Antriebsrol­ len und die Abtriebsrollen aufweisen, die jeweils mit Zahn­ rollen geformt sind, wobei die Antriebsriemen als Zahnriemen ausgebildet sind. In diesem Fall unterscheidet sich die Zahn­ zahl bezüglich jeder der Rollen und jedes Antriebsriemens, um die Drehzahl jeder Bearbeitungsspindel zu ändern.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Mehrspindel- Bearbeitungsverfahren zur gleichzeitigen und gleichförmigen Bearbeitung mehrerer Werkstücke angegeben, die jeweils eine Unstetigkeit an der zu bearbeitenden Oberfläche aufweisen, durch jeweilige Schneidmittel, die an mehreren Bearbeitungs­ spindeln vorgesehen sind, die von einer gemeinsamen Antriebs­ quelle angetrieben werden, umfassend den Schritt, die Phasen­ drehung wird relativ zu den Bearbeitungsspindeln unregelmäßig zu variieren, um die Zeiten, zu denen das Schneidmittel über die Unstetigkeit hinwegläuft, unregelmäßig zu verschieben.

Bei Anwendung dieses Verfahrens läßt sich das Rütteln und der­ gleichen wirkungsvoll unterbinden, und die Bearbeitungspräzi­ sion wie etwa die Oberflächenrauhigkeit oder dergleichen läßt sich verbessern.

Die obigen und andere Ziele und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung im Hinblick auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Mehrspindel-Bearbeitungsvor­ richtung;

Fig. 2 eine Draufsicht der Mehrspindel-Bearbeitungsvorrich­ tung;

Fig. 3 einen Schnitt entlang Linie A-A in Fig. 1;

Fig. 4 eine Perspektivansicht, welche schematisch den Zustand bei der Bearbeitung mehrerer Pleuelstangen zeigt;

Fig. 5 eine Schemaansicht einer Antriebsrolle als einem Pha­ senverschiebungsmittel;

Fig. 6(A), (B) den Zustand von in herkömmlicher Weise bearbei­ teten Oberflächen.

Anhand der Fig. 1 bis 4 ist eine erfindungsgemäße Mehrspindel- Bearbeitungsvorrichtung 1 gezeigt, als ein Maschinenwerkzeug, das zur gleichzeitigen Bearbeitung mehrerer Pleuelstangen W von Kraftfahrzeugmotoren geeignet ist.

Wie in Fig. 4 zu sehen, umfaßt jede der Pleuelstangen W eine Öffnung a großen Durchmessers an der Seite des großen Durch­ messers, sowie eine Öffnung c kleinen Durchmessers an der Sei­ te des kleinen Endes. Das große Ende ist in zwei Stücke unter­ teilt, mit einem Kappenabschnitt Wa und einem Körperabschnitt Wb, so daß unstetige Abschnitte, wie etwa Verbindungsabschnitte s, Öllöcher oder dergleichen, an der zu bearbeitenden zylin­ drischen Innenfläche des großen Endes ausgebildet sind. Diese Mehrspindelmaschine 1 ist so ausgestaltet, daß sie die Bear­ beitung der zylindrischen Innenflächen der großen Öffnungen a zusammen mit den zylindrischen Innenflächen der kleinen Öff­ nungen c im wesentlichen gleichzeitig an den drei Pleuelstan­ gen W ausführen kann, die derart positioniert sind, daß ihre Axialrichtung im wesentlichen vertikal verläuft.

Wie in den Fig. 1 und 2 zu sehen, sind zwei Dreispindel-Ma­ schineneinheiten 3, 3 symmetrisch links und rechts bezüglich einem Positionierungsabschnitt 2 der Pleuelstangen W derart angeordnet, daß die großen Öffnungen a von der an einer Seite vorgesehenen Bearbeitungseinheit 3 bearbeitet werden, und die kleinen Öffnungen c von der an der anderen Seite angeordneten Bearbeitungseinheit 3 bearbeitet werden. Zwei Antriebsmotoren 4, 4 sind links und rechts als Antriebsquelle angeordnet, um jede der rechten und linken Dreispindel-Bearbeitungseinheiten 3, 3 anzutreiben. Die Drehantriebskraft jeder der Antriebs­ motoren 4, 4 wird somit zu den drei Bearbeitungsspindeln 3a, 3a der jeweiligen Bearbeitungseinheiten 3, 3 übertragen. Die Bearbeitungseinheiten 3, 3 sind auf linken und rechten Tischen 6, 6 angebracht, die auf einer Basis 5 vorwärts und rückwärts beweglich sind.

Das Mittel zur Drehkraftübertragung der Antriebsmotoren 4, 4 zu den jeweiligen Bearbeitungseinheiten 3, 3 wird nun im De­ tail anhand der Fig. 3 und 4 beschrieben. An der Ausgangswelle des Antriebsmotors 4 ist eine Antriebsrolle 7 befestigt, die axial in drei Abschnitte unterteilt ist, zur Bildung dreier Rollenabschnitte 7a, 7b, 7c. Drei Abtriebsrollen 8, 8 sind fest an den proximalen Enden der Bearbeitungsspindeln 3a, 3a der jeweiligen Bearbeitungseinheiten 3, 3 befestigt. An dem distalen Ende jeder der Bearbeitungsspindeln 3a, 3a ist eine Schneidkante 9 vorgesehen. Riemen 10 erstrecken sich in be­ triebsmäßiger Verbindung zwischen den Rollenabschnitten 7a, 7b, 7c der Antriebsrolle 7 und den Abtriebsrollen 8. Zwei der Riemen c lassen sich durch Spannrollen 11, 11 unter Spannung halten, wie in Fig. 3 gezeigt.

Bei Einstellen wird der Antriebsmotor 4 zunächst relativ zum Riemen 10 der Bearbeitungseinheit 3 positioniert, ohne eine Spannrolle, und danach werden die beiden anderen Riemen 10, 10 der Bearbeitungseinheit 3 durch Positionierung der Spannrollen 11, 11 eingestellt.

Was die Antriebsrollen 7 an den Antriebsmotoren 4 betrifft, sind die jeweiligen Rollenabschnitte 7a, 7b, 7c der Antriebs­ rolle 7, die an der rechten Seite von Fig. 1 zur Bearbeitung der kleinen Öffnungen c vorgesehen sind, mit zueinander iden­ tischen Durchmessern ausgebildet, wohingegen die Rollen­ abschnitte 7a, 7b, 7c der Antriebsrolle 7 an der linken Seite von Fig. 1 zur Bearbeitung der großen Öffnungen a leicht un­ terschiedliche Durchmesser haben, wie in Fig. 5 gezeigt, so daß sie als Phasenverschiebungsmittel wirken. Die obere Hälfte über einer gepunkteten horizontalen Mittellinie von Fig. 5 ist als Schnittansicht der Rolle 7 dargestellt, wohingegen die untere Hälfte die Außenform davon zeigt. Die Drehung des An­ triebsmotors 4 wird mit ein wenig unterschiedlicher Drehung zu den jeweiligen Bearbeitungsspindeln 3a, 3a der linken Bearbei­ tunseinheit 3 übertragen, um hierdurch in unregelmäßiger Weise die Drehphase relativ zu den jeweiligen Bearbeitungsspindeln 3a zu ändern. Wie übrigens aus der Schnittansicht von Fig. 5 zu sehen, ist der Mittelabschnitt der Antriebsrolle 7 hohl, um das Gewicht zu reduzieren, was jedoch für die Erfindung nicht unbedingt erforderlich ist.

Nachfolgend wird der Betrieb der oben beschriebenen Mehrspin­ del-Bearbeitungsvorrichtung beschrieben. Drei Exemplare der Pleuelstangen W werden an dem Positionierungsabschnitt 2 in vertikal aufrechter Stellung positioniert, um die Bearbeitung der zylindrischen Innenflächen der großen Öffnungen a durch­ führen zu können. Die Bearbeitungsspindeln 3a, 3a der Bearbei­ ungungseinheit 3 werden durch die Kraft des Antriebsmotors gedreht und entsprechend der Bewegung des Tischs 6 vorwärts bewegt, so daß die jeweiligen Schneidkanten 9 die zylindrischen Innenflächen der großen Öffnungen a gleichzeitig bearbeiten können. Dann werden die Drehungen der Bearbeitungsspindeln 3a unregelmäßig unterschiedlich voneinander gesteuert, und zwar durch die Funktion des Phasenverschiebungsmittels. Somit lau­ fen die Schneidkanten 9 über die Unstetigkeiten wie etwa die Verbindungsabschnitte s oder dergleichen mit zufälligen Zeit­ gebungen, so daß die Verstärkung oder Resonanz oder dergleichen unterbunden werden kann, um hierdurch die Bearbeitungspräzi­ sion wie etwa die Oberflächenrauhigkeit und die Kreisförmig­ keit oder dergleichen zu verbessern. Bei der Endbearbeitung der zylindrischen Innenflächen mit dem vorgenannten Bearbei­ tungsverfahren läßt sich eine vorbestimmte Oberflächenrauhig­ keit und Kreisförmigkeit erhalten, lediglich durch Anwendung des Endbearbeitungs-(Finishing)-Prozesses. Demzufolge erübrigt sich das Honen zur Superendbearbeitung, das bei dem herkömm­ lichen Bearbeitungsverfahren nach dem Endbearbeitungsprozeß unvermeidlich erforderlich war. Nach der Endbearbeitung der großen Öffnungen a erfolgt die Bearbeitung der zylindrischen Innenflächen der kleinen Öffnungen c im wesentlichen der glei­ chen Weise wie oben anhand der großen Öffnungen a beschrieben. Dies kann auch in umgekehrter Reihenfolge geschehen.

Es versteht sich, daß die Rollenabschnitte 7a, 7b, 7c der An­ triebsrolle 7 durch drei unabhängige Rollen ersetzt werden können, daß die Antriebsrolle 7 mit keilförmigen Nuten anstel­ le der rechteckigen Nuten geformt werden kann, und daß das Phasenverschiebungsmittel durch Ändern der Durchmesser der Abtriebsrolle 8 so, daß sie voneinander unterschiedlich sind, gebildet sein kann, anstelle der Durchmesseränderung der je­ weiligen Rollenabschnitte 7a, 7b, 7c der Antriebsrolle 7. Fer­ ner ist es möglich, die Drehzahl bezüglich jeder der Bearbei­ tungsspindeln 3a, 3a zu ändern, in dem man die Rollen 7 und 8 durch Zahnrollen ersetzt und Zahnriemen verwendet.

Wie oben beschrieben, ist die erfindungsgemäße Mehrspindel- Bearbeitungsvorrichtung dazu geeignet, gleichzeitig mehrere Werkstücke mit einer Unstetigkeit an der zu bearbeitenden Oberfläche zu bearbeiten. Das Phasenverschiebungsmittel ist zwischen der Antriebsquelle und jeder der Bearbeitungsspindeln vorgesehen, um die Drehphase jeder der Bearbeitungsspindeln unregelmäßig zu verschieben. Die Zeiten, zu denen die Schneid­ mittel über die Unstetigkeit laufen, lassen sich daher unre­ gelmäßig ändern, um die Verstärkung von Rütteln oder Schwin­ gungen zu unterbinden und hierdurch die Bearbeitungspräzision zu verbessern. Weil ferner das Phasenverschiebungsmittel durch Ändern des Außendurchmessers der Antriebsrollen oder der Ab­ triebsrollen realisiert werden kann, lassen sich ohne weiteres die vorhandenen Vorrichtungen verwenden, ohne daß wesentliche Änderungen erforderlich wären.

Die Erfindung betrifft eine Mehrspindel-Bearbeitungsvorrich­ tung, welche unstetige Oberflächen mehrerer Werkstücke gleich­ zeitig bearbeitet, um die Verstärkung von Rütteln, Schwingen oder dergleichen zu unterbinden und eine Verschlechterung der Rearbeitungspräzision zu vermeiden. Die Durchmesser mehrerer, mit einem Antriebsmotor 4 verbundener Antriebsrollen 7a, 7b, 7c sind ein wenig unterschiedlich, um die Drehgeschwindigkeit nach dem Zufallsprinzip zu ändern, die von den Antriebsrollen 7a, 7b, 7c durch Riemen 10 zu jeweiligen Abtriebsrollen 8 übertragen werden, die jeweils an einer Bearbeitungsspindel 3a vorgesehen sind. Hierdurch werden die Zeiten, zu denen die Schneidkanten 9 der Bearbeitungsspindeln 3a über die Unstetig­ keiten, wie etwa Verbindungsabschnitte s, hinweglaufen, un­ regelmäßig geändert.

Claims (4)

1. Mehrspindel-Bearbeitungsvorrichtung zur gleichzeitigen gleichförmigen Bearbeitung mehrerer Werkstücke (W), die je­ weils eine Unstetigkeit an der zu bearbeitenden Oberfläche aufweisen, umfassend: mehrere Bearbeitungsspindeln (3a), wobei an jeder der Bearbeitungsspindeln (3a) ein Schneidmittel (9) zur Bearbeitung der Werkstücke (W) vorgesehen ist, eine An­ triebsquelle (4) zum gemeinsamen drehenden Antrieb der Bear­ beitungsspindeln (3a), sowie ein Phasenverschiebungsmittel (7a, 7b, 7c), das zwischen der Antriebsquelle (4) und jeder der Bearbeitungsspindeln (3a) vorgesehen ist um die Drehpha­ sen der jeweiligen Bearbeitungsspindel (3a) unregelmäßig zu ändern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Antriebsrollen (7a, 7b, 7c), die mit der An­ triebsquelle (4) betriebsmäßig verbunden sind, eine Mehrzahl von Abtriebsrollen (8), die jeweils an den Bearbeitungsspin­ deln (3a) vorgesehen sind, sowie eine Mehrzahl von Antriebs­ riemen (10), die jeweils zwischen den Antriebsrollen (7a, 7b, 7c) und den jeweiligen Abtriebsrollen (8) verlaufen, um Dreh­ kraft von der Antriebsquelle (4) zu den jeweiligen Bearbei­ tungsspindeln (3a) zu übertragen, wobei das Phasenverschie­ bungsmittel gebildet ist durch Variieren der Außendurchmesser der jeweiligen Antriebsrollen (7a, 7b, 7c) oder/und der Außen­ durchmesser der jeweiligen Abtriebsrollen (8).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Antriebsrollen (7a, 7b, 7c), die mit der An­ triebsquelle (4) betriebsmäßig verbunden sind, eine Mehrzahl von Abtriebsrollen (8), die jeweils an den Bearbeitungsspin­ deln (3a) vorgesehen sind, sowie eine Mehrzahl von Antriebs­ riemen (10), die jeweils zwischen den Antriebsrollen (7a, 7b, 7c) und den jeweiligen Abtriebsrollen (8) verlaufen, um Dreh­ kraft von der Antriebsquelle (4) zu den jeweiligen Bearbei­ tungsspindeln (3a) zu übertragen, wobei das Phasenverschie­ bungsmittel die Antriebsrollen und die Abtriebsrollen aufweist, die jeweils als Zahnrollen ausgebildet sind, und wobei die Antriebsriemen (10) als Zahnriemen ausgeführt sind.

4. Mehrspindel-Bearbeitungsverfahren zur gleichzeitigen und gleichförmigen Bearbeitung mehrerer Werkstücke, die jeweils eine Unstetigkeit auf der zu bearbeitenden Oberfläche aufwei­ sen, durch Schneidmittel (9), die jeweils an mehreren Bearbei­ tungsspindeln (3a) vorgesehen sind, die von einer gemeinsamen Antriebsquelle (4) angetrieben werden, umfassend den Schritt, die Drehphasen bezüglich jeder der Bearbeitungsspindeln (3a) unregelmäßig zu variieren, um die Zeiten, zu denen die Schneidmittel (9) über die Unstetigkeiten hinweglaufen, un­ regelmäßig zu verschieben.