DE2916120A1

DE2916120A1 - Maschine zum schleifen torischer rillenprofile

Info

Publication number: DE2916120A1
Application number: DE19792916120
Authority: DE
Inventors: Michel Orain
Original assignee: Glaenzer Spicer SA
Current assignee: Glaenzer Spicer SA
Priority date: 1978-04-20
Filing date: 1979-04-20
Publication date: 1979-10-25
Also published as: FR2423302B1; GB2019270B; JPS54154897A; GB2019270A; FR2423302A1; IT1117645B; IT7967775A0

Description

GLAENZER SPICEH
Poissy / Irankreich

"Maschine zum Schleifen torischer Rillenprofile"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Maschine zum Schleifen torischer Rillenprofile, insbesondere von Laufrillen.

Zum Schleifen von untiefen, torischen Rillen mit einem verhältnismäßig kleinen Zentri- oder öffnungswinkel von ca. 60° was insbesondere auf die Wälzbahnen von Druckkugellagern zutrifft, die axiale Kräfte aufnehmen müssen, verwendet man Schleifmaschinen, deren Schleifscheibe mit einer Schneidkante mit kreisförmigem Profil im EiBtechverfahren arbeitet. Das Profil wird auf klassische Weise mittels eines abzurichtenden Diamant-Schleifkörpers erzielt. Bei dieser bekannten Technik ist für die beiden charakteristischen Radienwerte des die zu schleifende Rille ergebenden Torus (Radius des Torus-Profilschnitts und Radius des umfangskreises, auf welchem die Mittelpunkte der Profil schnitte liegen)" sowie für die Kreisförmigkeit ■· in etwa die gleiche Genauigkeit wie bei anderen Kugellagern erforderlich. Die Serienfertigung so-lcher torischer Rillen stellt daher keine besonderen Probleme.

Anders verhält es sich, wenn für die vorgenannten charakteristischen Radien eine größere Genauigkeit un# für Killen mit einem Zentriwinkel zwischen- t2O° und Ί6Ο^α uad darüber eine vollkommene Eräsförmigkeit erforderlieh sind. In diesem g/enügen die bekannten Techniken und Maschinen nicht, insbesondere, wenn die zu schleif enden-Werkstücke in Gxcxßserienferti-

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gung zu niedrigen Kosten hergestellt werden sollen.

Bei den "bekannten Maschinen nach der GB-PS 17 7^3 und "der US-PS 2,029,511 ist der Werkstückspannkopf um eine erste Achse, nämlich die Hauptachse des zu schleifenden Torus, drehbar und oszilliert um eine zweite, zur ersten Achse senkrechten Achse, die durch den Mittelpunkt eines Torus-Profilschnittes verläuft. Als Schleifkörper dient eine Schleifscheibe mit einer durch die zweite Achse verlaufenden Haupte"bene, welche über eine entsprechende Einrichtung um ihre Drehachse gedreht wird und in einer durch eine zur Drehachse des Schleifkörpers und zur zweiten Achse senkrechten Gerade gegebenen Richtung zustellbar ist.

Diese seit langem bekannten Maschinen gestatten aber keine zufriedenstellende Lösung der Schwierigkeiten, die sich bei Herstellung bzw. beim Schleifen von tiefen Rillen mit großem Öffnungswinkel (120° bis ca. 160°), deren Kreisförmigkeit vollkommen sein muß, stellen.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrxmde, diese Schwier^eit zu Losen durch eine Technik und eine Maschine, die bei hoher Präzision gleichzeitig eine Großserienfertigung zu niedrigen Kosten ermöglichen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einer Maschine mit einem Werkstückspannkopf, der um einer erste, die Hauptachse des zu schleifenden Torus bildenden Achse drehbar und um eine zweite, zur ersten senkrechten und durch den Mittelpunkt eines Profilschnitts des Torus verlaufenden Achse oszillierbar ist, einem Schleifkörper in Form einer Schleifscheibe, deren Hauptebene durch die zweite Achse verläuft, und Vorrichtungen, durch welche die Schleifscheibe um die Drehachse drehbar und in einer durch eine zur Drdachse der Schleifscheibe und zur zweiten Achse senkrechten Gerade definierten Richtung zustellbar ist, dadurch, daß die Drehachse und die Oszillationsachse des Werkstückspannkopfs zueinander -genau festgelegt sind.

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nach, einer Ausgestaltung der Erfindung weist der Schleifkörper in seinem aktiven Bereich in zu seiner Hauptebene senkrechter Richtung -eine gegenüber dem Radius der zu schleifenden Rille geringere" Dicke auf.

Nach, einer anderen Ausgestaltung der Erfindung hat der Schleifkörper eine zu seiner durch di~ Oszillationsachse des Werkstückspannkopfs verlaufenden Hauptebene assymmetrische Gestalt.

Nach einer weiteren Ausgestaltung "weist der Schleifkörper auf mindestens einer Seite eine seinen aktiven Bereich verstärkende Verdickimg und eine gegenüber dem aktiven Bereich zurückversetzte Vertiefung auf.

Außerdem ist der Schleifkörper auf seiner demaktiven Bereich, abgesandten Seite verdickt.

Die Amplitude der oszillierenden Belegung des Werkstücks ist so beaeßbar, daß die Rillenränder die Kanten des Schleifkörpers unter Bildung von Abfasungen berühren.

Weiter sind Vorrichtungen vorgesehen, über welche die Rillentiefe erfaßbar und der SchleifVorgang zu beenden ist, sobald die Sollmaße für Rillenradius und -tiefe erreicht sind.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand des in (fen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Arbeitstechnik nach der Erfindung;

I¹Xg. 2 im vergrößerten Maßstab den Eingriffsbereich

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bzw. die Schleif zone und die beiden Endstellungen des zu schleif "-nden. Werkstücks;

Figo·" eine Seitenansicht einer Maschine gemäß einer Ausführuncsform nach der Erfindung, mit weggebrochenen Teilen;

Fig.4 eine Draufsicht von Fip. 3;

Fig.5 eine die !Profiltiefe erfassende und die Maschine abschaltende Meßsteuervorrichtung.

Wie aus FLg. 1 ersichtlich, ist der fesijmit einer Welle 2 verbundene Werkstückspannkopf 1 in einem Lager 3 Uta eine Achse X-X drehbar gelagert, wobei die Achse X-X die Hauptachse des Gern zu sehl ifenden Rillenprofil 4 entsprechenden Torus darstellt. Das Rillenprofil ist in eine im Spannkopf 1 gehaltertes Werkstück 5 einzuschleifen. Der Werkstückspannkopf 1 .ist auf einem Support 6angeordnet, der um eine zur Achse Xt-X senkrechte und sich durch den Hittelpunkt 0 des kreisförmigen Profilschnitts des Torus erstreckende Achse Y-Y schwenkbar ist. Die Achse X-X liegt in der Zeichnungsebene, während die Achse Y-Y senkrecht zu dieser Ebene verläuft. Die relative Lage dieser beiden Achsen ist unveränderlich festgelegt.

Als Schleifkörper dient eine verhältnismäßig dünne Schleifscheibe 7i deren Dicke z.B. nur wenige mm beträgt und von dem Radius des zu schleifenden Rillenprofils abhängig ist. Vorzugsweise ist die Dicek der Schleifscheibe 7 etwas kleiner bemessen als der Radius des Rillenprofils 4. Die Schleifscheibe 7 ist mit einer um die Drehachse Z-Z drehbaren Spindel 8 verbunden. Sie führt in Richtung des PSiIs F, d.h. sowohl senkrecht zur Achse Z-Z als auch zur Achse Y-Y eine Zustellbewegung aus. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel liegt auch die Achse Z-Z in der Zeichnungsebene der Fig. 1 und 2.

Zur Untersuchung und Definition der Arbeitstechnik sind fol-

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gende Parameter "wichtig:

- die Lage der Achsen X-X, T-Y, Z-Z;

- die Definition der drei rechtwinklig aufeinander stehenden, vom Punkt O ausgehenden Achsen Ox, Oy, Oz, wie aus der Zeichnung ersichtlich, wobei Ox parallel zu X-X verläuft.

- _a_: Dicke der schneidenden Schleifscheibenkante, gemessen

ab der durch die Achsen Oy und Oz bestimmten Ebene P, in Richtung χ positiv; nachfolgend wird diese Ebene P als Hauptebene des Schleifkörpers bezeichnet. Diese Ebene P ist in der Mittelstellung des oszillierenden Werkstücks r-enkrecht ausgerichtet;

- b_: Abstand zwischen der Achse Y-Y der oszillierenden Bewegung (überlagert durch Oz) und der sichtbaren !Fläche des zu schleifenden Laufrings bzw. Werkstücks;

- h: Abstand zwischen Ox und der Drehachse Z-Z des Schleifkörpers ;

- r_: Radius des kreisförmigen Profilschnitts des Torus bzw.

der zu schleifenden Rille 4-·;

- R: Radius des Umfangskreises, auf der die Mittelpunkte

der kreisförmigen Profilschnitte des Torus mit dem Radius r_ liegen;

- Af_x,: kleinstmöglicher Neigungswinkel der Werkstückebene

gegenüber der Schleifscheibeneb^ne;

- 0(₂: größtmöglicher Neigungswinkel der Werkstückebene zur

Schleif scheibenebene ;

= #2 ~$i ^: ^sxiraaler Schwenkwinkel des soziliierenden Werkstücks um Y-Y (oder Oz);

- ß: halber Nebenwinkel zum Öffnungswinkel der Laufrille;

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- fc -■

*' Zentriwinkel des schneidenden Bereichs der Schleifscheibe in Richtung xppositiv;

-ξ pi Zentriwinkel des schneidenden Schleifscheibenbereichs in Pachtung χ negativ.

Es lassen sich folgende einfachen Erziehung zwischen den dimensionslosen Parametern h. , O^, ß, <f λ-, ^p und Q~ errechnen:

in (°L, + ß) - sin ^₁

R ⁼ sin (0I₁ + ^₁)- sin~ß

, _ sin (#_? + β) - sin
R

sin

Beisniel:

für h. = 1 oder etwas weniger als 1, bestimmt man bei gegebenen Winkel ß und /^ ^d^^e Winkel (X_x, und 0(p.

Für h = 1 ergibt sich dann folrende Beziehung: R

_tg(X₌ sin T₁ + sin ß

ρ -

cos ρ - cos

für ß = 20° beträgt dann

der kleinste Winkel (λ = 0° wenn J^ = 20°

der größte Winkel (A =160°wenn ^₂ = 40°

Es ergibt sich daher als Schwenkwinkel Y= ^f₂ - $,. = 160° Geht raan von einem r_ = 3,5^ aus, dann beträgt die Dicke der Schleifscheibe

r (sin 7i + sin 72) = 3,5 (sin 20° + sin 40°) = 3, 909843/1012

Bei dieser Technik "wird durch die Drehbewegungen des Werkstücks um die Achse X-X und des Schleifkörpers um die Achse Z-Z und die oszillierende Bewegung des Werkstücks um die Achse T-Y,welche alle gleichzeitig erfolgen, und durch die zusätzliche Zustell- "bzw. Vorschubbewegung des Werkzeugs in Richtung F das Rillenprofil auf folgende Weise geschliffen:

Die Zustr-llbewegung der Schleifscheibe in Richtung P verändert lediglich den Rcdius r_ der Rille und erhöht diesen ausgehend von einem Rohraaß allmählich auf das exakte Sollmaß. Damit sind gewährle?stet:

- eine vollkommene Kreisförmigkeit der Profilschnitte mit Radius 2?, äa sie i^ra Wälzverfahren erzeugt werden;

- ein exaktes Haß ra_ zwischen der Achse T-T und der Auflageebene des zu schleifenden Laufrings;

- ein exakter und unveränderlicher Radius I? des Umfangskreises, auf welchem die Mittelpunkte der 'Torus-Profilschnitte mit dem Radius r_ liegen.

Die Abmessungen m: und R sind vom Durchmesser und von etwaigen Profilungenauigkeiten der Schleifscheibe unabhängig, sind aber andrerseits durch die Konstruktionsparameter der Maschine, wie vorstehend beschrieben, festgelegt.

J¹Xg. 3 und 5 zeigen eine Maschine zur Durchführung der vorstehend beschrieb-nen Schieiftechnii.Auf dem Maschinenbett<■ ist eine Konsole 11 angeordnet, weiche zwei vertikale Lager 12,13 aufweist, zwischen welchen ein Support 14 zur Lagerung des Werkstückspannkopfs 1 schwenkbar gelagert ist. Die horizontale Achs·- dieser Lagerung 12,13 entspricht der Achse X-X in i'ig. 1und 2, während die durch die Lager 12 und 13 festgelegte vertikale Schwenkachse der Achse T-Y entspricht.

Ein Untersetzungsmotor 15 treibt die Welle 2 des Werkstück-

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spannkopfs über einen Riementrieb bestehend aus den Scheiben 16,17 und einem Riemen 18. Dem Support 14 wird eine oszillie-

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rende Bewegung von ca. 180 um die Achse Y-Y mitgeteilt, und zwar über einen unterhalb der Maschine angeordneten Steuermechanismus, der von einem Untersetzungsmotor 19 betätigt, wird. Zu diesem Steuermechanismus gehört ein Riementrieb bestehend aus einer Scheibe 20, einer bei 23 zapfengelagerten Scheibe 22 und einem diese treibenden Riemen 21. Auf der Scheibe 22 ist eine Kurvenscheibe 24 angeordnet, auf welcher eine auf einem Rollenträger 26 sitzende Rolle 25 abrollt. Der Rolenträger 26ist fest mit einer gezahnten Scheibe 27 verbunden, welche ihrerseits über einen Riemen 29 ein Zahnrad 28 treibt. Um einen Betrieb ohne zu hohe Be-schleunigung zu gewährleisten, ist die Hin- und Herbewegung der Scheibe 27 auf einen Winkel von 90° bis 120° beschränkt. Die oszillierende Bewpgung des fest mit dem Rad 28 verbundenen Supports 14 erstreckt sich hingegen über einen Winkel bis zu 180° und darüber, über eine Zugfeder 30 wird die Rolle 25 in Anlage gegen die Kurvenscheibe 24 gehalten. Mit diesem Kurvenscheiben-System läßt sich auch die Geschwindigkeit derWinkelbewegung um die Achse Y-Y so verändern, daß innerhalb des Arbeitepieis eih^c gleichmäßige Spanabnahme erfolgt.

Auf dem Maschinenbett sind außerdem zur Richtung F (Pig. 1 u.2) parallele Gleitführungsbahnen 31 angeordnet, auf welchen ein Schlitten 32 verschiebbar ist. Auf diesem Schlitten sind der Schleifspindelstock 35 und ein die Schleifspindel treibender Motor . 3^- angeordnet. Der Schlitten 32 ist von Hand über ein Schraubradgetriebe 35 verschiebbar. Für die Schlittenbewegung läßt sich aber ebensogut eine selbsttätige hydraulische Vorrichtung bekannter Bauart einsetzen, welche den Schlitten für die Beschickung und Entnahme im Eilgang zurückfährt und sowohl einen Eil Zustellvorschub in Richtung F als auch einen langsamen Zustellvorschub gestattet. Diese klasäschen Vorrichtungen bedürfen hier keiner näheren Beschreibung. Der Schleifschlitten läßt sich in RichtunG auf zwei Weisen verschieben:

- für die eigentliche Schleifarbeit mit langsamen Zustellvarschub von wenigen Zehntelmillimeter in Richtung F, wo-

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bei dieser Zustellvorschub sowohl der Spantiefe als auch den SchleifscheibpnverschleiB während der eigentlichen Schleifaißit entspricht;

zur Eilrückführung in zum Pfeil P entgegengesetzter Richtung um einen Betrag von 10 his 100 mm, um die Entnahme des fertigen Werkstücks und Aufnahme eines neuen Werkstückrohlings im Spannkopf zu gestatten. In dieser Stellung läßt sich auch das Schärfen oder Abrichten der Schleifscheibe mittels ein-'s fluchtend zur Schleifscheibe angeordneten Abrichtdiaraanten 36 vornehmen.

Der Antrieb der Schleifspindel über den Untersetzungsmotor 34 kann über den dargestellten Riementrieb bestehend aus den Scheiben 37 und 38 und dem Riemen 39 erfolgen.

I¹Xg. 5 zeigt eine Tastvorrichtung, welche nach erfolgter? Fertigschliff des Werkstücks ein Signal erzeugt. Diese Vorrichtung weist einen Tastkopf 41 auf, z.B aus Wolframkarbid, welcher den Boden der im Schliff befindlichen Laufrille berührt. Dieser Tastkopf ist auf eimern Halter 42 angeordnet, der über eine elektrische Steuervorrichtung, einen Arbeitszylinder 43 und ein Gelenkglied 44 automatisch ausfahrbar ist, sobald der Tastkopf das exakte Sollmaß erfaßt hat. Diese allgemein bekannte elekt-rische Steuervorrichtung ist hier nicht näher dargestellt» Das Ausfahren des Tastkopfes ermöglicht die Entnahme des Werkstücks und eine neue Beschickung. Die genaue Positionierung des Tastkopfs erfolgt über eine Mikrometer-Anschlagschraube 45·

In Pig. 4und 5 sind die jeweiligen Endstellung'''des Werkstückspannkopfs 1und des Schleifschlittrns 32 (Fig. 4) gestrichelt eingzeichnet.

Die Erfindung erzielt in der Hauptsache-folgende Vorteile:

- eine vollkommene Kreisförmigkeit des Profilquerschnnits, selbst bei Laufrillen für sehr kleine Kugeln;

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einen garantiert gleichbleibenden Hauptradius des Torus, und zvar selbst bei Großserienfertigung ohne eine Einstellung, Überwachung oder Regelung;

- einen Präzisionsschliff torischer Laufrillen mit einem Zentriwinkel bis zu ca. 160°;

eine präzise Erzeugung des Rillenprofils ohne die Notwendigkeit eines Abrichtens der Schleifscheibe, und zwar dank Selbstschärfung deren Schnittkante;

- eine einfache Steuerung während der Schleifarbeit; da nur ein einziges Maß zu überwachen ist, genügt es, den Zustellvorschub der Schleifscheibe automatisch zu stoppen, sobald das Fertigraaß erreicht ist. Die anderen Maße werden durch die vorgegebenen "Werte von selbst erzielt;

die Verwendung einer Schleifscheibe mit verhältnismäßig großem Durchmesser im Vergleich zur Breite des auszuschleifenden Torus, so daß sich eine große Anzahl von Werkstücken ohne Schleifscheibenwechsel fertigstellen läßt. Dieser Vorteil wird noch dadurch ergänzt, daß während der Arbeit kein Forraabrichten erforderlich ist;

die Verwendung einer Schleifscheibe größtmöglicher Dicke bei folgender Ausführungsform: In Pig. 2 ist gestrichelt ei^ Profil 50, 5Ί eing-zeichnet. Durch die Kontur 50 wird der Umfangsbereich der Schleifscheibe verstärkt und die aktive Schleifscheibenbreite vergrößert, wobei ein Bereich 52 unverstärkt bleibt, um die oszillierende Bewegung des Werkstücks um die Achse Y-Y nicht zu beschränken. Die Außenkontur 51 verstärkt hingegen die Verbindung mit der Nabe. Durch diese Formgebung läßt sich eine Verringerung des Winkels erreichen.

Im übrigen können die Winkel C{* und (Xp etwas höher als die durch die Formeln gegebenen Werte eingestellt werden, so daß

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sich eine leichte Überschneidung der Lsufrillenränder gegenüber der Schleifscheibenkante ergibt. Auf diese Weise lassen' sich kleine Abfasungen nebenbei mit herstellen, die für die Haltigkeit der Laufrillen sehr vorteilhaft sind. Dabei erfolgt durch Verschleiß eine leichte Abfasung der Schleifscheibe ohne Jeden Nachteil.

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Claims

β München 40, Eüaaiio;'astraße^

GI₁ASKZEE SPICER
Poissy / Frankreich

"Maschine zum-Schleifen torischer Rillenprofile"

Ansprüche

M./Maschine zum Schleifen torischer Rillenprofile, mit einer: Werkstückspannkopf, der um eine erste, die Hauptachse des zu schleifenden Torus bildende Achse drehbar und um eine zweit·", zur ersten Achse senkrechten und durch den Mittelpunkt eines Profilschnitts des Torus verlaufenden Achse oszillierbar ist, mit einem Schleifkörper in Fore einer Schleifscheibe, deren Hauptebene sich durch die zweite Achse erstreckt, und mit Vorrichtungen, über welche diese Schleifscheibe um ihre Drehachse drehbar und in einer durch eine zur Drehachse des Schleifkörpers und zur zweiten Achse senkrechten Gerade definierten Richtung zustellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse und die Oszillationsachse des Werkstückspannkopfes zueinander genau festgelegt sind.
2. Haschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifkörper in seinem aktiven Schneidbercich eine gegenüber dem Radius der auszuarbeitenden Rille geringere Dicke aufweist. _909843/1 Q₁₂

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3· Maschine nach, einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der chleifkörper eine zu seiner durch die Oszillationsachse des Werkstückspannkopfs verlaufenden Hauptebene assyrainetrische Gestalt "besitzt.
4. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifkörper auf mindestens einer Seite eine seinen aktiven Bereich verstärkende Verdickung und eine gegenüber diesem aktiven Bereich zurückgesetzte Vertiefung aufweist.
5. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifkörper auf der einen Seite eiiE sich an seinen aktiven Bereich anschließende erste Verdickung (50) aufweist und eine sich an die Nahe anschließende zweite Verdickung (51) auf der anderen Seite.
6. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,-gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (40) zur Erfassung der Rillentiefe, durch welche der Schleif Vorgang "bei erreichtem Sollraaß· von Radius und Tiefe zu beenden ist.
7. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erfassung der Rillentiefe einen einziehbaren, den Abstand (_e) zwischen dem Rillenboden und der Auflagefläche des Werkstücks auf dem Spannkopf erfassenden Tastkopf (41) aufweist
8. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dir Amplitude der Oszillationsbewegung des Werkstücks so bemeßbar ist, daß die Rillenränder die Schleifkörperkanten unter Bildung von Abfasungen berühren.

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