CN114555295B - 用于对工件中正交对齐的孔进行珩磨操作的珩磨机和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对工件中的正交对齐的孔进行珩磨操作、特别是用于珩磨汽缸曲柄轴箱中的汽缸孔和轴承座圈孔的珩磨机和方法。

Description

用于对工件中正交对齐的孔进行珩磨操作的珩磨机和方法

技术领域

本发明涉及一种具有权利要求1的前序部分的特征的用于对工件中正交对齐的孔进行珩磨操作、特别是用于珩磨汽缸曲柄轴箱中的汽缸孔和轴承座圈孔的研磨机和方法、一种具有权利要求2的前序部分的特征的珩磨机、一种具有权利要求4的前序部分的特征的珩磨机、一种具有权利要求8的前序部分的特征的用于对工件中正交对齐的孔进行珩磨操作、特别是用于珩磨汽缸曲柄轴箱中的汽缸孔和轴承座圈孔的方法、一种具有权利要求9的前序部分的特征的方法、一种具有权利要求10的前序部分的特征的方法、以及一种具有权利要求11的前序部分的特征的方法。

背景技术

通常被称为“曲柄轴箱”或“发动机缸体”的汽缸曲柄轴箱是内燃机或内燃机的组成部件，例如，它们用于个人或货运车辆、飞机、船舶和固定设施。最常见的变型是多缸发动机，其活塞经由连杆连接到旋转曲柄轴，并且将发动机所生成的力传递至车轮、船用螺旋桨、飞机螺旋桨、发电机等。

汽缸曲柄轴箱是具有正交对齐的孔的工件的一个示例。

在发动机缸体内有多个直线对齐的汽缸孔。直列发动机或V型发动机中的曲柄轴位于下方，在气缸对置发动机中，曲柄轴位于汽缸之间并且抵靠曲柄轴轴承孔的轴承中的汽缸曲柄轴箱设置。轴承通常是滑动轴承，有时是滚柱轴承。为了确保曲柄轴的高同心度，并由此使操作期间不期望的磨损和振动迹象最小化，曲柄轴必须满足严格的形状公差要求。轴承的大小和在汽缸曲柄轴箱中的位置也必须具有高度的容差。

内燃机和汽缸曲柄轴箱的相关部件的相对严格的公差源于这些部件的复杂功能。汽缸孔的形状、尺寸和表面形貌在很大程度上决定了内燃机的磨损、摩擦、油的使用和排放值，以及基于摩擦的性能和有效性。压缩的燃烧室容积主要影响发动机的压缩。继而影响性能，并且由于燃烧过程而影响排放值和发动机声音。

其中，曲柄轴相对于活塞或汽缸孔的精确位置对于减轻高度应变的发动机部件的磨损是重要的。具体而言，这些部件是曲柄轴上的活塞/活塞螺栓、连杆和连杆轴承、以及汽缸曲柄轴箱中的曲柄轴的轴承。对于孔轴线的位置，不仅在空间中起绝对位置的作用，而且还起到角度位置或方位的作用。例如，在具有联轴器的控制齿轮中，曲柄轴和齿轮的输入轴一起移动。这意味着两个轴的精确同轴度对于长使用寿命是至关重要的。

发明内容

本发明的任务在于提供一种用于对工件(如上所述的汽缸曲柄轴箱)中的正交对齐的孔进行珩磨操作的珩磨机和方法，其中，工件中的孔可以在短时间内以可靠的方法完全借助于珩磨来进行高精度地加工。

该任务利用一种用于对工件中的正交对齐的孔进行珩磨操作的珩磨机来实现，其中，珩磨机包括：

机器底座和布置在机器底座上的机器内部传输***。

该传输***包括围绕竖直转台轴线旋转的转台。该转台包括多个工件入口。工件入口在圆周方向上彼此偏移地布置在距转台轴线一径向距离处，使得***到工件入口中的工件可沿圆形路径连续地移动，并且经由转台的旋转而穿过珩磨机的各个工作站。换言之，转台使工件沿圆形路径从一个工作站移动到另一个工作站。该传输***便于工件在各个工作站之间快速通过。转台可以设计为升降转台。转台或其平板可以是圆形的或具有不同的几何形状，例如三角形或矩形。

机器内部传输***、特别是转台可以例如利用单个装载站装载和卸载工件入口。与传输机不同，工件可以在它们进入的相同位置离开珩磨机。这简化了装载和卸载、特别是珩磨机与外部传送***的联接。如果有必要，外部传送***可以与其它珩磨机和/或其它加工机器一起使用，以创建生产线。

为此，工作站中的至少一个是包括至少一个竖直珩磨单元的竖直珩磨站。竖直珩磨单元包括具有珩磨工具的珩磨主轴，其中，主轴轴线与转台轴线平行对齐。竖直对齐的孔的珩磨通过工件与珩磨主轴或珩磨工具之间的围绕主轴轴线旋转并沿主轴轴线平移的相对运动来执行。这种相对运动通常是振荡的。主轴通常在孔内旋转并沿孔轴线前后移动。

另一个工作站是包括至少一个水平珩磨单元的水平珩磨站。水平珩磨单元包括具有珩磨工具的珩磨主轴。水平对齐的孔的珩磨通过工件与珩磨主轴或珩磨工具之间的围绕水平主轴轴线旋转并沿水平主轴轴线平移的相对运动来执行。该相对运动通常是振荡的。主轴通常在孔内旋转并沿孔轴线前后移动。然而，当珩磨水平对齐的孔时，可以构造为珩磨工具旋转并且仅平移地移入和移出孔一次。通常，工具的珩磨保持器被设置成偏大，这意味着它们的加工直径稍微稍大于正被加工的孔的直径。

珩磨机还包括致动器单元。该致动器单元被设计和布置成使得致动器单元移动工件，以便在水平珩磨站中进行珩磨。

水平珩磨单元的珩磨主轴可以不可移动地布置在珩磨机中，特别是在珩磨期间。但是，还可以的是在珩磨期间，除了工件的移动之外，水平珩磨单元的珩磨主轴也可以移动，特别是沿相反方向，以参与工件与珩磨主轴之间的上述相对运动。

工件通过致动器单元的运动可以减少水平珩磨单元的运动，或者如果水平珩磨单元不可移动，则仅限于珩磨主轴的旋转。这提高了珩磨主轴或珩磨工具在珩磨期间的使用精度。这产生了更精确的珩磨操作的总体结果。

此外，本发明的任务还利用一种具有权利要求1的前序部分的特征、特别是具有权利要求1的特征的珩磨机来实现，其中，机器内部传输***被设计成从转台上移动工件，以在水平珩磨站中进行珩磨。珩磨在转台外进行。工件特别是在圆形路径的外部被传输，在该圆形路径中，转台使工件移动。工件可以在转台的外部旋转和对齐。通常设置用于从转台移动工件并且还将工件返回到转台的装置。在转台移动期间，工件不离开珩磨机。通常在转台的外部进行加工，但是在转台所在的相同机器底座上进行。

因为珩磨在转台的外部进行，所以不会将由珩磨引起的不希望的振动和振荡传递至转台，或者这些不希望的振动和振荡被最小化。由此，转台上的其它工件也不受这些振动或振荡的影响。这提高了在其它工作站处加工工件期间的精度。

此外，本发明的任务利用一种具有权利要求1的前序部分的特征、特别是具有权利要求1或2的特征的珩磨机来实现，其中，水平主轴轴线沿加工方向延伸。珩磨期间的相对平移运动沿由加工方向指定的轴线发生。加工方向平行于径向延伸穿过转台轴线的方向，但与转台轴线间隔开。换言之，加工方向沿不通过转台中心的直线延伸。

这意味着水平珩磨单元可以在珩磨机上更灵活地定位和对齐。例如，多个、特别是两个水平珩磨单元可彼此相邻和/或彼此平行地放置在珩磨机上。这产生了整个过程的加速的结果。

此外，本发明的任务利用一种具有权利要求1的前序部分的特征、特别是具有权利要求1、2或3的特征的珩磨机来实现，其中，水平珩磨站包括工件入口，该工件入口包括具有平行于转台轴线的旋转轴线的旋转装置，利用该旋转装置可以改变工件的对齐。水平珩磨站中的珩磨可以以与竖直珩磨站中不同的对齐方式来进行。

这意味着水平珩磨单元可以在珩磨机上更灵活地定位和对齐。对于静止的工件或以固定对齐方式牢固地定位在转台上的工件，水平珩磨单元的位置和对齐将由工件的取向或对齐来指定。

对于珩磨机的有利构造，各个珩磨机的所有工作站都布置在共同的机器底座上。转台与机器底座上的所有工作站中的至少一个的对齐提高了珩磨机的紧凑性和速度。

在珩磨机的另一有利的变型中，珩磨机包括至少两个竖直珩磨站。至少一个竖直珩磨站包括一个竖直珩磨单元，该竖直珩磨单元经由滑动件可移动地布置在门形托架上。所有的竖直珩磨单元也可以经由滑动件可移动地布置在门形托架上。使用多个竖直珩磨站和/或竖直珩磨单元便于同时加工多个竖直对齐的孔。竖直珩磨站还可包括多个竖直珩磨单元，使得珩磨操作可在竖直珩磨站中的工件中的多个竖直对齐的孔中同时执行。因此，珩磨操作可以在各种竖直珩磨站中的各种工件中的多个竖直对齐的孔中同时执行。同时进行多个珩磨操作减少了珩磨机的总加工时间。

至少一个工作站可以是空站或用于进行其它加工操作(例如倒角)的工作站。

在珩磨机的另一有利的变型中，珩磨机包括四个工作站。第一工作站是装载和卸载站，在该处，待珩磨的工件被放置在转台上或从转台移除。

第二工作站被设计为第一竖直珩磨站。特别地，第二工作站可以用于预珩磨。

第三工作站被设计为水平珩磨站。在此进行水平珩磨操作。

第四工作站被设计为第二竖直珩磨站。第四工作站可以用于最终珩磨。

转台的传输方向是从第一工作站到第二工作站，或者更确切地说从第三工作站到第四工作站。在完成第四工作站之后，工件返回到第一工作站。工作站的数量和它们各自的设计(即作为装载/卸载站、两个竖直珩磨站、一个水平珩磨站)通过尽可能多的同时操作来优化工件的总加工时间，并且还便于珩磨机尽可能紧凑，精确地工作。特别地，这种分工可以有利地将工件在水平珩磨站中的移动或倾斜集成到工作循环中。这因此适用于工件在移动时的加速。

此外，本发明的任务通过具有权利要求8的特征的本发明的用于对工件中的正交对齐的孔进行珩磨操作的方法来实现。工件在珩磨期间在水平珩磨站中移动。特别地，水平珩磨单元的珩磨主轴至少在相对平移运动的方向上保持不动。

工件的移动可以减少水平珩磨单元的移动，或者如果水平珩磨单元不可移动，则限于珩磨主轴或布置在珩磨主轴处的珩磨工具的旋转。这提高了珩磨主轴或珩磨工具在珩磨加工期间的使用精度。这产生了珩磨操作的更精确的总体结果。本文描述的方法步骤部分地对应于所述珩磨机的结构设计。本文所列的益处也存在于方法步骤中。

此外，本发明的任务利用一种具有权利要求8的前序部分的特征、特别是具有权利要求8的特征的方法来实现，其中，为了进行水平珩磨，工件从转台移开，并且珩磨在转台的外部进行，特别地其中，工件在转台移动工件的圆形路径的外部移动。

因为珩磨在转台的外部进行，所以不会将珩磨引起的不希望的振动和振荡传递到转台，或者该振动和振荡被最小化。由此，位于转台上的其它工件不受这些振动或振荡的影响。这提高了在其它工作站处加工工件的精度。

此外，本发明的任务利用一种具有权利要求8的前序部分的特征、特别是具有权利要求8或9的特征的方法来实现，其中，水平主轴轴线沿加工方向延伸。珩磨期间的相对平移运动沿该轴线发生。加工方向平行于径向延伸穿过转台轴线的方向，但与转台轴线间隔开。换言之，加工方向沿不通过转台轴线的直线延伸。

这意味着水平珩磨单元可以更灵活地布置和对齐。例如，两个水平珩磨单元可以彼此相邻且平行地定位。也可以将水平珩磨单元和测量站彼此相邻且平行地定位。这加速了整个过程。

本发明的任务也利用一种具有权利要求8的前序部分的特征、特别是具有权利要求8、9或10的特征的方法来实现，其中，在进行水平珩磨之前改变工件的对齐。工件的对齐也可以在水平珩磨期间和/或之后改变。

这意味着水平珩磨单元可以更灵活地布置和对齐。在不可移动或牢固定位的工件的情况下，水平珩磨单元的位置和对齐将通过工件的取向或对齐来指定。

附图说明

本发明的其他特征、细节和优点从权利要求的措辞以及基于图示的示例性实施例的以下描述中是显而易见的。这些例示示出了：

图1是本发明的珩磨机的俯视图；

图2是如图1所示的本发明的珩磨机的侧视图；

图3是本发明的珩磨机的另一个示例性实施例的俯视图；以及

图4是如图3所示的本发明的珩磨机的侧视图。

在以下描述以及附图中，相应的部件和元件具有相同的附图标记。为了清楚起见，并非在所有附图中列出了全部附图标记。

具体实施方式

图1示出了本发明的用于对工件12中的正交对齐的孔进行珩磨操作的珩磨机10的俯视图。珩磨机10包括机器底座14，传输***16位于该机器底座14上。该传输***16包括围绕竖直转台轴线20旋转的转台18。在转台18上布置有四个工件入口22，其中，每个工件入口22都可以接收一个工件12。转台18围绕转台轴线20的旋转在圆形路径上传输工件12。然后，工件12被引导至各个工作站。四个工作站由四个工件12表示。图1中右侧所示的工作站是水平珩磨站24。水平珩磨站24包括水平珩磨单元26，其包括具有珩磨工具的珩磨主轴28。珩磨主轴28或珩磨工具沿水平主轴轴线30对齐。由此，水平珩磨操作沿该水平主轴轴线30进行。

珩磨机10还包括定位在机器底座14上的致动器单元32，其可以经由轨道***沿水平主轴轴线30来回移动工件12。在操作期间，工件12径向地移动远离转台18，使得在工件12与转台18之间不再有直接接触，并且转台基本上与工件振动地断开。工件12的这种断开防止了来自水平珩磨操作的振动和振荡经由工件12传递到转台18，并由此传递到其它工件12或工作站。

在对工件12执行水平珩磨操作之前，工件12在致动器单元32中对齐，使得待珩磨的水平对齐的孔沿水平主轴轴线30布置。在该示例性实施例中，水平珩磨单元26牢固地定位在机器底座14上，使得珩磨主轴28不能沿水平主轴轴线30移动。珩磨主轴28或珩磨工具在水平珩磨操作期间仅进行旋转。工件12经由致动器单元32沿水平主轴轴线30前后移动，同时珩磨主轴28或珩磨工具旋转，使得可以在先前沿水平主轴轴线30对齐的孔上进行珩磨操作。在完成水平珩磨操作之后，工件12返回到转台18的工件入口22，并经由转台18绕其竖直转台轴线20的旋转而被传输到下一个工作站。

各个工作站都可以是装载和卸载站、竖直珩磨站、测量站或另一水平珩磨站24。例如，在图1中的左侧由工件12指示的工作站可以是装载和卸载站，并且在图1的顶部和底部经由工件12指示的工作站可以是具有竖直珩磨单元(未示出)的竖直珩磨站。特别地，在图1的顶部由工件12指示的工作站可以用于竖直预珩磨，而在图1的底部由工件12指示的工作站可以用于竖直最终珩磨。工作站中的至少一个还可以是测量站，利用该测量站可以评估和监测在相应孔处进行的珩磨操作。但是，也可以在不是测量站的工作站处利用测量单元34进行测量。

图1所示的测量单元34经由滑动件布置在机器底座14上，使得可以对水平孔进行后测量，同时，例如，工件12位于用于竖直形状珩磨的工作站中(参见上文)。

图2示出了如图1所示的本发明所描述的珩磨机10的侧视图。显然，为了在水平珩磨站26中进行珩磨，工件12径向向外移动远离转台18，以便实现上述工件12与转台18的断开。此外，在该示例性实施例中的转台18是升降转台。这意味着在将工件12传输到下一个相应的工作站中之后，转台18可以降低。然后，工件12保留在相应的工作站中，并且不再与转台18连接。因此，转台18不是在各个工作站中所产生的不期望的振动或振荡可以通过其在各个工件12或工作站之间传递的介质。

图3示出了本发明所描述的珩磨机10的另一个示例性实施例的俯视图。这里，与前面的示例性实施例类似，也示出了由四个工件12指示的四个工作站。在这里所示的示例性实施例中，水平珩磨单元26定位在机器底座14上，使得水平主轴轴线30不延伸穿过转台轴线20。因此，工件12必须沿该水平主轴轴线30与其水平对齐的孔对齐。这利用旋转装置来完成，本文中不对其进行进一步解释。

在该示例性实施例中，水平珩磨单元26可通过轨道移动，使得水平珩磨单元26以及因此珩磨主轴28可利用珩磨工具沿水平主轴轴线30来回移动。为了进行水平珩磨操作，珩磨主轴28通过在工件12对齐之后移动水平珩磨单元26而下降到工件12中或待珩磨工件12的孔中。

在完成水平珩磨操作之后，工件12再次由旋转装置(未示出)旋转，使得珩磨操作可以由测量装置34评估和监测。旋转的工件12及其对齐在图3中用细虚线示出。测量装置34还经由轨道沿机器底座14上的轴线可移动地定位。由此，水平珩磨和后测量可以在同一工作站进行。不需要用于水平珩磨操作的后测量或后监测的单独工作站。然而，测量站可以被提供为仅进行后测量的工作站。

与前述示例性实施例类似，各个工作站都可以是装载和卸载站、竖直珩磨站、(附加的)测量站或另一水平珩磨站24。

图4示出了如图3所示的本发明所描述的珩磨机10的侧视图。在该示例性实施例中，转台18也被设计为升降转台，以便防止经由转台18传递/传播不期望的振荡或振动。

Claims (10)

1.一种用于对工件(12)中的正交对齐的孔进行珩磨操作的珩磨机(10)，所述珩磨机(10)具有：

机器底座(14)；

至少一个机器内部传输***(16)，所述至少一个内部传输***(16)布置在所述机器底座(14)上，包括转台(18)，所述转台(18)围绕竖直转台轴线(20)旋转并且具有多个工件入口(22)，所述多个工件入口(22)在圆周方向上彼此偏移地布置在距所述转台轴线(20)一径向距离处，使得***到工件入口(22)中的工件(12)能够沿圆形路径连续地移动，并且经由所述转台(18)的旋转而穿过所述珩磨机(10)的各个工作站；

其中，所述工作站中的至少一个是包括至少一个竖直珩磨单元的竖直珩磨站，所述竖直珩磨单元具有珩磨主轴，所述珩磨主轴被设计成用于通过所述工件(12)与所述珩磨主轴之间的围绕主轴轴线旋转并且沿所述主轴轴线平移的相对运动来珩磨沿竖直方向对齐的孔，其中，所述主轴轴线平行于所述转台轴线(20)对齐；

其中，所述工作站中的另一个是包括至少一个水平珩磨单元(26)的水平珩磨站(24)，所述水平珩磨单元(26)具有珩磨主轴(28)，所述珩磨主轴(28)被设计成用于通过所述工件(12)与该珩磨主轴(28)之间的、围绕水平主轴轴线(30)旋转并且沿所述水平主轴轴线(30)平移的相对运动来珩磨沿水平方向对齐的孔，

其特征在于，

所述珩磨机(10)包括致动器单元(32)，所述致动器单元(32)被布置和设计成在所述水平珩磨站(24)中通过移动所述工件(12)来进行所述珩磨，其中，所述水平珩磨单元(26)的所述珩磨主轴(28)不可移动地布置在所述珩磨机(10)中，用于进行所述珩磨，或者

所述机器内部传输***(16)被设计成：为了在所述水平珩磨站(24)中进行所述珩磨，所述工件(12)从所述转台(18)移开，并且所述珩磨在所述转台(18)的外部进行，其中，所述工件(12)在所述转台(18)移动所述工件(12)的所述圆形路径的外部移动。

2.根据权利要求1所述的珩磨机(10)，

其特征在于，

所述水平主轴轴线(30)沿加工方向延伸，并且在所述珩磨期间沿该轴线发生相对平移运动，其中，该加工方向平行于径向延伸通过所述转台轴线(20)的方向，但与所述转台轴线(20)间隔开。

3.根据权利要求1或2所述的珩磨机(10)，

其特征在于，在所述水平珩磨站(24)中具有旋转装置，使得能够改变所述工件(12)的对齐，从而能够以与所述工件(12)在所述竖直珩磨站中不同的对齐来进行所述水平珩磨站(24)中的加工。

4.根据权利要求1或2所述的珩磨机(10)，

其特征在于，所述珩磨机的所有工作站均布置在所述机器底座(14)上。

5.根据权利要求1或2所述的珩磨机(10)，

其特征在于，

所述珩磨机(10)包括至少两个竖直珩磨站，

其中，至少一个竖直珩磨站包括竖直珩磨单元，该竖直珩磨单元经由滑动件而能够移动地布置在门形托架上。

6.根据权利要求1或2所述的珩磨机(10)，

其特征在于，

所述珩磨机(10)包括：第一工作站，所述第一工作站被设计为装载和卸载站；

第二工作站，

其中，所述第二工作站是第一竖直珩磨站；

第三工作站，

其中，所述第三工作站是水平珩磨站(24)；和

第四工作站，

其中，所述第四工作站是第二竖直珩磨站。

7.一种用于对工件(12)中的正交对齐的孔进行珩磨操作的方法，其中，所述方法包括以下步骤：

在围绕竖直转台轴线(20)旋转的转台(18)处接收所述工件(12)；通过所述转台(18)的旋转沿圆形路径在各个工作站之间连续地传输所述工件(12)；

其中，所述工作站中的至少一个是竖直珩磨站，在所述竖直珩磨站中，沿竖直方向对齐的孔通过所述工件(12)与珩磨主轴之间的、围绕主轴轴线旋转并且沿所述主轴轴线平移的相对运动而被珩磨，其中，所述主轴轴线平行于所述转台轴线(20)对齐；

其中，所述工作站中的另一个是水平珩磨站(24)，在所述水平珩磨站(24)中，沿水平方向对齐的孔通过所述工件(12)与珩磨主轴(28)之间的、围绕水平主轴轴线(30)旋转并沿所述水平主轴轴线(30)的相对运动而被珩磨，

其特征在于，

为了在所述水平珩磨站(24)中进行珩磨，移动所述工件(12)，并且水平珩磨单元(26)的所述珩磨主轴(28)至少在相对平移运动的方向上保持不动，或者

为了进行水平珩磨，所述工件(12)从所述转台(18)移开，并且在所述转台(18)的外部进行珩磨，其中，所述工件(12)在所述转台(18)移动所述工件(12)的所述圆形路径的外部移动。

8.根据权利要求7所述的方法，

其特征在于，

所述水平主轴轴线(30)沿加工方向延伸，并且在珩磨期间沿该轴线发生相对平移运动，其中，该加工方向平行于径向延伸通过所述转台轴线(20)的方向，但与所述转台轴线(20)间隔开。

9.根据权利要求7或8所述的方法，

其特征在于，

在水平珩磨之前改变所述工件(12)的对齐。

10.根据权利要求7或8所述的方法，

其特征在于，

根据权利要求1至6中任一项所述的珩磨机(10)用于执行所述方法。