DE10342135A1 - Vorrichtung zur Finishbearbeitung von Wellen, insbesondere Kurbel- und Nockenwellen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Finishbearbeitung von Wellen, insbesondere von Kurbel- und Nockenwellen, mit Werkzeugträger (1), endlosem Schleifband (2) zur Bearbeitung eines um seine Rotationsachse (A) rotierenden Werkstückes (3), einem am Werkzeugträger (1) angeordneten Schleifbandantrieb (4), welcher das Schleifband (2) während einer Werkstückbearbeitung kontinuierlich antreibt, und einer Spannvorrichtung (5) für das Schleifband (2). Der Werkzeugträger (1) weist einen Bearbeitungskopf (6) mit zwei zueinander beabstandeten Bandumlenkungen (7) auf, die einen Arbeitsbereich (L) des Bearbeitungskopfes (6) begrenzen. Erfindungsgemäß umgreift der Bearbeitungskopf (6) die zu bearbeitende Umfangsfläche des Werkstückes (3) gabelförmig so, dass das im Arbeitsbereich (L) frei gespannte Schleifband (2) das Werkstück (3) teilweise umschlingt und in einem durch den Umschlingungswinkel (alpha) vorgegebenen Bereich flächig am Werkstück (3) anliegt. Der Werkzeugträger (1) ist schwenkbar um eine Drehachse (B) gelagert, die parallel zur Rotationsachse (A) des Werkstückes (3) ausgerichtet ist und in einem zwischen dem Bearbeitungskopf (6) und dem Schleifbandantrieb (4) liegenden Werkzeugträgerbereich angeordnet ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Finishbearbeitung von Wellen, insbesondere von Kurbel- und Nockenwellen mit
Werkzeugträger,
endlosem Schleifband zur Bearbeitung eines um seine Rotationsachse rotierenden Werkstückes,
einem am Werkzeugträger angeordneten Schleifbandantrieb, welcher das Schleifband während einer Werkstückbearbeitung kontinuierlich antreibt und
einer Spannvorrichtung für das Schleifband,
wobei der Werkzeugträger einen Bearbeitungskopf mit zwei zueinander beabstandeten Bandumlenkungen aufweist, die einen Arbeitsbereich des Bearbeitungskopfes begrenzen und wobei das Schleifband über die Bandumlenkungen geführt ist und im Arbeitsbereich über die zu bearbeitende Umfangfläche des Werkstückes läuft und wobei der Bearbeitungskopf die zu bearbeitende Umfangfläche des Werkstückes gabelförmig so umgreift, dass das im Arbeitsbereich freigespannte Schleifband das Werkstück teilweise umschlingt und in einem durch den Umschlingungswinkel vorgegebenen Bereich flächig am Werkstück anliegt. - Eine Vorrichtung mit den eingangs beschriebenen Merkmalen ist aus der Druckschrift
US 6,220,946 B1 bekannt. Bei der bekannten Ausführung ist der Bearbeitungskopf schwenkbeweglich an den Werkzeugträger gelagert, welcher an einer Stellspindel linear beweglich geführt ist. Um umlaufende Umfangsflächen von Kurbel- und Nockenwellen bearbeiten zu können, muss der Werkzeugträger lineare Stellbewegungen ausführen, die auf die Rotationsgeschwindigkeit des Werkstückes und die Schwenkbewegungen des Bearbeitungskopfes abgestimmt müssen. Der apparate- und steuerungstechnische Aufwand ist groß. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit den eingangs beschriebenen Merkmalen anzugeben, die eine einfache und kostengünstige Finishbearbeitung von Wellen, insbesondere von Kurbel- und Nockenwellen, ermöglicht und mit der Werkstückflächen mit hoher Oberflächengüte herstellbar sind.
- Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Werkzeugträger schwenkbar um eine Drehachse gelagert ist, die parallel zur Rotationsachse des Werkstückes ausgerichtet ist und in einem zwischen dem Bearbeitungskopf und dem Schleifbandantrieb liegenden Werkzeugträgerbereich angeordnet ist. Aufgrund der Umschlingung des Werkstückes durch das Schleifband liegt eine große Kontaktfläche mit gleichmäßiger Flächenpressung zwischen Schleifband und zu bearbeitender Werkstückfläche vor. Der als Schwenkarm ausgebildete Werkzeugträger kann durch eine oszillierende Schwenkbewegung den umlaufenden Werkstückflächen von Nocken- und Kurbelwellen folgen, wobei sich der Kontaktbereich zwischen Schleifband und Werkstück innerhalb des Arbeitsbereiches während der Umlaufbewegung entsprechend verschiebt. Aufgrund der einfachen Konstruktion und Betriebsweise erlaubt die erfindungsgemäße Vorrichtung eine kostengünstige Finishbearbeitung von wellenförmigen Werkstücken, beispielsweise auch Kurbel- und Nockenwellen. Die Vorrichtung ist flexibel einsetzbar und daher insbesondere für die Anfertigung von Einzelteilen oder kleinen Serien geeignet. Vorzugsweise ist der Abstand des Schleifbandantriebes von der Drehachse des Werkzeugträgers so festgelegt, dass ein weitgehender Massenausgleich der um die Drehachse schwingenden Massen gegeben ist.
- Der Werkzeugträger kann z. B. eine mechanische, hydraulische oder pneumatische Feder zur Einstellung einer definierten Andruckkraft bei der Finishbearbeitung aufweisen. Es kann auch eine entlang des Werkzeugträgers verschiebbar angeordnete Masse vorgesehen sein, die vor dem Bearbeitungsbeginn an einer bestimmten Position des Werkzeugträgers arretierbar ist, um die Andruckkraft für die Finishbearbeitung einzustellen.
- Der Werkzeugträger kann an einer Zustelleinrichtung gelagert sein, die Zustellbewegungen gegen das Werkstück ausführt. Durch den Zustellhub ist der Umschlingungswinkel des Schleifbandes veränderbar, wobei die Andruckkraft des Schleifbandes vom Umschlingungswinkel praktisch unabhängig ist. Die Zustelleinrichtung ist ferner entlang der Rotationsachse des Werkstückes verschiebbar. Die Spannvorrichtung ist vorzugsweise am Werkzeugträger angeordnet. Im Umlaufweg des Schleifbandes kann ein Bandspeicher angeordnet sein, in dem das Schleifband eine Bandschlaufe bildet, wobei die Länge der Bandschlaufe mittels einer Stelleinrichtung einstellbar ist. Dies erlaubt eine variable Verstellung des Umschlingungswinkels zwischen Schleifband und Werkstück über einen großen Bereich hinweg. Zur Durchführung unterschiedlicher Bearbeitungsschritte kann der Umschlingungswinkel auch während der Werkstückbearbeitung verändert werden. Der Bandspeicher ist vorzugsweise am Werkzeugträger angeordnet.
- Die den Arbeitsbereich begrenzenden Bandumlenkungen können relativ zueinander verstellbar angeordnet sein. In diesem Fall kann der Bearbeitungskopf verschwenkbare Gabelarme aufweisen, an denen die Bandumlenkungen angeordnet sind. Dies erlaubt die Einstellung eines großen Umschlingungswinkels zwischen Schleifband und Werkstück. Insbesondere sind hierbei Umschlingungswinkel von mehr als 180° realisierbar.
- Dem Schleifband kann ein Stützband zugeordnet sein, das im Arbeitsbereich parallel zum Schleifband gespannt ist und die Rückseite des Schleifbandes abstützt. Hierdurch wird die mechanische Beanspruchung des Schleifbandes während der Bearbeitung erheblich reduziert, so dass keine besonderen Anforderungen an die Zugfestigkeit des Schleifbandes gestellt werden müssen. Das Stützband kann aus einem zugfesten Material, beispielsweise Metall, oder aber auch aus einem gummielastischen Material bestehen. Das Stützband kann am Werkzeugträger fest angeschlossen sein. Vorzugsweise läuft das Stützband ebenfalls um. In diesem Fall kann das Stützband am Werkzeugträger als Endlosband über Bandumlenkungen und eine separate Spanneinrichtung geführt sein und von dem Schleifbandantrieb oder einem separaten Antrieb angetrieben werden. Vorzugsweise führen das Schleifband und das Stützband gleichgerichtete Umlaufbewegungen mit gleicher Bandgeschwindigkeit aus. Hierdurch ist eine optimale Zugentlastung des Schleifbandes möglich.
- Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlich erläutert. Es zeigen schematisch:
-
1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Finishbearbeitung von Wellen und -
2 eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ebenfalls in einer Seitenansicht. - Die
1 zeigt eine Vorrichtung zur Finishbearbeitung von Wellen, insbesondere von Kurbel- und Nockenwellen. Die Vorrichtung weist einen Werkzeugträger1 , ein endloses Schleifband2 zur Bearbeitung eines um seine Rotationsachse A rotierenden Werkstückes3 , einen am Werkzeugträger1 angeordneten Schleifbandantrieb4 , welcher das Schleifband2 während einer Werkstückbearbeitung kontinuierlich antreibt, und eine am Werkzeugträger1 angeordnete Spannvorrichtung5 für das Schleifband2 auf. Der Werkzeugträger1 besitzt einen Bearbeitungskopf6 mit zwei zueinander beabstandeten Bandumlenkungen7 , die einen Arbeitsbereich L des Bearbeitungskopfes6 begrenzen und im Ausführungsbeispiel als Umlenkrollen ausgebildet sind. Das Schleifband2 ist über die Umlenkrollen7 geführt und läuft im Arbeitsbereich L über die zu bearbeitende Umfangsfläche des Werkstückes3 . Der Bearbeitungskopf6 umgreift die zu bearbeitende Umfangfläche des Werkstückes3 gabelförmig so, dass das im Arbeitsbereich L frei gespannte Schleifband2 das Werkstück3 teilweise umschlingt und in einem durch den Umschlingungswinkel α vorgegebenen Bereich flächig am Werkstück3 anliegt. Der Werkzeugträger1 ist schwenkbar um eine Drehachse B gelagert, die parallel zur Rotationsachse A des Werkstückes3 ausgerichtet ist und in einem zwischen dem Bearbeitungskopf6 und dem Schleifbandantrieb4 liegenden Werkzeugträgerbereich angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung gewährleistet eine große Kontaktfläche mit gleichmäßiger Flächenpressung zwischen dem Schleifband2 und der zu bearbeitenden Werkstückfläche. Hierdurch sind sehr hohe Oberflächengüten erzielbar. Der als Schwenkarm ausgebildete Werkzeugträger1 folgt durch eine oszillierende Schwenkbewegung der Umlaufbewegung des im Ausführungsbeispiel als Kurbelwelle ausgebildeten Werkstückes3 . Hierdurch ist eine Finishbearbeitung derartiger Werkstücke mit einer vergleichsweise einfachen Konstruktion möglich. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich als Zusatzeinrichtung für Drehbänke, auf denen das Werkstück zur Finishbearbeitung zwischen Spindel und Reitstock gespannt wird. Sie kann auf dem an der Drehbank vorhandenen Werkzeugschlitten montiert werden. - Durch die Anordnung der Werkzeugträger-Drehachse B zwischen dem Bearbeitungskopf
6 und dem Schleifbandantrieb4 liegt das Schleifband2 mit einer einstellbaren Kraft auf der zu bearbeitenden Werkstückfläche auf. Im Ausführungsbeispiel ist der Abstand des Schleifbandantriebes4 von der Drehachse B des Werkzeugträgers1 so festgelegt, dass ein weitgehender Massenausgleich der um die Drehachse B schwingenden Massen gegeben ist. Zur Einstellung einer definierten Andruckkraft zwischen Schleifband2 und Werkstückfläche ist eine entlang des Werkzeugträgers1 verschiebbar angeordnete Masse8 angeordnet, die vor Bearbeitungsbeginn an einer bestimmten Position arretiert werden kann. Der Werkzeugträger1 ist an einer Zustelleinrichtung9 gelagert, die Zustellbewegungen gegen das Werkstück3 ausführt. Bei der Zustelleinrichtung kann es sich auch um einen Werkzeugschlitten einer üblichen Universaldrehmaschine handeln. - Im Ausführungsbeispiel ist der Werkzeugträger mit einer im Wesentlichen horizontalen Erstreckung dargestellt. Er kann auch vertikal oder mit einer beliebigen Ausrichtung angeordnet werden.
- In
1 ist dem Schleifband2 ein Stützband10 zugeordnet, das im Arbeitsbereich L parallel zum Schleifband2 gespannt ist und die Rückseite des Schleifbandes2 abstützt. Hierdurch wird die mechanische Zugbeanspruchung des Schleifbandes2 während der Bearbeitung erheblich reduziert, so dass keine besonderen Anforderungen an die Zugfestigkeit des Schleifbandes2 gestellt werden müssen. Das Stützband10 besteht im Ausführungsbeispiel aus Metall. Alternativ können jedoch auch elastische Materialien, beispielsweise Gummi, als Stützbandmaterial eingesetzt werden. Das Stützband10 ist im Ausführungsbeispiel am Werkzeugträger1 als Endlosband über die Umlenkrollen7 und eine separate Spanneinrichtung11 geführt und wird ebenfalls von dem Schleifbandantrieb4 angetrieben. Alternativ kann jedoch auch ein separater Stützbandantrieb und eine separate Führung innerhalb des Arbeitsbereiches vorgesehen sein. Das Schleifband2 und das Stützband10 führen gleichgerichtete Umlaufbewegungen mit gleicher Bandgeschwindigkeit aus. Hierdurch ist gewährleistet, dass im Kontaktbereich zwischen Schleifband2 und Stützband10 praktisch keine Relativbewegung zwischen den beiden Bändern2 ,10 vorliegt. Dies führt zu einer optimalen Entlastung des Schleifbandes2 . - In
2 ist im Umlaufweg des Schleifbandes2 ein Bandspeicher12 angeordnet, in dem das Schleifband2 eine Bandschlaufe13 bildet. Die Länge der Bandschlaufe13 ist mittels einer als verschiebbare Führungsrolle ausgebildeten Stelleinrichtung14 einstellbar. Hierdurch kann der Umschlingungswinkel α zwischen dem Schleifband2 und dem Werkstück3 über einen großen Bereich hinweg variabel verstellt werden. Zur Durchführung verschiedener Bearbeitungsschritte kann hierbei der Umschlingungswinkel α auch während der Werkstückbearbeitung verändert werden. Der Bandspeicher12 ist am Werkzeugträger1 angeordnet. Die den Arbeitsbereich begrenzenden Umlenkrollen7 sind ferner relativ zueinander verstellbar angeordnet. Der in2 dargestellte Bearbeitungskopf6 weist verschwenkbare Gabelarme15 auf, an denen die Umlenkrollen7 angeordnet sind. Hierbei ist eine flexible Einstellung des Umschlingungswinkels α zwischen Schleifband2 und Werkstück3 möglich. Insbesondere können auch große Umschlingungswinkel α realisiert werden. Zur Einstellung einer definierten Andruckkraft zwischen Schleifband2 und Werkstück3 ist am Werkzeugträger1 eine verstellbare Feder16 vorgesehen, die mit der Zustelleinrichtung9 verbunden ist. - Bei den in
1 und2 dargestellten Vorrichtungen rotiert das Werkstück3 jeweils entgegen der Umlaufrichtung des Schleifbandes2 , so dass eine sehr hohe Relativgeschwindigkeit zwischen Schleifband2 und zu bearbeitender Werkstückfläche vorliegt, die für die Erzielung von sehr guten Finishergebnissen wichtig ist.
Claims (10)
- Vorrichtung zur Finishbearbeitung von Wellen, insbes. von Kurbel- und Nockenwellen mit Werkzeugträger (
1 ), endlosem Schleifband (2 ) zur Bearbeitung eines um seine Rotationsachse (A) rotierenden Werkstückes (3 ), einem am Werkzeugträger (1 ) angeordneten Schleifbandantrieb (4 ), welcher das Schleifband (2 ) während einer Werkstückbearbeitung kontinuierlich antreibt und einer Spannvorrichtung (5 ) für das Schleifband (2 ), wobei der Werkzeugträger (1 ) einen Bearbeitungskopf (6 ) mit zwei zueinander beabstandeten Bandumlenkungen (7 ) aufweist, die einen Arbeitsbereich (L) des Bearbeitungskopfes begrenzen (6 ), wobei das Schleifband (2 ) über die Bandumlenkungen (7 ) geführt ist und im Arbeitsbereich (L) über die zu bearbeitende Umfangsfläche des Werkstückes (3 ) läuft und wobei der Bearbeitungskopf (6 ) die zu bearbeitende Umfangsfläche des Werkstückes (3 ) gabelförmig so umgreift, dass das im Arbeitsbereich (L) frei gespannte Schleifband (2 ) das Werkstück (3 ) teilweise umschlingt und in einem durch den Umschlingungswinkel (α) vorgegebenen Bereich flächig am Werkstück (3 ) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugträger (1 ) schwenkbar um eine Drehachse (B) gelagert ist, die parallel zur Rotationsachse (A) des Werkstückes (3 ) ausgerichtet ist und in einem zwischen dem Bearbeitungskopf (6 ) und dem Schleifbandantrieb (4 ) liegenden Werkzeugträgerbereich angeordnet ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand des Schleifbandantriebes (
4 ) von der Drehachse (B) des Werkzeugträgers (1 ) so festgelegt ist, dass ein weitgehender Massenausgleich der um die Drehachse (B) schwingenden Massen gegeben ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugträger (
1 ) an einer Zustelleinrichtung (9 ) gelagert ist, die Zustellbewegungen gegen das Werkstück ausführt. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (
5 ) am Werkzeugträger (1 ) angeordnet ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Umlaufweg des Schleifbandes (
2 ) ein Bandspeicher (12 ) angeordnet ist, in dem das Schleifband (2 ) eine Bandschlaufe (13 ) bildet, und dass die Länge der Bandschlaufe (13 ) mittels einer Stelleinrichtung (14 ) einstellbar ist. - Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bandspeicher (
12 ) am Werkzeugträger (1 ) angeordnet ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die den Arbeitsbereich (L) begrenzenden Bandumlenkungen (
7 ) relativ zueinander verstellbar angeordnet sind. - Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungskopf (
6 ) verschwenkbare Gabelarme (15 ) aufweist, an denen die Bandumlenkungen (7 ) angeordnet sind. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Schleifband (
2 ) ein Stützband (10 ) zugeordnet ist, das im Arbeitsbereich (L) parallel zum Schleifband (2 ) gespannt ist und die Rückseite des Schleifbandes (2 ) abstützt. - Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützband (
10 ) am Werkzeugträger (1 ) als Endlosband über Bandumlenkungen (7 ) und eine separate Spanneinrichtung (11 ) geführt ist und von dem Schleifbandantrieb (4 ) oder einem separaten Antrieb angetrieben wird.
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