DE19619825A1

DE19619825A1 - Vorrichtung zum Mikrofinishen von Kurbelwellen oder dergleichen Werkstücken

Info

Publication number: DE19619825A1
Application number: DE19619825A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Lehmann
Original assignee: NAXOS UNION SCHLEIFMITTEL
Current assignee: NAXOS-UNION GMBH, 73084 SALACH, DE
Priority date: 1996-05-16
Filing date: 1996-05-16
Publication date: 1997-11-20
Also published as: DE59710787D1; EP0906173B1; WO1997043088A1; DE29610110U1; EP0906173A1; ES2207729T3

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mikrofinishen zylindrischer Oberflächen von Werkstücken, beispielsweise der Lagersitze von Kurbelwellen oder dergleichen, wobei das Werkstück drehbar gelagert und vorzugsweise mit niedriger Drehzahl antreibbar ist, mit einer Mehrzahl von die zu bearbeitende Werkstückoberfläche umgreifenden Backen, die über den Umfang der Werkstückoberfläche verteilt angeordnet sind.

Im Anschluß an das Fertigschleifen werden die Laufsitze der Mittellager und Hublager von Kurbelwellen einem sogenannten Mikrofinishen unterworfen, um die bei der Massenfertigung in der Automobilindustrie geforderte Oberflächengüte der Gleitlager zu erreichen. Hierzu werden Schleifmittel auf flexiblen Band (Schleifband) oder in keramisch gebundener Form (Finishstein) gegen den fertiggeschliffenen Laufsitz gedrückt und dieser bei langsamer Werkstückdrehzahl von beispielsweise 100 Umdrehungen pro Minute unter Zugabe von Kühlschmiermitteln wie Petroleum oder dünnflüssigen Ölen poliert. Durch das Mikrofinishen läßt sich die Oberflächengüte des Fertig schleifens von beispielsweise R_z = 3 µm auf Werte von R_z = 1 µm verbessern. Hierbei nimmt der Durchmesser des Laufsitzes leicht ab, die vom Fertigschleifen vorgegebene Durchmesserto leranz bleibt jedoch bestehen. Die Rundheit und Welligkeit, die Raumgeometrie des Sitzes, werden nicht oder nur unwesent lich verändert.

Aus der US 4,682,444 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Mikrofinishen bekannt, bei dem ein im wesentlichen unkompressibles Schleifband über an den gewünschten Enddurch messer des Laufsitzes angepaßte Andrückelemente gegen den Laufsitz gepreßt wird. Durch gezielte Materialabnahme läßt sich die Rundheit und Welligkeit des Laufsitzes gegenüber der vom Fertigschleifen vorgegebenen Qualität verbessern, die Anordnung des zur Vermeidung einer Abnutzung der Andrück elemente zwischengeschalteten Schleifbandes bedingt jedoch einen relativ komplizierten Aufbau der Maschine.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine hervorragende Oberflächenqualität der Werkstückoberfläche bei einfachem Aufbau der Mikrofinishvorrichtung zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird mit der Erfindung im wesentlichen dadurch gelöst, daß die Backen auf einer Polierfläche ein hochfestes Poliermaterial aufweisen und direkt an der Werkstückoberfläche angreifen, und daß der Innendurchmesser der Polierfläche dem zu erzielenden Enddurchmesser der Werkstückoberfläche entspricht. Die ultraharten Poliermittel ermöglichen ein verschleißfreies Bearbeiten der Sitzoberfläche, wodurch ein Abbau der Welligkeit und der Rundheit aus der Vorbearbeitung sichergestellt wird. Da die Polierbacken direkt an dem Werkstück angreifen, kann auf ein zusätzliches Schleifband und die hierfür erforderlichen Förder- und Umlenkeinrichtungen verzichtet werden. Da mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch größere Aufmaße abgeschliffen werden können und dadurch Korrekturen der Oberflächengüte, Rundheit und Welligkeit sowie des Durchmessers des Lagersitzes möglich sind, können bei der Vorbearbeitung größere Abweichungen in Kauf genommen werden. Dies ermöglicht den Wegfall des Fertigschleifvorgangs, so daß die Mikrofinishendbearbeitung direkt im Anschluß an die Vorbearbeitung durch Maschinen, die mit definierter Schneide arbeiten, wie Drehräumen, Drehen oder Drehfräsen, durchgeführt werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Poliermaterial ein Diamant-, CBN-, ein polykristallines Korund- oder Siliziumkarbidkorn oder dergleichen, da diese Poliermaterialien eine ausreichende Härte und geringen Verschleiß aufweisen und damit eine ausreichend lange Standzeit gewährleisten. Durch Zuführen von losem, feinkörni gem Schleifkorn, bspw. Korund, gemischt mit dem Kühlschmier mittel, bspw. Petroleum, wird die Effektivität des Mikro finishvorgangs weiter verbessert, ohne daß die Qualität der bearbeiteten Oberfläche beeinträchtigt würde.

Um sicherzustellen, daß die Polierbacken exakt den gewünschten Enddurchmesser des zu bearbeitenden Lagersitzes aufweisen, ist das Poliermaterial vorzugsweise über ein Abformverfahren mit aushärtenden Bindemitteln auf die Backen aufgebracht.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist an wenigstens einem Backen ein Meßaufnehmer zur In-Prozeß- Überwachung des Werkstückdurchmessers vorgesehen. Aufgrund der hohen Standzeit der Polierbacken können diese auch als Meßauflage verwendet werden, so daß die Stellung des Meß polierbackens genau den aktuellen Durchmesser des zu polieren den Sitzes anzeigt. Dies ermöglicht ein meßgesteuertes Polieren über den zu beaufschlagenden Andruck des Polierbac kens, wofür erfindungsgemäß eine Einrichtung zur Steuerung des Finishvorgangs entsprechend des abnehmenden Werkstückdurch messers vorgesehen ist.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, zwei bis vier, insbesondere drei Backen gleichmäßig über den Umfang der Werkstückoberfläche zu verteilen. Hierbei ist erfindungsgemäß wenigstens ein Backen durch Druckbeaufschlagung gegen die Werkstückoberfläche preßbar, wobei dieser Backen vorzugsweise den Meßaufnehmer aufweist.

Um ein einfaches Beladen der Finishvorrichtung bzw. eine Entnahme des bearbeiteten Werkstücks zu ermöglichen, ist bei einer Ausgestaltung der Erfindung eine Schwenkvorrichtung zum Bewegen der Backen zwischen einer Öffnungs- und einer Schließstellung vorgesehen.

Um hierbei eine definierte Lage des Werkstücks zu gewähr leisten, die als Grundlage für die In-Prozeß-Messung dient, sind die nicht mit Druck beaufschlagbaren und demgemäß keinen Meßaufnehmer aufweisenden Backen gegen einen festen Anschlag schwenkbar.

Der Durchmesser des Werkstücks hat vor der Mikrofinish bearbeitung noch ein geringes Aufmaß gegenüber dem Fertig durchmesser. Die Backen weisen dagegen den zu erzielenden Enddurchmesser auf. Um auch zu Beginn der Mikrofinish bearbeitung einen gleichmäßigen Andruck der Polierfläche der Backen zu gewährleisten, ist bei einer Weiterbildung der Erfindung der Biegequerschnitt der Backen über seine Auflage so bemessen, daß unter dem Andruck der Polierbacken eine federnde Aufweitung erfolgt.

Um es den Backen zu ermöglichen, sich beim Schließen der Mikrofinishvorrichtung gleichmäßig an die Werkstückoberfläche anzulegen, sind sie insbesondere über eine Kugelauflage beweglich an einer Backenhalterung gelagert.

Die Verbindung der Backen mit der Backenhalterung kann hierbei über an den Backen angreifende Federn erfolgen, was den Aufbau der Vorrichtung zusätzlich vereinfacht.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein die Backen und die Meßeinrichtung aufweisendes Finishwerkzeug gelenkig aufgehängt, um eine querkraftfreie Halterung zu gewährleisten.

Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.

Es zeigen:

Fig. 1A eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Mikro finishwerkzeuges,

Fig. 1B eine Seitenansicht des Mikrofinishwerkzeugs gemäß Fig. 1A,

Fig. 2 eine Detaildarstellung eines von drei Backen umgriffenen Lagersitzes,

Fig. 3 eine Darstellung ähnlich der in Fig. 2 einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, wobei der Lagersitz von zwei Backen umgriffen wird, und

Fig. 4 eine Darstellung der ähnlich der in den Fig. 2 und 3 einer dritten Ausführungsform der Erfindung, wobei der Lagersitz von vier Backen umgriffen wird.

Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Mikrofinishwerkzeug 1 einer Mikrofinishvorrichtung zur Bearbeitung von zylindrischen Werkstücken, insbesondere der Lagersitze 2 der Mittel- und Hublager von Kurbelwellen (in Fig. 1A ist die Kurbelwelle gestrichelt dargestellt), weist drei gleichmäßig über den Umfang des Lagersitzes 2 verteilte Polierbacken 3 auf.

Die Polierbacken 3 sind im Querschnitt ihrer Auflage flexibel und weisen auf ihrer dem Lagersitz 2 zugewandten Polierfläche 4 ein ultrahartes oder verschleißarmes Poliermaterial, wie Diamant-, CBN-, ein polykristallines Sinterkorn (Korund oder Siliziumkarbid) oder dergleichen auf, das vorzugsweise im Abformverfahren, d. h. mit aushärtenden Bindemitteln auf die Polierfläche 4 der Polierbacken 3 aufgebracht wurde. Der Innendurchmesser der kreissegmentförmigen Polierflächen 4 entspricht dem gewünschten Enddurchmesser des Lagersitzes.

Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform sind zwei Polierbacken 3A über beispielsweise hydraulisch oder pneumatisch betriebene Schwenkvorrichtungen 5 zwischen einer Öffnungsstellung, die ein leichtes Einlegen und Entnehmen des Werkstücks 2 aus der Finishvorrichtung 1 ermöglicht und einer Schließstellung, in der die Bearbeitung erfolgt, verschwenk bar. Hierbei wird eine definierte Position der Polierbacken 3A dadurch festgelegt, daß die Polierbacken 3A gegen Anschläge 13 geschwenkt werden.

Der dritte Polierbacken 3B ist über eine Druckzufuhrleitung 6 hydraulisch oder pneumatisch mit Druck beaufschlagbar und wird gegen den Lagersitz 2 gepreßt. An dem mit Druck beauf schlagbaren Polierbacken 3B ist ein Meßaufnehmer 7 angeordnet, über den der abnehmende Durchmesser des Lagersitzes 2 während der Mikrofinishbearbeitung erfaßbar ist. Über eine nicht dargestellte Steuerungseinrichtung kann der Mikrofinishvorgang entsprechend dem abnehmenden Werkstückdurchmesser gesteuert und gezielt beendet werden.

Wie insbesondere aus Fig. 2 deutlich wird, sind die Backen 3 über eine Kugelauflage 10 gelenkig mit einer Backenhalterung 11 verbunden, so daß sie sich beim Anlegen an den Lagersitz 2 exakt an dessen Kontur anpassen können. Die Halterung der Backen 3 an der Backenhalterung 11 erfolgt über eine Feder 9, die an an den Backen 3 ausgebildeten Vorsprüngen 8 angreift.

Der Biegequerschnitt der Backen 3 ist über seine Auflage so bemessen, daß sie sich unter dem Anpreßdruck gegen den Lagersitz 2, der vor der Mikrofinishbearbeitung einen etwas größeren Durchmesser aufweist als der gewünschte Enddurch messer, federnd aufweiten und an den Ausgangsdurchmesser anpassen. Während des Finishvorgangs, bei dem das Werkstück unter Zugabe von ggf. mit feinem losen Schleifkorn versetzten Kühlschmiermitteln, wie Petroleum oder dünnflüssigen Ölen, mit langsamer Drehzahl (ca. 100 U/min) gedreht und durch die an der Werkstückoberfläche anliegenden Polierbacken 3 poliert wird, nimmt der Durchmesser des Lagersitzes 2 geringfügig ab, wobei sich die Backen 3 aufgrund ihrer Elastizität dem abnehmenden Werkstückdurchmesser anpassen. Aufgrund des ultraharten und verschleißarmen Poliermaterials kann Material in größerem Maß als bisher von der Werkstückoberfläche abgetragen werden, wodurch die Oberflächengüte, Rundheit, Welligkeit und der Durchmesser des Werkstücks der gewünschten Qualität angepaßt werden können. Aufgrund der In-Prozeß- Messung kann der Finishvorgang genau entsprechend dem abnehmenden Lagersitzdurchmesser gesteuert werden.

Das Finishwerkzeug 1 ist über eine gelenkige Aufhängung 12 an dem nicht nähen dargestellten Maschinenkörper der Mikrofinish vorrichtung aufgehängt, um eine querkraftfreie Lagerung der Finishwerkzeuge 1 zu gewährleisten.

Um eine gleichzeitige Bearbeitung aller Mittel- und Hublager sitze einer Kurbelwelle zu ermöglichen, sind in einer Mikrofinishvorrichtung eine Vielzahl von Finishwerkzeugen 1 nebeneinander angeordnet.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der das Werkstück 2 lediglich von zwei einander gegenüberliegenden Polierbacken 3 umgeben ist. Hierbei ist ein Polierbacken 3A fest angeordnet bzw. gegen einen festen Anschlag schwenkbar, während der zweite Polier backen 3B mit Druck beaufschlagbar ist und den Meßaufnehmer 7 aufweist.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform wird das Werkstück 2 von vier gleichmäßig über seinen Umfang verteilten Polierbacken 3 umgeben. Hierbei sind zwei Polierbacken 3A fest angeordnet bzw. gegen einen festen Anschlag schwenkbar, während die diesen gegenüberliegenden Polierbacken 3B über hier nicht dargestellte Druckzufuhrleitungen mit Druck beaufschlagbar sind. An einem oder beiden Polierbacken 3B kann ein Meßaufnehmer 7 zur In-Prozeß-Überwachung des Lagersitz durchmessers vorgesehen sein.

Mit der Erfindung wird somit eine Mikrofinishvorrichtung vorgeschlagen, bei der durch die ultraharten Poliermaterialien eine gezielte Bearbeitung der Werkstückoberflächen möglich ist. Ferner ist aufgrund der integrierten Meßsteuerung eine Verbesserung der Durchmessertoleranz erreichbar, weil durch die Standfestigkeit des Belages der Polierbacken auch größere Aufmaße abgeschliffen werden können. Da infolgedessen bei der Vorbearbeitung größere Abweichungen hinsichtlich Ober flächengüte, Rundheit und Welligkeit sowie des Durchmessers tolerierbar sind, ist es mit Hilfe der erfindungsgemäßen Mikrofinishvorrichtung möglich, auf den bisher üblichen Fertigschleifvorgang zu verzichten. Das Mikrofinishen kann direkt nach dem Vorbearbeiten mit Maschinen, die mit de finierter Schneide arbeiten, also einem Drehräumen, Drehen oder Drehfräsen, eingesetzt werden.

Bezugszeichenliste

1 Finishwerkzeug
2 Lagersitz
3A, B Polierbacken
4 Polierfläche
5 Schwenkvorrichtung
6 Druckzufuhrleitung
7 Meßaufnehmer
8 Vorsprung
9 Feder
10 Kugelauflage
11 Backenhalterung
12 Aufhängung
13 Anschläge

Claims

1. Vorrichtung zum Mikrofinishen zylindrischer Oberflächen von Werkstücken, beispielsweise der Lagersitze (2) von Kurbelwellen oder dergleichen, wobei das Werkstück (2) drehbar gelagert und vorzugsweise mit niedriger Drehzahl antreibbar ist, mit einer Mehrzahl von die zu bearbeitende Werkstück umgreifenden Backen (3A, 3B), die über den Umfang der Werkstückoberfläche verteilt angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Backen (3A, 3B) auf einer Polierfläche (4) ein hochfestes Poliermaterial aufweisen und direkt an der Oberfläche des Werkstücks (2) angreifen, und daß der Innen durchmesser der Polierfläche (4) dem zu erzielenden Enddurch messer des Werkstücks (2) entspricht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Poliermaterial ein Diamant-, CBN-, ein polykristallines Sinterkorn, wie Korund- oder Siliziumkarbidkorn, oder dergleichen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das Poliermaterial über ein Abformverfahren mit aushärtenden Bindemitteln auf die Polierbacken (3A, 3B) aufgebracht ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an wenigstens einem Polierbacken (3B) ein Meßaufnehmer (7) zur In-Prozeß-Überwachung des Werkstückdurch messers vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Steuerung des Finishvorgangs entsprechend dem abnehmenden Werkstückdurchmesser.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei bis vier, vorzugsweise drei Polier backen (3A, 3B) gleichmäßig über den Umfang der Werkstückober fläche verteilt angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Polierbacken (3B) durch Druckbeaufschlagung gegen die Werkstückoberfläche preßbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 7, dadurch gekenn zeichnet, daß der mit Druck beaufschlagbare Polierbacken (3) den Meßaufnehmer (7) aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekenn zeichnet durch eine Schwenkvorrichtung (5) zum Bewegen der Polierbacken (3A) zwischen einer Öffnungs- und einer Schließ stellung.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht mit Druck beaufschlagbaren Polierbacken (3A) gegen einen festen Anschlag schwenkbar sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Polierbacken (3A, 3B) über ihre Auflage flexibel sind und sich dem Ausgangsdurchmesser des Werkstücks (2) anpassen.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Polierbacken (3A, 3B) beweglich, insbesondere über eine Kugelauflage (10) an einer Backenhalte rung (11) gelagert sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Polierbacken (3A, 3B) über Federn (9) an der Backenhalte rung (11) gehalten werden.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekenn zeichnet durch eine gelenkige Aufhängung (12) von die Polierbacken (3A, 3B) und die Meßeinrichtung (7) aufweisenden Finishwerkzeugen (1).