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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur mechanischen Finishbearbeitung
von Umfangsflächen an rotationssymmetrischen Werkstücken,
insbesondere Wälzlagerringen. Das Finishen ist ein zusätzlicher
Bearbeitungsschritt zur Verbesserung der Rauigkeit und Maßgenauigkeit
von bearbeiteten Oberflächen. Beim Finishen erfolgt in
der Regel ein Spanabtrag von wenigen Mikrometern. Bei der Finishbearbeitung
wird das zu bearbeitende Werkstück rotierend angetrieben.
Die Bearbeitung erfolgt mittels eines Finishsteins, der bei der
Bearbeitung oszillierende Bewegungen ausführt. Der Oszillationsweg sowie
die Oszillationsfrequenz haben Einfluss auf das Finishergebnis.
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Eine
Vorrichtung zur Finishbearbeitung von Wälzlagerringen ist
aus
EP 0 936 028 B1 bekannt. Die
bekannte Vorrichtung weist zwei linear in X-, Y-Richtung verstellbare
Schlitten sowie eine auf einem der Schlitten angeordnete Schwenkeinrichtung mit
einem Steinhalter für einen Finishstein auf. Die Stellbewegungen
in X-, Y-Richtung sowie die Schwenkbewegungen des Steinhalters sind
in Abhängigkeit des zu bearbeitenden Werkstückprofils steuerbar.
Durch Steuerung der Schlittenbewegungen in X-, Y-Richtung sowie
der Schwenkeinrichtung ist der Finishstein über die zu
bearbeitende Werkstückfläche bewegbar und folgt
dabei der Kontur der Werkstückoberfläche. Mit
der bekannten Vorrichtung können die Laufflächen
an Lagerringen von Pendelrollenlagern, Zylinderrollenlagern und
Kegelrollenlagern bearbeitet werden. Die in X- und Y-Richtung zu bewegenden
Massen der Schlittenanordnung sind jedoch groß, so dass
nur verhältnismäßig langsame hin- und
hergehende Stellbewegungen des Finishsteins realisiert werden können.
Hohe Oszillationsfrequenzen, die sich vorteilhaft auf das Finishergebnis
auswirken, sind nicht möglich.
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Aus
JP 2004025375 A ist
eine Vorrichtung zur mechanischen Finishbearbeitung von sphärischen
Flächen bekannt. Zum grundsätzlichen Aufbau dieser
Vorrichtung gehören ein Gehäuse, in dem eine Hohlwelle
drehbar gelagert ist, eine Oszillationswelle, die in der Hohlwelle
drehbar gelagert und an einem Ende mit einem Werkzeugträger
verbunden ist, ein Oszillationsantrieb, der die Oszillationswelle in
kurzhubige Oszillationsbewegungen versetzt, sowie ein auf die Hohlwelle
wirkender Stellantrieb, zum Drehen der Hohlwelle. Der Oszilllationsantrieb
ist auf einem mit der Hohlwelle verbundenen Träger angeordnet,
so dass sich kurzhubige Oszillationsbewegungen der Oszillationswellen
und Drehbewegungen der Hohlwelle überlagern. Mit der bekannten
Anordnung können Werkstückflächen von
ringförmigen Werkstücken bearbeitet werden, die
im Querschnitt kreisbogenförmig mit einem großen
Radius gekrümmt sind. Bei der bekannten Vorrichtung sind
die Oszillationsbewegungen der Oszillationswelle und reversierende
Drehbewegungen der Hohlwelle mechanisch gekuppelt. Wenn sich die
Werkstückgeometrie des zu bearbeitenden Werkstückes
oder das Material des Werkstückes ändert, sind
notwendige Anpassungen der Oszillationsbewegungen und der überlagerten
Drehbewegungen nicht ohne weiteres möglich und erfordern
zumindest aufwendige Einstellarbeiten. Ferner können mit
der bekannten Vorrichtung keine zylindrischen Flächen bearbeitet
werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur universellen
Finishbearbeitung von sowohl zylindrischen Flächen als
auch sphärisch gekrümmten Flächen an
ringförmigen Werkstücken anzugeben, die konstruktiv
einfach aufgebaut ist und sich dadurch auszeichnet, dass die für
eine Oszillationsbewegung eines Finishsteins zu bewegenden Massen
klein sind. Der Oszillationsweg sowie die Oszillationsfrequenz,
mit der der Finishstein über die zu bearbeitenden Werkstückflächen
bewegt wird, soll variabel festlegbar sein.
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Gegenstand
der Erfindung und Lösung dieser Aufgabe ist eine Vorrichtung
der mechanischen Finishbearbeitung von Umfangsflächen an
rotationssymmetrischen Werkstücken, mit
einem Gehäuse,
einem
Rotationsantrieb,
einer Schlittenanordnung, die einen Schlitten
sowie eine Schlittenführung zur Linearführung
des Schlittens aufweist,
einem mechanischen Wandler, der Rotationsbewegungen
einer Abtriebswelle des Rotationsantriebs in Oszillationsbewegungen
des Schlittens wandelt, und
einem Werkzeugträger zum
Anschluss mindestens eines Steinhalters für einen Finishstein,
wobei
der Werkzeugträger unmittelbar oder unter Zwischenschaltung
eines Oszillationswandlers, der Oszillationsbewegungen des Schlittens
in reversierende Drehbewegungen wandelt, an dem Werkzeugträger
befestigbar ist und wobei die Schlittenführung an eine
Hohlwelle angeschlossen ist, die im Gehäuse drehbar gelagert
und an einen Stellantrieb angeschlossen ist.
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Der
mechanische Wandler weist vorzugsweise eine Anordnung aus zwei ineinander
gesetzten Exzenterhülsen auf, die jeweils eine zur Hülsenachse exzentrisch
angeordnete Bohrung aufweisen. Die äußere Exzenterhülse
ist innerhalb der Hohlwelle drehbar gelagert. Innerhalb der inneren
Exzenterhülse ist ein Schaft drehbar gelagert, der mittels
eines Kreuzgelenkes, welches Versatzbewegungen des Schlittens quer
zur Bewegungsrichtung des Schlittens zulässt, mit dem Schlitten
verbunden ist. Die Exzenterhülsen lassen sich durch eine
Drehbewegung zueinander verstellen und über eine Feststelleinrichtung, beispielsweise
eine Funktionsmutter, fest miteinander verspannen. Durch Verdrehung
der Exzenterhülsen zueinander kann die exzentrische Bewegung des
innerhalb der Exzenterhülse drehbar gelagerten Schaftes
stufenlos verändert werden. Durch Skalierung an den Exzenterhülsen
können präzise Einstellungen des Exzenterhubes
und damit des Oszillationshubes des Schlittens vorgenommen werden.
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Der
in der inneren Exzenterhülse drehbar gelagerte Schaft weist
einen Gabelkopf auf, in dem ein Bolzen angeordnet ist. Der Schlitten
weist vorzugsweise ein Anschlussstück mit einer den Bolzen
umgebenden Kugelbuchse auf. Ferner ist der Schlitten zweckmäßig
an zwei Stangen geführt und weist ebenfalls Kugelbuchsen
zur Führung an den Stangen auf.
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Dem
Stellantrieb ist üblicherweise eine Steuerung zugeordnet,
welche den Oszillationsbewegungen des Werkzeugträgers eine
Drehbewegung der Hohlwelle überlagert. Ferner können
an dem Werkzeugträger mindestens zwei Steinhalter mit jeweils einem
Finishstein angeordnet sein, die wechselweise durch eine mit dem
Stellantrieb bewirkte Drehbewegung der Hohlwelle in eine Bearbeitungsposition
an einem zu bearbeitenden Werkstück bewegbar sind.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich durch
eine sehr kompakte Bauweise und ein geringes Massenträgheitsmoment
der zu bewegenden Teile aus. Der erfindungsgemäße
Aufbau ermöglicht einen Schnitthub mit hohen Oszillationsfrequenzen, was
sich sowohl auf die Schnittleistung als auch auf die Werkstückqualität
positiv auswirkt. Der Schnitthub ist variabel an die jeweilige Finishaufgabe
anpassbar.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung erzeugt abtriebsseitig
oszillierende Linearbewegungen des Schlittens. Mittels eines Finishsteins,
der in einem Steinhalter an dem Werkzeugträger befestigt
ist, können Zylinderflächen bearbeitet werden.
Das zu bearbeitende Werkstück wird in eine Drehvorrichtung
gespannt und während der Finishbearbeitung in Rotation
versetzt. Bei einer Bearbeitung von Zylinderflächen sind
die Werkstückachse und die Bewegungsrichtung des Schlittens
der erfindungsgemäßen Vorrichtung parallel ausgerichtet.
Zur Bearbeitung von kegelförmigen Außenflächen
oder konischen Innenflächen an Lagerringen, z. B. für
Kegelrollenlager kann durch Drehverstellung der Hohlwelle die Ausrichtung
der Schlittenführung relativ zur Rotationsachse des Werkstücks
verändert und an den Winkel der zu bearbeitenden Werkstückfläche
so angepasst werden, dass der Finishstein immer parallel zu der
zu bearbeitenden Fläche bewegbar ist.
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Durch
Einbau eines Oszillationswandlers, der zwischen dem Werkzeugträger
und dem Schlitten angeordnet wird und die Oszillationsbewegung des
Schlittens in reversierende Drehbewegungen wandelt, kann die erfindungsgemäße
Vorrichtung auch zur Finishbearbeitung von sphärischen
Flächen an ringförmigen Werkstücken genutzt
werden. Durch eine Überlagerung von Kurzhub-Oszillationsbewegungen,
die den Schnitthub definieren, und langhubigen Reversierbewegungen
der Hohlwelle können auch schwach gekrümmte sphärische
Flächen mit hoher Präzision bearbeitet werden.
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Der
Oszillationswandler, der Oszillationsbewegungen des Linearschlittens
in reversierende Drehbewegungen wandelt, bildet eine austauschbare
Einheit und weist ein an der Schlittenführung befestigbares
Gehäuse mit einer darin drehbar gelagerten Oszillationswelle
auf. Die Oszillationswelle weist einen zur Wellenachse der Oszillationswelle
versetzt angeordneten Zapfen auf, der mit Kulissenflächen
an dem Schlitten zusammenwirkt. Die Kulissenflächen übertragen
in Bewegungsrichtung des Schlittens eine Bewegung auf den Zapfen und
lassen eine Bewegung des Zapfens quer zur Bewegungsrichtung des
Schlittens zu. Um eine möglichst spielfreie Bewegungsübertragung
zu realisieren, sind auf dem Zapfen vorzugsweise zwei Wälzlager
angeordnet und sind an dem Schlitten zwei Anschlagelemente befestigt,
die mit einem Axialversatz gegenüberliegend beidseits des
Zapfens angeordnet sind und eine Kulissenfläche aufweisen,
die jeweils an einem der beiden Wälzlager anliegen. Es
versteht sich, dass die Position der Anschlagelemente zwecks Spielbeseitigung
einstell- bzw. justierbar ist.
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Die
gesamte Vorrichtung kann an eine Stelleinrichtung, z. B. an einen
Werkzeugschlitten, angeschlossen werden, mit der die Vorrichtung
zwischen einer Arbeitsposition und einer zweiten Position, an der
der Finishstein von der Werkstückfläche beabstandet
ist, bewegbar ist.
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Gegenstand
der Erfindung ist auch die Verwendung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur universellen mechanischen Finishbearbeitung von zylindrischen
und sphärischen Flächen an Wälzlagerringen
für Zylinderrollenlager, Kegelrollenlager, ein- und zweireihige
Pendelrollenlager und Kugellager.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen schematisch:
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1 eine
Anordnung mit einer Vorrichtung zur Finishbearbeitung und einem
auf einem rotierenden Werkstückträger aufgespannten
ringförmigen Werkstück,
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2 einen
Längsschnitt durch die in 1 dargestellte
Vorrichtung zur Finishbearbeitung,
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3 die
in 2 dargestellte Vorrichtung mit einem zusätzlich
eingebauten Oszillationswandler, ebenfalls im Längsschnitt,
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4 einen
Ausschnitt aus 3,
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5 den
Schnitt A-A aus 3,
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6a bis 6d verschiedene
Anwendungsbeispiele für die Vorrichtung.
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Die
in den Figuren dargestellte Vorrichtung 1 ermöglicht
eine mechanische Finishbearbeitung von Umfangsflächen an
rotationssymmetrischen Werkstücken 2, insbesondere
Wälzlagerringen. Die zu bearbeitenden Werkstücke 2 sind
auf einem rotierend angetriebenen Werkstückträger 3 aufgespannt
und durch Andruckelemente 4 zentriert (1).
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Zum
grundsätzlichen Aufbau der Vorrichtung 1 gehören
ein Gehäuse 5, ein Rotationsantrieb 6, eine
Schlittenanordnung 7, die einen Schlitten 8 sowie
eine Schlittenführung 9 zur Linearführung
des Schlittens aufweist, sowie einen Werkzeugträger 10 zum
Anschluss mindestens eines Steinhalters 11 für einen
Finishstein 12. Der Schlitten 8 ist unmittelbar (2)
oder unter Zwischenschaltung eines Oszillationswandlers 13 (3),
der lineare Oszillationsbewegungen des Schlittens 8 in
reversierende Drehbewegungen wandelt, an dem Werkzeugträger 10 befestigt.
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Den
Schnittdarstellungen in 2 und 3 entnimmt
man, dass zwischen der Schlittenanordnung 7 und dem Rotationsantrieb 6 ein
mechanischer Wandler 14 vorgesehen ist, der Rotationsbewegungen
einer Abtriebswelle 15 des Rotationsantriebes 6 in
Oszillationsbewegungen des Schlittens 8 wandelt. Ferner
erkennt man, dass die Schlittenführung 9 an eine
Hohlwelle 16 angeschlossen ist, die im Gehäuse 5 drehbar
gelagert und an einen Stellantrieb 17 angeschlossen ist.
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Die
Vorrichtung 1 erzeugt abtriebsseitig oszillierende Linearbewegungen
des Schlittens 8. Zur Finishbearbeitung von zylindrischen
Flächen sind die Werkstückachse 18 des
ringförmigen Werkstückes 2 und die Bewegungsrichtung
des Schlittens 8 parallel ausgerichtet. Zur Bearbeitung
von kegelförmigen Außenflächen oder konischen
Innenflächen an Lagerringen kann durch Drehverstellung
der Hohlwelle 16 die Ausrichtung der Schlittenführung 9 relativ
zur Werkstückachse 18 des Werkstücks 2 verändert
und an den Winkel der zu bearbeitenden Werkstückfläche so
angepasst werden, dass der Finishstein 12 immer parallel
zu der zu bearbeitenden Fläche bewegbar ist. Durch einen
Einbau des Oszillationswandlers 13, der zwischen dem Werkzeugträger 10 und
dem Schlitten 8 angeordnet wird und die linearen Oszillationsbewegungen
des Schlittens 8 in reversierende Drehbewegungen wandelt,
kann die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ferner
zur Finishbearbeitung von sphärischen Flächen
an ringförmigen Werkstücken 2 genutzt
werden. Durch eine Überlagerung von Oszillationsbewegungen
des Schlittens 8, die den Schnitthub definieren, und langhubigen
Reversierbewegungen der Hohlwelle 16 können auch
schwach gekrümmte sphärische Flächen
präzise bearbeitet werden.
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Der
mechanische Wandler 14 zwischen dem Rotationsantrieb 6 und
dem Werkzeugträger 10, welcher die Rotationsbewegungen
der Abtriebswelle 15 in Oszillationsbewegungen des Schlittens 8 wandelt, besteht
in seinem grundsätzlichen Aufbau aus einer Anordnung aus
zwei ineinander gesetzten Exzenterhülsen 19, 20,
die jeweils eine zur Hülsenachse exzentrisch angeordnete
Bohrung aufweisen. Die äußere Exzenterhülse 20 ist
innerhalb der Hohlwelle 16 drehbar gelagert. Innerhalb
der inneren Exzenterhülse 19 ist ein Schaft 21 drehbar
angeordnet, der mittels eines Kreuzgelenkes 22 mit dem
Schlitten 8 verbunden ist. Das Kreuzgelenk 22 lässt
Versatzbewegungen des Schlittens 8 quer zur Bewegungsrichtung
des Schlittens 8 zu. Die Exzenterhülsen 19, 20 lassen
sich durch eine Drehbewegung zueinander verstellen und über
eine Feststelleinrichtung 23 fest miteinander verspannen.
Durch Verdrehung der Exzenterhülsen 19, 20 zueinander
kann die exzentrische Bewegung des innerhalb der Exzenterhülse 19 drehbar
gelagerten Schaftes 21 stufenlos verändert werden.
Durch Skalierung an den Exzenterhülsen 19, 20 können
präzise Einstellungen des Exzenterhubes und damit des Oszillationshubes
des Schlittens 8 vorgenommen werden.
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Der
Schaft 21 weist einen Gabelkopf 24 auf, in dem
ein Bolzen 25 angeordnet ist. Der Schlitten 8 weist
ein Anschlussstück 26 mit einer den Bolzen 25 umgebenden
Kugelbuchse 27 auf. Die Kugelbuchsenführung ermöglicht
eine im Wesentlichen spielfreie und reibungsarme Bewegungsübertragung.
Der Schlitten 8 ist an zwei parallelen Stangen 38 ebenfalls
unter Zwischenschaltung von Kugelbuchsen 27 geführt.
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Der
Darstellung in 1 ist zu entnehmen, dass an
dem Werkzeugträger 3 zwei Steinhalter 11 mit
jeweils einem Finishstein 12 angeordnet sein können,
die durch eine mit dem Stellantrieb 17 bewirkte Drehbewegung
der Hohlwelle 16 wechselweise in eine Bearbeitungsposition
an einem zu bearbeitenden Werkstück bewegbar sind.
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Zwischen
dem Werkzeugträger 10 und der Schlittenführung 9 kann
ein Oszillationswandler 13 eingesetzt werden, der die Oszillationsbewegungen des
Linearschlittens in reversierende Drehbewegungen umsetzt. Die diesen
Oszillationswandler 13 umfassende Anordnung ist in 3 dargestellt.
Der Oszillationswandler 13 bildet eine austauschbare Einheit,
die ein an der Schlittenführung 9 befestigbares Gehäuse 28 mit
einer darin drehbar gelagerten Oszillationswelle 29 aufweist.
Die Oszillationswelle 29 weist einen zur Wellenachse der
Oszillationswelle versetzt angeordneten Zapfen 30 auf,
der mit Kulissenflächen 31 an dem Schlitten 8 zusammenwirkt.
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Die
in den 4 und 5 in vergrößerter Darstellung
dargestellte Anordnung ermöglicht eine spielfreie Übertragung
der reversierenden Bewegungen des Schlittens 8 auf den
Zapfen 30. An dem Schlitten 8 sind zwei Anschlagelemente 32 befestigt, die
beidseits des Zapfens 30 mit einem axialen Versatz gegenüberliegend
angeordnet sind. Sie weisen jeweils eine ebene Kulissenfläche 31 auf,
die an einem auf dem Zapfen angeordneten Wälzlager 33 anliegt.
Auf dem Zapfen sind zwei Wälzlager 33 angeordnet,
wobei jedem Wälzlager 33 ein Anschlagelement 32 zugeordnet
ist. Dadurch ist eine spielfreie Bewegungsübertragung in
Bewegungsrichtung des Schlittens 8 möglich, während
die Wälzlager 33 in Querrichtung dazu abrollen
und dadurch eine reibungsfreie Zapfenbewegung quer zur Bewegungsrichtung
des Schlittens 8 zulassen (5).
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Die
beschriebene Vorrichtung kann zur universellen mechanischen Finishbearbeitung
sowohl von zylindrischen als auch sphärischen Flächen
an Wälzlagerringen für Zylinderrollenlager, Kegelrollenlager,
ein- und zweireihige Pendelrollenlager sowie Kugellager verwendet
werden. Die 6a bis 6f zeigen
verschiedene Anwendungsmöglichkeiten. Die beschriebene
Vorrichtung 1 ist an einen nur schematisch angedeuteten
Werkzeugschlitten 34, der Stellbewegungen in zwei Achsen
x, y ermöglicht, angeschlossen. Das zu bearbeitende Werkstück 2 ist
auf einem Werkstückträger 3 aufgespannt
und wird während der mechanischen Bearbeitung rotierend
angetrieben. Die 6a und 6b zeigen
die Bearbeitung von zylindrischen Umfangsflächen an Lagerringen 35, 35' für
Zylinderrollenlager. Der Werkzeugträger 10 der
Vorrichtung 1 ist unmittelbar an den oszillierend angetriebenen
Schlitten angeschlossen und führt Kurzhuboszillationsbewegungen,
die den Schnitthub definieren, aus. Durch überlagerte Stellbewegungen
des Werkzeugschlittens 34 wird der Finishstein 12 in
Achsrichtung des Werkstückes an der zu bearbeitenden Zylinderfläche
entlang bewegt.
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Zur
Bearbeitung von kegelförmigen Außenflächen
an Lagerringen 36 für Kegelrollenlager (6c)
wird die Ausrichtung der Schlittenführung 9 durch
Drehverstellung der Hohlwelle 16 der Vorrichtung 1 relativ
zur Werkstückachse 18 verändert und an
den Winkel der zu bearbeitenden Werkstückfläche so
angepasst, dass der Finishstein 12 immer parallel zu der
zu bearbeitenden Fläche bewegbar ist.
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In 6d ist
die Bearbeitung sphärischer Laufbahnen, z. B. an einem
Wälzlagerring 37 für ein zweireihiges
Pendelrollenlager, dargestellt. Die Vorrichtung 1 wird
entsprechend der Anordnung in 3, d. h.
mit eingebautem Oszillationswandler 13, eingesetzt. Der
Oszillationswandler 13 formt die Oszillationsbewegung des
oszillierend angetriebenen Schlittens 8 in reversierende
Drehbewegungen des Werkzeugträgers 10 um. Der
Finishstein 12 führt kurzhubige Schwenkbewegungen
aus. Den kurzhubigen Oszillationsbewegungen werden langhubige Schwenkbewegungen überlagert,
die durch eine NC-gesteuerte Drehbewegung der Hohlwelle 16 erzeugt
werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0936028
B1 [0002]
- - JP 2004025375 A [0003]