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Die Erfindung betrifft eine Finishvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
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Die finishende Bearbeitung eines Werkstücks ist ein auch als ”Superfinishen” oder ”Feinstbearbeitungsverfahren” bezeichnetes Verfahren zur Oberflächenbearbeitung eines Werkstücks. Bei diesem Verfahren wird ein abrasiv wirkender Finishstein auf die zu bearbeitende Werkstückoberfläche gedrückt. Dabei rotiert die zu bearbeitende Werkstückoberfläche. Üblicherweise wird der Rotation der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche eine oszillierende Bewegung überlagert, bei welcher sich der Finishstein und die zu bearbeitende Werkstückoberfläche in zu der Rotationsachse parallelen oder geneigten Richtungen relativ zueinander bewegen.
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Die finishende Bearbeitung von Werkstücken wird auch zur Bearbeitung von rotationssymmetrischen Werkstückoberflächen genutzt, die im Profil gekrümmt sind. Beispiele für solche Werkstücke sind Wälzlagerringe oder Wälzlagerkörper. Solche gekrümmten Werkstückoberflächen werden mittels Finishsteinen bearbeitet, die um eine Finishstein-Schwenkachse hin- und herverschwenkt werden. Hierzu wird eine Antriebseinrichtung verwendet, die eine Antriebsbewegung erzeugt, welche mittels einer Getriebeeinrichtung in eine Schwenkbewegung des Finishsteins übersetzt wird.
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Zur präzisen Oberflächenbearbeitung einer insbesondere gekrümmten Werkstückoberfläche ist es erforderlich, dass die Getriebeeinrichtung möglichst verwindungssteif ist. Gleichzeitig ist es wünschenswert, dieselbe Finishvorrichtung für Werkstücke mit voneinander abweichenden Größen verwenden zu können.
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Aus der
JP 2009 269 111 A und aus der
JP 2010 052 082 A sind Schleifvorrichtungen bekannt, bei welchen drei Schwenkarme miteinander bewegungsgekoppelt sind.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine für Werkstücke unterschiedlicher Größen geeignete Finishvorrichtung zu schaffen, welche eine möglichst präzise Bearbeitung gekrümmter Werkstückoberflächen erlaubt.
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Diese Aufgabe wird bei einer Finishvorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Finishvorrichtung beruht auf dem Gedanken, die von der Antriebseinrichtung erzeugte Antriebsbewegung zunächst in die Schwenkbewegung eines ersten Schwenkarms zu übersetzen und die Schwenkbewegung des ersten Schwenkarms dann über ein Übertragungsgetriebe auf einen zweiten Schwenkarm zu übertragen, welcher den Finishsteinhalter und den Finishstein umfasst, so dass der Finishstein mittels des zweiten Schwenkarms um eine Finishstein-Schwenkachse verschwenkbar ist.
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Die erfindungsgemäße Finishvorrichtung ermöglicht es, den baulichen Abstand zwischen dem ersten Schwenkarm und der Antriebseinrichtung zu verkleinern, so dass auch dieser Bereich der Finishvorrichtung besonders steif ausgebildet werden kann. Der erfindungsgemäße Schwenkantrieb ist dann trotz des zusätzlichen Übertragungsgetriebes und des zweiten Schwenkarms insgesamt torsions- und biegesteifer als eine herkömmliche Konstruktion, bei welcher die Antriebsbewegung der Antriebseinrichtung über raumgreifende starre Hebel auf einen einzigen Schwenkarm, welcher dann den Finishstein trägt, übertragen wird.
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Die erfindungsgemäße Finishvorrichtung hat den weiteren Vorteil, dass der zweite Schwenkarm eine vergleichsweise kurze Länge aufweisen kann, so dass auch (konkav) gekrümmte Innenflächen von Wälzlager-Außenringen mit relativ kompakten Abmessungen bearbeitet werden können.
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Der erfindungsgemäße Finishvorrichtung baut insgesamt sehr kompakt, so dass sie auch zur Bearbeitung von Wälzlagerringen mit sehr großen Durchmessern geeignet ist.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Finishvorrichtung besteht darin, dass sie auch zur Bearbeitung von konvex gekrümmten Werkstückoberflächen, beispielsweise von tonnenförmigen Wälzlagerkörpern, gut geeignet ist.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schwenkbewegungen des ersten Schwenkarms und des zweiten Schwenkarms identisch sind. Dies hat den Vorteil, dass sich die Definition der Schwenkbewegung des zweiten Schwenkarms besonders einfach gestaltet.
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Ferner ist es bevorzugt, wenn der erste Schwenkarm um eine Zusatz-Schwenkachse verschwenkbar ist, welche insbesondere parallel zu der Finishstein-Schwenkachse verläuft. Die Zusatz-Schwenkachse ermöglicht eine einfache Lagedefinition des ersten Schwenkarms.
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Bevorzugt ist es ferner, wenn die Zusatz-Schwenkachse durch ein Zusatz-Schwenklager definiert ist. Bei einem solchen Zusatz-Schwenklager kann es sich um eine schwenkbare, jedoch nicht lösbare Verbindung zwischen dem ersten Schwenkarm und einem Gestell handeln. Es ist aber auch möglich, dass die Verbindung zwischen dem ersten Schwenkarm und dem Gestell lösbar ist, so dass die erfindungsgemäße Finishvorrichtung auch zur Erzeugung einer linearen Oszillationsbewegung des Finishsteins verwendet werden kann.
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In vorteilhafter Weise umfasst die Finishvorrichtung einen Werkstückantrieb zur Erzeugung einer rotatorischen Bewegung eines finishend zu bearbeitenden Werkstücks um eine Rotationsachse, wobei die Rotationsachse parallel zu einer Ebene verläuft, innerhalb welcher die Finishstein-Schwenkachse und die Zusatz-Schwenkachse verlaufen. Dies ermöglicht eine besonders einfache finishende Bearbeitung eines rotationssymmetrischen Werkstücks.
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Zur Bearbeitung von konkav gekrümmten Werkstückoberflächen ist es bevorzugt, wenn die Finishstein-Schwenkachse durch den Finishstein hindurchverläuft, insbesondere zwischen dem Finishsteinhalter und einer Wirkfläche des Finishsteins.
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Zur finishenden Bearbeitung von konvex gekrümmten Werkstückoberflächen ist es bevorzugt, wenn die Finishstein-Schwenkachse zu dem Finishstein versetzt verläuft, insbesondere auf einer dem Finishsteinhalter abgewandten Seite des Finishsteins.
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Das Übertragungsgetrieb weist zwei Übertragungsglieder auf, welche jeweils schwenkbeweglich mit dem ersten Schwenkarm und mit dem zweiten Schwenkarm verbunden sind. Die Übertragungsglieder ermöglichen eine besonders einfache und verwindungsarme Übertragung der Schwenkbewegung des ersten Schwenkarms auf den zweiten Schwenkarm.
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Zur Führung der Übertragungsglieder sind Linearführungseinrichtungen vorgesehen sind, mittels welchen die Übertragungsglieder in zueinander parallelen Führungsrichtungen geführt sind. Dies ermöglicht eine einfache Definition einer parallel zueinander ausgerichteten Bewegung der Übertragungsglieder.
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Schließlich ist eine Lagereinrichtung zur Lagerung der Linearführungseinrichtungen in einer Richtung quer zu den Führungsrichtungen, insbesondere in einer Richtung senkrecht zu den Führungsrichtungen, vorgesehen. Dies ermöglicht die Bereitstellung einer stabilen und reibungsarmen Kreuzschlittenanordnung.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer Finishvorrichtung;
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2 eine Vorderansicht der Finishvorrichtung gemäß 1;
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3 eine Seitenansicht der Finishvorrichtung gemäß Figur bei Bearbeitung eines Werkstücks in Form eines Wälzlagerrings, wobei einander überlagert die Mittelstellung und zwei Endstellungen eines Finishsteins dargestellt sind;
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4 eine der 3 entsprechende Darstellung, wobei die Mittelstellung im Vergleich zu der Mittelstellung gemäß 3 verändert ist;
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5 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Finishvorrichtung, welche insbesondere zur Bearbeitung von Wälzlagerkörpern geeignet ist; und
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6 eine Vorderansicht der Finishvorrichtung gemäß 5.
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Eine Ausführungsform einer Finishvorrichtung ist in den 1 bis 4 dargestellt und dort insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet.
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Die Finishvorrichtung 10 umfasst ein ortsfestes oder mittels nicht dargestellten Antrieben lageveränderbares Gestell 12, eine Antriebseinrichtung 14 zur Erzeugung einer Antriebsbewegung und einer Getriebeeinrichtung 16 zur Erzeugung einer Schwenkbewegung eines Finishsteins 18 um eine Finishstein-Schwenkachse 20.
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Die Antriebseinrichtung 14 umfasst einen Antriebsmotor 22, welcher beispielsweise fest mit dem Gestell 12 verbunden ist. Bevorzugt ist es jedoch, wenn der Antriebsmotor 22 entlang einer Verstellachse 24 relativ zu dem Gestell 12 lageveränderlich ist. Hierzu kann eine (nicht dargestellte) Verstelleinrichtung verwendet werden, welche sich an dem Gestell 12 abstützt und eine lagerveränderbare Fixierung des Antriebsmotors 22 dem Gestell 12 ermöglicht.
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Der Antriebsmotor 22 dient zur Erzeugung einer Drehbewegung einer Antriebsscheibe 26 um eine Antriebsachse 28.
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An der Antriebsscheibe 26 ist ein Pleuellager 30 gelagert, und zwar um eine Pleuellagerachse 32, welche zu der Antriebsachse 28 exzentrisch versetzt ist.
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Das Pleuellager 30 dient zur Lagerung eines Pleuels 34, welches an einem Pleuelende ein weiteres Pleuellager 36 trägt, welches zur Schwenkverbindung des Pleuels 34 mit einem ersten Schwenkarm 38 dient.
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Der erste Schwenkarm 38 ist mittels eines Zusatzschwenklagers 40 schwenkbar um eine Zusatz-Schwenkachse 42 an dem Gestell 12 gelagert.
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Die Finishvorrichtung 10 umfasst ferner ein Übertragungsgetriebe 44 zur Übertragung einer Schwenkbewegung des ersten Schwenkarms 38 auf einen zweiten Schwenkarm 46.
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Das Übertragungsgetriebe 44 umfasst zwei Übertragungsglieder 47, 48. Die Übertragungsglieder 47, 48 sind zueinander parallel angeordnet. Sie sind jeweils einenends mittels eines Lagers 50 mit dem ersten Schwenkarm 38 und anderenends mittels eines Lagers 52 mit dem zweiten Schwenkarm 46 schwenkbeweglich verbunden.
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Das Übertragungsgetriebe 44 umfasst zwei Linearführungseinrichtungen 54, 56 zur Führung jeweils eines Übertragungsglieds 47, 48 in zueinander parallelen Führungsrichtungen 58 und 60.
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Die Linearführungseinrichtungen 54, 56 sind ihrerseits mittels einer Lagereinrichtung 62 verschieblich gelagert, und zwar entlang einer Bahn 64, welche quer, insbesondere senkrecht, zu den Führungsrichtungen 58 und 60 verläuft.
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Die Lagereinrichtung 62 umfasst eine vorzugsweise gestellfeste Lagerschiene 66, entlang welcher voneinander separate Lagerschlitten 68 und 70 entlang der Bahn 64 geführt sind. Der Lagerschlitten 68 trägt die Linearführungseinrichtung 54 für das Übertragungsglied 47. Der Lagerschlitten 70 trägt die Linearführungseinrichtung 56 für das Übertragungsglied 48.
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Der zweite Schwenkarm 46 umfasst einen insgesamt mit dem Bezugszeichen 72 bezeichneten Finishsteinhalter. Der Finishsteinhalter 72 umfasst ein Gehäuse 74, welches vorzugsweise auch die Lager 72 trägt.
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In dem Gehäuse 74 ist eine Führungsstange 76 geführt, welche einenends eine Aufnahme 78 für den Finishstein 18 trägt. Anderenends ist die Führungsstange 76 mittels einer Andrückeinrichtung 80 mit einer Andrückkraft beaufschlagt, welche über die Aufnahme 78 auf den Finishstein 18 ausgeübt wird. Hierdurch wird eine Wirkfläche 82 des Finishsteins 18 gegen eine finishend zu bearbeitende Werkstückoberfläche gedrückt. Außerdem bewirkt die Andrückeinrichtung 80 ein Nachführen des Finishsteins 18 in Richtung auf ein Werkstück, wenn sich der Finishstein 18 abnutzt.
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Die Finishvorrichtung 10 ermöglicht die finishende Bearbeitung von gekrümmten Werkstückoberflächen. Ein typisches Werkstück 84 ist in den 3 und 4 dargestellt. Bei dem Werkstück 84 handelt es sich insbesondere um einen Wälzlagerring, welcher eine gekrümmte Werkstückoberfläche 86 aufweist. Bei dieser Werkstückoberfläche handelt es sich beispielsweise um die (konkav gekrümmte) Innenseite eines Außenrings eines Wälzlagers.
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Das Werkstück 84 wird zu dessen finishenden Bearbeitung mittels einer an sich bekannten und daher nur schematisch dargestellten Antriebseinrichtung 88 angetrieben. Dabei rotiert das Werkstück 84 um eine zentrale Rotationsachse 90.
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Die Rotationsachse 90, die Finishstein-Schwenkachse 20 und die Zusatz-Schwenkachse 42 sind vorzugsweise so ausgerichtet, dass die Rotationsachse 90 parallel zu einer Ebene 92 verläuft, innerhalb welcher die Finishstein-Schwenkachse 20 und die Zusatz-Schwenkachse 32 verlaufen. Ferner ist es bevorzugt, wenn die Finishstein-Schwenkachse 20 und die Zusatz-Schwenkachse 42 zueinander parallel verlaufen.
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Die vorstehend beschriebene Finishvorrichtung 10 funktioniert wie nachfolgend insbesondere unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Der Antriebsmotor 22 versetzt die Antriebsscheibe 26 in eine Drehbewegung, welche über das Pleuellager 30, das Pleuel 36 und das weitere Pleuellager 36 in eine Schwenkbewegung des ersten Schwenkarms 38 um die Zusatz-Schwenkachse 42 umgesetzt wird. Dabei schwenkt der erste Schwenkarm 38 um eine Mittellage 0 zwischen einer ersten Endlage I und einer zweiten Endlage II. Die Schwenkbewegung des ersten Schwenkarms 38 wird mittels der Übertragungsglieder 47 und 48 so übertragen, dass der zweite Schwenkarm 46 synchron mit dem ersten Schwenkarm 38 schwingt, also auch um eine Mittellage 0 und zwischen einer ersten Endlage I und einer zweiten Endlage II. Mit der Schwenkbewegung der Schwenkarme 38 und 46 einhergehend bewegen sich die Übertragungsglieder 47 und 48 im Wesentlichen parallel zu ihren Erstreckungsrichtungen und werden dabei innerhalb der Linearführungseinrichtungen 54 und 56 verschoben. Die Linearführungseinrichtungen 54 und 56 bewegen sich ihrerseits durch Bewegung der Lagerschlitten 68 und 70 entlang der Lagerschiene 66.
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Die Mittellage 0 des ersten Schwenkarms 38 und somit auch die Mittellage 0 des zweiten Schwenkarms 46 ist vorzugsweise einstellbar. Hierfür ist vorgesehen, dass der Antriebsmotor 22 relativ zu dem Gestell 12 entlang der Verstellachse 24 verstellbar ist. Dies ist in 2 auch anhand eines Doppelpfeils 94 im Bereich der Verbindung zwischen dem Gestell 12 und dem Antriebsmotor 22 angedeutet.
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Wenn ausgehend aus der in 3 dargestellten Relativlage des Antriebsmotors 22 und des Gestells 12 der Antriebsmotor 22 eine Lage einnimmt, in welcher die Antriebsachse 28 weiter zu dem Gestell 12 beabstandet ist, wird die Mittellage 0 des ersten Schwenkarms 38 weiter in Richtung auf den Antriebsmotor 22 verlagert. Die Endlagen I und II verlagern sich dann in entsprechender Weise, wie in 4 dargestellt.
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In einem weiteren Betriebsmodus der Finishvorrichtung 10 kann diese als Linearschwingeinheit verwendet werden. Hierfür wird die Verbindung im Bereich des Schwenklagers 40 zwischen dem ersten Schwenkarm 38 und dem Gestell 12 gelöst. Gleichzeitig werden die Lager 50 und 52 so blockiert, dass die Schwenkbeweglichkeit zwischen den Übertragungsgliedern 47 und 48 mit dem ersten Schwenkarm 38 und mit dem zweiten Schwenkarm 46 unterbunden wird. Dies hat zur Folge, dass die Drehbewegung der Antriebsscheibe 26 in eine gradlinige Hin- und Herbewegung des Schwenkarms 38 und über das Übertragungsgetriebe 44 in eine gradlinige Hin- und Herbewegung des Finishsteins 18 umgesetzt wird. Dabei bewegt sich die Finishsteinwirkfläche 82 insbesondere parallel zu der Rotationsachse 90.
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Bei der vorstehend beschriebenen Bearbeitung einer konkav gekrümmten Werkstückoberfläche 86 verläuft die Finishstein-Schwenkachse 20 durch den Finishstein 18 hindurch. Es ist aber auch möglich, dass die Finishstein-Schwenkachse 20 außerhalb des Finishsteins 18 angeordnet ist. Diese Anordnung bietet sich insbesondere zur Bearbeitung konvex gekrümmter Werkstückoberflächen 86 an, welche einen relativ großen Bearbeitungsradius aufweisen. Eine solche Werkstückbearbeitung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 5 und 6 beschrieben:
Bei dem Werkstück 84 handelt es sich beispielsweise um einen tonnenförmigen Wälzkörper mit einer (konvex gekrümmten) Werkstückoberfläche 86. Das Werkstück 84 ist in vorstehend bereits beschriebener Art und Weise mittels einer Antriebseinrichtung 88 rotatorisch um eine zentrale Rotationsachse 90 angetrieben. Die zu bearbeitende Werkstückoberfläche 86 weist einen Krümmungsmittelpunkt auf, welcher durch die Finishstein-Schwenkachse 20 verläuft. Die Finishstein-Schwenkachse 20 ist außerhalb des Finishsteins 18 angeordnet.
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Die in den 5 und 6 dargestellte Ausführungsform einer Finishvorrichtung 10 entspricht in ihrem Aufbau und in ihrer Funktionsweise der Finishvorrichtung gemäß 1 und 4. Es wird daher auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen. Nachfolgend werden lediglich die Unterschiede zwischen der Finishvorrichtung 10 gemäß 5 und 6 und der Finishvorrichtung 10 gemäß 1 bis 4 erörtert.
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Bei der Finishvorrichtung 10 gemäß 5 und 6 ist ein erster Schwenkarm 38 vorgesehen, welcher eine größere Länge aufweist als der zweite Schwenkarm 46, so dass die vorstehend beschriebene Konfiguration der Anordnung der Finishstein-Schwenkachse 20 außerhalb des Finishsteins 18 ermöglicht wird.
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Um eine Einstellung des Krümmungsradius 96 zwischen der Finishstein-Schwenkachse 20 und der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche 86 zu ermöglichen, sind die Übertragungsglieder 47 und 48 nicht unmittelbar (beispielsweise unter Verwendung von Lager 50) mit dem ersten Schwenkarm 38 verbunden, sondern unter Zwischenschaltung eines Schlittens 98, dessen Lage entlang des Schwenkarms 38 einstellbar ist.
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Zur Einstellbarkeit der Lage des Schlittens 98 relativ zu dem Schwenkarm 38 weist der Schlitten 98 einen angetriebenen Abschnitt 100 (beispielsweise eine Spindelmutter) auf, welcher mittels eines Antriebsabschnitts 102 (beispielsweise einer Spindel) angetrieben ist. Der Antriebsabschnitt 102 ist motorisch oder manuell, beispielsweise mittels eines Handrads 104, einstellbar. Ein Drehen des Handrads 104 bewirkt eine Drehung des Antriebsabschnitts 102 und somit eine lineare Verschiebung des angetriebenen Abschnitts 100 und des Schlittens 98. Auf diese Weise wird das Pleuellager 36 des Pleuels 34 in zu der Erstreckungsrichtung des ersten Schwenkarms 38 paralleler Richtung verschoben.
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Damit die vorstehend beschriebene Einstellung der Lage des Pleuellagers 36 relativ zu dem ersten Schwenkarm 38 nicht gleichzeitig mit einer Verschiebung der Mittellagen 0 (vergleiche 3 und 4) des ersten Schwenkarms 38 und des zweiten Schwenkarms 46 einhergeht, ist eine weitere Antriebseinheit 106 vorgesehen, welche beispielsweise ebenfalls in Form einer Spindel ausgebildet ist, die motorisch oder manuell, beispielsweise mittels eines Handrads 108, antreibbar ist. Die Antriebseinheit 106 ist mit dem Antriebsmotor 22 gekoppelt und bewirkt dessen Verschiebung in einer Richtung parallel zu der Erstreckungsrichtung des ersten Schwenkarms 38.