EP2167277B1

EP2167277B1 - Schleifzentrum und verfahren zum gleichzeitigen schleifen mehrerer lager und endseitigen flächen von kurbelwellen

Info

Publication number: EP2167277B1
Application number: EP08775284A
Authority: EP
Inventors: Erwin Junker
Original assignee: Erwin Junker Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Erwin Junker Maschinenfabrik GmbH
Priority date: 2007-07-25
Filing date: 2008-07-22
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2028-07-22
Also published as: US8678881B2; DE102007034706B3; WO2009013295A1; JP5334336B2; BRPI0814598A2; KR101501628B1; BRPI0814598B1; JP2010534143A; ES2368688T3; CN101918175B; ATE514522T1; RU2467863C2; KR20100042625A; US20100203805A1; RU2010106655A; EP2167277A1; CN101918175A

Description

Die Erfindung betrifft ein Schleifzentrum zum Schleifen von Haupt- und Hublager aufweisenden Kurbelwellen, wobei mehrere Haupt- und Hublager sowie endseitige Flächen, insbesondere eines Flansches, im wesentlichen gleichzeitig geschliffen werden.
Derartige Schleifzentren finden Verwendung zum Vor- und/oder Feinschleifen von Kurbelwellen in hohen Stückzahlen. Hierbei handelt es sich oft um Kurbelwellen für Vierzylinder-Reihenmotoren in der Automobilindustrie, bei denen jeweils zwei Hublager in gleicher Winkelposition in Bezug auf die Längsachse der Kurbelwelle angeordnet sind. Diese beiden Hublager werden zur Erhöhung der Produktivität gleichzeitig (zeitparallel) geschliffen. Eine solche Vorgehensweise ist beispielsweise in der EP 1 044 764 A2 und der EP 1 088 621 A2 beschrieben.
Für die Hauptlager von Kurbelwellen ist das gleichzeitige Schleifen mehrerer Lager schon länger bekannt, z.B. aus der US 3 487 588 . Dabei weist die Schleifspindel für die Hauptlager eine Anzahl von Schleifscheiben auf, die der Anzahl der Hauptlager gleich ist. Die Schleifscheiben befinden sich auf einer gemeinsamen Achse. Eine neuere Darstellung hierzu findet sich in der DE 101 44 644 A1 .
Bei dem Schleifzentrum für Kurbelwellen nach der EP 1 044 764 A2 werden zum gleichzeitigen Schleifen zweier Hublager einer Kurbelwelle eine Vorschleifscheibe und eine Fertigschleifscheibe verwendet, die jeweils über die zugehörige Schleifspindel an einem eigenen Kreuzschlitten fest montiert sind. Die beiden Kreuzschlitten sind unabhängig voneinander in Kurbelwellen-Längsrichtung (Z-Richtung) verfahrbar und in Richtung auf die Kurbelwelle zustellbar (X-Richtung). Über eine entsprechende Steuerung der Kreuzschlitten und Schleifspindeln ist eine gleichzeitige Bearbeitung von zwei Hublagern in einer Einspannung möglich, wobei das eine Hublager vorgeschliffen und das andere fertig geschliffen wird. Hierbei erfolgt eine fortlaufende Überwachung des Schleifvorgangs über zugehörige Messeinrichtungen.
In der EP 1 088 621 A2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Schleifen von mindestens zwei Lagern einer Kurbelwelle beschrieben, bei dem weitgehende konstruktive und betriebsmäßige Übereinstimmung mit dem in der EP 1 044 764 A2 gezeigten Schleifzentrum besteht. Beiden Anlagen ist gemeinsam, dass sie jeweils einen eigenen Kreuzschlitten für jede der beiden verwendeten Schleifspindeln verwenden. Jeder dieser Kreuzschlitten erfordert eine separate Ansteuerung für den gesamten Schleifvorgang und eine ständige Überwachung und Korrektur nach Maßgabe von über Messköpfe ermittelten Echtzeit-Daten bezüglich der Rundheit und des Maßes des geschliffenen Lagers. Die Konstruktion des Schleifzentrums mit zwei getrennten Kreuzschlitten - allein für die Bearbeitung von zwei Lagern - erfordert einen großen Platzbedarf und einen erheblichen Aufwand an Bauteilen sowie zugehörigen Steuerungen.
In der WO2005/080048 A1 ist eine Bearbeitungsmaschine zum Bearbeiten von Werkstücken beschrieben, bei welcher Schleif- und/oder Drehvorrichtungen vorhanden sind. Die Schleifvorrichtung weist eine gegenüber der Z-Achse geneigte profilierte Schleifscheibe auf, mittels welcher das Werkstück plangeschliffen als auch außenrundgeschliffen werden kann. Das Werkstück wir in derselben Aufspannung gedreht und geschliffen.
In der WO 2004/069472 A1 ist ein Schleifzentrum zum Schleifen von Kurbelwellen bekannt, welche Hauptlager, Hublager und endseitige Flächen aufweisen. Das Schleifzentrum besitzt eine erste und eine zweite Schleifstation, welche jeweils mit einer Schleifspindel mit einer oder zwei Schleifscheiben zum Vor- oder Fertigschleifen der Haupt- oder Hublager ausgestattet sind. Mindestens eine der Schleifstationen kann zudem mit einer weiteren profilierten Schleifscheibe versehen sein, deren Schleifspindel in einem Winkel zu den Schleifspindeln für die Haupt- und Hublager angeordnet ist. Diese weitere Schleifscheibe dient bevorzugt zum Schleifen von endseitigen Flächen der Kurbelwellen. Nachteilig ist bei der in der WO 2004/069472 A1 beschriebenen Schleifstation, dass die Schleifspindel mit der profilierten Schleifscheibe zusammen mit der anderen Schleispindel auf einem Schwenkspindelstockangeordnet ist und auf einem relativ langen Weg in die Arbeitsposition eingeschwenkt werden muss. Dies führt zu einer Verlängerung der Taktzeit für die Bearbeitung.
In der WO 2005/000507 A1 ist eine Werkzeugmaschine für eine spanende Bearbeitung beschrieben, bei der zwei zueinander parallele Werkzeugspindeln in drei Richtungen relativ zueinander verstellbar sind. Die Verstellung in einer oder zwei Achsen erfolgt hierbei mittels einer dreh- und arretierbaren Exzenter Büchse. Diese sind über zugehörige Verstelleinrichtungen mechanisch, elektrisch oder hydraulisch betätigbar und erlauben exakte Verstellungen im Bereich von einigen Millimetern.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Schleifzentrum für das Schleifen von Kurbelwellen anzugeben, bei dem der konstruktive Aufwand und der Platzbedarf wesentlich verringert ist und mit dem das gleichzeitige Schleifen von Hauptlagern, Hublagern und endseitigen Flächen in besonders schneller und rationeller Weise bei hoher Qualität möglich ist.
Die Lösung dieser Aufgabe wird durch ein Schleifzentrum mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gegeben.
Platzbedarf und baulicher Aufwand werden bei dem erfindungsgemäßen Schleifzentrum in vorteilhafter Weise schon dadurch verringert, dass zwei Stationen zum gleichzeitigen (zeitgleichen) Schleifen von mindestens zwei Lagern zu einem Schleifzentrum zusammengefasst werden. Zusammen mit den Hauptlagern können in der ersten Station auch zentrisch umlaufende Partien des zapfenseitigen und flanschseitigen Kurbelwellen-Endes geschliffen werden, und zwar planseitig und/oder im Durchmesser, und zwar mittels einer gegenüber der Z-Achse des Werkstückes hinsichtlich seiner Rotationsachse geneigten profilierten Schleifscheibe; vorzugsweise ist diese Schleifscheibe in der ersten Station angeordnet. Da in der ersten Station alle Hauptlager gleichzeitig geschliffen werden können, besteht im Gegensatz zur zweiten Station eine Zeitreserve, die ausgenutzt werden kann. Endseitige Flächen, insbesondere die des Kurbelwellenflansches, werden zumindest zeitweise zeitparallel zu den Haupt- und/oder Hublagern geschliffen.
Wenn beide Stationen mit gemeinsamer Achsrichtung der zu schleifenden Kurbelwellen angeordnet werden, gestaltet sich auch das Umsetzen der Kurbelwellen von der einen in die andere Station sehr einfach. Darüber hinaus ergeben sich mehrere Vorteile durch die Anordnung von zwei Schleifspindeln zur Bearbeitung von Hublagern auf einem gemeinsamen Kreuzschlitten. Diese zusätzlichen Vorteile sind insbesondere in einer Vereinfachung der Steuerung des Schleifprozesses sowie der Verringerung der Anzahl der Bauteile und des Platzbedarfs zu sehen.
Die Steuerung des gemeinsamen Schleifens von zwei Hublagern erfolgt erfindungsgemäß derart, dass der Vortrieb und die Überwachung/Korrektur des Abtrags und des Rundlaufs der geschliffenen Lager zunächst nur über die Steuerung der Bewegungen des gemeinsamen Hublager-Kreuzschlittens erfolgt. In dieser Phase erfolgt der Hauptabtrag des Schleifens für beide Hublager. Erst wenn die Sollmaße annähernd erreicht sind, werden die erste Schleifspindel und die zweite Schleifspindel bewegungsmäßig unterschiedlich gesteuert. Die erste Hublager-Schleifspindel, die bezüglich der Zustellrichtung (X-Richtung) der Schleifscheiben starr mit dem Hublager-Kreuzschlitten verbunden ist, wird weiterhin über die Steuerung des Hublager-Kreuzschlittens derart nach Maßgabe von über eine Messeinrichtung ermittelten Maß- und Rundheitswerten gesteuert, dass die geforderten End-Sollwerte für den betreffenden Schleifvorgang erreicht werden.
Vorzugsweise werden die endseitigen Flansche der Kurbelwelle zeitparallel zu den Hauptlagern geschliffen, und zwar vorzugsweise fertiggeschliffen. Die dafür vorgesehene Schleifscheibe ist so profiliert und bezüglich der Rotationsachse so geneigt zur Z-Richtung, dass die planen Endflächen sowie die zylindrischen Flächen des Flansches bzw. des Zapfens vorzugsweise in einem Arbeitsgang geschliffen werden können.
Die Rundheitswerte müssen nicht zwingend bei jedem Hublager gemessen werden. Diese Korrekturwerte, können nach einer Messung in der Steuerung erfasst werden und für eine bestimmte Anzahl von Kurbelwellen gespeichert werden, bis eine weitere Rundheitsmessung erfolgt.
Der Vorschub der zweiten Hublager-Schleifspindel folgt in dieser Phase zwar auch der Bewegung des Hublager-Kreuzschlittens, jedoch ist dieser Bewegung noch eine weitere Bewegungskomponente in X-Richtung überlagert. Diese weitere Bewegungskomponente dient einer differentiellen Korrektur von Maß- und/oder Rundheitsabweichungen, die an den beiden gleichzeitig bearbeiteten Hublagern auftreten. Solche Abweichungen können beispielsweise durch unterschiedliche Abnutzung der beiden Schleifscheiben bedingt sein. Ein weiterer wesentlicher Grund für diese Abweichung ist, dass sich die Wellen während des Schleifens geringfügig verziehen, da Spannungen im Material freiwerden können. Sie werden nach der Erfindung durch fortlaufende Ermittlung der Maße und der Rundheit der beiden Hublager erfasst, wozu für jedes Hublager entsprechende Messeinrichtungen vorgesehen sind.
Die zu korrigierenden Unterschiede zwischen den beiden Hublagern sind in der Endphase des Schleifens nur gering; sie liegen erfahrungsgemäß im Bereich von hundertstel oder tausendstel Millimetern. Daher genügt ein nur geringer Verstellbereich für die Bewegung der zweiten Hublager-Schleifspindel. Dieser Bereich braucht in vorteilhafter Weise nur etwa +/-0,2 mm zu umfassen.
Gemäß Anspruch 2 wird eine gegenseitige Verstellbarkeit der beiden Hublager-Schleifspindeln in axialer Richtung auf dem Hublager-Kreuzschlitten vorgeschrieben. Dadurch wird eine Anpassung an unterschiedliche axiale Abstände der zu schleifenden Hublager-Paare ermöglicht, ebenso eine Einstellung auf unterschiedliche Kurbelwellen-Typen. Zweckmäßig wird die axiale Verstellbarkeit in die Maschinensteuerung einbezogen und selbsttätig ausgelöst. Im Allgemeinen wird dabei die ohnehin in radialer Richtung verstellbar angeordnete zweite Hublager-Schleifspindel auch axial verstellbar ausgebildet werden, doch ist auch die umgekehrte Konstruktion denkbar, dass die zweite Hublager-Schleifspindel axial fest auf dem Hublager-Kreuzschlitten steht, während die erste Hublager-Schleifspindel zur axialen Verstellung auf dem Hublager-Kreuzschlitten herangezogen wird.
Bevorzugt wird in Ausführung der Erfindung eine Ausgestaltung des Antriebs für die Bewegung der einen (zweiten) Schleifspindel in der Maß- und Rundheitskorrekturachse gemäß Anspruch 3 als NC-Achse, da sich eine solche in einfacher Weise in die CNC-Maschinensteuerung integrieren lässt.
Ein Vorteil ergibt sich auch bei einer Ausgestaltung der Schleifzelle nach Anspruch 4, bei der für die Bearbeitung in der ersten Station auch ein Schleifen der Planseiten der Wangen der Kurbelwelle, die üblicherweise den Übergang vom Lager zur eigentlichen Wange bilden, vorgesehen ist. Hierdurch kann die Zeit T₁ so ausgenutzt und angepasst werden, dass in der entsprechenden Zeit T₂ zwei Paare von Hublagern bearbeitet werden.
Das Schleifen der Planseiten der Wangen an den Lagerstellen der Kurbelwellen kann entweder durch ein Versetzen des Hauptlager-Kreuzschlittens in Z-Richtung oder dadurch erfolgen, dass die Hauptlager-Schleifscheiben auf der Hauptlager-Schleifspindel axial versetzt werden, vgl. die Ansprüche 5 und 6. Es ist aber auch möglich, die Kurbelwelle in axialer Richtung gegenüber den Hauptlager-Schleifscheiben zu versetzen, vgl. Anspruch 7.
Wenn die Bearbeitungszeiten T₁ und T₂ für die Haupt- bzw. Hublager gemäß Anspruch 6 aufeinander abgestimmt werden, ergibt sich ein besonders rationeller Betrieb des Schleifzentrums, da dann die Bestückung oder Entladung der beiden Stationen gleichzeitig durchgeführt werden kann und somit Wartezeiten entfallen.
Nach Anspruch 9 kommt bevorzugt das Pendelhubverfahren für das Schleifen der Hublager zum Einsatz, wodurch sich Vereinfachungen für die Lagerung und den Antrieb der Kurbelwelle für die Bearbeitung der Hublager ergeben. Hierbei können die in der ersten Station geschliffenen Hauptlager ohne weiteres zur Lagerung der Kurbelwelle in der zweiten Station verwendet werden, wodurch eine hohe Genauigkeit in der Bearbeitung der Hublager erreichbar ist. Weiterhin bewirkt die erfindungsgemäße Anordnung und Ansteuerung der beiden Hublager-Schleifspindeln auf nur einem Kreuzschlitten, dass nur ein einziger Zustellschlitten vorliegt. Die Hauptbewegung der beiden Schleifscheiben, nämlich die Pendelhubbewegung und der Vorschub, werden somit von einem einzigen Zustellschlitten bewirkt. Dies führt zu einer wesentlichen Vereinfachung der Steuerung gegenüber dem Stand der Technik, da während des überwiegenden Teils der Bearbeitung nur ein Zustellschlitten zu überwachen und zu steuern ist. Die in der Endphase des Schleifens unterschiedliche Steuerung der Bewegung der beiden Schleifspindeln sorgt dafür, dass eventuelle Abweichungen zwischen den beiden Hublagern erfasst und ausgeglichen werden, so dass am Ende beide Hublager auf Sollmaß geschliffen sind.
Die Einspannung und der rotatorische Antrieb der Kurbelwellen über speziell ausgebildete Hauptlager- bzw. Hublager-Spindelstöcke oder entsprechende Reitstöcke nach Anspruch 10 erlaubt einen besonders flexiblen Einsatz des Schleifzentrums. Eine Einspannung der Kurbelwelle mit der Möglichkeit der Rotation um die Hauptlager-Längsachse oder um die Hublager-Längsachse erlaubt die Wahl zwischen einem normalen Schleifen oder dem Pendelhubschleifen für das Hublagerschleifen.
Eine fortlaufende Messung der Dimensionen und der Rundheit der in Bearbeitung befindlichen Lager nach Anspruch 11 ermöglicht eine zeitnahe Erfassung und hochgenaue Korrektur des Schleifergebnisses.
Vorzugsweise ist die Schleifscheibe zum Schleifen des Flansches gegenüber der Seite der Kurbelwelle angeordnet, auf welcher die Schleifscheiben der Hub- und der Hauptlager angeordnet sind. Es ist aber auch möglich gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform, dass alle Schleifscheiben auf einer Seite der Kurbelwelle angeordnet sind. Die Schleifscheibe zum Schleifen des Flansches und/oder des Zapfens ist entweder in der ersten Station zum Schleifen der Hauptlager oder in der zweiten Station zum Schleifen der Hublager oder in jeder der zwei Stationen vorgesehen.
Mit einem erfindungsgemäßen Schleifzentrum können selbstverständlich außer Vierzylinder-Kurbelwellen auch andere Kurbelwellen geschliffen werden, wenn sie jeweils zwei in gleicher Winkellage auf der Kurbelwelle aufgebrachte Hublager aufweisen. Desgleichen ist die Bearbeitung von Nockenwellen möglich, wenn diese jeweils zumindest zwei Hauptlager und zwei in gleicher Winkellage angeordnete Nocken besitzen.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Schleifen der Haupt- und Hublager und/oder zentrischer Partien von Kurbelwellen gemäß Anspruch 14. Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind in Unteransprüchen aufgeführt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, welches insbesondere mittels eines Schleifzentrums gemäß Anspruch 1 verwirklicht wird, werden die endseitigen Flächen des Flansches oder des Zapfens der Kurbelwelle zumindest teilweise zeitparallel zu ihren Haupt- und/oder Hublagern geschliffen.
Im Folgenden werden das Schleifzentrum und das Verfahren gemäß der Erfindung anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf ein als Schleifzelle ausgebildetes Schleifzentrum nach der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf die erste Station der Schleifzelle, die zur Bearbeitung der Hauptlager einer Kurbelwelle dient;
Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf die zweite Station der Schleifzelle, die zur Bearbeitung der Hublager eingesetzt wird;
Fig. 4 die Einspannung der Kurbelwelle in der ersten Station der Schleifzelle;
Fig. 5 Einzelheiten der Einspannung der Kurbelwelle in der zweiten Station der Schleifzelle;
Fig. 6 die Anordnung einer Messeinrichtung für das Maß und die Rundheit eines zu bearbeitenden Lagers in der zweiten Station;
Fig. 7 ein Schnitt durch eine Schleifzelle nach der Erfindung gemäß dem Schnitt C-C in Fig. 1;
Fig. 8 eine schematische Ansicht der ersten Station der Schleifzelle mit gegenüber den Hauptlagern-Schleifscheiben angeordneter profilierter Schleifscheibe für den Flansch;
Fig. 9 eine Ansicht gemäß Fig. 8, jedoch mit Anordnung der profilierten Schleifscheibe auf der Seite der Hauptlager-Schleifscheiben; und
Fig. 10 eine schematische Ansicht der zweiten Station der Schleifzelle mit gegenüber den Hublager-Schleifscheiben angeordneter profilierter Schleifscheibe für den Flansch.

In der Fig. 1 ist ein als Schleifzelle 1 ausgebildetes Schleifzentrum in Draufsicht dargestellt. Diese Schleifzelle hat ein gemeinsames Maschinenbett 2, auf dem zwei Stationen 3, 4 zur Bearbeitung von Kurbelwellen 22 durch Schleifen angeordnet sind. Die Stationen 3, 4 besitzen einen gemeinsamen Schleiftisch 5, auf dem jeweils Haltevorrichtungen und Antriebe für die Kurbelwellen 22 vorhanden sind. Die Schleifzelle weist üblicherweise auch eine Maschinenhaube sowie Be- und Entladevorrichtungen für die Zufuhr und Entnahme der Kurbelwellen 22 sowie für deren Transport von der ersten Station 3 in die zweite Station 4 auf. Diese sind jedoch in Fig. 1 nicht gezeigt, desgleichen nicht die CNC-Steuereinrichtung mit Eingabetastatur und hydraulische und/oder pneumatische Versorgungseinrichtungen.
Die erste Station 3 der Schleifzelle 1, die in Fig. 2 einzeln dargestellt ist, dient zum Schleifen der Hauptlager 23 der Kurbelwellen 22. Aus Gründen der Anschaulichkeit werden die wichtigsten Funktionsteile der ersten Station 3 deshalb mit der Zusatzbezeichnung "Hauptlager-" versehen. Die Hauptlager 23 (Fig.4) werden mittels mehrerer Hauptlager-Schleifscheiben 10 geschliffen, die an einer Hauptlager-Schleifspindel 9 angeordnet sind. Die Hauptlager-Schleifspindel 9 ist ihrerseits an einem Hauptlager-Kreuzschlitten 6 befestigt, der CNC-gesteuert in Z-Richtung, die der Kurbelwellen-Längsachse 29 entspricht, und in X-Richtung, die eine Zustellung in Richtung senkrecht zur Kurbelwellen-Längsachse 29 erlaubt, verfahrbar ist. Führungsbahnen oder Gleitschienen, auf denen der Hauptlager-Kreuzschlitten 6 in Z-Richtung verfahren wird, sind nicht zu sehen, weil sie durch Abdeckungen 16 verdeckt sind. Die zu bearbeitende Kurbelwelle 22 ist zwischen einem Hauptlager-Werkstückspindelstock 7 und einem Hauptlager-Reitstock 8 eingespannt, wie dies in Fig. 4 deutlicher dargestellt ist, und wird gemäß der Darstellung von Fig. 2 von dem Hauptlager-Spindelstock 7 in Rotation versetzt. In der ersten Station 3 werden mindestes zwei Hauptlager 23 der Kurbelwelle 22 gleichzeitig vor- oder fertiggeschliffen, wofür eine Zeit T₁ erforderlich ist.
Die zweite Station 4 der Schleifzelle 1, die in Fig. 3 einzeln dargestellt ist, wird zum Bearbeiten der Hublager 24 bis 27 der Kurbelwelle 22 eingesetzt, wobei jeweils zwei Hublager 24 bis 27, die sich in gleicher Winkelposition in Bezug auf die Kurbelwellen-Längsachse 29 befinden, gleichzeitig geschliffen werden. Die zum Schleifen von allen vier Hublagern 24 bis 27 benötigte Zeit ist T₂. Aus Gründen der Anschaulichkeit werden die wichtigsten Funktionsteile der zweiten Station 4 mit der Zusatzbezeichnung "Hublager-" versehen.
Auch in der zweiten Station 4 wird die zu schleifende Kurbelwelle 22 zentrisch eingespannt, d.h. die gemeinsame Längsachse der beidseitigen Spanneinrichtungen ist mit der Längsachse 29 der Kurbelwelle 22 identisch, die durch ihre Hauptlager 23 definiert ist. Wie die Figuren 3 und 5 erkennen lassen, ist die Kurbelwelle 22 in der zweiten Station 4 an ihren außen liegenden Hauptlagern 23 eingespannt, die in der ersten Station 3 geschliffen worden sind. Hierdurch wird ein exakter Bezug der Hublager 24 bis 27 zu den Hauptlagern 23 der Kurbelwelle hergestellt.
Zum Einspannen ist gemäß der Fig. 3 beidseitig der Kurbelwelle 22 je ein Hublager-Werkstückspindelstock 12, 13 vorgesehen. Die Spannfutter 31 dieser Hublager-Werkstückspindelstöcke 12, 13 sind mit Auflageschalen versehen und werden durch je eine C1- bzw. C2-Achse angetrieben, die absolut synchron rotieren. Die Kurbelwelle 22 kann in der zweiten Station 4 aber auch zwischen Spitzen aufgenommen werden und wird dann zumindest nur auf einer Seite durch einen Hublager-Werkstückspindelstock 12 angetrieben, dessen Spannfutter mit schwimmend gelagerten Spannbacken 33 versehen ist und einen ausgleichenden radial spielfreien Drehantrieb bewirkt. Die Ausrichtung der Kurbelwelle 22 erfolgt dann durch deren Zentren auf den Zentrierspitzen.
Die Form der Aufnahme der Kurbelwelle 22 in der zweiten Station 4 kann je nach dem speziellen Einzelfall variiert und optimiert werden.
In beiden Stationen 3 und 4 kann die Kurbelwelle 22 durch eine oder mehrere selbst zentrierende Lünetten abgestützt werden.
In der zweiten Station ist ein Hublager-Kreuzschlitten 11 vorgesehen, der in Richtung der senkrecht zueinander stehenden Achsen Z2 und X2, also parallel zur Kurbelwellen-Längsachse 29 und senkrecht dazu verfahrbar ist. Der Hublager-Kreuzschlitten 11 trägt eine erste Hublager-Schleifspindel 14 und eine zweite Hublager-Schleifspindel 15. Hiervon ist die erste Hublager-Schleifspindel 14 in der Richtung senkrecht zur Kurbelwellen-Längsachse 29 fest mit dem Hublager-Kreuzschlitten 11 verbunden. Die zweite Hublager-Schleifspindel 15 hingegen ist in der Richtung senkrecht zur Kurbelwellen-Längsachse 29 beweglich auf dem Hublager-Kreuzschlitten 11 angeordnet. Ihre Bewegung wird nach Maßgabe eines Maß- oder Rundheitsfehlers gesteuert, der aus einer In-Prozess-Messung während des Schleifens gewonnen wird. Hierzu werden von In-Prozess-Messköpfen 19 einer Messeinrichtung 20 ( Fig. 6 ) die Durchmesser der paarweise zu schleifenden Hublager 24, 27 bzw. 25, 26 laufend während des Schleifens gemessen.
Jede der beiden Hublager-Schleifspindeln 14, 15 trägt eine Hublager-Schleifscheibe 17, 18, deren axialer Abstand voneinander dem Abstand der paarweise zu schleifenden Hublager 14 bis 17 voneinander entsprechen muss. Zu diesem Zweck müssen die beiden Hublager-Schleifspindeln 14, 15 in ihrer Achsrichtung, also in Richtung der Rotationsachse ihrer Hublager-Schleifscheiben 17, 18, auf dem Hublager-Kreuzschlitten 11 gegeneinander verfahrbar sein. Der axiale Abstand zwischen den Hublager-Schleifspindeln und -Schleifscheiben muss jedes Mal dann verstellt werden, wenn eine Kurbelwelle eines anderen Typs zu schleifen ist oder bei einer bestimmten Kurbelwelle ein Hublagerpaar mit geändertem Abstand zum Schleifen ansteht. Insofern muss die Änderung des Abstands in die gesamte Steuerung des Schleifvorgangs mit einbezogen werden. Dabei kann die erste Hublager-Schleifspindel 14 oder die zweite Hublager-Schleifspindel 15 in Richtung ihrer Längsachse auf dem Hublager-Kreuzschlitten 11 verstellbar angeordnet sein.
Fig. 5 lässt besonders deutlich eine Besonderheit von Kurbelwellen 22 für Vier-Zylinder-Reihenmotoren erkennen: die beiden äußeren Hublager 24 und 27 haben eine gemeinsame Winkellage in Bezug auf die Rotations- und Längsachse 29 der Kurbelwelle 22 und ebenso die beiden inneren Hublager 25 und 26, wobei die Winkellage der beiden Hublagerpaare 24 und 27 einerseits sowie 25 und 26 andererseits unterschiedlich ist.
Diese Eigenheit wird zur ökonomischen Betriebsweise des erfindungsgemäßen Schleifzentrums herangezogen. Mit den beiden Hublager-Schleifscheiben 17 und 18 werden nämlich die beiden Hublager 24, 27 und 25, 26 jeweils für sich gleichzeitig geschliffen, wobei das Wort "gleichzeitig" auch für die in Schleiftechnik anzutreffenden Ausdrücke "zeitparallel" oder "zeitgleich" steht. Gemeint ist damit in jedem Fall, dass der Schleifvorgang etwa in derselben Zeit abläuft, nicht aber, dass er exakt in demselben Zeitpunkt beendet sein muss. Das zweite Hublager wird des öfteren erst nach dem ersten fertig geschliffen, indem z. B. noch ein Restaufmass von 0,02 mm abzutragen ist.
Fig. 6 zeigt die Anordnung einer Messeinrichtung 20 zur fortlaufenden Messung der Rundheit und der Maße eines Hublagers in der zweiten Station 4 mittels eines Messkopfes 19. Der Messkopf 19 kommt während des Schleifens in Anlage an das zu überwachende Hublager 24-27 und erzeugt fortlaufend Signale bezüglich der Abmessungen und/oder der Rundheit des Hublagers 24-27, die von der CNC-Steuerung ausgewertet und zur Erzeugung von Steuerbefehlen für die Antriebe des Hublager-Kreuzschlittens 11 und/oder der Maß- oder Rundheitskorrekturachse 44 verwendet werden. Die in Fig. 6 gestrichelt dargestellte Position der Messeinrichtung 20 entspricht einer zurückgezogenen Stellung, welche die Messeinrichtung 20 etwa während eines Abrichtvorgangs und/oder während des Teilehandlings der Hublager-Schleifscheiben 17, 18 einnimmt.
In Fig. 7 ist eine schematische Seitenansicht der ersten Station 3 der Schleifzelle 1 gemäß dem Schnitt C-C in Fig.1 dargestellt.
Zu Beginn des Hublager-Schleifens in der zweiten Station 4 wird der gegenseitige axiale Abstand der beiden Hublager-Schleifscheiben 17, 18 beispielsweise auf den Abstand der Hublager 24 und 27 eingestellt. Danach beginnt das Schleifen dieser Hublager 24, 27 im CNCgesteuerten Pendelhubverfahren. Hierzu werden zunächst die beiden Hublager-Schleifspindeln 14, 15 gemeinsam senkrecht zur Kurbelwellen-Längsachse 29 verfahren; die zweite Hublager-Schleifspindel 15 bleibt dabei gegenüber dem Hublager-Kreuzschlitten 11 unbeweglich. Das gilt für die Phase des Grob- oder Vorschleifens. Es wird aber an jedem der Hublager 24, 27 während des Schleifens der gerade erreichte Durchmesser gemessen und die Rundheit bestimmt. Mit der Annäherung an das Fertigmaß in der Phase des Feinschleifens wird die Bewegung der zweiten Schleifspindel 15 von der des Hublager-Kreuzschlittens 11 entkoppelt. Der Hublager-Kreuzschlitten 11 wird nach Maßgabe der Messung an dem Hublager 24 im Sinne einer Maß- oder Rundheitskorrekturachse 44 verfahren, wobei mittels der ersten Hublager-Schleifspindel 14 schließlich das Endmaß und die erforderliche Rundheit des Hublagers 24 erreicht werden. Gleichzeitig führt die zweite Hublager-Schleifspindel 27 nach Maßgabe der getrennten Messung am Hublager 27 Korrekturbewegungen gegenüber dem Hublager-Kreuzschlitten 11 aus, soweit die Messungen am Hublager 27 von denen des Hublagers 24 abweichen. Diese Abweichungen ergeben sich aus der fortlaufenden Messung an beiden Hublagern 24 und 27. Der Rechner der Maschinensteuerung analysiert die Messergebnisse und bildet entsprechende Korrektur- und Steuersignale für den Antrieb der zweiten Hublager-Schleifspindel 15.
Die zweite Hublager-Schleifspindel 15 braucht naturgemäß gegenüber dem Hublager-Kreuzschlitten 11 nur in einem geringen Maß in Richtung der X-Achse beweglich zu sein. Ein in der Praxis vorteilhafter Verstellweg kann bspw. im Bereich von +/- 0,2 mm liegen. Das Schleifzentrum kann so eingestellt werden, dass die Schleifzeit T₁ gleich der Schleifzeit T₂ ist. Zwei der Hauptlager werden 23 werden dann etwa in derselben Zeit geschliffen wie ein Paar 24, 27 oder 25, 26 der Hublager.
Anschließend wird der Hublager-Kreuzschlitten 11 zurückgefahren, der Abstand der beiden Hublager-Schleifspindeln 14, 15 voneinander auf den Abstand der mittleren Hublager 25, 26 eingestellt, und der Schleifzyklus beginnt von neuem.
In Fig. 8 ist eine schematische Ansicht der ersten Station der Schleifzelle in vereinfachter Darstellung gezeigt, bei welcher in der ersten Station das Mehrlagerschleifen der Hauptlager 23 der Kurbelwelle 22 mittels Hauptlager-Schleifscheiben 10 durchgeführt wird. Die Hauptlager-Schleifscheiben 10 schleifen in der ersten Station 3 die Hauptlager 23. Sofern die Planflächen der Wangen der Kurbelwelle 22, welche auf die jeweiligen Hauptlager-Zapfen weisen, geschliffen werden sollen, wird die Spindel mit den Hauptlager-Schleifscheiben axial zur Kurbelwelle 22 bewegt. Es ist jedoch auch möglich, dass die Kurbelwelle 22 längs ihrer Rotationsachse relativ zu den Haupt-Schleifscheiben 10 bewegt wird. Gegenüber den Hauptlager-Schleifscheiben 10 ist eine profilierte Schleifscheibe 45 auf einer Spindel 46 geneigt zur Z-Achse, d. h. zu der Spindelachse der Hauptlager-Schleifscheiben 10, angeordnet. Die Schleifscheibe 45 ist dabei so profiliert und bzgl. ihres Winkels zur Z-Achse so angeordnet, dass gleichzeitig die ebenen Stirnflächen wie auch die zylindrischen Flächen des Flansches 47 der Kurbelwelle 22 geschliffen werden können. Die Schleifscheibe 45 ist dabei längs der Zustellachse X zustellbar.
In Fig. 9 ist eine Ansicht gemäß Fig. 8 dargestellt, bei welcher im Unterschied zu der Anordnung gemäß Fig. 8 die profilierte Schleifscheibe 45 mit ihrer Spindel 46 auf derselben Seite der Kurbelwelle 22 wie die Hauptlager-Schleifscheiben 10 angeordnet ist. Mit der profilierten Schleifscheibe 45 werden die endseitigen Flächen 48, und zwar die ebenen Stirnflächen wie auch die zylindrischen Flächen des Flansches in einem Arbeitsgang geschliffen, wobei die profilierte Schleifscheibe 45 längs ihrer Zustellachse X zustellbar ist.
Gemäß dieser Ausführungsform sind die Hauptlager-Schleifscheiben 10 auf einer gemeinsamen Spindel angeordnet und schleifen die Hauptlager zwischen den jeweiligen Wangen 49 der Kurbelwelle 22.
Fig. 10 zeigt eine schematische Ansicht der zweiten Station 4 der Schleifzelle mit gegenüber den Hublager-Schleifscheiben 17, 18 angeordneter profilierter Schleifscheibe 45 zum Schleifen der zylindrischen und ebenen Flächen 48 des Flansches 47 der Kurbelwelle 22. Die profilierte Schleifscheibe 45 mit ihrer Spindel 46 ist dabei längs ihrer Zustellachse X zustellbar und schleift den Flansch 47 in einem Arbeitsgang. Die profilierte Schleifscheibe 45 ist gegenüber den Hublager-Schleifscheiben 17, 18 angeordnet, um jegliche Kollision zwischen den Schleifscheiben zu vermeiden bzw. um ein gleichzeitiges Bearbeiten der jeweiligen Bearbeitungsflächen zu sichern. Die Hublager-Schleifscheiben 17, 18 mit ihren jeweiligen Spindel 14, 15 schleifen dabei die jeweiligen Hublager zwischen den Wangen 49 im Pendelhubschleifverfahren.

Bezugszeichenliste

1: Schleifzelle
2: Maschinenbett
3: erste Station
4: zweite Station
5: Schleiftisch
6: Hauptlager-Kreuzschlitten
7: Hauptlager-Werkstückspindelstock
8: Hauptlager-Reitstock
9: Hauptlager-Schleifspindel
10: Hauptlager-Schleifscheiben

11: Hublager-Kreuzschlitten
12: Hublager-Werkstückspindelstock
13: Hublager-Werkstückspindelstock
14: erste Hublager-Schleifspindel
15: zweite Hublager-Schleifspindel
16: Abdeckung
17: erste Hublager-Schleifscheibe
18: zweite Hublager-Schleifscheibe
19: Messkopf
20: Messeinrichtung

22: Kurbelwelle
23: Hauptlager
24: Hublager
25: Hublager
26: Hublager
27: Hublager
28: Planseite
29: Kurbelwellen-Längsachse
30: Hublager-Längsachse

31: Spannfutter
32: Auflageschalen
33: Spannbacken
34: (Zentrier)Spitzen

41: Z-Achse
42: X-Achse
43: Rotationsachse
44: Maß- und Rundheitskorrekturachse
45: profilierte Schleifscheibe für Flansch
46: Schleifspindel
47: Flansch
48: endseitige Flächen
49: Wange

Claims

Schleifzentrum zum Schleifen von Hauptlager (23), Hublager (24 - 27) und endseitige Flächen (48) aufweisenden Kurbelwellen (22), welches aufweist
- eine erste Station (3) zum Schleifen der Hauptlager (23) und

- eine zweite Station (4) zum Schleifen der Hublager (24-27), sowie

- eine profilierte Schleifscheibe (45), welche mittels einer in einem Winkel zu den Schleifspindeln (9 bzw. 14, 15) der Haupt- und Hublager (23 bzw. 24-27) angeordneten Schleifspindel (46) angetrieben ist,
dadurch gekennzeichnet,

- dass eine Gruppe von Hauptlager-Schleifscheiben (10) so axial auf einer auf einem Hauptlager-Kreuzschlitten (6) angeordneten Hauptlager-Schleifspindel (9) angeordnet ist, dass eine der Anzahl der Hauptlager-Schleifscheiben (10) entsprechende Anzahl von Hauptlagern (23) zeitparallel in einer Zeit T₁ geschliffen werden,

- dass in der zweiten Station zwei Hublager-Schleifscheiben (17, 18) paarweise zwei Hublager (24 - 27) der Kurbelwelle (22) in einer Zeit T₂ schleifen und

- mit ihrer jeweiligen Hublager-Schleifspindel (14, 15) auf einem Hublager-Kreuzschlitten (11) derart gelagert sind, dass die erste Hublager-Schleifspindel (14) in der Zustellrichtung (X-Achse) ortsfest auf dem Hublager-Kreuzschlitten (11) angeordnet ist und die zweite Hublager-Schleifspindel (15) in der Zustellrichtung (X-Achse) relativ zur ersten Hublager-Schleifspindel (14) geringfügig nur im Sinne einer Maß- oder Rundheitskorrekturachse (44) verstellbar ist und

- dass die endseitigen Flächen der Kurbelwelle (22) mittels der profilierten Schleifscheibe (46) schleifbar sind.
Schleifzentrum nach Anspruch 1, bei dem die beiden an dem Hublager-Kreuzschlitten (11) befindlichen Hublager-Schleifspindeln (14, 15) in axialer Richtung (Z2-Achse) gegeneinander verstellbar sind.
Schleifzentrum nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die zweite Hublager-Schleifspindel (15) der zweiten Station (4) mittels einer in engen Grenzen wirksamen NC-Achse zur Maß- und/oder Rundheitskorrektur unabhängig von der Bewegung des Hublager-Kreuzschlittens (11) an die Kurbelwelle 22 zustellbar ist.
Schleifzentrum nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem die Hauptlager-Schleifscheiben (10) der Hauptlager-Schleifspindel (9) der ersten Station (3) zum Schleifen der Hauptlager (23) radial zustellbar und zum Schleifen von Planseiten (28) von Wangen (49) der Kurbelwelle (22) axial versetzbar sind.
Schleifzentrum nach Anspruch 4, bei dem der axiale Versatz der Hauptlager-Schleifscheiben (10) durch den Hauptlager-Kreuzschlitten (6) erfolgt.
Schleifzentrum nach Anspruch 4, bei dem der axiale Versatz der Hauptlager-Schleifscheiben (10) dadurch erfolgt, dass die Hauptlager-Schleifscheiben (10) auf der Hauptlager-Schleifspindel (9) axial versetzbar angeordnet sind.
Schleifzentrum nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem die Kurbelwelle (22) zum Schleifen ihrer Planseiten (28) von Wangen (49) mittels der Hauptlager-Schleifscheiben (10) in der Kurbelwellen-Längsrichtung axial versetzbar ist.
Schleifzentrum nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem T₁ etwa T₂ entspricht.
Schleifzentrum nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem der Hublager-Kreuzschlitten (11) so ausgebildet ist, dass eine Pendelhubbewegung der Hublager-Schleifscheiben (17, 18) erzeugbar ist.
Schleifzentrum nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welchem die erste und die zweite Station (3 bzw. 4) jeweils einen Werkstück-Spindelstock (7, 12, 13) und einen Reitstock (8) aufweist und die jeweiligen Werkstück-Spindelstöcke (7, 12, 13) und Reitstöcke (8) der ersten und der zweiten Station (3 bzw. 4) so ausgebildet sind, dass die eine Hauptlager- und mindestens eine Hublager-Längsachse (29 bzw. 30) aufweisende Kurbelwelle (22) zentrisch um die Hauptlager-Längsachse (29) rotierbar ist.
Schleifzentrum nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welchem eine Messeinrichtung (20) zur fortlaufenden Maß- und/oder Rundheitsmessung vorgesehen ist und ein Signal zur Steuerung der Bewegung der Hublager-Schleifspindel (14 oder 15) in der Zustellachse (X-Achse) oder in der Maß- und Rundheitskorrekturachse (44) liefert.
Schleifzentrum nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei welchem die Schleifscheibe (45) zum Schleifen der endseitigen Flächen (48) eine solche Profilierung aufweist, dass ein endseitiger Flansch (47) und/oder Zapfen der Kurbelwelle (22) mit seinen axialen und radialen Flächen schleifbar ist, und auf einer der Seite der Hauptlager-Schleifscheiben (10) oder der Hublager-Schleifscheiben (17, 18) gegenüber liegenden Seite der Kurbelwelle (22) angeordnet ist.
Schleifzentrum nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei welchem die Schleifscheibe (45) zum Schleifen eines endseitigen Flansches (47) und/oder Zapfens der Kurbelwelle (22) mit seinen axialen und radialen Flächen mittels der Profilierung auf der Seite der Hauptlager-Schleifscheiben oder der Hublager-Schleifscheiben angeordnet ist.
Verfahren zum Schleifen von Hauptlagern (23) und/oder zentrischer Partien sowie von Hublagern (24 bis 27) und endseitiger Flächen (48) von Kurbelwellen (22) in einer Schleifzelle mit zwei Stationen (3,4), mit den folgenden Verfahrensschritten:
a) in der ersten Station (3) werden die Hauptlager (23) der Kurbelwelle (22) und/oder zentrische Partien mit einem Satz von Hauptlager-Schleifscheiben (10) geschliffen, die sich auf einer gemeinsamen Welle einer Hauptlager-Schleifspindel (9) befinden;

b) die Kurbelwelle (22) wird in die zweite Station (4) gebracht;

c) in der zweiten Station (4) werden jeweils zwei Hublager (24 und 27 bzw. 25, 26), welche dieselbe Winkellage in Bezug auf die Rotationsachse der Kurbelwelle (22) aufweisen, zeitgleich mit zwei Hublager-Schleifscheiben (17, 18) geschliffen;

d) die Zustellbewegung jeder der beiden Hublager-Schleifscheiben (17, 18), die sich (17, 18) an Hublager-Schleifspindeln (14, 15) befinden, die auf einem Hublager-Kreuzschlitten (11) angeordnet sind, wird individuell rechnergesteuert, wobei die erste Hublager-Schleifscheibe (17) in der Zustellrichtung (X-Achse) ortsfest auf dem Hublager-Kreuzschlitten (11) angeordnet ist und durch diesen zugestellt wird, während die Zustellbewegung der zweiten Hublager-Schleifscheibe (18) relativ zur ersten Hublager-Schleifscheibe (17) nur nach Maßgabe einer Abweichung von der Zustellbewegung der ersten Hublager-Schleifscheibe (17) erfolgt,

e) in der Schleifzelle werden stets zwei Kurbelwellen gleichzeitig bearbeitet, wobei die Schleifzeit T₁ in der ersten Station (3) etwa gleich der Schleifzeit T₂ in der zweiten Station (4) ist;

f) zumindest eine der endseitigen Flächen (48) wird zumindest teilweise zeitparallel zu den Hauptlagern und/oder Hublagern geschliffen.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die zweite Hublager-Schleifspindel (15) mit der zweiten Hublager-Schleifscheibe (18) mittels einer in engen Grenzen wirksamen NC-Achse zur Maß- und/oder Rundheitskorrektur zustellbar ist.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, bei dem die Hauptlager-Schleifscheiben (10) der Hauptlager-Schleifspindel (9) zum Schleifen der Hauptlager (23) radial zugestellt und zum Schleifen von Planseiten (28) an Wangen (49) der Kurbelwelle (22) axial versetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Hauptlager-Schleifscheiben (10) axial versetzt werden, indem der Hauptlager-Kreuzschlitten (6) axial versetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Hauptlager-Schleifscheiben (10) axial versetzt werden, indem sie auf der Hauptlager-Schleifspindel (9) axial versetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, bei dem die Planseiten (28) der Wangen (49) der Kurbelwelle (22) mittels der Hauptlager-Schleifscheiben (10) geschliffen werden, indem die Kurbelwelle (22) hierbei axial versetzt wird.