Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bearbeiten wenigstens einer Umfangsfläche eines runden Werk­stückes, das eine rechtwinklig zu seiner Rotationsachse ver­laufende Bezugsfläche aufweist und das während des Bearbeitens der Umfangsfläche in einer mit einem Rotationsantrieb ver­sehenen Werkstückspannvorrichtung eingespannt ist, wobei das Werkstück mit der Bezugsfläche an einer zur Rotationsachse rechtwinkligen Planfläche der Werkstückspannvorrichtung an­liegt.

Das mit dem Verfahren der eingangs genannten Art eingespannte Werkstück weist aufgrund der vorausgegangenen Bearbeitungsgänge Schlagfehler und Unrundheiten bezüglich der Bezugsfläche auf, die durch das anschließende Bearbeiten, insbesondere ein Schleifen, ausgeglichen werden sollen. Aufgrund der Schlag­fehler oder Unrundheiten führt das freie Ende des Werkstückes während der Bearbeitung seiner Umfangsflächen ein Taumeln aus, das während des Bearbeitens nicht unterbunden werden darf, da sonst die Beziehung zu der Bezugsfläche verloren ginge. Die Umfangsflächen derartiger Werkstücke werden deshalb in fliegen­der Aufspannung des Werkstückes bearbeitet. Insbesondere, wenn die Fläche sehr gering ist, die nicht der Bearbeitung ausge­setzt ist und an welcher das Werkstück eingespannt ist, ergibt sich eine relativ geringe Steifigkeit des Bearbeitungssystems, so daß die Abtragsleistung relativ gering ist. Bei vorgeschrie­ bener Werkstückgenauigkeit resultiert daraus eine relativ lange Bearbeitungszeit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die Abtrags­leistung erhöht und damit die Bearbeitungszeit bei vorgegebener Genauigkeit verkürzt werden können.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Werkstück wenigstens während des Bearbeitens der Umfangsfläche zur Planfläche hin mittels einer Anpreßkraft belastet ist, die derart an dem der Bezugsfläche abgewandten Ende des Werkstücks angreift, daß die Beweglichkeit dieses Endes des Werkstückes radial zur Rotationsachse erhalten bleibt.

Durch diese Maßnahme wird das Werkstück während des Bearbeitens mit seiner Bezugsfläche mit relativ hohen Kräften zur Plan­fläche hin angepreßt, so daß es sicher an der Planfläche anliegend gehalten wird, auch wenn für eine relativ hohe Abtragsleistung entsprechend hohe Kräfte in radialer Richtung an das Werkstück angreifen. Die Anpreßkraft wird dabei so eingeleitet, daß das Taumeln des Werkstückes nicht verhindert wird. Die Werkstückspannvorrichtung hat dann im wesentlichen nur die Aufgabe, das Werkstück zur Rotationsachse zu zen­trieren, so daß die Einspannung dieses Werkstückes an einer Umfangsfläche erfolgen kann, die sich nur mit einer relativ geringen Länge in Richtung der Rotationsachse erstreckt.

In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß das Werk­stück während des Bearbeitens seiner Umfangsfläche einer radial zur Rotationsachse gerichteten Dämpfungskraft ausgesetzt ist, die im Bereich des der Bezugsfläche abgewandten Endes an das Werkstück angreift. Durch diese Dämpfung ist es möglich, die Abtragsleistung noch weiter zu erhöhen und die Bearbeitungszeit noch weiter zu reduzieren. Dabei wird ausdrücklich fest­gestellt, daß alleine schon dadurch, daß das Werkstück einer radial gerichteten Dämpfungskraft ausgesetzt ist, eine Erhöhung der Abtragsleistung möglich ist, ohne daß zusätzlich eine erhöhte Anpressung durch eine an das freie Ende angreifende Anpreßkraft vorgesehen wird. Insbesondere in Verbindung mit einer Werkstückspannvorrichtung, die beim Einspannen eine Kraftkomponente in Richtung zu der Planfläche der Werkstück­spannvorrichtung hin erzeugt, läßt sich eine Verbesserung der Abtragsleistung erreichen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß die Dämpfungsfrequenz der Dämpfungskraft derart festgelegt ist, daß sie wesentlich höher als die Rotationsfrequenz des rotie­renden Werkstückes ist. Die Dämpfungskraft behindert somit die Taumelbewegung des Werkstückes nicht, sondern wird erst bei den hohen, von dem Werkzeug übertragenen Frequenzen wirksam, die in der Regel eine 10-Potenz höher liegen als die Rotations­frequenzen eines derartigen Werkstückes.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird bei einer Vor­richtung zum Durchführen des Verfahrens vorgesehen, daß ein dem freien Ende des Werkstück zustellbares, eine Anpreßkraft in Richtung der Rotationsachse ausübendes Anpreßelement vorhanden ist, das drehbar und radial zur Rotationsachse beweglich ge­halten ist. Dieses Anpreßelement stellt sicher, daß auch bei einer hohen Abtragsleistung des Bearbeitungswerkzeuges die Bezugsfläche sicher an der Planfläche der Werkstückspannvor­richtung anliegen bleibt, ohne daß die Taumelbewegung des Werkstückes verhindert wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen dar­gestellten Ausführungsformen und den Unteransprüchen.

• Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt während des Einspannens eines Werkstückes in eine Vorrichtung, das eine rechtwinklig zu seiner Rotationsachse verlaufende Bezugsfläche aufweist, mit der es an eine Plan­fläche einer Werkstückeinspannvorrichtung angelegt wird,
• Fig. 2 einen Schnitt durch die Vorrichtung nach Fig. 1 bei eingespanntem Werkstück während des Bearbeitens der Umfangsflächen des Werkstückes mittels einer Schleif­scheibe,
• Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung mit einem eingespannten Werkstück, bei welcher das Werkstück durch die Werkstückspannvorrichtung an die Planfläche herangezogen und in dem Bereich seines freien Endes einer radial gerichteten Dämpfungskraft ausgesetzt ist,
• Fig. 4 einen Teilschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung, bei welcher das freie Ende des eingespannten Werkstückes nur einer radialen Dämpfungskraft ausgesetzt ist und
• Fig. 5 einen Teilschnitt durch eine Vorrichtung ähnlich Fig. 4, bei welcher das freie Ende des zu bearbeitenden Werkstückes in Richtung der Rotationsachse zu der Bezugsfläche hin mit einer Anpreßkraft belastet und in radialer Richtung einer Dämpfungskraft ausgesetzt ist.

In den Fig. 1 bis 5 ist als zu bearbeitendes Werkstück eine Vorkammer (1) für eine Verbrennungskraftmaschine mit ihrer Außenkontur dargestellt. Die Vorkammer (1) besitzt eine ebene Bezugsfläche (2), die nach dem Bearbeiten der Umfangsflächen (12, 13, 14) rechtwinklig zur Rotationsachse (15) dieser Umfangsflächen (12, 13, 14) verlaufen muß. Diese Genauigkeit wird durch Schleifen der Umfangsflächen (12, 13, 14) erhalten. Bei den vorausgehenden Bearbeitungsgängen der Bezugsfläche (2) und der Umfangsflächen (12, 13, 14) sind Toleranzen bezüglich der ebenen Bezugsfläche (2) und den Umfangsflächen (12, 13, 14) noch unvermeidlich. Die Vorkammer (1) besitzt eine weitere Umfangsfläche (16), die über einen schmalen Ringbund (17) an die Bezugsfläche (2) anschließt und die nicht bearbeitet wird. Diese Umfangsfläche (16) dient als Spannfläche, mit welcher die Vorkammer (1) über Spannbacken (7) einer Werkstückspannvor­richtung zentriert wird. Die Umfangsfläche (16) und der Ring­bund (17) besitzen nur eine relativ geringe Ausdehnung in axialer Richtung der Vorkammer (1).

Die Vorkammer (1) wird in die Werkstückspannvorrichtung derart eingeführt, daß die Bezugsfläche (2) flächig an einer Plan­fläche (6) einer Spindel (5) anliegt, die exakt rechtwinklig zur Drehachse (4) der Spindel verläuft, die mit einem Rotationsantrieb versehen ist. Die Spannbacken (7) werden dann in radialer Richtung der Umfangsfläche (16) zugestellt, wodurch diese Umfangsfläche (16) und damit die ganze Vorkammer (1) zu der Rotationsachse (4) der Spindel zentriert werden.

Aufgrund der bereits erwähnten Ungenauigkeiten der voraus­gegangenen Bearbeitungsschritte verläuft die bisherige Rotationsachse (15) der Umfangsflächen (12, 13, 14) nicht exakt rechtwinklig zu der Bezugsfläche (2). Das freie Ende (9) der Vorkammer (1) führt daher bei Drehbewegungen der Spindel (5) eine Taumelbewegung aus, die in der Größenordnung von 0,3 mm liegen kann. Die exakte Rechtwinkligkeit der Rotationsachse (15) zu der Bezugsfläche (2) wird durch den mit der dar­gestellten Vorrichtung durchzuführenden Bearbeitungsvorgang hergestellt, d. h. durch eine Schleifen mittels einer Schleif­scheibe (8), die in radialer Richtung der Vorkammer (1) zuge­stellt wird. Die Schleifscheibe (8) bewirkt ein Kippmoment auf die Vorkammer (1) um deren Bezugsfläche (2), das die Tendenz hat, die Bezugsfläche (2) von der Planfläche (6) abzuheben. Da die Spannbacken (7) nur in relativ kurzem axialem Abstand zur Bezugsfläche (2) an die Vorkammer (1) angreifen und da die für einen Angriff der Spannbacken (7) zur Verfügung stehende Umfangsfläche (16) nur eine kurze axiale Erstreckung aufweist, können die Spannbacken (7) dem von der Schleifscheibe (8) ausgeübten Kippmoment nur ein relativ geringes Gegenmoment entgegensetzen.

Um trotz dieser Verhältnisse eine relativ hohe Kraft der Schleifscheibe (8) und damit eine relativ hohe Abtragsleistung zuzulassen, wird zusätzlich vorgesehen, daß die Vorkammer (1) mit einer Axialkraft belastet wird, durch die die Bezugsfläche (2) an die Planfläche (6) der Spindel (5) angepreßt wird. Diese Anpreßkraft wird in das freie Ende (9) der Vorkammer einge­leitet, jedoch in der Weise, daß dadurch die Taumelbewegung der Vorkammer (1) und insbesondere auch des freien Endes (9) nicht unterbunden wird. Hierzu ist eine Gegenspitze (3) vorgesehen, die insbesondere in einem Reitstock einer nicht dargestellten Schleifmaschine angeordnet ist und die ein Anpreßelement (11) enthält, das in einer sich konisch verjüngenden Aussparung (18) das freie Ende (9) der Vorkammer (1) aufnimmt. Die Gegenspitze (3), die koaxial zur Rotationsachse (4) der Spindel (5) aus­gerichtet ist, besitzt eine das Anpreßelement (11) radial um­schließende zur Rotationsachse (4) koaxiale Kammer (19), in welcher das Anpreßelement (11) die Taumelbewegung des freien Endes (9) der Vorkammer (1) mit ausführen kann.

Die Gegenspitze (3) besitzt eine zur Rotationsachse (4) radiale Planfläche (10), die mit der entsprechend ausgebildeten gegen­überliegenden Fläche des Anpreßelementes (11) ein hydro­statisches Lager bildet. Das hydrostatische Lager wird über eine Versorgungsleitung (20) mit Druckflüssigkeit versorgt. Diese Druckflüssigkeit, für die bevorzugt Kühlflüssigkeit verwendet wird, die für das Schleifen ohnehin benötigt wird, strömt über das hydrostatische Lager in die Kammer (19) und aus dieser durch einen Spalt zwischen dem Anpreßelement (11) und der Gegenspitze (3) nach außen aus in Richtung zu der Vor­kammer. Das hydraulische Medium, insbesondere die Kühlflüssig­ keit, wird mit einem Druck in der Größenordnung von 10 bar in das hydrostatische Lager eingepumpt.

Das Anpreßelement (11) führt die Taumelbewegung des freien Endes (9) der Vorkammer mit aus, so daß es sich bei einer Rotation der Spindel (5) und der Vorkammer (1) auf einer zur Rotationsachse (4) zentrischen Kreisbahn bewegt. Aufgrund seiner Bewegung muß es die Hydraulikflüssigkeit in der Kammer (19) verdrängen, wodurch ein Dämpfungseffekt, d. h. eine Dämpfungskraft, entsteht. Durch eine entsprechende Bemessung des Querschnittes der Kammer (19) läßt sich diese Dämpfungs­bewegung bezüglich der Dämpfungsfrequenz festlegen. Diese Festlegung erfolgt in der Art, daß die Rotationsbewegung der Spindel (5) und damit die Taumelbewegung des Anpreßelementes (11) praktisch ungedämpft verläuft. Die Dämpfungsfrequenz wird jedoch so ausgelegt, daß sie in dem Bereich der Bearbeitungs­frequenz des Werkzeuges wirksam ist, die etwa eine 10-Potenz höher als die Rotationsfrequenz der Spindel (5) und damit der Vorkammer (1) und des Anpreßelementes (11) ist.

Das Werkstück, bei dem dargestellten Fall die Vorkammer (1), wird während des Spannvorgangs mit seiner Bezugsfläche (2) durch die Gegenspitze (3) an die Plane, zur Rotationsachse (4) der Werkstückspindel (5) senkrecht stehende Planfläche (6) gepreßt (Fig. 1). Durch die an der Werkstückspindel (5) befestigten Spannbacken wird die Vorkammer (1) sodann zentriert. Die Schleifscheibe (8) ist während dieser Phase noch nicht im Eingriff (Fig. 1).

Anschließend wird das Werkstück, bei der dargestellten Aus­führungsform die Vorkammer (1), über die Werkstückspindel (5) und die Spannbacken (7) in Rotation versetzt, wobei das freie Ende (9) entsprechend der vor der jetzt durchzuführenden Bearbeitung enthaltenen Fehler taumelt. Das taumelnde Ende (9) wird durch das Anpreßelement anschließend abgestützt, wozu eine Anpreßkraft in der Größenordnung von 300 bis 400 N über das Anpreßelement (11) in Richtung zu der Planfläche (6) aufgebracht wird, mit welcher die Bezugsfläche (2) an die Plan­fläche (6) angepreßt wird. In dieser Phase erfolgt dann die Bearbeitung durch die Schleifscheibe (8), wie dies in Fig. 2 dargestellt ist.

Die Ausführungsform nach Fig. 3 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 1 zunächst durch die Spannbacken (7ʹ), die bei der Ausführungsform nach Fig. 3 derart aus­gebildet sind, daß sie entsprechend der Richtung des in Fig. 3 dargestellten Pfeiles unter einem Winkel von etwa 45° schräg zur Rotationsachse (4) der Spindel zustellbar sind, so daß sie über die Umfangsfläche (16) und den Ringbund (17) eine Kraft aufbringen, mit welcher die Bezugsfläche (2) gegen die Plan­fläche (6) der Spindel (5) angedrückt wird. Das freie Ende (9) der Vorkammer (1) der Ausführungsform nach Fig. 3 wird nicht mit einer axialen Anpreßkraft belastet. Das freie Ende (9) ist in einer Aussparung (22) eines Halteelementes (11ʹ) derart aufgenommen, daß nur Kräfte in radialer Richtung übertragen werden können. Das Haltelement (11ʹ), das im übrigen ent­sprechend dem Anpreßelement (11) der Fig. 1 und 2 ausgebildet ist, befindet sich in einer es radial umgebenden Kammer (19), in welcher ein Fluid, insbesondere Kühlflüssigkeit, eingebracht wird. Aufgrund der Taumelbewegung, die das Haltelement (11ʹ) mit dem freien Ende (9) der Vorkammer (1) ausführt, werden Dämpfungskräfte auf das freie Ende (9) ausgeübt. Diese Dämpfungskräfte erlauben es, die Abtragsleistung gegenüber einem nur fliegend gelagerten vergleichbaren Werkstück zu erhöhen.

In Fig. 4 ist ein Teil einer Vorrichtung dargestellt, mit dem in etwa die gleiche Funktion erfüllbar ist, die die Vorrichtung nach Fig. 3 aufweist. Bei dieser Ausführungsform ist das freie Ende (9) des Werkstückes in einer als Halteelement dienenden Hülse (23) derart geführt, daß nur in radialer Richtung wirk­same Dämpfungskräfte übertragen werden können. Die Hülse (23) ist mittels eines einteiligen oder mehrteiligen Dämpfungs­elementes (24) in einem Bauteil (25) angeordnet, das mittels eines Wälzlagers (26) drehbar gelagert ist. Durch eine ent­sprechende Werkstoffwahl und/oder Mischung des gummielastischen Kunststoffdämpfungselementes (24) lassen sich die gewünschten Dämpfungsfrequenzen einstellen.

In Fig. 5 ist ein Teil einer Vorrichtung dargestellt, die zur Erfüllung der gleichen Funktion anstelle der Gegenspitze (3) und des Anpreßelementes (11) des Ausführungsbeispieles nach Fig. 1 eingesetzt werden könnte. Bei dieser Ausführungsform ist ein Anpreßelement (27) vorgesehen, das mit einer sich konisch verjüngenden Aussparung dem freien Ende (9) der Vorkammer zuge­stellt wird und das auf der gegenüberliegenden Seite mittels eines Axiallagers an einem Bauteil (28) abgestützt ist. Das Axiallager enthält als Wälzkörper Kugeln (29). Das Bauteil (28) ist seinerseits drehbar gelagert und mit einer Axialkraft in Richtung des Pfeiles belastbar, so daß die Vorkammer (1) mit ihrer Bezugsfläche (2) gegen die Planfläche (6) der Spindel (5) mit einer Kraft von 300 bis 400 N zusätzlich angepreßt werden kann (Fig. 1). In radialer Richtung ist das Anpreßelement (27) mittels Dämpfungselementen (30) an einem an dem Bauteil (28) angebrachten Ring (31) gehalten. Die Dämpfungselemente (30) sind auch bei dieser Ausführungsform so ausgelegt, daß sie die Taumelbewegung des freien Endes (9) und des Anpreßelementes (27) zulassen, das sich dabei relativ zu dem Bauteil (28) beweglich über die Kugel (29) abstützt. Das ein- oder mehr­teilige Dämpfungselement (30) ist so ausgelegt, daß es bei der Rotationsfrequenz noch nicht wirksam ist.