Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schleifen eines Werkstückes mit den Merkmalen gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen gemäß Oberbegriff von Anspruch 4.
Die insbesondere im Motoren- und Getriebebau benötigten Bauteile erfordern sehr enge Fertigungstoleranzen. Diese engen Fertigungstoleranzen werden hauptsächlich durch Feinbearbeiten und anschließendes Feinstbearbeiten erzielt. Lagersitze oder andere im späteren Einsatz hochbelastete Bauteilabschnitte werden daher oft zunächst geschliffen und anschließend noch einer Feinstbearbeitung unterzogen, um die benötigte Form- und Oberflächenqualität im Hinblick auf Lebensdauer und Laufeigenschaften zu erzielen.
Das Feinbearbeiten und das Feinstbearbeiten sind in der Regel zwei aufeinanderfolgende Arbeitsgänge auf zwei eigens dafür ausgelegten Werkzeugmaschinen. Nachteilig dabei ist, daß einerseits die Anzahl unterschiedlicher Werkzeugmaschinen in starkem Maße den zur Realisierung der Herstellung eines bestimmten Bauteils erforderlichen Investitionsaufwand erhöht und daß andererseits die Fertigungskosten für das betreffende Bauteil durch höhere Durchlaufzeiten mit zwischengeschalteten Transportoperationen ebenfalls erhöht werden. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die erneute Aufspannung in der die Feinstbearbeirung realisierenden Werkzeugmaschine Fehler auftreten können, welche sich für die geforderten Fertigungstoleranzen als nachteilig erweisen.
Feinstbearbeitungsverfahren schließen insbesondere das Honen ein. Honen ist ein spanendes Fertigungsverfahren mit gebundenem Korn zur Verbesserung bzw. Änderung von Form, Maßgenauigkeit und Oberflächengüte des Werkstückes, wobei das Werkzeug ständig mit der Oberfläche des Werkstückes im Eingriff ist. Honen wird im allgemeinen im Anschluß an eine vorhergehende Feinbearbeitung, wie z.B. Schleifen, zur Endbearbeitung angewandt. Insbesondere das sog. Kurzhubhonen wird auch als Feinhonen, Finishbearbeiten oder Superfinishbearbeiten, Feinziehschleifen oder Schwingschleifen bezeichnet.
Bekannt sind Werkzeugmaschinen zum Schleifen und Werkzeugmaschinen beispielsweise zur Superfinishbearbeitung (siehe Firmenprospekt IMPCO Machine Tools, USA, 1994). Neben den oben geschilderten Nachteilen hinsichtlich des Investitionsaufwandes und des Fertigungsaufwandes erfordert das Konzept von zwei jeweils unterschiedlichen Werkzeugmaschinen für die Feinbearbeitung bzw. die Feinstbearbeitung auch einen erheblichen Entwicklungsaufwand.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken zu schaffen, mittels welchem bzw. welcher die Geometrie des Werkstückes maß- und formhaltig bearbeitet, mit der erforderlichen Oberflächengüte versehen und die Fertigungszeit und damit die Stückkosten des Werkstückes erheblich verringert werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie mit einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen gemäß Anspruch 4 gelöst.
Bei dem Verfahren zum Schleifen eines Werkstückes, insbesondere eines Wellenteils eines Getriebes, wird das Werkstück zur Bearbeitung eingespannt und die Geometrie des Werkstückes maß- und formhaltig geschliffen. Erfindungsgemäß wird zumindest ein Teil der Oberfläche des Werkstückes zumindest teilweise zeitparallel zum Schleifen feinstbearbeitet. Vorzugsweise erfolgt das Feinstbearbeiten durch Finishen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel erfolgt das Schleifen und das Feinstbearbeiten an zylindrischen und/oder konischen Oberflächenabschnitten des Werkstückes.
Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendete Vorrichtung zum Schleifen eines Werkstückes wird insbesondere zum Schleifen von Wellenteilen, beispielsweise eines Getriebes, eingesetzt. Die Vorrichtung weist einen Werkstückspindelstock und einen Reitstock zum Einspannen des Werkstückes sowie eine Schleifeinheit auf. Die Schleifeinheit ist mit mindestens einer Schleifspindel, welche eine Schleifscheibe zum Schleifen des Werkstückes trägt, versehen. Der Werkstückspindelstock und der Reitstock und/oder die Schleifeinheit sind zur Erzielung einer, die gewünschte Werkstückgeometrie erzeugenden Schleifrelativbewegung zwischen der Schleifeinheit und dem Werkstück gesteuert beweglich angeordnet. Erfindungseemäß ist die Vorrichtung mit einer Feinstbearbeitungseinheit versehen, welche entsprechend der Geometrie des Werkstückes bewegbar ist, wobei zumindest ein Teil der Oberfläche des Werkstückes mittels der Feinstbearbeirungseinheit Zeitparallel zum Schleifen feinstbearbeitbar ist.
Dadurch ist es erstmals möglich, eine Komplettbearbeitung eines Werkstükkes, d.h. das Feinbearbeiten und das Feinstbearbeiten auf einer Werkzeugmaschine auszuführen. Dadurch entfallen externe Verkettungen für mehrere Arbeitsgänge mit ggf. dazwischengeschalteten Transportvorgängen. Dadurch, daß die Installation von zwei verschiedenen Werkzeugmaschinen für das Feinbearbeiten und für das Feinstbearbeiten nicht mehr erforderlich sind, kann somit der Investitionsbedarf, können die Gesamtkosten und können auch die Stückkosten erheblich verringert werden. Darüberhinaus ist der erforderliche Platzbedarf geringer, da damit eine geringere Maschinenanzahl bei gleicher Ausbringleistung auf einer definierten Fertigungsfläche vorhanden ist. Des weiteren verringern sich dadurch die Durchlauf- und Lagerzeiten. Die Fertigung kann insgesamt transparenter ausgeführt werden. Weitere Vorteile der Erfindung liegen darin, daß die Anzahl von Maschinenlieferanten verringert werden kann, da ein identisches Maschinenkonzept für eine Maschine vorliegt, welche sowohl das Feinbearbeiten als auch das Feinstbearbeiten ausführt. Dies führt zu erheblichen Vorteilen auch im Service- und Wartungsbereich.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Schleifeinheit und die Feinstbearbeitungseinheit vorzugsweise bezüglich der Werkstücklängsachse im wesentlichen einander gegenüberliegend angeordnet, so daß zwischen beiden Bearbeitungseinheiten das Werkstück eingespannt ist. Dies hat den Vorteil, daß eine freie Beweglichkeit sowohl der Schleifeinheit als auch der Feinstbearbeitungseinheit ohne gegenseitige Behinderung vorhanden ist. Darüberhinaus kann bei einer solchen Anordnung von Schleifeinheit und Feinstbearbeitungseinheit ein gleichzeitiges Schleifen und Feinstbearbeiten des Werkstückes im wesentlichen über die gesamte Werkstücklänge erfolgen.
Es ist gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel auch möglich, die Schleifeinheit und die Feinstbearbeitungseinheit vorzugsweise bezüglich der Werkstücklängsachse im wesentlichen auf einer Seite des Werkstückes anzuordnen. Dies ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn nur ein Teil der Oberfläche des Werkstückes feinstbearbeitet werden muß und die Länge des zu bearbeitenden Werkstückes groß genug ist, so daß Feinstbearbeitungseinheit und Schleifeinheit während des gleichzeitigen Eingriffs mit dem Werkstück sich nicht gegenseitig behindern.
In einer Ausführungsform weist die Schleifeinheit einen Träger auf, an welchem zwei Schleifspindeln mit jeweils zumindest einer Schleifscheibe so schwenkbar und auf einer gemeinsamen Zustellachse angebracht sind, daß die Schleifscheiben nacheinander mit dem Werkstück in Eingriff bringbar sind. Eine solche Schleifeinheit ist vor allen Dingen dann sinnvoll, wenn unterschiedliche Oberflächenkonturen des Werkstückes mittels der Schleifeinheit maß- und formhaltig zu bearbeiten sind.
Vorzugsweise ist die Feinstbearbeitungseinheit als Feinstschleifeinheit oder als Finisheinheit ausgebildet. Sowohl die Feinstschleifeinheit als auch die Finisheinheit dienen dazu, Oberflächengüten des Werkstückes bzw. eines Teils der Oberfläche dieses Werkstückes zu erzielen, welche im Bereich der mit überlicherweise als Feinstbearbeitung bezeichneten Fertigungsverfahren liegen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigerügten Zeichnungen detailliert erläutert.
Es zeigen:
In Fig. 1 ist die Draufsicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. Zwischen einem Werkstückspindelstock 1 und einem Reitstock 2 ist ein Werkstück 3 zwischen Spitzen 20, 21 eingespannt. Dabei ist die Längsachse des Werkstückes 3 fluchtend mit den Längsachsen der Spindeln des Werkstückspindelstocks 1 und des Reitstocks 2 ausgerichtet. Der Werkstückspindelstock 1 und der Reitstock 2 sind auf einem nicht dargestellten verfahrbaren Schleiftisch entlang einer CNC-Achse Z1 verfahrbar angeordnet. Auf einer Seite der Werkstückspindelstock/Werkstück/Reitstock-Anordnung ist ein Schleifspindelstock 23 vorgesehen. Der Schleifspindelstock 23 weist eine Schleifspindel 14 mit einer Schleifscheibe 15 auf. Der Schleifspindelstock 23 ist bezüglich einer Bewegungsachse X1 im Sinne einer Zustellung zu dem Werkstück 3 beweglich angeordnet. Die Längsachse der Schleifspindel 14 kann bezüglich der Achse des Werkstückes parallel oder horizontal verschwenkbar angeordnet sein.
Anstelle des Werkstückspindelstocks 1 und des Reitstocks 2 kann auch der Schleifspindelstock 23 in Richtung der Z1-Achse verfahrbar sein. In einem solchen Fall sind der Werkstückspindelstock 1 und der Reitstock 2 auf dem Maschinenständer fest montiert. Gegenüberliegend zu dem Schleifspindelstock 23 ist in einer im wesentlichen horizontalen Ebene eine Feinstbearbeirungseinheit 25 angeordnet.
Mittels dieser Feinstbearbeitungseinheit 25 wird die Oberfläche des Werkstückes 3 entsprechend den Form-, Toleranz- und Oberflächenantorderungen nachbearbeitet, wobei die Feinstbearbeitung zeitparallel zum Eingriff der Schleifscheibe 15 mit dem Werkstück 3 durchführbar ist.
Diese Feinstbearbeitungseinheit 25 ist beispielsweise mit einer Superfinisheinheit versehen. Die Feinstbearbeitungseinheit 25 ist entlang von zwei rechtwinkelig zueinander angeordneten CNC-Achsen X2 bzw. Z2 verfahrbar, so daß sie vom Schleifspindelstock 23 unabhängige Bewegungen ausführen kann. Dieses Ausführungsbeispiel, bei welchem dem Werkstück gegenüberliegend die Schleifeinheit 14, 15, 23 und die Feinstbearbeitungseinheit 25 angeordnet sind, hat den Vorteil, daß im wesentlichen die gesamte Oberfläche des Werkstückes 3 mit der Schleifeinheit 14, 15, 23 geschliffen und zeitparallel dazu mit der Feinstbearbeitungseinheit 25 feinstbearbeitet werden kann.
Fig. 2 zeigt die Draufsicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Eine Vorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel findet vor allem dann Anwendung, wenn die äußere Kontur des Werkstückes 3 mit mindestens zwei Schleifscheiben bearbeitet werden muß. Auf der einen Seite der Werksmckspindelstock/Werksrück/Reitstock-Anordnung ist wiederum ein Schleifspindelstock 24 vorgesehen. Dieser Schleifspindelstock 24 trägt in einer gemeinsamen horizontalen Ebene zwei Schleifspindeln 12, 13, welche unter einem Winkel zueinander am Schleifspindelstock 24 montiert sind. Jede Schleifspindel 12 bzw. 13 trägt eine für einen jeweiligen Konturabschnitt des Werkstückes vorgesehene und geformte Schleifscheibe. Der Schleifspindelstock 24 ist um den Punkt B verschwenkbar, so daß je nach Fertigungsabfolge die an der Schleifspinde1 12 montierte Schleifscheibe 5 oder die an der Schleifspindel 13 montierte Schleifscheibe 6 dem Werkstück 3 zugestellt werden kann. Die um die Schwenkachse B ausführbare Schwenkbewegung des Schleifspindelstocks 24 wird hydraulisch oder CNC-gesteuert ausgeführt.
Der Schleifeinheit 12, 13, 24 gegenüberliegend ist analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 die Feinstbearbeitungseinheit 25 angeordnet. Die gesteuerten Bewegungen der Schleifeinheit 12, 13, 24, der Feinstbearbeitungseinheit 25 und der Werksriickspindelstock/Werkstück/Reitstock-Anordnung sind analog zu den im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 beschriebenen.
In Fig. 2a ist die Schleifspindel 12 des Schleifspindelstockes 24 im Eingriff mit dem Werkstück 3 zum Schleifen einer konischen Kontur 4 mittels der Schleifscheibe 5. Der Übersichtlichkeit halber sind sowohl Schleifspindelstock 24 als auch Feinstbearbeitungseinheit 25 nicht eingezeichnet.
In Fig. 2b ist die Zustellung sowohl der Schleifspindel 13 mit der Schleifscheibe 6 des Schleifspindelstockes 24 als auch der Feinstbearbeitungseinheit 25 mit einem Finishstein 9 zum Werkstück 3 dargestellt. Mit der Schleifscheibe 6 wird ein zylindrischer Zapfen 7 am Werkstück 3 geschliffen. Die konische Kontur 4 des Werkstückes 3 wird gleichzeitig einer Finishbearbeitung unterzogen, um die Oberflächengüte mittels des Finishsteins 9 zu erhöhen. Die Verwendung eines derartigen Finishsteines ist vor allen Dingen dann vorteilhaft, wenn hohe Traganteile in bezug auf die Oberflächengüte der Werkstückoberfläche erzielt werden sollen.
Fig. 3 zeigt die Draufsicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind sowohl die Schleifeinheit 14, 15 als auch die Feinstbearbeitungseinheit 25 an einer Seite der Werkstückspindelstock/Werkstück/Reitstock-Anordnung vorgesehen. Sowohl die Schleifeinheit 14, 15 als auch die Feinstbearbeitungseinheit 25 sind entlang jeweiliger Achsen X1, Z1 bzw. X2, Z2 CNC-gesteuert verfahrbar. Dadurch ist es möglich, die Schleifscheibe 15 und den Finsishstein 9 zumindest an einem Teil der Oberfläche des Werkstückes zumindest teilweise zeitparallel zum Schleifen und zum Feinstbearbeiten zum Werkstück 3 zuzustellen. Zur Erzeugung der zum Schleifen bzw. Feinstbearbeiten erforderlichen Relativbewegung zwischen der Schleifscheibe bzw. dem Finishstein 9 und dem Werkstück 3 ist eine Bewegung der Schleifeinheit 14, 15 entlang der Achsen X1, Z1 bzw. der Feinstbearbeitungseinheit 25 entlang der Achsen X2, Z2 möglich, und die Werkstückspindelstock/Werkstück/Reitstock-Anordnung ist fest mit einem Maschinenständer verbunden montiert.
Insbesondere bei Getriebeteilen, welche zylindrische Wellenabschnitte mit unterschiedlichem Durchmesser und beispielweise konisch bzw. kegelig ausgebildete Getrieberäder aufweisen, ist der Einsatz der Vorrichtung und des Verfahrens gemäß der Erfindung vorteilhaft, da die normale Schleifbearbeitung und die Feinstbearbeitung zumindest teilweise zeitparallel erfolgen können und dadurch erhebliche Kosteneinsparungen erzielbar sind.