Vorrichtung zum Bandfinishen von gekrümmten Werkstückoberflächen

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bandfinishen von gekrümmten Werkstückoberflächen (30), wobei das Schleifband (34) mittels zweier Bearbeitungsschuhe (18,20) auf die Oberfläche (30) des Werkstücks (10) aufgepresst wird und gleichzeitig die zu bearbeitende Oberfläche (30) bzw. das Werkstück (10) mittels einer Inprozess-Messeinrichtung (24) vermessen wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bandfinishen von gekrümmten Werkstückoberflächen, mit einer Aufnahmevorrichtung für das Werkstück, wobei die Aufnahmevorrichtung mit einer Einrichtung zum Drehen des Werkstücks und einer Oszillationseinrichtung zum schwingenden Antrieb des Werkstücks in dessen Achsrichtung versehen ist, mit einer Bearbeitungszange mit zwei Bearbeitungsarmen, wobei jeder Bearbeitungsarm im Bereich seines freien Endes mit wenigstens einem, die zu bearbeitende Werkstücksoberfläche teilweise umgreifenden Bearbeitungsschuh versehen ist, und mit einem Schleifband, welches von einer Vorratsrolle abgezogen und zwischen den Bearbeitungsschuhen und der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche hindurch zu einer Abzugseinrichtung geführt ist.

[0002] Derartige Bandfinishvorrichtungen sind hinreichend bekannt. Mit diesen Vorrichtungen werden hauptsächlich die Lagerstellen von Kurbelwellen, Nockenwellen, Getriebewellen sowie die Pleuellager an Kurbelwellen feinstbearbeitet, d.h. die Lagerstellen werden nach dem Schleifvorgang mittels eines Schleifbandes nachbearbeitet, wobei die Form der Lagerstelle sowie die Rundheit der Lagerstelle auf gewünschte Werte korrigiert werden. Beim Superfinishen wird das Schleifband mittels eines Bearbeitungsschuhs, in welchen eine Bearbeitungsschale eingesetzt ist, auf die Werkstückoberfläche aufgepresst. Das Werkstück wird dabei gedreht und gleichzeitig in Achsrichtung in Schwingung versetzt. Der Anpressdruck erfolgt dadurch, dass am Werkstück zwei Bearbeitungsschuhe angreifen, mit welchen jeweils ein Abschnitt des Schleifbandes an das Werkstück angepresst wird. Die Bearbeitungsdauer wird entweder empirisch ermittelt und es werden die Werkstücke entsprechend dieses empirisch ermittelten Wertes alle gleich lange bearbeitet, was zu unterschiedlichen Arbeitsergebnissen führt, oder es wird während des Bearbeitungsvorganges z.B. der Durchmesser des Werkstücks gemessen und der Bearbeitungsvorgang abgebrochen, wenn ein vorgegebener Wert erreicht wird. Bei diesen Bearbeitungsvorrichtungen mit einer derartigen Inprozess-Messeinrichtung wird das Werkstück jedoch nur von einer Seite, d.h. mittels eines Bearbeitungsschuhes, bearbeitet, wohingegen auf der anderen Seite die Messvorrichtung angebracht ist und die Messung durchgeführt wird. Derartige Bandfinishmaschinen haben zwar den Vorteil, dass während des Bearbeitungsvorganges der Bearbeitungsfortschritt gemessen und dadurch ein optimales Finischergebnis eingestellt werden kann, jedoch die Bearbeitungszeit aufgrund des verringerten Bandeingriffes deutlich länger ist als bei Vorrichtungen ohne eine derartige Inprozess-Messeinrichtung.

[0003] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass bei gleichbleibend guten Bearbeitungsergebnissen die Bearbeitungszeit deutlich verringert ist.

[0004] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art am freien Ende einer der Bearbeitungsarme eine Inprozess-Messeinrichtung vorgesehen ist, mit der die zu bearbeitende Werkstückoberfläche während des Bearbeitungsvorganges vermessen wird.

[0005] Bei der erfindungsgemäßen Bandfinishvorrichtung wird das Werkstück von zwei Bearbeitungsschuhen bearbeitet und gleichzeitig während des Bearbeitungsvorganges vermessen. Dies wird dadurch ermöglicht, dass zusätzlich zu den beiden Bearbeitungsschuhen die Inprozess-Messeinrichtung vorgesehen ist, die einen der beiden Bearbeitungschuhe umgreift. Die Inprozess-Messeinrichtung übergreift dabei den Bearbeitungsschuh direkt in der Ebene, in welcher das Werkstück bearbeitet bzw. vermessen wird. Da in der Regel neben den Bearbeitungsschuhen, d.h. neben den zu bearbeitenden Werkstückoberflächen kein Raum zur Verfügung steht, da sich dort entweder andere Bauteile befinden oder sofort eine weitere zu bearbeitende Werkstückoberfläche anschließt, wird der Bearbeitungsschuh von der Inprozess-Messeinrichtung nicht seitlich umgriffen.

[0006] Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Inprozess-Messeinrichtung eine Messeinrichtung zum Ermitteln des Durchmessers, der Oberflächenrauigkeit, der Konizität und/oder der Balligkeit der Oberfläche ist. In der Regel wird der Durchmesser des zu bearbeitenden Werkstückabschnitts gemessen, da dieser von der Berbeitungsduer abhängt. Die Konizität, Oberflächenrauhigkeit, Balligkeit usw. werden über die Auswahl des Schleifbandes und der Bearbeitungsschuhe bzw. Bearbeitungsschalen und gegebenenfalls deren Lagerung fest eingestellt.

[0007] Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Inprozess-Messeinrichtung wenigstens zwei Messtaster aufweist, die insbesondere einander gegenüberliegen und mit einer DMS-Messbrücke versehen sind. Mittels dieser Messtaster, die auf der zu bearbeitendne Oberfläche aufliegen, wird der Durchmesser des zu bearbeitenden Werkstückabschnitts erfasst. Eine Auswertung der Messsignale erfolgt über eine DMS-Brücke, die vorteilhaft in die Inprozess-Messeirichtung integriert ist.

[0008] Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass die Inprozess-Messeinrichtung eine optische, pneumatische oder hydraulische Messeinrichtung ist. So kann z.B. mittels optischer Elemente, z.B. Laserstrahl od.dgl., oder einem Fluid, z.B. Luft oder Honöl od.dgl., die Messung durchgeführt werden. Bei der pneumatisch oder hydraulisch arbeitenden Messeinrichtung sind Messdüsen vorgesehen, über welche das Fluid auf die zu bearbeitende Oberfläche, oder eine speziell erzeugte Fläche geleitet und der Rückstau oder der Durchfluss gemessen wird.

[0009] Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Inprozess-Messeinrichtung an dem der Vorratsrolle zugeordneten Bearbeitungsarm angebracht ist. Der Bearbeitungsschuh wird also gemeinsam mit der Messeinrichtung an die zu bearbeitende Werkstückoberfläche herangeführt bzw. von dieser abgehoben, indem die Bearbeitungszange geschlossen bzw. geöffnet wird. Sobald über die Messeinrichtung das gewünschte Bearbeitungsmaß erfasst wird, wird der Schließdruck der Bearbeitungszange aufgehoben, so dass die beiden Bearbeitungsarme mit geringem Druck an der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche anliegen und von dieser z.B. bei einem Kurbelzapfen im Orbit mitgeführt werden. Die Bearbeitungsarme können bei Lagerstellen ohne Orbit auch geöffnet werden.

[0010] Erfindungsgemäß sind die Bearbeitungsschuhe mit harten Einsätzen und/oder weichen Einsätzen, z.B. aus Vulkollan, einem Elastomer od.dgl., bestückt. Durch die geeignete Kombination der Einsätze wird eine optimale Verbesserung der Zylindrizität, der Oberflächengüte, der Rauigkeit bzw. eine Verminderung der Konizität erreicht.

[0011] Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Bearbeitungsschuhe mit vollflächig anliegenden oder geschlitzten Bearbeitungsschalen versehen sind. Geschlitzte Bearbeitungsschalen, wie sie z.B. aus der DE 44 44 239 A1 bekannt sind, besitzen den Vorteil, dass diese geringfügig im Umschlingungsdurchmesser verändert werden können, so dass sie optimal an den Durchmesser des zu bearbeitenden Werkstückabschnitts anpassbar sind.

[0012] Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass die Bearbeitungsschuhe mit Schnellwechselschalen ausgestattet sind. Derartige Schnellwechselschalen sind z.B. aus der DE 297 19 168 U1 bekannt.

[0013] Um das Schleifband auf möglichst einfache Weise im Bereich des Eintritts in den Bearbeitungsschuh und im Bereich des Austritts aus dem Bearbeitungsschuh um die Haltevorrichtungen der Messeinrichtungen herumzuführen bzw. an diesen vorbeizuführen, ist vorgesehen, dass der die Inprozess-Messeinrichtung aufweisende Bearbeitungsarm im Bereich des Bearbeitungsschuhs Umlenkeinrichtungen für das Schleifband aufweist. Diese Umlenkeinrichtungen führen das Schleifband, wie bereits erwähnt, in der Bearbeitungsebene an den Haltearmen für die Tastarme bzw. Taststifte der Messeinrichtung vorbei bzw. durch diese hindurch.

[0014] Eine Weiterbildung sieht vor, dass mittels der Umlenkeinrichtungen das Schleifband in dessen Längsrichtung um etwa 90° gedreht oder gefaltet wird. Durch die Drehung des Schleifbandes um etwa 90° wird dieses parallel zur Bearbeitungsebene des Werkstücks bzw. zur Schließebene der Bearbeitungszange ausgerichtet und kann somit relativ einfach in den Bearbeitungsbereich hineingeführt werden. Dort wird das Schleifband wieder in die Ausgangslage zurückgedreht, so dass es flächig auf der zu bearbeitendne Werkstücksoberfläche auf liegen kann. Eine andere Möglichkeit sieht vor, dass das Schleifband gefaltet wird, so dass es sich ebenfalls parallel zur Schließebene der Zange erstreckt. Dabei kann die mit Schleifpartikeln beschichtete Seite des Schleifbandes nach innen oder nach außen gefaltet sein.

[0015] Dabei kann die Umlenkeinrichtung als Durchbruch ausgebildet sein, wobei der Durchbruch kreisrund, oval, rechteckförmig, wendelförmig, U-förmig und/oder randoffen ist. Außerdem kann der Durchbruch über seine Länge gedreht sein. Über diesen Durchbruch, durch welchen das Schleifband hindurchgeführt wird, wird dieses gedreht oder gefaltet. Durch eine randoffene Ausnehmung kann auf einfache Art und Weise das Schleifband in den Durchbruch eingeführt werden, was insbesondere bei einem Bandwechsel erforderlich ist.

[0016] Bevorzugt sind die Umlenkeinrichtungen jeweils am freien Ende des Bearbeitungsschuhs bzw. der Bearbeitungsschale vorgeshen. Dies bedeutet, dass das Band der Tastarme der Inprozess-Messeinrichtung um 90° gedreht bzw. gefaltet wird und unmittelbar nach dem Tastarm wieder in die ursprüngliche Lage ausgerichtet wird. Dies erfolgt am Einlauf zur Bearbeitungsschale und am Auslauf aus der Bearbeitungsschale.

[0017] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel im einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten sowie in der Beschreibung und in den Ansprüchen erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1:

die freien Enden einer Bearbeitungszange in Seitenansicht, wobei ein zu bearbeitendes Werkzeug umschlossen ist;

Fig. 2:

einen Ausschnitt II gemäß Fig. 1, einen Tastfinger der Inprozess-Messeinrichtung zeigend; und

Fig. 3:

insgesamt vier Ausführungsbeispiele (3a - 3d) eines Durchbruchs für das Schleifband.

[0018] In der Fig. 1 ist von einer Vorrichtung zum Bandfinishen von Werkstücken 10 eine insgesamt mit 12 bezeichnete Bearbeitungszange abgebrochen dargestellt, wobei die Bearbeitungszange 12 einen ersten Bearbeitungsarm 14 und einen zweiten Bearbeitungsarm 16 aufweist. An den freien Enden der beiden Bearbeitungsarme 14 und 16 sind Bearbeitungsschuhe 18 und 20 mittels Befestigungsschrauben 22 befestigt. Der Bearbeitungsschuh 20 dient außerdem zur Aufnahme einer insgesamt mit 24 bezeichneten Inprozess-Messeinrichtung.

[0019] Die freien Enden der beiden Bearbeitungsarme 14 und 16 umgreifen das Werkstück 10 und liegen mit Bearbeitungsschalen 26 und 28 an der zu bearbeitenden Oberfläche 30 des Werkstücks 10 an. Die Bearbeitungsschalen 26 und 28, die auch geschlitzt ausgebildet sein können, wobei die Schlitze parallel zur Achsrichtung des Werkstücks 10 verlaufen, werden von Einsätzen 32 abgestützt. Diese Einsätze 32 können entweder aus einem harten Material gefertigt sein, sie können jedoch auch aus einem weichen Material, z.B. aus Vulkollan oder einem Elastomer, bestehen. Die Einsätz 32 sind ihrerseits z.B. über eine Schwalbenschwanznut im Bearbeitungsschuh 18 bzw. 20 verankert. Über die Einsätze 32 werden die Bearbeitungsschalen 26 und 28 abgestützt und auf die Oberfläche 30 des Werkstücks 10 gepresst.

[0020] Zwischen den beiden Bearbeitungsschuhen 26 und 28 und der Oberfläche 30 des Werkstücks 10 befindet sich ein Schleifband 34, mit dem Material von der Oberfläche 30 des Werkstücks 10 abgetragen wird. Dieses Schleifband 34 wird von einer nicht dargestellten Vorratsrolle abgezogen und über eine erste Umlenkrolle 36 in Richtung auf das Werkstück 10 umgelenkt. Diese Umlenkrolle 36 befindet sich an einer unteren Bandführung 38, welche am Bearbeitungsschuh 20 befestigt ist. Die Bandführung 38 weist in einem Führungsabschnitt 40 einen Durchbruch 42 auf, der in Fig. 3 näher dargestellt ist. Durch diesen Durchbruch 42 ist das Schleifband 34 hindurchgeführt, wobei es zwischen dem Durchbruch 42 und der Umlenkrolle 36 in einem mit 44 bezeichneten Abschnitt entweder um 90° gedreht wird oder gefaltet wird. Insbesondere beim Durchbruch der Fig. 3d wird das Schleifband 34 U-förmig gefaltet. Auf diese Weise wird die Dimension des Schleifbandes 34 in Richtung der Achse des Werkstücks 10 wesentlich verringert, so dass das Schleifband 34 am unteren Messeinsatz 46 problemlos vorbeigeführt werden kann. Dieser Messeinsatz 46 ist entweder schmäler als der Führungsabschnitt 40 ausgeführt oder weist einen dem Durchbruch 42 entsprechenden Durchbruch auf. Im Anschluss an den Messeinsatz 46 ist ein weiterer Führungsabschnitt 48 vorgesehen, der ebenfalls mit einem Durchbruch versehen ist, der dem Durchbruch 42 entspricht. Dort wird das Schleifband in einem Abschnitt 50 wieder in die ursprüngliche Ausrichtung zurückgeführt. Auf diese Weise kann das Schleifband 34, welches in der Regel eine ähnliche Breite des Führungsabschnitts 40 bzw. 48 oder des Messeinsatzes 46 besitzt, an diesen vorbei- bzw. durch diese Elemente hindurchgeführt werden. Der Durchbruch 42 der Figur 3d ist nur als Beispiel zu verstehen. Die beiden Schenkel des U-förmigen Durchbruchs können auch enger beieinander liegen.

[0021] Am oberen Ende des Bearbeitungsschuhs 20 befindet sich ebenfalls eine Bandführung 64, die einen Führungsabschnitt 52 mit Durchbruch 42 aufweist, in welchem das Schleifband 34 über einen Abschnitt 54 um 90° gedreht bzw. gefaltet wird. Somit kann auch der obere Messeinsatz 56 umgangen bzw. kann das Schleifband 34 durch diesen hindurchgeführt werden. Im Anschluss an diesen Messeinsatz 56 befindet sich ein weiterer Führungsabschnitt 58, der ebenfalls mit einem Durchbruch versehen ist, so dass das Schleifband 34 in einem Abschnitt 60 wieder in die ursprüngliche Lage zurückgeführt wird. Das Schleifband 34 wird dann über eine weitere Umlenkrolle 62, welche an der Bandführung 64 befestigt ist, in Richtung der Schwenkachse der Bearbeitungszange 12 geführt. Nachdem das Schleifband 34 dort umgelenkt worden ist, tritt es zwischen die Bearbeitungsschale 26 und das Werkstück 10 ein und wird über eine Umlenkrolle 66 und eine Bandführung 68 abgezogen.

[0022] Durch die Umlenkung des Schleifbandes 34 im Bereich der Messeinsätze 46 und 56 wird die Möglichkeit geschaffen, dass nicht nur zwischen der Bearbeitungsschale 26 und dem Werkstück 10 sondern auch zwischen der Bearbeitungsschale 28 und dem Werkstück 10 Schleifband auf die Oberfläche 30 des Werkstücks 10 gepresst werden kann. Aufgrund des deutlich größeren Schleifbandeinsatzes wird die Bearbeitungszeit wesentlich verkürzt.

[0023] Während der Bearbeitung des Werkstücks 10 wird mittels der Inprozess-Messeinrichtung 24 der Durchmesser des Werkstücks 10 gemessen, indem zwei Messspitzen 70 auf der Oberfläche 30 des Werkstücks 10 an einander gegenüberliegenden Stellen aufsitzen. Diese Messspitzen 70 sind an den beiden Messeinsätzen 46 und 56 befestigt. In der Fig. 2 ist in vergrößerter Darstellung eine derartige Aufnahme der Messspitze 70 am Messeinsatz 46 dargestellt. Der Messeinsatz 46 ist an seinem freien Ende geschlitzt ausgeführt und nimmt die Messspitze 70 auf. Über eine Klemmschraube 72 ist die Messspitze 70 verdrehsicher gehalten. Zum Einstellen der Lage der Messspitze 70 im Messeinsatz 46 wird die Messspitze 70 an einem Sechskant 74 mehr oder weniger weit in die Aufnahmebohrung des freien Endes des Messeinsatzes 46 eingeschraubt und dann über die Klemmschraube 72 gesichert. Dies gilt auch für den Messeinsatz 56.

[0024] Somit können Werkstücke 10 schneller bearbeitet werden, wobei jedoch die Qualität der Bearbeitung nach wie vor über die Inprozess-Messeinrichtung 24 überwacht werden kann.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Bandfinishen von gekrümmten Werkstückoberflächen (30), mit einer Aufnahmevorrichtung für das Werkstück (10), wobei die Aufnahmevorrichtung mit einer Einrichtung zum Drehen des Werkstücks (10) und einer Oszillationseinrichtung zum schwingenden Antrieb in Achsrichtung des Werkstücks (10) versehen ist, mit einer Bearbeitungszange (12) mit zwei Bearbeitungsarmen (14, 16), wobei jeder Bearbeitungsarm (14 und 16) im Bereich seines freien Endes mit wenigstens einer, die zu bearbeitende Werkstückoberfläche (30) teilweise umgreifenden Bearbeitungsschale (26, 28) versehen ist, und mit einem Schleifband (34), welches von einer Vorratsrolle abgezogen und zwischen den Bearbeitungsschalen (26, 28) und der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche (30) hindurch zu einer Abzugseinrichtung geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass am freien Ende einer der Bearbeitungsarme (14, 16) eine Inprozess-Messeinrichtung (24) vorgesehen ist, mit der die zu bearbeitende Werkstückoberfläche (30) während des Bearbeitungsvorganges vermessen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Inprozess-Messeinrichtung (24) eine Messeinrichtung zum Ermitteln des Durchmessers, der Oberflächenrauigkeit, der Konizität und/oder der Balligkeit der Oberfläche (30) ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Inprozess-Messeinrichtung (24) wenigstens zwei Messtaster (70) aufweist, die insbesondere einander gegenüberliegen, und mit einer DMS-Messbrücke versehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Inprozess-Messeinrichtung (24) eine optische, pneumatische oder hydraulische Messeinrichtung ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Inprozess-Messeinrichtung (24) an dem der Vorratsrolle zugeordneten Bearbeitungsarm (16) oder am anderen Bearbeitungsarm (14) angebracht ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsschuhe (18, 20) mit harten Einsätzen (32) und/oder weichen Einsätzen (32), z.B. aus Vulkullan, einem Elastomer od.dgl., bestückt sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsschuhe (18, 20) mit vollflächig anliegenden oder geschlitzten Bearbeitungsschalen (26, 28) versehen sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ddurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsschuhe (18, 20) mit Schnellwechselschalen ausgestattet sind.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der die Inprozess-Messeinrichtung (24) aufweisende Bearbeitungsarm (14, 16) im Bereich des Bearbeitungsschuhs (20) Umlenkeinrichtungen für das Schleifband (34) aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Umlenkeinrichtungen das Schleifband (34) in dessen Längsrichtung um etwa 90° gedreht oder gefaltet wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinrichtung als Durchbruch (42) ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchbruch (42) kreisrund, oval, rechteckförmig, wendelförmig, U-förmig und/oder randoffen ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinrichtungen im Bereich von Tastarmen (46, 56) der Inprozess-Messeinrichtung (24) vorgeshen sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinrichtungen jeweils am freien Ende des Bearbeitungsschuhs (18, 20) bzw. der Bearbeitungsschale (26, 28) vorgeshen sind.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifband (34) auf der die Messeinrichtung (24) aufweisenden Seite angeordnet ist.

Zeichnung