FINISHWERKZEUG MIT LOKAL VARIIERENDER SCHNITTIGKEIT

Abstract

 Vorrichtung zur Endbearbeitung einer Umfangsfläche (2) eines wellenförmigen Werkstückes (1), umfassend eine Antriebseinrichtung zur Erzeugung einer Rotationsbewegung des Werkstückes (2) und eine Andrückeinrichtung (3) zum Andrücken eines Werkzeuges (4) an die Umfangsfläche (2) des rotierenden Werkstückes (2), wobei das Werkzeug (4) mit einer Bearbeitungsfläche (5) an der Umfangsfläche (2) anliegt und die Umfangsfläche (2) eine erste Profilform aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsfläche (5) Bereiche (6, 7) unterschiedlicher Schnittigkeit aufweist, wobei eine räumliche Verteilung der Schnittigkeit eine nach der Endbearbeitung beabsichtigte zweite, von der ersten Profilform unterschiedliche Profilform der Umfangsfläche (2) vorgibt.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Endbearbeitung einer Umfangsfläche eines wellenförmigen Werkstückes. Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung eines Werkzeuges zur Endbearbeitung einer Umfangsfläche eines wellenförmigen Werkstückes. Die Vorrichtung umfasst eine Antriebseinrichtung zur Erzeugung einer Rotationsbewegung des Werkstückes und eine Andrückeinrichtung zum Andrücken eines Werkzeuges an die Umfangsfläche des rotierenden Werkstückes, wobei das Werkzeug mit einer Bearbeitungsfläche an der Umfangsfläche anliegt und die Umfangsfläche eine erste Profilform aufweist.

[0002] Eine Vorrichtung mit den vorgenannten Merkmalen ist aus EP 0 802 017 A1 bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird ein Finishband als Werkzeug mittels eines Andrückschuhes an die Umfangsfläche des rotierenden Werkstückes angedrückt. Im einfachsten Bearbeitungsfall weist die Umfangsfläche vor und nach der Endbearbeitung eine zylinderförmige Kontur mit einer geradlinigen Profilform auf.

[0003] Für die Vermeidung von Kantenträger im Lager ist es jedoch wünschenswert, dass die Umfangsfläche im Bereich von Lagerstellen eine ballige Form aufweist. Eine ballige Form der Lagerstellen kann bereits durch eine entsprechende spanende Vorbearbeitung erzielt werden, wobei während der Vorbearbeitung die ballige Form dadurch erzeugt wird, dass eine Bearbeitungsfläche einer die Lagerstelle bearbeitenden Schleifscheibe eine der Balligkeit entsprechende Querform aufweist. Diese Vorgehensweise ist mit dem Nachteil verbunden, dass für unterschiedliche Grade der Balligkeit auch unterschiedliche Schleifscheiben verwendet werden müssen. So muss für jedes spezifische Balligkeitsprofil eine entsprechende Schleifscheibe vorgehalten werden und bei Änderung des Balligkeitsprofils muss die Schleifscheibe ausgetauscht werden. Die entsprechenden Schleifscheiben müssen zudem aufgrund von Verschleiß regelmäßig abgerichtet werden, wodurch zusätzliche Kosten entstehen.

[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die mit Bezug zum Stand der Technik geschilderten Probleme zu lösen und insbesondere eine Vorrichtung, ein Verfahren und eine Verwendung anzugeben, mit denen auf kostengünstige Weise unter anderem bei bestehenden Maschinen die Profilform der Umfangsflächen während der Endbearbeitung gezielt verändert werden kann.

[0005] Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung, ein Verfahren und eine Verwendung mit den Merkmalen des jeweiligen unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung, des Verfahrens beziehungsweise der Verwendung sind in den abhängigen Ansprüchen und in der Beschreibung angegeben, wobei einzelne Merkmale der vorteilhaften Weiterbildungen in technologisch sinnvoller Weise beliebig miteinander kombinierbar sind.

[0006] Die Aufgabe wird insbesondere gelöst durch eine Vorrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen, wobei die Bearbeitungsfläche Bereiche unterschiedlicher Schnittigkeit aufweist und eine räumliche Verteilung der Schnittigkeit eine nach der Endbearbeitung beabsichtigte zweite, von der ersten Profilform unterschiedliche Profilform der Umfangsfläche vorgibt.

[0007] Die vorliegende Erfindung weicht in ihrem Grundgedanken also von der bisherigen technischen Lehre ab, nach der eine Änderung der durch die Vorbearbeitung vorgegebenen Profilform während der Endbearbeitung unter allen Umständen zu vermeiden ist. Die Erfindung sieht vielmehr vor, dass eine Änderung der Profilform durch eine gezielte räumliche Verteilung der Schnittigkeit des zur Endbearbeitung verwendeten Werkzeuges bewusst erreicht wird. In den Bereichen, mit denen mehr Material von der Umfangsfläche des Werkstückes abgetragen werden soll, weist das Werkzeug also eine höhere Schnittigkeit auf als in den Bereichen, mit denen weniger Material abgetragen werden soll. Solche Werkzeuge können einfach in herkömmlichen Finishbearbeitungsvorrichtungen eingesetzt werden. Die Erfindung hat zudem den Vorteil, dass aufgrund der gewünschten Änderung der Profilform während der Endbearbeitung eine Änderung der Profilform während der spanenden Vorbearbeitung entfallen kann, so dass die Vorbearbeitung immer mit insbesondere derselben, eine geradlinige Querform aufweisenden Schleifscheibe erfolgen kann.

[0008] Das Werkzeug ist bevorzugt ein Finishstein, welcher von einer Andrückeinrichtung an die Umfangsfläche des Werkstückes angedrückt wird. Alternativ ist das Werkzeug ein Finishband, welches mittels eines Andrückschuhes an die Umfangsfläche angedrückt wird und welches als Verbrauchsmaterial bereits bisher regelmäßig ausgetauscht werden muss. Da die nach der Finishbearbeitung zu erzielende Profilform von der Verteilung der Schnittigkeit auf dem Finishstein oder dem Finishband abhängt, verläuft die Geometrie der Bearbeitungsfläche des Finishsteines beziehungsweise die Andrückflächen des das Finishband andrückenden Andruckschuhes bevorzugt in einer Richtung parallel zu der Rotationsachse des Werkstückes geradlinig. Die sogenannte Querform des Finishsteins oder des Andrückschuhs ist also insbesondere geradlinig. Ein herkömmlicher Andrückschuh kann daher in der Kombination mit entsprechenden Finishbändern zur Herstellung unterschiedlicher Profilformen verwendet werden.

[0009] Die lokale Schnittigkeit der Bearbeitungsfläche des Werkzeuges wird durch die Verteilung der die Schnittigkeit vorgebenden Körner erreicht, wobei die Schnittigkeit insbesondere durch zumindest einen der folgenden Parameter vorgegeben:

• Kornart,
• Kornwerkstoff,
• Korngröße,
• Korndichte und
• Kornausrichtung.

[0010] Die lokale Schnittigkeit insbesondere der Körner des Werkzeuges ist also so über das Werkzeug verteilt, dass während der Endbearbeitung die erste (Ausgangs-)Profilform in die zweite (End-)Profilform verändert wird. Insofern wird erfindungsgemäß während der Rotation des Werkstückes an zumindest einer axialen Stelle des Werkstückes mehr Material abgetragen als an einer parallel zu der Rotationsachse versetzten weiteren axialen Stelle.

[0011] Es kann vorgesehen sein, dass das Werkzeug während der Rotation des Werkstückes keine Bewegung in axialer Richtung des Werkstückes ausführt. Es kann allerdings auch vorgesehen sein, dass eine Oszillationsantriebseinrichtung zur Erzeugung einer quer zur Rotationsbewegung der Umfangsfläche gerichteten oszillierenden Relativbewegung zwischen der Umfangsfläche des Werkstückes und dem Werkzeug ausgebildet ist, wobei das Werkzeug mit der Bearbeitungsfläche während der Relativbewegung an der Umfangsfläche des Werkstückes anliegt.

[0012] In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass zur Erzeugung einer balligen zweiten Profilform aus einer geradlinigen ersten Profilform der Umfangsfläche die Schnittigkeit der Bearbeitungsfläche des Werkzeuges an Rändern der Bearbeitungsfläche am größten ist und in der Mitte geringer ist.

[0013] Alternativ kann zur Erzeugung einer konkaven zweiten Profilform aus einer geradlinigen ersten Profilform der Umfangsfläche vorgesehen sein, dass die Schnittigkeit der Bearbeitungsfläche des Werkzeuges an Rändern der Bearbeitungsfläche am geringsten ist und in der Mitte am größten ist. Die Ränder beziehen sich dabei auf die Ränder in axialer Richtung des Werkstückes, während die Mitte zwischen den Rändern angeordnet ist.

[0014] Zur Erzeugung einer gotischen zweiten Profilform aus einer gleichmäßig runden ersten Profilform der Umfangsfläche kann hingegen vorgesehen sein, dass die Schnittigkeit der Bearbeitungsfläche des Werkzeuges quer zu der Richtung der Rotationsbewegung der Umfangsfläche mindestens drei lokale Maxima oder Minima aufweist. An diesen drei lokalen Maxima wird also am meisten Material von der Umfangsfläche des Werkstückes abgetragen.

[0015] Soweit also ein unterschiedlicher Materialabtrag entlang der Rotationsachse aufgrund der unterschiedlichen Schnittigkeit erreicht werden soll, fällt darunter auch, dass an einer Stelle des Werkzeuges eine Schnittigkeit vorliegt und an einer dazu benachbarten Stelle gar keine Schnittigkeit vorliegt. In diesem Zusammenhang liegt insbesondere keine Schnittigkeit des Werkzeuges in einem Bereich vor, der zwischen zwei Bereichen liegt, an denen jeweils eine Schnittigkeit gegeben ist. Entscheidend ist, dass nach der Endbearbeitung eine andere Profilform aufgrund der Schnittigkeitsverteilung auf dem Werkzeug vorliegt als vor der Endbearbeitung.

[0016] Bevorzugt weist die an der Umfangsfläche des Werkstückes anliegende Bearbeitungsfläche des Werkzeuges zumindest einen ersten Bereich mit einer ersten Schnittigkeit und mindestens einen zweiten Bereich mit einer zweiten, sich von der ersten Schnittigkeit unterscheidenden Schnittigkeit auf. Die Bearbeitungsfläche weist in diesem Fall in dem gesamten ersten Bereich die gleiche lokale Schnittigkeit auf und in dem gesamten zweiten Bereich eine davon abweichende zweite Schnittigkeit. Die zweite Schnittigkeit kann dabei aber auch "0" sein. Insbesondere liegt dann der zweite Bereich der Bearbeitungsfläche zwischen zwei ersten Bereichen der Bearbeitungsfläche. Die gewünschte Verteilung der Schnittigkeit wird dann durch die lokale Anordnung des ersten Bereiches zu dem zweiten Bereich erzielt.

[0017] In diesem Zusammenhang ist insbesondere bevorzugt, dass eine Trennlinie zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich entlang der Richtung der Rotationsbewegung der Umfangsfläche zickzackförmig verläuft. Alternativ könnte diese Trennlinie auch wellenförmig verlaufen.

[0018] Alternativ zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen kann sich die Schnittigkeit aber auch mit einem konstanten Gradienten ändern. Es müssen also keine diskreten Bereiche mit unterschiedlicher lokaler Schnittigkeit ausgebildet sein.

[0019] Gelöst wird die Aufgabe insbesondere auch durch ein Verfahren zur Endbearbeitung einer Umfangsfläche eines wellenförmigen Werkstückes mittels eines eine Bearbeitungsfläche aufweisenden Werkzeuges, welches zumindest die folgenden Schritte umfasst:

• Antreiben des Werkstückes zu einer Rotationsbewegung,
• Andrücken der Bearbeitungsfläche des Werkzeuges an die eine erste Profilform aufweisende Umfangsfläche, wobei das Werkzeug in Abhängigkeit einer nach der Endbearbeitung beabsichtigten zweiten, von der ersten Profilform unterschiedlichen Profilform der Umfangsfläche ausgewählt wird, wobei eine räumliche Verteilung der Schnittigkeit der Bearbeitungsfläche des Werkzeuges die beabsichtigte zweite Profilform vorgibt.

[0020] Das Werkzeug kann während der Endbearbeitung in axialer Richtung des Werkstückes stationär gehalten werden. Alternativ kann vorgesehen sein, dass eine oszillierende Relativbewegung zwischen dem rotierenden Werkstück und dem Werkzeug erzeugt wird.

[0021] Insbesondere kann zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eines der zuvor beschriebenen Werkzeuge eingesetzt werden.

[0022] Die eingangs genannte Aufgabe wird auch durch die Verwendung eines Werkzeuges zur Endbearbeitung einer Umfangsfläche eines wellenförmigen Werkstückes gelöst, wobei die Umfangsfläche eine erste Profilform aufweist und die Bearbeitungsfläche des Werkzeugs Bereiche unterschiedlicher Schnittigkeit aufweist, wobei eine räumliche Verteilung der Schnittigkeit eine nach der Endbearbeitung beabsichtigte zweite, von der ersten Profilform unterschiedliche Profilform der Umfangsfläche vorgibt. Insbesondere ist das Werkzeug ein Finishband, welches mittels eines Andrückschuhes an die Umfangsfläche des Werkstückes angedrückt wird, oder ein Finishstein.

[0023] Insbesondere kann ein Werkzeug verwendet werden, das die oben beschriebenen Merkmale aufweist.

[0024] Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden im Folgenden anhand der Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigen schematisch

Figur 1:

ein Werkstück vor der Endbearbeitung,

Figur 2:

ein Werkstück während einer ersten Ausführungsform der Endbearbeitung,

Figur 3:

ein Werkstück während einer zweiten Ausführungsform der Endbearbeitung,

Figur 4:

ein Finishband mit einer räumlichen Verteilung der Schnittigkeit und ein damit endbearbeitetes Werkstück,

Figur 5:

ein weiteres Finishband und ein damit bearbeitetes Werkstück,

Figur 6:

noch ein weiteres Finishband und

Figur 7:

eine weitere Ausführungsform eines Finishbandes.

[0025] Figur 1 zeigt einen Abschnitt eines Werkstückes 1 mit einer zylindrischen Umfangsfläche 2 vor der Endbearbeitung. Die Profilform der Umfangsfläche 2 verläuft geradlinig.

[0026] Bei der in Figur 2 dargestellten Endbearbeitung wird ein Werkzeug 4 mittels einer Andrückeinrichtung 3 mit seiner Bearbeitungsfläche 5 auf die Umfangsfläche 2 des Werkstückes 1 aufgedrückt. Hierbei rotiert das Werkstück 1 um seine Rotationsachse und das Werkzeug 4 verbleibt ortsfest. Das Werkzeug 4 kann insbesondere durch einen Finishstein gebildet sein, der mit seiner Bearbeitungsfläche unmittelbar auf die Umfangsfläche 2 aufgedrückt wird. Alternativ kann das Werkzeug 4 durch ein Finishband gebildet sein, welches mittels eines Andrückschuhs an die Umfangsfläche 2 angedrückt wird.

[0027] Bei der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform oszilliert das Werkzeug 4 mit der Andrückeinrichtung in axialer Richtung parallel zu der Rotationsachse des Werkstückes 1, während das Werkstück 1 rotiert.

[0028] In Figur 4 oben ist nun eine Aufsicht auf ein Finishband 10 dargestellt, welches mittels eines Andrückschuhes an die Umfangsfläche 2 des Werkstückes 1 gedrückt wird. Das Finishband 10 weist erste Bereiche 6 mit einer hohen lokalen Schnittigkeit und zweite Bereiche 7 mit einer relativ geringeren lokalen Schnittigkeit auf. Wird das Finishband 10 während der Endbearbeitung an das rotierende Werkstück 1 angelegt, so ist die resultierende, materialabtragende Schnittigkeit an Rändern 8 größer als in der Mitte 9 des Finishbandes 10. Es kann somit auch mit einem das Finishband 10 andrückendem Andrückschuh, dessen Andrückfläche einen geradlinigen Verlauf quer zur Rotationsrichtung des Werkstückes 1 aufweist, eine Veränderung des Profils des Werkstückes 1 hergestellt werden. Ein mit dem Finishband 10 endbearbeitetes Werkstück 1 ist in Figur 4 unten dargestellt. Es ist zu erkennen, dass die Umfangsfläche 2 des Werkstückes 1 nach der Endbearbeitung eine leicht ballige Profilform aufweist.

[0029] Im Vergleich zu der Ausführungsform gemäß Figur 4 ist bei der Ausführungsform der Figur 5 eine andere Anordnung der lokalen Schnittigkeiten der ersten Bereiche 6 und der zweiten Bereiche 7 gegeben. Durch eine solche Anordnung kann durch die Endbearbeitung eine stärkere Balligkeit erreicht werden, wie es an dem Abschnitt des Werkstückes 1 in Figur 5 unten angedeutet ist.

[0030] Weitere Beispiele zur Anordnung des ersten Bereichs 6 und des zweiten Bereichs 7 sind in den Figuren 6 und 7 dargestellt. Soweit die Trennlinie zwischen den ersten Bereichen 6 und den zweiten Bereichen 7 gemäß der Ausführungsformen nach den Figuren 4 und 5 zickzackförmig verläuft, verläuft die Trennlinie zwischen dem ersten Bereich 6 und dem zweiten Bereich 7 gemäß der Ausführungsform der Figur 7 wellenförmig. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 6 ist der erste Bereich 6 hingegen zusammenhängend ausgebildet und in diesem ersten Bereich 6 sind eine Vielzahl von gleichförmigen zweiten Bereichen 7 angeordnet.

[0031] Die Erfindung sieht also vor, dass die Schnittigkeit des Werkzeuges auf der Bearbeitungsfläche so verteilt ist, dass durch die Schnittigkeit eine während der Endbearbeitung herzustellende, von der ursprünglichen Profilform abweichende Profilform erreicht wird.

Bezugszeichenliste

[0032] 

1

Werkstück

2

Umfangsfläche

3

Andrückeinrichtung

4

Werkzeug

5

Bearbeitungsfläche

6

erster Bereich

7

zweiter Bereich

8

Rand

9

Mitte

10

Finishband

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Endbearbeitung einer Umfangsfläche (2) eines wellenförmigen Werkstückes (1), umfassend eine Antriebseinrichtung zur Erzeugung einer Rotationsbewegung des Werkstückes (2) und eine Andrückeinrichtung (3) zum Andrücken eines Werkzeuges (4) an die Umfangsfläche (2) des rotierenden Werkstückes (2), wobei das Werkzeug (4) mit einer Bearbeitungsfläche (5) an der Umfangsfläche (2) anliegt und die Umfangsfläche (2) eine erste Profilform aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsfläche (5) Bereiche (6, 7) unterschiedlicher Schnittigkeit aufweist, wobei eine räumliche Verteilung der Schnittigkeit eine nach der Endbearbeitung beabsichtigte zweite, von der ersten Profilform unterschiedliche Profilform der Umfangsfläche (2) vorgibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei zur Erzeugung einer balligen zweiten Profilform aus einer geradlinigen ersten Profilform der Umfangsfläche (2) die Schnittigkeit der Bearbeitungsfläche des Werkzeuges (4) an Rändern (8) der Bearbeitungsfläche (5) am größten ist und in der Mitte (9) geringer ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei zur Erzeugung einer konkaven zweiten Profilform aus einer geradlinigen ersten Profilform der Umfangsfläche (2) die Schnittigkeit der Bearbeitungsfläche (5) des Werkzeuges (4) an Rändern (8) der Bearbeitungsfläche am geringsten ist und in der Mitte (9) am größten ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei zur Erzeugung einer gotischen zweiten Profilform aus einer gleichmäßig runden ersten Profilform der Umfangsfläche (2) die Schnittigkeit der Bearbeitungsfläche (5) des Werkzeuges (4) quer zu der Richtung der Rotationsbewegung der Umfangsfläche (2) mindestens drei lokale Maxima oder Minima aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die an der Umfangsfläche (2) des Werkstücks (1) anliegende Bearbeitungsfläche (5) des Werkzeuges (4) zumindest einen ersten Bereich (6) mit einer ersten Schnittigkeit und mindestens einen zweiten Bereich (7) mit einer zweiten, sich von der ersten Schnittigkeit unterscheidenden Schnittigkeit aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei eine Trennlinie zwischen dem ersten Bereich (6) und dem zweiten Bereich (7) entlang der Richtung der Rotationsbewegung der Umfangsfläche zickzackförmig verläuft.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Werkzeug ein Finishstein oder ein Finishband (10) ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die lokale Schnittigkeit der Bearbeitungsfläche (5) des Werkzeuges (4) von zumindest einem der folgenden Parameter vorgegeben wird:

- Kornart,

- Kornwerkstoff,

- Korngröße,

- Korndichte und

- Kornausrichtung.

9. Verfahren zur Endbearbeitung einer Umfangsfläche (2) eines wellenförmigen Werkstückes (1) mittels eines eine Bearbeitungsfläche (5) aufweisenden Werkzeuges (4), umfassend zumindest die folgenden Schritte:

- Antreiben des Werkstückes (1) zu einer Rotationsbewegung,

- Andrücken der Bearbeitungsfläche (5) des Werkzeuges (4) an die eine erste Profilform aufweisende Umfangsfläche (7), dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (4) in Abhängigkeit einer nach der Endbearbeitung beabsichtigten zweiten, von der ersten Profilform unterschiedlichen Profilform der Umfangsfläche (2) ausgewählt wird, wobei eine räumliche Verteilung der Schnittigkeit der Bearbeitungsfläche (5) des Werkzeuges (4) die beabsichtigte zweite Profilform vorgibt.

10. Verfahren nach Anspruch 9 mit einem Werkzeug mit Merkmalen einer der Ansprüche 2 bis 8.

11. Verwendung eines Werkzeuges (4) zur Endbearbeitung einer Umfangsfläche (2) eines wellenförmigen Werkstückes (1), wobei die Umfangsfläche (2) eine erste Profilform aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsfläche (5) des Werkzeuges (4) Bereiche unterschiedlicher Schnittigkeit aufweist, wobei eine räumliche Verteilung der Schnittigkeit eine nach der Endbearbeitung beabsichtigte zweite, von der ersten Profilform unterschiedliche Profilform der Umfangsfläche (2) vorgibt.

12. Verwendung nach Anspruch 11, wobei das Werkzeug (4) mit Merkmalen einer der Ansprüche 2 bis 8 ausgebildet ist.

Zeichnung