DE102013218886A1 - Method and device for fine machining a cam - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Feinbearbeitung eines Nockens (1), welches die Formgebung einer den Nocken (1) durchlaufenden Bohrung (7) mittels eines Werkzeugs (9) umfasst. Eine Übertragung hoher Drehmomente wird ermöglicht, wenn die Formgebung eine spanende Formgebung ist und eine im Wesentlichen axiale Hubbewegung (11) des Werkzeugs (9) durch die Bohrung (7) umfasst. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung (15) zur Durchführung eines solchen Verfahrens.The invention relates to a method for fine machining a cam (1), which comprises the shaping of a bore (7) passing through the cam (1) by means of a tool (9). High torque transmission is enabled when the forming is machined and includes a substantially axial reciprocating motion (11) of the tool (9) through the bore (7). The invention further relates to a device (15) for carrying out such a method.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Feinbearbeitung eines Nockens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Feinbearbeitungsverfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.The invention relates to a method for fine machining a cam according to the preamble of
Ein im Wesentlichen stabförmiges Maschinenelement in Form eines Stabes, auf welchem mindestens ein gerundeter Vorsprung angebracht ist, ist im Maschinenbau und verwandten Fachgebieten unter der Gattungsbezeichnung „Nockenwelle“ bekannt. Gattungsgemäße Nockenwellen werden in Nockenschaltern und Steuerungen, hauptsächlich jedoch in Hubkolbenmotoren als Teil des Ventiltriebes verwendet, um dessen Ein- und Auslassventile nach konstruktionsmäßigen Steuerzeiten zu öffnen und wieder zu schließen. Die Nockenwelle dreht sich zu diesem Zweck periodisch um ihre eigene Achse, während der auf ihr angebrachte Nocken diese Drehbewegung in eine Längsbewegung des zugeordneten Ventils umwandelt.A substantially rod-shaped machine element in the form of a rod, on which at least one rounded projection is mounted, is known in engineering and related fields under the generic name "camshaft". Generic camshafts are used in cam switches and controls, but mainly in reciprocating engines as part of the valve train to open its intake and exhaust valves according to design-related timing and close again. For this purpose, the camshaft rotates periodically about its own axis, while the cam mounted on it converts this rotational movement into a longitudinal movement of the associated valve.
Herkömmliche Nockenwellen für Hubkolbenmotoren werden zumeist einstückig gegossen, in Ausnahmefällen auch aus Stahl geschmiedet, danach spanend bearbeitet und partiell gehärtet, wozu insbesondere konventionelle Induktionshärteverfahren zum Einsatz kommen. Der Stand der Technik umfasst ferner aus verschiedenen Werkstoffen zusammengesetzte, sogenannte „gebaute“ Nockenwellen, welche sich durch geringere Kosten, niedrigeres Gewicht, höherfeste Werkstoffe wie gehärteten Kugellager- oder Sinterstahl sowie eine höhere Flexibilität im Rahmen der Fertigung auszeichnen. Der Nocken wird zu diesem Zweck mit einer dem Wellendurchmesser entsprechenden Bohrung versehen und thermisch mit der Welle gefügt. Dabei kann der Fachmann aus einer Vielzahl bekannter Bearbeitungsverfahren wählen, um die Reibung zwischen den korrespondierenden Fügeflächen seitens Welle und Nocken zu erhöhen. Derart verbesserte Nockenwellen, welche durch eine spezifische Rauheit ihrer Fügeflächen insgesamt oder in belastungskritischen Bereichen ein größeres Drehmoment übertragen können, wurden beispielsweise in
Der in
Die
Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Feinbearbeitung eines Nockens, das bei moderatem Kostenaufwand eine definierte Strukturierung der Bohrung erlaubt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung einer Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.It is therefore an object of the invention to provide a method for fine machining a cam which allows a defined structuring of the bore at a moderate cost. Another object of the invention is to provide a device for carrying out such a method.
Die Aufgaben werden durch ein Bearbeitungsverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch einen Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.The objects are achieved by a processing method having the features of
Grundgedanke der Erfindung ist demnach, die aus dem Stand der Technik bekannten Techniken der Oberflächenbearbeitung durch eine spanende Formgebung der Bohrung zu ersetzen, welche auf der axialen Hubbewegung eines entsprechend beschaffenen Werkzeugs durch die Bohrung basiert. Eine solche Formgebung lässt sich ohne Unterbrechung der Fertigungslinie problemlos in verschiedenste industrielle Produktionsprozesse integrieren und verleiht der Bohrung unter Verwendung nichtrotierender Werkzeuge die gewünschte Oberflächenstruktur.The basic idea of the invention is thus to replace the surface-machining techniques known from the prior art by a cutting shaping of the bore, which is based on the axial lifting movement of a correspondingly designed tool through the bore. Such a shape can be easily integrated into various industrial production processes without interruption of the production line and gives the bore the desired surface structure using non-rotating tools.
In einer bevorzugten Ausführungsform findet dabei ein spanendes Hartfeinbearbeitungsverfahren Anwendung, welches in der Oberflächentechnik als Hubschleifen bekannt ist. Auf diesem Wege lassen sich bei normaler Sorgfalt Mittenrauwerte von näherungsweise 0,4 µm erreichen, sodass die Oberflächengüte der Bohrung unter fertigungspraktischen Gesichtspunkten in weiten Grenzen variiert werden kann.In a preferred embodiment, a machining hard fine machining process is used, which is known in surface technology as lifting loops. With normal care, average roughness values of approximately 0.4 μm can be achieved in this way, so that the surface quality of the hole can be varied within wide limits under production-practical aspects.
Alternativ kann die Formgebung der Bohrung durch Honen erfolgen, wodurch sich dem Entwickler hinsichtlich der für den Nocken einsetzbaren Werkstoffe eine breite Auswahl eröffnet. Bei hoher Maß- und Formgenauigkeit des Herstellungsprozesses lassen sich die tribologischen Eigenschaften des Nockens auf diese Weise gezielt optimieren. Vergleichbare Techniken sind in Fachkreisen etwa zur Bearbeitung der Kolbenlaufflächen an Zylindern und Hydraulik-Bauelementen bekannt.Alternatively, the shaping of the bore can be done by honing, giving the developer a wide choice in terms of the materials that can be used for the cam. With high dimensional and form accuracy of the manufacturing process, the tribological properties of the cam can be specifically optimized in this way. Comparable techniques are known in the art, such as for machining the piston treads on cylinders and hydraulic components.
Unterschiedlichste geometrische Oberflächenstrukturen lassen sich erzeugen, indem die Hubbewegung mit einer zeitlich überschneidenden Drehbewegung des Werkzeugs in der Bohrung kombiniert wird. So lassen sich beide Bewegungskomponenten insbesondere derart aufeinander abstimmen, dass die in der Bohrung abgetragenen Späne Riefen hinterlassen, welche bezüglich der Mittelachse der Bohrung einen vorgegebenen Versatzwinkel von beispielsweise 10° aufweisen. Der Gesamtwinkel der Drehbewegung selbst kann dabei etwa in einem Bereich zwischen einer Vierteldrehung und einer halben Drehung des Werkzeugs um seine mit der Mittelachse der Bohrung deckungsgleiche eigene Längsachse erfolgen.A wide variety of geometric surface structures can be created by combining the lifting movement with a temporally overlapping rotational movement of the tool in the bore. Thus, both components of motion can in particular be coordinated with one another in such a way that the chips removed in the bore leave scores which have a predetermined offset angle of, for example, 10 ° with respect to the center axis of the bore. The total angle of the rotary motion itself can be approximately in a range between a quarter turn and a half turn of the tool to his with the Center axis of the bore congruent own longitudinal axis done.
Die beschriebene Oberflächenbearbeitung mag sich dabei zeitlich unmittelbar an den herkömmlichen Schliff der Bohrung anschließen. In diesem Fall erlaubt der erfindungsgemäße Bearbeitungsprozess zugleich in einem als Entgraten bezeichneten Arbeitsschritt die Entfernung von im Zuge des Schleifens entstandenen teilweise scharfkantigen Auffaserungen oder Splittern des Nockens, von denen erhebliche Verletzungsgefahren ausgehen können. Aufwändigere, etwa thermische, elektrochemische oder hydroerosive Entgratungsmethoden werden somit entbehrlich.The described surface treatment may in this case immediately follow the conventional grinding of the bore. In this case, the machining process according to the invention at the same time in a work step called deburring permits the removal of partially sharp-edged fiber fissures or splinters of the cam which may result in significant risks of injury. More complex, such as thermal, electrochemical or hydroerosive Entgratungsmethoden be thus unnecessary.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.
Es zeigen, jeweils schematischIt show, each schematically
Als Bohrung
Die Feinbearbeitung der Bohrung
Zur Optimierung des Bearbeitungsprozesses kommt dabei im vorliegenden Fall Draht zur Verwendung, dessen Durchmesser zwischen 0,2 mm und 0,6 mm beträgt und dessen Länge so bemessen ist, dass die wie beschrieben konfigurierte Drahtbürste
Wie der Längsschnitt der
Die Bearbeitung des Nockens
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung illustriert
Auch im Szenario der
Die Nocken
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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