СПОСОБ ШЛИФОВАНИЯ КОРЕННЫХ И ШАТУННЫХ ПОДШИПНИКОВ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА С ПОМОЩЬЮ НАРУЖНОГО КРУГЛОГО ШЛИФОВАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА Российский патент 2013 года по МПК B24B5/42 B24B49/00 

Изобретение относится к шлифованию коренных и шатунных подшипников коленчатого вала с помощью наружного круглого шлифования.

Коленчатые валы, состоящие из стали или материалов для литья, изготавливаются в большом количестве экземпляров для двигателей внутреннего сгорания транспортных средств. При этом наряду с экономичным массовым изготовлением очень важное значение придается максимально возможной точности в отношении диаметра, круглости, вращению без биения и центрированности. В связи с этим к способам шлифования названного вида предъявляются очень высокие требования. Из публикации ЕР 1181132 В1 уже известно, что результат шлифования может быть улучшен, если коренные и шатунные подшипники коленчатых валов шлифуются в строго определенной последовательности.

При шлифовании первоначально только обработанных резанием коленчатых валов шлифование ведется без напряжений, которые ведут к деформации заготовок коленчатых валов во время шлифования. Особенно большими являются деформации после шлифования шатунных подшипников. В связи с этим согласно ЕР 1181132 В1 было предложено шатунные подшипники шлифовать до готовности по возможности заблаговременно. Поэтому появляется указание в первую очередь предварительно шлифовать коренные подшипники, затем после этого предварительно и окончательно шлифовать шатунные подшипники и только последними шлифовать до готовности коренные подшипники. Известный способ имеет то преимущество, что деформации коленчатого вала, причиной которых является шлифование шатунных подшипников, частью могут устраняться при окончательном шлифовании. Кроме того, известный способ может осуществляться при одной единственной установке коленчатого вала. С предварительного шлифования коренных подшипников при этом известном способе начинали для того, чтобы при шлифовании шатунных подшипников коленчатый вал устанавливался на точно определенной оси вращения, именно на его определяющей геометрической продольной оси. Эта определяющая геометрическая продольная ось должна находиться в распоряжении в качестве оси отсчета при обработке шатунных подшипников. У окончательно отшлифованного коленчатого вала все шатунные подшипники, а также все другие зоны коленчатого вала, расположенные концентрично относительно коренных подшипников, в отношении диаметра, круглости, отсутствия биения и центрированности должны быть точно выверены согласно определяющей геометрической продольной оси коленчатого вала. Тоже самое действительно для средней линии пальцев кривошипа, которая опять же является определяющей геометрической продольной осью для шатунных подшипников.

Для этого существующая геометрическая продольная ось определена с помощью центрирующих отверстий на торцевых сторонах коленчатого вала. Коленчатый вал устанавливается между конусами своими центрирующими отверстиями и приводится во вращение с помощью захватывающего устройства. Этот вид установки имеет тот недостаток, что коленчатый вал должен испытывать определенное осевое давление, вследствие чего существует опасность дополнительных деформаций, так как коленчатый вал изгибается под действием осевого давления. Отсюда требуется установка одного или нескольких люнетов.

Уже предпринимались попытки воздействовать на коленчатый вал при его установке осевым растягивающим усилием. Однако остается тот недостаток, что на первом этапе опыта согласно ЕР 1181132 В1 могут возникать дополнительные деформации. Вследствие этого снова усложняется результат шлифования, кроме того, известный способ благодаря этому становится более сложным.

В связи с этим задачей изобретения является создание такого способа шлифования коренных и шатунных подшипников коленчатых валов, при котором удается при все еще экономичном способе действия еще больше повысить точность результата шлифования.

Решение этой задачи осуществляется с помощью способа в соответствии с признаками пункта 1 формулы изобретения.

Предложенный согласно изобретению способ шлифования коренных и шатунных подшипников имеет то преимущество, что уже на первом этапе способа все шатунные подшипники коленчатого вала шлифуются вплоть до окончательного размера с помощью наружного круглого шлифования с компьютерным числовым программным управлением. Согласно изобретению самая высокая деформация коленчатого вала, причиной которой является высвобождение от напряжений, имеет место, таким образом, одновременно с началом шлифования. После этого напряжения в коленчатом валу полностью уменьшаются и больше не появляются значительные искривления. Только после этого начинается шлифование коренных подшипников, причем существует еще значительная возможность корректировки. Собственно при шлифовании коренных подшипников получаются значительно меньшие деформации, чем при шлифовании шатунных подшипников.

Изобретение достигает этого результата поразительным образом благодаря тому, что отказались от необходимости вращать коленчатый вал при шлифовке шатунных подшипников вокруг определяющей геометрической продольной оси. Хотя эта ось известна и определена центрирующими отверстиями, находящимися на торцевых сторонах коленчатого вала, коленчатый вал устанавливается на двух нешлифованных опорных участках, которые лежат на расстоянии друг от друга на общей продольной протяженности коренных подшипников. Установка осуществляется, например, с помощью зажимных патронов с вкладышами, каждый из которых включает нешлифованные опорные участки, во всяком случае, без воздействия осевого давления на коленчатый вал. Эти оба опорных участка определяют фактическую ось вращения, отклонение которой от определяющей геометрической продольной оси коленчатого вала известно благодаря измерению. Известное отклонение учитывается при шлифовании шатунных подшипников в качестве корректирующей функции в процессоре числового программного управления шлифовальной машины. Отшлифованные до готовности шатунные подшипники имеют в этом случае точное отношение к коренным подшипникам коленчатого вала, которые шлифовались бы строго согласно определяющей геометрической продольной оси коленчатого вала.

Сразу после окончательного шлифования до готовности шатунных подшипников меняется установка коленчатого вала и осуществляется вторая установка, при которой коленчатый вал устанавливается на его осевых концах и приводится во вращение вокруг его определяющей геометрической продольной оси; при этой второй установке все коренные подшипники с помощью внешнего круглого шлифования шлифуются до окончательного размера.

При предложенном способе, таким образом, отказываются от шлифования в одной единственной установке. Этот недостаток широко компенсируется за счет повышенной точности результата шлифования в отношении диаметра, круглости, отсутствия биения и центрированности. Сравнительные эксперименты заявителей показали, что допуск на радиальное биение на средних коренных подшипниках обычных коленчатых валов, который до сих пор был установлен на уровне 0,05 мм, благодаря предложенному согласно изобретению способу смогли улучшить до 0,03 мм.

Предпочтительные варианты осуществления предложенного согласно изобретению способа приведены в зависимых пунктах 2-13 формулы изобретения.

Согласно пункту 2 заготовки коленчатого вала предварительно обрабатываются резанием, после чего опорные участки, предусмотренные для первой установки, измеряются в отношении диаметра, круглости, отсутствия биения и центрированности и по отклонению измеренных значений от определяющей геометрической продольной оси образуется корректирующая функция для способа шлифования маятниковым ходом шатунных подшипников.

Для практического осуществления способа согласно пункту 3 предпочтительно для определения положения геометрической продольной оси на торцевых сторонах коленчатого вала выполнять центрирующие отверстия, на которых с центрированием может устанавливаться коленчатый вал в шлифовальной машине.

Далее предпочтительно согласно пункту 4 устанавливать прямую, проходящую радиально от определяющей геометрической продольной оси, в качестве базовой линии для углового положения измеренных значений и для этого производить измерение базового отверстия на торцевой стороне коленчатого вала.

В качестве опорных участков для установки коленчатого вала для шлифовки могут использоваться оба наружных коренных подшипника или другие находящиеся на концевой стороне цилиндрические участки, которые располагаются в той же самой общей продольной протяженности, что и коренные подшипники.

При первой установке оба рассматриваемых опорных участка коленчатого вала предпочтительно установлены в зажимных патронах с вкладышами шлифовальной машины, и вследствие этого коленчатый вал приводится во вращение на обоих его концах. При этом приводы на обоих концах коленчатого вала - обычным образом это передняя бабка для обрабатываемого изделия и задняя бабка - приводятся в движение точно синхронно с помощью управляющего устройства машины.

Шлифование шатунных подшипников способом шлифования маятниковым ходом может осуществляться одним единственным шлифовальным кругом, который служит как для предварительного, так и окончательного шлифования и который поочередно применяется на различных шатунных подшипниках. Но особенно экономичным является способ шлифования маятниковым ходом, при котором одновременно используются несколько шлифовальных кругов. Например, при четырехцилиндровых двигателях соответственно два шатунных подшипника имеют то же самое фазовое положение в отношении определяющей геометрической продольной оси. Отсюда соответственно два шатунных подшипника могут одновременно шлифоваться при одном и том же радиальном движении подачи на коленчатый вал. При этом сначала шлифуются оба внутренних шатунных подшипника и затем - после осевого раздвижения обоих шлифовальных кругов - шлифуются оба наружных шатунных подшипника. Также можно на одном единственном крестовом суппорте установить два шлифовальных шпинделя, которые одновременно, но с различной радиальной подачей применяются на двух шатунных подшипниках с различным или одинаковым фазовым положением.

Также шлифование коренных подшипников осуществляется согласно другому предпочтительному варианту исполнения с числовым программным управлением.

Шлифование коренных подшипников производится при второй установке коленчатого вала, при которой он устанавливается предпочтительно между центрирующими конусами и приводится во вращение, по меньшей мере, на его конце со стороны передней бабки с помощью захватывающего и приводного устройств. Захватывающее и приводное устройства состоят при этом предпочтительно из компенсирующих зажимных патронов, зажимные кулачки которых автоматически накладываются на все еще нешлифованные места установки и компенсируют неравномерности и отклонения размеров. Подобного рода компенсирующие зажимные патроны основаны на действии пневматического или гидравлического рабочего тела и известны. Благодаря взаимодействию центрирующих конусов с находящимися на коленчатом валу центрирующими отверстиями в любом случае обеспечено, что при второй установке коленчатый вал вращается точно вокруг его определяющей геометрической продольной оси.

Установка коленчатого вала между центрирующими конусами не вызывает каких-либо отрицательных воздействий на результат шлифования, если коренные подшипники шлифуются после шатунных подшипников, так как деформации коленчатого вала, возникающие в результате освобождения от напряжений, в настоящее время уже закончились. В известной мере они сказываются на точности шатунных подшипников, эти неточности опять же устраняются благодаря окончательному шлифованию шатунных подшипников. В связи с этим для предложенного согласно изобретению способа существенно, что коленчатый вал при первом этапе способа установлен на двух нешлифованных опорных участках, расположенных на расстоянии друг от друга на общей продольной протяженности коренных подшипников, не прибегая при этом к установке с помощью центрирующих конусов. К примеру, с помощью зажимных патронов с вкладышами удается при этом жесткая установка коленчатого вала, без воздействия на него осевого давления. Таким образом, для предложенного согласно изобретению способа существенно, что на двух этапах способа соответственно должна осуществляться указанная различная установка.

Круглое шлифование коренных подшипников особенно экономично с комплектом многих шлифовальных кругов, шлифовальные круги которого находятся на общей ведомой оси и имеют тот же самый диаметр. Но также возможно осуществлять вторую стадию обработки с одним единственным шлифовальным кругом, который по очереди подается к отдельным коренным подшипникам.

Исходя из конструкции коленчатого вала, возможно на второй стадии способа осуществлять поддержку с помощью одного или нескольких люнетов.

Изобретение касается также устройства для осуществления предложенного согласно изобретению способа. Принципиально предложенный согласно изобретению способ не должен осуществляться с помощью определенного устройства. К примеру, доставленные, только прошедшие обработку резанием заготовки коленчатых валов могут измеряться в измерительной станции и затем с помощью внутрипроизводственного транспорта доставляться к первой шлифовальной машине, в которой имеет место шлифование маятниковым ходом шатунных подшипников. Опять же в другом месте может стоять другая шлифовальная машина, в которой теперь на коленчатом валу с отшлифованными до готовности шатунными подшипниками осуществляется шлифование коренных подшипников. Предпочтительно во многих случаях существует совместная установка измерительной станции, а также первой и второй шлифовальных станций. Особенно предпочтительно устройство для осуществления предложенного в соответствии с изобретением способа, которое приведено в пункте 14 формулы изобретения. Общая шлифовальная камера с первой и второй шлифовальными станциями позволяет экономичным образом объединять приводные, управляющие, а также охлаждающие и транспортные устройства, которые должны иметься в требуемой шлифовальной станции. Также непосредственное включение впереди измерительной станции дает преимущество в этом случае.

Должно быть отмечено, что с обоими согласно изобретению предусмотренными процессами шлифования заканчивается круглое шлифование коленчатого вала, по меньшей мере, диаметров коренных и шатунных подшипников, и больше не требуется проводить каких-либо других шлифовальных работ. Применяться могут обычные шлифовальные круги на основе корунда и эльбора.

Ниже изобретение еще более подробно поясняется с помощью примера осуществления, представленного на чертежах. На фигурах представлено следующее:

фиг.1 представляет вид сбоку коленчатого вала и служит для пояснения измерений, которые требуются перед шлифованием коленчатого вала;

фиг.2 показывает вид с торца коленчатого вала, показанного на фиг.1;

фиг.3 представляет вид сверху в качестве примера устройства для осуществления предложенного согласно изобретению способа;

фиг.4 представляет в частичном продольном разрезе выносной элемент к устройству согласно фиг.3 при шлифовании шатунных подшипников;

фиг.5 представляет вид с торца на зажимной патрон с вкладышем из изображения согласно фиг.4;

фиг.6 представляет продольный разрез, соответствующий фиг.5 по зажимному патрону с вкладышем;

фиг.7 представляет собой изображение условий при последующем шлифовании коренных подшипников;

фиг.8 представляет в деталях компенсационный патрон, необходимый для процесса шлифования согласно фиг.7.

На фиг.1 изображен вид сбоку коленчатого вала 1. Он имеет как обычно щеки 2, внутренние коренные подшипники 3 и наружные коренные подшипники 4, а также шатунные подшипники 5. На одном конце коленчатого вала 1 находится фланец 6, а на другом цапфа 7. Коленчатый вал 1 имеет определяющую геометрическую продольную ось 10, которая образует теоретическую среднюю линию коленчатого вала 1. На этой определяющей геометрической продольной оси 10 лежат также центрирующие отверстия 8, 9, которые уже должны быть к началу измерений заготовки коленчатого вала.

К этому моменту времени отлитый из литейных материалов или откованный из стали коленчатый вал 1 обработан только резанием, т.е. прежде всего обработан на токарном станке, подвергнут сверлению или вихревому фрезерованию. При этом опорные участки, которые должны служить при первой установке при шлифовании, лежат чаще всего не точно на определяющей геометрической продольной оси 10, которая определена центрирующими отверстиями 8 и 9. В данном примере предусмотрена установка на внешних коренных подшипниках 4. В связи с этим они используются в качестве мест 11, 12 измерений, на которых измеряются диаметр, круглость и центрированность. Измеренные значения на каждом измерительном месте 11, 12 регистрируются и хранятся в памяти в зависимости от вписанного угла.

Каждый коленчатый вал измеряется отдельно. Измерение и хранение в памяти осуществляется в измерительной станции, которая может находиться непосредственно рядом со шлифовальной машиной, сравните фиг.3. Потом измеренные величины передаются непосредственно в процессор шлифовальной машины. Но также можно производить измерения отдельно от шлифовальной машины. В этом случае коленчатому валу при внутрипроизводственном транспорте прибавляется носитель информации, который хранит протокол измерений.

На основе этих измерений на обоих местах 11 и 12 измерений измеряются центры обоих лежащих в радиальных плоскостях опорных участков, которые заданы обоими коренными подшипниками 4. Соединение обоих центров дает ось вращения коленчатого вала 1 при первой установке. В центрирующие отверстия далее вставляются конусы 14, 15 при последующей установке центрирующих конусов 52, 53 при второй установке коленчатого вала, сравните фиг.7.

Для процесса шлифования должно быть известно не только на каждом месте установки, т.е. в данном случае на обоих наружных коренных подшипниках 4, в зависимости от вписанного угла радиальное положение центров определяющей геометрической продольной оси 10, но и должно устанавливаться исходное положение вращения подлежащего шлифованию коленчатого вала, т.е. нулевое положение вписанного угла. Для этого сразу после измерения коленчатого вала 1 измеряется, к примеру, базовое отверстие 16 торцевой поверхности фланца 6. Таким образом, коленчатый вал 1 может в заранее ориентированном положении вращения подводиться и устанавливаться на шлифовальной машине. Расположение базового отверстия 16 следует из фиг.2. Базовое отверстие 16 создается дополнительно к крепежным отверстиям 18, которые имеются во фланце 6.

На фиг.2 можно составить представление о том, как измеряются и хранятся в памяти диаметр, круглость, концентричное вращение и центрированность по пунктам для различного вписанного угла на измерительных местах 11 и 12.

На фиг.3 представлено показательное расположение устройства для осуществления предложенного согласно изобретению способа. Так как детали используемой при этом шлифовальной машины давно известны специалисту, в этом месте достаточно схематичного обзорного чертежа. В объединенном в общую установку устройстве измерительная станция 13 находится непосредственно рядом со шлифовальной камерой 21, которая содержит первую станцию 22 для шлифования и вторую станцию 23 для шлифования. Обе станции 22, 23 для шлифования расположены на общей станине 24 машины. Станина машины включает стол 25 машины, который может располагаться с возможностью перемещения в направлении общей продольной оси 32. В общей продольной оси 32 проходит также осевое направление 19 коленчатого вала, когда он находится в измерительной станции 13.

К первой шлифовальной станции принадлежат передняя бабка 26 и задняя бабка 27, которые синхронно приводятся в движение с помощью электродвигателя. Коленчатый вал 1 устанавливается между передней бабкой 26 и задней бабкой 27. Далее к первой станции 22 шлифования принадлежит крестовый суппорт 28 с передней бабкой 29 для шлифования, на которой находятся два шлифовальных шпинделя 30, 31.

Ко второй шлифовальной станции 23 принадлежат точно также передняя бабка 36 и задняя бабка 37, между которыми устанавливается и приводится во вращение коленчатый вал 1. Крестовый суппорт 38, принадлежащий ко второй станции 23 шлифования, несет на общей ведомой оси 39 комплект из многих шлифовальных кругов со шлифовальными кругами 40, которые при шлифовании коренных подшипников 3, 4 вместе подаются к коренным подшипникам 3, 4. Приводные двигатели 41 для оси подачи крестовых суппортов 28, 38 с ограждениями удерживают шлифовальные опилки от попадания на направляющие скольжения шлифовальных станций 22, 23.

Установочные и приводные устройства обеих передних бабок 26, 36 и обеих задних бабок 27, 37 лежат на уже упоминавшейся общей продольной оси 32. Продольная ось 32 одновременно является осью вращения (С-ось) коленчатых валов 1 при шлифовании.

Оба крестовых суппорта 28, 38 могут перемещаться в направлении оси 34, т.е. параллельно к общей продольной оси 32, и к тому же передняя бабка может перемещаться для этого перпендикулярно в направлении оси 33 (Х-ось). В направлении оси 33 при шлифовании шлифовальные круги 31, 40 подаются к коленчатым валам 1. Для производственных измерений во время процесса шлифования предусмотрены измерительные устройства, которые не изображены подробно.

Для осуществления предложенного согласно изобретению способа существенно, что передняя бабка 26 и задняя бабка 27 первой шлифовальной станции 22 оборудованы зажимными патронами 43 с вкладышами. Когда только обработанный резанием и измеренный коленчатый вал устанавливается в зажимные патроны 43 с вкладышами, он вращается при приводе передней бабки 26 и задней бабки 27 не вокруг его определяющей геометрической продольной оси, а вокруг оси 51 вращения, которая определена наружными коренными подшипниками 4, от которых проводились измерения коленчатого вала 1. Зажимные патроны 43 с вкладышами приводятся в соответствие с обоими определяющими наружными коренными подшипниками 4. Это более подробно поясняется с помощью фиг.4-6.

Фиг.4 представляет переднюю бабку 26 и заднюю бабку 27 первой шлифовальной станции 22 с установленным коленчатым валом 1, как это было уже описано с помощью фиг.1 и 2. Фиг.5 представляет увеличенный вид в соответствии с линией разреза А-А на фиг.4. Таким образом, фиг.5 показывает вид с торца передней бабки 26 с деталями зажимного патрона 43 с вкладышем. Фиг.6 представляет собой продольное сечение, принадлежащее фиг.5, и, таким образом, увеличенный фрагмент из фиг.4. Благодаря увеличенному изображению появилась возможность показать при этом конец коленчатого вала 4 с дальнейшими деталями со стороны фланца, как это следует из фиг.1 и 4.

Существенными признаками зажимного патрона 43 с вкладышем являются опорный вкладыш 44 и два поворотных зажимных кулачка 47. Опорный вкладыш 44 и поворотные кулачки 47 вместе соединены с вращающейся частью передней бабки 26. Опорный вкладыш 44 имеет два выступа 45, на которые опирается коленчатый вал 1 своим наружным подшипником 4. На стороне зажимного патрона 43 с вкладышем, противоположной опорному вкладышу 44, предусмотрены оба поворотных кулачка 47, которые также выступами 47а находятся в контакте с наружным коренным подшипником 4 коленчатого вала 1. Позицией 50 обозначено направление поворота поворотных зажимных кулачков 47, лежащее в радиальной плоскости.

Только для более легкого понимания функционирования на фиг.5 изображен левый поворотный зажимной кулачок 47 в его поднятом положении и правый поворотный зажимной кулачок 47 в своем зажимном положении. Таким образом, в зажатом состоянии установка коленчатых валов 1 осуществляется на четырех раздельных областях периметра относительно небольшого простирания периметра, так что можно говорить о четырехточечной установке.

Со смещением по оси к опорному вкладышу 44 предусмотрен подъемный поршень 48, который облегчает извлечение коленчатого вала 1 из зажимных патронов 43 с вкладышами с помощью втулки 49, обеспечивается продольный упор для точной установки коленчатого вала 1 также в его осевом направлении.

Так как к периметру наружного коренного подшипника 4 припасовываются четыре выступа 45 и 47а, коленчатый вал 1 при приводе во вращение передней бабки 26 и задней бабки 27 вращается не вокруг его определяющей геометрической продольной оси 10, а вокруг оси 51 вращения зажимного патрона 43 с вкладышем. Из фиг.5 становится особенно ясно, что центр, принадлежащий эксцентрически проходящей определяющей геометрической продольной оси 10, при вращении зажимного патрона 43 с вкладышем описывает круговую траекторию вокруг оси 51 вращения зажимного патрона 43 с вкладышем.

На фиг.6 можно видеть, что выступы 45 опорного вкладыша 44 в осевом направлении сравнительно узкие и на своей верхней кромке, касающейся наружного коренного подшипника 4, к примеру, имеют выпуклый контур 46. Это относится также к конструкции зажимного патрона 43 с вкладышем на стороне задней бабки 27, который в принципе выполнен совпадающим с зажимным патроном 43 на передней бабке 26. Также выступы 47а на поворотных кулачках 47 образованы подобно, что и выступы 45 зажимного патрона с вкладышем.

Таким образом, весь коленчатый вал 1 в первой шлифовальной станции 22 устанавливается на восьми местах, для которых характерно небольшое распространение по периметру, небольшая ширина в осевом направлении, а также, к примеру, выпуклый контур. Расположение этих восьми областей зажима с разделением на две находящихся на расстоянии группы способствует тому, что коленчатый вал 1 при вращении в первой шлифовальной станции может занимать небольшое наклонное положение, если отклонение оси 51 вращения от определяющей геометрической продольной оси 10 в обоих наружных коренных подшипниках 4 различно. Легкое наклонное положение не ведет в этом случае к перекашиванию или напряжениям в коленчатом валу 1. Установка с помощью зажимных патронов с вкладышами способствует неизменному натягу и надежному приводу во вращение, без оказания на него осевого давления.

На второй шлифовальной станции 23 шлифовальной камеры 21 требуется другой вид установки, если должен осуществляться предложенный согласно изобретению способ. Коленчатый вал 1 на второй шлифовальной станции 23 устанавливается между центрирующими конусами 52, 53, как это следует из фиг.7. Теперь используются центрирующее отверстие 8 на фланце 6 и центрирующее отверстие 9 на цапфе 7. На передней бабке 36 находится центрирующий конус 52 и на задней бабке центрирующий конус 53.

Коленчатый вал 1, установленный между центрирующими конусами 52, 53, приводится во вращение с помощью привода с компенсационным зажимным патроном. Пример для подобного рода вращательного привода представлен на фиг.8. Для этого между корпусными деталями 54а-54е передней бабки 36 и при необходимости задней бабки 37 предусмотрены свободно движущиеся по оси поршни 55 установочного механизма, которые через установленные с возможностью поворота коленчатые рычаги 56 воздействуют на радиально подвижные радиальные заслонки 57. Радиальные заслонки с помощью винтов соединены с зажимными кулачками 58, которые воздействуют на боковую поверхность коленчатого вала 1. Боковая поверхность может находиться, например, на фланце 6 или цапфе 7. На второй шлифовальной станции 23 коленчатый вал 1 должен быть сначала установлен центрирующими конусами 52, 53 передней бабки 36 и задней бабки 37. Затем зажимные кулачки 58 подводятся к имеющейся в распоряжении боковой поверхности, в этом случае к имеющему форму круга периметру цапфы 7. Для этого все поршни 55 установочного механизма приводятся в действие от общего источника рабочей среды, например рабочей жидкости или сжатого воздуха. Поршни 55 установочного механизма хотя и подвижны по отдельности, но могут с помощью рабочей среды взаимно уравновешиваться. Таким образом, каждый зажимной кулачок 58 так близко подводится к цапфе 7, что обеспечивается требуемое давление прижима.

Ось вращения передней бабки 36 и задней бабки 37 на второй шлифовальной станции 23 отсюда идентична определяющей геометрической продольной оси 10 коленчатого вала 1, как она определена центрирующими отверстиями 8 и 9.

Следует отметить, что изображение коленчатого вала 1, а также пространственного направления передней бабки или задней бабки на фиг.7 и 8 частично отличается от изображения на предыдущих фигурах; однако вследствие этого пояснение принципа не страдает.

Ниже описывается, как предложенный согласно изобретению способ осуществляется на описанной выше установке.

Направление 20 движения потока коленчатых валов 1 показано на фиг.3. Загрузка и разгрузка измерительной станции 13 и шлифовальной камеры 21 осуществляются погрузочным порталом. Таким образом, коленчатые валы 1 извне направляются в измерительную камеру 13 и после окончания измерительного процесса первоначально передаются на первую шлифовальную станцию 22, на которой до готовности шлифуются шатунные подшипники 5. После этого осуществляется транспорт ко второй шлифовальной станции 23, на которой производится шлифование до готовности коренных подшипников 3, 4 коленчатого вала 1. Затем отшлифованные до готовности коленчатые валы 1 тем же самым погрузочным порталом отгружаются наружу из шлифовальной камеры 21.

Когда коленчатый вал 1 подводится к измерительной станции 13, он имеет обработку только с помощью резания, причем предварительно обработаны коренные и шатунные подшипники 3, 4, 5 и выполнены требуемые отверстия. Далее также уже имеются центрирующие отверстия 8 и 9, которые определяют и характеризуют определяющую геометрическую продольную ось 10 коленчатого вала 1. Внутренние и наружные коренные подшипники 3, 4 в этом состоянии коленчатого вала в отношении диаметра, округлости и центрированности после предварительной обработки еще не доведены до состояния готовности.

На первой станции 22 шлифования коленчатый вал 1 областями, которые лежат в общем продольном простирании коренных подшипников 3, 4, устанавливается в зажимных патронах 43 с вкладышами передней бабки 26 и задней бабки 27. В примере осуществления установка производится в обоих наружных коренных подшипниках 4. С помощью привода коленчатый вал 1 приводится во вращение вокруг оси 51 вращения, которая определена содержащим дефекты контуром обоих наружных коренных подшипников 4. Отталкиваясь от этого вращения, на первой шлифовальной станции 22 при непрерывном процессе осуществляется предварительное и окончательное шлифование шатунных подшипников 5 коленчатого вала 1. Отклонения фактической оси 51 вращения от определяющей геометрической продольной оси 10 коленчатого вала 1 учитываются в процессоре первой шлифовальной станции 22. Шлифование осуществляется способом маятникового хода. Тем временем при каждом движении подачи предпринимается корректировка в соответствии с хранимыми измерениями коленчатого вала 1, однако в результате шлифование шатунных подшипников происходит в строгом согласовании с определяющей геометрической продольной осью 10 коленчатого вала 1. Окончательно отшлифованные шатунные подшипники имеют в этом случае точное отношение к коренным подшипникам 3, 4 коленчатого вала 1, которые были бы отшлифованы строго согласно определяющей геометрической продольной оси 10 коленчатого вала 1.

Необязательно устанавливать коленчатый вал 1 в первой шлифовальной станции 22 на наружных коренных подшипниках 4. В зависимости от конструктивного вида коленчатого вала для измерения и установки могут использоваться также другие коренные подшипники 3 и точно так же фланец 6 и цапфа 7, так как они установлены центрированно к коренным подшипникам 3, 4. При шлифовании шатунных подшипников 5 на первой шлифовальной станции 22 не требуется дополнительно опирать коленчатый вал 1 с помощью люнетов.

В данном примере осуществления предусмотрено шлифование коленчатого вала 1 с четырьмя шатунными подшипниками 5. При такой конструкции, как правило, каждые два шатунных подшипника 5 имеют то же самое фазовое положение в отношении определяющей геометрической продольной оси 10 коленчатого вала 1. Отсюда вместе шлифуются по два шатунных подшипника 5; как правило, являются парными внутренние шатунные подшипники 5 и наружные шатунные подшипники 5; но могут одновременно шлифоваться и смещенные по фазе шатунные подшипники. При переходе от шлифования внутренних шатунных подшипников 5 к наружным шатунным подшипникам 5 оба шлифовальных шпинделя 30 на крестовом суппорте 29 должны разъезжаться и наоборот.

Однако расположение шлифовальных кругов 30 в первой шлифовальной станции 22, показанное в примере осуществления, не является обязательным. В зависимости от конструкции коленчатого вала 1, шатунные подшипники могут также шлифоваться до окончательного размера отдельными шлифовальными кругами по отдельности и поочередно.

Измерение шатунных подшипников 5 осуществляется во время шлифования с помощью измерительных головок, причем диаметры подлежащих шлифованию шатунных подшипников 5 во время шлифования измеряются постоянно. Поправка к диаметру и округлости воспринимается с помощью измерительной головки в виде измеренного значения у подлежащих шлифованию шатунных подшипников 5 и с помощью управляющего устройства машины сравнивается с заданным значением. Затем подналадка осуществляется в направлении оси 33 (Х-ось) при подаче. Также можно осуществлять корректирующее движение второго шлифовального шпинделя 30 в зависимости от движения подачи первого шлифовального шпинделя 30.

Дальше является важным, что может дополнительно проверяться круглость опорных участков, получаемая на окончательно отшлифованных шатунных подшипниках. Она может точно так же измеряться на первой шлифовальной станции 22, в этом случае при шлифовании маятниковым ходом настраивается соответствующая корректирующая траектория в направлении оси 33, благодаря чему может достигаться оптимально круглый шатунный подшипник 5.

Когда все шатунные подшипники 4 окончательно отшлифованы, то в значительной степени благодаря процессу шлифования снижаются напряжения и искривление и больше решающим образом не сказываются на точности кругового движения коренных подшипников 3, 4. Коленчатый вал 1 после этого с помощью погрузочного портала переносится на вторую шлифовальную станцию 23. Теперь могут использоваться центрирующие отверстия 8 и 9 на концах коленчатого вала 1, как это показано на фиг.7 и 8. Коренные подшипники 4 все еще остаются нешлифованными. Области коленчатого вала 1, которые лежат в направлении общей продольной протяженности коренных подшипников 3, 4, теперь используются для привода во вращение. Зажимные кулачки 58 накладываются различно по ширине на диаметр этих областей коленчатого вала. Однако вращение осуществляется строго вокруг определяющей геометрической продольной оси 10 и согласуется с осевым направлением обоих центрирующих конусов 52 и 53. Коленчатый вал 1 на второй шлифовальной станции 1 предпочтительно опирается на, по меньшей мере, одном коренном подшипнике 3 на центрирующий люнет. Также могут применяться несколько центрирующих люнетов. Далее на нескольких коренных подшипниках измеряется диаметр, так что коленчатый вал с помощью так называемого процессуального измерения шлифуется до заданного значения. Коленчатый вал 1, таким образом, так долго обрабатывается на его коренных подшипниках 3, 4, пока они не будут отшлифованы до окончательного размера.

В выбранном примере осуществления для шлифования коренных подшипников применяется комплект из нескольких шлифовальных кругов 40, так что одновременно могут шлифоваться несколько коренных подшипников 3, 4. При шлифовании коренных подшипников 3, 4 комплект из нескольких шлифовальных кругов подается к коренным подшипникам 3, 4 в направлении оси 33 (Х-ось). Однако на крестовом суппорте 38 комплект из нескольких шлифовальных кругов может также перемещаться в направлении оси 34 (Z-ось) параллельно направлению общей продольной оси 25. Это расположение допускает применение шлифовальных кругов, уже подлежащих шлифованию коренных подшипников 3, 4. Далее благодаря этому может также применяться алмазная шарошка для правки шлифовальных кругов. Также и коренные подшипники 3, 4 предварительно и окончательно шлифуются в одном единственном процессе. Благодаря перемещению в направлении оси 34 определенные партии коренных подшипников 3, 4 могут обтачиваться по плоскости.

Шлифование шатунных подшипников 5 при предложенном согласно изобретению способе должно в каждом случае осуществляться при числовом программном управлении. Но и при шлифовании коренных подшипников 3, 4 числовое программное управление во всяком случае предпочтительно.

Применение комплекта из нескольких шлифовальных кругов при шлифовании коренных подшипников 3, 4 является точно так же необязательным. Если того требуют тип коленчатого вала или имеющаяся шлифовальная машина, коренные подшипники могут в равной степени шлифоваться до окончательного размера по отдельности и один за другим с помощью единственного шлифовального круга.

Когда коленчатый вал 1 прошел вторую шлифовальную станцию 23, коренные подшипники 3, 4 будут иметь лучшее по возможности круговое движение, так как больше не будет какой-либо другой шлифовальной обработки коренных и шатунных подшипников 3, 4, 5. После этого коленчатый вал выгружается из шлифовальной камеры 21 в направлении 20 потока с помощью погрузочного портала.

Показанная в примере осуществления установка с комбинацией из измерительной станции 13 и шлифовальной камеры 21 предоставляет особо экономичную возможность реализовать предложенный согласно изобретению способ для массового производства. Если условия вынуждают, измерения и различные процессы шлифования могут проводиться на отдельных местах и на отдельных устройствах или шлифовальных машинах.

Перечень позиций

1 Коленчатый вал

2 Щека

3 Внутренний коренной подшипник

4 Наружный коренной подшипник

5 Шатунный подшипник

6 Фланец

7 Цапфа

8 Центрирующее отверстие (фланец)

9 Центрирующее отверстие (цапфа)

10 Определяющая геометрическая ось

11 Первое место измерений

12 Второе место измерений

13 Измерительная станция

14 Место измерения на конусе (фланец)

15 Место измерения на конусе (цапфа)

16 Базовое отверстие

17 Направление взгляда

18 Крепежное отверстие

19 Осевое направление

20 Направление движения потока (направление транспорта коленчатых валов)

21 Шлифовальная камера

22 Первая шлифовальная машина

23 Вторая шлифовальная машина

24 Общая станина машины

25 Стол машины

26 Передняя бабка

27 Задняя бабка

28 Крестовый суппорт

29 Шток шлифовального шпинделя

30 Шлифовальный шпиндель

31 Шлифовальный круг

32 Общая продольная ось

33 Направление подачи шлифовальных кругов

34 Направление

36 Передняя бабка

37 Задняя бабка

38 Крестовый суппорт

39 Общая ось

40 Шлифовальные круги

41 Приводной двигатель

42 Ограждение

43 Зажимной патрон с вкладышем

44 Опорный вкладыш

45 Выступ

46 Выпуклый контур

47 Поворотные зажимные кулачки

47а Выступ

48 Подъемный поршень

49 Втулка

50 Направление поворота

51 Ось, определенная обоими наружными коренными подшипниками

52 Конус передней бабки

53 Конус задней бабки

54а-54е Корпусные детали

55 Поршень исполнительного механизма

56 Коленчатый рычаг

57 Радиальная заслонка

58 Зажимные кулачки

Изобретения относятся к машиностроению и могут быть использованы при наружном круглом шлифовании коленчатых валов. Шлифование шатунных подшипников коленчатых валов осуществляют перед шлифованием коренных подшипников. Возникающие деформации учитываются и компенсируются затем при шлифовании коренных подшипников. Шатунные подшипники шлифуют методом шлифования с маятниковым ходом и с программным числовым управлением. Коленчатый вал устанавливают по оси вращения, которая определена двумя нешлифованными опорными участками его коренных подшипников, лежащими на расстоянии в продольном направлении коленчатого вала. Отклонения этой фактической оси вращения от определяющей геометрической продольной оси коленчатого вала учитываются при шлифовании с маятниковым ходом процессором шлифовального устройства. Отшлифованные до готовности шатунные подшипники имеют точное отношение к коренным подшипникам, которые шлифуют при установке их по определяющей геометрической продольной оси коленчатого вала. В результате повышается точность шлифования коленчатых валов. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ шлифования коренных и шатунных подшипников коленчатого вала наружным круглым шлифованием, включающий следующие этапы:
a) при первой установке коленчатый вал (1) устанавливают на двух нешлифованных опорных участках, которые лежат друг от друга на расстоянии в общей продольной протяженности коренных подшипников (3, 4),
b) коленчатый вал приводят во вращение вокруг оси (51) вращения, которая определена обоими опорными участками и отклоняется от определяющей, проходящей через коренные подшипники, геометрической продольной оси (10) коленчатого вала,
c) при вращении вокруг оси (51) вращения все шатунные подшипники (5) коленчатого вала (1) шлифуют методом шлифования с маятниковым ходом с помощью управляемого числовой программой наружного круглого шлифования до окончательного размера,
d) при шлифовании с маятниковым ходом осуществляют подачу шлифовальных кругов в соответствии с определяющей геометрической продольной осью (10), отклонение которой от оси вращения (51) учитывают в виде поправочной функции в процессоре числового программного управления,
e) после окончательного шлифования шатунных подшипников (5) меняют установку коленчатого вала (1) и осуществляют его вторую установку, при которой коленчатый вал (1) устанавливают по осевым концам и приводят во вращение вокруг его определяющей геометрической продольной оси (10),
f) при второй установке все коренные подшипники (3, 4) с помощью наружного круглого шлифования шлифуют до окончательного размера.

2. Способ по п.1, при котором
a) заготовку коленчатого вала (1) перед шлифованием предварительно обрабатывают резанием;
b) на предварительно обработанных опорных участках, предусмотренных для первой установки, измеряют диаметр, круглость и центрированность;
c) по замеренным значениям определяют положение определяющей геометрической продольной оси (10) в отношении упомянутых опорных участков в виде корректирующей функции для шлифования с маятниковым ходом.

3. Способ по п.1 или 2, при котором для определения положения определяющей геометрической продольной оси (10) на торцевых сторонах коленчатого вала (1) выполняют центрирующие отверстия (8, 9), на которых коленчатый вал с центрированием устанавливают в шлифовальном устройстве.

4. Способ по п.3, при котором прямую, проходящую радиально от определяющей геометрической продольной оси (10), устанавливают в качестве базовой линии для углового положения измеренных значений и для этого производят измерение базового отверстия (16) на торцевой стороне коленчатого вала (1).

5. Способ по пп.1, 2 или 4, при котором коленчатый вал (1) при первой установке устанавливают на его обоих наружных коренных подшипниках (4).

6. Способ по пп.1, 2 или 4, при котором коленчатый вал (1) при первой установке устанавливают на находящихся с концевых сторон цилиндрических участках, которые лежат на той же самой общей протяженности, что и коренные подшипники (3, 4).

7. Способ по п.1 или 2, при котором при первой установке оба опорных участка коленчатого вала (1) устанавливают в зажимных патронах (43) с вкладышами шлифовального устройства и коленчатый вал на его обоих концах приводят во вращение.

8. Способ по п.1 или 2, при котором шлифование с маятниковым ходом осуществляют одновременно несколькими шлифовальными кругами (31).

9. Способ по п.1 или 2, при котором шлифование коренных подшипников (3, 4) осуществляют с числовым программным управлением.

10. Способ по п.1 или 2, при котором коленчатый вал (1) при второй установке устанавливают между центрирующими конусами (52, 53) и на своем конце со стороны передней бабки приводят во вращение посредством захватывающего и приводного устройства.

11. Способ по п.1 или 2, при котором коренные подшипники (3, 4) при второй установке шлифуют комплектом, состоящим из нескольких шлифовальных кругов, шлифовальные круги (40) которого находятся на общей ведомой оси (39) и имеют один и тот же диаметр.

12. Способ по п.1 или 2, при котором коренные подшипники (3, 4) при второй установке шлифуют одним единственным шлифовальным кругом, который подают по очереди к отдельным коренным подшипникам (3, 4).

13. Способ по п.1 или 2, при котором при второй установке при шлифовании коренных подшипников (3, 4) на по меньшей мере одном из коренных подшипников (3, 4) устанавливают центрирующий люнет.

14. Устройство для шлифования коренных и шатунных подшипников коленчатого вала наружным круглым шлифованием способом по одному из пп.1-13, содержащее:
a) первую шлифовальную станцию (22) с передней бабкой (26) и задней бабкой (27), которые снабжены зажимными патронами (43) с вкладышами,
b) крестовый суппорт (28), расположенный на первой шлифовальной станции (22) с по меньшей мере одним шлифовальным шпинделем (30), который несет ведомый при вращении шлифовальный круг (31) и при числовом программном управлении может передвигаться в двух направлениях (33, 34), причем первое направление (33) представляет собой направление подачи шлифовального круга (31) и проходит перпендикулярно оси (51) вращения, образованной передней бабкой (26) и задней бабкой (27), а второе направление (34) проходит параллельно оси (51) вращения,
c) устройство числового программного управления первой шлифовальной станцией (22), которое выполнено таким образом, что при подаче шлифовального круга (31) к шатунному подшипнику (5) коленчатого вала (1), который установлен в продольном направлении его коренных подшипников (3, 4) в зажимных патронах (43) с вкладышами и приведен во вращение, учитывается определенное отклонение между фактической осью (51) вращения, заданной подшипниками (43) с вкладышами, и определяющей геометрической продольной осью (10) коленчатого вала, причем шатунные подшипники (5) шлифуются в соответствии с определяющей геометрической продольной осью (10),
d) вторую шлифовальную станцию с передней бабкой (36) и задней бабкой (37), которые снабжены центрирующими конусами (52, 53), причем центрирующие конуса (52, 53) приведены в соответствие с центрирующими отверстиями (8, 9), выполненными в торцевых сторонах коленчатого вала (1) в соответствии с направлением определяющей геометрической продольной оси (10),
e) устройство для привода во вращение, по меньшей мере, передней бабки (36) на второй станции (23) шлифования для осуществления шлифования коренных подшипников (3, 4) коленчатого вала (1) при вращении коленчатого вала (1) вокруг определяющей геометрической продольной оси (10) в качестве оси вращения.

15. Устройство по п.14, которое снабжено измерительной станцией (13), объединенной с камерой (21) шлифования, включающей первую и вторую станции (22, 23) шлифования, и транспортным устройством, которое выполнено с возможностью подвода подлежащего шлифованию коленчатого вала (1) по очереди к измерительной станции (13), перевода его в первую станцию (22) шлифования, после чего во вторую станцию (23) шлифования и транспортировки затем отшлифованного до готовности коленчатого вала (1) наружу.