Die Erfindung betrifft eine Maschine und ein Verfahren zum Feinbearbeiten eines insbesondere gehärteten Metallbauteils, das eine zentrische Durchgangsöffnung, deren sie umgebende Innenfläche feinzubearbeiten ist, und mindestens eine weitere Fläche aufweist, an der ebenfalls eine Feinbearbeitung durchzuführen ist.

Unter Feinbearbeitung werden hier insbesondere Schleifen, Honen, Reiben und vergleichbare Prozesse verstanden, die am Ende einer Fertigungsschritt-Kette durchgeführt werden, um dem jeweiligen Bauteil die jeweils geforderte Oberflächenbeschaffenheit und / oder geometrische Präzision zu verleihen.

Ein Beispiel für ein mit einer erfindungsgemäßen Maschine zu bearbeitendes Bauteil ist ein Schaltrad für ein Fahrzeuggetriebe. Solche Schalträder weisen typischerweise an ihrem Umfang eine Außenverzahnung, eine zentrale Durchgangsbohrung mit einer sie umgebenden Innenfläche, eine die Öffnung der Durchgangsbohrung umgrenzende, an der Stirnseite eines koaxial zur Durchgangsbohrung angeordneten so genannten "Synchron kegels" ausgebildete Planfläche und eine an die Planfläche angrenzende konisch in Richtung der Planfläche zulaufende Umfangsfläche des Synchronkegels auf. Die Verzahnung, die Innenfläche der Durchgangsbohrung, die Planfläche und die Umfangsfläche des Synchronkegels müssen dabei nach dem Härten des Schaltrads einer Feinbearbeitung der hier in Rede stehenden Art unterzogen werden, um geometrische Abweichungen, zu denen es beim Härten in Folge von Härteverzug kommt, auszugleichen und die geforderte Oberflächenbeschaffenheit herzustellen. Besonders hohe Anforderungen werden dabei an die Beschaffenheit der Innenfläche der Durchgangsbohrung gestellt, da diese beim praktischen Einsatz des Schaltrads als Lauffläche für eine Wälzlagerung dient.

Die übliche Prozessfolge bei der Feinbearbeitung von Schalträdern sieht vor, dass nach dem Härten in getrennten Arbeitsgängen und auf separaten Maschinen

- die Durchgangsbohrung hartgedreht wird, - dass die Durchgangsbohrung nach dem Hartdrehen gehont wird,

- dass die Umfangsfläche des Synchronkegels geschliffen wird,

- dass die Planfläche geschliffen wird und

- dass schließlich die Verzahnung feinbearbeitet wird, wobei diese Feinbearbeitung als Honen oder Schleifen ausgeführt wird.

Der Vorteil dieser üblichen Vorgehensweise besteht darin, dass jeweils hoch spezialisierte Maschinen zum Einsatz kommen, die eine hohe Taktung und Präzision erlauben. Allerdings bringen einzelne getrennt voneinander betriebene Maschinen nicht nur erhöhten

Wartungsaufwand und großen Raumbedarf, sondern auch einen hohen Aufwand bei der Betriebsmittelversorgung (Schmierstoffe, Schneidhilfsmittel) und -aufbereitung sowie beim Späneabtransport mit sich.

Vor diesem Hintergrund ergab sich die Aufgabe, ein Konzept zu entwickeln, das bei vereinfachtem Verfahrensablauf und minimiertem Aufwand die hochpräzise

Fertigfeinbearbeitung von komplex geformten Bauteilen der voranstehend erläuterten Art ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, dass in einer Maschine in einer

Aufspannung mindestens zwei der an dem jeweiligen Bauteil feinzubearbeitenden Flächen fein bearbeitet werden, wobei eine dieser mindestens zwei feinzubearbeitenden Flächen die Innenfläche der Durchgangsbohrung ist.

Eine erfindungsgemäße Maschine ist dementsprechend dazu eingerichtet, mindestens zwei Feinbearbeitungsschritte an dem jeweiligen Bauteil vorzunehmen, wobei der eine

Feinbearbeitungsschritt die Feinbearbeitung der Innenfläche der Durchgangsöffnung ist, wobei die Maschine zusätzlich eine Spanneinrichtung zum Spannen des jeweils feinzubearbeitenden Bauteils derart aufweist, dass sowohl die Innenfläche der Durchgangsbohrung als auch die jeweils zweite feinzubearbeitende Fläche des Bauteils für das dazu jeweils vorgesehene Feinbearbeitungswerkzeug zugänglich ist. Die Erfindung geht hierbei von der Erkenntnis aus, dass eine optimierte Präzision bei der Feinbearbeitung von komplex geformten Bauteilen der hier in Rede stehenden Art dadurch erreicht werden kann, dass möglichst viele der Feinbearbeitungsschritte in einer Aufspannung absolviert werden, wobei sich diese Feinbearbeitungsschritte derart miteinander kombinieren lassen, dass auch bei der Bearbeitung in einer Maschine minimierte Taktzeiten erzielt werden.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorgehensweise bei der Feinfertigbearbeitung besteht dabei darin, dass auf diesem Wege die Durchgangsbohrung eine den jeweiligen Anforderungen präzise entsprechende Geometrie erhält. Auf diese Weise kann, wie nachstehend anhand des Beispiels eines "Schaltrades" erläutert, die Durchgangsbohrung nach ihrer

Feinfertigbearbeitung als eindeutiger Bezug für die abschließende Feinbearbeitung

beispielsweise derjenigen Flächen oder sonstigen Formelemente dienen, die während der erfindungsgemäß in einer Aufspannung erfolgenden Bearbeitung des Werkstücks in der erfindungsgemäßen Maschine zum Spannen benötigt werden. Dies erlaubt es, geometrische Abweichungen, zu denen es beim Härten des Bauteils kommt, über alle funktionswesentlichen und feinzubearbeitenden Flächen und Formelemente des Werkstücks auf einfache Weise exakt auszugleichen.

Bezogen auf das Beispiel "Schaltrad" bedeutet dies, dass bei erfindungsgemäßer

Vorgehensweise das Schaltrad zunächst in einer erfindungsgemäßen Maschine über eine auf seine Außenverzahnung wirkende Einspanneinrichtung gespannt wird und dann die

Durchgangsbohrung, die Planfläche und die Umfangsfläche des Synchronkegels die jeweils geforderte geometrische Form und Oberflächenbeschaffenheit erhalten, ohne dass dabei die Aufspannung gewechselt wird.

Anschließend kann dann das Schaltrad umgespannt und dabei die Durchgangsbohrung als präziser Bezug für die neue Einspannung genutzt werden, so dass bei der abschließenden Feinbearbeitung der Außenverzahnung deren Geometrie perfekt auf die Lage der

Durchgangsbohrung abgestimmt wird.

Die in einer erfindungsgemäßen Maschine absolvierte Feinbearbeitung der Durchgangsbohrung kann wiederum mehrere Feinbearbeitungsschritte umfassen, wie eine ein- oder mehrstufig absolvierte Schleifbearbeitung und eine anschließende Feinstfertigbearbeitung, wobei auch diese Feinstfertigbearbeitung in ein oder mehreren Schritten durchgeführt werden kann.

Typischerweise wird die Feinstfertigbearbeitung der Innenfläche der Durchgangsbohrung als Honen oder Reiben in einem oder mehreren Schritten ausgeführt werden. Dabei können die Schleifbearbeitung und die Feinstfertigbearbeitung so aufeinander abgestimmt werden, dass die geforderte Oberflächenrauigkeit und/oder das geforderte Oberflächenprofil exakt erreicht werden. Soll beispielsweise ein Oberflächenprofil geschaffen werden, das im Profilschnitt betrachtet durch eine ausgeprägte Plateauform der zwischen den "Tälern" des Profils vorhandenen "Berge" geprägt ist, so können die zunächst vorhandenen Spitzen der Berge durch eine mehrstufige Feinstfertigbearbeitung, insbesondere Honen, mit entsprechender Zustellung abgetragen werden. Genauso kann jedoch die Feinstfertigbearbeitung, insbesondere wenn sie als Honen durchgeführt wird, auch so ausgeführt werden, dass die ausgeprägten Spitzen der Berge des Oberflächenprofils erhalten bleiben.

Die Feinbearbeitung der anderen Flächen des feinzubarbeitenden Bauteils kann in gleicher Weise in der erfindungsgemäßen Maschine ohne Wechsel der Einspannung ein- oder mehrstufig so ausgeführt werden, dass die geforderte Oberflächenbeschaffenheit und

-geometrie erreicht wird. Handelt es sich um eine Planfläche, kann hierzu ein

Planschleifverfahren angewendet werden. Handelt es sich um eine Umfangsfläche, kann dazu ein ebenfalls aus dem Stand der Technik bekanntes, ein- oder mehrstufig durchgeführtes Schleifverfahren angewendet werden, bei dem eine Schleifscheibe zum Einsatz kommt, deren Umfangsform an die geometrischen Anforderungen angepasst ist, die an die

feinzubearbeitende Umfangsfläche des Bauteils gestellt werden. Entscheidend ist jeweils, dass die Einspannung des Bauteils zwischen den jeweiligen Bearbeitungsschritten nicht gewechselt wird.

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise bei der Feinfertigbearbeitung von Bauteilen der eingangs erläuterten Art erlaubt es zudem auf besonders einfache Weise, das Ergebnis der Feinbearbeitung im Sinne eines selbstlernenden Systems laufend zu verbessern. Hierzu kann es zweckmäßig sein, nach einem bestimmten Arbeitsschritt die für eine in dem betreffenden Arbeitsschritt beeinflusste Formabweichung jeweils charakteristische Größe zu erfassen, das Ergebnis dieser Erfassung mit einem Sollwert zu vergleichen und bei einer übermäßigen, d.h. über einen Toleranzbereich hinausgehenden Abweichung das Ergebnis dieses Vergleichs zur Grundlage einer Korrektur des jeweiligen Bearbeitungsschritts zu machen. Wird beispielsweise nach der Schleifbearbeitung, jedoch vor der Feinstfertigbearbeitung der Innenfläche der Durchgangsbohrung eines Bauteils festgestellt, dass sich dabei eine zu große Formabweichung eingestellt hat, die durch erhöhten Aufwand bei der Feinstfertigbearbeitung ausgeglichen werden muss, so kann dies bei der Schleifbearbeitung der Durchgangsbohrung des nächstfolgend bearbeiteten Bauteils berücksichtigt werden. Im Ergebnis wird so ein sich laufend optimierendes Bearbeitungsverfahren erhalten. Wird beim Beispiel der Durchgangsbohrung die Feinstfertigbearbeitung nach dem Schleifen mit einem Hon- oder Reibwerkzeug durchgeführt, das in an sich bekannter Weise mit einer Abstandsmesseinrichtung versehen ist, so kann die nach dem Schleifen erhaltene Form der Durchgangsbohrung auf einfache Weise mittels dieser Messeinrichtung erfasst werden, wobei hier nicht nur eine Erfassung des Durchmessers, sondern auch der räumlichen Zylinderform der Durchgangsbohrung denkbar ist.

Ergibt sich bei dem jeweils zu bearbeitenden Bauteil die Aufgabe, dass auch mindestens eine auf der gegenüberliegenden anderen Stirnseite des Bauteils vorhandene Fläche fein bearbeitet werden soll, kann dies bei erfindungsgemäßer Vorgehensweise ebenfalls ohne Wechsel der Einspannung erfolgen. Dazu kann die erfindungsgemäße Maschine mit einem Werkzeug ausgerüstet werden, dass durch die Durchgangsbohrung geführt und dann an die zu bearbeitende rückwärtige Fläche angesetzt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Die Figuren dieser Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine Maschine zum Feinbearbeiten eines Schaltrads in einer Ansicht von oben;

Fig. 2 die Maschine gemäß Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht von der oberen, linken vorderen Ecke aus gesehen;

Fig. 3 einen Ausschnitt der Maschine gemäß Fig. 2 bei einem ersten Feinbearbeitungsschritt;

Fig. 4 einen Ausschnitt der Maschine gemäß Fig. 2 bei einem zweiten

Feinbearbeitungsschritt;

Fig. 5 einen Ausschnitt der Maschine gemäß Fig. 2 bei einem dritten Feinbearbeitungsschritt;

Fig. 6 einen Ausschnitt der Maschine bei einem vierten Feinbearbeitungsschritt in einer perspektivischen Ansicht von der oberen rechten Ecke aus gesehen;

Fig. 7 einen vergrößerten Ausschnitt von Fig. 1.

Die Maschine 1 ist zum Fein bearbeiten eines Schaltrads S vorgesehen. Das gehärtete, aus einem Stahlwerkstoff bestehende Schaltrad S weist folgende Merkmale auf (s. Fig. 7):

- einen Zahnradabschnitt S1, in dessen Umfang eine Geradverzahnung oder, wie in den

Figuren, insbesondere Fig. 7 gezeigt, eine Schrägverzahnung S2 eingebracht ist,

- einen Synchronkegelabschnitt S3, der an der einen Stirnseite S4 des Zahnradabschnitts S1 angeformt und koaxial zur Drehachse SD des Schaltrads S ausgerichtet ist,

- einen von dem Synchronkegelabschnitt S3 getragenen Synchronring S5,

- eine an der freien Stirnfläche des Synchronkegelabschnitts S3 ausgebildete, ringförmige Planfläche S6,

- eine zwischen dem Synchronring S5 und der Planfläche S6 ausgebildete und in Richtung der Planfläche S6 kegelabschnittförmig (konisch) zulaufende Umfangsfläche S7 des

Synchronkegelabschnitts S3 und

- eine koaxial zur Drehachse SD ausgerichtete, durch den Synchronkegelabschnitt S3 und den Zahnradabschnitt S1 hindurchgeführte Durchgangsbohrung S8, die durch eine

hohlzylindrische Innenfläche S9 umgeben ist und deren dem Synchronkegelabschnitt S3 zugeordnete Öffnung von der Planfläche S6 umgrenzt ist.

Die Maschine 1 umfasst eine in an sich bekannter Weise auf einem Kreuzschlitten 2 angeordnete Einspanneinrichtung 3 mit drei in gleichmäßigen Winkelabständen um eine Drehachse D verteilt angeordnete Spannbacken 4,5,6, die in radialer Richtung relativ zur Drehachse D verstellt werden können. Erforderlichenfalls können selbstverständlich mehr als drei Spannbacken 4,5,6 vorgesehen sein, wenn jeweils ein besonders empfindliches oder filigranes Werkstück gespannt werden soll.

Zum Spannen in der Einspanneinrichtung 3 wird das Schaltrad S mit seinem Zahnradabschnitt S1 derart zwischen den Spannbacken 4,5,6 und koaxial zur Drehachse D angeordnet, dass der Synchronkegelabschnitt S3 von der Einspanneinrichtung 3 wegweisend ausgerichtet und seine stirnseitige Planfläche S6 frei zugänglich ist. Anschließend werden die Spannbacken 4,5,6 in Richtung der Drehachse D verstellt, bis sie an der Außenverzahnung S2 anliegen und das Schaltrad S fest zwischen ihnen gespannt ist. Des Weiteren umfasst die Maschine 1

- eine konventionell ausgebildete Schleifeinrichtung 7, die an ihrer der Einspanneinrichtung 3 zugeordneten Stirnseite eine konventionell ausgebildete Schleifscheibe 8, beispielsweise eine keramisch gebundene CBN-Schleifscheibe, trägt und dazu vorgesehen ist, die

Planfläche S6 und die Umfangsfläche S7 des Synchronkegelabschnitts S3 zu schleifen,

- eine zweite konventionell ausgebildete Schleifeinrichtung 9, die an ihrer der

Einspanneinrichtung 3 zugeordneten Stirnseite eine konventionell ausgebildete

Schleifscheibe 10, beispielsweise ebenfalls eine keramisch gebundene CBN-Schleifscheibe, trägt und dazu vorgesehen ist, die Innenfläche S9 der Durchgangsbohrung S8 des

Schaltrads S zu schleifen, sowie

- eine Honeinrichtung 11 , die an ihrer der Einspanneinrichtung 3 zugeordneten Stirnseite ein ebenso konventionell ausgebildetes Honwerkzeug 12, beispielsweise ein mit

metallgebundenen CBN-Honleisten besetztes Honwerkzeug, trägt und zum Honen der Innenfläche S9 des Schaltrads S vorgesehen ist.

In das Honwerkzeug 12 ist eine an sich ebenfalls bekannte Messeinrichtung zum Messen des Abstands des Honwerkzeugs 12 von der von ihm zu bearbeitenden Innenfläche S9 integriert. Diese Messeinrichtung kann beispielsweise in an sich bekannter weise das Prinzip der Messung eines aus Düsen austretenden Luftstroms nutzen, bei dem sich der Volumenstrom mit zunehmender Annäherung an die Innenfläche S9 proportional zur Annäherung ändert. Die Messeinrichtung ist verkoppelt mit einer Steuereinrichtung, die die zweite Schleifeinrichtung 9 steuert.

Die bei der Feinbearbeitung des Schaltrads S von der Maschine 1 durchgeführten

Arbeitsschritte sind beispielsweise folgende:

Arbeitsschritt 1 : Beladen der Maschine 1 mit dem zu bearbeitenden Schaltrad S;

Arbeitsschritt 2: Spannen des Schaltrads S in der Einspanneinrichtung 3;

Arbeitsschritt 3: Positionieren des Werkstücks (Schaltrad S) zum Schleifen der

Durchgangsbohrung S8; Arbeitsschritt 4: Schleifen der Durchgangsbohrung S8 durch die Schleifeinrichtung 9 (Fig. 3);

Arbeitsschritt 5: Positionieren des Werkstücks (Schaltrad S) zum Schleifen der

Umfangsfläche S7 des Synchronkegelabschnitts S3;

Arbeitsschritt 6: Schleifen der Umfangsfläche S7 durch die Schleifeinrichtung 7 (Fig. 4);

Arbeitsschritt 7: Positionieren des Werkstücks (Schaltrad S) zum Schleifen der Planfläche

S6;

Arbeitsschritt 8: Schleifen der Planfläche S6 durch die Schleifeinrichtung 7 (Fig. 5);

Arbeitsschritt 9: Positionieren des Werkstücks (Schaltrad S) zum Honen der Innenfläche S9;

Arbeitsschritt 10: Honen der Innenfläche S9 mittels des Honwerkzeugs 12 der Honeinrichtung

11 (Fig. 6);

Arbeitsschritt 11 : Abrichten der Schleifscheiben der Schleifeinrichtungen 7,9; Arbeitsschritt 12: Entladen der Maschine 1.

Der Arbeitsschritt 9 kann eine Erfassung des Durchmessers oder der räumlichen Zylindergestalt der Durchgangsbohrung S8 nach dem Schleifen (Arbeitsschritt 4) mittels der in das

Honwerkzeug integrierten Messeinrichtung umfassen. Das Ergebnis dieser Messung wird an die Auswert- und Steuereinrichtung geliefert und mit einem Sollwert verglichen. Ergibt sich dabei eine über einen Toleranzwert hinausgehende Abweichung, so wird dies bei der

Steuerung der Schleifeinrichtung 9 berücksichtigt, um die übermäßige Abweichung bei der folgenden Bearbeitung weiterer Schalträder S zu vermeiden.

Nach dem Entladen wird das Schaltrad S in einer weiteren, hier nicht gezeigten Maschine eingespannt, wobei hier für die Einspannung die fertig gehonte, d.h. fertig feinstbearbeitete, Durchgangsbohrung S8 als Bezug für die Einspannung genutzt wird. Anschließend wird die Verzahnung S1 fertig feinbeareitet und dabei der im Zuge der Härtung, die der hier

beschriebenen Feinbearbeitung vorangegangen ist, eingetretene Härteverzug beseitigt. BEZUGSZEICHEN

1 Maschine zum Feinbearbeiten eines Schaltrads S

2 Kreuzschlitten

3 Einspanneinrichtung

4,5,6 Spannbacken

D Drehachse

7 Schleifeinrichtung zum Schleifen der Planflache S6 und der Umfangsfläche S7 des

Synchronkegelabschnitts S3 des Schaltrads S

8 Schleifscheibe der Schleifein richtung 7

9 Schleifeinrichtung zum Schleifen der Innenfläche S9 der Durchgangsbohrung S8 des Schaltrads S

10 Schleifscheibe der Schleifeinrichtung 9

11 Honeinrichtung zur Fertigfeinstbearbeitung der Innenfläche S9

12 Honwerkzeug

S Schaltrad

51 Zahnradabschnitt des Schaltrads S

52 Schrägverzahnung des Schaltrads S

53 Synchronkegelabschnitt des Schaltrads S

54 Stirnseite des Zahnradabschnitts S1

SD Drehachse des Schaltrads S

55 Synchronring des Schaltrads S

56 Planfläche des Schaltrads S

57 Umfangsfläche des Synchronkegelabschnitts S3

58 Durchgangsbohrung des Schaltrads S

59 Innenfläche der Durchgangsbohrung S8