Eine Kleine, Aber Feine Nockenschleifmaschine

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  • Eine kleine, aber feine Nockenschleifmaschine 22.10.2010

    Moin Moin,

    heute mchte ich ber ein fertig gestelltes Projekt berichten, eine Vorrichtung zum przisen Schleifen von gehrtetenModellmotor Nockenwellen.

    Das Thema ist nicht wirklich kompliziert, aber doch einwenig erklrungsbedrftig, weshalb ich erst mal etwasausfhrlicher die Zusammenhnge beschreibe, bevor es mit den hoffentlich spannenderen Bauberichtsbilden weitergeht...ha ha ha....

    Mittlerweile gibt's ja auch unter Hobbyisten immer mal wieder Anstze, das Thema Nockenschleifen mit einer CNCgesteuerte Schleifmaschine anzugehen, mir gengt in dem Fall die gute alte Technik in Form einer mechanischenKopierschleifmaschine. Meine Konstruktion basiert auf dem bekannten Schwenkrahmenprinzip, bei dem einMusternocken abgetastet und diese Abtastbewegung auf den Nockenrohling bertragen wird.

    Diese Abtastung kann man grundstzlich auf zwei verschiedene Weisen durchfhren, beide Systeme haben ihre Vor-und Nachteile.

    Man kann, bezogen auf den fertigen Motornocken, einen deutlich greren Meisternocken verwenden. Das hat denVorteil, dass alle Formfehler des Masters nur mit dem reziproken Vergrerungsfaktor in den Fertignocken eingehen,an sich ne feine Sache. Whlt man die Vergrerung hoch genug, knnte man den Meister sogar nach Anriss auseinem Stck Blech herausfeilen, das wurde frher gerne so gemacht und wird in der einschlgigen Literatur auchimmer wieder mal erwhnt. Um solche Fehler durch Anreien und Feilen effektiv genug "raus zu verkleinern", wirdman den Meisternocken aber schon in einer Vergrerung von 10:1 oder hnlich bauen mssen.

    Die verkleinerte Abbildung des Meisterprofils auf den Fertignocken geschieht dann mit einem entsprechendausgelegten Hebelsystem, welches die ntige Untersetzung liefert. Und damit kommen wir direkt zum Nachteil derAngelegenheit, der damit verbundene Apparat wird schnell recht gro und volumins.

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  • Wie man auf den Prinzipdarstellungen gut erkennen kann, ist die Ausdehnung der Hebelmechanik bei derSkaliermethode mit deutlichem Platzbedarf verbunden, dabei ist es ziemlich unerheblich, ob der Schwenkrahmenstehend oder liegend angeordnet wird.

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  • Bei den drei Varianten mit Skalierfunktion wurde ein extrem kleiner Schwenkradius des Fertignockens (L1)angenommen, sonst htte man bei unserer Bildgre die Prinzipdarstellungen nicht mehr sinnvoll layouten knnen.In Wirklichkeit wrde man zur Minimierung der Abbildungsfehler, diesen Hebel L1 in Proportion zum Gesamtsystemdeutlich lnger whlen. Nun wchst aber der Rest der Kinematik um den Skalierfaktor mit, und das erzeugt dann beiL2 Ausmae, welche ich in einer handlichen und berschaubaren Schleifmaschine nicht mehr unterbringen konnte,also jedenfalls nix mehr fr so nen Wohnzimmer- und Balkonschleifer wie mich....ha ha ha....

    Die alternative und von mir gewhlte Mglichkeit besteht darin, eine 1:1 Profilabtastung des Meisters durchzufhren,so wie es in der ersten Grafik unten rechts dargestellt ist. Und dann kommt man beim Schwenkrahmen mit dem einenHebelarm L aus. Hier gibt's aber keine Fehlerverkleinerung, das Profil des Meisternockens muss schon so przise, wiedas gewnschte Ergebnis sein, was in meinen Augen der einzige Nachteil des Verfahrens ist. Ich stelle meineMeisternocken aus 4mm Resoplan (dickes HPL) auf meiner CNC Portalfrse her, das gengt fr eine gewnschteProfiltreue im Bereich um +/- ca. einem Hundertstel.

    Bei der Auslegung des Schwenkrahmens sollte man, wie schon angedeutet, den Hebelarm (Schwenkradius) nicht zuklein whlen, sonst entstehen durch die Bogenbewegung Abbildungsfehler des Profils. Mit den von mir gewhltenDimensionen, Schwenkradius 80mm, Schleifscheibendurchmesser ca. 80mm und 6 bis 10mm Hllkreis Durchmessermeiner Modellnocken, kann man diesen geometrischen Fehler aber schon vernachlssigen.

    Auerdem sollte erwhnt werden, dass der Profilabnehmer nicht als gerade Flche oder in einer beliebigen Formausgebildet werden kann. Form und Gre des Abnehmers stehen in direktem Verhltnis zum Durchmesser derverwendeten Schleifscheibe, sonst erzeugt man Profilhinterschneidungen, also wieder Abbildungsfehler, welche in demFall schnell sehr deutlich (bis in den Zehntel Millimeter Bereich) ausfallen knnen. Der Abnehmer muss alsKreissegment ausgebildet werden, beim 1:1 Verfahren mit dem Durchmesser der Schleifscheibe und beimVerkleinerungsverfahren in der Gre Schleifscheibendurchmesser mal Skalierfaktor des Schwenkrahmensystems.

    Der Musternocken kann im zuletzt beschriebenen Verfahren exakt die Gre des Fertignockens haben (man kann alsobei Bedarf auch vorhandne Motornocken kopieren), er kann aber im Durchmesser auch grer gewhlt werden. Dazuwird der gezeichnete Fertignocken aber nicht im CAD um einen Faktor vergrert (Funktion "Skalieren"), sondern derPolylinienzug des Profils wird nach auen gleichmig versetzt (Funktion "Offset").

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  • Ein, um den erzeugten Versatz zurck liegender, Abnehmer tastet auch hier den Nocken profiltreu ab. Ich sehe denVorteil eines greren Musternockens in seiner einfacheren Handhabung, bei den winzigen Dimensionen meineroriginal Nocken werden sonst die Teile schnell extrem fummelig. Bei einteiligen Wellen mit mehreren Nocken, mussman die Meisterscheibe nach jedem Einzelnocken, entsprechend dem Nockenversatz, mit Hilfe einer Teilscheibe,gezielt weiter drehen knnen. Und das geht viel einfacher und auch genauer mit einer 30mm Scheibe, die einenfeinen Nullstrich trgt, als es mit einem 7mm original Nocken machbar wre.

    So, genug der langen Erklrungen, hier zuerst mal die Entwurfsbilder aus dem CAD.

    Hauptdimensionen:

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  • Und Isometrien:

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  • Die Grundplatte, der Schwenkrahmen und der Reitstock bestehen aus Aluminium, die Bettwange habe ich aus einemgezogenen C45 Vierkantstab hergestellt. Das Hauptspindelgehuse aus Messing hatte ich noch von einem alten MiniSpindel Projekt brig, darin werkeln zwei 8er Kugellager und die Spindel wurde aus Silberstahl neu angefertigt. Sieist an der Zentrierspitze gehrtet und fein geschliffen.

    Den Antrieb erledigt ein kleiner Escap Getriebemotor, der mit einem MXL Zahnriemen auf die Spindel wirkt. DenMusternocken montiere ich auf der nach hinten verlngerten Hauptspindel, zwischen Zahnriemenscheibe und Mastersitzt noch eine Teilscheibe, welche gro genug ist, um die ntigen Winkel mit ausreichender Genauigkeit ablesen zuknnen. Die Lagerung des Schwenkrahmens geschieht ber zwei abgedichtete Kugellager, die in den beidenStehlagerblcken sitzen. Auf den CAD Bildern sieht man noch einen Hebelarm mit verstellbarem Gewicht, damit habeich anfangs den Schleifdruck eingestellt. Dieser Arm wurde mittlerweile durch eine Feder am Stativ des Abnehmersersetzt. Die Methode der Regulierung mittels Gewicht funktionierte zwar einwandfrei, ein derartiges Feintuning desSchleifdruckes erwies sich in der Praxis aber als unntig. Und da der Arm auf der Schleifmaschine nur strte, konnteer gut entbehrt werden.

    Der Apparat macht fr sich alleine aber wenig Sinn, zur funktionierenden Nockenschleifmaschine wir er erst, wenn erauf eine Universalschleifmaschine montiert wird.

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  • Mit den Zgen des Tisches kann ich alle bentigten Positionen anfahren. Vor und zurck, fr die grobeSchleifzustellung und den Wechsel von Nocken zu Nocken, rechts-links, fr das mittige Einrichten auf den einzelnenNocken, sowie (dann mit gesetzten Tischanschlgen) feines, hndisches "Oszillieren" lngs zur Nockenoberflche, umdie Scheibe gleichmig auszunutzen.

    Auerdem kann ich mit den Tischzgen bei Bedarf sehr einfach den oben auf dem Spindelgehuse montiertenAbrichtdiamanten anfahren und die Scheibe zwischendurch immer wieder sehr schnell und przise in Fasson bringen.

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  • Okay, soweit zur Theorie, fertig gebaut sieht das nackte Gert dann so aus:

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  • Und so in der Arbeitsposition auf der Mini Bonelle:

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