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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Drehfräsen von runden
Abschnitten von Werkstücken, wie insbesondere Hubzapfen
und/oder Lagerzapfen von Kurbelwellen oder auch nicht kreisförmigen
runden Werkstückabschnitten, wie beispielsweise Nocken
von Nockenwellen oder andere im Drehfräsverfahren zugängliche
Flächen. Die Erfindung betrifft auch eine Werkzeugmaschine,
die z. B. durch eine geeignete Steuerungssoftware oder sonstige
Maßnahmen zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet
ist.
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Prinzipiell
ist es bekannt, runde Werkstückflächen, wie beispielsweise
Hauptlagerflächen oder Hubzapfen von Kurbelwellen, im Drehfräsverfahren
zu bearbeiten. Beispielsweise befasst sich die
AT 286067 C mit einem solchen
Fräsverfahren. Zur Durchführung des Verfahrens
dient ein Walzenstirnfräser, der sowohl Stirnschneidkanten
als auch Umfangsschneidkanten aufweist. Die Drehachse des Walzenstirnfräsers
ist mit einer definierten Exzentrizität radial zu der Drehachse
des Werkstücks eingestellt. Das Drehfräsverfahren
dient sowohl zum Vorschneiden als auch zum Fertigschneiden. Beim
Vorschneiden wird die Exzentrizität anders eingestellt
als beim Fertigschneiden. Dadurch wird erreicht, dass das Vorschneiden
vor allem mit dem Umfangsschneidkanten ausgeführt wird,
während zum Fertigschneiden die Stirnschneiden genutzt
werden.
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Aus
der
DE 10 2006
024 715 A1 ist darüber hinaus ein Verfahren zum
Bearbeiten von Lagersitzen von Haupt- und Hublagern von Kurbelwellen
bekannt, das als Drehfräsverfahren ausgebildet ist und
sowohl einen Vorschnitt-Drehfrässchritt als auch einen
Fertigschnitt-Drehfrässchnitt umfasst. Der dort beschriebene
Drehfräsvorgang arbeitet mit einem Achsversatz zwischen
der Drehachse des Werkstücks und der Drehachse des Werkzeugs.
Dieser Achsversatz wird als Exzentrizität bezeichnet. Er
ist einschließlich der Phase des Eintauchens und des Ausfahrens
des Werkzeugs konstant. Während des Drehfräsens
erfolgt keine Vorschubbewegung quer zu einer Längsachse
des Fingerfräsers.
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Dieses
Konzept des (bezogen auf das Werkstück) radialen Eintauchens
des Werkzeugs bewirkt ein relativ plötzliches Starten des
Bearbeitungsvorgangs, was zu Problemen führen kann.
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Einen
wesentlich sanfteren Beginn des Bearbeitungsvorgangs gestattet das
Drehfräsverfahren gemäß
WO 97/32680 . Hier wird das Drehfräswerkzeug
auf einer tangentialen Bahn ohne axiale Zustellbewegung an das Werkstück
herangeführt. Das Drehfräswerkzeug kommt zuerst
mit seiner Eckschneidkante mit dem Werkstück in Eingriff.
Der Anschnitt ist weich. Jedoch wird der Werkzeugverschleiß für
den Anfräsvorgang auf die Eckschneidkante konzentriert.
Die Eckschneidkante macht einen sehr kleinen Schneidkantenbereich
aus, dessen Länge lediglich 0,05 bis 0,25 mm beträgt.
Dies ergibt einen sehr hohen lokalen Verschleiß. Zudem
ist die Schnittgeschwindigkeit an der Eckenschneidkante maximal,
was zu einem hohen Schneidenverschleiß führt.
Der Verschleiß kann sich nach und nach bis in dies Stirnschneidkante
fortsetzen, was zu erheblichen Qualitätsproblemen und Standzeitproblemen
führen kann.
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Davon
ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, anzugeben wie sich beim
Drehfräsen Werkstücke in hoher Qualität
und mit hoher Werkzeugstandmenge erzeugen lassen.
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Diese
Aufgabe wird mit dem Verfahren nach Anspruch 1 sowie mittels einer
entsprechenden Werkzeugmaschine oder Steuerungssoftware gelöst:
Das
erfindungsgemäße Verfahren liefert insbesondere
eine standzeit- bzw. standmengenoptimale Anfahrstrategie. Sie berücksichtigt
das Einfahren des Werkzeugs in das Werkstück und das Verschleißverhalten
des Werkzeugs. Das Verfahren ist insbesondere bei der Bearbeitung
von gehärteten Werkstücken von Vorteil. Es eignet
sich für labile Werkstücke, wie z. B. Kurbelwellen,
und erweist sich dabei als besonders prozessstabil.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren stellt eine Kombination
aus tangentialer und axialer Anfahr- oder Eintauchstrategie für
den Beginn des Zerspanungsprozesses vor und vereint die Vorteile
axialen und radialen Eintauchens, wobei die jeweils spezifischen
Nachteile eliminiert werden. Anders als beim axialen Eintauchen beginnt
das erfindungsgemäße Verfahren mit relativ kurzen
Eingriffslängen, d. h. relativ kurzen Stirnschneidkantenabschnitten.
Anders als das radiale Anfahren wird ein Eckschneidkantenverschleiß jedoch
minimiert. Die Überlagerung von axialer und radialer Eintauchbewegung,
die sich aus der kontinuierlichen Verminderung der Exzentrizität
während des Eintauchvorgangs ergibt, liefert einen Eintauch winkel α,
der beispielsweise auf 3° festgelegt sein kann. Eine sehr
vorteilhafte Konstellation ist gegeben, wenn der erste Werkstückkontakt
in Nachbarschaft der Schneidenecke bzw. im Auslauf des Schneidenradiuses
erfolgt. Über den Einfahrweg wird eine maximale Verteilung
des Abtragvolumens über die Stirnschneidkante erreicht.
Alternativ ist es möglich, das Abtragsvolumen beim Eintauchfräsen
bewusst auf bestimmte Schneidkantenbereiche zu konzentrieren, um
für das nachfolgende Rundfräsen einen Verschleißvorrat
zu haben, um so eine erhöhte Wirtschaftlichkeit der Werkzeuge
zu erhalten.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren gestattet die Erreichung
sehr hoher Rundheitsgenauigkeiten an labilen Werkstücken,
wie beispielsweise Kurbelwellen. Der Übergang vom Eintauchen
in das Rundfräsen erfolgt sehr weich. Dies gilt insbesondere,
wenn der Eintauchvorgang über einen Werkstückdrehwinkel
ab 5°, vorzugsweise von größer 15° erfolgt.
Der Vorschubvektor beim Eintauchfräsen nähert
sich dem Vorschubvektor beim Rundfräsen an, was ähnlich
wie beim tangentialen Eintauchfräsen deutlich verbesserte
Rundheitsgenauigkeiten ergibt. Jedoch wird nicht der hohe Eckschneidkantenverschleiß des
tangentialen Eintauchens in Kauf genommen. Je näher die
Winkellage und der Betrag des Eintauchvorschubvektors an dem Rundfräsvorschubvektor
liegen, desto geringer ist der Genauigkeitsverlust beim Übergang
vom Eintauchfräsen zum Rundfräsen. Außerdem
ist es möglich, diesen Übergang glatt, d. h. ruckfrei
zu gestalten.
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Das
erfindungsgemäße Eintauchverfahren schont die
Eckschneidkante und verhindert insbesondere einen sich ausgehend
von der Eckschneidkante in die Stirnschneidkante fortschreitenden übermäßigen
Verschleiß. Damit liefert das erfindungsgemäße
Verfahren insbesondere wegen der Verteilung des Verschleißes beim
Eintauchfräsen auf größere Teile der
Stirnschneidkante eine erhöhte Standmenge und letztendlich
für eine Vielzahl von Werkstücken eine ver besserte
Genauigkeit. Die Eckschneidkante kann beim Eintauchfräsen außer
Eingriff bleiben. Dies gilt für Eintauchwinkel α zwischen
0,1° und 10°. Der beste Eintauchwinkel α ist
abhängig vom Werkstückdurchmesser, vom Aufmaß,
vom Werkzeugdurchmesser, von der Schneidkantenverrundung, der Exzentrizität
o. ä.
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Das
fortwährende Verändern der Exzentrizität
ist nicht nur beim Eintauchfräsen vorteilhaft, sondern auch
am Ende des Rundfräsvorgangs sinnvoll anwendbar. Das Ein-
und Ausfahren des Werkzeugs erfolgt vorteilhafterweise mit kontinuierlicher
veränderlicher Exzentrizität.
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Vorteilhafterweise
kann der Werkstückdrehwinkel beim Einfahren (Eintauchbewegung)
mehr als 15° betragen. Es ergibt sich ein Anschnitts-Vorschubvektor,
der dem Rundvorschubvektor ähnlich ist. Es wird dadurch
die sich sonst beim radialen Eintauchen ergebende Unstetigkeitsstelle
beim Übergang vom Eintauchen in das Rundfräsen
vermieden. Es reduzieren sich regelungstechnische Einflüsse
der beteiligten Vorschubachsen, die sonst auf die Werkstückgenauigkeit
Einfluss nehmen.
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Bei
der Erfindung wird eine verbesserte Verteilung des Zerspanungsvolumens über
die Stirnschneide des Werkzeugs erreicht.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere
zur Anwendung an Vollhartmetallfräsern. Es kann außerdem
bei Verfahren angewendet werden, bei dem das Rundfräsen
mit sehr geringer Exzentrizität erfolgt. Beispielsweise
um einen Hubzapfen in einem Vorgang auf gesamter Zapfenbreite zu
bearbeiten. Die Werkzeugschneidkante erstreckt sich von der äußeren
Schneidkante bis zum Drehzentrum, um dies zu ermöglichen.
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Es
ist vorteilhaft während der Eintauchbewegung die Werkzeugdrehzahl
und/oder die Werkstückdrehzahl zu ändern. Beispielsweise
kann die Werkzeugdrehzahl zu Beginn des Eintauchfräsens
geringer sein und bis zum Ende der Eintauchbewegung kontinuierlich
auf Rundfräs-Drehzahl gesteigert werden. Dies entlastet den
radial äußeren Stirnschneidkantenabschnitt des
Werkzeugs. Alternativ kann bei sehr labilen Werkstücken ein
gedämpfter Eingriff zu Beginn der Eintauchbewegung dadurch
erzielt werden, dass die Schnittgeschwindigkeit zu Beginn des Eintauchvorgangs
höher gewählt wird.
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Ein ähnlicher
Dämpfungseffekt wird erzielt, indem die Werkstückdrehzahl
zu Beginn der Eintauchbewegung niedriger gewählt und während
des Eintauchens auf die Rundfräs-Werkstückdrehzahl
angehoben wird.
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Der
Eintauchwinkel α wird vorzugsweise so gewählt,
dass der erste Werkstückkontakt in unmittelbarer Nähe
zu den Schneidenecken im Bereich des Werkzeugaußendurchmessers
bzw. im Auslauf des Schneidenradiuses erfolgt. Bei konkaver Schneidkantenausbildung,
wie sie beispielsweise für ballige Lagersitze angewendet
werden, kann der Eintauchwinkel α entsprechend angepasst
werden, um den ersten Werkstückkontakt an der Stirnschneidkante
des Werkzeugs vorteilhaft zu platzieren.
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Eine
Sonderform der Kurbelwellenbearbeitung ist die Bearbeitung der Ölbundflächen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann so eingesetzt
werden, dass mit der Eintauchbewegung und gleichzeitig rotierendem Werkstück
eine oder beide Ölbundflächen über eine
oder mehrere Werkstückumdrehungen hinweg mit bearbeitet
werden. Bei der sequentiellen Bearbeitung der Ölbundflächen
kann als Fräsverfahren ein Gleichlauffräsen gewählt
werden, was bei labilen Werkstücken bevorzugt wird. Alternativ
kann das Gegenlauffräsen gewählt werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren ist sowohl für
den Vorschnitt (radiales Aufmaß ca. 0,15 mm) als auch für
den Fertigschnitt (radiales Aufmaß ca. 0,1 mm) bei der
Schlichtbearbeitung (Feinbearbeitung) von Kurbelwellen anwendbar.
Das Rundfräsen erfolgt nach Durchführung des Eintauchvorgangs
vorzugsweise über einen Werkstückdrehwinkel von
mindestens 360°. Das Rundfräsen kann über
eine oder mehrere Umdrehungen hinweg erfolgen. Vorzugsweise wird
es auf wenige, zum Beispiel zwei Umdrehungen, beschränkt.
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Die
Drehrichtung des Werkstücks kann so gewählt sein,
dass die Exzentrizität zu Beginn des Eintauchvorgangs positiv
oder auch negativ ist. Vorzugsweise ist sie positiv, d. h. die Drehachse
des Werkstücks ist in Drehrichtung des Werkzeugs gegen
die Drehachse des Werkstücks versetzt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere auch
dort eingesetzt werden, wo an einem Werkstück verschieden
harte Bereiche abzutragen sind, wie beispielsweise an gehärteten
Kurbelwellen-Lagersitzen. Dort sind am Lagersitzrand typische Hart-Weich-Übergänge
mit unterschiedlichen Zerspanungsbedingungen vorhanden. Der Eintauchwinkel α kann
hier so gewählt werden, dass der Verschleiß im
Außendurchmesserbereich und der Verschleiß im
Stirnkantenbereich angeglichen werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren eignet sich sowohl
für Kurbelwellen-Lagersitze oder Hubzapfen mit Freistich
wie auch ohne Freistich. Ist kein Freistich vorhanden, werden gerne
besonders geringe Eckenradien an den Eckenschneidkanten des Werkzeugs
vorgesehen. Durch die Schonung der Eckenschneidkante eignet sich
das erfindungsgemäße Fräsverfahren insbesondere
für solche Anwendungsfälle.
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Obwohl
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine sehr
hohe Werkstückqualität erzielt wird, entstehen
beispielsweise im Bereich von Ölkanalbohrungen veränderte
in der Regel geringere Abdrängkräfte. Diese verursachen
an labilen Werkstücken Formfehler der bearbeiteten zylindrischen
Fläche. Hierzu können winkelabhängige
Formkorrekturen empirisch vorgehalten werden, die unter Umständen
auch abhängig von der Werkzeugstandzeit zur Anwendung kom men
können. Derartige Formfehler können auch im Prozess
oder als Post-Prozess-Messung erfasst und entsprechend korrigiert
werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren ist im Zusammenhang
mit Wendeschneidplatten bestückten Fräsern anwendbar.
Bevorzugt wird jedoch ein Hartmetallkopf vorgesehen. Der Einsatz
aufgelöteter CBN-Schneiden ist möglich. Es können
die für das Hochgeschwindigkeitsfräsen üblichen
Schnittgeschwindigkeiten angewandt werden. Vorzugsweise weist der
Fräser mehrere Schneidkanten auf. Für den Vorschnitt
und den Fertigschnitt kann das gleiche Werkzeug verwendet werden.
Beispielsweise können zunächst an allen zu bearbeitenden
Zylinderflächen einer Kurbelwelle die Vorschnittoperationen
und anschließend die Fertigschnittoperationen mit Hochgenauigkeitswerkzeugen
durchgeführt werden. Für den Vorschnitt und den
Fertigschnitt können unterschiedliche Schnittparameter
eingesetzt werden. Zur Reduktion der Werkzeugvielfalt können
alle Vorschnittoperationen mit gleichem Werkzeugdurchmesser durchgeführt
werden. Eine innere Werkzeugkühlung kann vorgesehen werden.
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Weitere
Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung oder
Ansprüchen. Die Erfindung wird in der Beschreibung anhand
eines erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.
Die Erfindung erstreckt sich jedoch gleichermaßen auf eine
Vorrichtung zur Umsetzung des Verfahrens, d. h. auf entsprechende
Werkzeugmaschinen in denen das Verfahren implementiert ist, wie
auch auf Software, die das Verfahren realisiert. Es zeigen:
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1 eine
Kurbelwelle beim Drehfräsen in einer schematisierten Gesamtansicht.
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2 die
Kurbelwelle beim Drehfräsen, in einer Schnittdarstellung
in schematisierter und stark vereinfachter Darstellung.
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3 die
Kurbelwelle und das Drehfräswerkzeug kurz vor Beginn eines
Eintauch- oder Anschnittvorgangs, in stark schematisierter Darstellung.
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4 einen
Ausschnitt aus 3, in vergrößerter
Darstellung.
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5 den
Anschnittvorgang, in schematisierter Darstellung.
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6 einen
Ausschnitt aus 5.
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7 das
Ende des Anschnitt oder Eintauchvorgangs, in stark schematisierter
Darstellung.
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8 einen
Ausschnitt aus 7.
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9 Eingriffsflächen
an einem Kurbelzapfen, in verschiedenen Stadien des Eintauchvorgangs.
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10 bis 12 eine
alternative Möglichkeit zur Durchführung des Eintauchvorgangs,
in schematisierter Darstellung.
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1 veranschaulicht
einen Drehfräsvorgang mit einem Werkzeug 1 an
einer Hauptlagerfläche 2 einer Kurbelwelle 3.
Das Drehfräswerkzeug 1 ist vorzugsweise ein Vollhartmetallwerkzeug,
das zumindest eine Stirnschneidkante 4 aufweist. Vorzugsweise
kann es mehrere Stirnschneidkanten aufweisen, die sich jeweils von
dem radial äußeren Ende bis zu der Mitte erstrecken,
die bei einer Werkzeugdrehachse 5 liegt. Das Drehfräswerkzeug 1 kann
außerdem eine oder mehrere Umfangsschneidkanten 6 haben,
die sich mit der Stirnschneidkante 4 an einer Schneidenecke 7 trifft.
Die Schneidenecke 7 kann einen sehr geringen Eckenradius haben,
beispielsweise im Bereich von wenigen Zehntel Millimetern.
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Die
Bearbeitung der Kurbelwelle 2 erfolgt bei drehendem Drehfräswerkzeug 1 unter
rechtwinkliger Beziehung zwischen der Werkzeugdrehachse 5 und
der Werkstückdrehachse 8, die hier die Symmetrieachse
der Hauptlagerfläche 2 ist.
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Wie 2 zeigt,
schneiden sich die Werkzeugdrehachse 5 und die Werkstückdrehachse
jedoch nicht zwangsläufig. Es kann eine Exzentrizität 9 vorgesehen
sein, die als Abstand zwischen der Werkzeugdrehachse 5 und
der Werkstückdrehachse 8 zu messen ist. Die Exzentrizität 9 ist
in den 2 und 3 sowie 5 und 7 veranschaulicht.
Zur Durchführung des Runddrehfräsvorgang ist die
Exzentrizität 9 meist nahe Null, um das Drehfräswerkzeug 1 mit
seinem gesamten Durchmesser mit der Hauptlagerfläche 2 in
Eingriff zu halten. Die Exzentrizität 9 wird bei
dem Runddrehfräsvorgang konstant gehalten. Ebenso ändert
sich der axiale Abstand zwischen der Stirnschneidkante 4 und
der Werkstückdrehachse 8 dabei normalerweise nicht.
Eine winkelabhängig Änderung des Abstandes ist
aber zur Durchführung von Formkorrekturen oder auch bei
der Bearbeitung unrunder Werkstücke möglich.
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Der
erfindungsgemäße Drehfräsvorgang zeichnet
sich durch spezifisch getroffene Maßnahmen aus, die den
Beginn des Drehfräsvorgangs betreffen. Dieser Beginn wird
auch als „Eintauchvorgang”, „Eintauchfräsen” oder ähnlich
bezeichnet. Er enthält eine Zustellbewegung des Drehfräswerkzeugs 1.
Diese Zustellbewegung ist eine Relativbewegung zwischen dem Drehfräswerkzeug 1 und
der Kurbelwelle 3 bzw. eines sonstigen Werkstücks.
Der Zustellvorgang umfasst alle Vorgänge von der ersten
Berührung zwischen dem Drehfräswerkzeug 1 und
der Hauptlagerfläche 2 bis zum Ende dieser Relativbewegung.
Der Zustellvorgang wird synonym mit dem Eintauchvorgang verstanden.
Zur Erläuterung des Zustellvorgangs wird auf die 3 bis 8 verwiesen.
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3 veranschaulicht
die Relativposition des Werkstücks bzw. der Hauptlagerfläche 2 und
des Drehfräswerkzeugs 1 bevor beide miteinander
in Eingriff kommen. Die rechtwinklig zu der Werkzeugdrehachse 5 sowie
ebenfalls rechtwinklig zu der Werkstückdrehachse 8 zu
messende Exzentrizität 9 weist einen ersten relativ
großen Wert auf. Vorzugsweise ist dieser allenfalls geringfügig
größer als der Radius 10 des Drehfräswerkzeugs 1.
Zur Verdeutlichung der in 3 insgesamt
veranschaulichten Verhältnisse wird auf 4 verwiesen.
Diese zeigt einen Ausschnitt um die Schneidenecke 7 herum.
Wie ersichtlich, befindet sich die Schneidenecke 7 in der
Nähe zu einer gedachten Linie 11, die parallel
zu der Werkzeugdrehachse 5 in 4 eingetragen
ist.
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Die
nun ablaufende Zustellbewegung folgt einer in 4 gestrichelten
Linie 12. Die Linie 12 schließt mit der
Radialrichtung zu der Werkzeugdrehachse 5 einen spitzen
Winkel α von beispielsweise 3° ein. Die Radialrichtung
stimmt in 4 mit der Richtung der Stirnschneidkante überein
und die Bewegung auf der Linie 12 kommt durch eine Überlagerung
zweier Bewegungen nämlich einer Axialbewegung des Drehfräserwerkzeugs 1 und
einer Radialbewegung desselben zustande. Die Radialkomponente der
Bewegung führt zu einer Verringerung der Exzentrizität 9,
wie es in 5 sichtbar wird. Dies führt
zu einer ersten Berührung zwischen der Schneidkante 4 und
der Aufmaßkontur 13 des Werkstücks, wie
in 6 veranschaulicht, an einer bei der Linie 11 liegenden
Stelle 14. Wie ersichtlich, berührt die Stirnschneidkante 4 das
Werkstück, d. h. die Aufmaßkontur 13,
erstmalig an einer in Nachbarschaft zu der Schneidenecke 7 liegenden
Stelle.
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Während
diese Berührung stattfindet, dreht das Werkstück,
d. h. hier die Hauptlagerfläche 2, in einer der
Eintauchbewegung entgegen gerichteten Bewegung. Beispielsweise findet
die Eintauchbewegung gemäß 3, 5 und 7 von
rechts nach links statt, während die Drehbewegung rechtsdrehend
(im Uhrzeigersinn) ist.
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Während
der weiteren Eintauchbewegung folgt das drehende Drehfräswerkzeug 1 weiter
dem Pfad 12, womit sich die Exzentrizität 9 weiter
zum Beispiel auf den in 7 veranschaulichten geringen
Wert vermindert oder auch Null oder leicht positiv wird. Gleichzeitig
wird der Abstand zwischen der Stirnschneidkante 4 und der
Werkstückdrehachse 8 weiter vermindert. Wie 8 zeigt,
kommt die Stirnschneidkante 4 dadurch auf die in 8 gestrichelte
Sollkontur 15, die etwas unter der Aufmaßkontur 13 liegt.
Gerechnet von der ersten Berührung zwischen dem (schnell)
drehenden Drehfräswerkzeug 1 und der Aufmaßkontur 13 und
dem Erreichen der geringen Exzentrizität 9 gemäß 7 und 8 dreht
sich das Werkstück, d. h. die Hauptlagerfläche 2 vorzugsweise
um einen Winkel von etwa 15°. Der Eintauchwinkel α beträgt
dabei 0,1° bis 10° vorzugsweise 1° bis
3°. Er kann konstant oder entlang des Wegs 12 variabel
sein. Gegen Ende der Eintauchbewegung kann die Axialbewegung des
Drehfräswerkzeugs 1 sanft angehalten werden. Gleichzeitig
oder kurz danach kann die Radialbewegung des Drehfräswerkzeugs 1,
die die Verringerung der Exzentrizität 9 bewirkt,
sanft angehalten werden. Dadurch geht der Anschnitt-Vorschubvektor
ruckfrei in den Rundvorschubvektor über.
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Während
der Eintauchbewegung können das Drehfräswerkzeug 1 und
das Werkstück (Hauptlagerfläche 2) mit
konstanten Drehzahlen drehen. Es ist auch möglich, wenigstens
eine dieser Drehzahlen während des Eintauchvorgangs zu
variieren. Beispielsweise kann die Drehzahl des Drehfräswerkzeugs
zur Minimierung der Spandicke anfänglich erhöht
sein. Andere Variationen sind möglich. Bei den vorstehend
beschriebenen Ausführungsbeispielen folgt das Drehfräswerkzeug 1 beim
Eintauchen dem Linearen Pfad 12. Der Pfad kann aber auch
abschnittsweise oder überall eine Krümmung aufweisen.
Z. B. kann er s-förmig gekrümmt sein. Z. B. kann
ein Zweig des s-förmigen Wegs glatt und ruckfrei an die
Rundfräsbewegung anschließen. Um dies zu erreichen
kann die Vorschubgeschwindigkeit der Linearachsen beim Eintauchen
variiert werden.
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9 veranschaulicht
die Anschnittverhältnisse an der Hauptlagerfläche 2 schematisch.
Die stattfindende erste Berührung zwischen den Stirnschneidkanten 4 und
der Hauptlagerfläche 2 führt zu einem
Materialabtrag in einem kleinflächigen ersten Bereich 16,
etwa in der Mitte der Hauptlagerfläche 2. Mit
fortgesetzter Eintauchbewegung vergrößert sich
der Bereich und durchläuft mehrere Stadien 17, 18 bis
die Eingriffsfläche 19 erreicht ist, mit der der
Runddrehfräsvorgang über mindestens eine volle
Umdrehung der Hauptlagerfläche 2 oder mehrere
Umdrehungen derselben fortgesetzt wird.
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Der
nachfolgende Abschlussvorgang, bei dem das Werkstück und
das Drehfräswerkzeug 1 außer Eingriff
gebracht werden, kann wiederum mit einer zur Tangentialrichtung
geneigten Bahn analog dem Eintauchen mit einem konstanten oder entlang
des Wegs variablen Austauchwinkel geschehen. Es ist möglich,
dabei auf dem Pfad 12 unter Vergrößerung
der Exzentrizität wiederum von der Position nach 7 über
die Position nach 5 zu der Position nach 3 zu
fahren. Alternativ kann aber auch die Radialbewegung des Eintauchvorgangs
in gleicher Richtung fortgesetzt und nur die Axialbewegung umgekehrt
werden. Dann kehrt die Exzentrizität beim Austauchen ihr
Vorzeichen um. In dem Beispiel nach 3 bis 7 wäre
das eine Bewegung des Drehfräswerkzeugs 1 nach
links. Wiederum kann ein Auftauchwinkel von wenigen Grad zum Beispiel 0,1° bis
10°, vorzugsweise 1° bis 3° Anwendung
finden.
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Die
Drehbewegung des Werkstücks kann gemäß 5 in
Uhrzeigerrichtung oder alternativ auch in Gegenuhrzeigerrichtung
sein.
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Das
oben beschriebene Verfahren kann auch für alle anderen
runden Flächen der Kurbelwelle 3, insbesondere
für seine Hubzapfen 20 oder auch für
andere Werkstücke angewandt werden.
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Um
einerseits die Schneidenecke
7 des Drehfräswerkzeugs
zu schonen und andererseits die Stirnschneidkante
4 möglichst
auf ganzer Länge zu nutzen, wird ein möglichst
flacher Eintauchwinkel α gewählt. Er kann nach
folgender Formel bestimmt werden:
wobei:
- αmin
- = minimaler Eintauchwinkel
- RWS
- = Werkstückradius
(ohne Aufmaß), d. h. Werkstücksollradius
- AFM
- = radiales Werkstückaufmaß
- RWZ
- = Werkzeugradius
- RSK
- = Schneideckenradius
des Werkzeugs
- EXZ
- = Exzentrizität
beim Rundfräsen.
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Der
Schneideckenradius RSK kann zu Null oder einem kleiner als tatsächlichen
Wert angenommen werden, wenn ein erster Werkstück/Werkzeugkontakt
im Radiusübergang von der Schneidenecke zu der Stirnschneidkante
4 gewünscht
ist. Nachfolgend sind drei Beispiele spezifiziert, die gute Ergebnisse
hinsichtlich Bearbeitungsgenauigkeit und Werkzeugstandzeit liefern:
| Merkmal | Einheit | Beispiel
1 | Beispiel
2 | Beispiel
3 |
| RWS | [mm] | 20 | 50 | 25 |
| AFM | [mm] | 0,1 | 0,4 | 0,2 |
| RWZ | [mm] | 15 | 12 | 12 |
| RSK | [mm] | 0,02 | 1 | 0,05 |
| EXZ | [mm] | 2,5 | 4,65 | 3 |
| αmin | [Grad] | 0,462 | 6,780 | 1,323 |
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Bei
den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde
zur Durchführung der zur Tangentialrichtung geneigten Eintauchbewegung
eine reine Querverstellung der Werkzeugdrehachse 5 in Kombination mit
einer geringen Vorschubbewegung genutzt. Ist keine Querverstellmöglichkeit,
dafür aber eine Neigemöglichkeit der Antriebsachse
des Drehfräswerkzeugs 1 gegeben, kann der oben
beschrieben Schrägeintauchvorgang, auch gemäß 10 bis 12,
durch ein Neigen der Werkzeugdrehachse 5 erfolgen. 10 zeigt
die Ausgangsposition des Drehfräswerkzeugs 1 und
der Hauptlagerfläche 2. Die Verhältnisse
entsprechen der 3. Unter fortgesetzter Axialzustellung
des Drehfräswerkzeugs 1 kann nun die Werkzeugdrehachse 5 so geneigt
werden, dass sich die Exzentrizität 9 gemäß 11 verringert.
Es kann eine erste Berührung zwischen der Schneidkante 4 und
der Hauptlagerfläche 2 stattfinden. Die Verhältnisse
entsprechend der 6. ein fortgesetzter Axialvorschub
des Drehfräswerkzeugs 1 kombiniert mit einer fortgesetzten
Vergrößerung der Neigung der Werkzeugdrehachse 5 führt
zu der minimalen Exzentrizität 9 gemäß 12 und
den Eingriffsverhältnissen gemäß 8.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zum Drehfräsen
von runden Abschnitten von Werkstücken benutzt beim Anschneiden,
d. h. zu Beginn des Drehfräsvorgangs eine spezielle Eintauchstrategie.
Die Bewegung erfolgt weder rein tangential (radial bezogen auf das
Drehfräswerkzeug) noch rein axial (radial bezogen auf das Werkstück).
Vielmehr wird eine Überlagerung zwischen aus Sicht des
Werkzeugs radialer und axialer bzw. aus Sicht des Werkstücks
tangentialer und radialer Zustellbewegung gewählt. Dies
ergibt eine Eintauchbahn, die um einen Winkel von wenigen Grad gegen
die Tangentiale der Werkstückfläche geneigt ist.
Vorteilhafte Verhältnisse liegen vor, wenn der erste Werkstückkontakt
kurz nach der Schneidenecke im Bereich des Werkzeugaußendurchmessers
bzw. im Schneidenradiusauslauf erfolgt. Das Verfahren erbringt eine
hohe Werkzeugstandmenge bei hoher Bearbeitungsqualität
und Präzision.
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- 1
- Drehfräswerkzeug
- 2
- Hauptlagerfläche
- 3
- Kurbelwelle
- 4
- Stirnschneidkante
- 5
- Werkzeugdrehachse
- 6
- Umfangsschneidkante
- 7
- Schneidenecke
- 8
- Werkstückdrehachse
- 9
- Exzentrizität
- 10
- Radius
- 11
- Linie
- 12
- Weg
- 13
- Aufmaßkontur
- 14
- Stelle
- 15
- Sollkontur
- 16
- Bereich
- 17,
18
- Stadien
- 19
- Eingriffsfläche
- 20
- Hubzapfen
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - AT 286067
C [0002]
- - DE 102006024715 A1 [0003]
- - WO 97/32680 [0005]