DE102012004902A1

DE102012004902A1 - Verfahren und Vorrichtung zur spanabhebenden Bearbeitung von Werkstücken

Info

Publication number: DE102012004902A1
Application number: DE201210004902
Authority: DE
Inventors: Paul Dieter Scharpf
Original assignee: EMAG Holding GmbH
Current assignee: EMAG Holding GmbH
Priority date: 2012-03-09
Filing date: 2012-03-09
Publication date: 2013-09-12
Anticipated expiration: 2032-03-10
Also published as: DE102012004902B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur spanabhebenden Bearbeitung rotatorisch angetriebener Werkstücke (4) mit Schruppfräsern (12) und Schlichtenfräsern (13), wobei die Schruppfräser (12) auf der einen Werkstückseite und die Schlichtfräser (13) auf der gegenüberliegenden Werkstückseite angeordnet sind und dass diese zumindest teilweise gleichzeitig an der gleichen oder an verschiedenen zu bearbeitenden Mantelflächen (20) und/oder Planschultern (21) in Eingriff sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur spanabhebenden Bearbeitung von Werkstücken, wie Kurbelwellen, Nockenwellen oder ähnlich geformten Teilen mit runden, exzentrisch rund umlaufenden oder unrunden Oberflächen.
Aus der DE 102 45 071 B4 ist eine Maschine zum Schruppen und Schlichten der Lagerzapfen von Kurbelwellen bekannt. Die Werkstücke werden zwischen zwei Spindelstöcken eingespannt und sind in einem Drehzahlbereich von 5 U/min bis 1500 U/m in direkt antreibbar. Für die Bearbeitung durch Schruppen und Schlichten sind jeweils zwei Fräs- und Drehwerkzeuge gemeinsam auf einem Z-Schlitten parallel zur Werkstückachse verfahrbar. Die X-Schlitten überbrücken die Werkstückachse, so dass die Fräs- und Drehwerkzeuge auf gegenüberliegenden Seiten der Kurbelwelle gemeinsam auf dem gleichen X-Schlitten verfahrbar sind. Daher muss die Fräs- und Drehbearbeitung zwangsläufig nacheinander ausgeführt werden. Wie bei anderen herkömmlichen Fräsmaschinen sind die Werkstück- und Frässpindeln auch bei dieser Maschine horizontal verlaufend angeordnet. Dies hat beim Einsatz von gebräuchlichen Scheibenfräsern mit etwa 700 bis 800 mm Durchmesser gravierende Nachteile, weil der hintere Scheibenfräser für das Bedienpersonal nur schwer zugänglich ist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren mit einer verkürzten Zykluszeit aufzuzeigen und bei einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens die Zugänglichkeit zu verbessern. Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren nach Patentanspruch 1 und einer Vorrichtung nach Patentanspruch 7. Vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung sind Schrupp- und Schlichtfräser auf gegenüberliegenden Seiten einer vertikalen Spindelachse angeordnet. Sie sind daher zumindest teilweise gleichzeitig an der gleichen oder an verschiedenen zu bearbeitenden Werkstückoberflächen in Eingriff. Ein Bearbeitungszyklus beginnt mit der Bearbeitung durch den Schruppfräser. Nach einer halben Umdrehung des Werkstücks gelangt die geschruppte Werkstückoberfläche in den Wirkbereich des Schlichtfräsers und wird dann von diesem geschlichtet. Sobald der Schrupp- oder Schlichtfräser eine Umfangsfläche fertig bearbeitet haben, wechseln sie zur nächsten, so dass sämtliche zu bearbeitenden Flächen nacheinander mit einer halben Umdrehung Versatz geschruppt und geschlichtet werden.
Analog zur Bearbeitung der Mantelflächen können Flanschflächen oder beispielsweise Planschultern von Kurbelwellen zeitversetzt geschruppt und geschlichtet werden. Bei der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind der Spindelstock und die Frässpindeln mit vertikal verlaufenden Achsen nebeneinander angeordnet. Sie sind daher von der Bedienseite her besonders gut zugänglich.
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
Es zeigen:
1 eine Kurbelwellenfräsmaschine
2 den Eingriff der Fräswerkzeuge am Werkstück
3a–3d die Bearbeitung einer Mantelfläche
4a, 4b die Bearbeitung einer Planschulter
1 zeigt eine Kurbelwellenfräsmaschine vertikaler Spindelachse 16. Der Spindelstock 2 ist hängend an der vertikalen Vorderwand des Maschinengestells 1 angeordnet und kann zum Spannen unterschiedlich langer Werkstücke 4 entlang von Führungsbahnen 7 bewegt werden. Der stehende Spindelstock 5 ist ortsfest. Das Werkstück 4 ist an beiden Enden in den Spannfuttern 8, 8' der Spindelstöcke 2, 5 zentrisch eingespannt, so dass Spindelachse 16 und Mittelachse 17 konzentrisch verlaufen. Die vertikale Spindelachse 16 ermöglicht es, die beiden Frässpindeln 11, 11' auf gegenüberliegenden Seiten des Werkstücks 4 über Kreuzschlitten horizontal und vertikal verfahrbar anzuordnen. Sie sind daher von der Bedienseite her besonders gut zugänglich. Die Kreuzschlitten bestehen aus jeweils über vertikale Führungen 3 verschiebbar geführten und motorisch verfahrbaren Vertikalschlitten 6, 6' sowie ebenfalls motorisch verfahrbaren Horizontalschlitten 9, 9', die über horizontale Führungsbahnen 10, 10' beweglich sind. Die Frässpindel 11 ist mit einem Schruppfräser 12 und die Frässpindel 11' mit einem Schlichtfräser 13 bestückt. Beide Fräser sind gleichzeitig am Hauptlager 15 in Eingriff. Das Werkstück aus Guss oder Stahl, beispielsweise aus GGG 70, wird durch Highspeed-Fräsen weich bearbeitet und rotiert dabei mit ca. 10–18 Umdrehungen pro Minute. Die Rotationsgeschwindigkeit der Schrupp- und Schlichtfräser (12, 13) wird vorteilhaft so eingestellt, dass die Schnittgeschwindigkeit in einem Bereich zwischen 200 und 600 m/min liegt. Es sind auch höhere Schnittgeschwindigkeiten als 600 m/min möglich. Diese können sich jedoch negativ auf die Standzeiten der Werkzeuge auswirken. In 2 ist der Eingriff des Schruppfräsers 12 und des Schlichtfräsers 13 am Hauptlager 15 des Werkstücks 4 vergrößert dargestellt. Für die Bearbeitung der Mantelfläche 20 sind die Fräsplatten 18 und für die Bearbeitung der Planschulter 21 sind die Planfräsplatten 19 vorgesehen. Neben den Hauptlagern 15 können auch die exzentrisch umlaufenden Hublager 14 bearbeitet werden, wobei die Frässpindeln 11, 11' diesen hin und her pendelnd folgen.
Nach dem Pendelverfahren können ebenso auch unrunde Flächen, z. B. Nocken von Nockenwellen bearbeitet werden.
Die Bearbeitung der Mantelflächen 20 durch Gegenlauffräsen wird in den 3a–3c näher erläutert. Dabei sind die Bewegungsrichtung der Fräsplatten 18 und der Drehsinn des Werkstücks 4 entgegengesetzt. Der Bearbeitungszykluss beginnt mit Eingriff der Fräsplatten 18 des Schruppfräsers 12. Dabei wird eine Materialschicht entsprechend dem Schruppaufmaß „S” abgetragen. Nach einer halben Umdrehung des Werkstücks 4 (3b) gelangt die geschruppte Mantelfläche 20 in den Wirkbereich des Schlichtfräsers 11', der dann mit der Fräsplatte 18 eine dem Schlichtaufmaß „A” entsprechende Materialschicht abträgt. Mit Vollendung der Werkstückumdrehung (3c) ist die Schruppbearbeitung abgeschlossen. Der Schruppfräser 12 wird dann zu einer nachfolgend zu bearbeitenden Werkstückfläche bewegt. Der Zyklus wird so oft wiederholt, bis das Werkstück fertig bearbeitet ist. Außer der Bearbeitung mit Gegenlauffräsen ist auch die Bearbeitung durch Gleichlauffräsen möglich. Die Bearbeitung der Planschultern 21 beginnt ebenfalls mir dem Schruppfräser 12 (4a), bzw. mit den seitlich an der Frässcheibe angeordneten Planfräsplatten 19. Sobald nach einer halben Umdrehung des Werkstücks 4 der geschruppte Teil der Planschulterfläche 20 in den Wirkbereich des Schlichtfräsers 13 gelangt, beginnt die Schlichtbearbeitung mit den Planfräsplatten 19 (4b). Sowohl bei der Bearbeitung der Mantelflächen 20 als auch bei der Bearbeitung der Planschultern 21 ist Zyklusbeginn nur der Schruppfräser 12 in Eingriff. Nach einer halben Werkstückumdrehung sind mit den Schlichtfräser 13 zwei Fräswerkzeuge gleichzeitig in Eingriff. Damit kann die Zykluszeit verkürzt werden.
Bezugszeichenliste

1: Maschinengestell
2: Spindelstock
3: vertikale Führungen
4: Werkstück
5: Spindelstock
6 6': Vertikalschlitten
7: Führungsbahn
8 8': Spannfutter
9 9': Horizontalschlitten
10 10': horizontale Führungsbahn
11 11': Frässpindel
12: Schruppfräser
13: Schlichtfräser
14: Hublager
15: Hauptlager
16: Spindelachse
17: Mittelachse
18: Fräsplatte
19: Planfräsplatte
20: Mantelfläche
21: Planschulter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10245071 B4 [0002]

Claims

Verfahren zur spanabhebenden Bearbeitung rotatorisch angetriebener Werkstücke (4) mit Schruppfräsern (12) und Schlichtenfräsern (13), dadurch gekennzeichnet, dass die Schruppfräser (12) auf der einen Werkstückseite und die Schlichtfräser (13) auf der gegenüberliegenden Werkstückseite angeordnet sind und dass diese zumindest teilweise gleichzeitig an der gleichen oder an verschiedenen zu bearbeitenden Mantelflächen (20) und/oder Planschultern (21) in Eingriff sind.
Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei das Werkstück (4) zunächst mit dem Schruppfräser (12) bearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer halben Umdrehung der Schlichtfräser (13) an der geschruppten Mantelfläche (20) und/oder Planschulter (21) auf das Werkstück (4) einwirkt.
Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrupp- und Schlichtfräser (12, 13) nach einer vollen Werkstückumdrehung zu einer nachfolgend zu bearbeitenden Werkstückoberfläche bewegt werden und auf diese einwirken.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3 zur Bearbeitung benachbarter Planschultern (21), dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz der Schrupp- und Schlichtfräser (12, 13) in Richtung der Mittelachse (17) an den Endbearbeitungsabstand der Planschultern (21) angepasst wird.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (4) während der Bearbeitung mit weniger als 30 Umdrehungen pro Minute rotiert und dass die Rotationsgeschwindigkeit der Schrupp- und Schlichtfräser (12, 13) so eingestellt wird, dass die Schnittgeschwindigkeit in einem Bereich zwischen 200 und 1000 m/min liegt.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitung der Werkstücke (4) durch Gleichlauffräsen erfolgt.
Werkzeugmaschine zu Durchführung des Verfahrens nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, mit mindestens einem Spindelstock (2) zum Spannen und Antreiben von Werkstücken (4), mit Schrupp- und Schlichtfräsern (12, 13), wobei die Schrupp- und Schlichtfräser (12, 13) parallel und orthogonal zur Spindelachse (16) bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schruppfräser (12) auf der einen Seite der Spindelachse (16) und die Schlichtfräser (13) auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet sind und dass die Schrupp- und Schlichtfräser (12, 13) an derselben Mantelfläche (20) und/oder Planschulter (21) des zu bearbeitenden Werkstücks (4) gleichzeitig in Eingriff bringbar sind.
Werkzeugmaschine nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelachse (16) des Spindelstocks (2) senkrecht angeordnet ist.
Werkzeugmaschine nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindelstock (2) und die Schrupp- und Schlichtfräser (12, 13) an einer vertikalen Wand des Maschinengestells (1) angeordnet sind.
Werkzeugmaschine nach einem der Patentansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrupp- und Schlichtfräser (12, 13) als Scheibenfräser ausgebildet sind.