DE102012004902B4

DE102012004902B4 - Method and device for machining workpieces

Info

Publication number: DE102012004902B4
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: 2014-03-20
Anticipated expiration: 2032-03-10
Also published as: DE102012004902A1

Abstract

Verfahren zur spanabhebenden Bearbeitung rotatorisch angetriebener Werkstücke (4) wobei auf der einen Werkstückseite mindestens ein Schruppfräser (12) und auf der gegenüberliegenden Werkstückseite mindestens ein Schlichtfräser (13) angeordnet sind, wobei diese zumindest teilweise gleichzeitig an der gleichen oder an verschiedenen zu bearbeitenden Mantelflächen (20) und/oder Planschultern (21) in Eingriff sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (4) zunächst mit dem Schruppfräser (12) bearbeitet wird und dass nach einer halben Umdrehung der Schlichtfräser (13) an der geschruppten Mantelfläche (20) und/oder Planschulter (21) auf das Werkstück (4) einwirkt.Method for the machining of rotationally driven workpieces (4) with at least one roughing cutter (12) being arranged on one side of the workpiece and at least one finishing cutter (13) on the opposite side of the workpiece, these being at least partially simultaneously on the same or on different lateral surfaces to be machined 20) and / or flat shoulders (21) are in engagement, characterized in that the workpiece (4) is first machined with the roughing cutter (12) and that after half a revolution the finishing cutter (13) on the roughed outer surface (20) and / or the flat shoulder (21) acts on the workpiece (4).

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.The invention relates to a method and a device for machining workpieces, such as crankshafts, camshafts or similarly shaped parts with round, eccentrically circular or non-circular surfaces.

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/min 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. Die DE 196 26 627 C1 betrifft eine Fräsmaschine zur Bearbeitung von Kurbelwellen mit mehreren Werkzeugsupporten, die unabhängig voneinander steuerbar sind. Eine kurze Bearbeitungszeit bei langsamer Werkstückdrehung wird dadurch erzielt, dass zwei Werkzeugeinheiten unabhängig voneinander die Hublager der Kurbelwelle bearbeiten können. Aufgrund der relativ großen Durchmesser der Scheibenfräser ist eine gleichzeitige Bearbeitung an unterschiedlichen Axialpositionen der Kurbelwelle möglich. Bei Anordnung der Werkzeugsupporte auf beiden Seiten der Kurbelwelle können insgesamt vier oder sogar sechs Scheibenfräser gleichzeitig am Werkstück eingreifen. Die DE 10 2006 024 715 A1 schlägt zur Bearbeitung der Haupt- und Hublager von Kurbelwellen nach Urformen durch Schmieden oder Gießen ein Verfahren mit folgenden Bearbeitungsoperationen vor: spanabhebende Bearbeitung mit bestimmter Schneide, Festwalzen aller Hohlkehlen oder Einstiche, Richtwalzen der Kurbelwelle und Hochgeschwindigkeits-Vor- und Fertigdrehfräsen mit einem oder mehreren Fingerfräsern. Ein weiteres Verfahren zur Kurbelwellenbearbeitung zeigt die DE 10 2006 014 972 A1 . Dabei werden orthogonale Drehfräsbearbeitung und Drehschleifbearbeitung kombiniert und hohe Zerspanungsleistung erreicht. Auch bei diesem Verfahren können mehrere Arbeitsspindeln vorgesehen sein. Schließlich zeigt die DE 10 2009 021 803 A1 ein Verfahren und eine Maschine zur Bearbeitung von Kurbelwellen. Zur exzentrischen Bearbeitung werden die Werkstücke im Futter orthogonal zu ihrer Mittelachse verschoben und durch Drehung relativ zum Futter in die gewünschte Winkellage gebracht.From the DE 102 45 071 B4 is a machine for roughing and finishing the journals of crankshafts known. The workpieces are clamped between two headstocks and can be driven directly in a speed range from 5 rpm to 1500 rpm. For roughing and finishing, two milling and turning tools can be moved together on a Z-carriage parallel to the workpiece axis. The X-slides bridge the workpiece axis, so that the milling and turning tools on opposite sides of the crankshaft are moved together on the same X-carriage. Therefore, the milling and turning must necessarily be carried out sequentially. As with other conventional milling machines, the workpiece and milling spindles are also arranged horizontally in this machine. This has serious disadvantages in the use of conventional disc cutters with about 700 to 800 mm in diameter, because the rear disc milling cutter is difficult for the operator to access. The DE 196 26 627 C1 relates to a milling machine for machining crankshafts with multiple tool supports, which are independently controllable. A short machining time with slow workpiece rotation is achieved by two tool units can independently edit the crankshaft crank bearings. Due to the relatively large diameter of the disc milling a simultaneous processing at different axial positions of the crankshaft is possible. When arranging the tool supports on both sides of the crankshaft, a total of four or even six side milling cutters can simultaneously engage the workpiece. The DE 10 2006 024 715 A1 proposes to process crankshaft main bearings and crank bearings after forging or casting prototypes by a process with the following machining operations: machining with a specific cutting edge, deep rolling of all fillets or grooves, straightening rolls of the crankshaft and high speed roughing and finishing milling with one or more end mills , Another method for crankshaft machining shows the DE 10 2006 014 972 A1 , It combines orthogonal turning milling and turning grinding and achieves high cutting performance. Also in this method, a plurality of work spindles can be provided. Finally, the shows DE 10 2009 021 803 A1 a method and a machine for machining crankshafts. For eccentric machining, the workpieces are shifted in the feed orthogonal to their central axis and brought by rotation relative to the feed in the desired angular position.

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 6. Vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.It is the object of the present invention to provide a method with a shortened cycle time and to improve the accessibility in a device for carrying out the method. This object is achieved by a method according to claim 1 and a device according to claim 6. Advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims.

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.According to an advantageous aspect of the invention, roughing and finishing cutters are arranged on opposite sides of a vertical spindle axis. They are therefore at least partially engaged simultaneously on the same or on different workpiece surfaces to be machined. A machining cycle begins with the machining by the roughing cutter. After half a revolution of the workpiece, the scraped workpiece surface passes into the effective range of the finishing cutter and is then sized by this. As soon as the roughing or finishing cutters have finished one peripheral surface, they change over to the next, so that all the surfaces to be machined are successively roughed and finished with a half turn offset. Similar to the machining of the lateral surfaces flange surfaces or, for example, plan shoulders of crankshafts can be roughed and finished with a time lag. In the apparatus for carrying out the method of the headstock and the milling spindles are arranged side by side with vertical axes. They are therefore particularly accessible from the operating side.

Im Folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben.The invention will be described in more detail below with reference to an exemplary embodiment.

Es zeigen:Show it:

1 eine Kurbelwellenfräsmaschine 1 a crankshaft milling machine

2 den Eingriff der Fräswerkzeuge am Werkstück 2 the engagement of the milling tools on the workpiece

3a–3d die Bearbeitung einer Mantelfläche 3a - 3d the processing of a lateral surface

4a, 4b die Bearbeitung einer Planschulter 4a . 4b the processing of a plan shoulder

1 zeigt eine Kurbelwellenfräsmaschine mit 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. 1 shows a crankshaft milling machine with vertical spindle axis 16 , The headstock 2 is hanging on the vertical front wall of the machine frame 1 arranged and can be used for clamping workpieces of different lengths 4 along guideways 7 to be moved. The standing headstock 5 is stationary. The workpiece 4 is at both ends in the chucks 8th . 8th' the headstocks 2 . 5 clamped centrally, so that spindle axis 16 and central axis 17 run concentrically. The vertical spindle axis 16 allows the two milling spindles 11 . 11 ' on opposite sides of the workpiece 4 to be moved horizontally and vertically via cross slide. They are therefore particularly accessible from the operating side. The cross slides each consist of vertical guides 3 slidably guided and motorized vertical slide 6 . 6 ' as well as motorized horizontal slide 9 . 9 ' , which have horizontal guideways 10 . 10 ' are mobile. The milling spindle 11 is with a roughing cutter 12 and the milling spindle 11 ' with a finishing cutter 13 stocked. Both cutters are at the same time at the main bearing 15 engaged. The workpiece made of cast iron or steel, for example made of GGG 70, is soft-worked by high-speed milling and rotates at about 10-18 revolutions per minute. The rotational speed of the roughing and finishing cutters ( 12 . 13 ) is advantageously set so that the cutting speed is in a range between 200 and 600 m / min. There are also higher cutting speeds than 600 m / min possible. However, these can have a negative effect on the service lives of the tools. In 2 is the engagement of the roughing cutter 12 and the finishing mill 13 at the main camp 15 of the workpiece 4 shown enlarged. For processing the lateral surface 20 are the milling plates 18 and for the processing of the plan shoulder 21 are the face milling plates 19 intended. Next to the main camps 15 can also eccentric rotating stroke bearings 14 be edited, with the milling spindles 11 . 11 ' follow this back and forth. After the pendulum method as well as non-circular surfaces, z. B. cams are processed by camshafts.

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 mit 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 bei Zyklusbeginn nur der Schruppfräser 12 in Eingriff. Nach einer halben Werkstückumdrehung sind mit dem Schlichtfräser 13 zwei Fräswerkzeuge gleichzeitig in Eingriff. Damit kann die Zykluszeit verkürzt werden.The processing of the lateral surfaces 20 By countercurrent milling is in the 3a - 3c explained in more detail. The direction of movement of the milling plates is 18 and the direction of rotation of the workpiece 4 opposed. The machining cycle begins with engagement of the milling plates 18 of the roughing cutter 12 , In this case, a material layer is removed according to the roughing allowance "S". After half a revolution of the workpiece 4 ( 3b ) gets the scrapped lateral surface 20 in the effective range of the finishing mill 11 ' , then with the milling plate 18 a material layer corresponding to the finishing allowance "A" is removed. With completion of the workpiece rotation ( 3c ), the roughing is completed. The roughing cutter 12 is then moved to a subsequently machined workpiece surface. The cycle is repeated until the workpiece is finished. In addition to machining with up-to-date milling, it is also possible to machine by means of synchronous milling. The processing of the plan shoulders 21 also starts with the roughing cutter 12 ( 4a ), or with the side of the milling disc arranged Planfräsplatten 19 , Once after half a revolution of the workpiece 4 the scarred part of the plane shoulder surface 20 in the effective range of the finishing mill 13 the finishing machining starts with the face milling plates 19 ( 4b ). Both when processing the lateral surfaces 20 as well as in the processing of the plan shoulders 21 is only the roughing cutter at the beginning of the cycle 12 engaged. After half a workpiece turn are with the finishing cutter 13 two milling tools simultaneously engaged. This can shorten the cycle time.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Maschinengestellmachine frame
22: Spindelstockheadstock
33: vertikale Führungenvertical guides
44: Werkstückworkpiece
55: Spindelstockheadstock
6 6'6 6 ': Vertikalschlittenvertical slide
77: Führungsbahnguideway
8 8'8 8 ': Spannfutterchuck
9 9'9 9 ': Horizontalschlittenhorizontal slide
10 10'10 10 ': horizontale Führungsbahnhorizontal guideway
11 11'11 11 ': Frässpindelmilling spindle
1212: SchruppfräserRoughing
1313: Schlichtfräserfinishing cutter
1414: Hublagerpin bearings
1515: Hauptlagermain bearing
1616: Spindelachsespindle axis
1717: Mittelachsecentral axis
1818: Fräsplattemilling plate
1919: PlanfräsplattePlanfräsplatte
2020: Mantelflächelateral surface
2121: Planschulterflat shoulder

Claims

Method for machining rotationally driven workpieces ( 4 ) wherein on one side of the workpiece at least one roughing cutter ( 12 ) and on the opposite side of the workpiece at least one finishing cutter ( 13 ) are arranged, these at least partially simultaneously on the same or at different to be machined lateral surfaces ( 20 ) and / or plan shoulders ( 21 ) are engaged, characterized in that the workpiece ( 4 ) first with the roughing cutter ( 12 ) and that after half a turn the finishing cutter ( 13 ) on the scrapped lateral surface ( 20 ) and / or shoulder ( 21 ) on the workpiece ( 4 ) acts.

Method according to claim 1, characterized in that the roughing and finishing cutters ( 12 . 13 ) after a full workpiece revolution to a subsequent machining Workpiece surface to be moved and act on this.

Method according to claim 1 or 2 for processing adjacent plane shoulders ( 21 ), characterized in that the offset of the roughing and finishing cutters ( 12 . 13 ) in the direction of the central axis ( 17 ) to the finishing distance of the plan shoulders ( 21 ) is adjusted.

Method according to one of the claims 1 to 3, characterized in that the workpiece ( 4 ) rotates during processing at less than 30 revolutions per minute and that the rotational speed of the roughing and finishing cutter ( 12 . 13 ) is set so that the cutting speed is in a range between 200 and 1000 m / min.

Method according to one of the claims 1 to 4, characterized in that the machining of the workpieces ( 4 ) by synchronous milling.

Machine tool for carrying out the method according to one of the claims 1 to 5, with at least one headstock ( 2 ) for clamping and driving workpieces ( 4 ), with at least one roughing and finishing cutter ( 12 . 13 ), whereby the roughing and finishing cutters ( 12 . 13 ) parallel and orthogonal to the spindle axis ( 16 ) are movable, characterized in that the at least one roughing cutter ( 12 ) on one side of the spindle axis ( 16 ) and the at least one finishing mill ( 13 ) are arranged on the opposite side and that the roughing and finishing cutters ( 12 . 13 ) on the same lateral surface ( 20 ) and / or shoulder ( 21 ) of the workpiece to be machined ( 4 ) are engageable simultaneously.

Machine tool according to claim 6, characterized in that the central axis ( 16 ) of the headstock ( 2 ) is arranged vertically.

Machine tool according to claim 7, characterized in that the headstock ( 2 ) and the roughing and finishing cutters ( 12 . 13 ) on a vertical wall of the machine frame ( 1 ) are arranged.

Machine tool according to one of the claims 6 to 8, characterized in that the roughing and finishing cutters ( 12 . 13 ) are formed as a side milling cutter.