DE10303239A1

DE10303239A1 - Drehschneideinrichtung für eine Kurbelwelle und Verfahren hierfür

Info

Publication number: DE10303239A1
Application number: DE10303239A
Authority: DE
Inventors: Masumi Shimomura
Original assignee: Komatsu Machinery Corp
Current assignee: Komatsu NTC Ltd
Priority date: 2002-02-06
Filing date: 2003-01-28
Publication date: 2003-08-07
Also published as: US6973861B2; US20030150302A1; JP2003225803A; JP4024051B2

Abstract

Drehschneideinrichtung und Verfahren zum Durchführen des Drehschneidens eines exzentrischen Teils (2) einer Kurbelwelle (1), aufweisend Stützeinrichtungen (21), welche beide Endabschnitte der Kurbelwelle (1) abstützen, Drehantriebseinrichtungen (20), welche die Kurbelwelle (1) von zumindest einer Endseite der Stützeinrichtungen (21) mit einem Hauptlagerzapfen (3) der Kurbelwelle (1) als ein Zentrum drehen und das exzentrische Teil (2) drehbar antreiben, Werkzeuge (31), welche das Drehschneiden des exzentrischen Teils (2) durchführen, und Schneidwerkzeugantriebseinrichtungen (30), welche einer Schneidkantenposition der Werkzeuge (31) eine Kurbeldrehung synchron mit der Drehung des exzentrischen Teils (2) durchführen lassen, welches von den Drehantriebseinrichtungen (20) drehbar angetrieben wird, um das Drehschneiden des exzentrischen Teils (2) durchzuführen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehschneideinrichtung und ein Verfahren zum Durchführen des Drehschneidens eines exzentrischen Teils einer Kurbelwelle.
Bei der Schneidbearbeitung eines Kurbelzapfens als exzentrisches Teil einer Kurbelwelle werden herkömmlich im allgemeinen eine so genannte Drehschneidbearbeitung, bei der ein Kurbelzapfen der Kurbelwelle um seine Achse und eine Hauptwellenmittelachse einer dazu passenden Arbeitseinrichtung gedreht wird und das Drehschneiden mit einem Schneidwerkzeug durchgeführt wird, und eine Fräsbearbeitung mittels eines Kurbelwellenfräsers angewendet. Als herkömmliche Drehschneidmaschine zum Durchführen des Drehschneidens ist zum Beispiel eine Drehschneidmaschine für eine Kurbelwelle bekannt, die in dem japanischen Patent Nr. 2589971 offenbart ist und mit Bezug auf Fig. 9 erläutert wird. Fig. 9 ist eine Ansicht, aus welcher die Kurbelwelle an einer Spanneinrichtung einer in demselben Patent beschriebenen Drehschneidmaschine im Montagezustand ersichtlich ist.
An beiden Endabschnitten der oben beschriebenen Drehschneidmaschine ist ein Spannfutter 142 vorgesehen, welches eine Kurbelwelle 100 trägt, einen Kurbelzapfen 102 drehbar antreibt und eine Phasenbestimmung des Drehwinkels des Kurbelzapfens 102 durchführt. Der Hauptbetrieb des Spannfutters wird erläutert. Hauptlagerzapfenteile an beiden Enden der Kurbelwelle 100 sind mittels Spannfutterzentrierstücken 175 und Dreifachklauen 159 abgestützt, die an dem linken und rechten Spannfutter 142 vorgesehen sind. Eine Mittelachse A des zu bearbeitenden Kurbelzapfens 102 und eine Mittelachse B der Hauptwelle 103 der Drehschneidmaschine bilden eine gemeinsame Achse, wobei der Kurbelzapfen 102 und die Hauptwelle 103 mittels einer Drehantriebseinrichtung (nicht gezeigt) an der Rückseite der Hauptwelle 103 um die Mittelachsen A und B gedreht werden. Das Drehschneiden des Kurbelzapfens 102 wird mittels eines Werkzeugs (nicht gezeigt) durchgeführt, das an einem Werkzeughalter (nicht gezeigt) vorgesehen ist, der in Axial- und Radialrichtung des Kurbelzapfens 102 bewegbar ist.
Die in der Zeichnung gezeigte Kurbelwelle 100 wird beispielsweise für einen Vierzylindermotor verwendet. In diesem Falle ist nach der Bearbeitung eines Kurbelzapfens 102a eine Einstellungsänderung (so genannte Drehwinkelphasenverschiebung des Kurbelzapfens) zum Bilden einer gemeinsamen Achse einer Mittelachse D eines Kurbelzapfens 102b mit der Mittelachse B der Hauptwelle 103 erforderlich, um den Kurbelzapfen 102b um 180° phasenverschoben zu dem Kurbelzapfen 102a zu bearbeiten. Die Drehwinkelphasenverschiebung des Kurbelzapfens wird durch Lösen oder Befestigen einer Kupplung 144 mittels eines Verschiebezylinders 147 durchgeführt, wobei die Kurbelwelle 100 mittels der Dreifachklaue 159 festgespannt wird. Die Kurbelwelle 100 wird mit dem Spannfutter 142 durch die Drehantriebseinrichtung (nicht gezeigt) an der Rückseite einer Spannfutterantriebswelle 105 180° um eine Mittelachse C der Kurbelwelle 100 über die Spannfutterantriebswelle 105 und eine Doppelgelenkverbindung 141 gedreht und die Drehwinkelphase wird verschoben, wodurch die Drehwinkelphasenverschiebung des Kurbelzapfens durchgeführt wird.
Als nächstes tritt bei der Kurbelwellenbearbeitung häufig auf, dass Kurbelwellen, die nur um einen halben Hub phasenverschoben sind, frei wählbar derselben Arbeitsmaschine zugeführt werden, und daher ist es erforderlich, die Einstellungsänderung um einen halben Hub schnell durchzuführen. Ein halber Hub ist der Abstand zwischen der Mittelachse A des Kurbelzapfens 102 und der Mittelachse C der Kurbelwelle 100. Die Einstellungsänderung des halben Hubes wird durch Bewegen eines Schlittens 119, der an dem Spannfutter 142 befestigt ist, um einen vorbestimmten Hub mittels eines Hydraulikzylinders (nicht gezeigt) bezüglich der Hauptwelle 103 in einer von der Mittelachse A des Kurbelzapfens 102 und der Mittelachse C der Kurbelwelle 100 gebildeten Ebene durchgeführt.
Jedoch werden durch diese Umstellung des halben Hubs das Spannfutter 142 und die Kurbelwelle 100 von der Mittelachse B der Hauptwelle 103 entfernt und dieser angenähert, und die Unwucht bei der Drehung um die Mittelachse B der Hauptwelle 103 wird erhöht und verringert und nicht fixiert. Um die Unwucht zu beseitigen, ist ein Ausgleichsgewicht 131 in dieser Maschine vorgesehen und derart strukturiert, dass es mit einer Bewegung entsprechend der Umstellung des halben Hubs des oben beschriebenen Schlittens 119 mittels der Antriebseinrichtung (nicht gezeigt) blockiert und in die der Bewegung des oben beschriebenen Schlittens 119 entgegengesetzte Richtung bewegt wird.
Beispiele einer herkömmlichen Fräsbearbeitung mittels eines Kurbelwellenfräsers sind in dem japanischen offengelegten Patent Nr. 8-25103, dem japanischen offengelegten Patent Nr. 11-90717 und dergleichen beschrieben. Diese offenbaren jeweils ein Verfahren zum Bearbeiten eines exzentrischen Teils (zum Beispiel eines Kurbelzapfens) einer Kurbelwelle zu einer vorbestimmten Form durch Fräsbearbeitung, bei welcher eine Schneidkante eines rotierenden Fräswerkzeugs an eine vorbestimmte Stelle innerhalb einer Ebene senkrecht zu einer Achse eines exzentrischen Teils einer Kurbelwelle als zu bearbeitendes Teil bewegt wird.
Jedoch bestehen bei der herkömmlichen, im japanischen Patent Nr. 2589971 beschriebenen Drehschneidmaschine für die Kurbelwelle die folgenden Probleme.
(1) Da die Kurbelwelle 100 nicht um die Achse des Hauptlagerzapfens, sondern um die Achse des zu der Achse des Hauptlagerzapfens exzentrischen Kurbelzapfens gedreht wird, tritt eine große Unwucht nicht nur an der Kurbelwelle selbst, sondern auch an dem Spannfutter 142 auf, welches die Kurbelwelle trägt. Die Unwucht ändert sich bei der Umsetzung des halben Hubs, jedoch selbst wenn ein Blockiermechanismus für die Unwucht vorgesehen ist, ist es im wesentlichen unmöglich, die Unwucht in einem Maße zu beseitigen, ohne Probleme bei der praktischen Verwendung zu haben, wenn die Drehfrequenz der Welle erhöht wird. Aus dem oben beschriebenen Grunde wird ein Einfluß der Unwucht bei der Bearbeitung ausgeübt, und eine ungünstige Verschiebung des Werkstücks bei der Drehung und Vibrationen und dergleichen des Werkstücks oder eines mechanischen Systems treten auf, wodurch es unmöglich ist, eine gute Bearbeitungsgenauigkeit zu erreichen.
(2) Wenn ein extra langes Werkstück, wie eine Kurbelwelle, gedreht und bearbeitet wird, ist es absolut notwendig, die Biegesteifigkeit des Werkstückes gegen Schneidbelastung durch Vorsehen einer Hilfsabstützung (so genannte Stütze) des Wellenbereichs zumindest an einer Stelle mit demselben Drehmittelpunkt wie der zu bearbeitende Bereich in der Nähe von im wesentlichen der Mitte in Axialrichtung zusätzlich zum Abstützen des Werkstücks an seinen beiden Enden zu erhöhen, um ein starkes Schneiden zu ermöglichen oder eine genaue Endbearbeitung günstig zu erreichen. Jedoch wird nach dem Stand der Technik die Kurbelwelle um die Achse des Kurbelzapfens gedreht, und daher gibt es keinen Wellenabschnitt, der ebenfalls im Drehzentrum in der Nähe des zu bearbeitenden Bereichs liegt, wodurch es unmöglich ist, dessen Hilfsabstützung (Stütze) vorzunehmen. Demzufolge ist ein starkes Schneiden schwierig, und eine genaue Endbearbeitung kann nicht günstig erwartet werden.
(3) Bei dem wie oben beschriebenen Stand der Technik ist es notwendig, eine Umstellung des halben Hubs, eine Drehwinkelphasenverschiebung des Kurbelzapfens, eine Beseitigung der Unwucht und dergleichen innerhalb des Spannfutters durchzuführen, und daher ist die Struktur des Spannfutters sehr kompliziert und teuer. Da die Struktur des Spannfutters äußerst kompliziert ist, tritt das Problem auf, dass leicht eine Störung verursacht wird oder die Lebensdauer verkürzt wird. Ferner sind eine Anzahl von hydraulischen Betätigungseinrichtungen in das Spannfutter einbezogen, und viele hydraulische Drehgelenke werden in einer Rohrleitung benötigt, um diesen Öl zuzuführen, wodurch Störungen durch Ölleckage in den Abdichtbereichen dieser hydraulischen Drehgelenke zu befürchten sind.
Das japanische offengelegte Patent Nr. 8-25103, das japanische offengelegte Patent Nr. 11-90717 und dergleichen verwenden ein Verfahren zum Fräsen des exzentrischen Teils (zum Beispiel des Kurbelzapfens) der Kurbelwelle durch Bewegen der Schneidkante des rotierenden Fräswerkzeugs an einer vorbestimmten Stelle aus einer Radialrichtung außerhalb des zu bearbeitenden Wellenabschnitts zu der Mittelachse hin in einer Ebene senkrecht zur Achse des exzentrischen Teils der Kurbelwelle, die der zu bearbeitende Bereich ist. In dieser Situation wird eine Schulterfläche des zu bearbeitenden Wellenabschnitts mit den Schneidkanten von Spitzen bearbeitet, die in Richtung der Breite des Schneidwerkzeuges vorstehen. Da das Schneidwerkzeug gedreht wird, ist es jedoch in einem Eckabschnitt, in dem sich die Schulterfläche (zapfenseitige Fläche) und die Außenumfangsfläche der Welle schneiden, unmöglich, eine so genannte Unterschnitt-Nut zu bearbeiten, welche in Axialrichtung ausgespart ist, selbst wenn das Schneidwerkzeug in Axialrichtung bewegt wird. Die Kurbelwelle erfordert in vielen Fällen i) ein Schleifen des Unterschnitts an beiden Enden in Radialrichtung des Kurbelzapfens, oder ii) eine Nut, die in Axialrichtung ausgespart (unterschnitten) ist, wenn R- Nut-Bearbeitung als Vor-Endbearbeitung von Tiefrollen durchgeführt wird. Jedoch kann aus dem oben beschriebenen Grunde die Unterschnitt-Nutbearbeitung nicht mit dem Bearbeiten mittels des Fräswerkzeugs durchgeführt werden, und es ist notwendig, den Schritt eines Drehschneidvorgangs durch eine separate Maschine von dem Kurbelwellen-Fräswerkzeug hinzuzufügen.
Mit der Erfindung wird eine Drehschneideinrichtung für eine Kurbelwelle und ein Verfahren hierfür geschaffen, wobei die Struktur eines Spannfutters vereinfacht wird und das Drehschneiden eines exzentrischen Teils der Kurbelwelle mit hoher Genauigkeit ohne Beeinflussung durch die Unwucht eines Werkstückes durchgeführt werden kann.
Dies wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung erreicht durch eine Drehschneideinrichtung, welche das Drehschneiden eines exzentrischen Teils einer Kurbelwelle durchführt, aufweisend Stützeinrichtungen, welche beide Endabschnitte der Kurbelwelle abstützen, Drehantriebseinrichtungen, welche die Kurbelwelle von zumindest einer Endseite der Stützeinrichtungen mit einem Hauptlagerzapfen der Kurbelwelle als ein Zentrum drehen und das exzentrische Teil drehbar antreiben, Werkzeuge, welche das Drehschneiden des exzentrischen Teils durchführen, und Schneidwerkzeugantriebseinrichtungen, welche einer Schneidkantenposition der Werkzeuge eine Kurbeldrehung synchron mit der Drehung des exzentrischen Teils durchführen lassen, welches von den Drehantriebseinrichtungen drehbar angetrieben wird, um das Drehschneiden des exzentrischen Teils durchzuführen.
Gemäß der ersten Struktur wird die Kurbelwelle mit der Achse des Hauptlagerzapfens als das Zentrum gedreht, und daher gibt es keine Unwucht der Kurbelwelle selbst. Das die Kurbelwelle tragende Spannfutter hat eine einfache Struktur, wodurch es möglich ist, das Auftreten der Unwucht des Spannfutters während der Drehung extrem zu reduzieren. Dementsprechend tritt während der Bearbeitung keine Störung auf, bei der eine schädliche Werkstückverschiebung während der Drehung, Vibrationen und dergleichen des Werkstücks oder des mechanischen Systems auftreten und keine günstige Bearbeitungsgenauigkeit erreicht werden kann. Wenn ein besonders langer Wellenkörper gedreht und bearbeitet wird, um ein starkes Schneiden möglich zu machen oder eine günstige Endbearbeitungsgenauigkeit zu erreichen, ist es extrem wirksam, die Biegesteifigkeit des Werkstücks gegen die Schneidbelastung mittels Durchführen einer Hilfsabstützung (Stütze) eines Wellenbereichs mit demselben Drehzentrum zumindest an einer Stelle in der Nähe des Zentrums in Axialrichtung zusätzlich zu der Abstützung des Werkstücks an dessen beiden Enden zu erhöhen. Gemäß der Erfindung kann, da die Kurbelwelle mit der Achse des Hauptlagerzapfens als Zentrum gedreht wird, die Hilfsabstützung (Stütze) eines der Hauptlagerzapfenaußendurchmesserabschnitte durchgeführt werden, die ebenfalls im Drehzentrum und in der Nähe des Längszentrums des Werkstücks liegen. Demzufolge wird ein starkes Schneiden ermöglicht, und eine günstige Endbearbeitungsgenauigkeit kann erwartet werden.
Außerdem ist es gemäß der ersten Struktur der Erfindung nicht notwendig, eine Umsetzung des halben Hubs, eine Phasenverschiebung des Kurbelzapfens, ein automatisches Weglassen einer Unwucht und dergleichen innerhalb des Spannfutters durchzuführen, wodurch die Struktur des Spannfutters extrem vereinfacht wird und die Herstellungskosten gering sind. Das Spannfutter benötigt keine anderen als die Klemmfunktion, die Anzahl von Bauteilen, wie darin einbezogene Betätigungseinrichtungen, ist gering, und die Struktur ist sehr einfach, wodurch Störungen extrem reduziert werden und eine Erhöhung der Lebensdauer ermöglicht wird. Außerdem ist die Anzahl der Rohrleitungen zum Zuführen von Öl zu den hydraulischen Betätigungseinrichtungen gering, wodurch die hydraulischen Drehgelenke reduziert werden und die Gefahr von Ölleckage aus den Abdichtbereichen beseitigt wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist eine Drehschneideinrichtung vorgesehen, welche das Drehschneiden eines exzentrischen Teils einer Kurbelwelle durchführt, aufweisend Stützeinrichtungen, welche beide Endabschnitte der Kurbelwelle abstützen, Drehantriebseinrichtungen, welche die Kurbelwelle von zumindest einer Endseite der Stützeinrichtungen mit einem Hauptlagerzapfen der Kurbelwelle als ein Zentrum drehen und das exzentrische Teil drehbar antreiben, Werkzeuge, welche das Drehschneiden des exzentrischen Teils durchführen, zwei Schneidwerkzeugantriebshauptwellen, die jeweils eine Achse parallel zu einer Axialrichtung der Kurbelwelle aufweisen, Exzenterbolzen, welche vorgesehen sind, um mit demselben Exzentrizitätsmaß an der Endfläche der Schneidwerkzeugantriebshauptwellen vorzustehen, Werkzeughalter, die jeweils das Werkzeug an einem spitzen Endabschnitt davon aufweisen und zwei Exzenterbolzenlager zum Anpassen der Exzenterbolzen aufweisen, welche mit demselben Abstand zwischen ihnen wie dem Abstand zwischen den Achsen der beiden Schneidwerkzeugantriebshauptwellen versehen sind, Antriebseinrichtungen, welche zumindest eine Welle der beiden Schneidwerkzeugantriebshauptwellen drehbar antreiben, und Synchronisationsmittel zum Synchronisieren der Kurbeldrehung der Schneidkantenpositionen der Werkzeuge über die Werkzeughalter mittels der Antriebseinrichtungen mit Drehung des exzentrischen Teils mit dem Hauptlagerzapfen als Zentrum.
Gemäß der obigen zweiten Struktur wird durch Einbeziehung der Werkzeuge, jeder der beiden Schneidwerkzeugantriebshauptwellen, die parallel zur Axialrichtung der Kurbelwelle vorgesehen sind, der Exzenterbolzen, welche an den Endflächen mit demselben Exzentrizitätsmaß angebracht sind, und der Werkzeughalter, welche an den Exzenterbolzen angebracht sind und an denen die Werkzeuge montiert sind, ein einfacher Aufbau erreicht. Gemäß der Struktur tritt zusätzlich zu den Wirkungen der oben beschriebenen ersten Struktur die Wirkung der genauen Durchführung der Kurbeldrehung der Schneidkantenposition des Werkzeuges auf.
Ferner kann bei der Drehschneideinrichtung für die Kurbelwelle die Schneidwerkzeugantriebseinrichtung, welche der Schneidkantenposition des Werkzeugs die Kurbeldrehung synchron mit der Drehung des exzentrischen Teils durchführen lässt, um das Drehschneiden des exzentrischen Teils durchzuführen, in zumindest einer Richtung einer Axialrichtung der Kurbelwelle und einer Richtung senkrecht zu der Achse bewegbar sein. Gemäß dieser Struktur ist die Schneidwerkzeugantriebseinrichtung derart aufgebaut, dass sie in einer Richtung der Axialrichtung (Z-Achse-Richtung) des Werkstücks und der Richtung senkrecht zu der Achse (X-Achse-Richtung) bewegbar ist. Demzufolge ist es möglich, ein Schleifen des Unterschnitts in dem Eckabschnitt, in dem sich die Schulterfläche (Seitenfläche) des exzentrischen Teils der Kurbelwelle und die Wellenaußendurchmesserfläche schneiden, welche nicht mit dem herkömmlichen Kurbelwellenfräser bearbeitet werden kann, oder eine Bearbeitung der in Axialrichtung ausgesparten R-Nut durchzuführen, was als Vorarbeit des Tiefrollens erforderlich ist.
In die Drehschneideinrichtung für die Kurbelwelle können Exzentrizitätsmaßeinstellmittel einbezogen werden, welche ein Exzentrizitätsmaß von der Schneidkantenposition des Werkzeugs zu dem Zentrum der Schneidwerkzeugantriebshauptwellen durch dessen Anpassen an einen halben Hub der Kurbelwelle einstellen. Gemäß dieser Struktur kann das Exzentrizitätsmaß von der Schneidkantenposition des Werkzeugs zu dem Zentrum der Schneidwerkzeugantriebshauptwellen der Schneidwerkzeugantriebseinrichtung entsprechend einem halben Hub jeder Kurbelwelle durch die Exzentrizitätsmaßeinstellmittel eingestellt werden, und die Bearbeitung verschiedener Kurbelwellen mit unterschiedlichem halben Hub ist möglich.
In der Drehschneideinrichtung für die Kurbelwelle kann das Exzentrizitätsmaßeinstellmittel ein Vor- und Rückbewegungsmittel, welches in einer Axialrichtung von hinter den Schneidwerkzeugantriebshauptwellen mit einer Betätigungseinrichtung bewegt wird, und ein Bolzenbewegungsmittel aufweisen, welches eine Druckkraft der Schneidwerkzeugantriebshauptwellen in einer Axialrichtung in eine Richtung senkrecht zu der Achse an einer Endflächenseite der Schneidwerkzeugantriebshauptwellen umwandelt, um die Exzenterbolzen in eine Exzentrizitätsmaßeinstellrichtung zu bewegen. Gemäß dieser Struktur kann das Exzentrizitätsmaß automatisch eingestellt werden, und in der Kurbelwellenbearbeitungslinie ist es möglich, den Bearbeitungsvorgang durch Zuführen verschiedener Kurbelwellen mit unterschiedlichem halben Hub willkürlich durchzuführen, und daher kann die Produktivität der Bearbeitungslinie verbessert werden. Ferner ist die Betätigungseinrichtung, welche den Exzenterbolzen in der Exzentrizitätseinstellrichtung bewegt, nicht innerhalb des Antriebssystems, welches den Antrieb der Kurbeldrehung des Werkzeughalters durchführt, sondern hinter den Schneidwerkzeugantriebshauptwellen vorgesehen, und daher hat das Gewicht der Betätigungseinrichtung keinen Einfluß auf die Unwucht, wodurch es möglich ist, den Kurbeldrehantrieb des Werkzeughalters sanft durchzuführen.
Ferner kann in der Drehschneideinrichtung für die Kurbelwelle das Exzentrizitätsmaßeinstellmittel ein Exzentrizitätsmaßänderungsmittel sein, welches zwischen den Endflächen der Schneidwerkzeugantriebshauptwellen und hinteren Teilen der Exzenterbolzen vorgesehen ist und eine Mehrzahl von Positionierungen der Exzenterbolzen in einer Exzentrizitätsmaßeinstellrichtung mittels einer Einstellungsänderung manuell durchführt. Gemäß dieser Struktur ist das Exzentrizitätsmaßeinstellmittel derart aufgebaut, dass es ein Positionseinstellen des Exzenterbolzens in der Exzentrizitätsmaßeinstellrichtung manuell durchführt, und daher ist die Struktur der Einrichtung einfach und kompakt, und zusätzlich ist es möglich, diese mit geringen Kosten herzustellen.
Nach einem ersten Aspekt eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Drehschneidverfahren zum Durchführen des Drehschneidens eines exzentrischen Teils einer Kurbelwelle vorgesehen, aufweisend die Schritte Abstützen beider Endabschnitte der Kurbelwelle zum Durchführen des Drehschneidens des exzentrischen Teils, und Drehen der Kurbelwelle von zumindest einer Endseite der beiden Endabschnitte mit einem Hauptlagerzapfen als ein Zentrum, und Durchführen einer Kurbeldrehung einer Schneidkantenposition eines Werkzeugs synchron mit der Drehung des exzentrischen Teils mit dem Hauptlagerzapfen als das Zentrum. Gemäß diesem ersten Verfahren können dieselben Wirkungen wie bei der ersten Struktur der oben beschriebenen Einrichtung erreicht werden.
Nach einem zweiten Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Drehschneidverfahren zum Durchführen des Drehschneidens eines exzentrischen Teils einer Kurbelwelle vorgesehen, aufweisend die Schritte Abstützen beider Endabschnitte der Kurbelwelle zum Durchführen des Drehschneidens des exzentrischen Teils, Drehen der Kurbelwelle von zumindest einer Endseite der beiden Endabschnitte mit einem Hauptlagerzapfen als ein Zentrum, und Drehen zweier Schneidwerkzeugantriebshauptwellen, welche parallel zu einer Axialrichtung der Kurbelwelle synchron mit der Drehung des exzentrischen Teils mit dem Hauptlagerzapfen als das Zentrum vorgesehen sind, und einen Werkzeughalter über jeweilige Exzenterbolzen drehbar antreiben, welche an den einen Endflächen der Schneidwerkzeugantriebshauptwellen vorgesehen sind, wodurch eine Schneidkantenposition des Werkzeugs, das an dem Werkzeughalter vorgesehen ist, eine Kurbeldrehung synchron mit der Drehung des exzentrischen Teils durchführt. Gemäß dem zweiten Verfahren werden dieselben Wirkungen wie bei der zweiten Struktur der oben beschriebenen Einrichtung erreicht.
Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Drehschneidmaschine für eine Kurbelwelle gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine erläuternde Ansicht eines Antriebsverfahrens eines Schneidwerkzeugs nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3 eine schematische Ansicht in Richtung des Pfeils 3 in Fig. 2 gesehen;
Fig. 4 eine Draufsicht einer Schneidwerkzeugantriebseinrichtung nach der ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie 5-5 in Fig. 4;
Fig. 6 eine erläuternde Ansicht der Bearbeitung eines Unterschnitts in Form einer R-Nut gemäß der Erfindung;
Fig. 7 eine erläuternde Ansicht der Bearbeitung einer optionalen Form einer R-Nut gemäß der Erfindung;
Fig. 8 einen Schnitt eines Exzentrizitätseinstellmittels nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 9 eine erläuternde Ansicht einer Spannfuttereinrichtung einer Drehschneidmaschine für eine Kurbelwelle nach dem Stand der Technik.
Mit Bezug auf die Zeichnung werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Zuerst wird mit Bezug auf die Fig. 1-7 eine erste Ausführungsform der Erfindung erläutert.
Mit Bezug auf Fig. 1 wird der Aufbau einer Drehschneidmaschine für eine Kurbelwelle gemäß der Erfindung beschrieben. Zwei Drehantriebseinrichtungen 20, die beide Endabschnitte einer zu bearbeitenden Kurbelwelle 1 (nachfolgend Werkstück 1 genannt) tragen und diese mittels Drehantriebsmotoren 23 drehbar antreiben, sind an dem linken und rechten Endabschnitt an einer Frontfläche eines Bettes 60 vorgesehen. Stützeinrichtungen 21, die Spannfutter 21a und Dreifachklauen 21b aufweisen, um die beiden Endabschnitte des Werkstücks 1 zu tragen, sind jeweils an einander gegenüberliegenden Flächen beider Drehantriebseinrichtungen 20 vorgesehen. Die beiden Drehantriebseinrichtungen sind entlang einer Schiene 25 bewegbar vorgesehen, welche an dem Bett 60 in der Zeichnung gesehen in Richtung nach links und nach rechts vorgesehen ist, um einem Raum zwischen beiden Stützeinrichtungen 21 längs des Werkstückes 1 zu entsprechen. Eine Hilfsstützeinrichtung 24 ist zwischen den beiden Stützeinrichtungen 21 vorgesehen und weist einen Hauptkörper 24a, der zum Positionieren in einer Position eines Hauptlagerzapfens 3 in der Nähe eines Mittelabschnitts des Werkstücks 1 vorgesehen ist, und eine Klaue 24b auf, die an einem Oberteil des Hauptkörpers 24a ausgebildet ist und eine Hilfsstütze für den Hauptlagerzapfen 3 in der Nähe des Mittelabschnitts des Werkstücks 1 mittels einer zentripetalen Klemme (nicht gezeigt) bildet. Zwei Schneidwerkzeugantriebseinrichtungen 30 sind hinter der linken bzw. rechten Stützeinrichtung 21 und dem Werkstück 1 platziert und auf Satteln 40 montiert, die jeweils einen Z-Achse-Schlitten 42, der in Axialrichtung (Achse Z) des Werkstücks 1 bewegbar ist, und einen X-Achse-Schlitten 41 aufweisen, der in Richtung senkrecht zu der Achse (Achse X in der Zeichnung gesehen in Richtung nach vorn und nach hinten) des Werkstücks 1 bewegbar ist. Werkzeugstände 32, an denen Werkzeuge 31 an der jeweiligen Endseite des Werkstücks 1 in Richtung der X-Achse lösbar montiert sind, sind an der Seite der einander gegenüberliegenden Flächen der beiden Schneidwerkzeugantriebseinrichtungen 30 in Richtung der Z-Achse vorgesehen. Als nächstes werden die Schneidwerkzeugantriebseinrichtungen 30 gemäß dieser Ausführungsform anhand der Fig. 2-5 erläutert. Fig. 2 ist eine erläuternde Ansicht eines Antriebsverfahrens des Schneidwerkzeugs gemäß dieser Ausführungsform, und Fig. 3 ist eine schematische Ansicht in Richtung des Pfeils 3 in Fig. 2 gesehen. Fig. 4 ist eine Draufsicht, welche die Schneidwerkzeugantriebseinrichtung gemäß dieser Ausführungsform zeigt, und Fig. 5 ist ein Schnitt entlang der Linie 5-5 in Fig. 4, welcher ein Exzentrizitätseinstellmittel gemäß dieser Ausführungsform zeigt. Da die beiden Schneidwerkzeugantriebseinrichtungen 30 links und rechts denselben Aufbau haben, außer dass sie symmetrisch zu der Ebene parallel zu der X-Achse sind, wird nur eine der Schneidwerkzeug-Antriebseinrichtungen 30 erläutert.
Wie aus den Fig. 2-5 ersichtlich, weist die Schneidwerkzeugantriebseinrichtung 30 zwei Hauptwellen 33a und 33b, die jeweils eine Achse B parallel zu einer Achse C des Werkstücks 1 haben und an einer Hauptkörperbasis 30a über Lager 36 drehbar abgestützt sind, und Exzenterbolzen 34a und 34b auf, die an den Endflächen der Hauptwellen 33a und 33b um eine Exzentrizität E zu jeder Achse parallel zu der Richtung der C-Achse vorstehen. Ferner weist die Schneidwerkzeugantriebseinrichtung 30 den Werkzeughalter 32, der das Werkzeug 31 an der Seite des Werkstücks 1 aufnimmt und Exzenterbolzenlager 35a und 35b aufweist, die in Längsrichtung an der dem Werkzeug 31 gegenüberliegenden Seite mit demselben Raum zwischen ihnen wie dem Raum zwischen den Achsen der Hauptwellen 33a und 33b vorgesehen sind, um die Exzenterbolzen 34a und 34b darin anzupassen, eine Antriebseinrichtung 38 zum Drehen der Kurbelwelle, und ein Exzentrizitätseinstellmittel 50 auf.
Die Antriebseinrichtung 38 weist einen Antriebsmotor 38a, ein Ritzel (nicht gezeigt), welches axial an dem Antriebsmotor 38a innerhalb eines Hauptwellengetriebegehäuses 37 angebracht ist, und Zahnräder 38b mit derselben Zähnezahl auf, welche mit dem Ritzel in Eingriff stehen und an den Hauptwellen 33a und 33b fixiert sind. Bei dieser Ausführungsform dreht der Antriebsmotor 38a synchron die beiden Hauptwellen 33a und 33b, jedoch ist es verständlich, dass die Struktur, in welcher nur eine der vorderen und hinteren Hauptwelle angetrieben wird und die andere Hauptwelle davon abhängig gemacht wird, angenommen werden kann.
Das Exzentrizitätseinstellmittel 50 weist ein Vor- und Rückbewegungsmittel 51, das an den Mittelbereichen der Hauptwellen 33a und 33b angepasst ist und sich in dessen Axialrichtung vor- und zurückbewegt, und ein Bolzenbewegungsmittel 52 auf, welches eine Druckkraft in Axialrichtung des Vor- und Rückbewegungsmittels 51 in eine Richtung senkrecht zu der Achse umwandelt, d. h. in eine Exzentrizitätseinstellrichtung. Das Vor- und Rückbewegungsmittel 51 weist einen Elektromotor 51a, der an der Hauptkörperbasis 30a angebracht ist, eine Schraube 51c, die mit einem Außengewinde am Außenumfang an der einen Endseite versehen ist und an dem Teil in der Nähe des anderen Endabschnitts von der Hauptkörperbasis 30a über ein Lager 51h drehbar abgestützt ist, um die Rotationskraft des Elektromotors 51a in die Druckkraft in Axialrichtung umzuwandeln, und eine Kupplung 51b auf, welche eine Abtriebswelle des Elektromotors 51a und den anderen Endabschnitt der Schraube 51c kuppelt. Ferner weist das Vor- und Rückbewegungsmittel 51 eine Mutter 51d, die auf das Außengewinde der Schraube 51c geschraubt ist, eine Vor- und Rückbewegungsstange 51e, welche in dem Mittelbereich der Hauptwelle 33a angepasst ist und deren einer Endabschnitt mit einem Keil 51i zum Umwandeln der Druckkraft in Axialrichtung der Schraube 51c in eine Kraft in Exzentrizitätseinstellrichtung, um das Bolzenbewegungsmittel 52 zu bewegen, und an deren Basisendabschnitt mit einem Lager 51g versehen ist, und einen Schlitten 51f auf, welcher die Mutter 51d und das Lager 51g abstützt, um ein Vor- oder Zurückbewegen in Axialrichtung bezüglich der Hauptkörperbasis 30a zu ermöglichen.
In der Ausführungsform der Erfindung wird der Elektromotor 51a als Betätigungseinrichtung verwendet, welche die Druckkraft in Axialrichtung der Vor- und Rückbewegungsstange 51e ausübt, jedoch ist sie nicht darauf beschränkt und kann durch eine hydropneumatisch betriebene Betätigungseinrichtung ersetzt werden, welche die Schraube 51c mit der Achse C als Mitte dreht oder stellt. Alternativ ist es kein Problem, einen direkt wirkenden hydropneumatisch betätigten Zylinder anzunehmen und einen Druck in Axialrichtung direkt auf die Vor- und Rückbewegungsstange auszuüben. Das Exzentrizitätseinstellmittel der ersten Ausführungsform ist das Exzentrizitätseinstellmittel 50, welches die Exzentrizität automatisch einstellt, jedoch kann die Struktur angenommen werden, in der die Einstellungsänderung der Exzentrizität manuell durchgeführt wird.
Bei der Drehschneidmaschine für eine Kurbelwelle gemäß der Ausführungsform der Erfindung werden elektrische Servomotoren als Drehantriebsmotoren 23 für das Werkstück 1 und die Antriebsmotoren 38a für das Werkzeug 31 genommen, und eine Synchronsteuereinrichtung ist vorgesehen, welche diese Drehungen synchronisiert. Ihre Synchronisation wird mittels elektrischer Steuerung durchgeführt, jedoch ist die Erfindung nicht auf diese beschränkt. Zum Beispiel kann das Verfahren zum Verbinden der Drehantriebswelle für das Werkstück 1 und der Hauptwellen 33a und 33b, welche das Werkzeug 31 mit Zahnrädern, Steuerriemen oder dergleichen antreiben, und ihrer mechanischen Synchronisation genommen werden.
Der Betrieb der Drehschneidmaschine für eine Kurbelwelle gemäß der Struktur der ersten Ausführungsform wird mit Bezug auf die Fig. 1-5 erläutert.
(1) Zuerst wird vor dem Bearbeiten des Werkstücks 1 durch das in Fig. 5 gezeigte Exzentrizitätseinstellmittel 50 das Einstellen als Voreinstellung der Kurbelwellenbearbeitungsmaschine durchgeführt, um die jeweiligen Exzentrizitäten der beiden Exzenterbolzen 34a und 34b des Werkzeughalters 32 an das Maß eines halben Hubs (Maß E in Fig. 2) automatisch anzupassen. Dieser Vorgang wird wie folgt durchgeführt. Basierend auf dem numerischen Wert des Maßes des halben Hubs, welcher bei einer NC-Einrichtung (nicht gezeigt) entsprechend dem jeweiligen Werkstück 1 eingestellt ist, wird der Elektromotor 51a entsprechend einem vorbestimmten Betriebsbefehl gedreht, der von dieser NC- Einrichtung abgegeben wird, um die Schraube 51c zu drehen. Die Rotationskraft des Elektromotors 51a wird in eine Druckkraft in Axialrichtung umgewandelt, und die Vor- und Rückbewegungsstange 51c wird in ihrer Axialrichtung vor- und zurückbewegt. Die Druckkraft in Axialrichtung wird dann in eine Kraft in Exzentrizitätseinstellrichtung umgewandelt, um das Bolzenbewegungsmittel 52 um einen vorbestimmten Wert mittels des Keils 51i an dem einen Endabschnitt der Vor- und Rückbewegungsstange 51e zu bewegen, und die Exzenterbolzen 34a und 34b werden in Exzentrizitätseinstellrichtung bewegt und derart positioniert, dass die jeweilige Exzentrizität gleich dem Maß E ist.
Zusätzlich zu dem Einstellen des Exzentrizitätseinstellmittels 50 wird als die andere Voreinstellung der Kurbelwellenbearbeitungsmaschine durch Bewegen der beiden Drehantriebseinrichtungen 20 entlang der Schiene 25 der Raum zwischen beiden Stützeinrichtungen 21 an die Länge des Werkstücks 1 angepaßt. Ferner wird zusätzlich zu der Positionseinstellung der beiden Stützeinrichtungen 21 die Hilfsstützeinrichtung 24, welche zwischen den beiden Stützeinrichtungen 21 vorgesehen ist, entlang der Schiene 25 in eine vorbestimmte Position des Kurbelzapfens 3 in Nähe des Mittelteils des Werkstücks 1 bewegt, wodurch die Vorarbeit für das Klemmen mit der Hilfsstützklaue 24b durchgeführt wird.
In der Ausführungsform der Erfindung wird ermöglicht, dass das Exzentrizitätseinstellmittel 50 die Exzentrizität automatisch entsprechend dem oben beschriebenen Aufbau einstellt, und daher ist in der Kurbelwellenbearbeitungslinie der Bearbeitungsvorgang möglich, bei dem verschiedene Kurbelwellen mit unterschiedlichem halben Hub willkürlich zugeführt werden, wodurch die Produktivität der Kurbelwellenbearbeitungslinie erheblich verbessert wird. Da die Betätigungseinrichtung, welche die Exzenterbolzen 34a und 34b in der Exzentrizitätseinstellrichtung bewegt, nicht in dem Kurbelantriebssystem des Werkzeughalters 32, sondern hinter den Hauptwellen 33a und 33b des Schneidwerkzeugantriebs vorgesehen ist, bewirkt das Gewicht dieser Betätigungseinrichtung keine Unwucht während der Drehung des Werkzeughalters 32, und daher kann der Kurbelbetrieb des Werkzeughalters 32 sehr sanft durchgeführt werden.
(2) Als nächstes wird das zu bearbeitende Werkstück 1 zwischen den Stützeinrichtungen 21 an beiden Seiten getragen, und die Hauptlagerzapfenabschnitte an beiden Enden des Werkstücks 1 werden mit den jeweiligen Spannfutter- Dreifachklauen 21b gegriffen, und eine Drehwinkelphase θ um die Achse C (siehe Fig. 2) des Kurbelzapfens 2a wird in einer vorbestimmten Phase mit dem Phasenbestimmungsmittel (nicht gezeigt) positioniert. Dann wird der Hauptlagerzapfen 3 in der Nähe von im wesentlichen dem Mittelabschnitt des Werkstücks 1 mit der Klaue 24b der Hilfsstützeinrichtung 24 gegriffen, wodurch eine Hilfsstütze geschaffen wird und die Biegesteifigkeit des Werkstücks 1 gegen die Schneidbelastung erhöht wird.
Nach dem Stand der Technik wird die Kurbelwelle um eine Mittelachse D (siehe Fig. 9) des Kurbelzapfens gedreht, und daher existiert kein Wellenabschnitt, der ebenfalls im Drehzentrum liegt, in der Nähe des bearbeiteten Bereichs, wodurch es unmöglich ist, eine Hilfsabstützung (Stütze) durchzuführen. Jedoch wird gemäß der Erfindung das Werkstück 1 um die Achse C des Hauptlagerzapfens 3 gedreht, wodurch es möglich ist, den Hauptlagerzapfen 3 in der Nähe des Mittelabschnitts des Werkstücks 1 zu greifen und eine Hilfsabstützung (Stütze) zu schaffen. Demzufolge ist ein starker Schnitt möglich, und eine genaue Endbearbeitung kann günstig erreicht werden.
(3) Nachfolgend wird der Drehschneidvorgang des Werkstücks 1 begonnen, und der Betriebsmechanismus der Maschine wird basierend auf den Fig. 2 und 3 erläutert. In Fig. 2 wird das Werkstück 1 mit dem Hauptkurbelzapfen 3 als Mittelachse (Achse C) mittels des Drehantriebsmotors 23 gedreht, und das exzentrische Teil 2 (Kurbelzapfen 2a) des Werkstücks 1 als zu bearbeitender Gegenstand wird um die Achse C als dessen Zentrum gedreht, wobei das Zentrum von der Achse C um eine Exzentrizität E entfernt ist. Andererseits werden in der Schneidwerkzeugantriebseinrichtung 30 die beiden Hauptwellen 33a und 33b, deren Achsen (Achse B) parallel zu der Richtung der Achse C liegen, synchron mit der Drehung des Werkstücks 1 mittels des Antriebsmotors 38a über das Ritzel (nicht gezeigt) und die mit dem Ritzel in Eingriff stehenden und an den Hauptwellen 33a und 33b fixierten Zahnräder 38b mit derselben Zähnezahl gedreht. Demzufolge führt der Werkzeughalter 32 mit den exzentrischen Zapfenlagern 35a und 35b, welche denselben Abstand wie zwischen den Achsen der Hauptwellen 33a und 33b zueinander haben, eine Kurbeldrehung synchron zu der Kurbeldrehung des Kurbelzapfens 2a (der dem exzentrischen Teil 2 entspricht) über die in den Lagern 35a und 35b gelagerten Exzenterbolzen 34a und 34b durch, die an den Endflächen der Hauptwellen 33a und 33b mit ihren Achsen parallel zur Richtung der C-Achse vorgesehen sind und um dieselbe Exzentrizität E vorstehen.
Dementsprechend kann der Werkzeughalter 32 dieselbe Kurbeldrehung wie die Kurbeldrehung des Kurbelzapfens 2a des Werkstücks 1 durchführen, und daher kann die Stelle der Schneidkantenposition des Werkzeugs 31 eine Kurbelbewegung mit einem Radius E durchführen. Als Anfangseinstellung der Maschine werden der Drehwinkel θ der Hauptwellen 33a und 33b und der Drehwinkel θ des Werkstücks 1 auf Null gesetzt, und die Höhe h der Schneidkante wird auf die Höhe der Mittelachse des Kurbelzapfens 2a gesetzt. Die Hauptwellen 33a und 33b werden um den Winkel θ entsprechend der Drehung des Kurbelzapfens 2a synchron gedreht, wodurch die Stelle der Schneidkantenposition des Werkzeugs 31 einen Außendurchmesserteil des Kurbelzapfens 2a bilden kann. Wie aus Fig. 2 bekannt, wird der Außendurchmesser des Kurbelzapfens 2a durch die Länge des Vorlaufabstandes der Schneidkantenposition zu dem Werkstück 1 in Richtung der X-Achse bestimmt, und der Abstand zwischen der Mitte des exzentrischen Teils 2 des Werkstücks 1 und der Schneidkantenposition des Werkzeugs 31 ist der Radius des Kurbelzapfens 2a.
Wie oben beschrieben, können nach dem Aufbau des Werkzeugantriebs gemäß der Erfindung die folgenden eindeutigen Wirkungen erzielt werden.
Da die Kurbelwelle um die Achse des Hauptlagerzapfens gedreht wird, gibt es keine Unwucht der Kurbelwelle selbst. Nach dem Stand der Technik ist wegen der Notwendigkeit der Durchführung der Umsetzung des halben Hubs, der Phasenverschiebung des Kurbelzapfens, dem Wegfall der Unwucht und dergleichen innerhalb des Spannfutters die Struktur des Spannfutters extrem kompliziert, wohingegen das Spannfutter gemäß der Erfindung eine extrem einfache Struktur hat, und dadurch kann das Auftreten einer Unwucht während der Drehung in dem Spannfutter auch extrem reduziert werden. Dementsprechend wird im Vergleich zum Stand der Technik, wo um die Achse des Kurbelzapfens gedreht wird, die Erfindung weniger durch die Unwucht während der Bearbeitung beeinflusst, und eine schädliche Werkstückverschiebung während der Drehung und das Auftreten von Vibrationen und dergleichen in dem Werkstück oder dem Maschinensystem werden verhindert, wodurch es möglich ist, eine bessere Genauigkeit der Endbearbeitung zu erreichen.
Ferner ist nach dem Stand der Technik die Struktur des Spannfutters extrem kompliziert, wodurch die Kosten hoch sind. Jedoch ist es gemäß der Erfindung nicht notwendig, eine Umsetzung des halben Hubs, eine Phasenverschiebung des Kurbelzapfens, ein automatisches Weglassen der Unwucht und dergleichen in dem Spannfutter durchzuführen, und daher ist die Struktur des Spannfutters extrem vereinfacht, wodurch es möglich ist, die Produktionskosten zu reduzieren. Das Spannfutter braucht außer der Klemmfunktion nicht diese Funktionen aufzuweisen und hat eine geringere Anzahl von Bauteilen, wie darin einbezogene hydraulische Betätigungseinrichtungen, und daher ist die Struktur sehr einfach. Dementsprechend wird das Problem bezüglich der Störungen, Lebensdauer und dergleichen extrem verringert, und außerdem wird nur eine geringe Anzahl von Rohrleitungen zum Zuführen von Öl zu der hydraulischen Betätigungseinrichtung benötigt, wodurch die Anzahl von hydraulischen Drehgelenken gering ist und die Gefahr von Ölleckage aus den Abdichtbereichen beseitigt wird.
Zusätzlich zu den oben beschriebenen Wirkungen kann die Kurbeldrehbewegung der Schneidkantenposition mit einer einfachen Struktur mit dem Werkzeug 31, zwei Hauptwellen 33a und 33b des Schneidwerkzeugantriebs, welche parallel zur Axialrichtung der Kurbelwelle vorgesehen sind, den Exzenterbolzen 34a und 34b, welche an den Endflächen der Hauptwellen 33a und 33b mit derselben Exzentrizität angebracht sind, und dem Werkzeughalter 32, welcher an den Exzenterbolzen 34a und 34b drehbar angebracht ist und an dessen einem Endabschnitt das Werkzeug 31 montiert ist, genau durchgeführt werden. Als nächstes wird das Drehschneiden des Kurbelzapfenteils erläutert. Das Drehschneiden wird durch Bewegen des Z- Achse-Schlittens 42 in die Position des Werkzeugs 31 bei einer vorbestimmten Position in Längsrichtung des Kurbelzapfens 2a, welcher der zu bearbeitende Gegenstand ist, und danach durch Antreiben der Schneidwerkzeugantriebseinrichtung 30 durchgeführt, um die Position einer Werkzeugschneidkante 31a mit der Drehung des Kurbelzapfens 2a um die Achse C der Kurbelwelle zu synchronisieren und die Durchführung der Kurbeldrehung zu ermöglichen. Dann wird in dem Zustand, in dem die Position der Werkzeugschneidkante 31a eine Kurbeldrehung durchführt, der X-Achse-Schlitten 41 bewegt, um das Werkzeug 31 nahe zu dem Kurbelzapfen 2a und von diesem weg in dessen Radialrichtung zu bewegen, und der Z-Achse-Schlitten 42 wird bewegt, um das Werkzeug 31 in Axialrichtung des Kurbelzapfens 2a zu bewegen, wodurch ein Drehschneiden durchgeführt wird, um den Kurbelzapfen 2a mit einer vorbestimmten Außendurchmesserform zu erhalten.
Fig. 6 ist eine erläuternde Ansicht der Bearbeitung der Kurbelwelle mit einem Unterschnitt in Form einer R-Nut gemäß der Erfindung. Die Erläuterung wird für den Fall vorgenommen, in dem zum Beispiel der Kurbelzapfen 2a zu einer Außendurchmesserform drehgeschnitten ist, wie in Fig. 6 gezeigt ist, nämlich einer Außendurchmesserform mit unterschnittenen R-Nuten 2c, die in Axialrichtung des Kurbelzapfens 2a ausgespart sind, und einem Kurbelzapfeneinschnitt 2b an der linken und rechten Seite des Kurbelzapfens 2a. In diesem Falle ist in dem Zustand, in dem die Werkzeugschneidkante 31a, die an der linken oder rechten Schneidwerkzeugantriebseinrichtung 30 vorgesehen ist, mit der Drehung des Kurbelzapfens 2a mit der Achse C der Kurbelwelle als Mitte zur Durchführung der Kurbeldrehung synchronisiert ist, die Position der Z-Achse der Werkzeugschneidkante 31a an den Kurbelzapfeneinschnitt 2b an der linken Seite in Fig. 6 angepaßt. Danach wird die Werkzeugschneidkante 31a zur Seite des Kurbelzapfens 2a in Richtung der X-Achse nach vorn bewegt und die Bearbeitung des Kurbelzapfeneinschnitts 2b wird durchgeführt. Als nächstes wird nach der Bearbeitung des Kurbelzapfeneinschnitts 2b die Werkzeugschneidkante 31a durch synchrone Steuerung (Kreisinterpolation) der Achse X und der Achse Z bewegt, und die unterschnittene R-Nut 2c an der linken Seite in Fig. 6 wird zu einer vorbestimmten bearbeiteten Form drehgeschnitten.
Nachfolgend wird der Fall erläutert, in dem der Kurbelzapfeneinschnitt 2b und die unterschnittene R-Nut 2c an der rechten Seite in der Zeichnung zu vorbestimmten bearbeiteten Formen drehgeschnitten werden. In diesem Falle kann unter Verwendung der Werkzeugschneidkante 31a, die an der der oben verwendeten Schneidwerkzeugantriebseinrichtung 30 gegenüberliegenden Schneidwerkzeugantriebseinrichtung 30 vorgesehen ist, die Position der Werkzeugschneidkante 31a basierend auf dem oben beschriebenen Bearbeitungsverfahren gesteuert werden, um das Drehschneiden durchzuführen. In der obigen Beschreibung ist das Beispiel gezeigt, in dem die unterschnittene R-Nut 2c mit dem Kurbelzapfeneinschnitt 2b bearbeitet wird. Dies ist auch anwendbar in dem Falle, in dem nur die unterschnittene R-Nut 2c bearbeitet wird.
Gemäß dem oben beschriebenen Bearbeitungsverfahren der Erfindung können die folgenden Wirkungen erreicht werden. Gemäß der Erfindung sind die Schneidwerkzeugantriebseinrichtungen derart strukturiert, dass sie in Axialrichtung (Richtung der Z-Achse) der Kurbelwelle bewegbar sind. Demzufolge kann die Bearbeitung erleichtert werden, die nicht mit dem herkömmlichen Kurbelwellenfräswerkzeug durchgeführt werden kann, nämlich das Schleifen des Unterschnitts in einem Eckabschnitt, in dem sich die Schulterfläche (Seitenfläche) und die Zapfenaußendurchmesserfläche des exzentrischen Teils (Kurbelzapfenabschnitt) der Kurbelwelle schneiden, was als Vorarbeit durch Tiefrollen erforderlich ist.
Fig. 7 ist eine erläuternde Ansicht der Bearbeitung der R-Nut der Kurbelwelle in einer optionalen Form gemäß der Erfindung. Wie in Fig. 7 gezeigt, wird der Kurbelzapfen 2a drehgeschnitten, um die Außendurchmesserform zu erzielen, die von den R-Nuten ohne Unterschnitt und den Kurbelzapfeneinschnitten 2b in einigen Fällen gebildet wird, und in diesem Falle kann das Drehschneiden auch in derselben Weise wie bei dem in Fig. 6 gezeigten Bearbeitungsbeispiel durchgeführt werden.
Als nächstes wird als Exzentrizitätseinstellmittel nach einer zweiten Ausführungsform ein Exzentrizitätsänderungsmittel 70, welches die Einstellungsänderung der Exzentrizität manuell durchführt, basierend auf Fig. 8 erläutert. Fig. 8 ist ein Schnitt des Exzentrizitätseinstellmittels nach dieser Ausführungsform, wobei dieselben Bauteile wie in der ersten Ausführungsform mit denselben Bezugszeichen und Symbolen versehen sind.
Das Exzentrizitätsänderungsmittel 70 weist eine Mehrzahl von Bolzenlöchern 71 und Bolzenstützmitteln 72, welche zum Positionieren an Endflächen der Hauptwellen 33a und 33b des Schneidwerkzeugantriebs vorgesehen sind, und den Werkzeughalter 32 auf. Eine Mehrzahl von Bolzenlöchern 71 sind mit einem Abstand zwischen einer Mitte der Hauptwellen 33a und 33b und einer Mitte der Bolzenlöcher 71 vorgesehen, der an das Maß E des halben Hubs verschiedener Werkstücke 1 angepaßt ist. Die Bolzenstützmittel 72 sind an der einen Endseite mit Bolzen 72a versehen, welche in eine Mehrzahl von Bolzenlöchern 71 eingepasst sind, und an der anderen Endseite mit Exzenterbolzen 72b versehen, welche dieselben Mittelpunkte wie die Achsen der Bolzen 72a haben. An dem einen Endabschnitt des Werkzeughalters 32 ist das Werkzeug 31 montiert, wobei der Werkzeughalter 32 mit zwei Exzenterbolzenlagern 35a und 35b versehen ist, deren Abstand gleich dem Abstand zwischen den Achsen der beiden Hauptwellen 33a und 33b ist und die zum Anpassen der Exzenterbolzen 72b vorgesehen sind. Wie oben beschrieben, hat das Exzentrizitätsänderungsmittel 70 eine Struktur, mit der das Einstellen der Position des Exzenterbolzens 72b manuell durchgeführt wird, und daher ist die Struktur dieser Einrichtung vereinfacht und kompakt und kann mit geringen Kosten hergestellt werden.
Wie so weit beschrieben, werden gemäß der Erfindung die folgenden Wirkungen erreicht.
(1) Gemäß der Erfindung wird die Kurbelwelle um die Achse des Hauptlagerzapfens gedreht, und daher gibt es keine Unwucht der Kurbelwelle selbst. Außerdem hat das Spannfutter, welches den Hauptlagerzapfen trägt, eine einfache Struktur, und daher kann das Auftreten der Unwucht während der Drehung in dem Spannfutter auch extrem verringert werden. Dementsprechend wird das Spannfutter durch die Unwucht während der Bearbeitung kaum beeinflusst, und eine schädliche Werkstückverschiebung während der Drehung und das Auftreten von Vibrationen oder dergleichen in dem Werkstück oder dem Maschinensystem werden ausgeschlossen, wodurch es möglich ist, eine extrem günstige Bearbeitungsgenauigkeit zu erreichen. Ferner wird eine Drehung mit der Hauptlagerzapfenachse als Mittelpunkt durchgeführt, wodurch das Drehzentrum zusammengelegt wird, und eine Hilfsabstützung (Stütze) eines der Hauptlagerzapfen-Außendurchmesserabschnitte, die in der Nähe der Längsmitte des Werkstückes liegen, kann durchgeführt werden, und daher kann ein starkes Schneiden vorgenommen werden, oder eine günstige Endbearbeitungsgenauigkeit kann erwartet werden.
Da es nicht erforderlich ist, eine Umsetzung des halben Hubs, die Verschiebung der Kurbelzapfenphase, das automatische Weglassen einer Unwucht und dergleichen in dem Spannfutter durchzuführen, ist die Struktur des Spannfutters extrem vereinfacht, und die Herstellungskosten können verringert werden. Das Spannfutter benötigt keine andere als die Klemmfunktion und hat eine sehr einfache Struktur mit einer geringen Anzahl an Bauteilen, wie die darin einbezogenen hydraulischen Betätigungseinrichtungen, und hat daher sehr wenig Probleme bezüglich Störungen, Lebensdauer und dergleichen. Außerdem wird nur eine geringe Anzahl von Rohrleitungen zum Zuführen von Öl zu der hydraulischen Betätigungseinrichtung benötigt, wodurch die Anzahl von hydraulischen Drehgelenken gering ist und die Gefahr von Ölleckage aus den Abdichtbereichen beseitigt wird.
(2) Die Kurbeldrehbewegung der Schneidkantenposition kann mit einer einfachen Struktur mit dem Werkzeug, zwei Hauptwellen des Schneidwerkzeugantriebs, welche parallel zur Axialrichtung der Kurbelwelle vorgesehen sind, dem Exzenterbolzen, welcher an der Endfläche der jeweiligen Hauptwelle mit derselben Exzentrizität angebracht ist, und dem Werkzeughalter, welcher an den jeweiligen Exzenterbolzen drehbar angebracht ist und an dem das vorgenannte Werkzeug montiert ist, genau durchgeführt werden.
(3) Da die Schneidwerkzeugantriebseinrichtung derart aufgebaut ist, dass sie in zumindest einer Richtung der Axialrichtung des Werkstücks (Z-Achse-Richtung) und der Richtung senkrecht zu der Achse (X-Achse-Richtung) bewegbar ist, kann das Schleifen des Unterschnitts in dem Eckabschnitt, in dem sich die Schulterfläche und die Zapfenaußendurchmesserfläche des exzentrischen Teils der Kurbelwelle schneiden, oder die Bearbeitung der in Axialrichtung ausgesparten R-Nut erleichtert werden, was als Vorarbeit des Tiefrollens erforderlich ist.
(4) Durch Vorsehen des Exzentrizitätseinstellmittels kann die Exzentrizität von der Schneidkantenposition des Werkzeugs zur Hauptwellenmitte der Schneidwerkzeugantriebseinrichtung entsprechend dem halben Hub der Kurbelwelle gesetzt werden, und die Bearbeitung von verschiedenen Kurbelwellen mit unterschiedlichem halben Hub kann leicht durchgeführt werden. Dieses Exzentrizitätseinstellmittel ist durch Vor- und Rückbewegungsmittel, die in Axialrichtung mit der Betätigungseinrichtung bewegt werden, und das Bolzenbewegungsmittel automatisiert, welches die Druckkraft in Axialrichtung in die Richtung senkrecht zu der Achse an der Endflächenseite der Hauptwellen des Schneidwerkzeugantriebs umwandelt, um die Exzenterbolzen in Exzentrizitätseinstellrichtung zu bewegen. Dementsprechend ist in der Kurbelwellenbearbeitungslinie ein Bearbeitungsvorgang durch willkürliches Zuführen verschiedener Arten von Kurbelwellen mit unterschiedlichem halben Hub möglich, und daher kann die Produktivität der Bearbeitungslinie verbessert werden.
Ferner ist die Betätigungseinrichtung, welche die Exzenterbolzen bewegt, hinter den Hauptwellen des Schneidwerkzeugantriebs anstelle in dem Kurbelantriebssystem des Werkzeughalters vorgesehen, und daher hat das Gewicht dieser Betätigungseinrichtung keinen Einfluß auf die Unwucht, wodurch es möglich ist, die Kurbelbewegung des Werkzeughalters sanft durchzuführen. Ferner ist, wenn das Exzentrizitätseinstellmittel derart aufgebaut ist, dass das Einstellen der Exzenterbolzenposition manuell durchgeführt wird, die Struktur dieser Drehschneideinrichtung einfach und kompakt, und die Drehschneideinrichtung kann mit geringen Kosten hergestellt werden.

Claims

1. Drehschneideinrichtung, welche das Drehschneiden eines exzentrischen Teils (2) einer Kurbelwelle (1) durchführt, aufweisend:
Stützeinrichtungen (21), welche beide Endabschnitte der Kurbelwelle (1) abstützen;
Drehantriebseinrichtungen (20), welche die Kurbelwelle (1) von zumindest einer Endseite der Stützeinrichtungen (21) mit einem Hauptlagerzapfen (3) der Kurbelwelle (1) als ein Zentrum drehen und das exzentrische Teil (2) drehbar antreiben;
Werkzeuge (31), welche das Drehschneiden des exzentrischen Teils (2) durchführen; und
Schneidwerkzeugantriebseinrichtungen (30), welche einer Schneidkantenposition der Werkzeuge (31) eine Kurbeldrehung synchron mit der Drehung des exzentrischen Teils (2) durchführen lassen, welches von den Drehantriebseinrichtungen (20) drehbar angetrieben wird, um das Drehschneiden des exzentrischen Teils (2) durchzuführen.

2. Drehschneideinrichtung für die Kurbelwelle gemäß Anspruch 1, wobei die Schneidwerkzeugantriebseinrichtung (30), welche der Schneidkantenposition des Werkzeugs (31) eine Kurbeldrehung synchron mit der Drehung des exzentrischen Teils (2) durchführen lässt, um das Drehschneiden des exzentrischen Teils (2) durchzuführen, in zumindest einer Richtung einer Axialrichtung der Kurbelwelle (1) und einer Richtung senkrecht zu der Achse bewegbar ist.

3. Drehschneideinrichtung, welche das Drehschneiden eines exzentrischen Teils (2) einer Kurbelwelle (1) durchführt, aufweisend:
Stützeinrichtungen (21), welche beide Endabschnitte der Kurbelwelle (1) abstützen;
Drehantriebseinrichtungen (20), welche die Kurbelwelle (1) von zumindest einer Endseite der Stützeinrichtungen (21) mit einem Hauptlagerzapfen (3) der Kurbelwelle (1) als ein Zentrum drehen und das exzentrische Teil (2) drehbar antreiben;
Werkzeuge (31), welche das Drehschneiden des exzentrischen Teils (2) durchführen;
zwei Schneidwerkzeugantriebshauptwellen (33a, 33b), die jeweils eine Achse parallel zu einer Axialrichtung der Kurbelwelle (1) aufweisen;
Exzenterbolzen (34a, 34b), welche vorgesehen sind, um mit demselben Exzentrizitätsmaß (E) an der Endfläche der Schneidwerkzeugantriebshauptwellen (33a, 33b) vorzustehen;
Werkzeughalter (32), die jeweils das Werkzeug (31) an einem spitzen Endabschnitt davon aufweisen und zwei Exzenterbolzenlager (35a, 35b) zum Anpassen der Exzenterbolzen (34a, 34b) aufweisen, welche mit demselben Abstand zwischen ihnen wie dem Abstand zwischen den Achsen der beiden Schneidwerkzeugantriebshauptwellen (33a, 33b) versehen sind;
Antriebseinrichtungen (38), welche zumindest eine Welle der beiden Schneidwerkzeugantriebshauptwellen (33a, 33b) drehbar antreiben; und
Synchronisationsmittel, welche die Kurbeldrehung der Schneidkantenposition der Werkzeuge (31) über die Werkzeughalter (32) mittels der Antriebseinrichtungen (38) mit Drehung des exzentrischen Teils (2) mit dem Hauptlagerzapfen (3) als Zentrum synchronisieren.

4. Drehschneideinrichtung für die Kurbelwelle gemäß Anspruch 3, wobei die Schneidwerkzeugantriebseinrichtung (30), welche der Schneidkantenposition des Werkzeugs (31) eine Kurbeldrehung synchron mit der Drehung des exzentrischen Teils (2) durchführen lässt, um das Drehschneiden des exzentrischen Teils (2) durchzuführen, in zumindest einer Richtung einer Axialrichtung der Kurbelwelle (1) und einer Richtung senkrecht zu der Achse bewegbar ist.

5. Drehschneideinrichtung für die Kurbelwelle gemäß Anspruch 3, ferner aufweisend:
Exzentrizitätsmaßeinstellmittel (50), welche ein Exzentrizitätsmaß (E) von den Schneidkantenpositionen der Werkzeuge (31) zu dem Zentrum der Schneidwerkzeugantriebshauptwellen (33a, 33b) durch dessen Anpassen an einen halben Hub der Kurbelwelle (1) einstellen.

6. Drehschneideinrichtung für die Kurbelwelle gemäß Anspruch 5, wobei das Exzentrizitätsmaßeinstellmittel (50) ein Vor- und Rückbewegungsmittel (51), welches in einer Axialrichtung von hinter den Schneidwerkzeugantriebshauptwellen (33a, 33b) mit einer Betätigungseinrichtung bewegt wird, und ein Bolzenbewegungsmittel (52) aufweist, welches eine Druckkraft der Schneidwerkzeugantriebshauptwellen (33a, 33b) in einer Axialrichtung in eine Richtung senkrecht zu der Achse an einer Endflächenseite der Schneidwerkzeugantriebshauptwellen (33a, 33b) umwandelt, um die Exzenterbolzen (34a, 34b) in eine Exzentrizitätsmaßeinstellrichtung zu bewegen.

7. Drehschneideinrichtung für die Kurbelwelle gemäß Anspruch 5, wobei das Exzentrizitätsmaßeinstellmittel (50) ein Exzentrizitätsmaßänderungsmittel (70) aufweist, welches zwischen den Endflächen der Schneidwerkzeugantriebshauptwellen (33a, 33b) und hinteren Teilen der Exzenterbolzen (72b) vorgesehen ist und eine Mehrzahl von Positionierungen der Exzenterbolzen (72b) in einer Exzentrizitätsmaßeinstellrichtung mittels einer Einstellungsänderung manuell durchführt.

8. Drehschneidverfahren zum Durchführen des Drehschneidens eines exzentrischen Teils (2) einer Kurbelwelle (1), aufweisend die Schritte:
Abstützen beider Endabschnitte der Kurbelwelle (1) zum Durchführen des Drehschneidens des exzentrischen Teils (2); und
Drehen der Kurbelwelle (1) von zumindest einer Endseite der beiden Endabschnitte mit einem Hauptlagerzapfen (3) als ein Zentrum, und Durchführen einer Kurbeldrehung einer Schneidkantenposition eines Werkzeugs (31) synchron mit der Drehung des exzentrischen Teils (2) mit dem Hauptlagerzapfen (3) als das Zentrum.

9. Drehschneidverfahren zum Durchführen des Drehschneidens eines exzentrischen Teils (2) einer Kurbelwelle (1), aufweisend die Schritte:
Abstützen beider Endabschnitte der Kurbelwelle (1) zum Durchführen des Drehschneidens des exzentrischen Teils (2);
Drehen der Kurbelwelle (1) von zumindest einer Endseite der beiden Endabschnitte mit einem Hauptlagerzapfen (3) als ein Zentrum; und
Drehen zweier Schneidwerkzeugantriebshauptwellen (33a, 33b), welche parallel zu einer Axialrichtung der Kurbelwelle (1) synchron mit der Drehung des exzentrischen Teils (2) mit dem Hauptlagerzapfen (3) als das Zentrum vorgesehen sind, und einen Werkzeughalter (32) über jeweilige Exzenterbolzen (34a, 34b) drehbar antreiben, welche an den einen Endflächen der Schneidwerkzeugantriebshauptwellen (33a, 33b) vorgesehen sind, wodurch eine Schneidkantenposition des Werkzeugs (31), das an dem Werkzeughalter (32) vorgesehen ist, eine Kurbeldrehung synchron mit der Drehung des exzentrischen Teils (2) durchführt.