CN101218056B - 用于切削加工曲轴的方法以及用于实施该方法的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于切削加工曲轴的方法，其中应该同时进行轴承宽度和油环的加工，为此使用一种带有多个切削嵌件(10、14)的盘形的外铣刀，这些切削嵌件中的一部分用于加工曲轴的轴承底，而另一部分用于加工与轴承底相邻的油环。按本发明根据当前油环加工余量选择用于加工油环的切削嵌件的定位角(κ)，对于每个用于加工油环的切削嵌件的有效切屑厚度hmax限于一个预先确定的最大值。此外本发明涉及一种用于实施该方法的装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于切削加工曲轴的方法。此外本发明涉及一种用于实施该方法的装置。
背景技术
加工曲轴是困难的，因为曲轴由其长度决定是一个不稳定的工件，它具有偏心的旋转对称的表面，它们作为连杆轴承的外壳面和曲柄臂表面包括油环在内必须进行加工。为了加工曲轴，按现有技术提出多种方法，如车削、内铣、旋转拉削、车削-旋转拉削或外铣，其中经常使用外铣。为了能在短的加工时间内廉价地制造大量的曲轴，例如在EP 0 830228 B1中提出一种铣削方法，其中这样用外铣刀进行切削加工，切削速度大于160m/min、切屑厚度在0.1mm至0.3mm范围内并且外铣刀带有切削嵌件的的小的切削弧长。为了加工连杆轴承使用切向夹紧的正的切削嵌件。所谓的曲轴的高速铣削具有可观的成本优势，因为能显著地使曲轴的加工时间减小。然而对于加工成本其它因素仍然是决定性的，即在此未讨论的切削嵌件的决定刀寿命的耐磨性、刀具的节拍时间也就是不同切削步骤的次序以及参与每个切削步骤的刀的数量。
按现有技术连杆轴承外壳面(轴承宽度)和油环通过彼此接连的切削刀具加工，其中取决于曲轴的加工余量通过进给只能实现一种切屑厚度。然而在多种情况下需要制造的角半径小于油环加工余量，这导致在某些切削区域内切削更高的最大切屑厚度，这会导致涉及的切削嵌件的相应高的磨损。单个切削嵌件的刀(刀刃)的过载使该切削嵌件变得无用，以至于与其它切削嵌件的刀的磨损状况无关必需更换刀具，该刀具更换决定性地影响每根曲轴的节拍时间并且从而影响加工成本。
发明内容
因此本发明的目的是，给出一种装置和一种方法，其中使切削力减小以便保护横向夹紧的切削嵌件。
本发明提出一种用于切削加工曲轴的方法，其中应该先后或同时进行轴承宽度(Lagerbreite)和油环
的加工，为此使用一种带有多个切削嵌件的盘形的外铣刀，这些切削嵌件中的一部分用于加工曲轴的轴承底(Lagergrund)，并且另一部分用于加工与轴承底相邻的油环，按本发明取决于曲轴的当前油环加工余量选择用于加工油环的切削嵌件的定位角κ，其中对于每个用于加工油环的切削嵌件的有效切屑厚度hmax限于一个可预先确定的最大值。
为此本发明还提出一种用于实施该方法的装置，包括一个盘形的外铣刀，在该外铣刀的圆周上设置切向和横向夹紧的切削嵌件，按本发明横向夹紧的切削嵌件在定位角方面可调节地设置，例如以所谓的刀具盒的方式。
按本发明的方法的另一种实施方式，为了进一步降低有效切屑厚度，增加用于油环加工的切削刀具的数量，优选加倍，这带来的结果是使有效的最大切屑厚度减半。
所述方法以及装置的优点在于提高所谓的刀具使用寿命以及按最小化每个成品的成本的意义降低成本。可以独立于加工余量的情况可靠地调节铣削过程，尤其可以使由各个刀具切除的有效切屑厚度互相适应，以便起作用的切削刀具在支座也就是盘形外铣刀上均匀受载。总之在由需要加工的给定的预定值方面优化整个切削过程。尤其是用于形成油环的横向切削嵌件可以取决于曲轴的当前加工余量在一个定位角下装在刀具支座内或者调节，以便在每个切削操作中实现预先确定的值hmax eff。当提高用于加工油环的起作用的刀的数量时，可以按相应的方式减小有效切屑宽度。在横向夹紧的切削嵌件由于定位角而已经达到小的有效尺寸hmax的区域内不需要附加的刀。
刀具成本由多种成分构成。除了纯粹的制造成本外由寿命决定的刀具成本也属于此类。此外要考虑加工时间以及用于刀具换装的成本。所谓的转位式刀片具有多个可用的刀，然而刀的数量在结构上受到限制。因此可用的刀刃的数量在开头所述的切削嵌件中限于四个。
为了能用刀刃轮廓实现扩展的加工可能性，提出横向夹紧的切削嵌件，其中至少一对刀刃阶梯形地构成，并且具有两个凸形的段以及一个在其间的凹形的段，其中外面的凸形的段延及大于180°的角度尺寸。
通过一种这样的刀刃形状可以切削阶梯形的轮廓例如曲轴的油环，其中同时可以成形一个曲柄臂、油环，以及轴颈轴承角部或底切部。
下面描述切削嵌件的其它实施方式。
优选相应两对刀刃阶梯形地构成，以便切削嵌件在绕着横轴线旋转180°时是旋转对称的，或者相对于一个横截面镜面对称。因此总共产生四个一致的刀刃，它们可以依次使用。
为了刀刃的稳定性，沿着刀刃设有一个棱面，该棱面优选在-15°的(负的)棱角下和/或用0.1至0.2mm的棱面宽度来设置。
采用的切削前角、尤其是紧接着棱面的切削前角在0°至20°之间，优选选择为正10°。
为了在刀片座内更好地支承切削嵌件，切削嵌件在中间区域内具有分别垂直于平的底面的平的侧面。
如前面已经提到过的，可以这样选择刀刃的曲率半径，以便用该刀刃在一个操作中按希望的最终尺寸切削阶梯形轮廓。为此尤其是对于曲轴加工，曲率半径在刀刃的凹形区域内选择为1.5±0.1mm，并且在刀刃的凸形区域内在一侧选择为1.5±0.1mm，而在另一侧选择为1.4±0.1mm。然而按本发明也可以使用其它刀刃曲率半径。
同样优选可以选择一种切削嵌件实施方式，其中靠到凸形区域上的共同的切线与底面构成35°±5°的角度。
按本发明的另一种实施方式，延及大于180°的刀刃区域通过直线的刀刃段过渡到邻近的底面上，其中该刀刃段与底面构成≤5°的角度。
最后按本发明的一种优选的实施方式，凸形和凹形的刀刃段相对于切削嵌件的纵向中心轴线倾斜一个在20°、优选10°以下的角度。
附图说明
下面借助于对附图的解释给出本发明其它实施方式及其优点。其中：
图1 包括两个加工刀具的曲轴的部分横截面的原理草图，
图2 具有初始轮廓、需要制造的轮廓以及定位角对有效切屑厚度的作用的曲轴段的横截面图，
图3 加工余量或切屑厚度与定位角相关的关系，
图4 按本发明的最佳的制造外形的另一视图，
图5 横向设置的切削嵌件的俯视图，
图6 按图5的切削嵌件的侧视图(朝刀刃轮廓俯视)，
图7 切削嵌件的刀刃轮廓的放大的视图，
图8 切削嵌件的刀刃区域内的部分剖面图，
图9 另一切削嵌件的侧视图。
具体实施方式
按现有技术所谓的盘形外铣刀是已知的，该外铣刀在其圆周上具有切向和径向夹紧的切削刀具，所述切削刀具可以相应用于制造连杆轴承外壳面
包括邻接的曲柄臂或底切部在内的所谓的油环。
按现有技术已知的是，通过相应单独的铣刀先后进行不同的切削操作，其中对于外铣刀的每个切削操作，其旋转轴线平行于曲轴的旋转轴线或纵轴线，径向朝着曲轴的方向进给到加工位置上。曲轴以及外铣刀都旋转，其中铣刀的旋转速度比曲轴的旋转速度大得多。优选曲轴以及铣刀的旋转方向在加工时是相同的。通过不同的旋转速度在铣削操作过程中可以制造连杆轴承的每个外壳点(Mantelpunkt)或一个完整的油环。
图1示出包括三个切削嵌件的曲轴的部分横截面图，其中切削嵌件9和10用其起作用的主刀11确定角半径12以及外壳面13的轮廓。此外图1示出一个切削嵌件14，该切削嵌件用于制造曲柄臂面15以及油环的角半径16。切削嵌件9、10和14在其它相应构成的切削刀片旁边设置在外铣刀上，该外铣刀不仅轴向沿着双箭头17的方向而且径向沿着双箭头18的方向活动地设置。图2示出三根互相重叠的曲线，即一根带有角半径12的第一曲线；一根带有角半径R的第二曲线19，该第二曲线相应于需要制造的油环；一根第三曲线，该第三曲线示出需要加工的带有加工余量的曲轴的横截面图。尤其是在角半径小于油环加工余量的情况下，自动对于确定的切削区域需要完全构成用于制造的最大切屑厚度。在图2中示出不同的点hmax1、hmax2和hmax3，它们分别涉及到有效值。根据调节的切角κ1或κ2分别产生一个不同的切除量H。原因在于不同于在构成为直线的刀刃中的情况，尺寸hmax随着定位角而变化。相应的曲线在图3中给出，在那儿在曲线21中相对于定位角κ描绘了hmax的变化。图3中的第二曲线22示出相应取决于切削嵌件的定位角的加工余量。
本发明的目标在于，在已知加工余量的情况下调节切削嵌件的定位角，以便使有效的切屑厚度均匀化，也就是说避免在确定的切削区域内的峰值。如图2所示，不同的定位角总是必然导致不同的有效切屑厚度hmax。在实现预先确定的切屑厚度的地方，按本发明的方法的一种优选的实施方式规定，加倍刀的数量也就是切削嵌件的数量，以便在保持相同的进给的情况下切屑厚度减半。在图2和4中标记为hmax3和hmax 3a的区域内由于低要求的切削功率，最小数量的刀是足够的。
曲线19的在图2中标注的半径R用于确定必须选择多大的距离尺寸H，该距离尺寸从相应径向也就是垂直于轴向延伸的表面部分中得出，该半径用于确定在一个确定点上有哪个值hmax，因为所述半径以及加工余量在切削加工前是已知的，所以通过多次定向校准地调节定位角κ可以实现基本上均匀的切屑厚度，该切屑厚度围绕预先确定的值最大波动30％。通过所述措施避免离散的刀刃的单个切削力过载，以便可以增加整套切削嵌件的寿命，该寿命由“最薄弱的部分”决定。
对于制造按曲线23的轮廓也可以使用切削嵌件10，该切削嵌件被预压和烧结，然而不被精整。用于切削所述曲线19的切削嵌件14不仅沿轴向而且沿径向在切削嵌件10的前面，以便所述的切削嵌件可以轮廓精确地成型磨削。
在图5至8中示出一种切削嵌件，该切削嵌件代替横向夹紧的切削嵌件10和14，因为它由于其阶梯形构成的刀刃而在径向进给运动中可以切削曲柄臂和油环的整个轮廓，直到角半径12。在切削嵌件旋转180°后也可以制造底切部。
在图5至8中示出的切削嵌件具有两个互相平行设置的平的底面110、111，所述底面被一个贯穿的孔112穿过。所述的孔用于接纳夹紧螺钉，借助于该夹紧螺钉将切削嵌件径向或横向固定在一个盘形铣刀上。底面110、111在其较短的边缘上过渡到倒圆的端面上，所述端面相应在侧面由刀刃限定。刀刃阶梯形地构成，并且包括两个凸形的刀刃段113和114以及一个在其间的凹形的刀刃段115。用于凸形的刀刃段的半径R1和R3可以是相同尺寸的，例如1.5mm，或者可以是不同的。相应对于凹形的刀刃段的半径R2也适用。
切削嵌件具有一个棱面116，该棱面沿着刀刃段113至115延伸。所述棱面在-15°的棱角下倾斜。同样由图8示出的切削前角b为+10°。棱面宽度例如为0.15mm。
在相应垂直于平的底面110和111的中间区域内设有平的侧面117、118。
在附图中示出的特殊形状中，凸形的刀刃段113和114的共同的切线119与底面110或111构成大约35°的角度。此外由图7可见一条切线120，该切线在过渡到相应底面上时靠到刀刃段113的末段上。所述切线120与底面构成一个大约为4°的角度。
根据在图5中的视图，刀刃113至115相对于切削嵌件的纵向中心轴线121倾斜一个倾斜角c，该倾斜角优选在10°以下。
切削嵌件总共具有四个起作用可利用的刀刃，用所述刀刃尤其可以加工阶梯形的油环轮廓，其中或者末段122或123根据切削嵌件的夹紧方向用于制造曲柄臂轮廓。
在图9中示出的切削嵌件与按图5至8的切削嵌件的不同之处主要在于，它不是旋转对称于轴线，而是对称于横截面200。因此产生较长的底面210和较短的底面211。此外凸形的半径R3′和R1′根据不同的切削目的不同地选择，它们在凹形的半径R2′在0.5mm之下时大约为2.3mm。
前述的切削嵌件在切削面上可以具有以凹陷或隆起的形式的切削形状或切削导向件。切削嵌件由硬质合金或金属陶瓷材料制成，它必要时也可以有涂层。典型的涂层材料是碳化物、氮化物、IVa至VIa金属的氧化物以及氧化铝，但也可以是金刚石涂层。
Claims (13)
1.用于切削加工曲轴的方法，其中同时进行轴承宽度和油环的加工，为此使用一种带有多个切削嵌件(9、10、14)的盘形的外铣刀，这些切削嵌件中的一部分用于加工曲轴的轴承底，而另一部分用于加工与轴承底相邻的油环，其特征在于：根据当前油环加工余量选择用于加工油环的切削嵌件(10、14)的定位角(κ)，对于每个用于加工油环的切削嵌件的有效切屑厚度hmax限于一个预先确定的最大值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：为了进一步降低有效切屑厚度，对用于油环加工的切削嵌件的数量进行增加。
3.用于实施根据权利要求1或2所述的方法的装置，包括一个盘形的外铣刀，在该外铣刀的圆周上设置切向和横向夹紧的切削嵌件(9、10、14)，其特征在于：横向夹紧的切削嵌件(10、14)的定位角(κ)能够可变地调节。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：横向设置切削嵌件，包括两个互相平行地设置的平的底面(110、111；210、211)，所述底面分别被用于接纳夹紧螺钉的孔(112)穿过，并且所述底面在其较短的边缘上过渡到倒圆的端面，所述端面分别在侧面由刀刃限定，其中至少一对刀刃阶梯形地构成并且具有两个凸形的段(113、114)以及一个在两凸形段之间的凹形的段(115)，其中外面的凸形的段(113)延及大于180°的角度尺寸。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：两对刀刃相应阶梯形地构成，以便横向设置的切削嵌件是在绕着横轴线旋转180°时旋转对称的或者是相对于一个横截面镜面对称的。
6.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于：沿着横向夹紧的切削嵌件的刀刃设置一个棱面(116)。
7.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于：横向夹紧的切削嵌件的切削前角(b)沿着刀刃在0°至20°之间。
8.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于：在相应垂直于平的底面(110、111)的中间区域内构成平的侧面(117、118)。
9.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于：横向夹紧的切削嵌件的曲率半径(R2)在刀刃的凹形的段(115)内为1.5±0.1mm，并且在刀刃的凸形的段(113、114)内在一侧为1.5±0.1mm，而在另一侧为1.4±0.1mm。
10.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于：靠到凸形的段上的共同的切线(119)与底面(110、111)构成35°±5°的角度。
11.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于：延及大于180°的凸形的段在基本上直线的刀刃段(122)上与底面(110、111)构成≤5°的角度。
12.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于：横向夹紧的切削嵌件的刀刃的凹形和凸形的段(113、114、115)相对于切削嵌件的纵向中心轴线(121)倾斜一个在20°以下的角度(c)。
13.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述棱面(116)具有-15°的负棱角(a)和/或具有0.1至0.2mm的棱面宽度。
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