DD267693A1

DD267693A1 - METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING LARGE-VOLUME HIGH-ACCURACY CIRCULAR DISCS OR CURVE DISCS

Info

Publication number: DD267693A1
Application number: DD31007687A
Authority: DD
Inventors: Wilfried Rothe
Original assignee: Rostock Dieselmotoren
Priority date: 1987-12-08
Filing date: 1987-12-08
Publication date: 1989-05-10

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von Kurvenscheiben oder -paketen mit Plan- und/oder Mantelkurven auf einem CNC-Bearbeitungszentrum. Die Bearbeitung des Werkstueckes erfolgt in der Weise, dass nach Herstellung einer Spannflaeche als Bezugsbasis alle nachfolgenden Arbeitsoperationen, einschliesslich der thermischen Oberflaechenbehandlung in einer Aufspannung erfolgt, wobei die Drehachse des Werkstueckes vertikal orientiert ist und die Schnitt-, Vorschub- oder rotatorische Positionierbewegung mittels der spielfrei angetriebenen Planscheibe erfolgt und dass fuer alle Dreh- und Fraeswerkzeuge ein horizontalgefuehrter Universalsupport mit Werkzeugwechsel und fuer den Schleifprozess ein separat horizontalgefuehrter Schleifsupport vorgesehen ist und dass fuer die thermische Oberflaechenbehandlung ein Laser sowohl am Universalsupport, an einem Seitensupport oder an einem separat stationierten Standroboter mittels der CNC-Steuerung gefuehrt werden kann. FigurThe invention relates to a method and apparatus for producing cams or packages with plan and / or mantle curves on a CNC machining center. The processing of the workpiece is done in such a way that after production of a clamping surface as the reference base all subsequent work operations, including the thermal surface treatment in a single clamping, the axis of rotation of the workpiece is oriented vertically and the cutting, feed or rotary positioning by means of play driven face plate and that for all turning and milling tools a horizontally guided universal support with tool change and for the grinding process a separately horizontally guided grinding support is provided and that for the thermal surface treatment a laser on the universal support, on a side support or on a separately stationary robot by means of the CNC Control can be performed. figure

Description

Alle bisher bekannten Maschinen zur Bearbeitung von Kurvenbahnen von großvolumigen hochgenauen Kurvenscheiben oder Kurvenpaketen arbeiten mit einer horizontalorientierten Werkstückachse und ebenfalls horizontal zur Werkstückachse achsparallel und/oder orthogonal orientierter(n) Werkzeugspindel(n).All previously known machines for processing curved paths of large-volume high-precision cams or cam sets work with a horizontally oriented workpiece axis and also horizontally to the workpiece axis axially parallel and / or orthogonally oriented (s) tool spindle (s).

Dieses Verfahren hat insbesondere bei der Bearbeitung großvolumiger Kurvenscheiben (> 500mm) mit großen Hubverhältnissen den Nachteil, daß die auftretenden Masseträgheitskräfte die Einhaltung der exakten Formgene wgkeit wesentlich erschweren bzw. verhindern. Die Verringerung der Wirkung der Massenträgheitskräfte erfordert einen erheblichen maschinen- und/oder vorrichtungstechnischen Aufwand.This method has the disadvantage, in particular in the processing of large-volume cams (> 500 mm) with large lifting ratios, that the inertia forces that occur considerably complicate or prevent compliance with the exact shape genre. The reduction of the effect of inertia forces requires considerable machine and / or device complexity.

Ein auf Basis einer vertikalorientierten Werkstuck- und Werkzeugachse zum Fräsen von Kurvenbahnen konzipiertes System (siehe CH-PS 554 211) besitzt als Werkstückträger einen Kreuzschiebe- bzw. Kreuzschieberundtisch. Damit ist bei großvolumigen schweren Bauteilen die Einhaltung der exakten Formgenauigkeit, insbesondere in den Wendepunkten und Nullstellen (üuadrantenwechsel) der Kurven nicht einzuhalten, da hier die Umkehrspanne mehrerer Achsen gleichzeitig wirkt. Außerdem besitzt diese Lösung den Nachteil eines erhöhten steuerungstechnischen Aufwandes, bedingt durch die Mehrachsensteuerung. Ungeeignet ist dieses System für die Herstellung von Plankurven.A designed on the basis of a vertically oriented Werkstuck- and tool axis for milling curved paths system (see CH-PS 554 211) has as a workpiece carrier a Kreuzschiebe- or Kreuzschieberundtisch. Thus, in large-volume heavy components adherence to the exact dimensional accuracy, especially in the turning points and zeros (üuadrantenwechsel) of the curves can not be maintained, since the reverse span of several axes acts simultaneously. In addition, this solution has the disadvantage of increased control engineering effort, due to the multi-axis control. This system is unsuitable for the production of plan curves.

Object of the invention

Die Erfindung hat dos Ziel, die Herstellung großvolumiger, hochgenauer einzelner Kurvenscheiben oder -pakete mit Plan- und/oder Mantelkurven mit hoher Effektivität bei Einhaltung der geforderten Qualitäten in Komplettbearbeitung '(ostensparend zu sichernThe invention has the goal, the production of large-volume, high-precision individual cams or packages with plan and / or mantle curves with high effectiveness in compliance with the required qualities in complete processing '(east savings to secure

Insbesondere soll erreicht werden, daß In particular, it should be achieved that

— die Produktionsdurchlaufzeit verringert wird- The production cycle time is reduced

— die Fertigungszeit verringert wird- The production time is reduced

— der Transportaufwand (Mittel und Wege) verringert wird- The transport costs (ways and means) is reduced

— der manuelle Arbeitsaufwand verringert wird- The manual workload is reduced

— die Qualität bezüglich der Formgenauigkeit der Kurvenbahn und der Lagegenauigkeit zwischen funktionsbestimmten Formelementen verbessert wirdThe quality with regard to the shape accuracy of the curved path and the positional accuracy between functionally determined shaped elements is improved

— der Aufwand an zur Herstellung erforderlichen Werkzeugmaschinen und Anlagen verringert wird- The cost of required for the production of machine tools and equipment is reduced

— eine Kontinuierliche und volle Auslastung der eingesetzten Maschinen gewährleistet wird.- A continuous and full utilization of the machines used is guaranteed.

Explanation of the essence of the invention

Die Aufgabe der Erfindung orientiert auf ein Verfahren und die dazu erforderliche Einrichtung zur kompletten, rationellen und qualitätsgerechten Herstellung großvolumiger Kurvenscheiben oder -pakete mit Plan- und/oder Mantelkurven mit geringstem manuellem Aufwand, wobei negative Einflüsse auf die Form- und Lagegenauigkeit während der Bearbeitung, z. B. durch die Wirkung von Trägheitskräften und Fehler durch mehrfaches Umspannen, auszuschließen sind. Insbesondere soll erreicht werden, daß der Steueraufwand verringert wird und daß die erforderlichen Arbeitsschritte in einer Aufspannung des Werkstückes ausgeführt werden.The object of the invention is based on a method and the device required for the complete, efficient and quality-oriented production of large-volume cams or packages with plan and / or mantle curves with minimal manual effort, with negative effects on the shape and position accuracy during processing, z. B. by the action of inertial forces and errors due to multiple re-clamping, are excluded. In particular, it should be achieved that the control effort is reduced and that the necessary steps are performed in a clamping of the workpiece.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß zur kompletten Herstellung großvolumiger hochgenauer Kurvenscheiben oder -pakete mit Plan- und/oder Mantelkurven ein vertikalen ientiertes CNC-gesteuertes Bearbeitungszentrum zum Einsatz kommt. Dieses Bearbeitungszentrum umfaßt als Werkstückträger eine horizontal liegende Planscheibe mit spielfreiem Antrieb zur Erzeugung einer Schnitt-, Vorschub- oder Positionierbewegung. Diesem Aggregat sind ein oder zwei Ständer zugeordnet, an denen parallel zur Pianscheibenoberfläche ein fester oder höhenverstellbarer Querbalken angeordnet ist. Auf dem Querbalken sind mindestens zwei Querbalkensupporte gelagert, wobei ein Support als Schleifsupport und der zweite Support als Universalsupport mit zugeordnetem Werkzeugwechselsystem zur Ausführung der erforderlichen Arbeitsoperationen Drehen, Fräsen, Bohren, Messen und thermische Oberflächenbehandlung (Härten) ausgebildet ist. Eine Ausführungsvariante kann auch darin bestehen, daß für das Drehen und die thermische Oberflächenbehandlung ein gesonderter Seitensupport vorgesehen ist bzw. daß zur thermischen Oberflächenbehandlung ein mit der Maschinensteuerung gekoppelter Standroboter neben der Planscheibe vorgesehen ist. Für die thermische Oberflächenbehandlung (Härten) ist ein energieleistungsstarker Laser vorgesehen.The solution according to the invention is that for the complete production of large-volume high-precision cams or packages with plan and / or mantle curves a vertical ientiertes CNC-controlled machining center is used. This machining center comprises as a workpiece carrier a horizontal face plate with backlash-free drive for generating a cutting, feed or positioning movement. One or two stands are assigned to this unit, on which a fixed or height-adjustable transverse bar is arranged parallel to the Pianscheibenoberfläche. At least two crossbeam supports are supported on the crossbeam, one support being designed as a grinding support and the second support being a universal support with an associated tool change system for carrying out the necessary work operations such as turning, milling, drilling, measuring and thermal surface treatment (hardening). A variant may also consist in that for the turning and the thermal surface treatment, a separate side support is provided or that is provided for thermal surface treatment coupled with the machine control floor robot next to the face plate. For the thermal surface treatment (hardening) an energy-strong laser is provided.

Das Meßsystem ist in bekannter Weise so ausgeführt, daß eine in-process-Messung für einen automatisierten Werkzeugwechsel und/oder den Werkstückwechsel möglich ist.The measuring system is designed in a known manner so that an in-process measurement for an automated tool change and / or the workpiece change is possible.

Die Verfahrensweise zur kompletten Herstellung von einzelnen großvolumigen hochgenauen Kurvenscheiben oder -paketen mit Plan- und/oder Mantelkurven bestätigen folgende Arbeitsschritte:The procedure for the complete production of individual large-volume high-precision cams or packages with plan and / or mantle curves confirm the following steps:

— Bearbeitung einer Stirnseite des Kurvenscheiben- oder Kurvenscheibenpaketrohlings als Grundfläche (Bezugsfläche) durch Drehen oder Fräsen und gegebenenfalls Schleifen auf dem Bearboitungszentrum unter Einsatz des Universal- und/oder Seitensupports- Machining an end face of the cam disc or cam disc blank as a base (reference surface) by turning or milling and optionally grinding on the Bearboitungszentrum using the universal and / or side support

— Umspannen des Rohlings — Auflage auf der zuvor fertigbearbeiteten Grundfläche- Clamping the blank - Pad on the previously finished base

— Bearbeitung der Oberseite und wenn vorhanden der Zentrumsbohrung mittels der Verfahren der spanenden Formgebung, wie Drehen, Fräsen, Schleifen unter Einsatz des Universal-, Seiten- und Schleifsupportes- Machining the top and, if present, the center hole by means of machining processes such as turning, milling, grinding using universal, side and grinding support

— Bearbeitung erforderlicher koaxialer Nebenformelemente, wie Bohrungen, Gewinde, Nuten, Anflächungen unter Einsatz des Universalsupportes mittels der Verfahren der spanenden Formung, wie Bohren, Fräsen, Gewindeschneiden- Machining required coaxial auxiliary features, such as holes, threads, grooves, flats using the universal support by means of the methods of machining, such as drilling, milling, thread cutting

— Bearbeitung erforderlicher radialer Nebenformelemente unter Nutzung von geeigneten Zusatzgeräten, wie Winkelfräs- und Bohrgeräte unter Einsatz des Universalsupports- Machining required radial secondary features using appropriate accessories, such as angle milling and drilling equipment using the universal support

— Vorbearbeitung der Bahnkontur der Plan- und/oder Mantelkurven durch aufeinanderfolgende Arbeitsoperationen Schruppfräsen, Schlichtfräsen und Vorschleifen unter Einsatz des Universalsupports für das Fräsen und den Schleifsupport für das Vorschleifen- Pre-machining of the contour of the plan and / or mantle curves by successive working operations roughing, finish milling and rough grinding using the universal support for milling and grinding support for pre-grinding

— Oberflächenhärten der Plan- und/oder Mantelkurven unter Verwendung eines thermischen partiell wirkenden Verfahrens, insbesondere durch Einsatz eines Lasers unter Einsatz des Universal· oder Seitensupports bzw. eines separat stationierten, mit dem CNC-Bearbeitungszentrum steuerungstechnisch gekoppelten Standroboters- Surface hardening of the plan and / or mantle curves using a thermal partially acting method, in particular by using a laser using the universal or side support or a separately stationed, with the CNC machining center control technology coupled floor robot

— Fertigbearbeitung der Bankkontur der Plan· und/oder Mantelfläche durch Schleifen und der dazu in funktioneller Lageabhängigkeit stehenden Formelemente durch ein spanendes Beerbe längsverfahren ur Feinbearbeitung, vorzugsweise durch Schleifen unter Einsatz des Schleifsupportes- Finishing of the bank contour of the plan and / or lateral surface by grinding and standing in functional position dependency form elements by a cutting Beerbe longitudinal process ur Feinbearbeitung, preferably by grinding using the Schleifsupportes

— Meßtechnische Überprüfung der Bahn- und Formgeometrie und Entnahme des fertigbearbeiteten Werkstückes- Meßtechnische review of the web and shape geometry and removal of the finished workpiece

Die Vorteile der vorgeschlagenen Lösung bestehen darin, daß auf einer einzigen Bearbeitungsmaschine alle notwendigen Arbeitsoperationen zur Herstellung großvolumiger hochgenauer Kurvenscheiben oder -pakete sowohl mit Plan- und/oder Mantelkurven ausgeführt werden können. Dabei ist sichergestellt, daß ein mehrfaches Umspannen mit den schädlichen Wirkungen auf die Einhaltung der Lagerposition der zueinander zugeordneten Formelemente des Werkstückes zwischen den einzelnen Arbeitsoperationen ausgeschaltet wird. Ebenso reduziert sich da nit der sonst erforderliche Trensportaufwand mit der Gefahr der Beschädigung des Werkstückes.The advantages of the proposed solution are that on a single machine all necessary work operations for the production of large-volume high-precision cams or packages can be performed both with plan and / or mantle curves. It is ensured that a multiple clamping with the harmful effects on compliance with the storage position of the mutually associated form elements of the workpiece between the individual work operations is turned off. Likewise, this reduces the otherwise necessary Trensportaufwand with the risk of damage to the workpiece.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß die schädliche Wirkung der Massenträgheitskräfte, die besonders bei großvolumigen Werkstücken auftreten, auf die Einhaltung der Fo^rmgeomotrie durch die vertikale Orientierung des Bearbeitungszentrums ausgeschlossen wird.Another significant advantage is that the harmful effect of the inertia forces, which occur especially in large-volume workpieces, on the adherence to the Fo ^r mgeomotrie by the vertical orientation of the machining center is excluded.

Insgesamt ist festzustellen, daß durch dieses Bearbeitungszentrum eine Floduziarung des maschinentechnischen Aufwandes gegenüber sonst erfo derlicher Einzweckmaschinen erreich! wird. Damit roduziert sich der Platzbedarf auf ein Minimum. Gleichzeitig wird eine hohe Auslastung der Maschine sichergestellt und die erforderliche Zahl von Arbeitskräften vermindert. Im Ergebnis dieser Vorteile wird eine hohe Effektivität und Produktivität bei gleichzeitiger Sicherung einer hohen Werkstückqualität erreicht.Overall, it should be noted that by this machining center a Floduziarung the mechanical complexity compared to otherwise erfo individual single-purpose machines reach! becomes. This reduces the space requirement to a minimum. At the same time a high utilization of the machine is ensured and reduces the required number of workers. As a result of these advantages, high efficiency and productivity are achieved while securing high quality workpieces.

embodiment

Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel nochmals verdeutlicht werden. Als Ausführungsbeispiel wird dazu eine Einrichtung zur effektiven qualitätsgerechten Bearbeitung grc ßvolumiger, hochgenauer Kurvenscheiben und -pakete mit Plan- und/oder Mantelkurven in prinziphafter Weise dargestellt.In the following, the invention will be clarified again on an exemplary embodiment. As an exemplary embodiment, a device for effective quality-compliant machining of large-volume, high-precision cam disks and packages with plan and / or mantle curves is shown in principle.

Wie die Abbildung zeigt, wird das Werkstück 1 auf der Planscheibe 2 gespannt. Diese führt auf dem Untersatz 3 eine Schnitt-, Vorschub- oder Positionsbewegung aus. Der Untersatz 3 ist mit dem St ander 4 fest verbunden. Am Ständer 4 befindet sich ein Querbalken 5, der zur Führung der beiden Querbalkensupporte 6 und 7 dien· Der rechte Support ist hierbei als Schleifsupport ausgeführt. Der linke Support ist ein Universalsupport 7, der für die Arbeitsoperation Drehen die Planscheibendrehung als Schnittbewegung ausnutzt und für die weiteren spanenden Arbeitsope'ationen, wie Bohren, Fräsen, Gewindeschneiden über einen eigenen Spindelmotor 12 zur Ausführung der Schnittbewegung verfügt und der in seinem Werkzeugträger die Funktionseinheit einer thermischen Oberflächenbehandlungsanlage vorzugsweise einen Laser aufnehmen kann. Gesteuert wird das Bearbeitungszentrum mit einer CNC-Steuerung 8. Zur Sicherung einer mechanischen Bearbeitung mit geringem Wärmeeintrag wurde das Bearbeitungszentrum mit einer Kühlmitteleinrichtung 9 ausgerüstet. Als zusätzliche Automatisierungseinrichtung dienen Meßeinrichtungen 10 zur in-procoss-Messung und zum automatischen Werkzeugwechsel 11 für den Universalsupport.As the figure shows, the workpiece 1 is clamped on the face plate 2. This performs on the pedestal 3 a cut, feed or position movement. The pedestal 3 is fixedly connected to the other 4 St. On the stand 4 there is a transverse bar 5 which serves to guide the two transverse bar supports 6 and 7. The right support is hereby designed as grinding support. The left support is a universal support 7, which makes use of the faceplate rotation as a cutting movement for the turning operation, and which has its own spindle motor 12 for further cutting operations, such as drilling, milling, tapping, to carry out the cutting motion and the functional unit in its tool carrier a thermal surface treatment system can preferably receive a laser. The machining center is controlled by a CNC control 8. To ensure a mechanical machining with low heat input, the machining center was equipped with a coolant device 9. As an additional automation device are measuring devices 10 for in-procoss measurement and automatic tool change 11 for universal support.

In der Darstellung wurde nicht die Möglichkeit der Anordnung eines Seitsnsupportes bzw. die Stationierung eines Standroboters für die thermische Oberflächenbehandlungseinheit dargestellt.The illustration did not show the possibility of arranging a side support or the stationing of a floor robot for the thermal surface treatment unit.

Bei der Bearbeitung wird jeweils mittels einer der beiden Supporte das technologisch vorgesehene Werkzeug zur spanenden Bearbeitung oder Oberflächenbehandlung zum Eingriff gebracht. Die Vurfahronsschritte entsprechen der in der Offenbarung dargestellten Reihenfolge.During machining, the technologically planned tool for machining or surface treatment is brought into engagement by means of one of the two supports. The training steps correspond to the order shown in the disclosure.

Claims

-1- 267 «93 Claims:

1. A process for the production of large-volume high-precision cams or packages with plan and / or mantle curves in a complete manner on a machining center, characterized in that after production of a frontal base (reference base) all technologically subsequent work operations of the cutting shaping and the thermal surface treatment (hardening ) for the production of axial, coaxial and radial auxiliary elements, such as the center bore, the mounting hole, the channels, the threads, the grooves and flats and in particular the web contours with vertical orientation of the axis of rotation of the workpiece in one clamping on a horizontally-lying faceplate (2) takes place, the faceplate (2) according to the technological sequence performs a cutting, feed or rotational position movement and that according to the technological sequence at the same time the respective tool of positionable Supports (6 and 7 ) is brought into working position, wherein the control of the working means by a CNC control unit (8) takes place.

2. A method for producing large-volume high-precision cams or packages according to claim 1, characterized in that partial operations, such as the turning and the thermal surface treatment by means of a side support or for the thermal surface treatment, a standing next to the face plate stationary robot is used.

3. Device for producing large-volume high-precision cams or packages with PlanundVoder mantle curves with complete processing in a machining center, characterized in that the machining center is designed with a CNC control in a known manner and that this machining center of a horizontally-facing faceplate (2) is connected to a drive without play, consists of one or two stands (4) are assigned to which a fixed or height-adjustable transverse bar (5) is mounted parallel to the face surface and that this cross bar (5) at least two horizontally positionable supports (6 and 7 ), wherein a support as grinding support (6) and the second Si pport as universal support (7) is formed and that the universal support a tool change system (11) with the associated work equipment, such as turning, milling and drilling tools and Winkelfräs- and Drills and an in-process Meßein unit (10) and a thermal surface treatment unit is preferably equipped and assigned to a laser.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that for selected working operations, in particular for external turning and for the thermal surface treatment in addition to the universal support (7) a side support or for the thermal surface treatment in addition to the face plate (2) stationary robot is provided, which is directly interlocked with the CNC control unit (8) of the machining center. ·

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Field of application of the invention

The invention relates to a method and device for the complete machining of large-volume, highly accurate individual cams or cam sets, in particular cams with plan and / or mantle curves.

Characteristic of the known technical solution

The production of cams or cam sets, in particular the cams with plan and / or mantle curves was previously in the way that starting from a produced by prototyping, forming, thermal cutting or similar suitable method blanks in several operations by cutting shaping, such as turning, Drilling, milling, grinding and a thermal surface treatment to improve the wear properties was carried out. The separation of the operations took place with respect to the execution of plan and mantle curves. Overall, each operation was carried out separately on a special machine or plant. In particular, for the processing of the curved paths are pure single-purpose machines used.

Disadvantages of this procedure are the increased production throughput times caused by the multiple changes of the processing machine, including the transport paths u ⁿ d -mittel necessary for this purpose, which are reduced by multiple re-clamping of reduced accuracies, in particular the position of the functional element. .mmenden form elements to each other and the non-continuous and full utilization of the machines, especially the single-purpose machines.