DE102004043404A1

DE102004043404A1 - Verfahren zur Bearbeitung von Rotationsteilen

Info

Publication number: DE102004043404A1
Application number: DE102004043404A
Authority: DE
Inventors: Peter Reim; Werner Hüttig; August Baumann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2004-09-08
Filing date: 2004-09-08
Publication date: 2006-03-09
Also published as: DE502005003683D1; US20080102736A1; JP5022899B2; EP1807243B1; KR20070052298A; WO2006027161A1; ATE391580T1; ES2304712T3; RU2359802C2; US7507147B2; KR101218376B1; RU2007112910A; EP1807243A1; CN101022919A; JP2008512255A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung von Rotationsteilen, umfassend mindestens einen Arbeitsschritt, in dem ein Schleifen mindestens einer Fläche des in einer Vorrichtung eingespannten Werkstücks erfolgt, wobei in das für den Schleifvorgang eingespannte Werkstück (10) in der gleichen Einspannvorrichtung (11, 12) mittels eines Bohrwerkzeugs (13) mindestens eine stirnseitige Bohrung eingebracht wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung von Rotationsteilen umfassend mindestens einen Arbeitsschritt, in dem ein Schleifen mindestens einer Fläche des in einer Vorrichtung eingespannten Werkstücks erfolgt.
Die Bearbeitung von Rotationsteilen, beispielsweise Kurbelwellen oder dergleichen in der Automobilindustrie ist mit hohem Fertigungsaufwand verbunden. In der Regel werden alle relevanten Flächen eines solchen Rotationsteils mindestens einem Schleifarbeitsgang unterzogen. Andere Arbeitsgänge an dem Werkstück, wie beispielsweise das Einbringen einer stirnseitigen Bohrung erfordern bei Rotationsteilen der genannten Art, beispielsweise Kurbelwellen eine hohe Präzision. Das Einbringen einer solchen Bohrung erfolgte daher bislang in einer separaten Sondermaschine. Nach dem Stand der Technik ist somit für einen solchen Arbeitsgang eine Sondermaschine, eine eigene Arbeitsfolge und damit verbunden das erneute Einspannen des Werkstücks notwendig. Dies führt zu hohen Investitions- und Fertigungskosten.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Bearbeitung von Rotationsteilen der vorgenannten Gattung zu vereinfachen, zur Senkung der Fertigungskosten bei Erzielung einer hohen Prozesssicherheit unter Erhalt von Werkstücken mit hohem Qualitätsstandard.

Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bearbeitung von Rotationsteilen der eingangs genannten Gattung mit dem kennzeichnenden Merkmal des Hauptanspruchs. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in das für den Schleifvorgang eingespannte Werkstück in der gleichen Einspannvorrichtung mittels eines Bohrwerkzeugs mindestens eine stirnseitige Bohrung eingebracht wird. Erfindungsgemäß ist somit ein erneutes Einspannen des Werkstücks in einer dazu vorgesehenen Sondermaschine mit eigener Arbeitsfolge nicht mehr notwendig. Das Bohren, zum Beispiel das Einbringen einer stirnseitigen Passbohrung in ein Rotationsteil, beispielsweise in einen Kurbelwellenflansch erfolgt in der gleichen Einspannvorrichtung, in der auch der Schleifvorgang erfolgt. Dies kann in einer dazu geeigneten Einspannvorrichtung erfolgen. Beispielsweise kann man während eines Schleifvorgangs das Werkstück mindestens jeweils an beiden Enden in einer Einspannvorrichtung einspannen und für den Bohrvorgang die Einspannvorrichtung an mindestens einem Ende lösen und dort ein Spannfutter für ein Bohrwerkzeug anordnen, welches dann die gewünschte stirnseitige Bohrung ausführt. Vorzugsweise wird in das Werkstück stirnseitig mindestens eine Feinbohrung beziehungsweise Präzisionsbohrung eingebracht.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann man vorsehen, dass nach Lösen einer Spannvorrichtung mindestens an einem Ende der Einspannung eine zusätzliche Führung des Werkstücks am Umfang geschaffen wird durch ein dazu geeignetes Führungselement, beispielsweise eine Führungslünette. Der in der Einspannvorrichtung an dem Werkzeug vorgenommene Schleifvorgang umfasst vorzugsweise mindestens ein CBN-Schleifen mittels einer Schleifscheibe.

Bislang werden Kurbelwellen in der Regel unabhängig von der Leistungsklasse mit einem hohen Fertigungsaufwand produziert. Beispielsweise werden unter anderem die Passlager nahezu aller Kurbelwellen gedreht und festgewalzt mittels einer separaten Maschine beziehungsweise Arbeitsfolge. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann diese Arbeitsfolge des Drehens und Festwalzens der Passlager entfallen und durch Schleifen der Passlager ersetzt werden. Dieses Schleifen der Passlager kann beispielsweise in der ohnehin vorgenommenen Operation des Flansch-Zapfen-Schleifens erfolgen. Auf diese Weise lassen sich die Fertigungskosten bei der Herstellung derartiger Rotationsteile, insbesondere Kurbelwellen, erheblich senken.

Bei Kurbelwellen erfolgt nach dem Stand der Technik in der Regel eine Finish-Bearbeitung, unabhängig von den Anforderungen an die Kurbelwelle. Dabei werden beispielsweise Haupt-, Hublager, Flansch und Zapfen der Kurbelwelle poliert. Dieser Arbeitsgang des Polierens kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung entfallen und durch einen geeigneten Schleifvorgang ersetzt werden, insbesondere durch CBN-Schleifen. In diesem Fall können Rauheiten von zum Beispiel in der Größenordnung von etwa 2 μm erzielt werden. Bei Optimierung können noch weitere Feinheiten für R₂ erreicht werden, beispielsweise wenn Probleme auftreten im Bereich einer Ölkanalbohrung, einer Rille im Lager oder dergleichen. Wenn die Finish-Bearbeitung des Rotationsbauteils, insbesondere bei Kurbelwellen entfällt, führt dies ebenfalls zu einer weiteren erheblichen Reduzierung der Herstellkosten.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Rotationsbauteil, insbesondere eine Kurbelwelle, welches nach einem Verfahren der vorgenannten Art hergestellt wurde. Die in den Unteransprüchen genannten Merkmale betreffen bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen

1 eine schematisch vereinfachte Ansicht einer für verschiedene Arbeitsgänge eingespannten Kurbelwelle;

2 eine vergrößerte Detailansicht eines Ausschnitts II von 1.

Zunächst wird auf 1 Bezug genommen. Die Darstellung zeigt schematisch stark vereinfacht eine Maschine zur Bearbeitung von Rotationsteilen, insbesondere Kurbelwellen. Diese Maschine umfasst eine erste Antriebseinheit 17, sowie eine zweite Antriebseinheit 16, so dass man das Rotationsteil 10 von beiden Enden her bearbeiten kann. Es ist weiterhin eine Einspannvorrichtung vorgesehen, umfassend ein erstes Spannfutter 11 zur Einspannung des Rotationsteils 10 an seinem einen Ende und ein zweites Spannfutter 12 zur Einspannung des Rotationsteils an seinem anderen Ende, wobei die Einspannvorrichtung so ausgebildet ist, dass mittels der Antriebseinheiten 16, 17 das Rotationsteil 10 um seine Achse 18 gedreht werden kann. Es kann sinnvoll sein, wenn zusätzliche Führungselemente vorgesehen sind zur Führung des Werkstücks beispielsweise am Umfang, insbesondere dann, wenn ein einseitiges Lösen einer der Spannvorrichtungen vorgesehen ist, um einen Bohrvorgang im stirnseitigen Bereich auszuführen. Dazu hat die erfindungsgemäße Maschine eine Führungslünette 14, die für eine Führung beziehungsweise Abstützung am Umfang des Werkstücks sorgt.
1 zeigt die für einen Schleifvorgang eingespannte Kurbelwelle 10, die an beiden Enden über die Spannfutter 11, 12 eingespannt ist. Für den Schleifvorgang kann beispielsweise eine Schleifscheibe 15 verwendet werden, die um eine Achse 19 rotierbar antreibbar ist und die mittels einer geeigneten Vorrichtung 20 einen Vorschub in Richtung auf das Werkstück 10 vollziehen kann (siehe Doppelpfeil in 1).
Nachfolgend wird auf 2 Bezug genommen und die Bearbeitung des Werkstücks 10 von der Stirnseite her näher erläutert. 2 zeigt einen vergrößerten Detailausschnitt im linken Endbereich der Kurbelwelle 10. Man erkennt, dass das Spannfutter 11 zurückgezogen wurde, wobei die Spannelemente 11a gelöst wurden, so dass an dem in der Zeichnung linken Ende der Kurbelwelle 10 die ursprüngliche Einspannung nicht mehr gegeben ist. Man sieht auch durch Vergleich mit 1, dass durch das Zurückfahren des Spannfutters 11 eine gewisse Distanz zwischen dem Spannfutter 11 und der stirnseitigen Fläche 21 der Kurbelwelle gegeben ist. In das speziell dafür ausgebildete Spannfutter 11 kann nun ein Werkzeug, beispielsweise ein Feinbohrwerkzeug 13 eingespannt werden, welches eine stirnseitige Präzisionsbohrung in den Flansch 22 der Kurbelwelle 10 einbringt. Da die Einspannung gelöst wurde, dient die Führungslünette 14 nun in diesem Endbereich zur Abstützung der Kurbelwelle 10. In dem anderen Endbereich der Kurbelwelle 10 bleibt die Einspannung in dem zweiten Spannfutter 12 wie in 1 dargestellt auch bei dem Bearbeiten mit dem Feinbohrwerkzeug 13 erhalten. In der in 2 dargestellten Einspannposition der Kurbelwelle 10 kann das Bohren einfach durch den Vorschub des Feinbohrwerkzeugs 13 erfolgen. Nach dem Einbringen der Bohrung in die stirnseitige Fläche 21 des Flansches 22 der Kurbelwelle 10 wird das Feinbohrwerkzeug zurückgezogen, es wird aus dem Spannfutter 11 entfernt und falls dies erforderlich ist kann die Kurbelwelle 10 über die Spannelemente 11a erneut eingespannt werden für weitere Bearbeitungsvorgänge, zum Beispiel Schleifen der Oberfläche oder dergleichen. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht somit darin, dass Arbeitsgänge an der Oberfläche wie Schleifen und Bohrvorgänge im stirnseitigen Bereich in der gleichen Maschine im Prinzip in der gleichen Einspannung erfolgen können.

10: Werkstück
11: Einspannvorrichtung
11a: Spannelemente
12: Einspannvorrichtung
13: Bohrwerkzeug
14: Führungselement
15: Schleifscheibe
16: Antriebseinheit
17: Antriebseinheit
18: Achse
19: Achse
20: Vorrichtung
21: stirnseitige Fläche
22: Flansch

Claims

Verfahren zur Bearbeitung von Rotationsteilen umfassend mindestens einen Arbeitsschritt, in dem ein Schleifen mindestens einer Fläche des in einer Vorrichtung eingespannten Werkstücks erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass in das für den Schleifvorgang eingespannte Werkstück (10) in der gleichen Einspannvorrichtung (11, 12) mittels eines Bohrwerkzeugs (13) mindestens eine stirnseitige Bohrung eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses mindestens einen Schleifvorgang durch CBN-Schleifen mittels einer Schleifscheibe (15) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass stirnseitig in das Werkstück mindestens eine Feinbohrung beziehungsweise Präzisionsbohrung eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Schleifvorgangs das Werkstück mindestens jeweils an beiden Enden in einer Einspannvorrichtung, vorzugsweise jeweils in Spannfuttern eingespannt ist, für den Bohrvorgang die Einspannung an mindestens einem Ende gelöst und dort ein Spannfutter (11) für ein Bohrwerkzeug (13) angeordnet wird, welches die stirnseitige Bohrung ausführt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens nach Lösen einer Spannvorrichtung eine zusätzliche Führung des Werkstücks am Umfang durch ein Führungselement (14), vorzugsweise eine Führungslünette vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das bearbeitete Rotationsteil eine Kurbelwelle ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Feinbohrschritt eine stirnseitige Passbohrung in den Kurbelwellenflansch eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitung der Oberfläche des Werkstücks durch Schleifen, vorzugsweise CBN- Schleifen unter Belassung eines gewissen Rauheitsgrads ohne nachfolgende Finishbearbeitung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Fertigschleifen des Werkstücks in der Vorrichtung erfolgt und ein nachfolgendes Polieren des Werkstücks nicht vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitung der Passlager der Kurbelwelle durch Schleifen in der gleichen Vorrichtung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifen der Passlager im gleichen Arbeitsgang erfolgt wie das Schleifen von Flanschen und/oder Zapfen der Kurbelwelle.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifen der Passlager ohne vorheriges Festwalzen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeiten aller relevanten Flächen einer Kurbelwelle in der gleichen Vorrichtung, vorzugsweise in einer Einspannung erfolgt.
Rotationsbauteil, insbesondere Kurbelwelle, dadurch gekennzeichnet, dass dieses nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 hergestellt wurde.