Die
Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine sowie eine Bearbeitungsvorrichtung
zum Verfestigen von hoch belasteten Bauteilen, insbesondere von
Radienübergängen an
Kurbelwellen für
Brennkraftmaschinen oder ähnlicher
Bauteile.The
The invention relates to a machine tool and a processing device
for solidifying highly stressed components, in particular of
Radius transitions on
Crankshafts for
Internal combustion engines or similar
Components.
Stand der TechnikState of the art
Im
Stand der Technik sind verschiedene Arten von Werkzeugmaschinen
und Verfahren zur Bearbeitung von im Betrieb hoch belasteten metallischen
Bauteilen, wie zum Beispiel Kurbelwellen bekannt.in the
State of the art are various types of machine tools
and method for processing of highly loaded metallic in operation
Components, such as crankshafts known.
Aus DE 15 83 412 ist es beispielsweise
bekannt, dass durch eine Oberflächenbehandlung
von Eisenwerkstoffen in Form von Glattwalzen, Festwalzen, Kugelstrahlen,
Hämmern,
u.a., eine Steigerung der Bauteildauerfestigkeit erreicht werden
kann. Eine derartige Oberflächenbehandlung
erzeugt durch Umformen im Bauteil oberflächennahe Druckspannungen, die
zur Erhöhung
der Dauerfestigkeit führen. Insbesondere
Kurbelwellen in Brennkraftmaschinen sind besonders hohen Biege-
und Torsionswechselbeanspruchungen im Betrieb ausgesetzt. Die höchsten Beanspruchungen
treten hier einerseits in den Übergängen zwischen
den Hauptlagern und den Kurbelwangen sowie andererseits zwi schen
den Kurbelwangen und den Hublagern auf. Stand der Technik ist, dass
diese Übergänge zur
Reduzierung der Kerbwirkung nicht scharfkantig, sondern in Form
von Radien ausgebildet werden. Zudem sind verschiedene Verfahren
und Produktionsmittel (Maschinen, Anlagen, Einrichtungen, Vorrichtungen,
Verfahren und Werkzeuge) bekannt, mit deren Hilfe sich diese Übergangsradien
auf mechanischem Wege verfestigen lassen. Alternativ oder ergänzend zu
den oben genannten Verfahren, die bei Raumtemperatur durchgeführt werden,
kommen thermische Behandlungen, wie beispielsweise Induktionshärten, an
Kurbelwellenradienübergängen zur
industriellen Anwendung.Out DE 15 83 412 It is known, for example, that an increase in the component fatigue strength can be achieved by surface treatment of iron materials in the form of smooth rolls, deep rolling, shot peening, hammering, etc. Such a surface treatment produced by forming in the component near-surface compressive stresses, which lead to increase the fatigue strength. In particular, crankshafts in internal combustion engines are exposed to particularly high bending and Torsionswechselbeanspruchungen in operation. The highest stresses occur here on the one hand in the transitions between the main bearings and the crank webs and on the other hand between tween the crank webs and the hub bearings. The state of the art is that these transitions to reduce the notch effect are not sharp-edged, but are formed in the form of radii. In addition, various methods and means of production (machines, plants, facilities, devices, processes and tools) are known, with the help of which these transition radii can be strengthened by mechanical means. Alternatively or in addition to the above-mentioned processes, which are carried out at room temperature, thermal treatments, such as induction hardening, are applied to crankshaft radii for industrial use.
Für die Behandlung
von Pkw-Kurbelwellen – besonders
solcher aus Eisenguss – hat
sich das Festwalzen bzw. Rollieren der Radienübergänge im Stand der Technik bewährt. Unter
einer hohen statischen Vorspannung drückt jeweils eine Hartmetallrolle
auf den Übergangsradius,
verformt diesen plastisch und bringt dadurch Druckeigenspannungen
in das Werkstück
ein. Auf der Gegenseite werden die Verformungskräfte über eine zangenartige Vorrichtung
aufgefangen, die sich automatisch öffnen und schließen lässt. Dieses
Verfahren ist gut automatisierbar und wird heute in der Großserienfertigung
angewandt. Besonders vorteilhaft ist, dass der Ablauf für eine Kurbelwelle
vollständig
ohne jeglichen Bedienereingriff, das heißt automatisch vor sich geht und
eine Vielzahl von Radienübergängen an
einer Kurbelwelle gleichzeitig behandelt werden können.For the treatment
of car crankshafts - especially
such from cast iron - has
the solid rolling or rolling of the radii transitions in the prior art is proven. Under
a high static preload pushes a carbide roller
on the transition radius,
deforms this plastically and thereby brings pressure compressive stresses
into the workpiece
one. On the opposite side, the deformation forces on a pliers-like device
intercepted, which automatically opens and closes. This
Process is easy to automate and is today in mass production
applied. It is particularly advantageous that the sequence for a crankshaft
Completely
without any operator intervention, that is automatically going on and
a variety of radius transitions
a crankshaft can be treated simultaneously.
Eine
Reihe von anderen bekannten Erfindungen entwickeln den Grundgedanken
des Festwalzens weiter. So werden in DE
16 02 657 zum Verfestigen keine Rollen, sondern linear
beweglich geführte
geradlinige Walzstangen eingesetzt. Alle diese Verfahren arbeiten
mit einer statischen Vorspannung; die Umformenergie wird nicht impulsförmig hämmernd sondern
gleichmäßig in das
Werkstück
eingebracht. Dagegen sind aus DE
29 20 889 und DE 30 37
668 Verfahren zum Kaltwalzen bekannt, bei dem die Walzkraft
pulsiert. Hier handelt es sich im Gegensatz zu vorliegender Erfindung
nach wie vor um einen Walzprozess, bei dem lediglich die statische
Walzkraft in pulsierender Form in Abhängigkeit mit der Werkstückdrehung
verändert
wird. Hier hat die pulsierende Walzkraft vorrangig den Effekt der
Verbesserung der Werkstückoberflächenqualität. Aus DE 32 24 268 ist eine Maschine
zum Festwalzen der Radienübergänge an Kurbelwellen
bekannt, an der sich die Walzwerkzeuge zur Bearbeitung der Hubzapfenradien
in angrenzenden Hauptlagern der Kurbelweile über Hebel abstützen. Diese
mechanisch anspruchsvolle Lösung
ist sehr unflexibel, wenn unterschiedliche Kurbelwellentypen mit
unterschiedlichen Zapfengeometrien und Hüben bearbeitet werden sollen.A number of other known inventions continue to develop the basic idea of deep rolling. So be in DE 16 02 657 For solidifying no rollers, but used linearly movable guided straight rods. All of these methods operate with a static bias; the forming energy is not pulsed hammering but evenly introduced into the workpiece. On the other hand are off DE 29 20 889 and DE 30 37 668 Method for cold rolling known, in which the rolling force pulsates. In contrast to the present invention, this is still a rolling process in which only the static rolling force is changed in pulsating form as a function of the workpiece rotation. Here, the pulsating rolling force has primarily the effect of improving the workpiece surface quality. Out DE 32 24 268 a machine for deep rolling the radii transitions to crankshafts is known, at which the rolling tools for machining the Hubzapfenradien in adjacent main bearings of the Kurbelweile supported by levers. This mechanically demanding solution is very inflexible when different types of crankshafts with different pin geometries and strokes are to be processed.
Mit
den gleichen Nachteilen beschreibt DE 33
20 370 eine andere mechanische Zwangsführung des Walzwerkzeuges über zwei
einstellbare Hilfskurbelwellen. In DE
102 02 547 wird ein Verfahren beschrieben, zum Zwecke der
Optimierung der Kurbelwellenfestigkeit den festgewalzten Radienübergang zwischen
Hublager und angrenzender Kurbelwange unsymmetrisch auszuführen. Aus DE 102 02 574 ist es bekannt,
dass durch eine gezielte Variation der Festwalzkräfte während der
Kurbelwellendrehung ungewollte Verformungen aus vorangegangenen Prozessschritten
eliminiert werden können.
Mit Hilfe der gesteuerten Walzkräfte
können
Kurbelwellen bspw. nach einer Wärmebehandlung
hierdurch gerichtet werden.Describes with the same disadvantages DE 33 20 370 another mechanical positive guidance of the rolling tool via two adjustable auxiliary crankshafts. In DE 102 02 547 For the purpose of optimizing the crankshaft strength, a method is described for asymmetrically carrying out the tightly rolled radius transition between the stroke bearing and the adjacent crank web. Out DE 102 02 574 it is known that undesired deformations from previous process steps can be eliminated by a targeted variation of the deep rolling forces during crankshaft rotation. By means of the controlled rolling forces, crankshafts can be directed, for example, after a heat treatment.
In DE 102 35 957 wird ein
Verfahren beschrieben, bei dem nach dem Festwalzen von Radienübergängen die
Lagerstellen an Kurbelwellen zerspanend nachbearbeitet werden, um
die Nutzbreite der Lagerstelle zu verbessern. Die Möglichkeit
des gleichzeitigen Festwalzens eines Radienübergangs an zwei gegenüberliegenden
Seiten des Werkstücks nach DE 102 45 396 ist besonders für die Bearbeitung
dünnwandiger
Bauteile-wie bspw. Turbinenschaufeln – interessant. Nach DE 103 08 124 ist ein mehrstufiger
Walzvorgang bekannt, bei dem zur Vermeidung von Anrissen die Druckeigenspannungen im
Werkstück
näher an
die Werkstückoberfläche verlagert
werden. Hier werden sequenziell mit unterschiedlichen Walzen partielle
Zonen von Radienübergängen an
Kurbelwellen verfestigt.In DE 102 35 957 a method is described in which, after the deep rolling of radii transitions, the bearing points are machined to crankshafts to improve the useful width of the bearing. The possibility of simultaneously deep rolling a radius transition on two opposite sides of the workpiece after DE 102 45 396 is particularly interesting for machining thin-walled components such as turbine blades. To DE 103 08 124 is a multi-stage rolling process is known in which the pressure residual stresses in the workpiece are moved closer to the workpiece surface to avoid cracking. Here are sequentially solidified with different rollers partial zones of radii transitions to crankshafts.
Weitere
bekannte Erfindungen, wie z.B. DE 102
09 301 , DE 102 22 197 , DE 102 30 526 oder DE 103 18 766 betreffen
unterschiedliche Ausführungsformen
für Werkzeuge
bzw. Vorrichtungen zum Festwalzen der Übergangszonen zwischen den
Lagerstellen und Kurbelwangen an Kurbelwellen. Beim Festwalzen werden
im Gegensatz zum unten beschriebenen Schlagverfestigen vorgespannte
drehbare Rollen als Umformwerkzeuge verwendet. Aus DE 103 40 267 ist bekannt, dass Rollierwerkzeuge
infolge ihrer konventionellen Abstützung relativ rasch verschleißen. Deshalb
ist hier eine kugelähnliche
Lagerung des Festwalzwerkzeugs vorgeschlagen. Hydrostatisch gelagerte
Wälzkörper als
Walzwerkzeuge nach DE 195 34
631 sollen eine bessere Maßgenauigkeit des Werkstücks nach
dem Festwalzen ergeben bzw. eine Begrenzung der Walzkraft ermöglichen. Letzteres
ist besonders für
dünnwandige
Werkstücke von
Bedeutung. Für
sogenannte Split-Pin-Kurbelwellen werden in DE 103 57 441 zum Festwalzen zwei Gehäuse mit
spezieller Abstützung
der Walzrollen vorgeschlagen. Eine typische Festwalzmaschine in Scherenbauweise
zur gleichzeitigen Bearbeitung mehrerer Übergangsradien an Kurbelwellen
ist aus DE 197 22 308 bekannt.
Dabei befinden sich die Werkzeugvorrichtungen zur Bearbeitung der
Hubzapfenradienübergänge in Aufhängevorrichtungen, welche
während
der Kurbelwellendrehung dem jeweiligen Kurbelwellenhub folgen.Other known inventions, such as DE 102 09 301 . DE 102 22 197 . DE 102 30 526 or DE 103 18 766 relate to different embodiments of tools or devices for deep rolling the transition zones between the bearings and crank arms to crankshafts. In the case of deep rolling, in contrast to the impact hardening described below, prestressed rotatable rolls are used as forming tools. Out DE 103 40 267 It is known that burnishing tools wear relatively quickly due to their conventional support. Therefore, a ball-like mounting of the deep rolling tool is proposed here. Hydrostatically supported rolling elements as rolling tools DE 195 34 631 should give a better dimensional accuracy of the workpiece after deep rolling or allow a limitation of the rolling force. The latter is particularly important for thin-walled workpieces. For so-called split-pin crankshafts are used in DE 103 57 441 for rolling two housing proposed with special support of the rolling rolls. A typical scissor-type deep-rolling machine for the simultaneous machining of several transition radii to crankshafts is out DE 197 22 308 known. In this case, the tool devices for machining the Hubzapfenradienübergänge in suspension devices, which follow the crankshaft rotation during each crankshaft stroke.
In DE 43 29 610 und DE 102 00 774 werden Werkzeugmaschinen
zur Bearbeitung von Kurbelwellen beschrieben. Diese Maschinen sind mit
verfahrbaren Werkzeugrevolvern und positionierbaren Lünetten ausgerüstet. Mit
Hilfe dieser Maschinen können
Bearbeitungen an zentrischen Kurbelwellenquerschnittsprofilen ausgeführt werden.
Zur Bearbeitung der Hubzapfen wird die jeweilige Kurbelwelle in ihrer
Aufnahme um den Betrag des Kurbelhubs relativ zu ihrer ursprünglichen
Hauptlagerachse derart außermittig
verschoben, dass die Hublagerachse in die Maschinenachse der Drehbewegung
der Werkzeugmaschine fällt
und somit eine „quasi
zentrische" Bearbeitung
erfolgen kann. Einen anderen Lösungsansatz
zur konstruktiven Ausgestaltung der Festwalzmaschine verfolgt DE 33 33 603 . Hier wird
das jeweilige Festwalzwerkzeug über
eine relativ aufwändige,
mehrgliedrige Gelenkkette positioniert und bei der Bearbeitung geführt. Jedem
Hubzapfen ist ein Werkzeugsatz zum Festwalzen zugeordnet.In DE 43 29 610 and DE 102 00 774 are described machine tools for machining crankshafts. These machines are equipped with movable tool turrets and positionable steady rests. With the help of these machines, machining on centric crankshaft cross-section profiles can be carried out. For machining the crank pins, the respective crankshaft is displaced eccentrically in its seat by the amount of the crank stroke relative to its original main bearing axle such that the crank bearing axle falls into the machine axis of the rotary movement of the machine tool and thus a "quasi-centric" machining can take place pursued to the structural design of the deep rolling machine DE 33 33 603 , Here, the respective deep rolling tool is positioned over a relatively complex, multi-link articulated chain and guided during processing. Each crankpin is assigned a tool set for deep rolling.
Die
bisher angeführten
Lösungen
nach dem Stand der Technik betreffen das Kaltverfestigen mit Hilfe
rotierender Werkzeuge, sogenanntes Festwalzrollen, die auf das rotierende
Werkstück
unter hoher statischer Vorspannung drücken und während der Bearbeitung auf der
Werkstückoberfläche abwälzen oder
gleiten. Die Umformung am Werkstück
erfolgt durch hohe Flächenpressung,
die die Festigkeit des Werkstoffs des Werkstücks lokal überschreitet. Es sind aber
auch thermische Verfahren zur Härtung
der Übergangsradien
bekannt, z.B. aus DE 22 09 945 . Eine
lokal noch höhere
Flächenpressung-ohne
beim Festwalzen noch höhere
Kräfte
aufbringen zu müssen – kann auf
mechanischem Wege dadurch erreicht werden, dass die Berührfläche zwischen
dem Werkzeug und der zu verfestigenden Werkstückzone reduziert wird. In DE 21 52 921 wird dies durch
den Einsatz einer Kugel anstatt einer Rolle als Umformwerkzeug erreicht.
Eine weitere Steigerung der lokalen Flächenpressung wird dadurch erreicht,
dass die Wirkrichtung exakt in die Kurvennormale der Werkstückoberfläche gelegt
wird und die Umformkraft impulsförmig
in das Werkstück
eingeleitet wird. Dem Rechnung tragend wird mit DE 34 38 742 ein Verfahren und eine
Vorrichtung vorgeschlagen, die Dauerfestigkeit von Kurbelwellen
durch Hämmern
der Radienübergänge zu verbessern. Über eine
periodisch niederfrequente, hydraulische Anregung wird eine Hartmetallkugel
auf bzw. in den jeweiligen Übergangsradius
geschlagen, während
die Drehbewegung des angetriebenen Werkstücks kurzeitig unterbrochen
wird. Da die Krafteinleitung schlagartig bzw. impulsförmig erfolgt,
kann die örtliche
Flächenpressung
an der Werkstückoberfläche im Vergleich
zum Rollieren mit statischer Vorspannung ein Mehrfaches erreichen.
Die Wirktiefe der Werkstückverfestigung ist
durch das Schlagverfestigen vergleichsweise höher. Durch das Schlagverfestigen
erfolgt an der Werkstückoberfläche infolge
plastischer Deformationen eine lokale Materialverdrängung. Die
durch das impulsförmige
Einschlagen/Eindrücken
des Werkzeugs in die Werkstückoberfläche sich
ergebenden Randkrater werden beim darauffolgenden Schlag wegen der
zwischenzeitlich stattgefundenen Drehbewegung des Werkstücks teilweise
wieder geglättet. Die
zerspanende Feinbearbeitung im Folgeprozess nach dem Schlagverfestigen
trägt die
Reste dieser Materialanhäufungen
ab, ohne dass die durch das Schlagverfestigen in die Kurbeiwelle
eingebrachten Druckeigenspannungen in nennenswerter Höhe wieder
abgebaut werden. Die Wirktiefe der Schlagverfestigung im Werkstück ist erheblich
größer, als
die bei der Feinbearbeitung im Folgeprozess abzutragenden Reste
der Materialanhäufungen
samt Bearbeitungszugabe. Im Vergleich zum Festwalzen bzw. Rollieren
der Radienübergänge an Kurbelwellen
hat das Schlagverfestigen den Vorteil, dass sowohl die axiale als
auch die radiale Wirktiefe der in die Kurbelwelle eingebrachten
Druckeigenspannungen höher ausfällt. Dieser
Vorteil ist besonders bei Kurbelwellen für leistungsstärkere Lkw-Motoren
bedeutsam, da hier an Gusskurbelwellen durch Festwalzen/Rollieren
keine ausreichende Dauerfestigkeitssteigerung erzielt werden kann.
Deshalb wird das Festigkeitspotenzial des Werkstückwerkstoffs nur durch das Schlagverfestigen
optimal ausgenutzt.The above-mentioned solutions according to the prior art relate to the work hardening by means of rotating tools, so-called deep rolling rollers which press on the rotating workpiece under high static bias and roll or slide on the workpiece surface during machining. The forming on the workpiece is done by high surface pressure, which exceeds the strength of the material of the workpiece locally. But there are also known thermal methods for curing the transition radii, for example DE 22 09 945 , A locally even higher surface pressure - without having to apply even higher forces during deep rolling - can be achieved by mechanical means, that the contact surface between the tool and the workpiece zone to be solidified is reduced. In DE 21 52 921 This is achieved by using a ball instead of a roll as a forming tool. A further increase in the local surface pressure is achieved in that the effective direction is placed exactly in the curve normal of the workpiece surface and the forming force is pulsed introduced into the workpiece. The bill is with DE 34 38 742 a method and an apparatus proposed to improve the fatigue strength of crankshafts by hammering the radii transitions. About a periodic low-frequency, hydraulic excitation a hard metal ball is beaten on or in the respective transition radius, while the rotational movement of the driven workpiece is briefly interrupted. Since the introduction of force abruptly or pulse-shaped, the local surface pressure on the workpiece surface can achieve a multiple compared to rolling with static bias. The effective depth of work hardening is comparatively higher due to impact hardening. As a result of the impact hardening, local material displacement takes place on the workpiece surface as a result of plastic deformation. The edge craters resulting from the pulse-like impact / indentation of the tool into the workpiece surface are partially smoothed in the subsequent stroke because of the intermediate rotational movement of the workpiece. The fine machining in the subsequent process after impact hardening carries off the remainders of these accumulations of material, without any significant reduction in the residual compressive stresses introduced by the impact hardening into the thermal wave. The effective depth of impact hardening in the workpiece is considerably greater than the remnants of the accumulations of material to be removed during fine machining in the subsequent process, together with machining allowances. In comparison to the deep rolling or rolling of the radii transitions on crankshafts, impact hardening has the advantage that both the axial and the radial depth of action of the compressive stresses introduced into the crankshaft are higher. This advantage is particularly important for crankshafts for more powerful truck engines, as here on cast crankshafts by deep rolling / rolling a sufficient increase in fatigue strength can not be achieved. Therefore, the strength potential of the workpiece material is optimally utilized only by impact hardening.
Das
mit DE 34 38 742 bekannte
Verfahren ist aufgrund des Platzbedarfs für die Vorrichtung jedoch nur
bei größeren Kurbelwellen
anwendbar. Zudem hat es den Nachteil, dass die Vorrichtung für das Verfestigen
der Kurbelwellenradien manuell angelegt und montiert werden muss.
Nach der Bearbeitung der an eine Lagerstelle angrenzenden Radienübergänge muss
die Bearbeitungsvorrichtung manuell gelöst und über der nächsten Lagerstelle manuell montiert
werden. Es ist aber auch möglich,
mehrere Vorrichtungen an verschiedenen Bearbeitungsstellen an einem
Werkstück
zu montieren und mehrere Radienübergänge hauptzeitparallel
zu bearbeiten. Während
der Bearbeitung ist die Bearbeitungsvorrichtung um das Werkstück geschlossen.
Die Bearbeitungsvorrichtung wird auf der der Bearbeitungsstelle
gegenüberliegenden
Seite in einem Prisma von der Lagerstelle selbst geführt bzw.
zentriert. Um hier keine Schäden
infolge der Reibung zwischen den Abstützflächen und dem Werkstück in die
Werkstückoberfläche zu bringen,
ist eine gute Schmierung erforderlich. Der Antrieb für die Drehbewegung
des Werkstücks arbeitet
nicht kontinuierlich sondern schrittweise. Jeweils zwischen den
Verfestigungsschlägen
erfolgt die Weiterteilung in die nächste Drehposition. Demnach erfordert
dieses Verfahren angewendet bei der Kurbelwelle relativ lange Rüstzeiten
und bedingt lange Nebenzeiten. Für
die Großserienfertigung
ist diese Lösung
ungeeignet. Zudem ist sie wegen des erforderlichen Schmierstoffeinsatzes
als nicht gerade umweltfreundlich zu bezeichnen.That with DE 34 38 742 However, known method is due to the space required for the device, however only applicable for larger crankshafts. In addition, it has the disadvantage that the device for solidifying the crankshaft radii must be manually created and mounted. After processing the adjacent to a bearing radii transitions, the processing device must be released manually and manually mounted on the next bearing point. However, it is also possible to mount a plurality of devices at different processing points on a workpiece and to process a plurality of radius transitions in parallel to the main time. During machining, the machining device is closed around the workpiece. The processing device is guided or centered on the side opposite the processing point in a prism of the bearing itself. In order to bring here no damage due to the friction between the support surfaces and the workpiece in the workpiece surface, a good lubrication is required. The drive for the rotational movement of the workpiece does not work continuously but gradually. In each case between the solidification strokes the distribution takes place in the next rotational position. Accordingly, this method used in the crankshaft requires relatively long set-up times and relatively long non-productive times. For mass production, this solution is unsuitable. In addition, because of the required use of lubricant, it is not exactly environmentally friendly.
Einen ähnlichen
Ansatz wie DE 34 38 742 verfolgt DE 21 52 921 . Hier werden
mit wesentlich geringeren impulsförmigen Kräften, die pneumatisch erzeugt
werden, die Oberflächenverfestigung
sowie die Oberflächenglättung vorgenommen.
Kennzeichnend ist hier jedoch, dass wie beim Festwalzen mit einer
statischen Vorspannkraft gearbeitet wird, der eine vibrierende,
radial auf die Werkstückoberfläche gerichtete
Kraft überlagert
ist. Das Werkzeug zum Verfestigen des Werkstücks ist eine drehbar gelagerte
Kugel, die in einem Halter aufgenommen ist. Der Halter wiederum
ist am Plansupport bzw. Träger
einer konventionellen Drehmaschine befestigt. Diese Lösung eignet
sich nicht zum Bearbeiten der Übergangsradien
an den Hublagern in einer Aufspannung mit den Übergangsradien an Hauptlagern,
da das Werkzeug bei zentrischer Einspannung (entlang der Hauptlagerachse)
der Bewegung der Kurbelwellenhublager während der Werkstückdrehung
nicht folgen kann.A similar approach as DE 34 38 742 tracked DE 21 52 921 , Here are made with much lower pulse-shaped forces that are generated pneumatically, surface hardening and surface smoothing. Characteristic here, however, is that, as in the case of deep rolling, a static prestressing force is used, which is superimposed on a vibrating force directed radially on the workpiece surface. The tool for solidifying the workpiece is a rotatably mounted ball which is received in a holder. The holder in turn is attached to the plan support of a conventional lathe. This solution is not suitable for machining the transition radii on the crank bearings in one setting with the transition radii of main bearings, since the tool with centric clamping (along the main bearing axis) the movement of the crankshaft bearings during the workpiece rotation can not follow.
Nach
heutigem Stand der Technik ist keine großserientaugliche Werkzeugmaschine
zum Schlagverfestigen der Radienübergänge an Kurbelwellen
bekannt.To
Today's state of the art is not a mass production machine tool
for impact hardening of the radii transitions to crankshafts
known.
Gegenstand
und Aufgabe der erfindungsgemäßen Lösung Gegenüber den
beschriebenen Lösungen
nach dem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Werkzeugmaschine und eine Bearbeitungsvorrichtung zum Verfestigen
von Kurbelwellen und dergleichen vorzuschlagen, welche kostengünstiger
und effizienter sind und besonders für den Einsatz in der Großserienfertigung
geeignet sind bei Vermeidung der beschriebenen Nachteile des Standes
der Technik.object
and object of the inventive solution Compared to
described solutions
According to the prior art, it is the object of the present invention
a machine tool and a processing device for solidifying
to propose crankshafts and the like, which cost less
and are more efficient and especially for use in mass production
are suitable in avoiding the described disadvantages of the prior
of the technique.
Diese
Aufgabe wird mit einer Maschine nach Anspruch 1 und einer Bearbeitungsvorrichtung
nach Anspruch 7 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.These
Task is with a machine according to claim 1 and a processing device
solved according to claim 7.
Advantageous embodiments and further developments of the invention are
Subject of the dependent
Claims.
Das
zu bearbeitende Werkstück 1 ist
eine Kurbelwelle für
eine bekannte Brennkraftmaschine. Im Allgemeinen besteht die Kurbelwelle 1 einteilig aus
einer Mehrzahl von Hauptlagern 2, und dazu radial exzentrisch
um das Maß h
sowie auch in axiale Richtung versetzten Hublagern 3 mit
dem Durchmesser d. In axialer Richtung befindet sich zwischen den Hauptlagern 2 und
den Hublagern 3 jeweils eine Kurbelwange 4. An
den beiden Enden 5 weist die Kurbelwelle 1 entweder
einen Zapfen oder Flansch auf.The workpiece to be machined 1 is a crankshaft for a known internal combustion engine. In general, there is the crankshaft 1 in one piece from a plurality of main bearings 2 , And radially eccentric to the extent h and offset in the axial direction crank bearings 3 with the diameter d. In the axial direction is located between the main bearings 2 and the plug bearings 3 one crank arm each 4 , At the two ends 5 points the crankshaft 1 either a pin or flange on.
Die
Bearbeitungsaufgabe besteht einerseits im Schlagverfestigen der
beiden Radienübergänge 6 zwischen
einem Hublager 3 und den angrenzenden Kurbelwangen 4 sowie
andererseits im Schlagverfestigen der Radienübergänge 6 zwischen einem
Hauptlager 2 und der angrenzenden Kurbelwange 4 in
derselben Werkstückaufspannung
in unmittelbaren Folgeprozessen. Hierfür wird erfindungsgemäß eine neue
Werkzeugmaschine samt zugehörigen
Bearbeitungsvorrichtungen vorgeschlagen, die nachfolgend beschrieben
sind:
Die mit Hilfe bekannter Verfahren wie z.B. Drehen, Fräsen oder
Drehräumen
zerspanend vorbearbeitete Kurbelwelle 1 wird an einem Ende 5 in
einer bekannten, drehbaren Spannvorrichtung 7 bzw. am anderen Ende 5 in
einer vorbearbeiteten Zentrierbohrung am Reitstock 8 auf
der Zentrierspitze 9 aufgenommen. Die Werkstückspannvorrichtung 7 nach 1 ist
im Werkstückspindelstock 10 drehbar
gelagert. Die Werkstückspannvorrichtung 7 ist
als Drehmitnehmer ausgebildet, der von einem drehzahlvariabel regelbaren
Antriebsmotor 11 angetrieben wird. Somit wird die Kurbelwelle 1 in
die Drehbewegung 12 um die Hauptlagerachse 13 versetzt
(CNC-Maschinenachse C). Während
der Bearbeitung der Kurbelwelle 1 dreht sich diese kontinuierlich.
Der Werkstückspindelstock 10 samt
Antriebsmotor 11 ist zusammen mit dem Reitstock 8 fest
auf einem im Maschinengestell 14 längsverschiebbaren Maschinentisch 15 aufgebaut. Die
Verschiebung des Tisches 15 dient der axialen Positionierung
g der Kurbelwelle 1 relativ zu den Bearbeitungs vorrichtungen 16 bzw. 17 und
erfolgt über den
Kugelgewindetrieb 18, welcher über eine NC-Positionierachse
(elektronisch geregelter Servomotor) 19 angetrieben wird
(Maschinenachse Z). Während der
Bearbeitung der Kurbelwelle 1 ist der Maschinentisch 15 im
Maschinengestell 14 fixiert und verharrt unbewegt in seiner
Position. Zur Abstützung
großer Werkstücke 1 kann
auf dem Maschinentisch 14 eine bekannte Lünette 20 angeordnet
sein. In einer anderen, zeichnerisch nicht dargestellten Ausführung kann
anstelle des Reitstocks 8 samt Zentrierspitze 9 eine
zweite, drehbare Werkstückspannvorrichtung 7 sowie
gegebenenfalls ein zweiter Werkstückspindelstock 10 mit
Antriebsmotor 11 auf dem Maschinentisch 15 befestigt
sein. Im Falle des Antriebs der Kurbelwelle 1 an beiden
Enden 5 über
insgesamt zwei elektronisch geregelte Antriebe 11 müssten diese über ein
bekanntes Elektronisches Getriebe mit einander zwangsgekoppelt sein.The machining task consists on the one hand in the impact hardening of the two radius transitions 6 between a lift bearing 3 and the adjacent crank webs 4 and on the other hand in impact hardening of the radii transitions 6 between a main camp 2 and the adjacent crank arm 4 in the same workpiece clamping in immediate subsequent processes. For this purpose, a new machine tool is proposed according to the invention including associated processing devices, which are described below:
The crankshaft machined using known methods such as turning, milling or lathe 1 will be at one end 5 in a known, rotatable tensioning device 7 or at the other end 5 in a pre-machined center hole on the tailstock 8th on the center point 9 added. The workpiece clamping device 7 to 1 is in the workpiece headstock 10 rotatably mounted. The workpiece clamping device 7 is designed as a rotary driver, of a variable speed controllable drive motor 11 is driven. Thus, the crankshaft 1 in the rotary motion 12 around the main bearing axis 13 offset (CNC machine axis C). During machining of the crankshaft 1 this turns continuously. The workpiece headstock 10 including drive motor 11 is together with the tailstock 8th firmly on one in the machine frame 14 longitudinally movable machine table 15 built up. The shift of the table 15 serves for the axial positioning g of the crankshaft 1 relative to the processing devices 16 respectively. 17 and via the ball screw 18 , which has an NC positioning axis (electronically controlled servomotor) 19 is driven (machine axis Z). During machining of the crankshaft 1 is the machines table 15 in the machine frame 14 fixates and remains unmoved in its position. For supporting large workpieces 1 can on the machine table 14 a well-known bezel 20 be arranged. In another, not graphically illustrated embodiment may instead of the tailstock 8th including centering tip 9 a second, rotatable workpiece clamping device 7 and optionally a second workpiece headstock 10 with drive motor 11 on the machine table 15 be attached. In the case of the drive of the crankshaft 1 at both ends 5 over a total of two electronically controlled drives 11 they would have to be positively coupled with each other via a known electronic gear.
In
der Folge wird über
eine Steuerungsfunktion die zu bearbeitende Kurbelwelle 1 mit
Hilfe des Drehantriebs (11) in eine langsame, kontinuierliche Drehbewegung
um die Hauptlagerachse 13 versetzt. Die Drehzahl liegt
typischerweise in der Größenordnung
von etwa 1 bis 5 Umdrehungen pro Minute.As a result, the crankshaft to be machined is via a control function 1 with the help of the rotary drive ( 11 ) in a slow, continuous rotation about the main bearing axis 13 added. The speed is typically on the order of about 1 to 5 revolutions per minute.
Nach 2 sind
an zwei gegenüberliegenden
Seiten des Werkstücks 1 auf
dem Maschinengestell 14, quer zur Führung des Maschinentisches 15, mit
dem Maschinengestell 14 zwei lineare Horizontalführungen 21 und 22 fest
verbunden. Für
die zeichnerisch nicht dargestellte Maschinensteuerung bildet die
vordere Horizontalführung 21 die
Bewegungsrichtung der CNC-Maschinenachse
X ab, wogegen die hintere Horizontalführung 22 die Bewegungsrichtung
der CNC-Maschinenachse U vorgibt. Auf den Horizontalführungen 21 bzw. 22 ist
jeweils ein Maschinenschlitten 23 bzw. 24 beweglich
angeordnet ist. Die Maschinenachsen X sowie U schließen mit der
Maschinenachse Z sowie mit der Werkstücklängsachse 13 den Winkel
von 90 Grad ein. Alle drei Maschinenachsen X, U, Z liegen in der
gleichen horizontalen Ebene. Die Verschiebung bzw. Positionierung
des jeweiligen Maschinenschlittens 23 bzw. 24 auf
dem Maschinengestell 14 erfolgt relativ zum Werkstück 1 in
radiale Richtung über
bekannte Kugelgewindetriebe 25 und 26, welche
wiederum über die
elektronisch geregelten Servo-Antriebe 27 bzw. 28 angesteuert
werden. Beim Werkstückwechsel(Ein-
und Auslegen des Werkstücks 1 in
die bzw. aus der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine) sind
die Maschinenschlitten 23 bzw. 24 in den Randlagen
positioniert (vorne bzw. ganz hinten) und die Zentrierspitze 9 ist über eine
bekannte hydraulische Aktivierung zurückgezogen.To 2 are on two opposite sides of the workpiece 1 on the machine frame 14 , transverse to the guide of the machine table 15 , with the machine frame 14 two linear horizontal guides 21 and 22 firmly connected. For the graphic not shown machine control forms the front horizontal guide 21 the direction of movement of the CNC machine axis X, whereas the rear horizontal guide 22 specifies the direction of movement of the CNC machine axis U. On the horizontal guides 21 respectively. 22 each is a machine slide 23 respectively. 24 is movably arranged. The machine axes X and U close with the machine axis Z as well as with the workpiece longitudinal axis 13 the angle of 90 degrees. All three machine axes X, U, Z are in the same horizontal plane. The displacement or positioning of the respective machine slide 23 respectively. 24 on the machine frame 14 takes place relative to the workpiece 1 in the radial direction via known ball screws 25 and 26 , in turn, via the electronically controlled servo drives 27 respectively. 28 be controlled. When changing the workpiece (loading and unloading the workpiece 1 into or out of the machine tool according to the invention) are the machine slides 23 respectively. 24 positioned in the peripheral positions (front or rear) and the center point 9 is retracted via a known hydraulic activation.
Nach
dem Spannen des Werkstücks 1 in
der Spannvorrichtung 7 und im Reitstock 8 werden
vor der eigentlichen Bearbeitung des Werkstücks 1 die Maschinenschlitten 23 bzw. 24 mit
Eilgang in radiale Richtung an die zu bearbeitende Werkstückzone 6 herangeführt. Diese
in der zeichnerisch nicht dargestellten Maschinensteuerung programmierte
Vorpositionierung der Maschinenschlitten 23 und 24 erfolgt derart,
dass die Bearbeitungsvorrichtungen 16 und 17 die
Bearbeitungszone 6 knapp nicht berühren. Anstatt der wegprogrammierten
horizontalen Vorpositionierung der Maschinenschlitten 23 und 24 kann
die Vorpositionierung auch auf Werkstückkontakt hin erfolgen, wobei
der Werkstückkontakt
beispielsweise durch die von Rundschleifmaschinen her bekannte steuerungstechnische
Auswertung des Körperschallsignals
mit Hilfe eines zeichnerisch nicht dargestellten seismischen Aufnehmers
erfolgt. In diesem Fall erfolgt nach dem Kontakt der Bearbeitungsvorrichtungen 16 und 17 ein
definierter, weggesteuerter, radialer Rückzug weg vom Werkstück 1,
so dass zunächst
keine Berührung
der Bearbeitungsvorrichtungen 16 und 17 mit dem
Werkstück 1 mehr
vorliegt. Die zeichnerisch nicht dargestellte zentrale Maschi nensteuerung
sorgt nun bei der Bearbeitung der Radienübergänge 6 an Hublagern 3 dafür, dass
im simultanen Bahnbetrieb entsprechend der aktuellen Drehlage α des sich
um die Hauptlagerachse 13 drehenden Werkstücks 1 (Ansteuerung
der Werkstückdrehachse
C und Auswertung der aktuellen Drehlagenposition α nach einer
vorgegebenen mathematischen Abhängigkeitsfunktion
die beiden Maschinenschlitten 23 und 24 über die
Antriebe 27 und 28 mit harmonischen, nach der
trigonometrischen Kosinusfunktion pendelförmigen Bewegungen 29 und 30 in
radiale Richtung zum Werkstück 1 verschoben werden.
Während
der Bearbeitung des Werkstücks 1 weisen
die beiden Maschinenschlitten 23 bzw. 24 für die Dauer
einer halben Werkstückumdrehung
den gleichen horizontalen Abstand λ zu einander auf.After clamping the workpiece 1 in the tensioning device 7 and in the tailstock 8th be before the actual machining of the workpiece 1 the machine slides 23 respectively. 24 with rapid traverse in the radial direction to the workpiece zone to be machined 6 introduced. This preprogramming of the machine slides programmed in the machine control not shown in the drawing 23 and 24 takes place such that the processing devices 16 and 17 the processing zone 6 just do not touch. Instead of the programmed away horizontal pre-positioning of the machine slide 23 and 24 The pre-positioning can also be carried out on workpiece contact, the workpiece contact being effected, for example, by the control-technical evaluation of the structure-borne sound signal known from cylindrical grinding machines with the aid of a seismic pickup, not shown in the drawing. In this case, after the contact of the processing devices takes place 16 and 17 a defined, path-controlled, radial withdrawal away from the workpiece 1 so that initially no touching of the processing devices 16 and 17 with the workpiece 1 more present. The graphic Maschi nensteuerung not shown in the drawing now ensures the processing of the radii transitions 6 at hub bearings 3 that in the simultaneous railway operation according to the current rotational position α of the main bearing axis 13 rotating workpiece 1 (Control of the workpiece axis of rotation C and evaluation of the current rotational position α position according to a predetermined mathematical dependence function, the two machine slides 23 and 24 about the drives 27 and 28 with harmonic, according to the trigonometric cosine function pendulum-shaped movements 29 and 30 in the radial direction to the workpiece 1 be moved. During the machining of the workpiece 1 show the two machine slides 23 respectively. 24 for the duration of half a workpiece revolution, the same horizontal distance λ to each other.
Theoretisch
könnten
jetzt die beiden Maschinenschlitten 23 und 24 mechanisch
starr mit einander gekoppelt sein. Da sich jedoch der Bearbeitungsablauf
in der Regel über
mehrere Werkstückumdrehungen
erstreckt und zur Überwindung
des gesamten Bearbeitungsaufmaßes
a eine zusätzliche, überlagerte,
radiale Zustellbewegung 31 bzw. 32 erforderlich
ist, ist die mechanisch starre Kopplung der Maschinenschlitten 23 und 24 nicht
sinnvoll. Zudem wären
auch im Falle der mechanisch starren Kopplung die Werkstückwechselbedingungen
erheblich erschwert. Den während
der Bearbeitung ablaufenden pendelförmigen Linearbewegungen 29 und 30 der beiden
Maschinenschlitten 23 und 24 werden die radialen
Zustellbewegungen 31 und 32 für die Bearbeitungsvorrichtungen 16 bzw. 17 relativ
zur Werkstückoberfläche überlagert.
Dies führt
während
der Bearbeitung nach jeder halben Werkstückdrehung effektiv zur Verringerung
der horizontalen Distanz A. der beiden Maschinenschlitten 23 und 24 zu
einander. Für die
Bearbeitungsvorrichtung 16 stellt sich das horizontale
Abstandsmaß ξ für die Bearbeitungsvorrichtung 17 das
horizontale Abstandsmaß x
zur Werkstückdrehachse 13 ein.
Die Überlagerung
der Bewegungen 29 und 31 sowie 32 und 33 erfolgt
durch die Steuerungssoftware maschinenintern. Wie unten noch gezeigt
wird, sind die eigentlichen, außerhalb des
simultanen Bahnbetriebes stattfindenden mechanischen Schlagbewegungen 33 – erzeugt
durch die Bearbeitungsvorrichtungen 16 bzw. 17 – den simultanen,
pendelförmigen
Bahnbewegungen 29 und 30 zur horizontalen Führung der
Bearbeitungswerkzeuge 16 und 17 sowie den Zustellbewegungen 31 und 32 überlagert.Theoretically, the two machine slides could now 23 and 24 mechanically rigidly coupled with each other. However, since the machining process usually extends over several workpiece revolutions and to overcome the entire machining allowance a an additional, superimposed, radial feed movement 31 respectively. 32 is required, is the mechanically rigid coupling of the machine slide 23 and 24 not useful. In addition, in the case of mechanically rigid coupling, the workpiece changing conditions would be considerably more difficult. The pendulum-shaped linear movements occurring during machining 29 and 30 the two machine slides 23 and 24 become the radial advancing movements 31 and 32 for the processing devices 16 respectively. 17 superimposed relative to the workpiece surface. This effectively reduces the horizontal distance A. of the two machine slides during machining after every half the workpiece rotation 23 and 24 to each other. For the processing device 16 is the horizontal distance ξ for the processing device 17 the horizontal distance x to the workpiece axis of rotation 13 one. The superposition of movements 29 and 31 such as 32 and 33 is done by the control software inside the machine. As will be shown below, the actual ones are outside the simultaneous railway operation taking place mechanical impact movements 33 - generated by the processing devices 16 respectively. 17 - the simultaneous, pendulum-shaped path movements 29 and 30 for horizontal guidance of the processing tools 16 and 17 as well as the delivery movements 31 and 32 superimposed.
Während der
Bearbeitung von Radienübergängen 6 an
Hauptlagern 2 findet keine horizontale Pendelbewegung 29 bzw. 30 der
Maschinenschlitten 23 und 24 statt. Hier erfolgen
einzig die radialen Zustellbewegungen 31 und 32 in
Richtung der Drehachse 13 am Ende jeder halben Werkstückdrehung,
die lediglich noch von den unten beschriebenen Schlagbewegungen 33 überlagert
werden.During the machining of radius transitions 6 at main camps 2 finds no horizontal pendulum motion 29 respectively. 30 the machine slide 23 and 24 instead of. Here only the radial feed movements occur 31 and 32 in the direction of the axis of rotation 13 at the end of each half of the workpiece rotation, the only of the impact movements described below 33 be superimposed.
Vorteilhaft
ist, die Maschinenschlitten 23 und 24 baugleich
auszuführen.
Jeder Maschinenschlitten 23 bzw. 24 trägt eine
mit diesem fest verbundene vertikale Führung 34 bzw. 35,
in der die Bearbeitungsvorrichtung 16 bzw. 17 zur
Bearbeitung der Radienübergänge 6 vertikal
verschieb- und positionierbar geführt ist. Die Vertikalbewegungen 36 und 37 der
beiden Bearbeitungsvorrichtungen 16 und 17 erfolgen gleichermaßen und
synchron. Dazu steuert die zeichnerisch nicht dargestellte zentrale
Maschinensteuerung in Abhängigkeit
der aktuellen Drehlage des Werkstücks 1 die elektronisch
geregelten Servoantriebe 38 bzw. 39 an, welche
wiederum über
bekannte Kugelgewindetriebe 40 und 41 die vertikalen Linearbewegungen 36 der
CNC-Maschinenachse Y bzw. 37 der CNC-Maschinenachse V ausführen. Bei der
Bearbeitung von Radienübergängen 6 an
Hublagern 3 sind auch die Vertikalbewegungen 36 und 37 harmonisch
und pendelförmig,
jedoch zu den Horizontalbewegungen 29 bzw. 30 der
Maschinenschlitten 23 und 24 um 90 Grad phasen verschoben.
Es sind trigonometrische, sinusförmige
Bewegungen in Abhängigkeit
zur aktuellen Werkstückdrehlage α.The advantage is the machine slide 23 and 24 identical design. Every machine slide 23 respectively. 24 carries a firmly connected with this vertical guide 34 respectively. 35 in which the processing device 16 respectively. 17 for processing the radii transitions 6 is guided vertically displaceable and positionable. The vertical movements 36 and 37 the two processing devices 16 and 17 done equally and synchronously. For this purpose, the central machine control, not shown in the drawing, controls as a function of the current rotational position of the workpiece 1 the electronically controlled servo drives 38 respectively. 39 which, in turn, via known ball screws 40 and 41 the vertical linear movements 36 the CNC machine axis Y or 37 of the CNC machine axis V. When machining radii transitions 6 at hub bearings 3 are also the vertical movements 36 and 37 harmonious and pendulum-shaped, but to the horizontal movements 29 respectively. 30 the machine slide 23 and 24 shifted by 90 degrees. These are trigonometric, sinusoidal movements as a function of the current workpiece rotational position α.
Der
von den Bearbeitungsvorrichtungen 16 und 17 maximal
zurück
zu legende vertikale Weg während
einer Werkstückumdrehung
entspricht dem Hub 2·h
der Kurbelwelle 1. Dagegen sind während der Bearbeitung der Radienübergänge 6 an
Hauptlagern 2 die vertikalen Maschinenachsen Y bzw. V nicht
bewegt, sondern stillstehend und in ihrer Lage fixiert. In diesem
Fall sind die Bearbeitungsvorrichtungen 16 und 17 quasi
starr mit den Maschinenschlitten 23 bzw. 24 verbunden.
In einer anderen, nicht dargestellten Bauweise sind die beiden Bearbeitungsvorrichtungen 16 und 17 in
Portalbauweise derart fest mechanisch mit einander gekoppelt, dass jede
Vertikalbewegung gemeinsam ausgeführt wird. In dieser Ausführung entfällt eine
Maschinenachse: der Steuerungsaufwand für die zwei vertikalen CNC-Maschinenachsen
Y und V reduziert sich auf eine einzige vertikale CNC-Maschinenachse
Y oder V, die dann beide Bearbeitungsvorrichtungen 16 und 17 gemeinsam
in vertikaler Richtung führt.The one of the processing devices 16 and 17 maximum vertical path to be set during a workpiece revolution corresponds to the stroke 2 · h of the crankshaft 1 , By contrast, during the machining of the radii transitions 6 at main camps 2 the vertical machine axes Y and V not moved, but stopped and fixed in position. In this case, the processing devices 16 and 17 almost rigid with the machine slide 23 respectively. 24 connected. In another, not shown construction, the two processing devices 16 and 17 in gantry design so firmly mechanically coupled with each other that each vertical movement is performed together. In this design, one machine axis is eliminated: the control effort for the two vertical CNC machine axes Y and V is reduced to a single vertical CNC machine axis Y or V, which then both processing devices 16 and 17 leads together in a vertical direction.
Aus
Sicht der Kurbelwelle 1 sind die beiden Bearbeitungsvorrichtungen 16 und 17 auf
gegenüberliegenden
Seiten angeordnet. Die zeichnerisch nicht dargestellte zentrale
Maschinensteuerung sorgt letztendlich dafür, dass simultan zur Werkstückdrehung 12 im
CNC-Bahnbetrieb die Maschinenachsen X und U, sowie Y und V in Abhängigkeit
zur aktuellen Werkstückdrehlage α derart geführt werden,
dass die Bearbeitungsvorrichtungen 16 und 17 stets
normal zur Oberfläche
des Werkstücks 1 hin
gerichtet sind. Die beiden Bearbeitungsvorrichtungen 16 bzw. 17 werden
durch die oben beschriebene orthogonale Anordnung und steuerungstechnische
Zwangskopplung der Maschinenachsen der zu bearbeitenden Oberfläche des
Hublagers 3 in einer kreisförmigen Bewegung nachgeführt. Diese
kreisförmige Bewegung
entsteht durch die Überlagerung
der Bewegungen 29 mit 36 sowie 30 mit 37.
Steuerungstechnisch ist die sich kontinuierlich drehende Werkstückdrehachse
C die CNC-Führungsachse
für die
o.g. CNC-Linearachsen X, U, Y und V dieser erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine.
Aus Bearbeitungsgründen
kann es vorteilhaft sein, das Werkstück 1 nicht konstant,
sondern mit einer variablen Winkelgeschwindigkeit zu drehen, was
jedoch an der steuerungstechnischen Zwangskopplung der Maschinenachsen
C, X, U, Y und V nichts ändert.From the perspective of the crankshaft 1 are the two processing devices 16 and 17 arranged on opposite sides. The central machine control, not shown in the drawing, ultimately ensures that the workpiece rotates simultaneously 12 In CNC-Bahnbetrieb the machine axes X and U, and Y and V are performed in dependence on the current workpiece rotational position α such that the processing devices 16 and 17 always normal to the surface of the workpiece 1 are directed towards. The two processing devices 16 respectively. 17 be by the above-described orthogonal arrangement and control engineering forced coupling of the machine axes of the surface to be machined of the stroke bearing 3 tracked in a circular motion. This circular movement arises from the superimposition of the movements 29 With 36 such as 30 With 37 , Control technology, the continuously rotating workpiece axis of rotation C is the CNC guide axis for the above-mentioned CNC linear axes X, U, Y and V of this machine tool according to the invention. For processing reasons, it may be advantageous to the workpiece 1 not constant, but to rotate with a variable angular velocity, which, however, does not change the control engineering forced coupling of the machine axes C, X, U, Y and V.
Die
beiden Bearbeitungsvorrichtungen 16 und 17 sind
identisch aufgebaut und somit baugleich. Nach 3 besteht
jede Bearbeitungsvorrichtung 16 bzw. 17 im Wesentlichen
aus dem Gehäuse 42,
dem dort angeschraubten Bearbeitungskopf 43 und dem an
das Gehäuse 42 angeschraubten
Gehäusedeckel 44.
In dem Gehäuse 42 horizontal
beweglich geführt befindet
sich die Pinole 45. Aus der Drehbewegung eines rotierenden
Exzenters 46 wird die periodische, horizontale, Schlagbewegung 33 der
Pinole 45 auf das Werkstück 1 abgeleitet. Der
Exzenter 46 wiederum befindet sich stückfest mit der Antriebswelle 47 verbunden,
die entweder direkt über
den Elektromotor 48 oder über ein zeichnerisch nicht
dargestelltes Zwischengetriebe in Drehung versetzt wird. An dem dem
Werkstück 1 zugewandten
Ende der Pinole 45 sind die eigentlichen Bearbeitungswerkzeuge 49 im Bearbeitungskopf 43 geführt. Jede
der beiden Bearbeitungsvorrichtungen 16 und 17 verfügt über zwei Bearbeitungswerkzeuge 49 für die gleichzeitige
Bearbeitung des linken und des rechten Radienübergangs 6 einer Lagerstelle
der Kurbelwelle 1. Ein einzelnes Bearbeitungswerkzeug 49 besteht
im Wesentlichen aus dem Schlagstößel 50 und
der Schlagkugel 51, welche in die Oberfläche des
Werkstücks 1 eindringt,
das Werkstück 1 in
der Bearbeitungszone 6 lokal plastisch verformt und dadurch
Druckeigenspannungen in die Werkstückoberfläche einbringt.The two processing devices 16 and 17 are identically constructed and therefore identical. To 3 There is every processing device 16 respectively. 17 essentially from the housing 42 , the processing head bolted there 43 and to the case 42 screwed on housing cover 44 , In the case 42 horizontally movably guided is the quill 45 , From the rotary motion of a rotating eccentric 46 becomes the periodic, horizontal, flapping motion 33 the quill 45 on the workpiece 1 derived. The eccentric 46 in turn, there is a fixed piece with the drive shaft 47 connected, either directly via the electric motor 48 or is set in rotation by means of an intermediate gear, not shown in the drawing. On the workpiece 1 facing end of the quill 45 are the actual editing tools 49 in the processing head 43 guided. Each of the two processing devices 16 and 17 has two editing tools 49 for the simultaneous processing of the left and the right radius transition 6 a bearing point of the crankshaft 1 , A single editing tool 49 consists essentially of the percussion ram 50 and the ball of action 51 which is in the surface of the workpiece 1 penetrates the workpiece 1 in the processing zone 6 plastically deformed locally and thereby introduces internal compressive stresses into the workpiece surface.
Die
Schlagkugel 51 ist aus einem hochfesten, zähen Werkstoff,
vorzugsweise aus Hartmetall oder gehärtetem Stahl, gefertigt. Hier
ist es nicht von Bedeutung, ob die Schlagkugel 51 auf den
Schlagstößel 50 unbeweglich
aufgelötet
ist oder in einer zeichnerisch nicht dargestellten Art in einer
Pfanne drehbar im Schlagstößel 50 gehalten
wird. Die Pinole 45 verfügt an der dem Werkstück 1 zugewandten Seite über ein
konisches bzw. dachförmig
abgeflachtes Ende, an dem die beiden Bearbeitungswerkzeuge 49 anliegen.
Während
der aus der Drehung des Exzenters 46 mit der Exzentrizität e abgeleiteten
horizontalen Schlagbewegung 33 der Pinole 45 ändern die
beiden Schlagkugeln 51 einer Bearbeitungsvorrichtung 16 bzw. 17 ihren
Abstand zu einander in der Art, dass sie nicht rein radial sondern
aufgrund ihrer schrägen
Führung
auch in axiale Richtung auf den zu bearbeitenden Kurbelwellenradienübergang 6 treffen.
Durch das Eindringen der Schlagkugeln 51 in die Werkstückoberfläche entstehen
Hinterstiche im Radienübergang 6.
Kennzeichnend für
diese Erfindung ist, dass die Exzentrizität e des Exzenters 46 und
somit der Hub der Pinole 45 bzw. der Hub eines Schlagstößels 50 wenige
Zehntel Millimeter bis wenige Millimeter beträgt. Die Länge der horizontalen Hubbewegung 2e der
Pinole 45 zur Ausführung
der Schlagbewegung 33 durch das Bearbeitungswerkzeug 49 und
die über
die Drehzahl des elektrischen Antriebmotors 48 einstellbare
Schlagfrequenz sind völlig
unabhängig
von den horizontalen Bewegungen 29 und 31 bzw. 30 und 32 der
Maschinenschlittens 23 bzw. 24 (Maschinenachsen
X bzw. V), welche die Bearbeitungsvorrichtungen 16 und 17 lediglich
entlang des zu bearbeitenden Übergangsradius 6 führen bzw.
im kontinuierlichen Bahnbetrieb positionieren. Die Druckfedern 52 und 53 sorgen
dafür,
dass die Schlagstößel 50 stets
an der jeweiligen Pinole 45 sowie die jeweilige Pinole 45 stets
am Exzenter 46 anliegen. Damit wird der Rückzug der
Bearbeitungswerkzeuge 49 nach einem Schlaghub 33 sichergestellt.The hit ball 51 is from a high fes th, tough material, preferably made of hard metal or hardened steel. Here it does not matter if the hit ball 51 on the percussion ram 50 is immobile soldered or rotatable in a manner not shown in a pan in the percussion ram 50 is held. The quill 45 has the workpiece 1 facing side over a conical or roof-shaped flattened end to which the two processing tools 49 issue. While out of the rotation of the eccentric 46 with the eccentricity e derived horizontal stroke motion 33 the quill 45 change the two impact balls 51 a processing device 16 respectively. 17 their distance from each other in such a way that they are not purely radial but due to their oblique guidance also in the axial direction of the crankshaft radius transition to be machined 6 to meet. By the penetration of the impact balls 51 in the workpiece surface, undercuts occur in the radius transition 6 , Characteristic of this invention is that the eccentricity e of the eccentric 46 and thus the stroke of the quill 45 or the stroke of a percussion ram 50 a few tenths of a millimeter to a few millimeters. The length of the horizontal stroke movement 2e the quill 45 to carry out the impact movement 33 through the editing tool 49 and about the speed of the electric drive motor 48 Adjustable beat frequency are completely independent of the horizontal movements 29 and 31 respectively. 30 and 32 the machine slide 23 respectively. 24 (Machine axes X and V), which the processing devices 16 and 17 only along the transition radius to be processed 6 lead or position in continuous rail operation. The compression springs 52 and 53 make sure that the percussion rams 50 always on the respective quill 45 as well as the respective quill 45 always on the eccentric 46 issue. This will be the withdrawal of editing tools 49 after a stroke 33 ensured.
Häufig sind
die Breiten aller Hauptlager 2 und Hublager 3 der
Kurbelwelle 1 konstruktiv gleich vorgegeben, so dass alle Übergangsradien 6 sequenziell
nach einander ohne umrüstbedingten
Maschinenstopp bearbeitet werden können. Für die Bearbeitung unterschiedlicher
Lagerbreiten müssen
jedoch im Bearbeitungskopf 43 die Schlagstößel 50 gegen
andere, mit entsprechender Länge
(Distanz g zwischen Schlagkugel 51 und Pinole 45)
ausgetauscht werden. Ebenso müssen
für andere
dimensionale Größen der
Radien in den Übergangszonen 6 die
Bearbeitungswerkzeuge 49 gegen andere, mit entsprechenden
Durchmessern der Schlagkugeln 51 ausgetauscht werden. Die
Größe der Exzentrizität e des
Exzenters 46 auf der Antriebswelle 47 bestimmt den
Schlaghub für
die Schlagkugeln 51. Der Schlaghub wird im Allgemeinen
auch beim Umrüsten von
einem Werkstücktyp
auf einen anderen nicht verändert.
Soll der Schlaghub dennoch verändert
werden, ist ein entsprechender Austausch der Antriebswelle 47 erforderlich.
In einer zeichnerisch nicht dargestellten Ausführungsvariante ist eine stufenlose Verstellung
der Exzentrizität
und somit des Schlaghubs mit Hilfe des bekannten Doppelexzenters
möglich.
Dort befindet sich im Inneren eines Exzenters 46 ein weiterer
Exzenter mit der gleichen Exzentrizität e. Durch gegenseitiges Verdrehen
der beiden Exzenter gegen einander kann beim Rüsten der Bearbeitungsvorrichtungen 16 und 17 mit
Hilfe einer entsprechenden Verstelleinrichtung die Exzentrizität im Bereich
von null bis zum doppelten Betrag der Exzentrizität e eines
einzelnen Exzenters 46 verstellt werden, ohne die Antriebswelle 47 austauschen
zu müssen.
Der Elektromotor 48 treibt über die Antriebswelle 47 den
Exzenter 46 an. Die Schlagfrequenz der Pinole 45 ergibt
sich aus der Drehzahl n des Elektromotors 48, die über die
zeichnerisch nicht dargestellte Maschinensteuerung eingestellt werden
kann. Typische Schlagfrequenzen der Pinole 45 liegen im
Bereich unter 1000 pro Minute. Der Elekt romotor 48 der vorderen
Bearbeitungsvorrichtung 16 und der Elektromotor 48 der
hinteren Bearbeitungsvorrichtung 17 sind über ein
bekanntes, sog. Elektronisches Getriebe derart mit einander synchronisiert,
dass alle vier Schlagkugeln 51 gleichzeitig auf das Werkstück 1 schlagen.
Da sich die beiden Bearbeitungsvorrichtungen 16 und 17 in
gleicher Z-Achsenposition
einander gegenüber
liegend befinden, ist die Folge, dass sich die durch die Bearbeitung
hervorgerufenen Reaktionskräfte
gegenseitig aufheben und sich die Bearbeitungsvorrichtungen 16 und 17 gegenseitig
abstützen.
Damit wird die Gefahr des Verzugs der Kurbelwelle 1 als
Folge der Bearbeitung weitgehend vermieden.Often the latitudes of all main camps 2 and stroke bearings 3 the crankshaft 1 structurally the same, so that all transition radii 6 can be processed sequentially after each other without machine stop. For machining different bearing widths, however, must be in the machining head 43 the percussion rams 50 against others, with the appropriate length (distance g between the ball 51 and quill 45 ) be replaced. Similarly, for other dimensional sizes of the radii in the transition zones 6 the editing tools 49 against others, with corresponding diameters of impact balls 51 be replaced. The size of the eccentricity e of the eccentric 46 on the drive shaft 47 determines the stroke for the impact balls 51 , The stroke is generally not changed even when converting from one type of workpiece to another. If the stroke should still be changed, a corresponding replacement of the drive shaft 47 required. In a variant of the drawing, not shown, a continuous adjustment of the eccentricity and thus of the stroke is possible with the aid of the known double eccentric. There it is located inside an eccentric 46 another eccentric with the same eccentricity e. By mutual rotation of the two eccentrics against each other when setting up the processing devices 16 and 17 by means of a corresponding adjustment the eccentricity in the range of zero to twice the amount of eccentricity e of a single eccentric 46 be adjusted without the drive shaft 47 to have to exchange. The electric motor 48 drives over the drive shaft 47 the eccentric 46 at. The beat frequency of the quill 45 results from the speed n of the electric motor 48 , which can be adjusted via the machine control, not shown in the drawing. Typical stroke frequencies of the quill 45 are in the range below 1000 per minute. The Elekt romotor 48 the front processing device 16 and the electric motor 48 the rear processing device 17 are synchronized with each other via a known, so-called. Electronic gear that all four impact balls 51 at the same time on the workpiece 1 beat. Because the two processing devices 16 and 17 are in the same Z-axis position opposite each other, the result is that the reaction forces caused by the processing cancel each other and the processing devices 16 and 17 support each other. This will increase the risk of crankshaft distortion 1 as a result of processing largely avoided.
Ein
weiterer Vorteil dieser Anordnung ist, dass sich durch die von zwei
Seiten her gleichzeitig geführte
Bearbeitung die gesamte Bearbeitungszeit halbiert. Die radiale Zustellung 31 bzw. 32 der
beiden Bearbeitungsvorrichtungen 16 bzw. 17 bezogen
auf die Werkstückdrehachse 13 kann
somit bereits nach einer halben Werkstückumdrehung vorgenommen werden.
Der gesamte Zustellbetrag a kann auf mehrere Werkstück(-halb-)umdrehungen
hinweg verteilt werden. Für
die Großserienfertigung
wird das ideale Werkstückgesamtaufmaß a aus
Vorversuchen ermittelt bzw. aus Erfahrungswerten abgeleitet. Die
Maschinensteuerung sorgt für
eine exakte Reproduktion der Bewegungsabläufe für alle Werkstücke einer Großserienfertigung
durch die Winkel- bzw.
Wegsteuerung der CNC-Maschinenachsen. Die Entkopplung der Schlagbewegungen 33 der
Bearbeitungswerkzeuge 49 von den Führungsbewegungen 29 bis 32 der
gesamten Bearbeitungsvorrichtungen 16 bzw. 17 erlaubt
eine kontinuierliche Drehbewegung 12 des Werkstücks 1 während der
Bearbeitung.Another advantage of this arrangement is that the total processing time is halved by the simultaneous processing from two sides. Radial delivery 31 respectively. 32 the two processing devices 16 respectively. 17 based on the workpiece axis of rotation 13 can thus be made after half a workpiece revolution. The total infeed amount a can be distributed over several workpiece (half) revolutions. For mass production, the ideal workpiece total allowance a is determined from preliminary tests or derived from empirical values. The machine control ensures exact reproduction of the motion sequences for all workpieces of a large series production by the angular or path control of the CNC machine axes. The decoupling of the striking movements 33 the editing tools 49 from the leadership movements 29 to 32 the entire processing equipment 16 respectively. 17 allows a continuous rotation 12 of the workpiece 1 during the processing.
m
Gegensatz zu DE 34 38 742 ist
kein schrittweises Unterbrechen der Drehbewegung 12 zur
Ausführung
des Verfestigungsschlags mit anschließendem Weiterteilen in die
nächste
Drehlagenposi tion erforderlich. Da je nach Anforderungen an die
betriebsmäßige Festigkeit
der Kurbelwelle 1 es nicht immer erforderlich ist, alle
Zonen eines Radienübergangs 6 über den
gesamten Umfang mit gleicher Intensität zu bearbeiten, kann es von
Vorteil sein, die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine
mit einem drehgeschwindigkeitsvariablen Antrieb 11 auszustatten.
In den Radienübergangszonen 6,
wo die Festigkeitsanforderungen geringer sind, kann während der Bearbeitung
das Werkstück 1 schneller
gedreht werden. Die Bearbeitungszeit reduziert sich. Die plastisch
verformten Druckpunkte auf der Werkstückoberfläche bilden sich weiter voneinander
entfernt aus.m opposite to DE 34 38 742 is not a gradual interruption of the rotational movement 12 to execute the solidification impact with subsequent redistribution required in the next Drehlagenposi tion. As depending on the requirements of the operational strength of the crankshaft 1 it is not always necessary to have all zones of a radius transition 6 over the entire circumference to process with the same intensity, it may be advantageous, the machine tool according to the invention with a variable speed drive 11 equip. In the radius transition zones 6 Where the strength requirements are lower, the workpiece can be machined during machining 1 be turned faster. The processing time is reduced. The plastically deformed pressure points on the workpiece surface form farther apart.
Kennzeichnend
für die
erfindungsgemäße Anordnung
der Maschinenachsen (X, U, Y, V) im Zusammenwirken mit der Anordnung
der Bearbeitungsvorrichtungen 16 und 17 ist, dass
zum Zeitpunkt der Druckimpulswirkung der Schlagkugeln 51 auf
die Werkstückoberfläche 6 in
der Werkstücktangentialebene
keine durch die Maschinenkinematik bedingte Relativbewegung zwischen
einer Schlagkugel 51 und der Werkstückoberfläche 6 stattfindet.
Dadurch unterscheidet sich die erfindungsgemäße Lösung erheblich von den bekannten
Festwalzmaschinen. Durch die erfindungsgemäße Lösung ist der äußere Einsatz
von Schmierstoffen nicht erforderlich (Trockenbearbeitung), wodurch ökologischen
Produktionsaspekten Rechnung getragen wird.Characteristic of the inventive arrangement of the machine axes (X, U, Y, V) in cooperation with the arrangement of the processing devices 16 and 17 is that at the time of impact pressure of the impact balls 51 on the workpiece surface 6 in the Werkstücktangentialebene no conditional by the machine kinematics relative movement between a striking ball 51 and the workpiece surface 6 takes place. As a result, the solution according to the invention differs considerably from the known deep-rolling machines. By the solution according to the invention, the external use of lubricants is not required (dry processing), whereby ecological production aspects is taken into account.
Eine
andere Art der Abstützung
des Werkstücks 1 während der
Bearbeitung zeigen 4 und 5. Hier
wird anstelle der rückwärtigen Bearbeitungsvorrichtung 17 eine
um die Achse 54 frei drehbare Abstützrolle 55 vorgesehen.
Damit vereinfacht sich der Maschinenaufbau. Eine weitere erhebliche Vereinfachung
des Maschinenaufbaus durch Reduzierung der simultan anzusteuernden
Maschinenachsen lässt
sich dadurch erreichen, indem die Abstützrolle 55 nicht über zwei
orthogonale CNC- Maschinenachsen
U und V, sondern wie in 6 dargestellt über lediglich
eine einzige horizontale Maschinenachse W angesteuert wird. Hier
ist die Achse 54 fest mit dem Maschinenschlitten 24 verbunden. Über eine entsprechende
Software in der zentralen Maschinensteuerung muss sichergestellt
sein, dass die Abstützrolle 55 eine,
dem bekannten Pendelhubschleifen der Schleifscheibe vergleichbare
Bewegung 56 entlang der Maschinenachse W, relativ zur Werkstückdrehung 12 und
gleichzeitig relativ zu den Bewegungen 29 und 36 der
Bearbeitungsvorrichtung 16, ausführt. Das CNC-Pendelhubschleifen
ist eine bekannte Bearbeitungstechnologie für die Hart/Feinbearbeitung der
Kurbelwellenhublager 3. Anstatt durch eine Abstützrolle 55 kann
das Werkstück 1 in
einem zeichnerisch nicht dargestellten Prisma abgestützt werden, welches
in oben beschriebener Weise der Werkstückoberfläche 6 durch zwei bzw.
eine CNC-Achse(n) nachgeführt
wird. In diesem Fall muss für
eine ausreichende Schmierung zwischen dem Werkstück 1 und dem Stützprisma
gesorgt werden.Another way of supporting the workpiece 1 show during processing 4 and 5 , Here, instead of the backward processing device 17 one around the axis 54 freely rotatable support roller 55 intended. This simplifies the machine structure. A further considerable simplification of the machine structure by reducing the simultaneously to be controlled machine axes can be achieved by the support roller 55 not two orthogonal CNC machine axes U and V, but like in 6 represented by only a single horizontal machine axis W is controlled. Here is the axis 54 firmly with the machine slide 24 connected. An appropriate software in the central machine control must ensure that the support roller 55 a, comparable to the known pendulum lifting the grinding wheel movement 56 along the machine axis W, relative to the workpiece rotation 12 and at the same time relative to the movements 29 and 36 the processing device 16 , executes. CNC reciprocating grinding is a well-known processing technology for the hard / fine machining of crankshaft bearings 3 , Instead of a support roller 55 can the workpiece 1 be supported in a prism not shown in the drawing, which in the manner described above the workpiece surface 6 is tracked by two or a CNC axis (s). In this case, sufficient lubrication between the workpiece 1 and the support prism are taken care of.
Bei
der Bearbeitung von verhältnismäßig großen Kurbelwellen
kann auf eine gezielte Abstützung
der Kurbelwelle 1 zur Aufnahme der freien Kräfte, die
sich aus den Druckimpulsen der Schlagkugel 51 auf das Werkstück 1 ergeben,
ohnehin verzichtet werden. Die Masse der zu bearbeitenden Kurbelwelle 1 in
Relation zum Bearbeitungswerkzeug 49 samt Pinole 45 gesetzt,
beträgt
bei großen
Nutzfahrzeugkurbelwellen mehr als 100 zu 1. Zudem ist die Kurbelwelle 1 bei
der Bearbeitung fest gespannt und der weitaus größte Teil der in das Werkstück 1 eingebrachten
impulsförmigen
Schlagenergie wird unmittelbar in lokalen plastischen Verformungen
abgeführt.
Die große
Werkstückmasse,
besonders bei Gusswerkstoffen, dämpft
den nicht in Verformungsenergie umgesetzten Restimpuls. Deshalb
setzt die erfindungsgemäße Lösung nicht
zwingend voraus, dass in jedem Fall eine Werkstückabstützung auf der Gegenseite der Bearbeitungsstelle
vorhanden sein muss. Ebenso wenig setzt die Erfindung nicht in jedem
Fall voraus, dass zwei Radienübergänge durch zwei
Schlagkugeln gleichzeitig bearbeitet werden. Durch eine entsprechende
konstruktive Auslegung der Bearbeitungsvorrichtung 16,
oder durch eine schräge
Anstellung der Bearbeitungsvorrichtung 16, oder durch eine – wie in 7 angedeutet – zusätzliche
NC-Positionier-Schwenkachse (B-Achse) auf dem Maschinengestell 14 für die Führung des
Maschinentisches 15, sind Bearbeitungsvorrichtungen 16 mit
nur einer Schlagkugel 51 realisierbar. Dies hat allerdings
den Nachteil, dass die beiden Radienübergänge 6 nicht zeitgleich,
sondern sequenziell nach einander bearbeitet werden und sich dadurch
die gesamte Bearbeitungszeit verdoppelt.In the processing of relatively large crankshafts can on a targeted support of the crankshaft 1 to absorb the free forces resulting from the pressure pulses of the ball 51 on the workpiece 1 be surrendered anyway. The mass of the crankshaft to be machined 1 in relation to the editing tool 49 velvet quill 45 set, is greater than 100 to 1 in large commercial vehicle crankshafts. In addition, the crankshaft 1 clamped during machining and by far the largest part of the workpiece 1 introduced pulse-shaped impact energy is dissipated directly in local plastic deformations. The large workpiece mass, especially with cast materials, dampens the residual momentum not converted into deformation energy. Therefore, the solution according to the invention does not necessarily require that in each case a workpiece support must be present on the opposite side of the processing point. Nor does the invention in any case assume that two radii transitions are processed simultaneously by two impact balls. By a corresponding constructive design of the processing device 16 , or by an oblique employment of the processing device 16 , or by a - as in 7 indicated - additional NC positioning pivot axis (B axis) on the machine frame 14 for the guidance of the machine table 15 , are processing devices 16 with only one hit ball 51 realizable. However, this has the disadvantage that the two radii transitions 6 not simultaneously, but sequentially edited after each other and thereby doubles the total processing time.
In 3 sind
Bearbeitungsvorrichtungen 16 und 17 skizziert,
bei denen die Antriebswellen 47 parallel zur Werkstückdrehachse 13 und
somit parallel zur Maschinenhauptachse Z gerichtet sind. Dagegen ist
in 8 eine andere Lösungsmöglichkeit angedeutet, bei der
die Antriebsachse für
einen Exzenter (46) gegenüber der Darstellung in 3 um
90 Grad gedreht ist und in vertikale Richtung verläuft. In
einer anderen, zeichnerisch nicht dargestellten Variante wird die
Hubbewegung für
die Bearbeitungswerkzeuge 49 über eine bekannte Kurbelschleife
von der Antriebswelle 47 abgegriffen.In 3 are processing devices 16 and 17 outlines where the drive shafts 47 parallel to the workpiece axis of rotation 13 and thus are directed parallel to the machine main axis Z. In contrast, in 8th another solution suggested, in which the drive axle for an eccentric ( 46 ) compared to the illustration in 3 rotated 90 degrees and runs in vertical direction. In another, not graphically illustrated variant, the lifting movement for the processing tools 49 over a known crank loop from the drive shaft 47 tapped.
Neben
der elektromechanischen Krafteinleitung nach 3 und 7 über Elektromotor 48, Antriebswelle 47,
Exzenter 46, Pinole 45 und Bearbeitungswerkzeug 49 bestehen
auch andere Möglichkeiten
zur Erzeugung der Schlagbewegung 33 und der mechanischen
Schlagkraft. Die impulsförmige
Einbringung von Druckeigenspannungen in die Werkstückoberfläche 6 als
Folge lokaler plastischer Verformungen kann erfindungsgemäß alternativ auch
unter Verwendung bekannter Piezo-Aktoren 57 erfolgen. Verdeutlicht
ist dies in 9, welche eine entspre chende
Bearbeitungsvorrichtung 16 schematisch zeigt. Am Gehäusedeckel 44 sind
zwei Pakete von jeweils vier hinter einander angeordneten bekannten
Piezo-Aktoren 57 befestigt. Beim Anlegen einer niederfrequenten
Wechselspannung an die elektrischen Anschlüssen 58 ändert jeder
Piezo-Aktor 57 in bekannter Weise periodisch seine Ausdehnung.
Durch die hintereinander liegende Anordnung in der dargestellten
Paketform addieren sich die Ausdehnungen der einzelnen Aktoren 57 innerhalb
eines Paketes zur Gesamtausdehnung des Pakets. Die Aktoren 57 wirken
auf die Hebel 59, welche in den Zapfen 60 schwenkbar
gelagert sind und die Schwenkbewegung (61) ausführen. Die
Hebel 59 haben die Aufgabe, die Ausdehnungen der Piezo-Aktorenpakete mechanisch
zu vergrößern und
derart zu übersetzen, dass
sich ein Schlaghub äquivalent
zur oben beschriebenen Exzenteranregung einstellt. Die Hebel 59 übertragen
die von den Aktoren 57 erzeugte Schlagenergie auf die Pinole 45,
welche in oben beschriebener Weise die Schlagenergie über die
Bearbeitungswerkzeuge 49 auf die Bearbeitungsstelle 6 des
Werkstücks 1 weiter
leitet.In addition to the electromechanical introduction of force to 3 and 7 via electric motor 48 , Drive shaft 47 , Eccentric 46 , Quill 45 and editing tool 49 There are also other possibilities for generating the striking motion 33 and the mechanical impact. The pulsed introduction of residual compressive stresses in the Workpiece surface 6 As a result of local plastic deformations, it is alternatively possible according to the invention to use known piezoactuators 57 respectively. This is illustrated in 9 which a corre sponding processing device 16 schematically shows. On the housing cover 44 are two packages of four each arranged behind each other known piezo actuators 57 attached. When applying a low-frequency AC voltage to the electrical connections 58 Each piezo actuator changes 57 in a known manner periodically its extent. Due to the successive arrangement in the illustrated package form, the expansions of the individual actuators add up 57 within a package to the total extent of the package. The actors 57 act on the levers 59 which are in the cones 60 are pivotally mounted and the pivoting movement ( 61 ) To run. The levers 59 have the task of increasing the dimensions of the piezo actuator packages mechanically and to translate such that adjusts an impact stroke equivalent to the above-described eccentric excitation. The levers 59 transmit those from the actuators 57 generated impact energy on the quill 45 , which in the manner described above, the impact energy on the processing tools 49 on the processing station 6 of the workpiece 1 continues to lead.
Die
Abbildungen der nachfolgenden Zeichnungen von beispielhaften Ausführungsbeispielen der
Erfindung zeigen folgende Darstellungen:The
Illustrations of the following drawings of exemplary embodiments of the
Invention show the following representations:
1:
Eine horizontale Draufsicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine; 1 : A horizontal plan view of a first embodiment of a machine tool according to the invention;
2:
eine Querschnittsansicht durch die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine; 2 a cross-sectional view through the machine tool according to the invention;
3:
eine Schnittansicht durch die erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtungen
(16) und (17) mit Blickrichtung von oben auf das
Werkstück (1); 3 FIG. 3: a sectional view through the processing devices according to the invention (FIG. 16 ) and ( 17 ) viewed from above on the workpiece ( 1 );
4:
eine Abstützung
des Werkstücks
(1) durch die mit zwei CNC-Achsen geführte Abstützrolle (55) in vertikaler
Querschnittsansicht; 4 : a support of the workpiece ( 1 ) by the support roller (2) 55 ) in vertical cross-sectional view;
5:
eine Abstützung
des Werkstücks
(1) durch die mit zwei CNC-Achsen geführte Abstützrolle (55) in horizontaler
Querschnittsansicht; 5 : a support of the workpiece ( 1 ) by the support roller (2) 55 ) in horizontal cross-sectional view;
6:
eine Abstützung
des Werkstücks
(1) durch die mit einer CNC-Achse geführte Abstützrolle (55) im sog.
Pendelhubverfahren in vertikaler Querschnittsansicht; 6 : a support of the workpiece ( 1 ) by the CNC-axis guided support roller ( 55 ) in the so-called Pendelhubverfahren in vertical cross-sectional view;
7:
eine beispielhafte Bearbeitung mit nur einem Bearbeitungswerkzeug
(49) an schräg
angestelltem Werkstück
(1) in horizontaler Querschnittsansicht; 7 : an exemplary machining with only one machining tool ( 49 ) on an inclined workpiece ( 1 ) in horizontal cross-sectional view;
8:
eine Bearbeitungsvorrichtung (16) mit senkrechter Antriebswelle
(47) in horizontaler Querschnittsansicht; und 8th : a processing device ( 16 ) with vertical drive shaft ( 47 ) in horizontal cross-sectional view; and
9:
eine Bearbeitungsvorrichtung (16) mit Piezo-Aktoren (57)
zur Einleitung des Schlaghubs (33) nach einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung in horizontaler Querschnitt 9 : a processing device ( 16 ) with piezo actuators ( 57 ) to initiate the strike stroke ( 33 ) according to an embodiment of the invention in horizontal cross-section
In
den Figuren der Zeichnungen sind die Bauteile und Einzelheiten der
Ausführungsbeispiele der
Erfindung entsprechend der folgenden Aufstellung bezeichnet:In
The figures of the drawings are the components and details of
Embodiments of the
Invention according to the following list:
-
11
-
Werkstück (zu bearbeitende
Kurbelwelle)Workpiece (to be machined
Crankshaft)
-
22
-
KurbelwellenhauptlagerMain bearing
-
33
-
KurbelwellenhublagerKurbelwellenhublager
-
44
-
Kurbelwangecrank web
-
55
-
Kurbelwellenzapfen
bzw. Kurbelwellenflanschcrankshaft journal
or crankshaft flange
-
66
-
Radienübergang
(Bearbeitungsstelle)Radii transition
(Processing site)
-
77
-
WerkstückspannvorrichtungWorkpiece clamping device
-
88th
-
Reitstocktailstock
-
99
-
Zentrierspitzecentering
-
1010
-
WerkstückspindelstockWorkhead
-
1111
-
elektrischer
Servoantrieb für
Werkstückspindel
(C-Achse)electrical
Servo drive for
Workpiece spindle
(C-axis)
-
1212
-
Werkstückdrehbewegung
(C-Achse)Workpiece rotation movement
(C-axis)
-
1313
-
Hauptlagerachse
(Werkstücklängsachse, Werkstückdrehachse)Main bearing axis
(Workpiece longitudinal axis, workpiece axis of rotation)
-
1414
-
Maschinegestellmachine frame
-
1515
-
Maschinentischmachine table
-
1616
-
vordere
Bearbeitungsvorrichtungfront
processing device
-
1717
-
rückwärtige Bearbeitungsvorrichtungrearward processing device
-
1818
-
Kugelgewindetrieb
zur TischpositionierungBall Screw
for table positioning
-
1919
-
elektr.
Positionier- bzw. Stellmotor für
Tischpositionierungelec.
Positioning or servomotor for
table positioning
-
2020
-
Lünettebezel
-
2121
-
vordere
Horizontalführungfront
horizontal guide
-
2222
-
rückwärtige Horizontalführungrear horizontal guide
-
2323
-
Maschinenschlitten
für horizontale
Positionierung dermachine slide
for horizontal
Positioning the
-
-
vorderen
Bearbeitungsvorrichtungfront
processing device
-
2424
-
Maschinenschlitten
für horizontale
Positionierung dermachine slide
for horizontal
Positioning the
-
-
rückwärtigen Bearbeitungsvorrichtungrearward processing device
-
2525
-
Kugelgewindetrieb
für horizontale
Positionierung derBall Screw
for horizontal
Positioning the
-
-
vorderen
Bearbeitungsvorrichtungfront
processing device
-
2626
-
Kugelgewindetrieb
für horizontale
Positionierung der rückwärtigen BearbeitungsvorrichtungBall Screw
for horizontal
Positioning of the rear processing device
-
2727
-
Servoantrieb
zur horizontalen Positionierung der vorderen Bearbeitungsvorrichtungservo drive
for horizontal positioning of the front processing device
-
2828
-
Servoantrieb
zur horizontalen Positionierung der rückwärtigen Bearbeitungsvorrichtungservo drive
for horizontal positioning of the rear processing device
-
2929
-
horizontale
Linearbewegung des vorderen Maschinenschlttens entlang X-Achse;
Maß ξhorizontal
Linear movement of the front machine along X-axis;
Dimension ξ
-
3030
-
horizontale
Linearbewegung des hinteren Maschinenschlittens entlang U-Achse,
Maß χhorizontal
Linear movement of the rear machine carriage along U-axis,
Dimension χ
-
3131
-
Zustellbewegung
des vorderen Maschinenschlittensinfeed
of the front machine slide
-
3232
-
Zustellbewegung
des hinteren Maschinenschlittensinfeed
the rear machine carriage
-
3333
-
Bewegung
des SchlagwerkzeugsMove
of the impact tool
-
3434
-
vordere
Vertikalführung
rückwärtige Vertikalführungfront
vertical guide
rear vertical guide
-
3636
-
vertikale
Linearbewegung der vorderen Bearbeitungsvorrichtung entlang Y-Achse;
Maß ηvertical
Linear movement of the front processing device along the Y-axis;
Measure η
-
3737
-
vertikale
Linearbewegung der hinteren Bearbeitungsvorrichtung entlang V-Achse,
Maß ηvertical
Linear movement of the rear processing device along V-axis,
Measure η
-
3838
-
Servoantrieb
zur vertikalen Positionierung der vorderen Bearbeitungsvorrichtungservo drive
for vertical positioning of the front processing device
-
3939
-
Servoantrieb
zur vertikalen Positionierung der rückwärtigen Bearbeitungsvorrichtungservo drive
for vertical positioning of the rear processing device
-
4040
-
Kugelgewindetrieb
für vertikale
Positionierung der vorderen BearbeitungsvorrichtungBall Screw
for vertical
Positioning of the front processing device
-
4141
-
Kugelgewindetrieb
für vertikale
Positionierung der rückwärtigen BearbeitungsvorrichtungBall Screw
for vertical
Positioning of the rear processing device
-
4242
-
Gehäuse der
BearbeitungsvorrichtungHousing of
processing device
-
4343
-
Bearbeitungskopfprocessing head
-
4444
-
Gehäusedeckelhousing cover
-
4545
-
PinolePinole
-
4646
-
Exzentereccentric
-
4747
-
Antriebswelledrive shaft
-
4848
-
Elektromotorelectric motor
-
4949
-
Bearbeitungswerkzeugprocessing tool
-
5050
-
Schlagstößelimpact ram
-
5151
-
Schlagkugelblow ball
-
5252
-
Druckfeder
für Rückzug eines
Bearbeitungswerkzeugescompression spring
for withdrawal of one
Processing tool
-
5353
-
Druckfeder
für Rückzug der
Pinolecompression spring
for withdrawal of
Pinole
-
5454
-
Achseaxis
-
5555
-
Abstützrollesupport roller
-
5656
-
Pendelbewegung
der Stützscheibependulum
the support disk
-
5757
-
Piezo-AktorPiezo actuator
-
5858
-
elektrischer
Anschlusselectrical
connection
-
5959
-
Hebellever
-
6060
-
Zapfenspigot
-
6161
-
Schwenkbewegung
des Hebelspivotal movement
of the lever