DE102007033767A1 - Irregular and rotation-symmetrical inner and outer contours machining method for work piece e.g. seat for bearing, involves moving cutter relative to work piece such that feed motion runs parallely or at small angles to edge of cutter - Google Patents

Irregular and rotation-symmetrical inner and outer contours machining method for work piece e.g. seat for bearing, involves moving cutter relative to work piece such that feed motion runs parallely or at small angles to edge of cutter Download PDF

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Abstract

The method involves providing a work piece contour by forging and cutting slot-machining with an oversize for a hard-machining. A work piece (7) is hard-machined with a cutter and sharpened, when setting. The cutter is moved relative to the work piece such that a feed motion runs parallely or at small angles to an edge of the cutter. An adjustment angle and a setting angle are changed by pivoting of a tool around a pivot axis (13) during hard-machining with the cutter. The adjustment angle varies within a specific range. An independent claim is also included for a machine tool for machining both irregular and rotation-symmetrical inner and outer contours at rotary work pieces.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur hochgenauen Bearbeitung gehärteter Werkstücke mit sowohl unrunden als auch rotationssymmetrischen Innen- und Außenkonturen. Bei der industriellen Serienfertigung von solchen Werkstücken, beispielsweise bei der Herstellung von Sitzen für Lager oder Dichtringe, wird das gehärtete Werkstück einer Hartdrehbehandlung unterzogen und dann geschliffen. Aus der DE 199 20 467 A1 ist eine Schleifmaschine mit Hartdreheinrichtung bekannt. Um die Vorteile des Schleifmaschinenaufbaus für die Hartdrehbearbeitung nutzen zu können, ist auf dem Schleifmaschinenbett eine Aufnahme für ein Drehwerkzeug oder einen Werkzeugrevolver vorgesehen. Auf dieser Maschine kann das Werkstück in einer Aufspannung durch Hartdrehen und Schleifen bearbeitet werden. Des weiteren wurden beispielsweise bei der Bearbeitung von Kurbelwellen Fertigungsverfahren mit dem Ziel entwickelt, die Schleifbearbeitung völlig zu eliminieren. Die EP 1 030 755 B1 zeigt ein Verfahren, wobei im Anschluss an die spanende Bearbeitung mit bestimmter Schneide das Finishen erfolgt. Dazu ist bei der Bearbeitung mit definierter Schneide der Grad der zulässigen Abweichung von vorbestimmten Maß- und Oberflächentoleranzen unbedingt einzuhalten. Um die gewünschte Fertigungsqualität zu gewährleisten, muss der Werkzeugverschleiß genauestens überwacht und jedes einzelne Werkstück kontrolliert werden.The invention relates to a method and a device for high-precision machining of hardened workpieces with both non-circular and rotationally symmetrical inner and outer contours. In the industrial mass production of such workpieces, for example, in the production of seats for bearings or sealing rings, the hardened workpiece is subjected to a hard turning treatment and then ground. From the DE 199 20 467 A1 is a grinding machine with hard turning known. In order to be able to utilize the advantages of the grinding machine structure for hard turning machining, a receptacle for a turning tool or a tool turret is provided on the grinding machine bed. On this machine, the workpiece can be machined in one clamping by hard turning and grinding. Furthermore, for example, in the machining of crankshafts, manufacturing processes have been developed with the aim of completely eliminating grinding. The EP 1 030 755 B1 shows a method, which is followed by the machining with a certain edge finishing. For this purpose, the degree of permissible deviation from predetermined dimensional and surface tolerances must be strictly observed when machining with a defined cutting edge. In order to ensure the desired production quality, the tool wear must be closely monitored and every single workpiece must be checked.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das rasche und kostengünstige Bearbeitung gehärteter Werkstücke bei hoher Oberflächenqualität und Maßgenauigkeit ermöglicht. Es ist auch Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.task The invention is to provide a method which is rapid and inexpensive Machining of hardened workpieces with high surface quality and dimensional accuracy allows. It is also a task of the invention, an apparatus for carrying out the method provide.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 5. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.These The object is achieved by a method according to claim 1 and a machine tool according to claim 5. Advantageous developments The invention are the subject of the dependent claims.

Ein vorteilhafter Aspekt der Erfindung besteht darin, die Hartbearbeitung mit definierter Schneide durch Erhöhen der Vorschubgeschwindigkeit zu beschleunigen und dadurch die Zykluszeit für die Werkstückbearbeitung zu verkürzen. Dabei wird die Werkzeugschneide für die Dauer des Eingriffs mit dem Werkstück in einer Richtung orthogonal zur Werkstückrotationsachse bewegt, so dass die Vorschubbewegung parallel oder in kleinen Winkeln zur Schneidkante verläuft. Erfindungsgemäß wird die erhöhte Vorschubgeschwindigkeit durch optimierte Auslegung der Werkzeugwinkel erreicht. Dabei waren der Anstellwinkel, also die Schneidenausrichtung relativ zur Werkstückachse, und die besonderen geometrischen Verhältnisse bei der Werkzeugbewegung orthogonal zur Werkstückrotationsachse zu berücksichtigen. Eine Schwenkbewegung des Werkzeugs relativ zum Werkstück verursacht zusätzliche Veränderungen der Einstell- und Freiwinkel. Diese sind ebenfalls in Betracht zu ziehen. Bei einem Anstellwinkel von 30° bis 60° wurde für den Keilwinkel an der Werkzeugschneide ein Bereich von 80° bis 135° ermittelt. Vorteilhafte Werte für den negativen Spanwinkel liegen im Bereich von ca. –1° bis –15° und für den Freiwinkel bei 5° bis 30°. Auf diese Weise werden derzeit Vorschubgeschwindigkeiten von bis zu 900 mm/min erzielt. Bei der Hartbearbeitung mit definierter Schneide wird ein minimales Schleifaufmaß so gewählt, dass unvermeidliche Geometriefehler sicher korrigiert werden können. Beim anschließenden Schleifvorgang ist der Werkzeugverschleiß durch die regelmäßigen Abrichtvorgänge leicht zu überwachen. Daher kann die gewünschte Fertigungsqualität auch mit stichprobenartigen Werkstückkontrollen sichergestellt werden. Im Vergleich zum Stand der Technik resultieren daraus erhebliche Zeit- und Kostenvorteile.One Advantageous aspect of the invention is the hard machining with defined cutting edge by increasing the feed speed to accelerate and thereby the cycle time for the workpiece machining To shorten. The tool cutting edge for the duration of engagement with the workpiece in one direction moved orthogonal to the workpiece rotation axis, so that the feed motion parallel or at small angles to the cutting edge runs. According to the invention is the increased Feed rate through optimized design of the tool angle reached. The angle of attack, ie the orientation of the blades, was relative to the workpiece axis, and the special geometric conditions in the tool movement orthogonal to the workpiece rotation axis to take into account. A pivoting movement of the tool relative to the workpiece causes additional changes the adjustment and clearance angle. These are also eligible pull. At an angle of attack of 30 ° to 60 ° was for the wedge angle on the tool cutting an area determined from 80 ° to 135 °. Advantageous values for the negative rake angle are in the range of about -1 ° to -15 ° and for the clearance angle at 5 ° to 30 °. On Currently, feed rates of up to 900 mm / min achieved. For hard machining with a defined cutting edge a minimum grinding allowance is chosen so that inevitable geometric errors can be safely corrected. During the subsequent grinding process the tool wear is through the regular dressing operations easily to monitor. Therefore, the desired manufacturing quality also ensured with random workpiece checks become. Compared to the state of the art, this results in considerable time and cost advantages.

Im Folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.in the The invention is based on exemplary embodiments explained in more detail.

1 zeigt die Vorderansicht einer Werkzeugmaschine 1 shows the front view of a machine tool

2 zeigt den Werkzeugrevolver und die Schleifspindel von oben gesehen 2 shows the tool turret and the grinding spindle as seen from above

3 zeigt den Eingriff des Werkzeugs 15 am Werkstück 7 in vergrößerter Darstellung 3 shows the engagement of the tool 15 on the workpiece 7 in an enlarged view

4 zeigt das Werkzeug 7 mit den Werkzeugwinkeln in vergrößerter Darstellung 4 shows the tool 7 with the tool angles in an enlarged view

1 zeigt eine Werkzeugmaschine 1 zur hochgenauen Bearbeitung gehärteter Werkstücke 7 mit sowohl unrunden als auch rotationssymmetrischen Innen- und Außenkonturen, wobei nicht erfindungswesentliche Details des Antriebs, der Steuerung und des Gehäuses nicht dargestellt sind. Die Werkstücke 7 werden in der Werkstückhaltevorrichtung 6, bestehend aus der Werkstückspindel 8 und dem Reitstock 9 eingespannt und in Rotation versetzt. Am Maschinengestell 2 sind vertikale Führungen 3 für die beiden Vertikalschlitten 4, 4' vorgesehen. Diese tragen ihrerseits Führungen 12 für die Horizontalschlitten 5, 5'. Im Horizontalschlitten 5 ist der Werkzeugrevolver 10 um eine Schwenkachse 13 drehbar gelagert. Der zweite Horizontalschlitten 5' nimmt die Schleifspindel 11 mit der Schleifscheibe 16 auf. 1 shows a machine tool 1 for high-precision machining of hardened workpieces 7 with both non-circular and rotationally symmetrical inner and outer contours, not essential to the invention details of the drive, the controller and the housing are not shown. The workpieces 7 be in the workpiece holding device 6 consisting of the workpiece spindle 8th and the tailstock 9 clamped and rotated. On the machine frame 2 are vertical guides 3 for the two vertical slides 4 . 4 ' intended. These in turn carry guides 12 for the horizontal slides 5 . 5 ' , In horizontal carriage 5 is the tool turret 10 around a pivot axis 13 rotatably mounted. The second horizontal slide 5 ' takes the grinding spindle 11 with the grinding wheel 16 on.

2 zeigt den Werkzeugrevolver 10 und die Schleifspindel 11 in der Sicht von oben. Durch eine Schwenkbewegung des Werkzeugrevolvers 10 um die Schwenkachse 13 wird das Werkzeug 15 mit der Schneide 17 mit dem Werkstück 7 in Eingriff gebracht. Dabei werden die durch die Schneidenform bedingten Konturabweichungen des Werkstücks 7 durch eine Zustellbewegung des Horizontalschlittens 5 entlang der Führungen 12 ausgeglichen. 2 shows the tool turret 10 and the grinding spindle 11 in the view from above. By a pivoting movement of the tool turret 10 around the pivot axis 13 becomes the tool 15 with the cutting edge 17 with the workpiece 7 engaged introduced. In the process, the contour deviations of the workpiece caused by the cutting edge shape become 7 by a feed movement of the horizontal carriage 5 along the guides 12 balanced.

Anschließend wird das Werkstück 7 in der gleichen Aufspannung durch die Schleifscheibe 16 einer Schleifbehandlung unterzogen. Durch die regelmäßigen Abrichtvorgänge ist der Verschleiß der Schleifscheibe 16 leicht zu überwachen. Daher reicht eine stichprobenartige Werkstückkontrolle zur Sicherstellung der Fertigungsqualität aus. Aus 3 ist der Eingriff des Werkzeugs 15 am Werkstück 7 ersichtlich. Die Schneide 17 ist unter dem Anstellwinkel ε gegen die Werkstückrotationsachse 19 geneigt. Sie wird während des Eingriffs in der Bewegungsrichtung 20 orthogonal zur Werkstückrotationsachse 19 bewegt. Aus dieser und der Rotationsbewegung 22 des Werkstücks 7 resultierend verläuft die Vorschubbewegung 22 parallel zur Schneide 17 oder in kleinen Winkeln dazu. Zur besseren Übersicht ist in 4 das Werkzeug 7 mit den Werkzeugwinkeln vergrößert dargestellt. Die Schneide 17 wird definiert durch den Keilwinkel β und den Spanwinkel γ. Als vorteilhafte Werte für den Keilwinkel β wurde ein Bereich von 80° bis 135° und für den negativen Spanwinkel γ ein Bereich von minus 1° bis minus 15° ermittelt. Der Freiwinkel α bewegt sich vorteilhafterweise in einem Bereich zwischen 5° und 30°. Freiwinkel α, Keilwinkel β und Einstellwinkel χ ergänzen sich jeweils zu 180°; d. h. wenn zwei dieser Winkel festgelegt wurden, ergibt sich der Dritte aus der Differenz zu 180°. Besonders komplexe Zusammenhänge ergeben sich, wenn Frei- und Einstellwinkel während des Werkstückeingriffs variieren, weil das Werkzeug 7 um die Schwenkachse 13 geschwenkt wird. Mit den optimierten Werkzeugwinkeln kann die Vorschubgeschwindigkeit auf Werte von bis zu 900 mm/min gesteigert werden.Subsequently, the workpiece becomes 7 in the same clamping through the grinding wheel 16 subjected to a grinding treatment. Due to the regular dressing operations, the wear of the grinding wheel 16 easy to monitor. Therefore, a random workpiece inspection to ensure the production quality is sufficient. Out 3 is the engagement of the tool 15 on the workpiece 7 seen. The cutting edge 17 is below the angle of attack ε against the workpiece rotation axis 19 inclined. It is during the procedure in the direction of movement 20 orthogonal to the workpiece rotation axis 19 emotional. From this and the rotational movement 22 of the workpiece 7 As a result, the feed movement is running 22 parallel to the cutting edge 17 or in small angles to it. For a better overview, see 4 the tool 7 shown enlarged with the tool angles. The cutting edge 17 is defined by the wedge angle β and the rake angle γ. As advantageous values for the wedge angle β, a range of 80 ° to 135 ° and for the negative rake angle γ a range of minus 1 ° to minus 15 ° was determined. The clearance angle α advantageously moves in a range between 5 ° and 30 °. Clearance angle α, wedge angle β and setting angle χ complement each other to 180 °; that is, if two of these angles have been set, the third results from the difference to 180 °. Particularly complex relationships arise when clearance and adjustment angle vary during workpiece engagement, because the tool 7 around the pivot axis 13 is pivoted. With the optimized tool angles, the feed rate can be increased to values of up to 900 mm / min.

11
Werkzeugmaschinemachine tool
22
Maschinengestellmachine frame
33
Führungguide
4 4'4 4 '
Vertikalschlitten vertical slide
5 5'5 5 '
Horizontalschlitten horizontal slide
66
WerkstückhaltevorrichtungWorkpiece holding device
77
Werkstückworkpiece
88th
WerkstückspindelWorkpiece spindle
99
Reitstocktailstock
1010
Werkzeugrevolvertool turret
1111
Schleifspindelgrinding spindle
1212
Führungguide
1313
Schwenkachseswivel axis
1414
Rotationsachseaxis of rotation
1515
WerkzeugTool
1616
Schleifscheibegrinding wheel
1717
Schneidecutting edge
1818
Abrichtgerätdresser
1919
WerkstückrotationsachseWorkpiece rotation axis
2020
Bewegungsrichtungmovement direction
2121
Vorschubbewegungfeed motion
2222
Rotationsbewegungrotational motion
AA
Aufmaßoversize
αα
Freiwinkelclearance angle
ββ
Keilwinkel Anstellwinkelwedge angle angle of attack
γγ
Spanwinkelrake angle
κκ
EinstellwinkelSetting angle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (6)

Verfahren zur hochgenauen Bearbeitung sowohl unrunder als auch rotationssymmetrischer Innen- und Außenkonturen an rotierenden Werkstücken (7) mit folgenden Verfahrensschritten: – Erstellen einer gewünschten Werkstückkontur durch Schmieden und/oder spanende Weichbearbeitung mit einem Aufmaß (A) für die Hartbearbeitung, – Härten des Werkstücks (7) – Hartbearbeitung des Werkstücks (7) mit definierter Schneide (17) und anschließendem Schleifvorgang in einer Aufspannung dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung einer maximalen Vorschubgeschwindigkeit die Schneide (17) relativ zum Werkstück (7) so bewegt wird, dass die Vorschubbewegung (21) parallel oder in kleinen Winkeln zur Kante der Schneide (17) verläuft.Method for high-precision machining of non-circular and rotationally symmetrical inner and outer contours on rotating workpieces ( 7 ) with the following process steps: - producing a desired workpiece contour by forging and / or cutting soft machining with an allowance (A) for the hard machining, - hardening of the workpiece ( 7 ) - hard machining of the workpiece ( 7 ) with a defined cutting edge ( 17 ) and subsequent grinding operation in one clamping, characterized in that to achieve a maximum feed rate, the cutting edge ( 17 ) relative to the workpiece ( 7 ) is moved so that the feed movement ( 21 ) parallel or at small angles to the edge of the cutting edge ( 17 ) runs. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der Hartbearbeitung mit definierter Schneide (17) der Einstellwinkel (χ) und der Freiwinkel (α) durch eine Schwenkbewegung des Werkzeugs (15) um die Schwenkachse (13) verändert werden.A method according to claim 1, characterized in that during the hard machining with a defined cutting edge ( 17 ) the setting angle (χ) and the clearance angle (α) by a pivoting movement of the tool ( 15 ) about the pivot axis ( 13 ) to be changed. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Relativbewegung zwischen Werkzeug (15) und Werkstück (7) der Einstellwinkel (χ) innerhalb eines Bereichs von 40° bis 100° der Freiwinkel (α) innerhalb eines Bereichs von 5° bis 30° variiert.A method according to claim 2, characterized in that by the relative movement between the tool ( 15 ) and workpiece ( 7 ) the setting angle (χ) varies within a range of 40 ° to 100 ° of the clearance angle (α) within a range of 5 ° to 30 °. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überwachung der Fertigungsqualität die Werkstücke (7) stichprobenweise vermessen werden.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that for monitoring the production quality, the workpieces ( 7 ) can be measured randomly. Werkzeugmaschine zur Bearbeitung sowohl unrunder als auch rotationssymmetrischer Innen- und Außenkonturen an einem rotierenden Werkstück (7), mit wenigstens einem Werkzeug (15) mit ebener Schneide (17), wobei die Schneide (17) zur Durchführung einer Vorschubbewegung in einer Richtung orthogonal zur Werkstückrotationsachse (19) bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Keilwinkel (β) in einem Bereich von 80° bis 135° liegt, dass der Anstellwinkel (ε) zwischen Schneide (17) und Werkstückrotationsachse (19) in einem Bereich zwischen 30° bis 60° liegt und dass zur Schleifbearbeitung eine Schleifspindel (11) vorgesehen ist.Machine tool for machining both non-circular and rotationally symmetrical inner and outer contours on a rotating workpiece ( 7 ), with at least one tool ( 15 ) with a flat cutting edge ( 17 ), the cutting edge ( 17 ) for performing a feed movement in a direction orthogonal to the workpiece rotation axis ( 19 ) is movable, characterized in that the wedge angle (β) is in a range of 80 ° to 135 ° that the angle of attack (ε) between cutting edge ( 17 ) and workpiece rotation axis ( 19 ) is in a range between 30 ° to 60 ° and that for grinding a grinding spindle ( 11 ) is provided. Werkzeugmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass, dass der Spanwinkel (γ) in einem Bereich von minus 1° bis minus 15° liegt.Machine tool according to claim 5, characterized in that that the rake angle (γ) is in a range of minus 1 ° to minus 15 °.
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