DE102008057069A1

DE102008057069A1 - Unwuchtbeseitigung

Info

Publication number: DE102008057069A1
Application number: DE200810057069
Authority: DE
Inventors: Leo Dr. Schreiber; Dieter Scharpf
Original assignee: Boehringer Werkzeugmaschinen GmbH
Current assignee: MAG IAS GmbH Eislingen
Priority date: 2008-11-13
Filing date: 2008-11-13
Publication date: 2010-05-20

Abstract

ück-Einheit in der Drehmaschine bei gespanntem Werkstück durch Verlagerung von zwei Wuchtgewichten auf einer Kreisbahn um die Drehachse entlang des Futters oder der Spindel durch die Steuerung der Maschine, vorzugsweise neu vor jedem Bearbeitungsschritt am Werkstück.

Description

I. Anwendungsgebiet
Die Erfindung betrifft unwuchtige Werkstücke in Drehmaschinen.
II. Technischer Hintergrund
Wenn in einer Drehmaschine Werkstücke als Rohteil eingespannt werden, sind diese in aller Regel noch stark unwuchtig, vor allem wenn es sich um Werkstücke mit exzentrischen Teilen wie beispielsweise Kurbelwellen handelt.
Durch die Aufnahme dieser unwuchtigen Werkstücke in dem in der Regel sehr gut ausgewuchteten Spannfutter und dem anschließenden Rotieren der im Spindelstock gelagerten Einheit aus Spindel einschließlich Spannfutter und dem Werkstück, wirken dies Unwuchten auf die Spindellagerung im Spindelstock ein.
Dies belastet einerseits die Lager im Spindelstock und führt zu einem früheren Verschleiß, und verformt darüber hinaus das Werkstück – beispielhaft wird im Folgenden ausschließlich immer von Kurbelwellen gesprochen – und verschlechtert daher auch das Bearbeitungsergebnis der Kurbelwelle.
Hinzu kommt, dass sich die am Werkstück und damit der Spindel-Werkstück-Einheit vorliegende Unwucht mit Bearbeitungsfortschritt ständig ändert, und somit selbst eine nach dem Einspannen des Rohteiles erfolgende einmalige Auswuchtung allein das Problem nicht löst.
III. Darstellung der Erfindung
a) Technische Aufgabe
Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, ein Verfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung an einer Drehmaschine zu schaffen, die während der Bearbeitung eine Unwucht an der Spindel-Werkstück-Einheit beseitigt und insbesondere die zu Grunde liegende Unwucht des Werkstückes selbst beseitigt.
b) Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 9 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nachdem das Werkstück in die Werkstückspindel, insbesondere eingesetzt wurde, wird durch das Verschieben von zwei Wuchtgewichten in Umfangsrichtung insbesondere um die Drehachse an einem mit dem Werkstück mitdrehendem Teil der Spindel-Werkstück-Einheit, also am Futter oder der Spindel, in eine definierte Position eine an der Spindel-Werkstück-Einheit bestehende Unwucht kompensiert.
Dazu werden die Wuchtgewichte auf die der Unwucht gegenüberliegende Seite verlagert, so dass das durch die Wuchtgewichte resultierende Gegengewicht hinsichtlich Größe und Winkelstellung exakt der vorhandenen Unwucht entspricht. Sofern die beiden Wuchtgewichte gleich schwer sind und sich auf der gleichen Kreisbahn bewegen, werden sie bezüglich der Unwucht-Gegenrichtung einander gegenüberliegend und um gleich große, gegensinnige Wuchtwinkel von der Unwucht-Gegenrichtung beabstandet, eingestellt. Dieser Vorgang soll insgesamt automatisch ablaufen.
Vorzugsweise wird zuvor die Winkelstellung der vorhandenen Unwucht bestimmt, was die Einstellung der Wuchtgewichte erleichtert und beschleunigt, jedoch ist auch ein einfaches Try- and Error-Verfahren durchführbar.
Befinden sich die beiden Wuchtgewichte gleicher Masse auf einer Kreisbahn mit dem gleichen Radius um die Drehachse, so verändern sie den Schwerpunkt der Spindel-Werkstück-Einheit nur dann nicht, wenn sie sich genau bezüglich der Drehmitte einander gegenüberliegend, also um 180° beabstandet, befinden.
Das Bestimmen der Position und gegebenenfalls auch der Größe der Unwucht kann mittels konventioneller Verfahren oder bei drehender Spindel auch mittels akustischer Verfahren erfolgen.
Nachdem auf diese Weise die Unwucht der Spindel-Werkstück-Einheit beseitigt ist, kann der gewünschte nächste Bearbeitungsschritt durchgeführt werden.
Dadurch verändert sich üblicherweise wiederum die Unwuchtigkeit der Spindel-Werkstück-Einheit, so dass vor dem nächsten Bearbeitungsschritt erneut eine Unwuchtbeseitigung an dieser Einheit durch erneutes Verschieben und Einstellen der Wuchtgewichte durchgeführt werden muss.
Nach dem letzten regulären Bearbeitungsschritt ist somit die Spindel-Werkstück-Einheit üblicherweise wieder unwuchtig und zwar wiederum aufgrund einer Unwuchtigkeit des Werkstückes, da die Spindel einschließlich des Futters in der Regel sehr gut ausgewuchtet ist.
Deshalb wird nach dem letzten regulären Bearbeitungsschritt vorzugsweise wiederum ein Auswuchten der Spindel-Werkstück-Einheit durch entsprechende Einstellung der Wuchtgewichte durchgeführt und anschließend von der Steuerung der Maschine – basierend auf der Stellung der Wuchtgewichte und deren bekannter Masse – automatisch eine entsprechende Materialabnahme am Werkstück vorgenommen, die die Unwucht des Werkstückes beseitigt. Durch richtigen Abstand von der Drehmitte sowie Größe der Materialabnahme und Winkelstellung wird dies erreicht.
Auf diese Art und Weise kann nicht nur während der Bearbeitung die Unwucht der Spindel-Werkstück-Einheit beseitigt werden, sondern auch am Ende der Bearbei tung das fertig bearbeitete Werkstück automatisch auf einfache Art und Weise ausgewuchtet werden.
Eine entsprechende Drehmaschine verfügt zu diesem Zweck am Futter oder der Spindel über zwei in Umfangsrichtung verlagerbare Wuchtgewichte, die vorzugsweise auf einer Kreisbahn, und zwar ein und derselben Kreisbahn, um die Drehmitte verlagerbar sind und jede Position in Umfangsrichtung einnehmen können. Vorzugsweise ist dabei auch die Masse der Wuchtgewichte exakt bekannt, insbesondere je gleich groß.
Die Wuchtgewichte können automatisch von der Steuerung der Maschine aus mittels eines entsprechenden Antriebes in jede gewünschte Stellung in Umfangsrichtung bewegt und dort fixiert werden.
Mit Hilfe einer Unwucht-Messvorrichtung kann zumindest festgestellt werden, ob die Unwucht unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes liegt. Vorzugsweise kann mit Hilfe der Unwucht-Messvorrichtung der Maschine die Unwucht auch hinsichtlich Größe und Winkellage exakt bestimmt werden.
Die Wuchtgewichte besitzen vorzugsweise eine gleich große Masse und bewegen sich auf der gleichen Kreisbahn, beispielsweise entlang einer in Z-Richtung offenen, hinterschnittenen Nut oder vollständig verdeckt im Inneren des Futters oder der Spindel.
Die Steuerung der Maschine sollte zusätzlich in der Lage sein, aus der momentanen Stellung der Wuchtgewichte eine notwendige Materialabnahme am Werkstück hinsichtlich Materialmasse, Winkellage und radialem Abstand von der Drehachse zu bestimmen und in der gleichen Aufspannung des Werkstückes in der Drehmaschine durch Bohren oder Fräsen oder eine andere spanende Materialabnahme, für die in der Drehmaschine Zusatz-Werkzeuge vorgesehen sind, durchzuführen und dadurch das Werkstück nach dem letzten regulären Bearbeitungsschritt automatisch auszuwuchten.
c) Ausführungsbeispiele
Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
1: Eine übliche Drehmaschine in der Seitenansicht, und
2: den Spindelstock betrachtet in Z-Richtung.
1 zeigt in der Seitenansicht, also quer zur Z-Richtung 10, der Drehachse der Drehmaschine, betrachtet, eine Drehmaschine 9, in deren Futter 2 z. B. eine Kurbelwelle als Werkstück 1 eingespannt ist und bearbeitet werden soll.
Wie üblich dreht sich dann dabei die Spindel 3a, die drehbar im Spindelstock 3 gelagert angetrieben wird, zusammen mit dem von ihr getragenen Futter 2, in dem das Werkstück 1 gehalten ist, während der Bearbeitung um die Z-Achse 10.
Da die maschinenseitigen Komponenten dieser Spindel-Werkstück-Einheit 1 + 2 + 3a, nämlich die Spindel 3a und das Futter 2, in der Regel optimal ausgewuchtet sind, das Werkstück 1 jedoch nicht, liegt an dieser Einheit 1 + 2 + 3a in der Regel eine Unwucht vor, die es zu beseitigen gilt, wie in 2 dargestellt.
Dabei wird – siehe 2b – davon ausgegangen, dass in Richtung der Z-Achse 10 betrachtet der Schwerpunkt S der Spindel-Werkstück-Einheit 1 + 2 + 3a nicht mit der Soll-Lage, nämlich der Drehachse 10, übereinstimmt und damit eine Unwucht darstellt, die beseitigt werden muss.
Zu diesem Zweck sind auf einer Kreisbahn 19, die konzentrisch um die Drehachse 10 herum verläuft, zwei Wuchtgewichte 7a, b verfahrbar, die eine jeweils gleich große Masse besitzen.
Zur Beseitigung der Unwucht in Form der Schwerpunktslage S, also Verlagern des Schwerpunktes S auf die Drehachse 10, werden die Wuchtgewichte 7a, b von der Steuerung 13 der Drehmaschine 9 automatisch auf die bezüglich dem Schwerpunkt S gegenüberliegende Seite der Drehmitte 10 verstellt.
Dabei stellt die durch den Schwerpunkt S und die Drehachse 10 in die vom Schwerpunkt S wegweisende Richtung von der Drehachse 10 die Unwucht-Gegenrichtung 8 dar, bezüglich der die beiden Wuchtgewichte 7a, b einander in einem gleich großen, entgegengerichteten Wuchtwinkel +α, –α gegenüberliegend positioniert werden.
Der Betrag des Wuchtwinkels α ist dabei umso kleiner, je größer die Unwucht ist, also je weiter der Schwerpunkt S radial von der Drehachse 10 entfernt war.
Sofern dies nicht bekannt ist und lediglich die Richtung der Unwucht bekannt ist, können die Wuchtgewichte 7a, b mit einem zunächst großen und zunehmend kleiner werdenden Winkel +/–α gleichmäßig auf die Unwucht-Gegenrichtung 8 hin verstellt werden, bis die Unwucht beseitigt ist.
Dabei ist es unerheblich, ob die Wuchtgewichte 7a, b frei sichtbar sind, wie in 2a und b dargestellt, oder im Inneren der Spindel 3a oder des Futters 2 gekapselt angeordnet sind.
Ebenso ist prinzipiell die Anordnung im Futter 2 oder in der Spindel 3a gleichwertig, jedoch kann aufgrund des größeren Außendurchmessers der Spindel 3a gegenüber dem Futter 2 die Kreisbahn 19 in der Spindel 3a einen größeren Radius aufweisen, mit der Folge, dass dann die Masse der Wuchtgewichte 7a, b kleiner sein kann und damit der Auswuchtvorgang genauer von Statten geht.
Wichtig ist, dass die Wuchtgewichte 7a, b jede Drehlage bezüglich der Drehmitte einnehmen können und – für den Fall, dass es keine Unwucht zu beseitigen gibt – auch exakt einander gegenüberliegend positioniert werden können, wie in 2a dargestellt.

1: Werkstück
2: Futter
3: Spindelstock
3a: Spindel
4: Bett
5: Reitstock
6: Unwucht
7a, b: Wuchtgewichte
8: Unwucht-Gegenrichtung
9: Drehmaschine
10: Z-Richtung, Drehachse
11: Unwucht-Messvorrichtung
12a, b: Positions-Sensor
13: Steuerung
19: Kreisbahn
20: Umfangsrichtung
α: Wuchtwinkel
S: Schwerpunkt

Claims

Verfahren zur Beseitigung einer Unwucht (6) der Spindel-Werkstück-Einheit (1 + 2 + 3a) einer Drehmaschine (9) und insbesondere einer Unwucht (6) des Werkstückes (1) gekennzeichnet durch Verschieben wenigstens eines von zwei Wuchtgewichten (7a, b) in Umfangsrichtung (20) zur Drehachse (10), nachdem das Werkstück (1) im Futter (2) gespannt ist, bis die Unwucht (6) beseitigt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschieben automatisch erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verschieben der Wuchtgewichte (7a, b) die Unwucht (6) wenigstens hinsichtlich Richtung und insbesondere auch hinsichtlich des Betrages gemessen wird und die beiden Wuchtgewichte (7a, b) auf einen von der Größe übereinstimmenden, hinsichtlich der Richtung jedoch gegenläufigen, Wuchtwinkel (+/–α) beidseits der Unwucht-Gegenrichtung (8) eingestellt, insbesondere automatisch eingestellt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messen der Unwucht (6) mittels akustischer Verfahren bei drehender Spindel (3a) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschieben der Wuchtgewichte (7a, b) und ggf. vorheriges Messen der Unwucht (6) vor jedem neuen Bearbeitungsschritt am Werkstück (1) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschieben der Wuchtgewichte (7a, b) bei drehender Spindel (3a) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das Verschieben der Wuchtgewicht (7a, b) bis zur Beseitigung der Unwucht (6) nach dem letzten regulären Bearbeitungsschritt des Werkstückes (1) in dieser Aufspannung erfolgt, – aus der dabei ermittelten Stellung der Wuchtgewichte (7a, b) und deren bekannter Masse die Unwucht (6) nach Betrag und Richtung automatisch ermittelt wird, und – von der Steuerung (13) der Maschine (9) automatisch eine entsprechende Materialabnahme an einer funktional zulässigen Stelle des Werkstückes (1) durchgeführt wird, in einer solchen Position und mit einer solchen Materialmasse, die die zuvor festgestellte Unwucht (6) am Werkstück (1) beseitigt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unwuchtbeseitigung am Werkstück (1) in mehreren Schritten durchgeführt wird mit jeweils nachfolgender Überprüfung mit Hilfe der Verschiebung der Wuchtgewichte (7a, b), und insbesondere die Unwuchtbeseitigung ab einer definierten erzielten Größe des Unwuchtwinkels α beendet wird.
Drehmaschine (9) mit einem Spindelstock (3) und darin drehbar gelagerter Spindel (3a), die das Futter (2) zur Aufnahme des Werkstückes (1) trägt, dadurch gekennzeichnet, dass – im Futter (2) oder der Spindel (3a) in Umfangsrichtung (20) verlagerbar zwei Wuchtgewichte (7a, b) angeordnet sind, – die Drehmaschine (9) eine Unwucht-Messvorrichtung (11) umfasst, und in der Lage ist, wenigstens die Drehlage der Unwucht, automatisch zu messen, und – die Steuerung (13) der Drehmaschine (9) in der Lage ist, die Wuchtgewichte (7a, b) ausgehend von der momentanen Position so zu verschieben, dass die von der Unwucht-Messvorrichtung (11) festgestellte Unwucht (6) minimiert bzw. beseitigt wird.
Drehmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindelstock (3) die Unwucht-Messvorrichtung (11) aufweist.
Drehmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (3a) bzw. das Futter (2) Positionssensoren (12a, b) umfasst, die die momentane Position dieser Wuchtgewichte (7a, b) in Umfangsrichtung (20) detektieren.
Drehmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wuchtgewichte (7a, b) gleich große Massen besitzen und auf einer Kreisbahn (19) mit gleichem Radius, insbesondere der gleichen Kreisbahn (19), um die Drehachse (10) verlagerbar sind.
Drehmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (11) in der Lage ist, die Unwucht (6) auch des Betrages zu bestimmen und das Ergebnis an die Steuerung (13) weiterzuleiten.
Drehmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (13) in der Lage ist, die nach Ende der regulären Bearbeitung des Werkstückes (1) in dieser Aufspannung festgestellte Unwucht (6) durch Materialabnahme am Werkstück (1) zu beseitigen, indem – insbesondere die Steuerung (13) eine hierfür geeignete funktionslose Stelle des Werkstückes (1) bestimmt und – an dieser Stelle im geeigneten Abstand von der Drehmitte (10) eine geeignete Materialmasse am Werkstück (1), insbesondere durch Bohren oder Fräsen, entfernt wird, die zur Beseitigung der restlichen Unwucht (6) führt, ggf. in mehreren Schritten und unter Überprüfung mittels der Messvorrichtung (11) zwischen den Schritten.