DE10254206A1 - Reduzierung von Spannungen in Werkstücken bei der Bearbeitung mit Werkzeugmaschinen - Google Patents

Reduzierung von Spannungen in Werkstücken bei der Bearbeitung mit Werkzeugmaschinen Download PDF

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DE10254206A1 DE2002154206 DE10254206A DE10254206A1 DE 10254206 A1 DE10254206 A1 DE 10254206A1 DE 2002154206 DE2002154206 DE 2002154206 DE 10254206 A DE10254206 A DE 10254206A DE 10254206 A1 DE10254206 A1 DE 10254206A1
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Abstract

Bei der spanenden Bearbeitung werden labile Werkstücke wie beispielsweise Kurbelwellen durch die Bearbeitungskräfte, die daraus resultierende thermische Belastung und auch Spannkräfte beeinflußt. Bei einer Spannung der Kurbelwelle vor Beginn der Bearbeitung führt dies zu Spannungen und Verformungen der Kurbelwelle während der Behandlung, die das Bearbeitungsergebnis negativ beeinflussen. Zur passiven Kompensierung oder aktiven Beeinflussung dieser Spannungen wird vorgeschlagen, die Drehlage der Spanneinrichtung in Umfangsrichtung relativ zueinander zu verändern, insbesondere während der spanenden Bearbeitung, insbesondere durch wenigstens eine steuerbare C-Achse der beiden Spindelblöcke.

Description

  • Bei jeder Bearbeitung eines Werkstückes tritt das Problem auf, dass sich während der Bearbeitung nicht nur die äußere Form im gewünschten Maße verändert, sondern das Werkstück auch unerwünschten, teilweise nur während der Bearbeitung auftretenden, Veränderungen unterworfen wird wie thermische Dehnung oder Verformung auf Grund der durch die Bearbeitung eingeleiteten Kräfte. Diese Faktoren sind schwer zu eliminieren und beeinflussen das Bearbeitungsergebnis negativ.
  • Entsprechend der Intensität der Bearbeitung tritt dieses Problem vor allem bei der spanenden Bearbeitung – egal, ob mit bestimmter oder mit unbestimmter Schneide – auf, und hier insbesondere bei der Bearbeitung am rotierenden Werkstück und speziell bei instabilen Werkstücken, wie etwa Kurbelwellen.
  • Auf Grund der Spannung des Werkstückes in der Maschine an zwei, in axialer Richtung beabstandeten Bereichen, etwa den Spannfuttern zweier gegeneinander gerichteter Spindelstöcke einer Drehmaschine oder Drehräummaschine oder Außenrund-Fräsmaschine oder Außenrund-Schleifmaschine wird ein Werkstück – selbst wenn es vor dem Einspannen keine Eigenspannungen mehr aufwies – an zwei Stellen gespannt.
  • Bereits allein durch diese Spannung könnnen vorher nicht vorhandene, insbesondere axiale, Spannungen im Werkstück auftreten, indem die Spannmittel nicht nur radiale, sondern auch axiale Kraft-Komponenten in das Werkstück einbringen, beispielsweise bei kombinierter Spannung durch Zentrierspitze und Backenfutter am selben Ende des Werkstückes, oder auf Grund nicht 100%-ig radial bewegliche Backen eines Backenfutters.
  • Während der Bearbeitung können nicht ausschließlich radial wirkende Werkzeuge axiale Spannungen im Werkstück erzeugen und auf Grund der Wärmedehnung des Werkstückes, bewirkt durch die spanende Bearbeitung, werden ebenfalls an den Spannstellen zunehmend axiale Kräfte in das Werkstück eingeleitet.
  • III. Darstellung der Erfindung
  • a) Technische Aufgabe
  • Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, die im gespannten Werkstück unerwünschterweise auftretenden Spannungen, insbesondere in Umfangsrichtung, zu verändern, insbesondere zu eliminieren.
  • b) Lösung der Aufgabe
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 2, 3 und 13 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Durch Verändern der relativen Drehlage bzw. Drehgeschwindigkeit der Spanneinrichtungen, also insbesondere der die beiden Enden eines Werkstückes haltenden Backenfutter oder der diese Backenfutter tragenden Spindelstöcke, kann das Werkstück gezielt in Umfangsrichtung gestreckt oder gestaucht, also tordiert, werden.
  • Dadurch kann entweder nur die thermische Dehnung des Werkstückes kompensiert werden, oder es kann darüberhinaus eine Tordierung des Werkstückes durchgeführt werden, um beispielsweise momentan auftretenden Bearbeitungskräften entgegenzuwirken.
  • Gerade bei der Bearbeitung der Hublagerstellen einer auf der Hauptlager-Achse gespannten und drehend angetriebenen Kurbelwelle (von der zukünftig als beispielhaftes Werkstück die Rede sein soll), bei der, während des Bearbeitungsumlaufes der Kurbelwelle, abwechselnd ein Durchbiegen der Kurbelwelle zu ihrer Längsmitte hin oder von der Längsmitte aus nach außen erfolgt, je nach momentaner Angriffsrichtung des Werkzeuges, kann dieser Ausbiegung entgegengewirkt werden:
    • – Greift ein Werkzeug an einer exzentrischen Bearbeitungsstelle nicht radial nach außen weisend oder radial nach innen weisend, sondern quer zu der durch die Bearbeitungsstelle verlaufende Radialebene am Werkzeug an, so kann – zusätzlich oder anstatt der Streckung oder Stauchung des Werkstückes, auf Grund Abstandsänderung der Spanneinrichtungen – einer Verbiegung des Werkstückes mit einer aktiven Tordierung des Werkstückes auf Grund nicht synchroner Drehung der beiden Spindelstöcke, oder synchroner Drehung, aber unter Voreilen oder Nacheilen eines Spindelstockes in Drehrichtung, positiv beeinflusst werden.
    • – Greift das Werkzeug, radial betrachtet, momentan von innen her an der exzentrischen Hublagerstelle an, wirkt eine Streckung der Kurbelwelle deren Durchbiegung nach außen entgegen.
    • – Greift das Werkzeug dagegen momentan mehr von außen an der exzentrischen Bearbeitungsstelle an, kann der normalerweise resultierenden Durchbiegung der Bearbeitungsstelle zur Längsmitte der Kurbelwelle hin durch deren aktive Stauchung entgegengewirkt werden.
  • Mit diesen Maßnahmen kann nicht nur der radialen Ausbiegung der Kurbelwelle, sondern auch anderen unerwünschten Abweichungen von der Soll-Form entgegengewirkt werden.
  • Um die gewünschte aktive Verformung des Werkstückes während der Bearbeitung durchzuführen, kann statt auf eine Programmsteuerung auf eine direkte Regelung mittels Messung der im Werkstück vorhandenen Spannung, insbesondere der Axialspannung, aber auch der Radialspannung und/oder der Torsionsspannung, gemessen an den Spannbereichen des Werkstückes, zurückgegriffen werden. Zu diesem Zweck können Kraftaufnehmer oder andere Sensoren in wenigstens einer der Spanneinrichtungen vorhanden sein.
  • Auch eine optische oder mechanische Überwachung der momentanen Form des, insbesondere gespannten, Werkstückes kann als Eingangssignal für eine Steuerung der aktiven Verformung des Werkstückes während der Bearbeitung in der Maschine dienen.
  • Ziel ist es dabei immer, daß nach der Bearbeitung das ausgespannte Werkstück eine Ist-Form aufweist, die der Soll-Form möglichst nahe kommt. In der Regel wird dies dadurch erreicht, daß während der Bearbeitung die Ist-Spannungen im Werkstück – unter Beachtung aller während der Bearbeitung auf das Werkstück einwirkenden Kräfte – möglichst gering sind. In Einzelfällen und vor allem bei komplizierten Werkstücken wie Kurbelwellen kann dieses Ziel jedoch auch gerade dadurch erreicht werden, daß das Werkstück während der Bearbeitung einer möglichst geringen Ist-Spannung unterliegt, sondern – insbesondere unter Berücksichtigung der während der Bearbeitung auftretenden Fliehkräfte und Spannkräfte – einen Spannungszustand aufweist, der bei Einbringen der Bearbeitungskräfte in das Werkstück zu einer Istkontur im eingespannten Zustand führt, die durchaus verschieden von der Sollkontur im entspannten Zustand sein kann, sich jedoch nach Ausspannen des Werkstückes dieser Sollkontur sehr gut annähert.
  • Zu den genannten Zwecken muß natürlich auch die Werkzeugmaschine entsprechend ausgebildet sein:
    Zum einen müssen Sensoren, also wenigstens zum Aufnehmen der Axialspannungern, ggf. jedoch auch der Radialspannungen und/oder Torsionsspannungen, in der Maschine, insbesondere deren Spanneinrichtungen vorhanden sein, um während der Spannung und insbesondere während der Bearbeitung den Spannungszustand im Werkstück ermitteln zu können. Diese Signale werden von der Steuerung der Maschine in entsprechende Bewegungen der Spanneinrichtungen, insbesondere der diese Spanneinrichtungen tragenden Spindelstöcke, in axialer und/oder radialer Richtung und/oder ein Voreilen und Nacheilen der Spanneinrichtungen in Umfangsrichtung zueinander umgesetzt, vorzugsweise unter Berücksichtigung der momentanen Angriffsrichtung des Werkzeuges und natürlich auch der momentan bearbeiteten Stelle am Werkstück, insbesondere dessen Axialposition.
  • Zu diesem Zweck kann es auch vorteilhaft sein, abseits der Spanneinrichtungen, beispielsweise in der axialen Mitte des Werkstückes, mittels einer optisch oder mechanisch wirkenden Formüberwachungseinheit, beispielsweise einem am Werkstück anliegenden mechanischen Taster oder einem eine die Hauptlagerstelle überwachenden optischen Einheit, nicht die Spannungen, sondern die Kontur und damit die Istform des Werkstückes abzutasten und als Eingangssignal für die Maschinensteuerung zu verwenden. Je nach Lage der Sensoren ist dabei eine telemetrische, also drahtlose Übermittlung der Signale mittels Funk oder Infrarot, zur Steuerung der Maschine zu bevorzugen.
  • c) Ausführungsbeispiele
  • Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1: eine Drehmaschine in der Frontansicht,
  • 2: diese Drehmaschine in der Seitenansicht, jedoch ohne Werkstück,
  • 3: vergrößerte Detailansichten in Blickrichtung der 1.
  • 1 zeigt eine erfindungsgemäße Drehmaschine in der Frontansicht: Dabei wird eine Kurbelwelle 1 mit ihrer Längsachse 11 in axialer Richtung Z der Werkzeugmaschine drehend antreibbar gespannt, indem die endseitigen Durchmesser, nämlich Endflansch 12 und Endzapfen 13 der Kurbelwelle durch die Bakken 22a, 22b, 22c eines Spannfutters 22 am Umfang gespannt werden.
  • Die Spannfutter 21, 22 sind dabei jeweils gegeneinander gerichtet und in ebenfalls gegeneinander gerichteten Spindelstöcken 23, 24 aufgenommen und drehend durch die Spindelstöcke antreibbar.
  • Dabei ist der eine Spindelstock 23 fest auf dem Bett 20 der Maschine montiert, während der andere Spindelstock 24 gegenüber dem Bett 20 in Z-Richtung, also Axialrichtung der Kurbelwelle 1, verfahrbar ist.
  • Auf dem gemäß der Seitenansicht der 2 als Schrägbett ausgeführten Bett 20 der Werkzeugmaschine sind ferner zwei Werkzeugeinheiten 25, 26 montiert. Diese bestehen jeweils aus einem in Z-Richtung entlang von Z-Führungen 33 verfahrbaren Z-Schlitten 29, 30, auf denen ein X-Schlitten 27, 28 in X-Richtung verfahrbar ist. Der X-Schlitten trägt – drehbar um eine ebenfalls in Z-Richtung verlaufende Revolverachse – den Werkzeugrevolver, der als Werkzeugträger 5, 6 dient, und mit Drehwerkzeugen 5a,..., 6a,... bestückt ist.
  • Gemäß 1 ist dabei nur die eine Werkzeugeinheit 26 an der Kurbelwelle 1 im Eingriff und bearbeitet dort gerade eines der Hublager HL5, während die andere Werkzeugeinheit 25 außer Eingriff ist.
  • Beide Spindelstöcke 23, 24 sind hinsichtlich der Drehlage und Drehgeschwindigkeit unabhängig voneinander steuerbar, und damit auch die auf ihnen sitzenden Spannfutter. Dadurch kann die Kurbelwelle entlang ihrer Hauptachse, der Spannachse, unter eine Torsionsspannung gesetzt werden, und diese Torsionsspannung auch jederzeit und gesteuert von den anderen Bearbeitungsparametern, beispielsweise momentane Drehlage der Kurbelwelle, momentane Bearbeitungsstelle, Angriffsrichtung des Werkzeuges etc., verändert werden.
  • Dadurch ist es möglich, die Kurbelwelle gezielt zu versteifen, was gerade für die Bearbeitung exzentrischer Bearbeitungsflächen das Bearbeitungsergebnis verbessern kann.
  • Auch die durch die Bearbeitungskräfte entstehende Wärme und damit Wärmedehnung der Kurbelwelle kann durch eine solche Torsion teilweise oder ganz kompensiert werden.
  • Dabei ist nicht nur die relative Drehlage der beiden Spindelstöcke 23, 24 von Bedeutung, sondern auch deren Absolutlage, vor allem wenn durch die Torsion der Kurbelwelle die Ist-Position der momentanen Bearbeitungsstelle sich möglichst wenig von deren Soll-Position unterscheiden soll.
  • Der Spindelstock 24 kann zusätzlich über einen Antrieb zur Verfahrung in Z-Richtung verfügen, kann jedoch zusätzlich – nach Spannen der Kurbelwelle – von diesem Antrieb entkoppelt werden, so daß er frei in Z-Richtung mit geringem Kraftaufwand verfahren werden kann und für diese Verfahrung in Z-Richtung die in Z-Richtung verlaufenden Eigenspannungen der Kurbelwelle 1 ausreichen.
  • Dadurch ist es möglich, daß bei einer auftretenden Wärmedehnung der Kurbelwelle in Z-Richtung diese Dehnung der Kurbelwelle 1 den beweglichen Spindelstock 24 so verschiebt, daß die Wärmedehnung der Kurbelwelle 1 kompensiert wird und deren Spannungen in Längsrichtung hierdurch minimiert bzw. auf Null gebracht werden.
  • Zusätzlich kann wenigstens einer der Spindelstöcke, z. B. Spindelstock 24, auch in X-Richtung, also quer zur Spannachse, verfahrbar ausgebildet sein. In der Regel wird diese Querbewegung jedoch nicht werkstückseitig, sondern werkzeugseitig vollzogen.
  • Die 3a und 3b zeigen die Einspannsituation gemäß 1 in vergrößerter Detaildarstellung, jedoch in um 180° zueinander versetzten Drehlagen der Kurbelwelle, wobei jeweils von der dargestellten Kurbelwelle, einer Kurbelwelle für einen 6-Zylinder-V-Motor, die fünfte Hublagerstelle HL5 von den insgesamt sechs Hublagern vom Werkzeug 6a am Umfang bearbeitet wird. Das Hublager HL5 befindet sich naturgemäß gegenüber der durch die Mittellager ML verlaufenden Längsachse 11 der Kurbelwelle 1 exzentrisch nach außen versetzt.
  • Bei der Situation gemäß 3a befindet sich das in Bearbeitung befindliche Hublager HL5 in einer Drehlage, in der es dem bearbeitenden Werkzeug 6a entgegengerichtet ist, so daß also das Werkzeug 6a nicht auf der bezüglich des Hublagers HL5 in Richtung der Längsachse 11 liegenden Innenseite 9, sondern auf der davon abgewandten Außenseite 8 dieser Hublagerstelle angreift.
  • Bei ohne Bearbeitungskräfte gerade angeordneter Kurbelwelle, also einer Spannung der Kurbelwelle 1 am Endflansch 12 und Endzapfen 13 durch die Spannfutter 21 und 22 im axialen Abstand 10 ohne Streckung und Stauchung der Kurbelwelle 1 in Längsrichtung, würde die Kurbelwelle 1 bei angreifendem Werkzeug 6a aufgrund der Bearbeitungskräfte in negativer X-Richtung, also zur Längsachse 11 der Kurbelwelle hin, etwas verformt werden.
  • Zur Kompensation dieser Durchbiegung bei der Bearbeitung wird nun vorgeschlagen, die Kurbelwelle 1 während dieser Bearbeitungsphase bewußt zu verkürzen durch aktive Torsion der Kurbelwelle um ihre Hauptlagerachse, also die Spannachse. Dadurch wird die Kurbelwelle insgesamt steifer und biegt sich weniger aufgrund der radial wirkenden Bearbeitungskräfte nach innen durch. Es bildet sich – ohne Belastung durch das Werkzeug 6a – eine helixförmig dreidimensionale Längsachse 11' heraus, die bei gleich bleibendem axialen Abstand der Spannfutter und damit der darin festgehaltenen Enden der Kurbelwelle zu einer zusätzlichen Streckung führen würde. Vorteilhafterweise wird diese Streckung kompensiert durch eine gleichzeitige Verlagerung eines der Spindelstöcke oder beider Spindelstöcke 23, 24 um eine definierte Strecke aufeinander zu, um trotz der Tordierung der Kurbelwelle das momentan in Bearbeitung befindliche Hauptlager HL5 hinsichtlich radialer und auch axialer Position auf der Sollposition zu belassen.
  • 3b zeigt die demgegenüber um 180° gedrehte Bearbeitungsposition der Kurbelwelle 1. In diesem Fall soll die Kurbelwelle an der Stelle des zu bearbeitenden Hublagers HL5 – ohne Belastung durch das Werkstück 6a – auf die Längsachse 11 hin verlagert werden, was die Durchbiegung nach außen durch das nunmehr von der Innenseite 9 her an der Hublagerstelle HL5 angreifende Werkzeug 6a ganz oder wenigstens teilweise ausgleichen soll.
  • Zu diesem Zweck wird die Kurbelwelle 1 wiederum tordiert. Die hierbei auftretende, helixförmige Längsachse 11' bewirkt, daß die exzentrisch liegenden Hauptlager also auch in Richtung Drehmitte verlagert werden. Dies kompensiert die nach radial außen gerichteten Bearbeitungskräfte des Werkzeuges 6a. Sofern die Kompensation nicht ausreichend ist oder eine Überkompensation durch die Torsion eintritt, kann zusätzlich die axiale Entfernung der Spindelstöcke 23, 24 in Z-Richtung verändert, also je nach Bedarf vergrößert oder verkleinert, werden, so daß in der Summe aus Torsion und Streckung oder Stauchung das bearbeitete Hauptlager HL5 in dieser Drehlage und unter Belastung durch das Werkzeug 6a eine Position beibehält, welche der Sollposition möglichst nahe kommt.
  • 3c zeigt dagegen die Kurbelwelle während der Bearbeitung in einer Drehlage, in der das in Bearbeitung befindliche Hauptlager HL5 in Blickrichtung vor oder hinter der Zeichenebene exzentrisch versetzt ist, also vom Werkzeug 6a quer zur Radialrichtung bezüglich der Spannrichtung des Werkstückes belastet wird.
  • Vor allem diese Drehlage während der Bearbeitung ist dafür geeignet, durch Torsion des Werkstückes kompensiert zu werden, und insbesondere ausschließlich durch Torsion, ohne zusätzliches Strecken oder Stauchen in Z-Richtung, kompensiert werden.
  • Das Bearbeitungsbeispiel der 3, insbesondere der 3c, zeigt dabei, daß es bei einer solchen Tordierung nicht nur auf die Relativverdrehung zwischen den beiden Spindelstöcken 23 und 24, also zwischen den beiden gespannten Enden der Kurbelwelle, ankommt:
    Da die bearbeitete Hauptlagerstelle HL5 vom linken Spindelstock 23 wesentlich weiter entfernt ist als vom rechten Spindelstock, muß – gegenüber der nicht tordierten Ausgangslage – die Torsion mehrheitlich durch Relativverdrehung am linken Spindelstock 23 und nur in geringerem Maße durch gegensätzliche Verdrehung am anderen Spindelstock 24 aufgebracht werden, wenn die bearbeitete Hauptlagerstelle HL5 dabei ihre Position, vor allem die Position in X-Richtung, beibehalten soll.
  • Zusätzlich kann vor allem in dieser Bearbeitungssituation eine Verlagerung eines der Spindelstöcke, insbesondere des näher an der Bearbeitungsstelle liegenden Spindelstockes 24, in X-Richtung um eine geringe Strecke auf das bearbeitende Werkzeug 6a zu sinnvoll sein, da hierdurch die Verspannung des Werkstückes und damit dessen Steifigkeit gegen Querauslenkungen noch weiter erhöht werden kann.
  • 3a zeigt auch die Alternative oder ergänzende Möglichkeit einer optischen Formüberwachungseinheit 3:
    Diese ermittelt die Lage einer bestimmten Stelle oder auch der gesamten Kontur der Kurbelwelle, in diesem Fall des Hublagers HL3, mit optischen oder ersatzweise auch mechanischen Methoden. Durch die Abweichung der Ist-Kontur von der Form-Kontur an einem Punkt vorzugsweise im Bereich zwischen den Spannbereichen der Kurbelwelle kann ebenfalls auf die Art und das Maß der in der Kur belwelle herrschenden Spannung und damit auch auf das notwendige Maß und die Richtung der Stauchung bzw. Streckung der Kurbelwelle rückgeschlossen werden. Die von der Einheit 3 gemessene Abweichung kann für die Steuerung 35 der Maschine wiederum als Eingangssignal zum Ermitteln der notwendigen Veränderung des axialen Abstandes 10 der Spannbereiche benutzt werden.
  • Weiterhin kann die Maschine – wie in 1 dargestellt – nicht nur wie üblich eine C-Achse (C1-Achse am Spindelstock 23) aufweisen, und die jeweils momentane Drehlage des Werkstückes zu kennen bzw. zu steuern und in Abhängigkeit davon andere Bewegungen der Maschine, sondern zusätzlich auch eine zweite C-Achse (C2) am anderen Spindelstock 24. Dadurch kann die relative Drehlage der beiden Spannfutter der Spindelstöcke 23 bzw. 24 definiert gewählt werden. Zum einen kann – nach der Einspannung des Werkstückes an seinen beiden Enden in diesen Futtern – eine zwar synchrone Drehung der beiden Spindelstöcke und damit deren Spannfutter, jedoch eine definierte Vor- bzw. Nacheilung relativ zueinander (C1 – C2 = konstant) bewirkt werden.
  • Zum anderen kann – natürlich immer nur für eine kurze Zeitspanne – auch die Drehgeschwindigkeit der beiden Spindelstöcke und damit Spannfutter unterschiedlich gehalten und damit eine unsynchrone Drehung und Veränderung der Drehlage der beiden Spannfutter zueinander erreicht werden.
  • Vor allem dann, wenn – wie in 3c dargestellt – das Werkzeug 6a an der exzentrischen Hauptlagerstelle HL5 nicht in radialer Richtung bezüglich der Spannachse des Werkstückes, sondern quer hierzu angreift, kann ein solches Tordieren des Werkstückes zu einer Verspannung in Umfangsrichtung und damit einer Versteifung führen, insbesondere zusätzlich zur Einbringung von axialen Kräften, und das Bearbeitungsergebnis zusätzlich positiv beeinflussen.
  • Ebenso kam ein Querversatz, wie z. B. in 1 eingezeichnet, der Spannfutter oder der ganzen Spindelstöcke zueinander -indem wenigstens eines/einer davon, besser beide, in einer Querrichtung X', die insbesondere Komponenten der X- Richtung enthält, insbesondere mit dieser identisch ist – den gleichen positiven Effekt haben.
  • 1
    Kurbelwelle
    2a, 2b
    Sensor
    3
    Formüberwachungseinheit
    5, 6
    Werkzeugträger
    5a, 6a
    Werkzeug
    8
    Außenseite
    9
    Innenseite
    10
    axialer Abstand
    11
    Längsachse der Kurbel
    welle
    12
    Endflansch
    13
    Endzapfen
    20
    Bett
    21, 22
    Spannfutter
    23, 24
    Spindelstock
    25, 26
    Werkzeugeinheit
    27, 28
    X-Schlitten
    29, 30
    Z-Schlitten
    33
    Z-Führung
    34
    Späneraum
    35
    Steuerung
    36
    Eingabeeinheit
    45
    Späneförderer

Claims (20)

  1. Verfahren zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere Kurbelwellen (1), bei denen das Werkstück an wenigstens zwei, in axialer Richtung (Z) beabstandeten, Stellen, in Spanneinrichtungen gespannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Werkstück vorhandene Spannungen verändert werden, durch zusätzliches definiertes Einbringen von Torsionskräften mittels relativer Verlagerung der Spanneinrichtungen in Umfangsrichtung (C) mittels Veränderung der relativen Drehlage der beiden Spanneinrichtungen zueinander oder konstante Vor- oder Nacheilung der einen Spanneinrichtung gegenüber der anderen Spanneinrichtung in Umfangsrichtung.
  2. Verfahren zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere Kurbelwellen (1), bei denen das Werkstück an wenigstens zwei, in axialer Richtung (Z) beabstandeten, Stellen, in Spanneinrichtungen gespannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Werkstück vorhandene Spannungen verändert werden, durch zusätzliches definiertes Einbringen von Radialkräften mittels relativer Verlagerung der Spanneinrichtungen in radialer Richtung (X') zueinander.
  3. Verfahren zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere Kurbelwellen (1), bei denen das Werkstück an wenigstens zwei, in axialer Richtung (Z) beabstandeten, Stellen, in Spanneinrichtungen gespannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Werkstück vorhandene Spannungen verändert werden, durch definiertes Einbringen von Axialkräften mittels relativer Verlagerung der Spanneinrichtungen in axialer Richtung (Z) zueinander.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativlage, insbesondere die Relativverdrehung (C1-C2) der beiden Spanneinrichtungen zueinander sich selbständig auf Grund der Eigenspannungen des Werkstückes in axialer Richtung einstellt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die im Werkstück auftretenden Spannungen gemessen, insbesondere in den Spanneinrichtungen gemessen, werden.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativlage, insbesondere die Relativverdrehung (C1-C2) der Spanneinrichtungen aktiv verändert wird zur Erzielung gewünschter Soll-Spannungen im Werkstück, insbesondere ausgehend von zuvor gemessenen Ist-Spannungen im Werkstück.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinrichtungen drehend antreibbar ausgebildet sind, insbesondere in gegeneinander gerichteten Spindelstöcken (23, 24) angeordnet sind.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativlage, insbesondere die Relativverdrehung (C1-C2) der Spanneinrichtungen in Abhängigkeit von der Drehlage (C-Achse) und/oder der momentanen Bearbeitungsstelle am Werkstück, insbesondere dessen axialer Position, des Werkstückes um die Z-Achse verändert wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Eeinstellung der Relativlage, insbesondere die Relatiwerdrehung (C1-C2) in Abhängigkeit der Drehlage als erstes programmgesteuert oder auf Grund aktueller, während des Umlaufes des Werkstückes sich ändernder, gemessener Ist-Spannungen erfolgt.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativlage, insbesondere die Relatiwerdrehung (C1-C2) der Spanneinrichtungen bestimmt wird in Abhängigkeit der momentanen Angriffsrichtung des Werkzeuges (5a, 6a) am Werkstück und/oder der Höhe der durch das Werkzeug in das Werkstück eingeleiteten Bearbeitungskräfte.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativlage, insbesondere der die Relatiwerdrehung (C1-C2) der Spanneinrichtungen so gesteuert wird, insbesondere während der Bearbeitung des sich drehenden Werkstückes, so gesteuert wird, dass trotz aller während der Bearbeitung auf das Werkstück einwirkenden Kräfte, insbesondere auch der Bearbeitungskräfte, der Spannkräfte und der Fliehkräfte, die Ist-Spannungen im Werkstück möglichst gering sind oder die Ist-Spannungen im Werkstück so sind, dass die sich während der Bearbeitung sich einstellende Ist-Form des Werkstückes der Soll-Form des Werkstückes nach der Bearbeitung, insbesondere im ausgespannten Zustand, möglichst nahe kommt.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück mittels Spanneinrichtungen gespannt wird, deren Spannkräfte auch axiale Komponenten aufweisen, und die Relativlage, insbesondere die Relatiwerdrehung (C1-C2) der Spanneinrichtungen nach dem Spannen so eingestellt wird, dass diese Axialkomponenten der Spannkraft kompensiert werden.
  13. Werkzeugmaschine zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden An sprüche, mit wenigstens zwei, in axialer Richtung (Z) beabstandeten Spanneinrichtungen zum Spannen des Werkstückes in der Maschine und wenigstens einer Werkzeugeinheit (25, 26) zur Bearbeitung des Werkstückes, dadurch gekennzeichnet, daß beide Spanneinrichtungen über eine gesteuerte C-Achse (C1, C2) verfügen.
  14. Werkzeugmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinrichtungen mittels eines Spindelstockes (23, 24) jeweils dreh- und antreibbar sind und die axial und/oder radial bewegliche Spanneinrichtung insbesondere bewegt wird auf Grund einer axialen Beweglichkeit des entsprechenden Spindelstockes (23, 24).
  15. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spanneinrichtung bzw. ein Spindelstock (23, 24) in Umfangsrichtung und/oder radialer und/oder axialer Richtung (Z) frei verschiebbar, insbesondere auf Grund von Dehnungen des eingespannten Werkstückes in Umfangsrichtung, radialer oder axialer Richtungverschiebbar ist.
  16. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine wenigstens einen Sensor (2a, 2b) zum Messen der Spannung, insbesondere Spannung in Umfangsrichtung, im gespannten Werkstück aufweist, welcher insbesondere in wenigstens einer der Spanneinrichtungen angeordnet ist.
  17. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei drehend angetriebener Spanneinrichtung die in der Spanneinrichtung gemessene Spannung auf telemetrischem Weg zur Steuerung (35) der Werkzeugmaschine übermittelt wird.
  18. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinrichtung bzw. der Spindelstock (23, 24) in in Umfangsrichtung (C), insbesondere in radialer Richtung (X') und/oder axialer Richtung (Z), angetrieben, insbesondere gesteuert angetrieben, ist.
  19. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugmaschine über zwei voneinander unabhängige C-Achsen (C1, C2) verfügt und eine Steuerung (35) umfasst, die in der Lage ist, die beiden Spanneinrichtungen definiert unsynchron und/oder synchron, jedoch mit definiertem Versatz in Umfangsrichtung zueinander (C1-C2) in Abhängigkeit von der momentanen Drehlage des Werkstückes zu steuern.
  20. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugmaschine über eine optische oder mechanische Formüberwachungs-Einheit (3) des in der Werkzeugmaschine gespannten Werkstückes verfügt und die Signale der optischen Formüberwachungs-Einheit (3) als Eingangssignal für die Steuerung (35) der Relativposition, insbesondere der Drehlagedes beweglichen Spindelstockes (24) bzw. Spanneinrichtung dient.
DE2002154206 2002-11-20 2002-11-20 Reduzierung von Spannungen in Werkstücken bei der Bearbeitung mit Werkzeugmaschinen Withdrawn DE10254206A1 (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106370336A (zh) * 2016-11-08 2017-02-01 桂林电子科技大学 一种柴油机曲轴残余应力检测方法
CN106525309A (zh) * 2016-10-11 2017-03-22 桂林电子科技大学 一种探究残余应力和曲轴变形相互关系的检测方法

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