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Vorrichtung zum Herstellen von Rotationsflächen an Kurbelwellen oder
ähnlichen Werkstücken Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von
Rotationsflächen an Kurbelwellen oder ähnlichen Werkstücken mittels eines um eine
rechtwinklig zur Erzeugenden der Rotationsfläche stehende Achse sich drehenden Werkzeuges,
insbesondere Fräsers, mit Stirnschneiden und ringförmigem Schneidenteil, dessen
Außendurchmesser gleich der axialen Länge der Rotationsfläche ist und dessen Vorschub
neben der durch eine Relativbewegung zwischen ihm und dem Werkstück entlang der
Rotationsfläche erfolgenden Bewegung auch durch eine Bewegung des Werkzeuges rechtwinklig
zu seiner Achse erzielbar ist.
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Zum Herstellen der zylindrischen Flächen an Kurbelzapfen und Wellenzapfen
von Kurbelwellen, die bei größeren Dieselmotoren ein Gewicht bis zu 100 t und mehr
aufweisen können, sind seit langem Abdrehvorrichtungen bekannt. Das Abdrehverfahren
ist verhältnismäßig teuer und erfordert außerdem eine umständliche Nachbearbeitung
von Hand, wenn man den neuerdings gestellten hohen Ansprüchen an Maßgenauigkeit
und Oberflächenfeinheit gerecht werden will. Auch wenn beispielsweise die Kurbelwelle
für einen achtzylindrigen Dieselmotor mit einer Länge von mehr als 10 m in einzelnen
Teilen hergestellt wird, die zusammengeflanscht oder geschrumpft werden, so macht
die Bearbeitung der Lagerstellen, insbesondere wenn diese noch gehärtet werden sollen,
große Schwierigkeiten. Die Wellenzapfen der Kurbelwellen werden für gewöhnlich bei
umlaufender Kurbelwelle und stillstehendem Werkzeug bearbeitet.
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Wenn auch eine Vorrichtung bekanntgeworden ist, bei der zur Bearbeitung
der Kurbelzapfen die Kurbelwelle in Umdrehung versetzt wird und das Werkzeug mit
dem Kurbelzapfen derart gekuppelt wird, daß es den Bewegungen des Kurbelzapfens
folgt, so hat man es doch frühzeitig für vorteilhaft erkannt, die Kurbelwelle fest
einzuspannen und von dem Werkzeug umkreisen zu lassen. So ist beispielsweise eine
Vorrichtung bekannt, bei der der Antrieb des Fräsers über die Planetenbewegung eines
Zahnrades erfolgt, das an einem umlaufenden Ring abrollt. Die Bearbeitung der Lagerstellen
der Kurbelwelle erfolgt jedoch dabei, wie auch bei einer anderen Vorrichtung, bei
der das Werkstück gedreht wird und das Werkzeug feststeht, mit einer Schleifscheibe,
die mit ihrem zylindrischen Umfang die Zerspannung des Werkstückes vornimmt. Infolgedessen
ergeben sich jedoch große Bearbeitungsungenauigkeiten.
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Mat hat diesem Nachteil dadurch zu begegnen versucht, daß man bei
einer ebenfalls bekannten Maschine zum Fräsen von Kurbelzapfen mit das ruhende Werkstück
umkreisendem Werkzeug als Werkzeug einen radial zum Kurbelzapfen gerichteten Stirnfräser
oder eine Schleifscheibe verwendet hat, die um ihre Achse angetrieben werden. Diese
Vorrichtung weist jedoch den entscheidenden Nachteil auf, daß der Durchmesser der
Schleifscheibe bzw. des Fräsers gegenüber der axialen Länge der zu bearbeitenden
Rotationsfläche verhältnismäßig gering ist, so daß der Schleifscheibe ein zur Längsachse
des Werkstückes parallelgerichteter Längsvorschub erteilt werden muß, um die Rotationsflächen
nacheinander bearbeiten zu können. Hieraus folgt wiederum eine verhältnismäßig große
Bearbeitungsungenauigkeit, so daß eine umständliche Nacharbeit von Hand unumgänglich
ist. Den gleichen Nachteil weisen auch Maschinen auf, bei denen die Kurbelwelle
in einem Drehtisch eingespannt ist und die Bearbeitung der Lagerstellen mit der
Stirnseite eines Topffräsers oder mit zwei einander etwa gegenüberliegenden Stirnfräsern
erfolgt.
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Es sind auch Maschinen bekannt, bei denen der mit seiner angetriebenen
Achse senkrecht zur Längsachse der Lagerstelle stehende und angetriebene Schleifteller
einen Durchmesser aufweist, der gleich der axialen Länge der zu bearbeitenden Lagerstelle
ist. Dabei kann beispielsweise das Werkstück in Drehung versetzt werden, während
die Schleifscheibe
einen rechtwinklig zu seiner Längsachse gerichteten
Vorschub erhält. Dabei ist jedoch die volle Kreisfläche der Schleifscheibe als Arbeitsfläche
ausgebildet, so daß die Schleifgeschwindigkeit von dem Abstand der Schleiffläche
von der Achse des Schleiftellers abhängt. Da gegen die Mitte einer solchen Schleifscheibe
zu die Geschwindigkeit und damit die Schleifleistung abnimmt, wird von den radial
äußeren Teilen der Lagerstelle mehr Material als von den radial inneren Teilen abgeschliffen.
Die Lagerfläche der Kurbelwelle wird somit nicht zylindrisch.
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Bei einem weiteren Verfahren zum Fräsen oder Schleifen der Lagerstellen
von Kurbelwellen ist dieser Nachteil dadurch vermieden, daß man einen ringförmigen
Stirnfräser oder Schleifzylinder verwendet, der in Richtung quer zur Längsachse
des Werkstückes an der zu bearbeitenden Fläche vorbeigeführt wird, wobei der Durchmesser
des Fräsers oder Schleifzylinders der axialen Länge der Lagerstelle entspricht.
Dabei wird das Werkstück in Drehung versetzt und dem Werkzeug ein gleichförmiger
Vorschub erteilt. Bei dem gleichförmigen Vorschub quer zur Arbeitsfläche treten
jedoch unvermeidbare Spielräume zwischen den zueinander beweglichen Teilen auf,
durch die das Erreichen der gewünschten Genauigkeit ausgeschlossen ist. Außerdem
ist in dem Umstand, daß die Kurbelwelle bei dieser Anordnung umläuft, eine weitere
Fehlerquelle zu erblicken, abgesehen davon, daß diese Maßnahme für größere Kurbelwellen
nicht durchführbar ist.
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Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der Art
auszubilden, daß eine wesentlich höhere Bearbeitungsgenauigkeit bei einer gleichzeitigen
Verringerung der erforderlichen Bearbeitungszeit erzielt wird. Erfindungsgemäß ist
diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs geschilderten Art dadurch gelöst,
daß das Werkzeug neben dem Ausführen seiner Vorschubbewegung um das ruhende Werkstück
herum auch in mindestens zwei durch das Verschieben rechtwinklig zu seiner Achse
erzielbaren Stellungen feststellbar ist.
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Die kleine Anzahl von Arbeitsstellungen des Werkzeuges gemäß der Erfindung
ist nicht deshalb von Bedeutung, weil jede Umstellung einen Zeitverlust bedeutet
und so die Ausnutzung der Maschine verschlechtert, sondern deshalb, weil die Genauigkeit
der Bearbeitung um so besser ist, je kleiner die Anzahl der Arbeitsstellungen ist.
Somit können Lagerstellen mit einem Durchmesser bis zu 700 mm oder mehr mit einer
Genauigkeit von einigen 100 Teilen eines Millimeters bearbeitet werden. Bei der
sehr kleinen Anzahl der Umstellungen des Werkzeuges wird der Fehlerfaktor sehr niedrig
gehalten. Mit dieser Vorrichtung sind auch hohe Schnittgeschwindigkeiten möglich,
so daß mit Hartmetall unter voller Ausnutzung dieses Werkstoffes gefräst werden
kann. Vorzugsweise wird das Werkzeug während des Bearbeitungsvorganges nur zwei-
oder dreimal zugestellt. In einer weiteren vorteilhaften Ausbildungsform der Erfindung
kann in den beiden Grenzstellungen die Achse des Werkzeuges die Achse der Rotationsfläche
schneiden bzw. die Ringfläche des Werkzeuges die Rotationsfläche in der Mitte der
Erzeugenden tangieren.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist nachstehend
an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt
Falls das Werkzeug 30 ein Fräskopf ist, kann es -wie in F i g.
4 angedeutet ist - eine Anzahl von radial verteilten Schneidmessern 42 haben, von
denen jedes eine geringere radiale Abmessung hat, als dem Abstand zwischen den Kreisen
34 und 36 entspricht, und die radial zueinander versetzt sind. Hierdurch werden
die Beanspruchungen der einzelnen Schneidmesser 42 verringert. Die Messer können
eben sein oder als Schneidstähle ausgeführt werden, d. h. so, daß die Schneiden
einen Winkel mit der Erzeugenden der herzustellenden zylindrischen Fläche bilden.
Im ersten Fall ist es denkbar, unter günstigen Voraussetzungen eine Bearbeitungsgenauigkeit
von einigen tausendstel Millimetern mit den Fräswerkzeugen zu erzielen.
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Die Erfindung ist nicht auf die gezeigte Ausführungsform begrenzt,
sondern im weitesten Sinn innerhalb des Rahmens des ihr zugrunde liegenden Lösungsgedankens
abwandelbar. Wenn die Drehachse des Werkzeuges schräg zu der Mittelachse der zu
bearbeitenden Oberfläche steht, erhält die Oberfläche kegelige Form. Dadurch, daß
die verschiedenen Arbeitsmomente, nämlich Zuführung in radialer Richtung, Quervorschub
und Umlauf des Werkstückes oder des Werkzeuges, in verschiedener Reihenfolge vorgenommen
und entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt werden können, erhält
man viele Abwandlungsmöglichkeiten. Läßt man die Umlaufbewegung des Werkzeuges um
das Werkstück herum diskontinuierlich vor sich gehen, können die Flächen, die das
Werkzeug jedesmal bearbeitet, eben werden. Die Umlauffläche des Werkstückes wird
sich in einem solchen Fall aus einer Menge ebener Teilflächen in einem Vieleck zusammensetzen,
das sich praktisch jedoch zu einer Kreislinie schließt. Die Erfindung ist in erster
Linie für die Bearbeitung der Rotationsflächen schwerer Kurbelwellen bestimmt, läßt
sich jedoch auch auf andere Werkstücke unregelmäßiger Form übertragen, wo ähnliche
Probleme und Schwierigkeiten vorliegen.