DE2718502A1 - Kopiervorrichtung fuer kurbelwellenfraesmaschinen - Google Patents

Description

Dipl. In?.!

GFN Gesellschaft fUr Fertigungstechnik und Maschinenbau Aktiengesellschaft, Steyr (Österreich)

Kopiervorrichtung für Kurbelwellenfräsmaschinen

Die Erfindung betrifft eine Kopiervorrichtung für Kurbelwellenfräsmaschinen mit einem in QuerfUhrungen eines parallel zur Maschinenachse verschiebbaren LängsSchlittens gelagerten, den Messerkopf normal zum drehbaren Werkstück bewegbaren Werkzeugschlitten, bei welcher Vorrichtung eine mit dem Werkzeugschlitten in Verbindung stehende Kreisoder Kreisbogenschablone und eine auf einer Kurbel im Längsschlitten sitzende Rolle od. dgl. in gleichen geometrischen bzw. kinematischen Verhältnissen wie der Messerkreis des Messerkopfes und der zu fräsende WerkstUckteil zusammenwirken, wobei Rolle od. dgl. und Schablone mittels eines am Werkzeugschlitten in Richtung der Querführungen angreifenden Hydrauliktriebes aneinanderdrückbar sind.

Mit einer solchen Kopiervorrichtung kann die Werkzeugschlittenbewegung so gesteuert werden, daß bei sich drehendem

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Werkstück nicht nur mittige, sondern auch außermittige Kreisquerschnitte zu fräsen sind, was ja zur Bearbeitung von Kurbelwellen Voraussetzung ist. Die auf einer Kurbel sitzende Rolle od. dgl. der Kopiervorrichtung imitiert nämlich die Form und Drehung beispielsweise des zu fräsenden Kurbelzapfens einer Kurbelwelle, wobei der Durchmesser der Rolle dem des Zapfens und der Kurbelarm der Exzentrizität des Kurbelzapfens entspricht. Die Kreis- bzw. Kreisbogenschablone selbst ist dem Messerkreis des fräsenden Messerkopfes angepaßt und bei gleicher Drehzahl von zu fräsender Kurbelwelle und die Rolle tragender Kurbel ergeben sich dann die zum Fräsen des Kurbelzapfens erforderlichen Querbewegungen des Messerkopfes bzw. Werkzeugschlittens, wenn Rolle und Schablone aneinandergedrückt und stets in Berührung miteinander gehalten werden. Beim Umlauf der Rolle auf ihrer im Längsschlitten lagernden Kurbel teilt sie so der mit dem Werkzeugschlitten verbundenen und mit diesem nur quer zum Werkstück verschiebbaren Schablone die maßgebende Bewegungskomponente mit, so daß der Werkzeugschlitten und damit der Messerkopf die zum Fräsen des Kurbelzapfens erforderliche Bewegung ausführt.

Bisher werden nun Rolle und Schablone mittels eines Hydrauliktriebes aneinandergedrückt, der sich am Längsschlitten abstützt und den Werkzeugschlitten so stark belastet, daß dieser mit seiner Schablone fest genug an die Rolle angepreßt wird, damit auch beim Fräsvorgang kein Anheben zwischen Rolle und Schablone zu befürchten ist. Es müssen daher nicht nur die entsprechenden Komponenten der Schnittkräfte, sondern vor allem auch die hohen Verspannkräfte zwischen Rolle und Schablone von der die Rolle tragenden Kurbel aufgenommen und in den Längsschlitten weitergeleitet werden, wodurch die Kurbellagerung und der Kurbelantrieb beträchtlichen Belastungen unterworfen sind. Dies bringt aber nicht nur eine aufwendige und schwere Bauweise mit sich, sondern setzt auch die Genauigkeit der mit einer solchen Kopiervorrichtung möglichen Steuerung der Werkzeugschlittenbewegung herab. Ein anderer Nachteil der bekannten Kopiervorrichtung liegt weiters darin, daß auch die Ein-

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stichbewegung bzw. Einstichtiefe des Messerkopfes selbst allein von Rolle und Schablone abhängt. Durch den Hydrauliktrieb wird nämlich der Werkzeugschlitten einfach so weit gegen das Werkstück vorgeschoben, bis Rolle und Schablone der Kopiervorrichtung aneinanderliegen, so daß es leicht beim übergang von der Einstichbewegung zum Rundfräsen durch ein Freischneiden der Fräswerkzeuge zu Flachstellen im gefrästen Querschnitt kommen kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu beseitigen und eine Kopiervorrichtung der eingangs geschilderten Art zu schaffen, deren die Rolle od.dgl. tragende, im Längsschlitten gelagerte Kurbel möglichst wenig belastet ist und bei der die Gefahr eines Auftretens von Flachstellen im fertig gefrästen Querschnitt ausgeschaltet werden kann.

Die Erfindung löst diese Aufgabe im wesentlichen dadurch, daß der Hydrauliktrieb an seinem freien, zur Schablonenachse weisenden Ende einen Druckkopf trägt, zwischen dem und der Schablone die Rolle od.dgl. liegt. Die Lage der Rolle zwischen dem Druckkopf und der Schablone ergibt beim Verspannen bzw. beim Aneinanderdrücken von Rolle und Schablone einen geschlossenen, vom Werkzeugschlitten über den Hydrauliktrieb mit seinem Druckkopf, die Rolle und die Schablone wieder zum Werkzeugschlitten verlaufenden Kraftfluß. Auf Grund dieses geschlossenen Kraftflusses wird demnach durch die Verspannung von Schablone und Rolle keine Kraft auf den Längsschlitten bzw. die Kurbel für die Rolle übertragen, und die Kurbel braucht nur beim Fräsen selbst die entsprechende Komponente der jeweils auftretenden Schnittkraft aufzunehmen bzw. an den Längsschlitten weiterzuleiten, so daß eine leichtere und einfachere Bauweise und ein genaueres Arbeiten möglich ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn erfindungsgemäß ein weiterer in QuerfUhrungsrichtung liegender Hydrauliktrieb vorgesehen ist, der Werkzeugschlitten und Längsschlitten direkt miteinander verbindet. So braucht der eine den Druckkopf tragende Hydrauliktrieb ausschließlich für das Verspannen

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von Rolle und Schablone herangezogen zu werden, wogegen der andere Hydrauliktrieb nur für die von der eigentlichen Kopiersteuerung unabhängigen Bewegungen des Werkzeugschlittens, also vor allem auch für die Einstichbewegung des Messerkopfes, dient, so daß dabei die im Längsschlitten gelagerte Kurbel überhaupt nicht belastet wird.

Die erfindungsgemäße Kopiervorrichtung arbeitet nun beispielsweise beim Fräsen eines Kurbelwellenzapfens derart, daß vorerst zum Einstechen der direkt am Längsschlitten angreifende Hydrauliktrieb so lang beaufschlagt wird und den Werkzeugschlitten bewegt, bis die durch einen Anschlag definierte Einstichtiefe erreicht ist. Dabei haben sich natürlich auch der andere Hydrauliktrieb mit seinem Druckkopf und die mit dem Werkzeugschlitten verbundene Schablone relativ zur Rolle verschoben. Nun wird durch Beaufschlagung dieses Hydrauliktriebes der Druckkopf ausgefahren, bis die Rolle zwischen Schablone und Druckkopf . festgespannt ist. Bei Erreichen der Einstichtiefe des Messerkopfes der Fräsmaschine wird außerdem die zu fräsende Kurbelwelle in Drehung versetzt und synchron dazu die Kurbel für die Rolle der Kopiervorrichtung angetrieben. Die über den Druckkopf ständig mit der sich drehenden Rolle in Berührung gehaltene Schablone führt nun zwangsläufig die für das Rundfräsen des Kurbelwellenzapfens erforderliche Hin- und Herbewegung aus und steuert so die Werkzeugschlittenbzw. Messerkopfbewegung in Relation zum sich drehenden Werkstück .

In einer günstigen Weiterbildung der Erfindung dient zur Halterung der Schablone ein eigener, zusammen mit dem Werkzeugschlitten verschiebbarer Schablonenschlitten, der über in Verschieberichtung liegende Schraubenspindeln od.dgl. an den Werkzeugschlitten gekoppelt ist. Dies bringt nicht nur den Vorteil der guten Zugänglichkeit und einfachen Austauschbarkeit der Schablone mit sich, sondern bietet auch die Möglichkeit, die beim Fräsen durch die entstehende Wärme auftretenden Dehnungen zwischen Messerkopf einerseits und Schablone bzw. Kopiervorrichtung anderseits ausgleichen zu können.

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Um Flachstellen im fertig gefrästen Querschnitt sicher vermeiden zu können, ist erfindungsgemäß zur Begrenzung der Einstichbewegung des Messerkopfes fUr den Werkzeugschlitten ein schraubverstellbarer Anschlag im Längsschlitten vorgesehen. Mit diesem Anschlag ist es möglich, die Einstichbewegung des Messerkopfes knapp vor dem Erreichen der eigentlichen Einstichtiefe zu stoppen, damit sich bei einem direkten Übergang zum Rundfräsen keine Flachstellen durch *Veischneiden der Fräswerkzeuge bilden können, die nicht mehr auszubessern sind. Durch den Anschlag läßt sich nämlich, um sicher keine Flachstelle zu erzeugen, das Fräsen eines geringen Buckels im Querschnitt einstellen, der bei der nachträglichen Feinbearbeitung ohne Schwierigkeiten wieder zu beseitigen ist.

Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn erfindungsgemäß die Rolle od.dgl. aus zwei koaxialen, am selben Kurbelzapfen der im Längsschlitten antreibbar gelagerten Kurbel sitzenden Teilen besteht, wobei der eine Teil der Schablone und der andere Teil dem Druckkopf des Hydrauliktriebes zugeordnet ist. Da somit Druckkopf und Schablone nicht auf ein und denselben Rollenteil wirken, kann das Lagerspiel zwischen den Rollenteilen und dem diese Teile tragenden Kurbelzapfen die Genauigkeit der Kopiersteuerung nicht beeinflussen.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Druckkopf in Schienen od. dgl. geradegeführt und weist eine Anpreßgabel oder Anpreßrollen auf, die um eine zur Rolle od.dgl. parallele, durch den Mittelpunkt des von der Schablone definierten Kreises gehende Achse schwenkbar lagern. Damit ist gewährleistet, daß der zur Schablonenachse gerichtete Hydrauliktrieb mit seinem Druckkopf an der Rolle od. dgl. unabhängig von deren Drehstellung einwandfrei zur Anlage kommt und Rolle und Schablone so zusammenspannt, daß bei Drehung der Kurbel auf diese nicht einmal eine Komponente der Spannkraft wirken kann und auch der Hydrauliktrieb selbst nicht biegebelastet wird.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einem AusfUhrungsbeispiel schematisch dargestellt, und zwar

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zeigen

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Kurbelwellenfräsmaschine

mit erfindungsgemäßer Kopiervorrichtung und Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1.

Im Maschinenbett 1 einer Kurbelwellenfräsmaschine ist ein Längsschlitten 2 parallel zur Maschinenachse verschiebbar gelagert. Der Längsschlitten 2 trägt seinerseits einen Werkzeugschlitten 3 mit dem Messerkopf 4, der ein ringförmiges, nach innen gerichtete Schneiden aufweisendes Werkzeug 5 aufweist. Der Werkzeugschlitten 3 gleitet in Querführungen 6 des Längsschlittens 2 und ist damit normal zur eingespannten Kurbelwelle 7 bewegbar. Die vom Werkzeug 5 umschlossene Kurbelwelle 7 wird für eine Bearbeitung gedreht, wobei zum Fräsen eines Kurbelwellenzapfens 8 zusätzlich der Messerkopf 4 bzw. das Werkzeug 5 eine durch die Exzentrizität des Kurbelwellenzapfens 8 bedingte und von dieser abhängige Querbewegung ausführen muß. Zur Steuerung dieser Messerkopfbewegung ist eine im ganzen mit 9 bezeichnete Kopiervorrichtung vorgesehen, mit der der Werkzeugschlitten wunschgemäß gegenüber der zu fräsenden Kurbelwelle 7 verschoben werden kann.

Die Kopiervorrichtung 9 besteht im wesentlichen aus einer in einem Schablonenschlitten 10 gehaltenen Kreisbogenschablone 11, deren Kreisform dem Messerkreis 12 des Messerkopfes angepaßt ist, und aus einer mit dieser Kreischablone 11 zusammenwirkende Rolle 13. Die Rolle 13 besitzt den gleichen Durchmesser wie der zu fräsende Kurbelwellenzapfen 8 und sitzt auf einer im Längsschlitten 2 gelagerten Kurbel 14, deren Kurbelarm der Exzentrizität des zu fräsenden Kurbelwellenzapfens 8 entspricht. Die Kurbel 14 ist synchron zur Drehzahl des Werkstückes antreibbar, was in Fig. 1 mit dem Schneckenrad 15 und den Synchronwellen 16 angedeutet ist. Wird nun beim Fräsen des Kurbelwellenzapfens 8 die Rolle 13 an die Kreisbogenschablone 11 gedrückt und mit dieser ständig in Berührung gehalten, verursacht die sich drehende Kurbel

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mit der Rolle 13 die zum Kurbelwellenzapfenfräsen erforderliche Hin- und Herbewegung der Schablone und damit des Schablonenschlittens 10. Da der Schablonenschlitten 10 über Schraubenspindeln 17 fest mit dem Werkzeugschlitten 3 in Verbindung steht, wird diese Bewegung auch auf den Werkzeugschlitten 3 und damit auf den Messerkopf 4 und das Werkzeug 5 übertragen, wodurch das Rundfräsen des Kurbelwellenzapfens ermöglicht ist. Die Schraubenspindel 17 kann darüber hinaus auch zum Ausgleich der Dehnungen zwischen Messerkopf 4 und Kopiervorrichtung 9 durch die beim Fräsen entstehende Wärme herangezogen werden.

Zum Anpressen der Rolle 13 an die Schablone 11 gibt es einen Hydrauliktrieb 18, der zur Schablonenachse gerichtet ist, und an seinem freien Ende einen Druckkopf 19 trägt, zwischen dem und der Schablone 11 die Rolle 13 festspannbar ist. Der Druckkopf 19 ragt vom Werkzeugschlitten 3 in den Schablonenschlitten 10 hinein, ist dort in Schienen 20 geradegeführt und weist eine Anpreßgabel 21 auf, die um eine zur Rolle 13 parallele Achse 22 schwenkbar ist. Um beim Verspannen der Rolle 13 zwischen Schablone 11 einerseits und Anpreßgabel 21 anderseits das vorhandene Lagerspiel der Rolle 13 bei ihrem Sitz auf der Kurbel 14 unwirksam machen zu können, ist die Rolle 13 zweigeteilt, wobei die Anpreßgabel 21 mit dem einen Teil 13a zur Anlage kommt und der andere Teil 13b, der dem zu fräsenden Kurbelwellenzapfen 8 entspricht, an die Schablone 11 gedrückt wird. Das direkte Verspannen der Rolle 13 zwischen Druckkopf 19 und Schablone 11 läßt dabei die Kurbel 14 selbst unbelastet, da sich ein geschlossener, vom Werkzeugschlitten 3 über den Hydrauliktrieb 18, den Druckkopf 19, die Rolle 13, die Schablone 11 und den Schablonenschlitten 10 wieder zurück zum Werkzeugschlitten 3 führender Kraftfluß ergibt.

Für die von der eigentlichen Kopiersteuerung unabhängige Werkzeugschlittenbewegung ist ein zweiter Hydrauliktrieb 23 vorgesehen, der Werkzeugschlitten 3 und Längsschlitten 2 direkt miteinander verbindet und den Werkzeugschlitten 3 in den Querführungen 6 bewegen kann, ohne daß dadurch die Kurbel 14 der Kopiervorrichtung bzw. deren

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Lagerung oder Antrieb beansprucht wird. Dieser Hydrauliktrieb 23 dient daher auch zum Durchführen der Einstichbewegung des Werkzeuges 5, wobei zur Begrenzung dieser Einstichbewegung ein schraubverstellbarer Anschlag 24 im Längsschlitten vorgesehen ist. Durch die Verstellbarkeit dieses Anschlages 24 ist die Möglichkeit gegeben, die Einstichtiefe so zu bemessen, daß die Gefahr der Bildung einer nicht zu korrigierenden Flachstelle durch Freischneiden des Werkzeuges ausgeschaltet ist.

Zum Fräsen des Kurbelwellenzapfens 8 wird also zunächst der Hydrauliktrieb 23 beaufschlagt, der den Werkzeugschlitten 3 bis zum Anschlag 24 bewegt und damit den Einstichvorgang des Werkzeuges 5 in die zu bearbeitende Kurbelwelle 7 verursacht. Nach Erreichen des Anschlages 24 durch den Werkzeugschlitten 3 wird der Antrieb für die Kurbelwelle 7 und die Kurbel 14 eingeschaltet. Inzwischen wurde auch der Hydrauliktrieb 18 beaufschlagt, wodurch die Rolle 13 zwischen Schablone 11 und Druckkopf 19 festgespannt ist. Durch die Drehung der Kurbel 14 wird nun die für ein Rundfräsen notwendige Querbewegung des Messerkopfes 4 exakt gesteuert, wobei auf die Kurbel 14 nur die entsprechende Komponente der jeweils auftretenden Schnittkraft und nicht auch die Verspannkraft übertragen wird.

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Claims (1)

1. Patentansprüche :

   1.] Kopiervorrichtung für Kurbelwellenfräsmaschinen mit einem in Querführungen eines parallel zur Maschinenachse verschiebbaren Längsschlittens gelagerten, den Messerkopf normal zum drehbaren Werkstück bewegbaren Werkzeugschlitten, bei welcher Vorrichtung eine mit dem Werkzeugschlitten in Verbindung stehende Kreis- oder Kreisbogenschablone und eine auf einer Kurbel im Längsschlitten sitzende Rolle od.dgl. in gleichen geometrischen bzw. kinematischen Verhältnissen wie der Messerkreis des Messerkopfes und der zu fräsende Werkstückteil zusammenwirken, wobei Rolle od. dgl. und Schablone mittels eines am Werkzeugschlitten in Richtung der Querführungen angreifenden Hydrauliktriebes aneinanderdrückbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydrauliktrieb (18) an seinem freien, zur Schablonenachse weisenden Ende einen Druckkopf (19) trägt, zwischen dem und der Schablone (11) die Rolle (13) od. dgl. liegt.

   2. Kopiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer in Querführungsrichtung liegender Hydrauliktrieb (23) vorgesehen ist, der Werkzeugschlitten (3) und Längsschlitten (2) direkt miteinander verbindet.

   3. Kopiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Halterung der Schablone (11) ein eigener, zusammen mit dem Werkzeugschlitten (3) verschiebbarer Schablonenschlitten (10) dient, der über in Verschieberichtung liegende Schraubenspindeln (17) od. dgl. an den Werkzeugschlitten gekoppelt ist.

   A. Kopiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung der Einstichbewegung des Messerkopfes (4) für den Werkzeugschlitten (3) ein schraubverstellbarer Anschlag (24) im Längsschlitten (2) vorgesehen ist.

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   5. Kopiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rolle (13) od. dgl. aus zwei koaxialen, am selben Kurbelzapfen der im Längsschlitten (2) antreibbar gelagerten Kurbel (14) sitzenden Teilen (13a, 13b) besteht, wobei der eine Teil (13b) der Schablone (11) und der andere Teil (13a) dem Druckkopf (19) des Hydrauliktriebes (18) zugeordnet ist.

   6. Kopiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkopf (19) in Schienen od. dgl. (20) geradegeführt ist und eine Anpreßgabel (21) oder Anpreßrollen aufweist, die um eine zur Rolle (13) od. dgl. parallele, durch den Mittelpunkt des von der Schablone

   (11) definierten Kreises gehende Achse (22) schwenkbar lagert bzw. lagern.

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