DE3001334C2 - Verfahren zur Bearbeitung von mehrfach gekröpften Kurbelwellen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bearbeitung der Lager- und Hubzapfen sowie der Kurbelwangenseitenflächen von mehrfach gekröpften Kurbelwellen durch Rundfräsen mit zwei gleichzeitig arbeitenden Innenfräswerkzeugen bei stillstehender Kurbel wette, mit denen jeweils in einem Arbeitsgang ein Zapfen und die an diesen anschließenden Kurbelwangenseitenflächen bearbeitet werden, wobei die Innenfräswerkzeuge in einer geradlinigen Einstichbewegung gegen den zu bearbeitenden Zapfen unter Tetlbearbeitung der anschließenden Kurbelwangenseitenflächen zugestellt werden, wonach die Zapfen und die noch unbearbeiteten Teile der Kurbelwangensettenflächen durch Ausführung eines Rundvorschubes der Innenfräswerkzeuge bearbeitet werden.

Um einen möglichst raschen Arbeitsabtauf zu erreichen, werden oft zur Bearbeitung einer Kurbetwelle zwei Werkzeuge nebeneinander eingesetzt. Diese Werkzeuge arbeiten nach den bekannten Verfahren stets in gewisser Abhängigkeit voneinander, da sie jeweils in gleicher Richtung einstechen und außerdem ihre Einstichbewegung und ihr Vorschub aufeinander abgestimmt werden müssen. Das dadurch erzwungene gleichzeitige und paarweise Arbeiten der Werkzeuge bringt aber Verluste an Arbeitszeit mit sich, weil keines der Werkzeuge optimal eingesetzt werden kann, sondern beide Werkzeuge immer nach den jeweils ungünstigeren Bedingungen arbeiten müssen. So sind bei einer bekannten Fräsmaschine mit zwei Innenfräswerkzeugen (DE-AS 25 59 824) die beiden Werkzeuge nur in der Waagerechten einzustechen, wobei der Einstich in gleicher oder entgegengesetzter Richtung erfolgen kann, aber immer gemeinsam durchgeführt wird und auch der Rundvorschub ist für beide Werkzeuge vollkommen gleichzeitig und entweder gleich- oder entgegengerichtet. Bevor der Rundvorschub beginnen kann, ist daher zu warten, bis beide Werkzeuge den Einstichvorgang beendet haben und, da der Einstich bei einer Lagerzapfenbearbeitung kürzer als bei einer Hubzapfenbearbeitung dauert, ergibt sich für das den Lagerzapfen bearbeitende Werkzeug somit eine verlorene Wartezeit. Auf Grund der für beide Werkzeuge festgelegten Einstichbewegungsrichtung müssen aber darüber hinaus noch weitere Bearbeitungszeitverluste in Kauf genommen werden, da so beim Einstichvorgang nicht von beiden Werkzeugen die maximale Materialmenge von den Kurbelwangenseile tenflächen abgearbeitet werden kann, wodurch auch bei der anschließenden Zapfenbearbeitung noch sehr lange Späne auftreten, die kleinere Vorschübe verlangen und damit längere Fräszeiten bedingen. Die vorbestimmte Einstichrichtung macht außerdem auf jeden Fall auch ein TeBungsdrehen der Kurbelwelle erforderlich, das weiteren Zeitaufwand beansprucht. Diese Nachteile wirken sich selbstverständlich bei Kurbelwellen mit von 0 und 180° abweichenden Kurbelversetzungen besonders ungünstig aus, so daß die bekannten Bearbeitungsverfahren mit zwei Werkzeugen hier überhaupt nicht rentabel angewendet werden können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs geschilderten Art so zu verbessern, daß stets ein rationeller Einsatz aller beiden Werkzeuge gewährleistet und auf einfache Weise eine weitere wesentliche Verkürzung der Bearbeitungszeit für Kurbelwellen erreicht werden kann.

Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, daß Einstichbewegungsrichtung und Rundvorschub beider Innenfräswerkzeuge unabhängig vom anderen allein nach den für den jeweiligen Arbeitsgang maßgebenden, eine optimale Ausnutzung der Innenfräswerkzeuge — im Sinne einer weitestgehenden Bearbeitung der Kurbelwangensettenffächen bereits beim Einstechen — ermöglichenden Verhältnisse gewählt werden.

Läßt man also die beiden Werkzeuge im Gegensatz zu den bisherigen Verfahren vorkommen unabhängig voneinander arbeiten, kann jedes Werkzeug entsprechend den jeweiligen Verhältnissen optimal eingesetzt werden und seinen jeweiligen Arbeitsgang in einem durchführen, so daß es zu keinen Wartezeiten durch die Einstichbewegung des anderen Werkzeuges und zu keinen verminderten Vorschüben durch eine zu geringe Bearbettungsrate beim Einstich kommt. Da die Werk-

+5 zeuge für jeden Arbeitsgang gesondert, unabhängig voneinander optimiert werden können, ist dieses Verfahren vor allem auch bei Kurbelwellen rationell anwendbar, deren Kurbelversetzungen von 0 und 180° abweichen. Durch den optimierten Einsatz der einzelnen Werkzeuge lassen sich in Abhängigkeit von der Kurbelwellenausbildung Einsparungen der Arbeitszeit von ca. 30 bis 40% erreichen, was ein praktisches Beispie) belegt: Bei der Bearbeitung einer Kurbelwelle ergeben sich bisher für den Einstich des Werkzeuges zur Lagerzapfenbearbeitung eine Zeit von 0,37 min und für den Einstich des Werkzeuges zur Hubzapfenbearbeitung eine Zeit von 0,64 min. Der für beide gleiche Rundvorschub muß so gewählt werden, daß der längste Span bei der Lagerzapfenbearbeitung oder bei der Hubzapfenbearbeitung eine gewisse Spanstärke nicht übersteigt, was eine Umlaufzeit von 1,34 min mit sich bringt. Die Gesamtbearbeitungszeit für beide Arbeitsgänge liegt daher bei 1.98 min, das ist die längste Einstichzeit zusätzlich der Umlaufzeit. Wird die gleiche Welle nach dem erfindungngemäßen Verfahren bearbeitet, ergeben sich für das Werkzeug zur Lagerzapfenbearbeitung eine Einstichzeit von 0,37 min und eine Umlaufzeit von 1,04 min sowie für das Werkzeug zur

Hubzapfenbearbeitung eine Einstichzeit von 0,64 min und eine Uralaufzeit von 0,72 min. Die Arbeitsgänge für die Lager- und Hubzapfenbearbeitung dauern demnach 1,41 min, das ist die Zeit für den länger dauernden Arbeitsgang. Es stellt sich somit bereits bei der Bearbeitung jeweils eines Hubzripfens und eines Lagerzapfens ein beträchtlicher Zeitgewinn ein, der sich bei der Bearbeitung der ganzen/ mehrere Hub- und Lagerzapfen aufweisenden Kurbelwelle entsprechend summiert Dieser Zeitgewinn tritt bereits dann auf, wenn beide Werkzeuge ihren Arbeilsgangjewejls gleichzeitig beginnen und das Werkzeug mit dem "kürzeren Arbeitsgang auf das andere wartet, um eine gemeinsame Positionierung der Werkzeuge in. Werkstücklängsrichtung zu ermöglichen. Werden die Werkzeuge aber auch unabhängig voneinander positioniert und zwar eben dann» wenn sie ihren jeweiligen Arbeitsgang vollendet haben, ist eine zusätzliche Zeiteirisparung gegeben. Wird ein solcher vollkommen unabhängiger_: Werkzeugeinsatz vorgenommen, könnte beispielsweise, von einer mittleren Kurbelwdlenabstutzung.durch eine Lünette ausgehend, jedes der Werkzeuge* auf einer Kurbelwellenhälfte die Hub- und Lagerzäpteh samt denanschließenden Kurbelwangenseitenfläeheii der Reihe nachbearbeiten. '■ ,■'....■'.';

Da, um für die anschließende Zapfenbearbeitung -einen günstigen Vorschub zu erreichen, schon beim Einstichvorgang möglichst viel Material von den Kurbelwangenseitenflächen abgearbeitet' werden soll, ist <iie Einstichrichtung hei der Hubzapfenbearbeitung praktisch von vornherein durch die beiden parallelen, itn diesen Hubzapfen anschließenden Kurbelwangen vorbestimmt und führt entlang der Vertnndungsgeraden von der Lagerzapfenachse zur Hubzapfenachse. Anders liegen die Verhältnisse bei der Bearbeitung der Lagerzapfen, da oft die an die Lagerzapfen anschließenden Kurbelwangen zueinander versetzt sind. Um auch hier optimale Ergebnisse zu erreichen, wird zur Bearbeitung eines Lagerzapfens mit den· anschließenden Kurbelwangenseitenflachen das Werkzeug in Richtung der Winkelsymmetralen des Versetzungswrnkcls der beiden jeweils benachbarten Kurbeln eingestochen, womit gewährleistet, ist, daß in Summe bereits beim Einstich von den an den Lagerzapfen anschließenden Kurbelwangenseitenflächen ein maximaler Anteil bearbeitet wird.

Es gibt auch schon Kurbelwellenfräsmaschinen (DE-OS 24 19 554), die ein Zapfenbearbeilen ohne die Notwendigkeit einer Teilungsdrehung erlauben, weil ihre Werkzeuge mittels Kreuzschlittensystems bewegbar sind und in beliebiger Richtung einstechen können. Bei diesen Maschinen ist allerdings immer nur ein Werkzeug vorgesehen und von vornherein mit einer gegenüber zwei Werkzeugen längeren Arbeitszeit zu rechnen.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt, und zwar zeigen rein schematisch die

Fig. la und Ib den Einstichvorgang bei einer Lagerzapfenbearbeitung gemäß den bekannten Verfahren bzw. gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, die

F i g. 2a und 2b den E^r.instichvorgang bei der Hubzapfenbearbeitung wiederum gemäß den bekannten Verfahren und gemäß dem erfindungigemäßen Verfahren sowie

F i g. 3 eine Fräsmaschine zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens in teilweise geschnittener Seitenansicht.

Nach den bekannten Verfahren zur Bearbeitung von Kurbelwellen mit zwei Messerköpfen sind beide Messerköpfe M\, M₂ in gleicher Richtung einzustechen und ihr Einstichvorgang und ihr Vorschub aufeinander abzustimmen. Werden daher, wie in Fig. la und 2a angedeutet, mit dem Messerkopf M\ ein Lagerzapfen L und mit dem Messerkopf M2 ein Hubzapfen H sowie jeweils in einem Arbeitsschritt mit dem Zapfen die anschließenden Kurbelwangenseitenflächen W bearbeitet, stechen beide Messerköpfe M\, Mi in Richtung des Pfeiles fein, wobei der Einstich ei des Messerkopfes M\ und der Einstich ej des Messerkopfes M₂ verschieden lang dauern. Der Messerkopf Mi muß also nach Beendigung seines Einstiches ej warten, bis auch der Messerkopf M₂ seinen Einstich ei beendet hat, worauf dann die gleichzeitige Bearbeitung des Lagerzapfens L und des Hubzapfens Herfolgt Der Vorschub dafür kann nun wiederum nicht optimal für beide Messerköpfe Mu M₂ ausgelegt werden, da beide Messerköpfe bei der ,Zapfenbearbeitung zusätzlich noch ungleiche Anteile der Kurbelwangenseitenflächen W bearbeiten müssen (punktierte Rächen) und der Vorschub sich nach den längsten noch auftretenden Spänen richten muß.

• Besonders ungünstige Verhältnisse ergeben sich vor allem dann, wenn, wie in der Zeichnung dargestellt, eine Kurbelwelle mit einer von 0° und 180° abweichenden Kurbel Versetzung zu-bearbeiten ist, denn bei einer solchen Kurbelwelle verbleibt einerseits nach dem Einstich des Messerkopfes Mi für die Lagerzapfenbearbeitung ein relativ großer Teil der Kurbelwangenseiten-.flächen W unbearbeitet (punktierte Fläche, Fig. la), ■und es muß anderseits die Kurbelwelle entsprechend der jeweiligen Versetzung des Hubzapfens geteilt werden.

■35 Bei einem. Einsatz der Messerköpfe Mi und M₂ nach dem erfiridungsgernäßen Verfahren ergeben sich nun im Gegensatz dazu wesentlich verbesserte Bedingungen, 'wie in den Fig. Ib und 2b veranschaulicht ist. Hier

' können die Messerköpfe Mu M₂ unabhängig voneinander arbeiten, so daß jeder Messerkopf hinsichtlich Einstich und Vorschub optimal auf den gerade zu bearbeitenden Zapfen und den jeweils anschließenden Kur-belwangenseitenflächen eingestellt werden kann. Zur Bearbeitung des Lagerzapfens L (F i g. 1 b) sticht der Messerkopf A/i in Richtung des Pfeiles £Ί ein, die so gewählt ist, daß bereits beim Einstich ein maximaler Anteil der Kurbelwangenseitenflächen W abgearbeitet wird. Die Einstichrichtung liegt daher in der Winkelsymmetralen durch den Versetzungswinkel χ der beiden beim Einstich zu bearbeitenden Kurbelwangen. Der nach dem Einstich ei noch nicht bearbeitete Teil der Kurbelwangenseitenflächen W wird so minimal gehalten, was auch ein Vergleich der entsprechenden punktierten Flächen in Fig. la und Ib veranschaulicht.

Dieser geringere Anteil der bei der eigentlichen Zapfenbearbeitung noch zu bearbeitenden Kurbelwangenseitenflächen erlaubt für die Zapfenbearbeitung einen größeren Vorschub, mit dem außerdem sofort nach dem Einstich ei des Messerkopfes Mi begonnen werden kann, da nicht mehr gewartet zu werden braiL*"h». bis auch der Messerkopf M₂ seinen Einstichvorgang beendet hat. Auch der Messerkopf M₂ wird bei semem Einsatz nur nach den bei der jeweiligen Hubzapfenbearbeitung maßgebenden Verhältnissen ausgelegt, wobei selbstverständlich ein Teil der Kurbelwelle unnötig ist, da die Einstichrichtung E₂ des Messerkopfes M₂ frei gewählt werden kann und jederzeit nach der gerade vorhandenen Kurbellage

orientierbar ist. Auch der Messerkopf Mi beginnt sofort nach Vollendung seines Einstiches C2 mit der Bearbeitung des Hubzapfens H, wobei unabhängig vom Messerkopf M\ für den Messerkopf Mi ein relativ rascher Vorschub möglich ist, da die an den Hubzapfen Hanschließenden Kurbelwangenseitenflächen Wgrößtenteils bereits beim Einstich bearbeitet wurden und nur mehr ein recht geringer Anteil dieser Seitenflächen bei der eigentlichen Zapfenbearbeitung mitbearbeitet werden muß.

In Fig.3 ist eine Fräsmaschine mit zwei unabhängig voneinander einsetzbaren Werkzeugen dargestellt. Als Werkzeuge dienen dabei ringförmige, innenschneidende Messerköpfe 1, die jeweils über eine Werkzeugtrommel 2 in einem eigenen Kreuzschlitten 3 lagern, welcher Kreuzschlitten 3 aus einem ' lorizontaischüticn 3a und einem Vertikalschlitten 3b besteht. Die Kreuzschlitten 3 sitzen auf Längsschlitten 4, die entlang des Maschinenbettes 5 längsverfahrbar sind. Für den Antrieb von Horizontal- und Vertikalschlitten 3a, 3r> sind jeweils eigene Motoren 6, 7 vorgesehen, die über entsprechende Getriebe und Gewindespindeln 8, 9 die Schlitten 3,;, 3b bewegen. Als Antrieb für die Längsschlitten 4 dienen ebenfalls eigene Motoren 10 und Gewindespindeln 11.

Zur Kontrolle der Schlittenbewegiingen bzw. zur Steuerung der Schlittenantriebe ist eine numerische Steuerung vorgesehen, mit der die beiden Messerköpfe 1 unabhängig voneinander in den drei Koordinaten-■> richtungen bewegbar sind. Auf dem Maschinenbett 5 der Fräsmaschine sind weiter zwei Aufnahmestöcke 12 angeordnet, die das zu bearbeitende Werkstück 13 während der ganzen Bearbeitungszeit stillstehend spannen. Zur Unterstützung des Werkstückes 13 bei der Bearbeitung durch die Messerköpfe 1 ist außerdem eine Lünette 14 vorgesehen, die zwischen den beiden Längsschlitten 4 auf dem Maschinenbett 5 verschiebbar lagert und einen oder, wie in der F i g. 3 angedeutet, zwei Lagerzapfen des Werkstückes abstützen kann.

i') Auf Grund der beiden jeweils numerisch gesteuerten kreuzschlitten 3 ist es möglich, die beiden Messerköpfe 1 der Fräsmaschine vollkommen unabhängig voneinander einzusetzen und sie jeweils optimal auf die gerade zu bearbeitende Werkstückstelle auszurichten. Für

2<> jeden Messerkopf ist unabhängig vom anderen die rinst'chrichtbng und die Vorschubbewegung frei wählbar, so daß sich mit dieser Fräsmaschine kürzeste \rbeits?.citeri erreichen lassen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprach:

   Verfahren zur Bearbeitung der Lager- und Hubzapfen sowie der Kurbelwangenseitenflächen von mehrfach gekröpften Kurbelwellen durch Rundfräsea mit zwei gleichzeitig arbeitenden Innenfräswerkzeugen bei stillstehender Kurbelwelle, mit denen jeweils in einem Arbeitsgang ein Zapfen und die an diesen anschließenden Kurbelwangenseitenflächen bearbeitet werden, wobei die Innenfräswerkzeuge in einer geradlinigen Einstichbewegung gegen den zu bearbeitenden Zapfen unter Teilbearbeirung der anschließenden Kurbelwangenseitenfläehen zugestellt werden, wonach die Zapfen und d;e noch unbearbeiteten Teile der Kurbelwangenseitenflächen durch Ausführung eines Randvorsehubes der Innenfräswerkzeuge bearbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß Bnsiicbbewegungsrichtung und Rundvorschub beider innenfräswerkzeuge unabhängig vom anderen allein nach den für den jeweiligen Arbeitsgang maßgebenden, eine optimale Ausnutzung der Innenfräswerkzeuge

   — im Sinne einer weitestgehenden Bearbeitung der Kurbelwangenseitenflächen bereits beim Einstechen

   — ermöglichenden Verhältnissen gewählt werden.