DE3804879C1

DE3804879C1 - Whirling device

Info

Publication number: DE3804879C1
Application number: DE19883804879
Authority: DE
Inventors: Eckehard Dipl.-Ing. 3350 Kreiensen De Blaesche
Original assignee: Ing Karl Burgsmueller & Co Kg 3350 Kreiensen De GmbH
Current assignee: Burgsmueller GmbH
Priority date: 1988-02-17
Filing date: 1988-02-17
Publication date: 1988-11-10

Abstract

In the known whirling devices serving among other things to machine the crankpins of crankshafts, the axis of the crankshaft runs in a plane with the axis of rotation of the tool gyro and parallel to the latter, the tool gyro being guided in this plane relative to the crankshaft during the machining. During a complete rotation of the crankshaft this results in a reversal of the direction of the force components originating from the cutting and effective in the plane, as a result of which guide inaccuracies of the tool gyro, chatter phenomena and thus among other things reduced tool life occur. In a whirling device according to the invention, the axis of the crankshaft (6) is arranged at a distance (14) from the plane in which the displacement movement of the tool gyro (1) is effected so that the force components effective in the plane and originating from the cutting only have a repetitive pattern. As a result of the suppression of chatter phenomena, improved tool life and workpiece quality are achieved. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wirbeleinrichtung ent sprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs.The invention relates to a vortex device speaking the preamble of the claim.

Es ist bekannt, die spanende Bearbeitung beispielsweise der Hubzapfen von Kurbelwellen mittels Wirbeleinrichtungen durchzuführen. Die Kurbelwelle ist hierbei in einer Auf nahmeeinrichtung um ihre Achse drehbar gelagert, wobei sich das am Innenumfang eines Werkzeugkreisels gehaltene Werkzeug in Ebenen senkrecht zu dieser Achse dreht. Der Werkzeugkreisel ist darüber hinaus quer zur Achse der Kurbelwelle in einer, seine Rotationsachse enthaltenden Ebene, im allgemeinen einer Horizontalebene, verschiebbar gelagert, wobei die Achse der Kurbelwelle in der genannten Ebene angeordnet ist. Während der zerspanenden Bearbeitung des Hubzapfenumfangs wird der gleich- oder gegenläufig zu der Kurbelwelle rotierende Werkzeugkreisel in der genannten Ebene gleichzeitig quer zur Achse der Kurbelwelle in definierter Weise nachgeführt.It is known, for example, machining the crank pin of crankshafts by means of swirl devices perform. The crankshaft is in one open taking device rotatably mounted about its axis, wherein that is held on the inner circumference of a tool gyroscope Tool rotates in planes perpendicular to this axis. The Tool gyroscope is also transverse to the axis of the Crankshaft in one containing its axis of rotation Level, generally a horizontal level, slidable stored, the axis of the crankshaft in the mentioned Level is arranged. During machining of the crank pin circumference is the same or opposite the crankshaft rotating tool gyroscope in the above Plane parallel to the axis of the crankshaft at the same time tracked in a defined manner.

Bei dieser bekannten räumlichen Anordnung der Kurbelwelle und des Werkzeugkreisels ergibt sich während einer vollen Umdrehung der Kurbelwelle eine Richtungsumkehr der von dem Zerspanungsprozeß herrührenden, in der genannten Ebene wirksamen Kraftkomponenten, deren Folge Führungsunge nauigkeiten des Werkzeugkreisels, insbesondere Schwingungs- und Rattererscheinungen sind, durch welche die Standzeit des Werkzeugs, die Werkstückqualität und der Energiebedarf nachteilig beeinflußt werden. Diese Schwingungserschei nungen wirken sich auch auf die Führung bzw. Aufnahme der Kurbelwelle aus.In this known spatial arrangement of the crankshaft and the tool gyroscope results during a full Revolution of the crankshaft a reversal of the direction of the machining process originating in the named plane effective power components, the result of which is leadership accuracy of the tool gyroscope, especially vibration and chatter phenomena, by which the service life of the tool, the workpiece quality and the energy requirement be adversely affected. This vibration vibration These also affect the management or reception of the Crankshaft off.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung eine Wirbeleinrichtung der eingangs bezeichneten Gattung dahingehend zu ver bessern, daß unter Vermeidung der dem Stand der Technik an haftenden Nachteile die Standzeit des Werkzeugs sowie die erzielbare Werkstückqualität insbesondere bei der Bearbei tung der Hubzapfen von Kurbelwellen oder vergleichbaren, innerhalb des Werkzeugkreisels zentrisch drehenden Werk stücken erhöht wird.It is therefore the object of the invention a swirl device the genus described at the outset improve that while avoiding the state of the art Adhering disadvantages are the tool life and the achievable workpiece quality, especially in machining the crank pins of crankshafts or comparable work rotating centrically within the tool gyroscope pieces is increased.

Gelöst ist diese Aufgabe bei einer gattungsgemäßen Wirbeleinrichtung durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Patentanspruchs.This task is solved with one generic vortex device by the features of Labeling part of the claim.

Dadurch, daß erfindungsgemäß die Achse der Kurbelwelle bezüglich der genannten Ebene des Werkzeugkreisels außer mittig angeordnet ist, unterliegen die in der Ebene wirk samen, von dem Zerspanungsprozeß herrührenden Kräfte keiner Richtungsumkehr mehr. Hieraus ergibt sich ein stabiler Ver lauf der Schnitt kraft und damit die Unterdrückung von Schwingungs- und Rattererscheinungen. Durch den schwingungsärmeren Umlauf werden die Führungsgenauigkeit des Werkzeugkreisels, die Standzeit des Werkzeugs und damit die Werkstückqualität verbessert. Die Achse des Werkstücks befindet sich hierbei in einem solchen Abstand zu der die Rotationsachse des Werkzeugkreisels ent haltenden Ebene, der aufgrund von Bearbeitungszugaben, Toleranzen usw. im allgemeinen größer als der Kurbel radius zu bemessen sein wird.In that, according to the invention, the axis of the crankshaft with respect to the mentioned plane of the tool top is arranged in the middle, are subject to the effect in the plane seeds, none from the cutting process Reversal of direction more. This results in a stable Ver run the cut force and thus the suppression of Vibration and chatter phenomena. By the Low vibration circulation will be the guiding accuracy of the tool gyroscope, the service life of the tool and thus improving the workpiece quality. The axis of the The workpiece is at such a distance to which the axis of rotation of the tool gyroscope ent holding level, due to machining allowances, Tolerances etc. are generally larger than the crank radius will be dimensioned.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf das in den Zeichnungen schematisiert wiedergegebene Aus führungsbeispiel näher erläutert. Es zeigtThe invention will now be described with reference to the Aus schematically represented in the drawings management example explained in more detail. It shows

Fig. 1 eine Stirnansicht der räumlichen Anordnung von Werkzeugkreisel und Kurbelwelle in teilweiser Schnittdar stellung; Figure 1 is an end view of the spatial arrangement of the tool gyroscope and crankshaft in partial Schnittdar position.

Fig. 2 bis 10 eine schematische Darstellung unterschied licher, aufeinander folgender Bewegungsphasen des Werk zeugkreisels bzw. Drehwinkelstellungen eines zu be arbeitenden Hubzapfens; Fig. 2 to 10 is a schematic representation of different Licher, successive phases of movement of the tool gyro or rotational angle positions of a crank pin to be worked;

Fig. 11 eine Stirnansicht einer der Bearbeitung eines anderen vergleichbaren Werkstücks dienenden Wirbelein richtung in schematischer Darstellung. Fig. 11 is a front view of a machining of another comparable workpiece serving Wirbelein direction in a schematic representation.

Mit 1 ist in Fig. 1 der Werkzeugkreisel einer an sich be kannten Wirbeleinrichtung bezeichnet. Es ist dies ein ring artiger Werkzeugträger, der um die senkrecht zur Zeichen ebene der Fig. 1 verlaufende Achse drehbar gelagert ist. Der Werkzeugkreisel 1 trägt in ebenfalls an sich be kannter Weise auf seinem Innenumfang 3 in gleichmäßiger bzw. ungleichmäßiger Verteilung mehrere, zeichnerisch nicht dargestellte Zer spanungswerkzeuge, die untereinander entweder gleichartig oder unterschiedlich ausgebildet sein können.With 1 in Fig. 1, the tool gyroscope of a vortex device known per se is designated. It is a ring-like tool carrier, which is rotatably mounted about the axis perpendicular to the plane of FIG. 1 axis. The tool gyroscope 1 carries, in a manner known per se, on its inner circumference 3 in a uniform or non-uniform distribution a plurality of cutting tools, not shown in the drawing, which can be either identical or different from one another.

Der Werkzeugkreisel 1 ist in zeichnerisch ebenfalls nicht dargestellter Weise entlang seiner horizontalen Mittel achse 4 in Richtung der Pfeile 5 motorisch verschiebbar gelagert. Der Werkzeugkreisel 1 dient in dem gezeigten Ausführungsbeispiel der zerspanenden Bearbeitung einer Kurbelwelle 6, und zwar deren jeweiliger Haupt- und Pleuel lager. In der zeichnerischen Darstellung ist mit 7 der Mittelpunkt der Achse der Kurbelwelle 6 und mit 8 der Mittelpunkt eines Pleuel- bzw. Hubzapfens bezeichnet, welch letzterer gerade umfangsseitig bearbeitet wird.The tool gyroscope 1 is also mounted in a manner not shown in the drawing along its horizontal central axis 4 in the direction of arrows 5 so that it can be moved by a motor. The tool gyroscope 1 is used in the exemplary embodiment shown for machining a crankshaft 6 , namely its respective main and connecting rod bearings. In the drawing, 7 denotes the center of the axis of the crankshaft 6 and 8 the center of a connecting rod or crank pin, the latter of which is currently being machined on the circumference.

Mit 9 ist eine vertikale Mittelachse des Werkzeugkreisels 1 bezeichnet, die senkrecht zu der erstgenannten Mittel achse 4 verläuft, so daß durch den Schnittpunkt der ge nannten Mittelachsen 4, 9 der Mittelpunkt des Werkzeug kreisels definiert ist. Die Kurbelwelle 6 oder ein son stiges, vergleichbares Werkstück ist an ihren einander gegenüberliegenden Enden um ihren Mittelpunkt 7 in Rich tung des Pfeiles 10 motorisch drehbar gelagert. Hierbei können die Enden gegebenenfalls in an sich bekannter Weise mittels hydraulischer oder sonstiger, an sich bekannter Spanneinrichtungen gehalten sein, wodurch bereits eine gewisse Schwingungsdämpfung erreichbar ist. Der Werkzeug kreisel 1, dessen Ebene senkrecht zur Achse der Kurbel welle 6 verläuft, ist in an sich bekannter Weise senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1, d. h. entlang der Kurbel welle 6 motorisch verschiebbar angeordnet und rotiert während der zerspanenden Bearbeitung gleichläufig mit der Kurbelwelle 6 in Richtung des Pfeiles 11. Mit 12 ist der Antrieb des Werkzeugkreisels 1 bezeichnet, der an dem den Werkzeugkreisel aufnehmenden Gehäuse 13 angebracht ist. Dieses Gehäuse 13 ist in zeichnerisch nicht dargestellter Weise in Richtung der Pfeile 5 in definierter Weise ver schiebbar gelagert. 9 with a vertical central axis of the tool gyroscope 1 is referred to, which extends perpendicular to the first-mentioned central axis 4 , so that the center of the tool gyroscope is defined by the intersection of the central axes 4, 9 . The crankshaft 6 or a son-like, comparable workpiece is rotatably supported at its opposite ends around its center 7 in the direction of the arrow 10 by a motor. Here, the ends can optionally be held in a manner known per se by means of hydraulic or other tensioning devices known per se, whereby a certain vibration damping can already be achieved. The tool gyroscope 1 , the plane of which extends perpendicular to the axis of the crank shaft 6 , is arranged in a manner known per se perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 1, ie along the crank shaft 6 so that it can be moved by a motor and rotates in parallel with the crankshaft 6 during machining in the direction of arrow 11 . With 12 the drive of the tool gyroscope 1 is designated, which is attached to the housing 13 receiving the tool gyroscope. This housing 13 is mounted in a manner not shown in the drawing in the direction of arrows 5 in a defined manner slidably ver.

Es können im Bedarfsfall zur Beschleunigung der zer spanenden Bearbeitung mehrere derartige Wirbelkreisel 1 entlang der Kurbelwelle 6 vorgesehen sein, so daß deren Bearbeitung gleichzeitig an mehreren Stellen stattfindet. Bei der Bearbeitung des in Fig. 1 beispielhaft geschnitten wiedergegebenen Hubzapfens wird die Kurbelwelle mit ge ringer Drehzahl in Richtung des Pfeiles 10 gedreht, während der Werkzeugkreisel 1 mit hoher Drehzahl in Rich tung des Pfeiles 11 rotiert und gleichzeitig in Richtung der Pfeile 5 entsprechend der kreisförmigen Umlaufbahn des Mittelpunktes 8 des Hubzapfens um den Mittelpunkt 7 der Kurbelwelle 6 nachgeführt wird. Die Koordination dieser genannten Relativbewegungen zwischen Werkzeug und Werkstück kann in an sich bekannter Weise über ein NC-Programm er folgen, so daß hierauf nicht näher eingegangen wird.If necessary, several such vortex rotors 1 can be provided along the crankshaft 6 to accelerate the machining, so that their processing takes place simultaneously in several places. During processing of the example cut in Fig. 1 reproduced crank pin, the crankshaft ge ringer speed in the direction of arrow 10 is rotated while the tool gyro 1 processing at high speed in Rich rotates the arrow 11 and at the same time corresponding to the circular in the direction of arrows 5 Orbit of the center 8 of the crank pin is tracked around the center 7 of the crankshaft 6 . The coordination of these relative movements between the tool and the workpiece can be done in a manner known per se via an NC program, so that this is not dealt with in more detail.

Die die Mittelachse 4 enthaltende Ebene, in der die Hori zontalverschiebung des Werkzeugkreisels 1 entlang dieser Mittelachse 4 zwecks Anpassung an die kreisförmige Umlauf bahn des Hubzapfens erfolgt, weist einen festen Abstand zu dem Mittelpunkt 7 der Kurbelwelle 6 auf. Es ist dieser Abstand in Fig. 1 mit der Bezugsziffer 14 bezeichnet. Durch diese außermittige Anordnung der Kurbelwelle 6 be züglich des Mittelpunktes des Werkzeugkreisels 1 wird - über eine volle Kurbelwellen- bzw. Werkstückumdrehung ge sehen - ein stabiler Schnittkraftverlauf erreicht und da mit einer Schwingungs- und Ratterneigung entgegengewirkt.The plane containing the central axis 4 , in which the horizontal displacement of the tool gyroscope 1 along this central axis 4 for the purpose of adaptation to the circular orbit of the crank pin, has a fixed distance from the center 7 of the crankshaft 6 . This distance is designated by the reference number 14 in FIG. 1. This eccentric arrangement of the crankshaft 6 be with respect to the center of the tool gyroscope 1 - see ge over a full crankshaft or workpiece rotation - achieved a stable cutting force profile and counteracts with a tendency to vibrate and chatter.

Lediglich zur Verdeutlichung dieses Sachverhalts sind in den Fig. 2 bis 10 die unterschiedlichen räumlichen Zu ordnungen des zu bearbeitenden Hubzapfens und des Werk zeugkreisels 1 über eine volle Werkstückumdrehung ge sehen - schematisch wiedergegeben. In diesen Figuren sowie in der Fig. 11 sind Funktionselemente, die mit denjenigen der Fig. 1 übereinstimmen, auch übereinstimmend beziffert. Merely illustrative of this situation are shown in Figures 2 to 10 the different spatial orders to the ge crank pin to be worked and of the tools gyro 1 over a full revolution of workpiece see - represented schematically.. In these figures and in FIG. 11, functional elements that correspond to those of FIG. 1 are also numbered in accordance.

Mit 15 ist in den Fig. 2 bis 10 beispielhaft ein der zerspanenden Bearbeitung dienendes, in dem Werkzeugkreisel 1 in an sich bekannter Weise gehaltenes Werkzeug be zeichnet. Erkennbar ist der Abstand 14 zwischen dem Mittel punkt 7 der Kurbelwelle und der die Mittelachse 4 ent haltenden Ebene größer bemessen als der Abstand zwischen dem Mittelpunkt 7 der Kurbelwelle und dem Mittelpunkt 8 des Hubzapfens, nämlich der Kurbelradius 16. Letzterer befin det sich in dem Ablaufschema der Fig. 2 bis 10 anfangs in einer horizontalen, mit "0°" beschreibbaren Stellung. Es ist demzufolge der strichpunktiert angedeutete Kreis 17 der Kreis, auf dem während einer vollen Kurbelwellen umdrehung der Mittelpunkt 8 eines Hubzapfens umläuft.With 15 in FIGS. 2 to 10 is an example of a machining serving, in the tool gyroscope 1 in a manner known per se. The distance 14 between the center point 7 of the crankshaft and the plane containing the central axis 4 can be seen to be larger than the distance between the center 7 of the crankshaft and the center 8 of the crank pin, namely the crank radius 16 . The latter is initially in the flow diagram of FIGS . 2 to 10 in a horizontal position which can be described with "0 °". It is therefore the dash-dotted circle 17 the circle on which the center 8 of a crank pin rotates during a full crankshaft revolution.

Schließlich ist durch den Pfeil 18 die Wirkungsrichtung einer Zerspanungskraft bezeichnet, welche zwischen dem zu bearbeitenden Hubzapfen und dem Werkzeugkreisel 1 über tragen wird.Finally, the direction of action of a cutting force is indicated by the arrow 18 , which is transmitted between the crank pin to be machined and the tool gyroscope 1 .

Im Betrieb der Wirbeleinrichtung ist der Mittelpunkt 7 der Kurbelwelle 6 als ortsfest anzusehen, wohingegen ent sprechend den unterschiedlichen Drehwinkelstellungen der Kurbelwelle 6 der Werkzeugkreisel 1 in Richtung der Pfeile 5 in definierter Weise nachgeführt wird. Der anhand der Fig. 2 bis 10 wiedergegebene Verfahrensablauf einzelner Drehwinkelstellungen der Kurbelwelle, welcher letztere ausgehend von der in Fig. 2 gezeigten Ausgangswinkel stellung in den Stellungen 50°, 80°, 90°, 120°, 180°, 210°, 270° und 300°, somit während einer vollen Werkstück umdrehung wiedergibt, läßt deutlich erkennen, daß die Richtung der durch den Pfeil 18 angedeuteten resul tierenden Zerspanungskraft lediglich in sehr geringen Grenzen wechselt und daß, insbesondere bezogen auf eine parallel zu der Mittelachse 4 verlaufende Ebene niemals eine Richtungsumkehr einer entsprechenden, in dieser Ebene wirksamen Komponenten dieser Kraft stattfindet, wodurch ein stabiler, schwingungsarmer Betrieb gewährleistet ist.In the operation of the vortex device, the center 7 of the crankshaft 6 is to be regarded as stationary, whereas accordingly the different rotational angle positions of the crankshaft 6 of the tool gyroscope 1 are tracked in the direction of the arrows 5 in a defined manner. The process sequence shown in FIGS. 2 to 10 of individual rotational angle positions of the crankshaft, the latter starting from the starting angle position shown in FIG. 2 in the positions 50 °, 80 °, 90 °, 120 °, 180 °, 210 °, 270 ° and 300 °, thus reproducing during a full workpiece rotation, clearly shows that the direction of the resulting cutting force indicated by the arrow 18 changes only within very small limits and that, in particular with reference to a plane running parallel to the central axis 4 , never one Reversal of direction of a corresponding, effective in this plane components of this force takes place, whereby a stable, low-vibration operation is guaranteed.

Die Erfindung ist vorstehend anhand der Bearbeitung des Hubzapfens einer Kurbelwelle erläutert worden. Ihre Vor teile kommen jedoch auch bei der Bearbeitung anderer, insbesondere unrunder Werkstücke zum Tragen. Lediglich beispielhaft ist in Fig. 11 die Bearbeitung eines der artigen Werkstücks 19 gezeigt, welches praktisch eine Kurbelwange oder auch ein Nockenprofil sein kann. Es ist das Werkstück 19 um eine Achse 20 drehbar gelagert, die bezüglich der Mittelachse 4 des Werkzeugkreisels in gleicher Weise wie die Kurbelwelle 6 bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel angeordnet ist. Die An passung an die besondere Kontur dieses Werkstücks 19 er folgt über eine dementsprechende definierte Nachführung des Werkzeugkreisels 1 in Richtung der Pfeile 5.The invention has been explained above on the basis of the machining of the crank pin of a crankshaft. However, your advantages also come into play when machining other, in particular non-circular workpieces. The machining of one of the like workpieces 19 , which can practically be a crank web or also a cam profile, is shown in FIG. 11 merely by way of example. The workpiece 19 is rotatably supported about an axis 20 which is arranged with respect to the central axis 4 of the tool gyroscope in the same way as the crankshaft 6 in the exemplary embodiment described above. The adaptation to the special contour of this workpiece 19 it follows via a correspondingly defined tracking of the tool gyroscope 1 in the direction of the arrows 5 .

Gemäß den zeichnerischen Darstellungen der Fig. 1 und 11 befindet sich das Werkstück in einem Abstand 14 unter halb der die Rotationsachse des Werkzeugkreisels ent haltenden Ebene. Das Werkstück kann jedoch gleichermaßen auch oberhalb dieser Ebene angeordnet sein.According to the graphic representations of FIGS. 1 and 11 is the workpiece at a distance 14 below half of the axis of rotation of the implement rotor ent retaining plane. However, the workpiece can equally be arranged above this level.

Claims

Vortex device for machining crankshafts and comparable workpieces, consisting of at least one tool gyro surrounding the workpiece and a receiving device for the workpiece, the rotatable tool gyroscope about its axis running parallel to the axis of the workpiece in a plane containing its axis of rotation transverse to Axis of the workpiece and can be displaced parallel to it, and the workpiece being rotatably supported about its axis in the receiving device, since characterized in that the axis of the workpiece is arranged at a distance ( 14 ) from said plane which is at least the crank radius ( 16 ) or a corresponding parameter of the workpiece ( 19 ) speaks ent.