DE3913294A1

DE3913294A1 - Accurate milling of cam profile - involves third axis feed movement to compensate for parallelism error

Info

Publication number: DE3913294A1
Application number: DE19893913294
Authority: DE
Inventors: Eckehard Blaesche
Original assignee: Karl Burgsmueller & Co KG GmbH
Current assignee: Burgsmueller GmbH
Priority date: 1989-04-22
Filing date: 1989-04-22
Publication date: 1990-10-25
Anticipated expiration: 2009-04-23
Also published as: DE3913294C2

Abstract

The cam profile is often produced by milling with a bevelled face mill (6) having the axis (7) inclined by the amount of the bevel angle. Two-controlled feed motions, one rotational about the cam axis (4) and the other normal to the cam axis in the direction (11) are applied to produce the cam profile. It can be shown that the cam surface deviates from parallelism with the cam axis (4). Greater accuracy can be achieved by providing a further controlled feed axis in the direction normal to the plane of the cam axis (4) and the cutter axis (7). USE/ADVANTAGE - Mfr. of LC engine and other machinery. Cams with a wider face can be accurately produced.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung entspre chend dem Oberbegriff des Patentanspruchs.The invention relates to a device chend the preamble of the claim.

Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise aus der DE 33 44 477 A1 bekennt. Charakteristisch für deren Arbeitsweise ist, daß während der Bearbeitung eines Nockens zwei gesteuerte Zustellbewegungen zwischen Werkstück und Werkzeug erforderlich sind, und zwar eine Rotationsbewegung um die Achse der horizontal eingespannten Nockenwelle und eine geradlinige Verschie bebewegung des Fräswerkzeugträgers in Richtung auf die Nockenwelle hin, welche in einer Horizontalebene erfolgt. Die Nockenwelle wird zwecks Erzielung gleich förmiger Umfangsgeschwindigkeiten in den zu bearbeiten den Bereichen des Nockens ungleichförmig angetrieben. Charakteristisch für die sich aus den kinematischen Randbedingungen dieser Vorrichtung ergebende Arbeits weise ist, daß der wirksame Werkzeugradius lediglich in den Extremlagen des Nockens senkrecht zur Schnittebe ne verläuft bzw. daß nur in diesen Lagen eine Paralle lität der Schnittebene mit der Achse der Nockenwelle gegeben ist. In allen Zwischenlagen ergeben sich in Abhängigkeit von der Schnittbreite Parallelitätsab weichungen der Schnittfläche.Such devices are for example from the DE 33 44 477 A1. Characteristic of their The way it works is that while editing a Nockens two controlled feed movements between Workpiece and tool are required, namely a rotational movement around the axis of the horizontal clamped camshaft and a rectilinear shift movement of the milling tool carrier in the direction of the camshaft, which is in a horizontal plane he follows. The camshaft is the same for the purpose of achieving it shaped peripheral speeds in the edit the areas of the cam driven non-uniformly. Characteristic of those arising from the kinematic Working conditions resulting from this device is wise that the effective tool radius is only in the extreme positions of the cam perpendicular to the section ne runs or that only in these locations a parallel cut plane with the axis of the camshaft given is. In all intermediate layers arise depending on the cutting width parallelism softening of the cut surface.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs dargestellten Gattung mit Hinblick auf die Bearbeitungsgenauigkeit, insbesondere die Paralleli tät von Nockenfläche und Nockenwellenachse zu verbes sern. Gelöst ist diese Aufgabe bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Patentanspruchs.It is the object of the invention to provide a device of the genus described at the outset with regard to the machining accuracy, especially the paralleli of cam surface and camshaft axis to verbes ser. This task is solved with a generic Device by the features of the marking part of the claim.

Erfindungswesentlich ist somit eine weitere Zustellbewe gung zwischen Werkstück und Werkzeug, welche vorzugswei se in den Bereich des Werkstücks verlegt ist und welche darauf abzielt, eine zur Achse der Nockenwelle parallele Schnittfläche des Fräswerkzeugs in allen Umfangsbereichen eines Nockens einzustellen. Es unter liegt somit das Fräswerkzeug jeweils in Abhängig keit von der Winkelstellung des Nockens einer weiteren Zustellbewegung, die in an sich bekannter Weise CNC-ge steuert ausgeführt wird. Erreicht wird auf diese Weise in einem einzigen Arbeitsgang eine hochgenaue Parallelität von Nockenumfangsfläche und Achse der Nockenwelle, wobei außerdem große Schnittbreiten realisierbar sind. Darüber hinaus ist ein einwandfreier bezüglich der Drehebene geradliniger Fasenverlauf gegeben.Another delivery proof is therefore essential to the invention between workpiece and tool, which is preferably se in the area of the workpiece and which aims to one to the axis of the camshaft parallel cutting surface of the milling tool in all Adjust circumferential areas of a cam. It under the milling tool is therefore dependent speed of the angular position of the cam of another Infeed movement, which is CNC-ge in a known manner controls is executed. Is reached on this Way in a single operation Parallelism of the cam circumferential surface and the axis of the Camshaft, with large cutting widths are realizable. It is also a perfect one straight bevel with respect to the plane of rotation given.

Eine Zustellbewegung des Werkstücks, hier der Nockenwel le in Achsrichtung wird lediglich als Positionierantrieb benötigt, nicht hingegen zur Bearbeitung des einzelnen Nockens.A feed movement of the workpiece, here the cam shaft le in the axial direction is only used as a positioning drive needed, but not for editing the individual Cam.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:The invention will now be described with reference be explained in more detail on the accompanying drawings. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anordnung von Werkstück und Werkzeug in der Draufsicht; Figure 1 is a schematic representation of the arrangement of workpiece and tool in plan view.

Fig. 2 eine Ansicht der Anordnung von Werkstück und Werkzeug in vergrößerter Darstellung entsprechend einer Schnittebene lI-II der Fig. 1. Fig. 2 is a view of the arrangement of the workpiece and tool in an enlarged view corresponding to a sectional plane LI-II in FIG. 1.

Mit 1 ist in den Figuren das zu bearbeitende Werkstück, nämlich eine in einer zeichnerisch nicht dargestellten Aufnahmeeinrichtung gehaltene Nockenwelle bezeichnet, deren einzelne Nocken 2 im Umfangsbereich entsprechend einem vorgegebenen Profil zu fräsen sind. Die sich hierbei ergebenden Umfangsflächen 3 der einzelnen Nocken müssen parallel zur Achse 4 der Nockenwelle verlaufen. Letztere wird während der Bearbeitung der Umfangsflächen 3 in definierter Weise mittels zeichnerisch nicht dargestellter, an sich bekannter Antriebssysteme um ihre vorzugsweise horizontal verlau fende Achse 4 in Richtung der Pfeile 5 gedreht. 1 in the figures denotes the workpiece to be machined, namely a camshaft held in a receiving device (not shown in the drawing), the individual cams 2 of which are to be milled in the peripheral area in accordance with a predetermined profile. The resulting peripheral surfaces 3 of the individual cams must run parallel to the axis 4 of the camshaft. The latter is rotated in the direction of the arrows 5 in a defined manner during the machining of the peripheral surfaces 3 by means of drive systems (not shown), known per se, about their preferably horizontally extending axis 4 .

Mit 6 ist ein Fräswerkzeugträger bezeichnet, der um eine unter einem Winkel zur Achse 4 verlaufende Achse 7 drehbar gelagert ist und mittels eines zeich nerisch ebenfalls nicht dargestellten Antriebssys tems um diese Achse 7 antreibbar ist. Der Fräswerkzeug träger 6 ist auf seiner, der Nockenwelle 1 zugekehrten Seite, und zwar rotationssymmetrisch zu der Achse 7 kegelstumpfförmig ausgebildet, wobei entlang der Kegelmantelfläche, und zwar in gleichmäßiger Verteilung eine Reihe von Fräswerkzeugen 8 angeordnet sind. Die Fräswerkzeuge können grundsätzlich auch ungleich mäßig verteilt angeordnet sein. Die Fräswerkzeuge 8 sind in an sich bekannter Weise ausgestaltet und lösbar an dem Fräswerkzeugträger 6 befestigt. 6 with a milling tool carrier is designated, which is rotatably mounted about an axis 7 extending at an angle to the axis 4 and can be driven by means of a drive system, also not shown, about this axis 7 . The milling tool carrier 6 is formed on its side facing the camshaft 1 , namely rotationally symmetrically to the axis 7 in the shape of a truncated cone, with a series of milling tools 8 being arranged along the conical surface, in a uniform distribution. The milling tools can in principle also be arranged unevenly distributed. The milling tools 8 are designed in a manner known per se and releasably attached to the milling tool carrier 6 .

Die Fräswerkzeuge 8 weisen - in einer Stirnansicht gesehen - radial verlaufende Schneidkanten auf. Der Neigungswinkel 9 der, die Fräswerkzeuge 8 tragenden kegelstumpfförmigen Fläche des Fräswerkzeugsträgers 6 gegenüber der Achse 7 entspricht - in der Draufsicht gemäß Fig. 1 gesehen - dem Schnittwinkel 10, unter dem die Achse 7 die Achse 4 der Nockenwelle 1 schneidet. Nachdem die Schneidkanten der Fräswerkzeuge 8 parallel zu einer Mantellinie des kegelstumpfförmigen Profils verlaufen, wird durch diese das Nockenprofil - in einer, die Achsen 4, 7 enthaltenden Ebene gesehen - parallel zur Achse 4 geschnitten.The milling tools 8 have - seen in an end view - radially extending cutting edges. The angle of inclination 9 of the frustoconical surface of the milling tool carrier 6 , which carries the milling tools 8, with respect to the axis 7 corresponds - seen in the plan view according to FIG. 1 - to the intersection angle 10 at which the axis 7 intersects the axis 4 of the camshaft 1 . After the cutting edges of the cutters 8 are parallel to a surface line of the truncated cone-shaped profile, through this, the cam profile will be - in a, the axles 4, 7 plane containing seen - cut parallel to the axis. 4

Das Fräswerkzeug 8 ist in definierter Weise mittels eines zeichnerisch nicht dargestellten Antriebssystems in Richtung der Pfeile 11 zustellbar.The milling tool 8 can be delivered in a defined manner by means of a drive system, not shown in the drawing, in the direction of the arrows 11 .

Mit 12 ist der wirksame Werkzeugradius bezeichnet, der erfindungsgemäß in jeder Arbeitsphase senkrecht zu der jeweils zu bearbeitenden Umfangsfläche gehalten ist. Zu diesem Zweck ist der Werkzeugträger 6 in definierter Weise mittels eines zeichnerisch nicht dargestellten Antriebssystems in Richtung der Pfeile 13, senkrecht zu den Pfeilen 11 bzw. senkrecht zu der die Achsen 4, 7 enthaltenden Ebene verschiebbar. Schließlich ist eine weitere Verschiebebewegung durch die Pfeile 14 angedeutet, welche wahlweise in die Aufnahmeeinrichtung des Werkstücks oder eine Führungs einrichtung des Werkzeugs verlagert sein kann.The effective tool radius is designated by 12 , which according to the invention is held perpendicular to the circumferential surface to be machined in each working phase. For this purpose, the tool carrier 6 can be displaced in a defined manner by means of a drive system, not shown in the drawing, in the direction of the arrows 13 , perpendicular to the arrows 11 or perpendicular to the plane containing the axes 4 , 7 . Finally, a further displacement movement is indicated by the arrows 14 , which can optionally be shifted into the receiving device of the workpiece or a guide device of the tool.

Sämtliche Zustellbewegungen von Werkzeug und Werkstück, die während der vollständigen Bearbeitung der Umfangs fläche 3 eines Nockens 2 anfallen, nämlich die Verschie bebewegungen des Werkzeugs in Richtung der Pfeile 11, 13 sowie die Drehbewegungen der Nockenwelle in Richtung der Pfeile 5 werden erfindungsgemäß derart gesteuert, daß der wirksame Werkzeugradius 12 stets senkrecht zu dem zu bearbeitenden Abschnitt der Umfangs fläche 3 des Nockens 2 verläuft, so daß die bearbeitete Nockenfläche stets parallel zur Achse 4 der Nockenwelle verläuft. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 zeigt die Umfangsfläche 3 des Nockens 2 zwei gekrümmte Abschnitte von unterschiedlichem Radius 15, 16 sowie zwei, symmetrisch zu einer Mittellinie 17 verlaufende geradlinige Abschnitte 18, 19. Der Erfindungsgegenstand ist jedoch auch bei im Umfangsbe reich beliebig gestalteten asymmetrischen Nocken anwendbar. Man erkennt in Fig. 2, daß während der Bearbeitung des Abschnitts 19 das Werkzeug lediglich eine Zustellbewegung in Richtung des Pfeiles 13 aus führt, wohingegen während dieser Arbeitsphase keine Zustellbewegungen in Richtung der Pfeile 5, 11 ausge führt werden. Wesentlich ist, daß aufgrund der erfin dungsgemäßen Zustellbewegung in Richtung der Pfeile 13 an jedem Punkt der Umfangsfläche 3 ein zur Rotations achse 4 paralleler Schnitt gegeben ist, so daß große Schnittbreiten ermöglicht werden.All infeed movements of tool and workpiece, the surface 3 of a cam 2 occur during the complete machining of the circumference, namely the displacement movements of the tool in the direction of arrows 11, 13 and the rotary movements of the camshaft in the direction of arrows 5 are controlled according to the invention such that the effective tool radius 12 is always perpendicular to the section of the circumferential surface 3 of the cam 2 to be machined, so that the machined cam surface is always parallel to the axis 4 of the camshaft. In the exemplary embodiment shown in FIG. 2, the peripheral surface 3 of the cam 2 shows two curved sections of different radius 15 , 16 and two straight sections 18 , 19 which run symmetrically to a center line 17 . The subject of the invention is, however, also applicable to asymmetrical cams of any design in the range. It can be seen in Fig. 2 that during the processing of section 19, the tool only performs an infeed movement in the direction of arrow 13 , whereas during this work phase no infeed movements in the direction of arrows 5 , 11 are performed. It is essential that due to the infeed movement according to the invention in the direction of the arrows 13 at each point of the circumferential surface 3 there is a parallel axis of rotation 4 , so that large cutting widths are made possible.

Sämtlichen Zustellbewegungen entsprechend der Pfeile 5, 11, 13 sind CNC-steuerbare Motoren zugeordnet, so daß mittels des übergeordneten Rechners einer Steuerungseinrichtung die Zustellbewegungen in einfacher Weise unter Berücksichtigung der eingangs genannten Bedingung steuerbar sind.All infeed movements in accordance with arrows 5 , 11 , 13 are assigned CNC-controllable motors, so that the infeed movements can be controlled in a simple manner by taking into account the condition mentioned at the outset by means of the higher-level computer of a control device.

Die Zustellbewegung in den, durch die Pfeile 14 gekenn zeichneten Richtungen dienen lediglich der Positionie rung des einzelnen Nockens. Sie können vorteilhafterwei se in die genannte CNC-Steuerung eingebunden sein, um einen automatisierten Bearbeitungsverlauf einer kompletten Nockenwelle zu gewährleisten.The infeed movement in the directions marked by the arrows 14 serve only for the positioning of the individual cam. You can advantageously be integrated into the above-mentioned CNC control in order to ensure an automated machining process for a complete camshaft.

Der Erfindungsgegenstand ist - von der Bearbeitung von Nocken abgesehen - in allen denen Fällen anwendbar, in denen die Bearbeitung von Unrundprofilen ansteht, deren Umfangsflächen parallel zu einer Rotationsachse verlaufen müssen.The subject of the invention is - from processing apart from cams - applicable in all cases in which the processing of non-circular profiles is due, their peripheral surfaces parallel to an axis of rotation must run.

Claims

Device for milling the peripheral surfaces ( 3 ) of non-circular profiles such as cams ( 3 ), with a receiving device in which the non-circular profile is held rotatably about its axis ( 4 ), with a rotatable around an axis ( 7 ) on the front side according to Art of a truncated cone profile designed, with milling tools ( 8 ) equipped milling tool carrier ( 6 ), whose axis ( 7 ) intersects the axis ( 4 ) of the non-circular profile at an acute angle ( 10 ), which angle ( 10 ) the angle of inclination ( 9 ) of said truncated cone profile corresponds, the non-circular profile and the milling tool carrier ( 6 ) being held relative to one another in at least one plane containing the axes ( 4 , 7 ), specifically in mutually perpendicular directions ( 11 , 14 ) and with motorized, interacting with a control device Drives for all infeed movements between the non-circular profile and the milling tool carrier ( 6 ), characterized in that the milling tool carrier ( 6 ) is additionally motor-displaceable in one direction ( 13 ) perpendicular to the plane mentioned and that the milling tool carrier ( 6 ) is guided with the cooperation of the control device such that the effective tool radius ( 12 ) of the milling tools ( 8 ) is always perpendicular to the one to be milled Circumferential surface ( 3 ) or the axis ( 4 ) of the non-circular profile is directed.