EP1901873A1 - Verfahren zur zerspanenden bearbeitung von kurbelwellen und vorrichtung zur durchführung dieses verfahrens - Google Patents

Verfahren zur zerspanenden bearbeitung von kurbelwellen und vorrichtung zur durchführung dieses verfahrens

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EP1901873A1
EP1901873A1 EP06761774A EP06761774A EP1901873A1 EP 1901873 A1 EP1901873 A1 EP 1901873A1 EP 06761774 A EP06761774 A EP 06761774A EP 06761774 A EP06761774 A EP 06761774A EP 1901873 A1 EP1901873 A1 EP 1901873A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cutting
angle
machining
laterally
inserts
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06761774A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Heinloth
Jürgen ZASTROZYNSKI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kennametal Widia Produktions GmbH and Co KG
Original Assignee
Kennametal Widia Produktions GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kennametal Widia Produktions GmbH and Co KG filed Critical Kennametal Widia Produktions GmbH and Co KG
Publication of EP1901873A1 publication Critical patent/EP1901873A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B23C5/20—Milling-cutters characterised by physical features other than shape with removable cutter bits or teeth or cutting inserts
    • B23C5/202—Plate-like cutting inserts with special form
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C3/00—Milling particular work; Special milling operations; Machines therefor
    • B23C3/06—Milling crankshafts
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    • Y10T409/30784—Milling including means to adustably position cutter

Definitions

  • the invention relates to a method for cutting machining of crankshafts, in which the machining of the bearing width and the oil collar are to be made successively or simultaneously, including a disc-shaped external milling cutter is used with a plurality of cutting tools, of which a part for machining a bearing base of the crankshaft and the other Part for processing an adjacent the storage base oil bundle is used.
  • the invention further relates to a device for carrying out the method with a disc-shaped external milling cutter, on the periphery of which tangentially and laterally clamped cutting inserts are arranged.
  • crankshaft machining The machining of crankshafts is difficult because the crankshaft, due to its length is an unstable workpiece, that has eccentric rotationally symmetric surfaces which have to be machined as the lateral surfaces of the crank bearings and cheek surfaces, including the oil collar.
  • crankshaft machining several methods have been proposed in the prior art, such as turning, internal milling, turning, turning or external milling, of which external milling is often used.
  • EP 0 830 228 B1 proposes, for example, a milling method in which the machining is performed with an external milling cutter at cutting speeds of more than 160 m / min, with chip thicknesses in the range of 0 , 1 mm to 0.3 mm, and with a small cutting arc length of the cutting insert bearing external cutter. Tangentially clamped positive cutting inserts are used to machine the stroke bearings. This so-called high-speed milling of crankshafts has considerable cost advantages, since the machining time of the crankshafts could be considerably minimized.
  • the stroke-bearing jacket surfaces (bearing width) and the oil collar are machined by successive cutting tools, it being possible to implement only one chip thickness by the feed, depending on the oversize of the crankshaft.
  • the corner radius to be produced is smaller than the ⁇ lbundaufrich, which means that in certain cutting areas a higher maximum chip thickness is cut, resulting in a correspondingly high wear of the affected cutting inserts.
  • An overload of cutting (cutting edges) of individual cutting inserts makes this cutting insert unusable, so that regardless of the state of wear of cutting other cutting inserts a tool replacement is necessary, which significantly affects the cycle times and thus the processing costs per crankshaft.
  • an angle of attack K for the cutting tools for machining the oil collar is selected as a function of the current allowance of the crankshaft, in which the effective chip thickness h max is limited to a predefinable maximum value for each cutting insert.
  • the laterally clamped cutting inserts are arranged adjustable with respect to the angle of attack, z. B. in so-called tool cassettes.
  • the number of cutting tools for the oil increased bundling, preferably doubled, which leads to a halving of the effective maximum chip thickness as a result.
  • the advantages of this method and the device consist in an increase in the so-called stall quantity and a cost reduction in terms of minimizing the cost per piece manufactured.
  • the milling process can be set safely regardless of the measurement situation, in particular, the effective chip thicknesses, which are removed by the individual tools, align each other, so that the active cutting tools on the carrier, ie the disc-shaped outer cutter are evenly loaded.
  • the entire machining process is optimized with respect to the specifications given by the crankshaft to be machined.
  • the lateral cutting inserts serving for the formation of the oil jacket can be set or adjusted in the tool carrier at an angle of attack as a function of the actual allowance of the crankshaft in such a way that a predetermined value hmaxe ff is achieved during each cutting operation.
  • the effective chip width can be minimized in a corresponding manner. In the areas in which the laterally clamped cutting insert already achieves a low effective dimension h max due to the angle of attack, no additional cutting edges are required.
  • the tool costs consist of several components. These include, in particular, the tool costs, which are determined not only by the pure production costs but also by the service lives. Furthermore, the processing times and the costs for tool conversion are included. So-called indexable inserts have several usable cutting edges, but their number is structurally limited. Thus, the number of usable cutting edges at ' a cutting insert mentioned above is limited to four.
  • a laterally clampable cutting insert in which at least one pair of the cutting edges is step-shaped and the two having convex and an intermediate concave portion, wherein the outer convex portion extends over an angular extent of 180 °.
  • Such a cutting edge shape can be stepped contours such as an oil collar of a crankshaft cut, at the same time a cheek, the oil collar and the journal bearing corner or a undercut can be formed.
  • two pairs of the cutting edges are preferably formed in steps, so that the cutting insert is rotationally symmetrical about 180 ° about a transverse axis or mirror-symmetrical to a cross-sectional area. Overall, this results in four congruent cutting edges, which can be used successively.
  • a chamfer is provided along the cutting edge, which is preferably arranged at a (negative) chamfer angle of -15 ° and / or with a chamfer width of 0.1 to 0.2 mm.
  • the rake angle used in particular the rake angle adjoining the chamfer, is 0 ° to 20 °, preferably it is selected to be positive at 10 °.
  • the radius of curvature of the cutting edge can be chosen so that this cutting edge in an operation a step-shaped contour is cut in the desired final dimensions.
  • this is the radius of curvature in the concave portion of the cutting edge with 1.5 + 0.1 mm and in the convex portion of the cutting edge on one side with 1, 5 ⁇ 0.1 mm and on the other side with 1, 4 ⁇ 0.1 mm selected.
  • other cutting edge radii of curvature can be used.
  • a cutting insert configuration may be selected in which the common tangent to the convex portions forms an angle of 35 ° ⁇ 5 ° with the base.
  • the cutting edge region reaching over 180 ° passes over a linear cutting edge piece into the adjacent base surface, this cutting edge piece forming an angle of ⁇ 5 ° with the base surface.
  • the convex and the concave cutting edge portion inclined by an angle of up to 20 °, preferably of 10 ° to the longitudinal central axis of the cutting insert.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a partial cross-sectional view of a crankshaft with two processing tools
  • Fig. 2 is a cross-sectional view of a crankshaft section with the
  • Fig. 3 shows the dependence of the allowance or the chip thickness as a function of the angle of attack
  • FIG. 4 shows a further illustration of the optimized production profile according to the present invention.
  • 5 is a plan view of a laterally disposed cutting insert
  • FIG. 6 is a side view (with a plan view of the cutting edge contours) of the cutting insert according to FIG. 5, FIG.
  • Fig. 9 is a side view of another cutting insert.
  • disk-shaped external cutters which have tangentially and radially clamped cutting tools on their periphery, which can be used in each case for producing the Hublagermantel Structure, the so-called oil collar including the adjacent cheek or a undercut.
  • Fig. 1 shows a partial cross-sectional view of a crankshaft with three cutting inserts, of which the cutting inserts 9 and 10 with its active main cutting edge 11 the Contour of the corner radius 12 and the lateral surface 13 determined. Further, Fig. 1 shows a cutting insert 14, which is used for the manufacture of the cheek surface 15 and the corner radius 16 of the oil collar.
  • the cutting inserts 9, 10 and 14 are arranged in addition to further correspondingly formed cutting plates on an external milling cutter, which is arranged both axially in the direction of the double arrow 17 and radially in the direction of the double arrow 18 movable.
  • FIG. 2 shows three overlapping curves, namely a first curve with the corner radius 12, a second curve 19 with the corner radius R, which corresponds to the oil collar to be produced and a third curve 20, which represents a cross section through the crankshaft to be machined with allowance ,
  • a full formation of the maximum chip thickness for manufacturing is automatically required for certain cutting areas.
  • different points h ma ⁇ i, h ma ⁇ 2 and h maX 3 are shown, each of which is rms values.
  • a different ablation dimension H results in each case.
  • the object of the present invention is to adjust the angle of incidence of the cutting inserts with a known allowance so that the effective chip thickness is uniformed, ie that peaks in certain cutting areas are avoided.
  • h max different effective thicknesses
  • the predetermined chip thickness it is provided according to a preferred embodiment of the method according to the invention, that the number of cutting, ie the number of cutting inserts is doubled, so that at constant feed the chip thickness is halved. In the areas that are designated in Fig. 2 and 4 h max 3 or h ⁇ ma 3a, due to the low stock removal required a minimum number of cutting edges is sufficient.
  • the drawn in Fig. 2 radius R of the curve 19 which determines which value h max at one certain point is present, since this radius and the allowance is known before the beginning of the machining, can be achieved by much directed adjustment of the angle K, a substantially uniform chip thickness, which varies by a maximum of 30% by a predetermined value.
  • a cutting insert 10 which has been pre-pressed and sintered, but has not been reworked.
  • the plate 14 used for cutting the contour 19 leads the plate 10 both axially and radially ahead, so that this cutting insert should be contoured precisely contoured.
  • a cutting insert is shown, which replaces the laterally clamped cutting inserts 10 and 14, because he can cut the entire contour of the cheek and the oil collar to the corner radius 12 in a radial feed movement due to its stepped cutting edges. After turning the cutting insert by 180 ° and undercuts can be made.
  • the cutting insert shown in Figures 5 to 8 has two mutually parallel planar base surfaces 110, 111, which are penetrated by a through hole 112. This bore serves to receive a clamping screw, by means of which the cutting insert is attached radially or laterally to a side milling cutter.
  • the base surfaces 110, 111 go over their shorter edges in rounded end faces, each of which is bounded laterally by cutting edges.
  • the cutting edges are stepped and consist of two convex Cutting edge portions 113 and 114 and an intermediate concave cutting edge portion 15.
  • the radii Ri and R 3 for the convex cutting edge sections can be the same size, z. B. 1.5 mm or different. The same applies to the radius R 2 of the concave cutting edge section.
  • the cutting insert has a chamfer 116 extending along the cutting edge portions 113-115. This chamfer is inclined at a chamfer angle a of -15 °.
  • the rake angle b also resulting from FIG. 8 is + 10 °.
  • the chamfer width is for example 0.15 mm.
  • planar side surfaces 117, 118 are provided in the central region.
  • the common tangent 119 of the convex cutting edge portions 113 and 114 with the base 110 and 111 forms an angle of about 35 °. From Fig. 7 it can be seen also a tangent 20 which is placed on the outgoing portion of the cutting edge portion 113 at the transition to the respective base. This tangent 120 forms with the base an angle which is about 4 °.
  • the cutting edges 113 to 115 are inclined relative to the longitudinal center axis 121 of the cutting insert by an angle of inclination c, which is preferably up to 10 °.
  • the cutting insert has a total of four actively usable cutting edges, with which in particular stepped oil bundle contours can be processed, either the expiring sections 122 or 123 depending on Einsticiannnraum the cutting insert for the production of the cheek contour.
  • the cutting insert illustrated in FIG. 9 essentially differs from the cutting insert according to FIGS. 5 to 8 in that it is not rotationally symmetrical to an axis but to the cross-sectional plane 200. This results in a Furthermore, the convex radii R 3 'and Ri' with about 2.3 mm at a concave radius R 2 'below 0.5 mm another differently selected according to another Zerspanungs joint.
  • the prescribed cutting insert may have on the chip surface chip forming and clamping elements in the form of subsidence or elevations.
  • the cutting insert consists of a hard metal or a cermet material, which may optionally also be coated. Typical coating materials are carbides, nitrides, oxides of IVa to Via metals and alumina, but also diamond coatings.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zerspanenden Bearbeitung von Kurbelwellen, bei denen die Bearbeitung der Lagerbreite und des Ölbundes gleichzeitig vorgenommen werden sollen, wozu ein scheibenförmiger Außenfräser mit mehreren Schneidwerkzeugen (10, 14) verwendet wird, von denen ein Teil zur Bearbeitung eines Lagergrundes der Kurbelwelle und der andere Teil zur Bearbeitung eines dem Lagergrund benachbarten Ölbundes dient. Erfindungsgemäß wird in Abhängigkeit vom aktuellen Aufmaß ein Anstellwinkel (κ) für die Schneidwerkzeuge zur Bearbeitung des Ölbundes gewählt, bei dem die effektive Spandicke hmax für jeden Schneideinsatz auf einen vorgebbaren Höchstwert limitiert wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Description

Verfahren zur zerspanenden Bearbeitung von Kurbelwellen und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zerspanenden Bearbeitung von Kurbelwellen, bei denen die Bearbeitung der Lagerbreite und des Ölbundes nacheinander oder gleichzeitig vorgenommen werden sollen, wozu ein scheibenförmiger Außenfräser mit mehreren Schneidwerkzeugen verwendet wird, von denen ein Teil zur Bearbeitung eines Lagergrundes der Kurbelwelle und der andere Teil zur Bearbeitung eines dem Lagergrund benachbarten Ölbundes dient. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem scheibenförmigen Außenfräser, an dessen Peripherie tangential und lateral eingespannte Schneideinsätze angeordnet sind.
Die Bearbeitung von Kurbelwellen ist schwierig, weil die Kurbelwelle, bedingt durch ihre Länge ein labiles Werkstück ist, dass exzentrische rotationssymmetrische Flächen aufweist, die als Mantelflächen der Hublager und Wangenflächen einschließlich Ölbund bearbeitet werden müssen. Zur Kurbelwellenbearbeitung sind nach dem Stand der Technik mehrere Verfahren wie das Drehen, Innenfräsen, Drehräumen, Dreh-Drehräumen oder Außenfräsen vorgeschlagen worden, von denen das Außenfräsen häufig verwendet wird. Um Kurbelwellen in großen Stückzahlen bei kurzen Bearbeitungszeiten preisgünstig herstellen zu können, wird beispielsweise in der EP 0 830 228 B1 ein Fräsverfahren vorgeschlagen, bei dem die spanende Bearbeitung mit einem Außenfräser bei Schnittgeschwindigkeiten von mehr als 160 m/min, mit Spanungsdicken im Bereich von 0,1 mm bis 0,3 mm und mit einer geringen Schnittbogenlänge des Schneideinsätze tragenden Außenfräsers durchgeführt wird. Zur Bearbeitung der Hublager werden tangential eingespannte positive Schneideinsätze verwendet. Dieses sogenannte Hochgeschwindigkeitsfräsen von Kurbelwellen hat erhebliche Kostenvorteile, da die Bearbeitungszeit der Kurbelwellen erheblich minimiert werden konnte. Für die Bearbeitungskosten sind jedoch noch weitere Faktoren entscheidend, nämlich die hier nicht zur Diskussion stehende Verschleißbeständigkeit der Schneideinsätze, durch welche die Standzeiten der Schneiden bestimmt werden, und die Taktzeit des Werkzeuges, d. h. die Abfolge der verschiede- nen Zerspanungsschritte sowie die Anzahl der pro Zerspanungsschritt eingreifenden Schneiden.
Nach dem Stand der Technik werden die Hublagermantelflächen (Lagerbreite) und der Ölbund durch aufeinander folgende Schneidwerkzeuge bearbeitet, wobei in Abhängigkeit vom Aufmaß der Kurbelwelle nur eine Spandicke durch den Vorschub realisierbar ist. In manchen Fällen ist jedoch der zu fertigende Eckenradius kleiner als das Ölbundaufmaß, was dazu führt, dass in bestimmten Schneidenbereichen eine höhere maximale Spandicke geschnitten wird, was zu einem entsprechend hohen Verschleiß der betroffenen Schneideinsätze führt. Eine Überlastung von Schneiden (Schneidkanten) einzelner Schneideinsätze macht diesen Schneideinsatz unbrauchbar, so dass unabhängig vom Verschleißzustand der Schneiden anderer Schneideinsätze ein Werkzeugaustausch notwendig ist, der die Taktzeiten und damit die Bearbeitungskosten pro Kurbelwelle entscheidend beeinflusst.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, bei denen die Schnittkräfte zur Schonung der lateral eingespannten Schneideinsätze minimiert werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 bzw. eine Vorrichtung nach Anspruch 3 gelöst.
Erfindungsgemäß wird in Abhängigkeit vom aktuellen Aufmaß der Kurbelwelle ein Anstellwinkel K für die Schneidwerkzeuge zur Bearbeitung des Ölbundes gewählt, bei dem die effektive Spandicke hmax für jeden Schneideinsatz auf einen vorgebbaren Höchstwert limitiert wird. Hierzu sind die lateral eingespannten Schneideinsätze hinsichtlich des Anstellwinkels einstellbar angeordnet, z. B. in sogenannten Werkzeugkassetten.
Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur weiteren Reduzierung der effektiven Spandicke die Anzahl der Schneidwerkzeuge für die Öl- bundbearbeitung vergrößert, vorzugsweise verdoppelt, was im Ergebnis auf eine Halbierung der effektiven maximalen Spandicke führt.
Die Vorteile dieses Verfahrens sowie der Vorrichtung bestehen in einer Erhöhung der sogenannten Standmenge sowie einer Kostenreduzierung im Sinne einer Minimierung der Kosten pro gefertigtem Stück. Der Fräsprozess lässt sich unabhängig von der Aufmaßsituation sicher einstellen, insbesondere lassen sich die effektiven Spandicken, welche durch die einzelnen Werkzeuge abgetragen werden, einander angleichen, so dass die aktiven Schneidwerkzeuge auf dem Träger, d. h. dem scheibenförmigen Außenfräser gleichmäßig belastet werden. Insgesamt wird der gesamte Zerspanungsprozess im Hinblick auf die Vorgaben, die durch die zu bearbeitende Kurbelwelle gegeben sind, optimiert. Insbesondere können die für die Ölbundausbil- dung dienenden lateralen Schneideinsätze in Abhängigkeit vom aktuellen Aufmaß der Kurbelwelle unter einem Anstellwinkel so in dem Werkzeugträger eingesetzt bzw. eingestellt werden, dass bei jeder Zerspanungsoperation ein vorbestimmter Wert hmaxeff erreicht wird. Erhöht man die Zahl der aktiven Schneiden für die Bearbeitung des Ölbundes, lässt sich in entsprechender weise die effektive Spanbreite minimieren. In den Bereichen, in denen der lateral eingespannte Schneideinsatz aufgrund des Anstellwinkels bereits ein geringes effektives Maß hmax erzielt, werden keine zusätzlichen Schneiden benötigt.
Die Werkzeugkosten setzen sich aus mehreren Komponenten zusammen. Hierzu gehören insbesondere die Werkzeugkosten, die neben den reinen Herstellkosten auch durch die Standzeiten bestimmt werden. Weiterhin gehen die Bearbeitungszeiten sowie die Kosten für die Werkzeugumrüstung ein. Sogenannte Wendeschneidplatten besitzen mehrere nutzbare Schneiden, deren Anzahl jedoch konstruktiv begrenzt ist. So ist die Anzahl der nutzbaren Schneidkanten bei'einem eingangs genannten Schneideinsatz auf vier begrenzt.
Um mit einer Schneidkantenkontur erweiterte Bearbeitungsmöglichkeiten zu ermöglichen, wird ein lateral einspannbarer Schneideeinsatz vorgeschlagen, bei dem mindestens ein Paar der Schneidkanten stufenförmig ausgebildet ist und der zwei konvexe sowie einen dazwischen liegenden konkaven Abschnitt aufweist, wobei der äußere konvexe Abschnitt über ein Winkelmaß von 180° reicht.
Durch eine solche Schneidkantenform lassen sich stufenförmige Konturen wie beispielsweise ein Ölbund einer Kurbelwelle schneiden, wobei gleichzeitig eine Wange, der Ölbund sowie auch die Zapfenlagerecke bzw. ein Unterstich ausgeformt werden können.
Weiterbildungen des Schneideinsatzes sind im folgenden beschrieben.
So sind vorzugsweise jeweils zwei Paare der Schneidkanten stufenförmig ausgebildet, so dass der Schneideinsatz bei Drehung um 180° um eine Querachse rotationssymmetrisch oder zu einer Querschnittsfläche spiegelsymmetrisch ist. Insgesamt ergeben sich somit vier kongruente Schneidkanten, die nacheinander nutzbar sind.
Zur Schneidkantenstabilisierung ist entlang der Schneidkante eine Fase vorgesehen, die vorzugsweise unter einem (negativen) Fasenwinkel von -15° und/oder mit einer Fasenbreite von 0,1 bis 0,2 mm angeordnet ist.
Der verwendete Spanwinkel, insbesondere der sich an die Fase anschließende Spanwinkel liegt bei 0° bis 20°, vorzugsweise wird er mit 10° positiv gewählt.
Zur besseren Abstützung des Schneideinsatzes im Plattensitz besitzt der Schneideinsatz im mittleren Bereich jeweils senkrecht zu den ebenen Grundflächen ebene Seitenflächen.
Wie bereits eingangs erwähnt, kann der Krümmungsradius der Schneidkante so gewählt werden, dass mit dieser Schneidkante in einer Operation eine stufenförmige Kontur in dem gewünschten Endmaß geschnitten wird. Insbesondere für die Kurbelwellenbearbeitung wird hierzu der Krümmungsradius im konkaven Bereich der Schneidkante mit 1,5 + 0,1 mm und im konvexen Bereich der Schneidkante auf einer Seite mit 1 ,5 ± 0,1 mm und auf der anderen Seite mit 1 ,4 ± 0,1 mm gewählt. Erfin- dungsgemäß lassen sich jedoch auch andere Schneidkanten-Krümmungsradien verwenden.
Ebenso kann vorzugsweise eine Schneideinsatzausgestaltung gewählt werden, bei der die an die konvexen Bereiche gelegte gemeinsame Tangente mit der Grundfläche einen Winkel von 35° ± 5° bildet.
Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung geht der über 180° reichende Schneidkantenbereich über ein lineares Schneidkantenstück in die anliegende Grundfläche über, wobei dieses Schneidkantenstück mit der Grundfläche einen Winkel < 5° bildet.
Schließlich sind nach einer vorzugsweisen Ausgestaltung der Erfindung die konvexen und die konkaven Schneidkantenabschnitt um einen Winkel von bis zu 20° , vorzugsweise von 10° zur Längsmittelachse des Schneideinsatzes geneigt.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung sowie deren Vorteile ergeben sich im Folgenden anhand der Erläuterungen zu den Zeichnungen. Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipskizze einer Teilquerschnittsansicht einer Kurbelwelle mit zwei Bearbeitungswerkzeugen,
Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines Kurbelwellenabschnittes mit der
Ausgangskontur, der zu fertigenden Kontur sowie der Wirkungen der Anstellwinkel auf die effektive Spanungsdicke,
Fig. 3 die Abhängigkeit des Aufmaßes bzw. der Spanungsdicke in Abhängigkeit von dem Anstellwinkel und
Fig. 4 eine weitere Darstellung des optimierten Fertigungsprofils gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 5 eine Draufsicht auf einen lateral angeordneten Schneideinsatz,
Fig. 6 eine Seitenansicht (mit einer Draufsicht auf die Schneidkantenkonturen) des Schneideinsatzes nach Fig. 5,
Fig. 7 eine vergrößerte Darstellung einer Schneidkantenkontur des
Schneideinsatzes,
Fig. 8 eine Teilschnittansicht im Bereich einer Schneidkante des
Schneideinsatzes und
Fig. 9 eine Seitenansicht eines weiteren Schneideinsatzes.
Nach dem Stand der Technik sind sogenannte scheibenförmige Außenfräser bekannt, die an ihrer Peripherie tangential und radial eingespannte Schneidwerkzeuge aufweisen, die jeweils zur Fertigung der Hublagermantelfläche, des sogenannten Ölbundes einschließlich der angrenzenden Wange oder eines Unterstiches verwendet werden können.
Nach dem Stand der Technik ist es bekannt, die unterschiedlichen Schneidoperationen durch jeweils separate Fräser nacheinander auszuführen, wobei für jede Zerspanungsoperation der Außenfräser, dessen Drehachse parallel zur Dreh- und Längsachse der Kurbelwelle liegt, radial in Richtung auf die Kurbelwelle an den Bearbeitungsort zugestellt wird. Die Kurbelwelle sowie der Außenfräser werden beide in Rotation versetzt, wobei die Drehgeschwindigkeit des Fräsers erheblich größer ist als die der Kurbelwelle. Vorzugsweise ist die Drehrichtung der Kurbelwelle sowie des Fräsers bei der Bearbeitung gleich. Durch unterschiedliche Rotationsgeschwindigkeiten kann im Verlauf einer Fräsoperation jeder Mantelpunkt eines Hublagers bzw. ein kompletter Ölbund gefertigt werden.
Fig. 1 zeigt eine Querschnittsteilansicht einer Kurbelwelle mit drei Schneideinsätzen, von denen die Schneideinsätze 9 und 10 mit ihrer aktiven Hauptschneide 11 die Kontur des Eckenradius 12 sowie der Mantelfläche 13 bestimmt. Ferner zeigt Fig. 1 einen Schneideinsatz 14, der zur Fertigung der Wangenfläche 15 sowie des Eckenradius 16 des Ölbundes verwendet wird. Die Schneideinsätze 9, 10 und 14 sind neben weiteren entsprechend ausgebildeten Schneidplatten auf einem Außenfräser angeordnet, der sowohl axial in Richtung des Doppelpfeils 17 als auch radial in Richtung des Doppelpfeils 18 beweglich angeordnet ist. Fig. 2 zeigt drei sich überlagernde Kurven, nämlich eine erste Kurve mit dem Eckenradius 12, eine zweite Kurve 19 mit dem Eckenradius R, die dem zu fertigenden Ölbund entspricht und eine dritte Kurve 20, welche einen Querschnitt durch die zu bearbeitende Kurbelwelle mit Aufmaß darstellt. Insbesondere in den Fällen, in denen der Eckenradius kleiner ist als das Ölbundaufmaß, wird automatisch für bestimmte Schneidenbereiche eine volle Ausbildung der maximalen Spandicke zur Fertigung benötigt. In Fig. 2 sind unterschiedliche Punkte hmaχi, hmaχ2 und hmaX3 dargestellt, bei denen es sich jeweils um Effektivwerte handelt. Je nach eingestelltem Tangentenwinkel κi oder K2 ergibt sich jeweils ein unterschiedliches Abtragungsmaß H. Dies liegt daran, dass anders als bei einer linear ausgebildeten Schneidkante, das Maß hmaχ sich je nach Anstellwinkel ändert. Entsprechende Kurvenverläufe sind Fig. 3 zu entnehmen, wo der Verlauf von hmax in Kurve 21 gegenüber dem Anstellwinkel K aufgetragen ist. Die zweite Kurve 22 zeigt das Aufmaß jeweils in Abhängigkeit des Anstellwinkels der Schneideinsätze.
Die Zielsetzung der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Anstellwinkel der Schneideinsätze bei bekanntem Aufmaß so einzustellen, dass die effektive Spandicke vergleichmäßigt wird, d. h. dass Spitzenwerte in bestimmten Schneidenbereichen vermieden werden. Wie Fig. 2 zu entnehmen ist, führen jedenfalls unterschiedliche Anstellwinkel zwangsläufig zu unterschiedlichen effektiven .Spandicken hmax. Dort wo die vorgegebene Spandicke erreicht wird, ist es nach einer vorzugsweisen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass die Anzahl der Schneiden, d. h. die Anzahl der Schneideinsätze verdoppelt wird, so dass bei gleich bleibendem Vorschub die Spandicke halbiert wird. In den Bereichen, die in Fig. 2 und 4 mit hmax 3 bzw. hmaχ3a bezeichnet sind, ist wegen der geringen erforderlichen Zerspanungsleistung eine minimale Anzahl von Schneiden ausreichend. Für die Bestimmung, wie groß das Abstandsmaß H gewählt werden muss, das sich aus den jeweils radial, d.h. vertikal zur Axialrichtung erstreckenden Flächenabschnitten ergibt, ist der in Fig. 2 eingezeichnete Radius R der Kurve 19, der bestimmt, welcher Wert hmax an einem bestimmten Punkt vorhanden ist, da dieser Radius sowie das Aufmaß vor dem Beginn der Zerspanungsbearbeitung bekannt ist, kann durch vielgerichtete Einstellung der Anstellwinkel K eine im Wesentlichen gleichmäßige Spandicke erreicht werden, die um maximal 30% um einen vorgebbaren Wert schwankt. Durch diese Maßnahme werden einzelne Schnittkraft-Überlastungen diskreter Schneidkanten vermieden, so dass die Standzeit des gesamten Satzes der Schneideinsätze, die durch das „schwächste Glied" bestimmt wird, vergrößert werden kann.
Für die Fertigung der Kontur nach Kurve 23 kann auch ein Schneideinsatz 10 verwendet werden, der vorgepresst und gesintert, jedoch nicht nachbearbeitet worden ist. Die zum Schneiden der Kontur 19 verwendete Platte 14 eilt der Platte 10 sowohl axial als auch radial voraus, so dass dieser Schneideinsatz konturgenau formgeschliffen sein sollte.
In Fig. 5 bis 8 ist ein Schneideinsatz dargestellt, der die lateral eingespannten Schneideinsätze 10 und 14 ersetzt, weil er aufgrund seiner stufenförmig ausgebildeten Schneidkanten die komplette Kontur der Wange und des Ölbundes bis zum Eckenradius 12 in einer radialen Zustellbewegung schneiden kann. Nach Drehung des Schneideinsatzes um 180° können auch Unterstiche gefertigt werden.
Der in den Figuren 5 bis 8 dargestellte Schneideinsatz besitzt zwei parallel zueinander angeordnete ebene Grundflächen 110, 111 , die von einer durchgehenden Bohrung 112 durchgriffen werden. Diese Bohrung dient zur Aufnahme einer Spannschraube, mittels der der Schneideinsatz radial bzw. lateral an einem Scheibenfräser befestigt wird. Die Grundflächen 110, 111 gehen an ihren kürzeren Kanten in gerundete Stirnflächen über, die jeweils seitlich durch Schneidkanten begrenzt sind. Die Schneidkanten sind stufenförmig ausgebildet und bestehen aus zwei konvexen Schneidkantenabschnitten 113 und 114 sowie einem dazwischen liegenden konkaven Schneidkantenabschnitt 15. Die Radien Ri und R3 für die konvexen Schneidkantensabschnitte können gleich groß, z. B. 1,5 mm oder verschieden sein. Entsprechendes gilt auch für den Radius R2 des konkaven Schneidkantenabschnittes.
Der Schneideinsatz besitzt eine Fase 116, die sich entlang der Schneidkantenabschnitte 113 bis 115 erstreckt. Diese Fase ist unter einem Fasenwinkel a von -15° geneigt. Der sich ebenfalls aus Fig. 8 ergebende Spanwinkel b beträgt +10°. Die Fasenbreite liegt beispielsweise bei 0,15 mm.
Im mittleren Bereich jeweils senkrecht zu den ebenen Grundflächen 110 und 111 sind ebene Seitenflächen 117, 118 vorgesehen.
In der in den Figuren dargestellten Sonderform bildet die gemeinsame Tangente 119 der konvexen Schneidkantenabschnitte 113 und 114 mit der Grundfläche 110 bzw. 111 einen Winkel von etwa 35°. Aus Fig. 7 ersichtlich ist ferner eine Tangente 20, die an den auslaufenden Abschnitt des Schneidkantenabschnittes 113 beim Übergang zu der jeweiligen Grundfläche gelegt ist. Diese Tangente 120 bildet mit der Grundfläche einen Winkel, der ca. 4° beträgt.
Entsprechend der Abbildung in Fig. 5 sind die Schneidkanten 113 bis 115 gegenüber der Längsmittelachse 121 des Schneideinsatzes um einen Neigungswinkel c geneigt, der vorzugsweise bis zu 10° beträgt.
Der Schneideinsatz besitzt insgesamt vier aktiv nutzbare Schneidkanten, mit denen insbesondere stufenförmige Ölbund-Konturen bearbeitet werden können, wobei entweder die auslaufenden Abschnitte 122 oder 123 je nach Einspännrichtung des Schneideinsatzes für die Fertigung der Wangenkontur dienen.
Der in Fig. 9 dargestellte Schneideinsatz unterscheidet sich von dem Schneideinsatz nach Fig. 5 bis 8 im Wesentlichen dadurch, dass er nicht rotationssymmetrisch zu einer Achse, sondern zu der Querschnittsebene 200 ist. Hierdurch ergibt sich eine längere Grundfläche 210 und eine kürzere Grundfläche 211. Des weiteren sind die konvexen Radien R3' und R-i' mit etwa 2,3 mm bei einem konkaven Radius R2' unter 0,5 mm einem anderen Zerspanungszweck entsprechend anders gewählt.
Der vorgeschriebene Schneideinsatz kann auf der Spanfläche Spanform- und Spanlenkungselemente in Form von Absenkungen oder Erhebungen aufweisen. Der Schneideinsatz besteht aus einem Hartmetall oder einem Cermet-Werkstoff, der gegebenenfalls auch beschichtet sein kann. Typische Beschichtungsmaterialien sind Carbide, Nitride, Oxide der IVa bis Via-Metalle sowie Aluminiumoxid, aber auch Dia- mantbeschichtungen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur zerspanenden Bearbeitung von Kurbelwellen, bei denen die Bearbeitung der Lagerbreite und des Ölbundes gleichzeitig vorgenommen werden sollen, wozu ein scheibenförmiger Außenfräser mit mehreren Schneidwerkzeugen (10, 14) verwendet wird, von denen ein Teil zur Bearbeitung eines Lagergrundes der Kurbelwelle und der andere Teil zur Bearbeitung eines dem Lagergrund benachbarten Ölbundes dient, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in Abhängigkeit vom aktuellen Aufmaß ein Anstellwinkel (K) für die Schneidwerkzeuge zur Bearbeitung des Ölbundes gewählt wird, bei dem die effektive Spandicke hmaχ für jeden Schneideinsatz auf einen vorgebbaren Höchstwert limitiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur weiteren Reduzierung der effektiven Spandicke die Anzahl der Schneidwerkzeuge für die Ölbundbearbeitung vergrößert, vorzugsweise verdoppelt wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einem scheibenförmigen Außenfräser, an dessen Peripherie tangential und lateral eingespannte Schneideinsätze (10, 14) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, das der Anstellwinkel (K) der lateral eingespannten Schneideinsätze variabel einstellbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass lateral Schneideinsätze angeordnet sind, mit zwei parallel zueinander angeordneten ebenen Grundflächen (110, 111; 210, 211), die jeweils von einer Bohrung (112) zur Aufnahme einer Spannschraube durchgriffen werden und die an ihren kürzeren Kanten in gerundete Stirnflächen übergehen, die jeweils seitlich durch Schneidkanten begrenzt sind, wobei mindestens ein Paar der Schneidkanten stufenförmig ausgebildet ist und zwei konvexe (113, 114) sowie einen dazwischen liegenden konkaven Abschnitt (115) aufweist, wobei der äußere konvexe Abschnitt (113) über ein Winkelmaß von 180° reicht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei Paare der Schneidkanten (113 bis 115) stufenförmig ausgebildet sind, so dass der lateral angeordnete Schneideinsatz bei Drehung um 180° um eine Querachse rotationssymmetrisch oder zu einer Querschnittsfläche spiegelsymmetrisch ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Schneidkante der lateral eingespannten Schneideinsätze eine Fase (116), vorzugsweise unter einem negativen Fasenwinkel (a) von -15° und/oder mit einer Fasenbreite von 0,1 bis 0,2 mm angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Spanwinkel (b) der lateral eingespannten Schneideinsätze entlang der Schneidkanten (113, 114, 115, 122, 123) 0° bis 20°, vorzugsweise 10°, beträgt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im mittleren Bereich jeweils senkrecht zu den ebenen Grundflächen (110, 111) ebene Seitenflächen (117, 118) ausgebildet sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsradius (R2) der lateral eingespannten Schneideinsätze im konkaven Bereich (115) der Schneidkante 1 ,5 ± 0,1 mm und im konvexen Bereich (113, 114) der Schneidkante auf einer Seite 1 ,5 + 0,1 mm und auf der anderen Seite 1 ,4 ± 0,1 mm beträgt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die an die konvexen Bereiche (113, 114) gelegte gemeinsame Tangente (19) mit der Grundfläche (110, 111) einen Winkel von 35° ± 5° bildet.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der über 180° reichende Schneidkaήtenbereich über ein im wesentlichen lineares Schneidkantenstück (122) mit der Grundfläche (110, 111) einen Winkel < 5° bildet.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die konkaven und die konvexen Schneidkantenabschnitte (113, 114, 115) der lateral eingespannten Schneideinsätze um einen Winkel (a) von bis zu 20°, vorzugsweise 10° zur Längsmittelachse (121) des Schneideinsatzes geneigt sind.
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