DD153073A5

DD153073A5 - Verfahren und vorrichtung zum fraesen von langen werkstuecken, vorzugsweise kurbelwellen od. dgl.

Info

Publication number: DD153073A5
Application number: DD80223946A
Authority: DD
Priority date: 1979-10-16
Filing date: 1980-09-17
Publication date: 1981-12-23
Also published as: AT373804B; FR2467649A1; GB8301638D0; ATA672279A; DE3031029C2; GB2130135B; GB2060457B; FR2467649B1; US4443142A; JPS5669015A; DE3031029A1; JPS6014642B2; US4388027A; GB2130135A; GB2060457A

Abstract

Das Ziel der Erfindung besteht darin, auf die rationelle Weise ohne Richtvorgang und mit nur geringen Schleifzugaben besonders gute Bearbeitungstoleranzen zu erreichen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, nach dem das Andrehen eines Luenettenbandes unnoetig ist und das gefraeste Werkstueck praktisch unverbogen vorliegt, sowie eine Luenette fuer eine Fraesmaschine zu schaffen, die gut zur Durchfuehrung dieses Verfahrens geeignet ist. Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch geloest, dass das Werkstueck fuer die Bearbeitung unter Aufrechterhaltung seiner plastischen Verbiegung abgestuetzt und mit der Abstuetzung lediglich der empirisch und/oder rechnerisch ermittelte elastische Durchhang des Werkstuecks an der Abstuetzstelle beseitigt wird. Bei einer Luenette fuer eine Fraesmaschine zum Durchfuehren dieses Verfahrens, mit wenigstens zwei einzeln verstellbaren Klemmbacken, von denen die eine, die Abstuetzbacke, in lotrechter Richtung aufwaerts an das Werkstueck anstellbar und die andere, die Gegenbacke, zum Klemmen des Werkstueckes zwischen sich und der Abstuetzbacke auf das Werkstueck aufsetzbar ist, weist die Abstuetzbacke eine die Lage des Beruehrungspunktes zwischen Backe und Werkstueck registrierende Anzeigeeinrichtung auf und ist ueber den ihr zugeordneten Verstellantrieb von diesem Punkt aus um ein vorwaehlbares Mass hochfahrbar, wobei die Gegenbacke mit der hochgefahrenen Abstuetzbacke zusammenwirkt.

Description

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Verfahren und Vorrichtung zum Fräsen von langen Werkstücken, vorzugsweise Kurbelwellen od. dgl.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fräsen von langen Werkstücken, insbesondere von Kurbelwellen od. dgl., nach dem das Werkstück bei Abstützung im Bereich der Längsmitte bearbeitet, vorzugsweise in einem Vorbearbeitungsschritt-geschruppt und in einem anschließenden Nachbearbeitungsschritt geschlichtet wird, sowie eine Lünette für eine Fräsmaschine zum Durchführen dieses Verfahrens.

Charakteristik der bekannten Lösungen

Vor allem bei langen Werkstücken muß mittig unterstützt werden, wenn endseitig mit der Bearbeitung begonnen wird, um das Werkstück zentrieren und Vibrationen vermeiden zu können, was umso wichtiger ist, je engere Toleranzen gefordert werden, wie das insbesondere bei Kurbelwellen oder Nockenwellen der Fall ist. Da die Abstützung dieser Werkstücke durch Lünetten oder Stützrollen vorgenommen wird, ist es notwendig, am Werkstück ein sogenanntes Lünettenband anzudrehen, um zu einer entsprechenden Zentrierung zu kommen, wozu nun ein eigener Arbeitsgang auf einer Drehmaschine erforderlich ist. Große Kurbelwellen, also Kurbelwellen mit einer Länge ab 2 bis-3m, sind außerdem in zwei Schritten an den Lager- und Hubzapfen zu bearbeiten, bevor sie geschliffen werden können, wobei im ersten Schritt eine Vorbearbeitung durch Schruppen und im

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darauffolgenden zweiten Schritt eine Nachbearbeitung durch Schlichten erfolgt. Dabei·werden durch das Schruppen Eigenspannungen des Materials frei, was zu einem Verbiegen der Kurbelwelle bzw. des Werkstückes führt. Wird dann, wie bisher, beim anschließenden Schlichten das Werkstück am Lünettenband bzw. an einem vorgefrästen Lagerzapfen mit einer zentrierenden Lünette abgestützt, biegt diese Lünette das Werkstück gerade, und es wird in dieser geraden Lage auch bearbeitet. Nach dem öffnen der Lünette federt allerdings das Werkstück bzw. die Kurbelwelle wieder in die verbogene Lage zurück und das Werkstück bedarf eines komplizierten Richtvorganges unter der Presse, was sehr aufwendig ist, da dieses Richten nicht automatisiert v/erden kann. Ist hingegen ein solches Richten nicht durchführbar, muß ein so großes Schleifaufmaß vorgesehen sein, daß durch den SchleifVorgang die Verbiegung der Welle beseitigt wird. Das Abschleifen solcher Übermaße ist aber wiederum besonders zeitraubend und stellt höchste .Anforderungen an die Schleifmaschine.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zum Fräsen von langen Werkstücken, insbesondere von-Kurbelwellen od. dgl. durch das auf rationelle Weise ohne Richtvorgang und mit nur geringen Schleifzugaben besonders gute Bearbeitungstoleranzen erreichbar sind, bzw. eine.Lünette für eine Fräsmaschine, mit der sich ein solches Fräsverfahren verwirklichen läßt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, gemäß dem das Andrehen eines Lünettenbandes unnötig ist und das Werkstück nach dem Fräsen praktisch unverbogen vorliegt, so. daß ohne große Bearbeitungszugaben

mit /wenig Aufwand, besonders gute Toleranzen einzuhalten sind. Außerdem besteht die Aufgabe· eine Lünette für eine Fräsmaschine zu schaffen, die eine zweckmäßige Durchführung dieses Verfahrens ermöglicht.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß das Werkstück für die Bearbeitung unter Aufrechterhaltung seiner beispielsweise durch Freiwerden innerer Materialspannungen auf Grund eines vorangegangenen Bearbeitungsschrittes bedingten plastischen Verbiegung abgestützt und mit der Abstützung lediglich der empirisch und/oder rechnerisch ermittelte elastische Durchhang des Werkstückes an der Abstützstelle beseitigt wird.

Durch den Verzicht auf ein zentrierendes Spannen des Werkstückes braucht kein Lünettenband mehr angedreht zu werden, denn für das Aufheben des vom Eigengewicht des Werkstückes verursacltenfreien Durchhanges genügt ein rohrer, unbearbeiteter Wellenzapfen. Die dabei vorhandenen Ungenaui'gkeiten der Werkstückabstützung spielen keine Rolle, da sie beim folgenden Bearbeitungsschritt herausgefräst werden. Dies gilt vor allem auch für das Schlichten, bei dem das Werkstück durch die Abstützung ebenfalls nicht auf Maschinenmitte angehoben und zentriert, sondern wieder nur der durch das Eigengewicht hervorgerufene -Anteil der Verbiegung, also der freie Durchhang, eliminiert wird, nicht aber die während des Schruppens durch die Eigenspannungen entstandene Verkrümmung. Diese Verkrümmung, auch eine eventuelle Verbiegung nach unten, bleibt erhalten und das Werkstück wird, eben nach Beseitigung nur des durch das eigene Gewicht bedingten freien'Durchhanges, in verkrümmter Lage festgehalten, und so nachbearbeitet. Dies hat zur Folge, daß beim Schlichten nun auch die gesamte beim Schruppen aufgetretene Verbiegung herausgefräst wird. Da durch die geringe Bearbeitung beim Nachfräsen kaum mehr zusätzliche Spannungen frei werden, kommt

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es zu keiner bemerkenswerten Verbiegung des Werkstückes bzw. der Kurbelwelle mehr und das Einhalten besonders guter Toleranzen wird gewährleistet. Darüber hinaus ist vor dem Schleifen keinerlei Richtvorgang mehr erforderlich, die Schleifzugabe kann minimal bemessen werden, und es wird eine wesentliche Verkürzung der Schleifzeit erreicht. Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl für ein Fräsen bei ruhendem Werkstück als auch für ein Fräsen bei rotierendem .Werkstück angewendet werden, da es nur auf die den gewichtsbedingten freien Durchhang eliminierende Halterung des Werkstückes ankommt, was bei stillstehendem wie bei drehendem Werkstück möglich ist.

Um dieses Verfahren auf einfache, rationelle Weise durchführen zu können, wird in Weiterbildung der Erfindung für eine geeignete Fräsmaschine eine Lünette mit wenigstens zwei einzeln verstellbaren Klemmbacken vorgeschlagen, von denen die eine, die Abstützbacke, in lotrechter Richtung aufwärts an das Werkstück anstellbar und die andere, die Gegenbacke, zum Klemmen des Werkstückes zwischen sich und der Abstützbacke auf das Werkstück aufsetzbar ist, wobei die Abstützbacke eine die Lage des Berührungspunktes zwischen Backe und Werkstück registrierende Anzeigeeinrichtung aufweist und über den ihr zugordneten Verstellantrieb von' diesem Punkt aus um ein vorwählbares Maß hochfahrbar ist, wobei die Gegenbacke mit der hochgefahrenen Abstützbacke zusammenwirkt.' Mit einer solchen Lünette läßt sich der Durchhang der Welle, der empirisch oder rechnerisch ermittelt wird,'schwierigkeitslos beseitigen, da dazu ja nur die Abstützbacke vom Berühungspunkt an eine v/eitere, der Größe dieses Durchhanges entsprechende Hubbewegung durchzuführen braucht. Die Hubbewegung kann dabei auf beliebige Weise, von Hand aus, über Nocken, Dekadenschaltern, Lochband u. dgl., angesteuert v/erden. Nach Beendigung des gewählten Hubes wird die Abstützbacke in dieser Lage fixiert. Die Gegen-

backe, es können selbstverständlich auch zwei oder mehrere Gegenbacken vorhanden sein, ist dann lediglich an das Werkstück anzustellen und muß dieses zwischen sich und der Ab-. stützbacke festklemmen. Die Funktionsweise dieser Lünette kann daher voll automatisiert werden und die Lünette ist außerdem direkt auf dem geschmiedeten rohen Lagerzapfen zu spannen, so daß für den Vorbearbeitungsschritt kein Andrehen eines Lünettenbandes mehr notwendig ist.

Da es wichtig ist, die genaue Lage des Berührungspunktes zwischen Backe und Werkstück bestimmen zu können, weist erfindungsgemäß die Anzeigeeinrichtung einen aus der Abstützfläche der Backe vorragenden, gegen Federbelastung zurückschiebbaren Fühler auf, der in mit der Abstützfläche fluchtender Lage ein Steuersignal auslöst. Dieser EUhler wird beim Anstellen der Abstützbacke an das Werkstück gegen die Federbelastung in Richtung zur Abstützfläche der Backe verschoben, wobei der genaue Zeitpunkt der Berührung zwischen Absützflache und Werkstück dann gegeben ist, wenn der Fühler mit der Abstützfläche fluchtet. Sobald dies erreicht ist, wird über einen entsprechenden Geber das Signal gesetzt, von dem aus dann die Abstützbacke um das Maß des freien Durchhanges v/eiterbewegt werden muß.

Vorteilhaft ist es weiters, wenn erfindungsgemäß die Verstellantriebe der Backen mit Bremsen oder die Backen selbst mit Fixiereinrichtungen ausgerüstet sind. Durch die Bremsen für die Verstellantriebe ist nicht nur eine genaue Bemessung des Verstellweges möglich, sondern es lassen sich damit auch die Backen in jeder gewünschten Position festlegen, wozu natürlich auch eigene Klemmeinrichtungen für die Backen vorgesehen sein können. Diese Fixierung der Backen erlaubt dann, ohne die Verstellantriebe belasten zu müssen, die gewünschte Klemmung des Werkstückes für den Nachbearbeitungsschritt.

Für die Abstützung eines während der Bearbeitung rotierenden

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Werkstückes sitzen erfindungsgemäß die Klemmbacken mit ihren Verstellantrieben in einem drehbar gelagerten, das Werkstück umgebenden Ringträger, der in einer Ausgangsdrehstellung, in der die Abstützbacke vertikal aufwärts orientiert liegt, anhaltbar ist. In der Ausgangsdrehstellung des Ringträgers, die auf einfache Weise über Steuerschalter u. dgl. erreichbar ist,, kann die Abstützbacke in gewünschtem Sinn von unten an das Werkstück angestellt werden und dieses zum Ausgleich des freien Durchhanges hochdrücken. Nach Fixierung des Werkstückes in dieser Lage durch die Gegenbacke kann dann der Ringträger für die Werkstückbearbeitung gedreht werden, wobei die Klemmung bleibt.

Ausführungsbeispie1

Die Erfindung soll an Hand zweier in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Lünette für eine Fräsmaschine zur Bearbeitung eines ruhenden Werkstückes in Stirnansicht und die

Fig. 2 tew. 3 eine erfindungsgemäße Lünette für eine Fräsmaschine zur Bearbeitung eines drehenden Werkstückes im Querschnitt bzw. in Stirnansicht.

Die in Fig. 1 veranschaulichte Lünette 1 weist eine Abstützbacke 2 auf, die lotrecht geführt und von unten an ein Werkstück 3 anstellbar ist. Der Verstellantrieb 4 für diese Abstützbacke 2 wirkt mit einem Keilgetriebe 5 zusammen und erlaubt es, die Backe 2 vom Berührungspunkt zwischen Backe und Werkstück an um ein vorwählbares Maß hochzuheben. Die Lage des Berühungspunktes wird dabei von einer Anzeigeeinrichtung 6 registriert, die einen Fühler 7 aufweist, der durch Be-

lastung einer Feder 8 über die Aufstützfläche 2a der Abstützbacke 2 vorragt und über einen Impulsgeber 9 od. dgl. eine mit der Abstützfläche 2a fluchtende Lage, die ja dem Berührungspunkt zwischen Werkstück und Backe entspricht, anzeigt. Von dieser Ausgangspo*sition an wird nun die Abstützbacke 2 um ein ganz bestimmtes Maß weiterbewegt, wobei dieses Maß dem freien Durchhang des Werkstückes an der Abstützstelle entspricht. Der Verstellweg der Abstützbacke 2 ist dabei über ein Wegmeßgerät 10 kontrollierbar.

Mit der Abstützbacke 2 wirken zwei Gegenbacken 11 zusammen, die jeweils einen eigenen Verstellantrieb 12 aufweisen und das Werkstück -3 zwischen sich und der Abstützbacke 2 festklemmen. Um die Backen in ihrer Klemmposition fixieren zu können, sind die Gegenbacken 11 mit Fixiereinrichtungen 13 ausgerüstet und der Verstellantrieb 4 für die Abstützbacke besitzt eine Bremse 14.

Um das Andrehen eines Lünettenbandes zu vermeiden bzw. um das beim Bearbeiten eines Werkstückes durch die während des Vorbearbeitungsschrittes frei werdenden Eigenspannungen des Materials hervorgerufene Verbiegen des Werkstückes beim folgenden Nachbearbeitungsschritt beseitigen zu können, wird das Werkstück 3 zur Bearbeitung bzw. nach Beendigung des Vorbearbeitungsschrittes mit der Lünette 1 am rohen bzw. vorbearbeiteten Zapfen so abgestützt, daß nur der freie Durchhang dieses Werkstückes eliminiert wird, die durch das fehlende Lünettenband vorhandene Ungenauigkeit oder die im Vorbearbeitungsschritt entstandene Verbiegung aber beibehalten bleibt. Dazu wird die Abstützbacke 2 der Lünette 1 an das Werkstück 3 von unten angestellt, bis der Berührungspunkt zwischen Backe und Werkstück erreicht ist (voll ausgezogene Darstellung in Fig. 1). Von diesem Berührungspunkt an wird das Werkstück 3 über die Abstützbacke 2 um ein Maß

f hochgedrückt, das dem freien Durchhang entspricht, die durch die Vorbearbeitung bedingte Verkrümmung (Exzentrizitäten e^, ep) z.B. aber nicht berücksichtigt. In dieser Lage wird die Abstützbacke 2 über die Bremse 14 fixiert und das Werkstück 3 über die Gegenbacken 11 festgeklemmt (strichlierte Darstellung in Fig. 1). Diese nur den Durchhang der Welle eliminierende Klemmung, in der die Welle in ihrer "ungenauen Lage oder verbogenen Form fixiert ist, vermeidet ein Andrehen eines Lünettenbandes und erlaubt beim Nachbearbeitungsschritt eine Beseitigung der unerwünschten Verbiegung, so daß für den nachfolgenden Schleif-Vorgang weder ein Richten erforderlich ist noch eine extreme Scbleifzugabe vorgesehen sein muß, um enge Toleranzen einhalten zu können. Die Größe des Durchhanges wird dabei empirisch oder rechnerisch ermittelt, so daß ein vorwahlbares MaB für die Hubbewegung der Abstützbacke 2 ab dem Berührungspunkt zwischen Backe und Werkstück vorliegt und die Hubbewegung selbst über das Wegmeßgerät 10 kontrolliert werden kann.

Wird das Werkstück 3 während einer Drehbewegung bearbeitet, muß selbstverständlich auch die Lünette drehbare Klemmbacken aufweisen. Eine solche Lünette 15 ist in den Fig. 2 und 3 dargestellt, wobei Fig. 2 die Offenstellung und Fig. 3 die Klemmstellung der Backen wiedergibt. Hier sind die Abstützbacke 16 und eine Gegenbacke 17 radial in einem Ringträger 18 montiert, wobei die Backen 1.6, 17 über eine Schraubenspindel 19, ein Kegelradgetriebe 20 und einen über Schleifringkontakte 21 anspeisbaren Motor 22 verstellbar sind. Die Abstützbacke 16 besitzt wiederum eine Anzeigeeinrichtung 23 zur Bestimmung des Berührungspunktes zwischen Backe 16 und Werkstück 3 und zur Überwachung des Verstellweges für die .Backe 16 dient ebenfalls ein Wegmeßgerät 24. Der Ringträger 18.ist drehbar in der Lünette 15 gelagert, so daß die das

Werkstück 3 klemmenden Backen 16, 17 die Werkstückdrehung für die Bearbeitung mitmachen können. Um auch hier eine Abstützung des Werkstückes 3 zu erreichen, die den freien Durchhang eliminiert, das Werkstück aber in verbogener Lage beläßt, ist dem Ringträger 18 eine Ausgangsdrehstellung zugeordnet, in der die Abstützbacke 16 lotrecht von unten an das Werkstück anstellbar ist und das Werkstück um den Betrag dieses freien Durchhanges nach oben drücken kann. Sobald diese Lage von der Abstützbacke 16 erreicht ist, wird die Gegenbacke 17 nach unten gefahren und das Werkstück 3 festgeklemmt. Für die drehende Bearbeitung des Werkstückes 3 kann nun der Ringträger 18 über das Antriebszahnrad 25 und das Ritzel 26 in Drehung versetzt werden, wobei die Klemmbacken 16·, 17 samt ihren Verstellantrieben diese Drehung mitmachen.

Claims

Erfindungsanspruch:-

1. Verfahren zum Fräsen von langen Werkstücken, insbesondere von Kurbelwellen od. dgl., nach dem das Werkstück bei Abstützung im Bereich der Längsmitte bearbeitet, vorzugsweise in einem Vorbearbeitungsschritt geschruppt und in einem anschließenden Nachbearbeitungsschritt geschlichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (3) für die Bearbeitung unter Aufrechterhaltung seiner beispielsweise durch Freiwerden innerer Materialspannungen auf Grund eines vorangegangenen Bearbeitungsschrittes bedingten plastischen Verbiegung abgestützt und mit der Abstützung lediglich der empirisch und/oder rechnerisch ermittelte elastische Durchhang des Werkstückes an der Abstützstelle beseitigt wird.
2. Lünette für eine Fräsmaschine zum Durchführen des Verfahrens nach Punkt 1, mit wenigstens zwei einzeln verstellbaren Klemmbacken, von denen die eine, die Abstützbacke, in lotrechter Richtung aufwärts an das Werkstück anstellbar und die andere, die Gegenbacke, zum Klemmen des Werkstückes zwischen sich und der Abstützbacke auf das Werkstück aufsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützbacke (2; 16) eine die Lage des Berührungspunktes zwischen Backe und Werkstück registrierende Anzeigeeinrichtung (6; 23) aufweist und über den ihr zugeordneten Verstellantrieb (4, 5; 19, 20, 22) von diesem Punkt aus um ein vorwählbares Maß (f) hochfahrbar ist, wobei die Gegenbacke (11; 17) mit der hochgefahrenen Abstützbacke (2; 16) zusammenwirkt.
3. Lünette nach Punkt 2, dadurch gekennzeichnet, daß. die Anzeigeeinrichtung (6) einen aus der Abstützfläche (2a) der Backe (2) vorragenden, gegen Federbelastung zurückschieb-

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baren Fühler (7) auf v/eist, der in mit der Abstützfläche
fluchtender Lage ein Steuersignal auslöst.
4. Lünette nach einem der Punkte 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellantriebe der Backen (2) mit Bremsen (14) oder die Backen (11) selbst mit Fixiereinrichtungen (13) ausgerüstet sind.
5. Lünette nach einem der Punkte 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmbacken (16, 17) mit ihren Verstellantrieben (19j 20,22), wie an sich bekannt, in einem drehbar gelagerten, das Werkstück (3) umgebenden Ringträger (18) sitzen, der in einer Ausgangsdrehstellung, in der die Abstützbacke (16) vertikal aufwärts orientiert liegt, anhaltbar ist.

ifterziiJLSeiien Zeichnungen