DE3031029C2

DE3031029C2 - Verfahren und Lünette zum Bearbeiten von langen Werkstücken, insbesondere von Kurbelwellen oder Nockenwellen, durch Rundfräsen

Info

Publication number: DE3031029C2
Application number: DE3031029A
Authority: DE
Inventors: Gottfried Dipl.-Ing. Steyr Blaimschein
Original assignee: Gfm Gesellschaft fur Fertigungstechnik und Maschinenbau 4403 Steyr At GmbH
Current assignee: Gfm Gesellschaft fur Fertigungstechnik und Maschinenbau 4403 Steyr At GmbH
Priority date: 1979-10-16
Filing date: 1980-08-16
Publication date: 1985-01-31
Also published as: US4443142A; DE3031029A1; JPS5669015A; DD153073A5; ATA672279A; GB2060457A; GB2130135B; FR2467649A1; JPS6014642B2; FR2467649B1; GB8301638D0; GB2060457B; GB2130135A; US4388027A; AT373804B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten von langen Werkstücken, insbesondere von Kurbelwellen oder Nockenwellen, durch Rundfräsen, bei dem das Werkstück während der, gegebenenfalls mehrstufigen (Schruppen, Schlichten), Bearbeitung im Bereich der Längsmitte abgestützt und mit der Abstützung der empirisch und/oder rechnerisch¹ ermittelte Durchhang des Werkstückes an der Abstützstelle beseitigt bzw. kompensiert wird, sowie eine Lünette für eine Fräsmaschine zum Durchführen dieses Verfahrens.

Bei langen Werkstücken, die durch Rundfräsen

bearbeitet werden, muß mittig unterstützt werden, wenn endsei tig 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 inbesondere 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

ίο entsprechenden Zentrierung zu kommen, wozu ein eigener Arbeitsgang auf einer Drehmaschine erforderlich ist Große Kurbelwellen, also Kurbelwellen mit einer Länge ab 2 bis 3 m, 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 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 Werkstükkes führt Wird dann, wie bisher, beim anschließenden Schlichten das Werkstück am Lünettenband bzw. an einem vorgefrästen Lagerzapfen mit einer zentrieren.-den Lünette abgestützt, beseitigt diese Lünette nicht nur den Durchhang des Werkstückes, sondern biegt es auch gerade, und das Werkstück 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 werden kann. Ist hingegen ein solches Richten nicht durchführbar, muß ein so großes Schleifaufmaß vorgesehen sein, daß durch den Schleif- Vorgang die Verbiegung der Welle beseitigt wird. Das Abschleifen solcher Übermaße ist aber wiederum besonders zeitraubend und stellt höchste Anforderungen an die Schleifmaschine. Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu beseitigen und ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem das Andrehen eines Lünettenbancles unnötig ist, trotz Fehlens eines Richtvorganges nach dem Fräsen ein praktisch unverbogenes Werkstück vorliegt, das nur geringe Schleifzugaben aufzuweisen braucht, und besonders gute Bearbeitungstoleranzen gewährleistet sind. Außerdem soll eine Lünette für eine Fräsmaschine vorgeschlagen werden, mit der sich dieses Verfahren auf einfache Weise verwirklichen läßt.

Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemäße Verfahren darin, daß im Werkstück vorhandene oder auftretende bleibende Verlegungen durch die Abstützung nicht beseitigt bzw. kompensiert werden. Die Abstützung hebt somit nur die elastische Verbiegung des Werkstückes, also den vom Eigengewicht des Werkstückes verursachten freien Durchhang auf, wobei durch diesen Verzicht auf ein zentrierendes Spannen des Werkstückes zum Abstützen ein roher, unbearbeiteter Wellenzapfen genügt und kein Lünet tenband mehr angedreht zu werden braucht. Die dabei vorhandenen Ungenauigkeiten 4^er Werkstückabstüt- 'zung 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 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 is Richtvorgang mehr erforderlich, die Schleifzugabe kann minimal bemessen werden, und es wird eine wesentliche Verkürzung der Schleifzeit erreicht Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl für ^in 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 zwei einzelnen 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 zugeordneten 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 Berührungspunkt an eine weitere, 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 werden. Nach Beendigung des gewählten Hubes wird die Abstützbacke in dieser Lage fixiert. Die Gegenbacke, es können selbstverständlich auch zwei oder mehrere Gegenbacken vorhanden sein, ist dann lediglich an das Werkstück anzustellen und muß dieses zwischen sich und der Abstützbacke 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 Fühler 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 Abstützfläche 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 Durchganges weiterbewegt werden muß.

Vorteilhaft ist es weiters, wenn erfindungsgemäße 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 Werkstflckes für den Nachbearbeitungsschritt

Für die Abstützung eines während 4er Bearbeitung rotierenden Werkstückes sitzen erfindjjingsgemäß die Klemmbacken mit ihren Verstellantrifben in einem drehbar gelagerten, das Werkstück umgebenden Ringträger, der in einer Ausgangsdrehsteltyng, in der die Abstützbacke vertikal aufwärts orientiert liegt, anhaltbar ist. In der Ausgangsdrehstellung des Ringrägers, 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

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt

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

F i g. 2 bzw. 3 eine erfindungsgemäße Lünette für eine Fräsmaschine zur Bearbeitung eines drehenden Werkstückes schematisch im Querschnitt bzw. in Stirnansicht

Die in F i g. 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 Berührungspunktes wird dabei von einer Anzeigeeinrichtung 6 registriert, die einen Fühler 7 aufweist, der durch Belastung einer Fede'r 8 über die Abstützfläche 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 Ausgangsposition 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 Vcrstellantrieb 12 aufweisen und das Werkstück 3 zwischen sich und der Abstützbacke 2 festklemmen. Um die Backen in ihrer Klemmposition fixieren zu können, sind die Gegenbakken H mit Fixiereinrichtungen 13 ausgerüstet und der Verstellantrieb 4 für die Abstützbacke 2 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 F i g. 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 et, e2) 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 Schleifvorgang weder ein Richten erforderlich ist, noch eine extreme Schleifzugabe vorgesehen sein muß, um enge Toleranzen einhalten zu können. Die Größe des Durchhanges wird dabei empirisch oder rechnerisch ermittelt, so daß ein vorwählbares Maß 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 F i g. 2 und 3 dargestellt, wobei F i g. 2 die Offenstellung und F i g. 3 die Klemmstellung der Backen wiedergibt. Hier sind die Abstützbacke 16 und eine

ίο Gegenbacke 17 radial in einem Ringträger 18 montiert, wobei die Backen 16,17 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 iö 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 Wtrkstückdrehung 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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Verfahren zum Bearbeiten von langen Werkstücken, insbesondere von Kurbelwellen oder Nockenwellen durch Rundfräsen, bei dem das Werkstück während der, gegebenenfalls mehrstufigen (Schruppen, Schlichten), Bearbeitung im Bereich der Längsmitte abgestützt und mit der Abstützung der empirisch und/oder rechnerisch ermittelte Durchhang des Werkstückes an der Abstützstelle beseitigt bzw. kompensiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Werkstück vorhandene oder auftretende bleibende Verbiegungen durch die Abstützung nicht beseitigt bzw. kompensiert werden.

2. Lünette für eine Fräsmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei während der Bearbeitung stillstehei.dem Werkstück, mit wenigstens zwei einzeln verstellbaren Klemmbakken, 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 Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (6) einen aus der Abstützfläche (2a) der Abstützbacke (2, 16) vorragenden, gegen Federbelastung zurückschiebbaren Fühler (7, 23) aufweist, durch den in mit der Abstützfläche der Abstützbacke (2) fluchtender Lage ein Steuersignal auslösbar ist.

4. Lünette nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellantriebe (4) der Backen (2) mit Bremsen (14) oder die Backen (11) selbst mit Fixiereinrichtungen (13) ausgerüstet sind.

5. Lünette nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei während der Bearbeitung sich drehendem Werkstück die Backen (16, 17) mit ihren Verstellantrieben (19, 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.