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    • 专利摘要:
    Bei der Bearbeitung von Lagerstellen von Kurbelwellen wird nach einer Grob- bzw. Schlichtbearbeitung eine Feinst-Schlichtbearbeitung mittels einer geometrisch bestimmten Schneide vorgenommen. Längs der Schneidkante treten zum Beispiel unterschiedliche Verschleißverhältnisse auf, die an der zu bearbeitenden zylindrischen Fläche des Werkstückes zu unerwünschten Formabweichungen führen. Unterschiedliche Zahneingriffsbedingungen längs der Schneidkante verursachen unterschiedliche Abdrängkräfte auf das Werkstück, wodurch ebenfalls unerwünschte Formabweichungen auftreten. DOLLAR A Damit die Werkstücke mit hoher Formgenauigkeit einfach bearbeitet werden können, wird die zylindrische Werkstückfläche mit wenigstens zwei Schneidkantenbereichen bearbeitet, deren Verschleißfestigkeit und/oder Geometrie unter Berücksichtigung wenigstens einer der Größen Schnittgeschwindigkeit, Zahl der Schneideneingriffe, Spanvolumen und auf das Werkstück wirkenden Abdrängkräfte gestaltet wird. DOLLAR A Das Verfahren wird vorteilhaft zur Bearbeitung von Kurbel- und Nockenwellen eingesetzt.
    公开号:DE102004022360A1
    申请号:DE102004022360
    申请日:2004-04-30
    公开日:2005-11-17
    发明作者:Bernd Faigle
    申请人:Heller Geb Maschf GmbH；Gebr Heller Maschinenfabrik GmbH；
    IPC主号:B23B1-00
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein Verfahren zur Feinbearbeitung, vorzugsweisezur Feinstschlichtbearbeitung, von Werkstücken, vorzugsweise von Kurbelwellen,nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
    [0002] Beider Bearbeitung von Lagerstellen, insbesondere der Haupt- und Hublagervon Kurbelwellen, ist bekannt, nach einer Grob- bzw. Schlichtbearbeitungeine Feinst-Schlichtbearbeitung vorzunehmen. Für die Grobbearbeitung können Drehräumen, Fräsen, Drehenund dergleichen eingesetzt werden. Auch für die Schlichtbearbeitung können dieseVerfahren eingesetzt werden. Verfahrensbedingt treten aufgrund vonVerschleiß undAbdrängungFormfehler am Werkstückauf. Längsder Schneidkante der Frässchneidentreten z. B. unterschiedliche Verschleißverhältnisse auf. Sie haben zurFolge, daß die zubearbeitende zylindrische Flächeam Werkstück unerwünschte Formabweichungenaufweist.
    [0003] Dielängs derSchneidkante auftretenden unterschiedlichen Zahneingriffsbedingungenverursachen außerdem(längsder Schneidkante) unterschiedliche Abdrängkräfte auf das Werkstück. Auch durchdiesen Einfluß entstehenan den zu bearbeitenden zylindrischen Flächen am Werkstück unerwünschte Formabweichungen.
    [0004] DerErfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahrenso auszubilden, daß inkonstruktiv einfacher Weise bei der Bearbeitung der Werkstücke einehohe Formgenauigkeit erzielt wird.
    [0005] DieseAufgabe wird beim gattungsgemäßen Verfahrenerfindungsgemäß mit denkennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
    [0006] Beimerfindungsgemäßen Verfahrenwird die zylindrische Flächedes Werkstückesmit wenigstens zwei unterschiedlichen Verschleiß- und/oder Geometrieabschnitten bearbeitet.Die Verschleißfestigkeit und/oderdie Geometrie dieser Abschnitte ist unter Berücksichtigung wenigstens einerder Größen Schnittgeschwindigkeit,Zahl der Schneideneingriffe, Spanvolumen oder auf das Werkstück wirkendeAbdrängkräfte gestaltet.Auf diese Weise könnenFormabweichungen am Werkstück,die durch den Verschleiß derSchneidkante und/oder durch die auf das Werkstück während der Bearbeitung wirkenden,auf die unterschiedlichen Zahneingriffsbedingungen zurückzuführendenAbdrängkräfte entstehen,an der Schneidkante berücksichtigtwerden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahrenkönnenauch labile Werkstücke,wie etwa Kurbelwellen, mit hoher Formgenauigkeit hergestellt werden.
    [0007] WeitereMerkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, derBeschreibung und den Zeichnungen.
    [0008] DieErfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsformennäher erläutert. Eszeigen
    [0009] 1 dieEingriffsverhältnissebeim orthogonalen Drehfräsen,
    [0010] 2 dieEingriffslängeder Stirnschneide eines Fräswerkzeuges über denDrehwinkel des Fräswerkzeuges,
    [0011] 3 jeweilsin Axial- und in Radialansicht ein Fräswerkzeug mit Werkstück beimEintauch- und beim Rundfräsen,
    [0012] 4 ineinem Diagramm den Verschleiß einerNebenschneide eines Fräswerkzeuges über die Schneidkantenlänge,
    [0013] 5 inschematischer Darstellung den Verschleißverlauf an einer Schneidplatteeines Fräswerkzeuges,
    [0014] 6 dieFormabweichung des Werkstückesin Abhängigkeitvon der Anzahl der mit einer Schneide des Fräswerkzeuges bearbeiteten Werkstücke,
    [0015] 7a bis 7c dieGeometrie der Schneide des Fräswerkzeugeszur Kompensation von Abdrängkräften,
    [0016] 8 denFormfehler überdie Werkstück-Lagerbreitebei Einsatz des erfindungsgemäßen Fräswerkzeuges,
    [0017] 9 denFormfehler überdie Werkstück-Lagerbreitebei Einsatz von herkömmlichen Fräswerkzeugen.
    [0018] Beider Bearbeitung von Kurbel- und Nockenwellen wird zunächst einSchrupp- bzw. Grobbearbeitungsvorgang vorgenommen. Hierfür werden unterschiedlichsteVerfahren eingesetzt, wie Drehräumen,Fräsen,Drehen und dergleichen. Im Anschluß an diese Grobbearbeitungfolgt eine Schlichtbearbeitung, die beispielsweise durch Drehräumen, Fräsen oderDrehen durchgeführtwird. An die Schlichtbearbeitung kann unmittelbar eine Feinstschlichtbearbeitunganschließen,bei der das Werkstückim orthogonalen Drehfräsenbearbeitet wird. Es ist auch möglich,nach der Schlichtbearbeitung das Werkstück, wenn notwendig, zu härten underst anschließendeine Feinstschlichtbearbeitung mit orthogonalem Drehfräsen vorzunehmen.Im Anschluß an dieseFeinstschlichtbearbeitung wird in der Regel noch ein Finishvorgangangeschlossen, mit dem die feinstgeschlichtete Oberfläche desWerkstückesauf die gewünschteEndqualitätgebracht wird.
    [0019] Durchden Einsatz des orthogonalen Drehfräsens bei der Feinstschlichtbearbeitungerfolgt die gesamte Bearbeitung des Werkstückes vorzugsweise trocken bzw.mit einer Minimalmengenschmierung. Bei den üblichen bekannten Verfahrenwird die Feinstschlichtbearbeitung durch Naßschleifen vorgenommen, waszu erheblichen Aufbereitungs- und Entsorgungskosten führt. DurchEinsatz des orthogonalen Drehfräsensfür dieFeinstschlichtbearbeitung ergibt sich im Vergleich zum Naßschleifeneine wesentliche Vereinfachung des Verfahrensablaufes. Insbesondereentfallen die beim Naßschleifenauftretenden, aufwendigen Aufbereitungs- und Entsorgungsmaßnahmen,die mit erheblichen Kosten verbunden sind.
    [0020] 1 zeigtin schematischer Darstellung ein Fräswerkzeug 1, mit demder orthogonale Drehfräsvorgangvorgenommen wird. Das Fräswerkzeughat einen zylindrischen Werkzeugkörper 2, der zwei Frässchneiden 3, 4 trägt. Siestehen radial und axial überden Werkzeugkörper 2 vor.Die beiden Frässchneiden 3, 4 haben,wie die Unteransicht zeigt, radialen Abstand voneinander.
    [0021] In 1 istdie Frässchneide 3 vergrößert dargestellt.Bei der Bearbeitung des Werkstückes drehtdas Fräswerkzeug 1 umseine Achse 5. Im zugehörigenDiagramm ist dargestellt, wie die Dicke des von der Frässchneide 3 abgenommenenSpanes vom Drehwinkel des Fräswerkzeuges 1 abhängt. Erkennbarist, daß jenach Lage des jeweiligen Eingriffspunktes der Schneidkante 7 amWerkstückin unterschiedlicher Weise Span abgenommen wird. Ein innerer Bereichder Schneidkante 7 erzeugt Kurven 8, die während derWerkzeugdrehung um 180° teilweiseim Eingriff sind, wobei dieser Eingriff ohne Unterbrechung erfolgt.In einem äußeren Bereichder Schneidkante 7 tritt während dieses Eingriffs eine Unterbrechungauf (Kurven 10).
    [0022] In 2 istder Drehwinkel des Fräswerkzeuges 1 gegendie Eingriffslängeder Schneidkante 7 der Frässchneiden 3, 4 aufgetragen.Erkennbar ist, daß nacheinem kurzen Drehwinkel, beispielsweise bei 20°, die Eingriffslänge innerhalbeines sehr kleinen Drehwinkelbereiches auf ein Maximum 11 ansteigt,das beispielhaft zwischen 30° und40° liegt.Mit zunehmendem Drehwinkel nimmt die Eingriffslänge der Schneidkante 7 abund erreicht bei etwa 90° bis 100° ihr Minimum.Mit weiterem Drehwinkel nimmt die Eingriffslänge wieder zu, die beispielhaftbei etwa 140° einweiteres Maximum 12 erreicht. Von da aus nimmt die Eingriffslänge mitzunehmendem Drehwinkel rasch ab, bis die Eingriffslänge derSchneidkante 7 bei etwa 160° auf Null gesunken ist. Daserste Maximum 11 der Eingriffslänge ist im Beispiel höher als daszweite Maximum 12. Weiter ergibt sich aus 2,daß dieEingriffslänge-Drehwinkel-Kurvenicht symmetrisch, sondern asymmetrisch verläuft. 2 zeigt,daß ander Schneidkante 7 währenddes Schneideingriffes unterschiedliche Eingriffsverhältnissevorliegen, die zu Formabweichungen an der Werkstückoberfläche führen. Insbesondere ergibt sichdurch diese unterschiedlichen Eingriffsverhältnisse beispielsweise eineKonizitätder zylindrischen Mantelfläche 6 desWerkstückes.Die Formabweichungen in der Werkstückoberfläche hängen von der Steifigkeit desWerkstückes,vom Verschleißzustand derFrässchneiden 3, 4 sowievon den auftretenden Zerspankräftenmit den daraus resultierenden Abdrängkräften ab. Kurbel- und Nockenwellensind labile Werkstücke,so daß sichhier die unterschiedlichen Eingriffsverhältnisse der Schneidkanten 7 besonders auswirken,sofern keine Gegenmaßnahmengetroffen werden. Aufgrund der beschriebenen Eingriffsverhältnisseam Werkstückwird somit die gewünschtezylindrische Form der bearbeiteten Werk stückfläche 6 nicht erreicht.Es treten Formabweichungen, beispielsweise die erwähnte Konizität, auf.
    [0023] DurchEinsatz des orthogonalen Drehfräsensals Feinstschlichtoperation könnendie beschriebenen Nachteile optimal vermieden werden.
    [0024] TypischeToleranzen bei der Feinstschlichtbearbeitung für Lagerstellen von Kurbelwellensind: Durchmesser ±25 μm Rundheit < 25 μm Zylinderform < 25 μm Ra < 2 μm Rz < 8 μm
    [0025] DieSchneide unterliegt bei der Werkstückbearbeitung einem Verschleiß. WesentlicheUrsachen fürden Schneidenverschleiß sinddie Schnittgeschwindigkeit, die Anzahl der Schneideneingriffe sowiedas Spanvolumen. Eine Annahme der theoretischen Verschleißanalysefür diesedrei wesentlichen Einflußgrößen ergibtfolgendes Verhältnis: Schnittgeschwindigkeit: Anzahl Schneideneingriffe : Spanvolumen = 1 : 1 : 4
    [0026] DieseVerhältnissesind in 4 dargestellt. Hier ist derVerschleiß derNebenschneide 7 gegen deren Länge aufgetragen. Die gestrichelteLinie 13 kennzeichnet den Einfluß der Zahl der Schneideneingriffe.Im Ausführungsbeispielbleibt der Verschleiß derSchneidkante durch diese Einflußgröße über einebestimmte Schneidkantenlängekonstant und steigt dann stark an. Die Kurve 14 kennzeichnetden Einfluß desSpanvolumens auf das Verschleißverhalten.Diese Einflußgröße erreichtetwa in halber Länge derSchneidkante ein Maxi mum. Vor und nach diesem Maximum nimmt derEinfluß über dieSchneidkantenlängeab. Dieses Maximum liegt etwa in gleicher Höhe der Schneidkante wie derBeginn des starken Anstieges der Zahl der Schneideneingriffe (Kurve 13).Die Kurve 15 schließlichkennzeichnet die Schnittgeschwindigkeit vc,die überdie Schneidkantenlängestetig zunimmt.
    [0027] Aufgrunddieser drei Einflußgrößen, die durchdie Kurven 13 bis 15 gekennzeichnet sind, ergibtsich der mit einer ausgezogenen Linie 16 gekennzeichneteVerschleißverlauf über dieLänge der Schneidkante.Erkennbar ist, daß derGesamtverschleiß bisetwa in die halbe Schneidkantenlänge starkzunimmt, dort ein Maximum erreicht und anschließend wieder abnimmt. Die Abnahmedes Schneidverschleißesist aber geringer als im Bereich vor dem Maximum.
    [0028] In 5 istder Verschleißverlauf 16 ander Schneidkante 7 der Frässchneide 3 dargestellt.Es ist erkennbar, daß derVerschleiß derSchneidkante 7 im radial äußeren Bereich des Fräswerkzeuges 1 größer istals im radial inneren Bereich.
    [0029] DieFrässchneide 3, 4,die vorteilhaft als Wendeschneidplatte ausgebildet ist, ist unterBerücksichtigungdes Verschleißverhaltensso ausgebildet, daß mitder Frässchneide 3, 4 etwagleiche Ergebnisse erzielt werden können wie mit einem Schleifprozeß. Die Frässchneiden 3, 4 werdenso ausgebildet, daß demVerschleißverlauf 16 ander Schneidkante Rechnung getragen wird. Entsprechend dem unterschiedlichenVerschleißverlauf 16 wirddie Frässchneide 3, 4 imBereich der Schneidkante 7 entweder unterschiedlich gestaltet,oder es werden je nach Verschleißverhalten in den entsprechendenBereichen des Fräswerkzeuges 1 unterschiedliche Schneidplatten 3, 4 ausunterschiedlichen Materialien eingesetzt.
    [0030] Beieiner ersten Ausführungsformwird zumindest im Bereich der Schneidkante 7 der Frässchneide 3, 4 indem Bereich, in dem der größte Verschleiß auftritt,ein entsprechend verschleißfestes Materialverwendet. Wie 5 beispielhaft zeigt, kann dieSchneidkante 7 beispielsweise in zwei Schneidkantenbereiche 17 und 18 aufgeteiltwerden. Im Schneidkantenbereich 17 tritt ein wesentlichhöhererVerschleiß aufals im Schneidkantenbereich 18. Dementsprechend wird zumindestim Bereich der Schneidkante 7 im Schneidkantenbereich 17 einverschleißfesteresMaterial verwendet als im Schneidkantenbereich 18.
    [0031] DieUnterteilung des Verschleißverhaltens derSchneidkante 7 kann auch feiner unterteilt werden, so daß mehr alszwei Schneidkantenbereiche anzusetzen sind. Dementsprechend istdie Frässchneide 3, 4 inden unterschiedlichen Schneidkantenbereichen aus unterschiedlichverschleißfestemMaterial hergestellt.
    [0032] Für den Schneidkantenbereich 17 bieten sichals verschleißfesteMaterialien beispielsweise hochtemperaturresistente Beschichtungenund für denSchneidkantenbereich 18 konventionelles Hartmetall an.Aufgrund der unterschiedlichen Materialauswahl für den Bereich der Schneidkante 7 wirdder Verschleißverlauf 16 optimalberücksichtigt,so daß beimorthogonalen Drehfräsendas Werkstückdie gewünschtezylindrische Form aufweist.
    [0033] Eineandere Möglichkeit,den Verschleißverlauf 16 ander Schneidkante 7 zu berücksichtigen, besteht darin,den unterschiedlichen Schneidkantenbereichen 17, 18 jeweilseine eigene Schneide 3, 4 zuzuordnen. Wie 1 beispielhaftzeigt, könnenfür dieunterschiedlichen Verschleißbereiche 17, 18 die beidenFrässchneiden 3 und 4 verwendetwerden. So wird beispielsweise die Frässchneide 3 für den Schneidkantenbereich 17 unddie Frässchneide 4 für den Schneidkantenbereich 18 angesetzt.Die beiden Frässchneiden 3, 4 sindzu mindest im Schneidkantenbereich so gestaltet, daß dem unterschiedlichen VerschleißverhaltenRechnung getragen wird. Die dem Schneidkantenbereich 17 zugeordnete Frässchneide 3 bestehtdementsprechend zumindest im Schneidkantenbereich aus einem wesentlichverschleißfesterenMaterial als die Frässchneide 4,die dem Schneidkantenbereich 18 zugeordnet ist. Die beidenFrässchneiden 3, 4 sindso am Werkzeugkörper 2 befestigt,daß mitder Frässchneide 3 der äußere undmit der Frässchneide 4 derinnere Bereich am Werkstückbearbeitet wird.
    [0034] DieSchnittgeschwindigkeit vc ist innen und außen sehrunterschiedlich. Fürdie unterschiedlichen Bereiche am Werkstück können, sofern nur die Schnittgeschwindigkeitvc berücksichtigtwird, die für diejeweilige Schnittgeschwindigkeit optimalen Materialien für die Frässchneiden 3, 4 gewählt werden. Sinddie Schnittgeschwindigkeiten gering, können für die Frässchneiden 3, 4 herkömmlichehartmetallbeschichtete Schneidplatten eingesetzt werden. Für hohe Schnittgeschwindigkeiteneignen sich als Materialien beispielsweise CBN oder Cermets unddergleichen.
    [0035] 3 zeigtzwei unterschiedliche Möglichkeitendes orthogonalen Drehfräsens.Mit dem Fräswerkzeug 1 kannein Eintauchfräsenvorgenommen werden. Das Fräswerkzeug 1 drehtum seine Achse 19 mit der Drehzahl nT.Das zu bearbeitende Werkstück 20 rotiertum seine Achse 21 mit der Drehzahl nW.Die beiden Drehachsen 19, 21 liegen senkrecht zueinander.Das Fräswerkzeug 1 wirdim Beispiel tangential mit der Vorschubgeschwindigkeit vf gegen das drehende Werkstück 20 bewegt.Der Vorschub des Fräswerkzeuges 1 erfolgtso fange, bis die Achse 19 den Abstand e von der Achse 21 desWerkstückes 20 hat.In dieser Stellung ist der Solldurchmesser des Werkstückes 20 erreicht.Anschließendwird mit einer Werkstückumdrehungdie Rundfräsbearbeitung durchgeführt. Alternativkann bereits währenddes tangentialen Eintauchens der Rundvorschub (Achse 21) eingeschaltetwerden. Der Solldurchmesser wird auf der gesamten Lagerbreite nachmehreren Umdrehungen erreicht.
    [0036] DasWerkstück 20 istbeispielhaft eine Kurbelwelle. Mit dem Fräswerkzeug 1 wird imdargestellten Ausführungsbeispielein zylindrischer Zapfen 22 der Kurbelwelle 20 bearbeitet.Der zylindrische Zapfen 22 kann das Hub- oder das Hauptlagerder Kurbelwelle 20 sein.
    [0037] Imfolgenden wird ein Beispiel fürden orthogonalen Drehfräsvorgangbeschrieben. Das zu bearbeitende Werkstück hat einen Durchmesser vonca. 50 mm. Am Umfang des Werkstückes 20 istein Aufmaß von0,1 bis 0,5 mm abzunehmen, vorzugsweise von 0,2 bis 0,3 mm. DerZapfen 22 hat die axiale Breite b (3), dieungefähr 22 mmbeträgt.Die Schnittbreite (Sekante) der Frässchneide 3, 4 beträgt 3 mm.
    [0038] DasFräswerkzeug 1 hateinen Werkzeugdurchmesser DWZ von 23 mm.Die Längeder Schneidkante 7 beträgt9,5 mm (4), von der die genutzte Schneidkantenlänge ca.8 mm beträgt.Das Werkzeug 1 hat zwei Frässchneiden 3, 4.
    [0039] DieAnnäherungdes Werkzeuges 1 an die zu fertigende Endkontur kann tangentialerfolgen. Währenddieser Eintauchbewegung kann das Werkstück 20 einen Winkelbereich α von 10° bis mindestens 1000° durchfahrenhaben. Hiermit kann die Eingriffslänge je nach Anforderung, zumBeispiel Stabilität desWerkstückes,angepaßtwerden. Bei Erreichen der Exzentrizität e wird mindestens eine weitere Werkstückumdrehungbenötigt,um die gewünschte Lagerbreitezu fertigen.
    [0040] Diebeschriebene Ausbildung des Schneidkantenbereiches der einzigenFrässchneide 3, 4 oder dieAufteilung auf unterschiedliche Frässchneiden führt dazu,daß trotzdes beschriebenen unterschiedlichen Verschleißverhaltens der Zapfen 22 optimal zylindrischmit hoher Qualitätbearbeitet wird.
    [0041] DieSchnittgeschwindigkeit an der Frässchneidplatte 3, 4 ändert sichvon etwa 180 m/min im Bereich des minimalen Schneidkreises auf etwa1000 m/min am Außendurchmesserdes Fräswerkzeuges 1.Im äußeren Durchmesserbereichdes Fräswerkzeuges 1 treten,wie anhand von 1 erläutert worden ist, zwei Schnittunterbrechungenauf, währendim inneren Durchmesserbereich nur eine Schnittunterbrechung je Werkzeugumdrehungbei einer Schneide (pro Schneide) auftritt. Im mittleren Schneidenbereichist das abzutragende Spanungsvolumen am größten. Aufgrund der hohen Schnittgeschwindigkeitenim Bereich des Werkzeugaußendurchmesserswerden fürden entsprechenden Schneidkantenbereich der Frässchneiden 3, 4 entsprechendverschleißfesteMaterialien eingesetzt. So kann in diesem Bereich die Schneidplattebeispielsweise mit einer extrem temperaturbeständigen Beschichtung versehensein. Der mittlere Durchmesserbereich der Schneidkante 7 muß ein verhältnismäßig hohesZerspanungsvolumen aufnehmen könnenund besteht aus einem entsprechenden Material. Der innere Durchmesserbereichder Schneidkante 7 ist auf sehr kleine Spanungsdicken auszulegen.Die auftretenden unterschiedlichen Zahneingriffsbedingungen wirkensich nicht nur auf das Verschleißverhalten und somit auf dieWirtschaftlichkeit des orthogonalen Drehfräsens aus, sondern es entstehenauch unterschiedliche Abdrängkräfte aufdas Werkstück 20 während derBearbeitung. Wenn das Werkstück 20 einlabiles Werkstückist, wie beispielsweise Kurbel- oder Nockenwellen, kommt es auchbeim Schlichtvorgang zu Abdrängungen,die eine Profilverzerrung am Werkstückdurchmesser bewirken; oftmalsentsteht eine Konizität.
    [0042] Durchdie Berücksichtigungder drei Parameter Schnittgeschwindigkeit, Zahl der Schneideneingriffeund Spanvolumen (4) bei der Gestaltung der Frässchneiden 3, 4 bzw.ihres Schneidkantenberei ches könnendiese Einflußgrößen so berücksichtigtwerden, daß dasArbeitsergebnis am Werkstück 20 optimalist. Es werden sämtlichegenannten Einflußgrößen berücksichtigtund nicht mehr nur ein Durchschnittswert.
    [0043] Imfolgenden wird ein Beispiel fürdas Rundfräsenangegeben. Die Exzentrizitäte zwischen den Drehachsen 19 und 21 des Fräswerkzeuges 1 und desWerkstückzapfens 22 beträgt 4 mm.Eine vorteilhafte Exzentrizitäte berechnet sich nach der Beziehung
    [0044] Diebeschriebenen Werte fürdas Eintauch- sowie das Rundfräsenbeim orthogonalen Drehfräsensind nur beispielhafte Angaben und sind nicht beschränkend anzusehen.
    [0045] Durchdie unterschiedlichen Eingriffsverhältnisse am Werkstück 20 tretenunterschiedliche, auf das Werkstückwirkende Abdrängkräfte auf,die ebenfalls zu unerwünschtenFormabweichungen am Werkstück 20 führen können. DieseAbdrängkräfte können ebenfallslinearisiert bzw. kompensiert werden. Eine Möglichkeit der Kompensierungwird anhand von 5 näher erläutert. Durch den doppelten Schneideneingriffim äußeren Durchmesserbereich desFräswerkzeuges 1 beigleichzeitig sehr geringer Spandicke wird der Schneidkantenbereich 17 sehr scharfkantigausgebildet. Der Schneidkantenbereich 18 wird mit einerSchneidkantenfase versehen, da dieser Bereich ein großes Spanungsvolumenabzutragen hat. Aufgrund einer solchen Ausbildung hat das Fräswerkzeug 1 denVorteil, daß imAußendurchmesserbereichdes Fräswerkzeuges 1 infolgeder schart kantigen Schneidkantenausführung geringe Zerspanungskräfte entstehen,wodurch der in diesem Bereich wirkenden größeren Eingriffslänge entgegengewirktwird. Überdie Lagerbreite des Werkstückes 20 bedeutetdies eine gleichmäßigere Kraftverteilungund dementsprechend eine höhereWerkstückgenauigkeit.
    [0046] Esist möglich,die Schneidkantenbereiche 17, 18 auf zwei Schneidplattenzu verteilen. So kann beispielsweise die Schneidplatte, die im äußeren Durchmesserbereichdes Fräswerkzeuges 1 arbeitet undfolglich sehr hohe Schnittgeschwindigkeiten erfährt, aus CBN hergestellt sein,währenddie Schneidplatte fürden inneren Durchmesserbereich als herkömmliche beschichtete Hartmetallschneidplatteausgebildet sein kann.
    [0047] 6 zeigtdie Formabweichung ΔFdes Werkstückes 20 inAbhängigkeitvon der Anzahl der mit der Schneidkante 7 bearbeitetenWerkstücke.Die Kurve 40 stellt die aus den auf das Werkstück 20 wirkendenAbdrängkräften resultierendenFormabweichungen ΔFdar. Sie sind überdie Standzeit der entsprechenden Frässchneide 3, 4 konstant,weil sich die Eingriffsverhältnissenicht ändern.Die Kurve 41 zeigt die durch den Verschleiß der Schneidkante 7 verursachtenFormabweichungen ΔF.Sie nehmen mit zunehmender Standzeit der Schneidkante 7 zu, weilauch der Verschleiß mitzunehmender Standzeit zunimmt.
    [0048] Umdie entlang der Schneidkante 7 auftretenden unterschiedlichenAbdrängkräfte zu linearisierenbzw. zu kompensieren, wird die Schneidkante 7 entsprechendgestaltet. 7a zeigt die prozentuale Veränderungder Abdrängkräfte entlangder Schneidkante 7. Die Schneidkante 7 hat vonder Achse 5 des Fräswerkzeuges 1 einenAbstand, der beispielhaft 4 mm beträgt. Die Abdrängkräfte am radial innerenEnde der Schneidkante 7 liegen beispielhaft bei etwa 50% und nehmen zu, bis sie im Beispiel bei etwa 6,5 mm einen Maximal wert 42 erreichen.Die Abdrängkräfte nehmendann bis zum radial außen liegendenEnde der Schneidkante 7 bis auf 0 % ab. Um den über dieSchneidkantenlängeunterschiedlichen Verlauf der Abdrängkräfte während der Bearbeitung des Werkstückes 20 zukompensieren, wird die Geometrie der Schneidkante 7 beieiner ersten Ausführungsformmit einer Fase entsprechend dem Verlauf der Abdrängkräfte versehen. 7b zeigt einebeispielhafte Lösung.Hier ist die Breite der Schneidkantenfase gegen die Länge derSchneidkante aufgetragen. Die Breite der Schneidkantenfase wirdum so kleiner gewählt,je größer dieauftretenden Abdrängkräfte sind.Die Schneidkantenfase hat dementsprechend im Bereich des Maximums 42 der Abdrängkräfte diekleinste Breite gemäß 7a,beispielhaft den Wert 0. Durch eine kleinere Fase werden die Schnittkräfte am jeweiligenSchneidkantenabschnitt geringer. Auf diese Weise werden die Abdrängkräfte entlangder Schneidkante 7 linearisiert. Die Breite der Schneidkantenfaseist dementsprechend dort am größten, wodie Abdrängkraftden Wert 0 erreicht, d.h. am radial äußeren Ende.
    [0049] Eineweitere Möglichkeit,die Abdrängkräfte zu kompensieren,zeigt 7c. In diesem Falle wird dieSpangeometrie längsder Schneidkante 7 so ausgebildet, daß die unterschiedlich großen Abdrängkräfte durchdie Variation des Spanwinkels entlang der Schneidkante 7 linearisiertwerden. Entsprechend dem Verlauf der Abdrängkräfte über die Länge der Schneidkante 7 wirdder Spanwinkel erhöht. Dementsprechendist der Spanwinkel in demjenigen Bereich der Schneidkante am größten, indem das Maximum 42 der Abdrängkräfte auftritt. Entsprechendder Abnahme der Abdrängkräfte in Richtung aufdas radial äußere Endeder Schneidkante 7 nimmt auch der Spanwinkel entsprechendab.
    [0050] Beider herkömmlichenDrehfräsbearbeitung desWerkstückeszeigt der Formfehler ΔF über die Lagerbreitedes Werkstückes 20 oftmalseine asymmetrische Ausbildung (9). DasWerkstück 20 weist dementsprechendstatt der beabsichtigten Zylinderform eine konische Form auf. DieseKonizität desbearbeiteten Werkstückbereicheskann durch ein an das DrehfräsenanschließendesBandfinishen nicht beseitigt werden. In 9 ist durcheine Linie 43 ein Andrückschuhder Bandfinishvorrichtung schematisch dargestellt. Infolge der asymmetrischen Formgestaltungnimmt der Andrückschuh 43 eine Schräglage inbezug auf die Werkstückachse 21 ein. Somitwird durch den Bandfinishvorgang die Konizität der Werkstückoberfläche nichtbeseitigt.
    [0051] Damitder Formfehler ΔF über dieLagerbreite spiegelsymmetrisch ausgebildet ist, bezogen auf dieMitte der Lagerbreite, wird das Fräswerkzeug 1 mit mindestenszwei Schneidkanten versehen, die geneigt in das Fräswerkzeug 1 eingebautwerden. Das Fräswerkzeugist somit mehrschneidig ausgebildet, wobei die Zahl der Schneidkantenmindestens 2 beträgt.Durch eine geringfügigeSchräglageder Schneiden kann eine fürdas nachfolgende Finishen, vorzugsweise Bandfinishen, vorteilhafteGeometrie an der Werkstückoberseiteerzeugt werden. In Verbindung mit den beschriebenen verfahrensbedingten Formabweichungenkönnenvorteilhafte Werkstückgeometriendurch die Schrägstellungder Schneidkanten erreicht werden. Aufgrund dieser Schrägstellungkann der in 8 dargestellte symmetrische Verlaufdes Formfehlers ΔF über dieLagerbreite des Werkstückes 20 einfacherreicht werden. Aufgrund der symmetrischen Oberflächenkonturwerden vorteilhafte Voraussetzungen für das Formmaß-Finishengeschaffen, das meist im Anschluß an das Drehfräsen durchgeführt wird.Beim Formmaß-Finishenwird ein Schleifband überden Andrückschuh 43 gegendie rotierende Werkstückfläche gedrückt. Aufgrundder durch die Schrägstellungder Schneidkanten erzielten symmetrischen Ausbildung des Formfehlers ΔF über dieWerkstück-Lagerbreiteergibt sich beim Formmaß-Finisheneine saubere zylindrische Form des Werkstückes 20 im bearbeitetenBereich. Die Größe der Neigungder Schneidkanten hängtvon der Steifigkeit des Werkstückes 20,von den Schneidstoffen, vom Material des Werkstückes 20 sowie vom vorhandenenAufmaß amWerkstück 20 ab.Außerdemkann die Neigung jeder einzelnen Schneide verschieden sein von derNeigung der anderen Schneiden. Die Neigung kann nur wenige Hundertstelmm verschieden sein von Neigungen der Schneidkanten von Werkzeugen,die asymmetrische, insbesondere konische Flächen erzeugen. Die symmetrischeVerteilung der Formfehler ΔF über dieWerkstück-Lagerbreitekann durch sehr geringe Änderungender Neigungswinkel der Schneidkanten erzeugt werden.
    [0052] Nebender Schrägstellungder Schneidkanten könnenauch zusätzlichdie beschriebenen Mechanismen bezüglich Verschleißverhaltenund Abdrängverhaltenbewußtverwendet werden, um nicht als primäres Ziel einen möglichstkleinen Formfehler zu erreichen, sondern eine für das nachfolgende Band-Finishenbesonders geeignete Formabweichung zu erzeugen.
    [0053] Dasorthogonale Drehfräsensowie die Fräswerkzeuge 1 können vorteilhaftbei der Hartbearbeitung der Werkstücke 20 eingesetztwerden, bei der oberflächengehärtete Werkstücke bearbeitetwerden. Hierbei wird die Bearbeitung so durchgeführt, daß die beim Spanvorgang entstehendeSpanungswärmenicht in das Werkstück 20 geht,sondern nach Möglichkeitim Span verbleibt. Durch die hohe Erwärmung des Spanes werden beider Hartbearbeitung die Zerspankräfte verringert. Bei den bekanntenVerfahren lassen sich diese Bedingungen nicht erreichen, da sich über dieSchneidkantenlängeunterschiedliche Eingriffsverhältnisseergeben. Mit der beschriebenen Anpassung der Frässchneiden 3, 4 an dieunterschiedliche Eingriffsverhältnissewird optimal erreicht, daß diebeim Spanvorgang entstehende Spanungswärme im Span verbleibt und dadurchdie Zerspankräfteklein gehalten werden.
    [0054] Dasbeschriebene orthogonale Drehfräsen istselbstverständlichauch fürdie Weichbearbeitung der Werkstückegeeignet, die nicht oberflächengehärtet sind.
    [0055] Beiden beschriebenen Ausführungsformen istdie Schneidkante 7 gerade ausgebildet. Sie kann von einemgeraden Verlauf abweichen, beispielsweise auch stetig gekrümmt sein.
    权利要求:
    Claims (20)
    [1] Verfahren zur Feinbearbeitung, vorzugsweise zurFeinstschlichtbearbeitung, von Werkstücken, vorzugsweise von Kurbelwellen,bei dem eine zylindrische Flächemit mindestens einer geometrisch bestimmten Schneide spanabhebendbearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrischeFläche(6) mit wenigstens zwei Schneidkantenbereichen (17, 18)bearbeitet wird, deren Verschleißfestigkeit und/oder Geometrieunter Berücksichtigungwenigstens einer der Größen Schnittgeschwindigkeit(vc), Zahl der Schneideneingriffe, Spanvolumenund auf das Werkstückwirkenden Abdrängkräfte gestaltet wird.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß dieVerschleißabschnitte(17, 18) an einer einzigen Schneide (7)vorgesehen sind.
    [3] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß dieVerschleißabschnitte(17, 18) auf verschiedene Schneiden (7)aufgeteilt sind.
    [4] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,daß dieSchneide (7) zur Erzielung unterschiedlicher Verschleißfestigkeitmit unterschiedlich verschleißfestenBeschichtungen versehen ist.
    [5] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,daß dieSchneide (7) zur Erzielung unterschiedlicher Verschleißfestigkeitmit unterschiedlichen Schneidstoffen versehen ist.
    [6] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,daß dieSchneide (7) gerade verläuft.
    [7] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,daß dieSchneide (7) gekrümmtverläuft.
    [8] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,daß dieFeinbearbeitung durch orthogonales Drehfräsen erfolgt.
    [9] Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,daß dasorthogonale Drehfräsenmit Rundfräsendurchgeführtwird.
    [10] Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,daß dasorthogonale Drehfräsenmit Eintauchfräsendurchgeführtwird.
    [11] Verfahren, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneide(7) an ihrer Schneidkante mit einer Fase versehen wird,deren Breite in Abhängigkeitvon den auf das Werkstück(20) wirkenden Abdrängkräften gewählt wird.
    [12] Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,daß mitzunehmender Abdrängkraft dieBreite der Fase der Schneidkante abnimmt und mit abnehmender Abdrängkraftzunimmt.
    [13] Verfahren, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkanteder Schneide (7) mit einem Spanwinkel versehen wird, derin Abhängigkeitvon den auf das Werkstück(20) wirkenden Abdrängkräften verändert wird.
    [14] Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,daß derSpanwinkel mit zunehmender Abdrängkraftzunimmt.
    [15] Verfahren, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneide(7) geneigt eingebaut wird.
    [16] Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,daß dasWerkzeug (1) mindestens zwei geneigt eingebaute Schneiden(7) aufweist.
    [17] Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,daß dieSchneiden (7) so geneigt eingebaut werden, daß die Formabweichung(ΔF) am Werkstück (20) über diebearbeitete Werkstücklänge einenzumindest annäherndsymmetrischen Verlauf hat.
    [18] Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,daß dersymmetrische Verlauf symmetrisch zur Werkstückachse ist.
    [19] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet,daß andie Feinbearbeitung ein Band-Finishenanschließt.
    [20] Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet,daß dasBand-Finishen ein Formmaß-Finishen ist.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004022360B4|2018-05-09|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
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