DE102007033767A1

DE102007033767A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstückoberflächen

Info

Publication number: DE102007033767A1
Application number: DE102007033767A
Authority: DE
Inventors: Guido Dr.-Ing. Hegener
Original assignee: EMAG Holding GmbH
Current assignee: EMAG Holding GmbH
Priority date: 2007-07-18
Filing date: 2007-07-18
Publication date: 2009-01-29
Anticipated expiration: 2027-07-19
Also published as: DE102007033767B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur hochgenauen Bearbeitung gehärteter Werkstücke mit sowohl unrunden als auch rotationssymmetrischen Innen- und Außenkonturen an rotierenden Werkstücken (7) mit folgenden Verfahrensschritten: Erstellen einer gewünschten Werkstückkontur durch Schmieden und/oder spanende Weichbearbeitung mit einem Aufmaß (A) für die Hartbearbeitung, Härten des Werkstücks (7), Hartbearbeitung des Werkstücks (7) mit definierter Schneide (17) und anschließendem Schleifvorgang in einer Aufspannung, wobei zur Erzielung einer maximalen Vorschubgeschwindigkeit die Schneide (17) relativ zum Werkstück (7) so bewegt wird, dass die Vorschubbewegung (21) parallel oder in kleinen Winkeln zur Kante der Schneide (17) verläuft.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur hochgenauen Bearbeitung gehärteter Werkstücke mit sowohl unrunden als auch rotationssymmetrischen Innen- und Außenkonturen. Bei der industriellen Serienfertigung von solchen Werkstücken, beispielsweise bei der Herstellung von Sitzen für Lager oder Dichtringe, wird das gehärtete Werkstück einer Hartdrehbehandlung unterzogen und dann geschliffen. Aus der DE 199 20 467 A1 ist eine Schleifmaschine mit Hartdreheinrichtung bekannt. Um die Vorteile des Schleifmaschinenaufbaus für die Hartdrehbearbeitung nutzen zu können, ist auf dem Schleifmaschinenbett eine Aufnahme für ein Drehwerkzeug oder einen Werkzeugrevolver vorgesehen. Auf dieser Maschine kann das Werkstück in einer Aufspannung durch Hartdrehen und Schleifen bearbeitet werden. Des weiteren wurden beispielsweise bei der Bearbeitung von Kurbelwellen Fertigungsverfahren mit dem Ziel entwickelt, die Schleifbearbeitung völlig zu eliminieren. Die EP 1 030 755 B1 zeigt ein Verfahren, wobei im Anschluss an die spanende Bearbeitung mit bestimmter Schneide das Finishen erfolgt. Dazu ist bei der Bearbeitung mit definierter Schneide der Grad der zulässigen Abweichung von vorbestimmten Maß- und Oberflächentoleranzen unbedingt einzuhalten. Um die gewünschte Fertigungsqualität zu gewährleisten, muss der Werkzeugverschleiß genauestens überwacht und jedes einzelne Werkstück kontrolliert werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das rasche und kostengünstige Bearbeitung gehärteter Werkstücke bei hoher Oberflächenqualität und Maßgenauigkeit ermöglicht. Es ist auch Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 5. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein vorteilhafter Aspekt der Erfindung besteht darin, die Hartbearbeitung mit definierter Schneide durch Erhöhen der Vorschubgeschwindigkeit zu beschleunigen und dadurch die Zykluszeit für die Werkstückbearbeitung zu verkürzen. Dabei wird die Werkzeugschneide für die Dauer des Eingriffs mit dem Werkstück in einer Richtung orthogonal zur Werkstückrotationsachse bewegt, so dass die Vorschubbewegung parallel oder in kleinen Winkeln zur Schneidkante verläuft. Erfindungsgemäß wird die erhöhte Vorschubgeschwindigkeit durch optimierte Auslegung der Werkzeugwinkel erreicht. Dabei waren der Anstellwinkel, also die Schneidenausrichtung relativ zur Werkstückachse, und die besonderen geometrischen Verhältnisse bei der Werkzeugbewegung orthogonal zur Werkstückrotationsachse zu berücksichtigen. Eine Schwenkbewegung des Werkzeugs relativ zum Werkstück verursacht zusätzliche Veränderungen der Einstell- und Freiwinkel. Diese sind ebenfalls in Betracht zu ziehen. Bei einem Anstellwinkel von 30° bis 60° wurde für den Keilwinkel an der Werkzeugschneide ein Bereich von 80° bis 135° ermittelt. Vorteilhafte Werte für den negativen Spanwinkel liegen im Bereich von ca. –1° bis –15° und für den Freiwinkel bei 5° bis 30°. Auf diese Weise werden derzeit Vorschubgeschwindigkeiten von bis zu 900 mm/min erzielt. Bei der Hartbearbeitung mit definierter Schneide wird ein minimales Schleifaufmaß so gewählt, dass unvermeidliche Geometriefehler sicher korrigiert werden können. Beim anschließenden Schleifvorgang ist der Werkzeugverschleiß durch die regelmäßigen Abrichtvorgänge leicht zu überwachen. Daher kann die gewünschte Fertigungsqualität auch mit stichprobenartigen Werkstückkontrollen sichergestellt werden. Im Vergleich zum Stand der Technik resultieren daraus erhebliche Zeit- und Kostenvorteile.
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
1 zeigt die Vorderansicht einer Werkzeugmaschine
2 zeigt den Werkzeugrevolver und die Schleifspindel von oben gesehen
3 zeigt den Eingriff des Werkzeugs 15 am Werkstück 7 in vergrößerter Darstellung
4 zeigt das Werkzeug 7 mit den Werkzeugwinkeln in vergrößerter Darstellung
1 zeigt eine Werkzeugmaschine 1 zur hochgenauen Bearbeitung gehärteter Werkstücke 7 mit sowohl unrunden als auch rotationssymmetrischen Innen- und Außenkonturen, wobei nicht erfindungswesentliche Details des Antriebs, der Steuerung und des Gehäuses nicht dargestellt sind. Die Werkstücke 7 werden in der Werkstückhaltevorrichtung 6, bestehend aus der Werkstückspindel 8 und dem Reitstock 9 eingespannt und in Rotation versetzt. Am Maschinengestell 2 sind vertikale Führungen 3 für die beiden Vertikalschlitten 4, 4' vorgesehen. Diese tragen ihrerseits Führungen 12 für die Horizontalschlitten 5, 5'. Im Horizontalschlitten 5 ist der Werkzeugrevolver 10 um eine Schwenkachse 13 drehbar gelagert. Der zweite Horizontalschlitten 5' nimmt die Schleifspindel 11 mit der Schleifscheibe 16 auf.
2 zeigt den Werkzeugrevolver 10 und die Schleifspindel 11 in der Sicht von oben. Durch eine Schwenkbewegung des Werkzeugrevolvers 10 um die Schwenkachse 13 wird das Werkzeug 15 mit der Schneide 17 mit dem Werkstück 7 in Eingriff gebracht. Dabei werden die durch die Schneidenform bedingten Konturabweichungen des Werkstücks 7 durch eine Zustellbewegung des Horizontalschlittens 5 entlang der Führungen 12 ausgeglichen.
Anschließend wird das Werkstück 7 in der gleichen Aufspannung durch die Schleifscheibe 16 einer Schleifbehandlung unterzogen. Durch die regelmäßigen Abrichtvorgänge ist der Verschleiß der Schleifscheibe 16 leicht zu überwachen. Daher reicht eine stichprobenartige Werkstückkontrolle zur Sicherstellung der Fertigungsqualität aus. Aus 3 ist der Eingriff des Werkzeugs 15 am Werkstück 7 ersichtlich. Die Schneide 17 ist unter dem Anstellwinkel ε gegen die Werkstückrotationsachse 19 geneigt. Sie wird während des Eingriffs in der Bewegungsrichtung 20 orthogonal zur Werkstückrotationsachse 19 bewegt. Aus dieser und der Rotationsbewegung 22 des Werkstücks 7 resultierend verläuft die Vorschubbewegung 22 parallel zur Schneide 17 oder in kleinen Winkeln dazu. Zur besseren Übersicht ist in 4 das Werkzeug 7 mit den Werkzeugwinkeln vergrößert dargestellt. Die Schneide 17 wird definiert durch den Keilwinkel β und den Spanwinkel γ. Als vorteilhafte Werte für den Keilwinkel β wurde ein Bereich von 80° bis 135° und für den negativen Spanwinkel γ ein Bereich von minus 1° bis minus 15° ermittelt. Der Freiwinkel α bewegt sich vorteilhafterweise in einem Bereich zwischen 5° und 30°. Freiwinkel α, Keilwinkel β und Einstellwinkel χ ergänzen sich jeweils zu 180°; d. h. wenn zwei dieser Winkel festgelegt wurden, ergibt sich der Dritte aus der Differenz zu 180°. Besonders komplexe Zusammenhänge ergeben sich, wenn Frei- und Einstellwinkel während des Werkstückeingriffs variieren, weil das Werkzeug 7 um die Schwenkachse 13 geschwenkt wird. Mit den optimierten Werkzeugwinkeln kann die Vorschubgeschwindigkeit auf Werte von bis zu 900 mm/min gesteigert werden.

1: Werkzeugmaschine
2: Maschinengestell
3: Führung
4 4': Vertikalschlitten
5 5': Horizontalschlitten
6: Werkstückhaltevorrichtung
7: Werkstück
8: Werkstückspindel
9: Reitstock
10: Werkzeugrevolver
11: Schleifspindel
12: Führung
13: Schwenkachse
14: Rotationsachse
15: Werkzeug
16: Schleifscheibe
17: Schneide
18: Abrichtgerät
19: Werkstückrotationsachse
20: Bewegungsrichtung
21: Vorschubbewegung
22: Rotationsbewegung
A: Aufmaß
α: Freiwinkel
β: Keilwinkel Anstellwinkel
γ: Spanwinkel
κ: Einstellwinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19920467 A1 [0001]
- EP 1030755 B1 [0001]

Claims

Verfahren zur hochgenauen Bearbeitung sowohl unrunder als auch rotationssymmetrischer Innen- und Außenkonturen an rotierenden Werkstücken (7) mit folgenden Verfahrensschritten: – Erstellen einer gewünschten Werkstückkontur durch Schmieden und/oder spanende Weichbearbeitung mit einem Aufmaß (A) für die Hartbearbeitung, – Härten des Werkstücks (7) – Hartbearbeitung des Werkstücks (7) mit definierter Schneide (17) und anschließendem Schleifvorgang in einer Aufspannung dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung einer maximalen Vorschubgeschwindigkeit die Schneide (17) relativ zum Werkstück (7) so bewegt wird, dass die Vorschubbewegung (21) parallel oder in kleinen Winkeln zur Kante der Schneide (17) verläuft.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der Hartbearbeitung mit definierter Schneide (17) der Einstellwinkel (χ) und der Freiwinkel (α) durch eine Schwenkbewegung des Werkzeugs (15) um die Schwenkachse (13) verändert werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Relativbewegung zwischen Werkzeug (15) und Werkstück (7) der Einstellwinkel (χ) innerhalb eines Bereichs von 40° bis 100° der Freiwinkel (α) innerhalb eines Bereichs von 5° bis 30° variiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überwachung der Fertigungsqualität die Werkstücke (7) stichprobenweise vermessen werden.
Werkzeugmaschine zur Bearbeitung sowohl unrunder als auch rotationssymmetrischer Innen- und Außenkonturen an einem rotierenden Werkstück (7), mit wenigstens einem Werkzeug (15) mit ebener Schneide (17), wobei die Schneide (17) zur Durchführung einer Vorschubbewegung in einer Richtung orthogonal zur Werkstückrotationsachse (19) bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Keilwinkel (β) in einem Bereich von 80° bis 135° liegt, dass der Anstellwinkel (ε) zwischen Schneide (17) und Werkstückrotationsachse (19) in einem Bereich zwischen 30° bis 60° liegt und dass zur Schleifbearbeitung eine Schleifspindel (11) vorgesehen ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass, dass der Spanwinkel (γ) in einem Bereich von minus 1° bis minus 15° liegt.