DE2803645C2

DE2803645C2 - Kurbelwellenfräsmaschine

Info

Publication number: DE2803645C2
Application number: DE2803645A
Authority: DE
Inventors: David L. Frankenmuth Mich. Kreucher
Original assignee: WICKES CORP SAGINAW MICH US
Current assignee: WICKES CORP SAGINAW MICH US
Priority date: 1977-01-31
Filing date: 1978-01-27
Publication date: 1983-10-27
Also published as: US4099431A; AT363754B; GB1566996A; ATA63178A; JPS53121286A; DE2803645A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Kurbelwellenfräsmaschine entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs. Derartige Kurbelwellenfräsmaschinen sind aus der Diskussion des Standes der Technik der DE-OS 24 Ϊ9 554 bekannt. Um den zu bearbeitenden Kurbelzapfen in die Bearbeitungslage zu bringen, ist es bekannt, ein numerisch gesteuertes Schrittschaltwerk zu verwenden. Infolge des mechanischen Spiels, das bei derartigen Schrittschaltwerken auftritt, ist es schwierig, den Kurbelzapfen genau in seine Bearbeitungslage zu bringen und in dieser festzulegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kurbelwellenfräsmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der der jeweils zu bearbeitende Kurbelzapfen genau in seine Bearbeitungslage bringbar und in dieser feststellbar ist.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches angegebenen Merkmale.

Sollte bei der Einstellung der Drehlage des zu bearbeitenden Kurbelzapfens der entsprechende Umfangsflächenabschnitt der Kurvenscheibe der ersten Spanneinrichtung nicht mit dem Gleitblock übereinstimmen, so wird bei der Verstellung des Gleitblocks die Kurvenscheibe soweit gedreht, bis Übereinstimmung besteht, und damit die genaue Drehlage erreicht ist. Gleiches gilt für die Einstellung der axialen Lage, da der ein kegelstumpfförmiges Ende aufweisende Druckstift und die entsprechende komplementäre Bohrung den Ausgleich geringer Ungenauigkeiten ermöglichen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der F i g. 1 bis 5 beispielsweise erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine Seitenansicht der Maschine, wobei bestimmte Teile weggelassen sind,

Fig.2 eine Ansicht der Maschine der Fig. 1, wobei bestimmte Teile weggelassen sind,

Fig.3 eine Seitenansicht der ersten Spanneinrichtung, wobei bestimmte Teile weggelassen oder im Querschnitt dargestellt sind,

Fig.4 eine Ansicht der Kurvenscheibe der ersten Spanneinrichtung, wobei bestimmte Teile weggelassen oder im Querschnitt dargestellt sind,

Fig.5 eine Seitenansicht eines Teils der zweiten Spanneinrichtung, wobei bestimmte Teile weggelassen oder im Schnitt dargestellt sind.

Die Hauptteile der Maschine *ind in den Gesamtdarstellungen der F i g. 1 und 2 gezeigt Wegen der Größe und Kompliziertheit verschiedener Elemente der Maschine erscheinen zahlreiche Einzelheiten in den F i g. 1 und 2 nicht, deren Hauptzweck es ist, die Gesamtbeziehung zwischen den verschiedenen Elementen zueinander zu zeigen.

Die Maschine hat einen festen Rahmen 50, auf dem mit Abstand zwei parallele, in Längsrichtung verlaufende Schienen 52 verlaufen, die zwei Reitstöcke 54 und 56 horizontal verschiebbar von links nach rechts und umgekehrt, (Fig. 1) tragen. Die Reitstücke 54 und 56 sind mit Spannfuttern 58 und 60 versehen, die zwischen sich die zu fräsende Kurbelwelle C tragen. Die Reitstöcke sind miteinander durch eine Zugstangenanordnung 62 verbunden, wobei der axiale Abstand zwischen den Reitstöcken 54 und 56 durch die Zugstangenanordnung 62 entsprechend der axialen Länge der zu fräsenden Kurbelwelle Cfestgelegt ist.

Wegen der starren Verbindung zwischen den Reitstöcken 54 und 56 über die Zugstangenanordnung 62 können die Reitstöcke 54 und 56 als Einheit in Längsrichtung horizontal auf den Schienen 52 verstellt werden. Die Verstellbewegung wird durch eine Gewindestangenverbindung 64 erreicht, die von einer numerisch gesteuerten Einstellvorrichtung mit einem Schrittschaltmotor M 2 gedreht wird. Die Gewindestange 68 der Gewindestangenverbindung 64 ist im Rahmen 50 drehbar gelagert und mit einer Mutter 70 in Eingriff, die an dem Reitstock 54 befestigt ist. Durch die Drehung des Antriebsmotors M 2 wird somit die axial stationäre Gewindestange 68 gedreht und diese Drehung wird über die Mutter 70 in eine Längsbewegung des Reitstockes 54 umgewandelt, die wiederum über die Zugstangenanordnung 62 auf den Reitstock 56 übertragen wird. Somit bewegen sich während der Verstellbewegung die Reitstöcke 54 und 56 und die Kurbelwelle C als Einheit von links nach rechts oder umgekehrt, (Fig. 1).

Ein Innenfräser 72 ist an einem Fräserhalter 74 drehbar gelagert. Der Halter 74 wiederum ist an einem Querschlitten 76 vertikal verschiebbar angeordnet, der einen Antriebsmotor TD (F i g. 2) trägt, der den Fräser 72 über eine geeignete Antriebskette antreibt. Der Querschlitten 76 wiederum ist auf Schienen 77 (Fig. 2) gelagert, die die horizontale Verschiebewegung des Querschlittens 76 von links nach rechts und umkehrt aufnehmen.

Während des Fräsvorganges an der Kurbelwelle C wird diese stationär gehalten und der Fräser wird durch die vertikale Bewegung des Halters 74 und die horizontale Bewegung des Querschlittens 76 verschoben, um den gewünschten Fräsvorgang an der stationären Kurbelwelle durchzuführen. Eine normale Arbeitsfolge beginnt an der Kurbelwelle C in der in F i g. 1 gezeigten Lage mit dem zu fräsenden Zapfen Pi,

der iuf die vertikale Wirkebene des ringförmigen Inner fräsers 72 ausgerichtet ist

In der Anfangsstufe befindet sich der Fräserhalter 74 in eii er erhöhten Lage im Vergleich zu der in. den F i g. 1 und : gezeigten, wobei die Mittelachse des Fräsers 72 koaxial zur Hauptachse A der Kurbelwelle C angeordnet ist Der Innendurchmesser des rräsers 72 überschreitet den maximalen Durchmesser der Kurbelwelle G so daß, wenn der Halter 74 in der letzterwähnten erhöhten Lage ist, die Kurbelwelle C die zentrale Öffnung im Fräser 72 während der Längsbewegung der Reitstöcke 54 und 56 frei durchlaufen kann.

Wenn sich die Kurbelwelle C der Halter 74 und der Querschlitten 76 in dieser Lage befinden (wobei die Fräserachse koaxial zu der Kurbelwellenachse A ist), wird in der Anfangsstufe der Fräsfolge der Halter 74 in die in F i g. 1 gezeigte Stellung abgesenkt wobei der Fräser 72 von seinem Antriebsmotor TD während dieser Absenkbewegung gedreht wird. Wen der sich drehende Fräser 72 auf diese Weise abgesenkt wird, fräst er die gegenüberliegenden Seiten der Arme K, die den Zapfen P1 mit dem Haupüagerteil der Kurbelwelle C verbinden. Die Tiefe dieses Absenkhubes wird durch eine Anordnung entsprechend dem Kröpfungs- und Zapfendurchmesser der Kurbelwelle reguliert Am Ende des Absenkhubes (Werkzeughalterlage wie in Fig.2 gezeigt) hat der Fräser 72 die gegenüberliegenden Seiten der Arme K und in gleicher Weise den äußeren oberen Teil des Zapfens P1 bis auf seine Endabmessung gefräst

Zu diesem Zeitpunkt werden der Halter 74 und dar Quer.schlitten 76 in vertikaler bzw. horizontaler Richtung koordiniert angetrieben, damit die Drehachse des Fräsers 72 eine Umlaufbahn um die Achse des Zapfens PX durchführt, so daß der Fräser die Oberräche des Zapfens auf den gewünschten Durchmesst r fräst. Diese koordinierte vertikale und horizontale Bewegung wird durch einen sich drehenden Kurvenscheibenniechanismus 78 erreicht, der den Fräserhalter 74 und den Querschlitten 76 mit der notwendigen koordinierten Bewegung verschiebt.

Am Ende der Umlaufbewegung des Fräsers 72 um den 2'apfen PX ist der Außendurchmesser des Zapfens auf die gewünschte Abmessung gefräst. Der Fräsenhalter 74 wird dann gehoben und in seine Ausgangsstellung zurückgebracht, in der die Werkzeugachse mit der Hauptachse A der Kurbelwelle koaxial ist.

Wenn der Fräser 72 in seine Ausgangsstellung zurückgekehrt ist, erfolgt eine axiale und eine Dreh\ erstellung der Kurbelwelle C, um diese bezüglich des Rahmens so anzuordnen, daß der nächste zu fräsende Zapfen P2 die von dem Zapfen PX in Fig. 1 eingenommene Stellung einnimmt.

Die Axialverstellung der Kurbelwelle wire⁴ durch Betätigung des Schrittschaltmotors M2 erreicht, der über die Gewindestange 68 und die Mutter 70 die Reitstöcke 54 und 56 um einen Schritt nach links in F i g. I verschiebt, um den Zapfen P2 auf die vertikale Wirkebene des Fräsers 72 auszurichten. Die Längsverstellung der Reitstöcke und der eingespannten Kurbelwelle ist im wesentlichen ein dreistufiger Vorgang, wobei die numerisch gesteuerte Einstellvorrichtung den Motor M2 so steuert, daß dieser die Gewindestange 68 mit einer relativ hohen Geschwindigkeit solange antreibt, bis die Reitstöcke und die Kurbelwelle sich der nächsien Stellung nähern. Zu diesem Zeitpunkt wird die Drehgeschwindigkeit der Gewindestange 68 wesentlich verringert und die Gewindestange wird schließlich angehalten, wenn sich der Reitstock 54 nahe der gewünschten Stellung befindet Die abschließende Feineinstellung des Reitstockes 54 wird durch eine Druckstiftanordnung erreicht die einen von einem s Druckmittelmotor 80 betätigten Druckstift 112(Fi g. 5} aufweist der an dem Rahmen befestigt ist sowie einer Druckstiftaufnahmeanordnung 82, die an dem Reitstock 54 durch eine später beschriebene Einrichtung genau angeordnet ist Die Kolbenstange des Motors 80 trägt ίο den Druckstift 112, der ein kegelstumpfförmiges Ende aufweist, das so bemessen ist, daß es in einer komplementären Bohrung 116 der Druckstiftaufnahme 82 einrastet Das Einrasten des Druckstiftes in seine Ausnehmung verschiebt den Reitstock 54 geringfügig in der erforderlichen Weise in eine genau eingestellte Lage.

Die Drehlage der Kurbelwelle C wird durch ein Drehschritt-Schaltwerk 84 erreicht, das das Reitstockspannfutter 58 antreibt um die Kurbelwelle Czu drehen und den Zapfen P2 genau in die von dem Zapfen PX in F i g. 1 eingenommene Drehlage zu schieben. Das Drehschritt-Schaltwerk hat einen Antriebsmotor M3, der von einer numerischen Einstellvorrichtung gesteuert wird, die mit einem Antriebsmechanismus verbunden ist um das Spannfutter 58 zu drehen, sowie einen Mechanismus mit einer abgeflachten Kurvenscheibe 88 und einem Keil 90, der das Spannfutter 58 und damit die Kurbelwelle C in der gewünschten Drehstellung genau anordnet und drehmäßig verriegelt Die Kurvenscheibe 88 hat im wesentlichen eine etwa polygonale Form und ist mit der Spannfutterdrehwelle 150 (F i g. 3) drehfest verbunden. Der Keil 90 wird von einem Hydraulikmotor 92 in eine Klemmstellung zwischen einer ebenen, geneigten Fläche an dem Reitstockrahmen 100 (F i g. 3 bis 5) und einer ebenen Fläche an der Kurvenscheibe 88 in Eingriff gebracht und aus dieser gelöst Diese Anordnung wird später im einzelnen beschrieben.

Wenn der Zapfen P 2 nun die Stellung des Zapfens P X in F i g. 1 einnimmt, wird der zuvor beschriebene Fräsvorgang wiederholt.

An dem Reitstock 54 angeordnete Teile sind in den Fig.3, 4 und 5 gezeigt. Der Reitstock 54 hat einen starren Reitsteckrahmen 100, der auf den Schienen 52 « durch Kufen 102 verschiebbar gelagert ist. Der Rahmen 100 hat eine Ausnehmung 104 zur Bildung eines Durchgangs für die Gewindestange 68 und die Mutter 70, die mit der Gewindestange 68 in Eingriff steht und in der Ausnehmung 104 fest angeordnet ist. An dem unteren Teil des Reitstockrahmens 100 sind drei die Zugstangenanordnung 62 bildende längsverlaufende Zugstangen 106,108 und 110 mit dem Reitstockrahmen fest verbunden. Diese Zugstangen dienen, wie bereits gesagt dazu, den Reitstock 54 mit dem Reitstock 58 starr zu verbinden, so daß sich die Reitstöcke als eine Einheit in einer festen getrennten Beziehung zueinander bewegen.

Wie F i g. 5 zeigt, hat die Druckstiftaufnahme 82 einen trapezförmigen Block 118, der in einem vertikal geneigten Kanal 120 des Reitstockrahmens 100 aufgenommen ist Eine Einstellschraube 122 ist in den Rahmen 100 eingeschraubt und liegt an der oberen Oberfläche des Blocks 118 an. Wird die Einstellschraube 122 in den Rahmen 100 eingeschraubt, um auf den Block 118 nach unten einen Druck auszuüben, kann der Block 118 nach unten in den Kanal 120 getrieben werden. Die vertikale Neigung des Kanals veranlaßt eine Verschiebung des Blocks und damit der Mittellinie der Bohrung

116 von rechts nach links in Fig.5, wenn die Schraube 122 nach unten gegen den Block geschraubt wird. Die Neigung der Kanalwände 120 ermöglicht so eine sehr genaue Einstellung der Mittellinie der Bohrung 116 relativ zu dem Reitstockrahmen 100. Das kegelstumpfförmige Ende 114 des Druckstiftes 112 kann somit in die Bohrung 116 eindringen, auch wenn seine Mittellinie und die Mittellinie der Bohrung geringfügig fehlausgerichtet sind, und wenn der Druckstift in seine voll eingerastete Stellung eingetrieben wird, übt er nötigenfalls auf den Reitstock eine Kraft aus, um ihn zu verschieben, bis der Druckstift und die Bohrung genau koaxial fluchten. Die durch das Einrasten des Druckstiftes 112 dem Reitstock 54 verliehene Verschiebebewegung ist normalerweise sehr gering, da die numerische Einstellsteuereinrichtung, die den Gewindestangenantrieb des Reitstocks steuert, selbst sehr genau arbeitet. Es ist jedoch sehr schwierig, jedes Spiel eines mechanischen Antriebs vollständig zu beseitigen, und die Druckstiftanordnung in F i g. 5 sichert eine genaue Positionierung des Reitstocks.

Die zuvor beschriebene Anordnung wird wie gesagt dazu verwendet, den Reitstock 54 relativ zu dem Maschinenrahmen 50 in Längsrichtung zu bewegen und in Längsrichtung festzulegen, um dadurch die Kurbelwelle bezüglich des Fräsers axial zu positionieren. Die Anordnung zur drehmäßigen Positionierung der Kurbelwelle relativ zu dem Fräser wird ebenfalls von dem Reitstock 54 getragen, wie die F i g. 3 und 4 zeigen.

Wie Fig.3 zeigt, ist eine Hauptspannfutterspindel 150 im Reitstockrahmen 100 in Lagern 152, 154 gelagert. Die Drehachse der Spindel 150 entspricht der Hauptachse A der F i g. 1, d. h, das Spannfutter 58, das in F i g. 3 teilweise gezeigt ist, ist an dem rechten Ende der Spindel 150 in F i g. 3 befestigt und trägt die Kurbelwelle C mit ihrer Hauptachse koaxial zur Drehachse der Spindel 150. Eine zentrale Bohrung durch die Spindel 150 schafft einen Durchgang zur Befestigung einer Spannfutterbetätigungswelle 158.

Die Spindel 150 kann wie gesagt in einer Drehschrittschaltbewegung durch Betätigung des Antriebsmotors Λ/3 angetrieben werden, der über ein Getriebe 160 mit einem Stirnrad 162 gekuppelt ist, das auf der Spindel 150 drehfest sitzt Eine allgemein polygonale Kurvenscheibe 88 sitzt ebenfalls drehfest auf der Spindel 150. Die Kurvenscheibe 88 wird in Verbindung mit dem Klemmechanismus 90 verwendet, um die Spindel 150 in ausgewählte Dreheinstellagen zu drehen und festzulegen.

Wie F i g. 4 zeigt, ist der Umfang der Kurvenscheibe 88 mit mehreren ebenen ümiangsflächen 164,166,168, 170, 172, 174, 176 und 178 versehen. Diese ebenen Flächen sind relativ zueinander genau um die Achse der Spindel 150 angeordnet, so daß die Spindel in irgendeiner Drehlage bezüglich des Rahmens festgehalten werden kann. Die Flächen 164 usw. entsprechen jeweils der Winkellage der einzelnen Kurbelzapfen um die Achse der Kurbelwelle. Bei einer Vierzylinder-Kurbelwelle, deren Zapfen bei 0°, 90°, 180°, 270" um die Hauptkurbelwellenachse liegen, werden die Rächen 164, 168, 172 und 176 verwendet, um die Kurbelwelle aufeinanderfolgend mit den aufeinanderfolgenden Zapfen mit dem Fräser in Arbeitsbeziehung zu drehen. Bei einer Sechszylinder-Kurbelwelle, bei der die Zapfen in einem Winkelabstand von jeweils 60° um die Welle liegen, werden die Rächen 164, 166, 170, 172, 174 und 178 zur Drehung in die Arbeitsstellung der Kurbelwelle verwendet

Wie bei der Axialverstellung des Reitstocks durch die numerische Einstellsteuerung durch Betätigung der Gewindestange 68, wird der Motor M3 verwendet, wenn die Spindel 150 zur Drehung gelöst wird, um sie in die nächste gewünschte Winkellage unter der Steuerung einer numerisch gesteuerten Einstelleinrichtung zu drehen. Die genaue Lage der Spindel 150 wird schließlich durch das Zusammenwirken zwischen dem Keil 90 und einer ebenen Umfangsfläche 164 usw. der Kurvenscheibe erreicht.

Der Keil 90 hat einen Gleitblock 180, der an dem Reitstockrahmen 100 befestigt ist. Der Gleitblock 180 ist mit einer geneigten Gleitfläche 182 versehen, die in einer Ebene senkrecht zur Radialebene liegt, die die Achse der Spindel 150 enthält, und bezüglich der Achse der Spindel 150 geneigt ist Ein Führungsschlitz 184 ist vorzugsweise längs der Mitte der Gleitfläche 182 gebildet, um einen Klemmbiock 186 seitlich zu führen, dessen flache Unterseite 188 gleitbeweglich gegenüber der Gleitfläche 182 liegt Ein Vorsprung 190 an der Unterseite des Klemmblocks 186 ist im Führungs-Schlitz 184 des Gleitblocks 180 verschiebbar aufgenommen, um den Klemmbiock 186 relativ zum Gleitblock 180 zu führen.

Die Oberseite 192 des Klemmblocks 186 liegt in einer horizontalen Ebenen senkrecht zur Radialebene, die die Achse der Spindel 150 enthält.

Der Klemmblock 186 ist durch eine Totgangkupplung 194 mit der Kolbenstange 196 eines Hydraulikmotors 92 verbunden. Der Klemmblock 186 ist in seiner eingerückten, das Spannfutter festlegenden Stellung gezeigt, in der die gegenüberliegenden Flächen 188 und 192 des Klemmblocks zwischen der Gleitfläche 182 des Gleitblocks 180 und einer flachen Umfangsfläche z. B. der Fläche 172 der Kurvenscheibe 88 festgeklemmt sind. Bei Betätigung des Motors 92, im Sinne des Zurückziehens der Kolbenstange 196, wird der Klemmblock 186 nach links (F i g. 3) zurückgezogen, um seine Fläche 192 von der Kurvenscheibe 88 zu lösen und die Kurvenscheibe 88 und die Spindel 150 in eine neue Winkellage zu drehen.

Wegen der Winkelbeziehung zwischen der Gleitblockfläche 182 und den Rächen 188 und 192 des Klemmblocks 186 ist ersichtlich, daß, wenn der Klemmblock 186 (Fig.3) nach rechts bewegt wird, seine an der Kurvenscheibe 88 angreifende Fläche 192 sich vertikal nach oben bewegt, um eine ebene Umfangsfläche der Kurvenscheibe 88 zu erfassen. Wenn die Spindel 150 mit der Kurvenscheibe 88 nicht genau in der gewünschten Drehausrichtung ist, schlägt die sich nach oben bewegende Fläche i92 des Kiemmbiocks 186 an dem unteren Teil der ebenen Kurvenscheibenfläche an, um die Kurvenscheibe und damit die Spindel in die gewünschte Drehlage zu bringen, wenn der Klemmblock 186 in seine in Fig.3 gezeigte Klemmlage gebracht wird. Wenn der Klemmblock 186 fest eingerastet ist, wie F i g. 3 zeigt, schafft die Verbindung zwischen der ebenen Fläche 192 des Klemmblocks und einer Kurvenscheibenfläche z. B. der Fläche 172 (F i g. 4) eine Lagefestlegung, die jede Drehung der Kurvenscheibe 8 und damit der Spindel 150 verhindert

Eine zweite Kolbenstange 198 steht über das entgegengesetzte Ende des Zylinders des Motors 92 vor und trägt zwei Grenzschalterantriebe 200, 202, zur Betätigung von zwei Grenzschaltern LSZ und LS 4, die an einem an dem Motor 92 angeordneten Arm 204 sitzen. Der Stößel des Grenzschalters LSZ wird, wie Fig.3 zeigt dazu verwendet die Lage des Klemm-

blocks 186 in einer Klemmstellung anzuzeigen, während der Antrieb 202 an dem Stößel des Grenzschalters LS 4 angreift und diesen betätigt, um zu signalisieren, daß der Klemmblock 186 seine voll zurückgezogene Stellung erreicht hat.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Kurbelwellenfräsmaschine, bei der ein umlaufender Fräser zur Bearbeitung der Kurbelwellenzapfen senkrecht zur Kurbelwellenachse vorgesehen ist und die zu bearbeitende Kurbelwelle während der Bearbeitung zwischen zwei Reitstöcken in Spannfuttern fest einstellbar und zur Verstellung des zu bearbeitenden Kurbelzapfens in die Bearbeitungslage axial verschiebbar und drehbar ist, gekennzeichnet durch

eine erste Spanneinrichtung (88,186) zur Festlegung der Drehlage der Kurbelwelle (C), bestehend aus einer mit einem das eine Ende der Kurbelwelle aufnehmenden Spannfutter (58) drehfest verbündenen, polygonalen Kurvenscheibe (88) und einem auf einer Gleitfläche (182) geführten, hydraulisch betätigbaren Klemmblock (186), der in der Feststellage der Kurvenscheibe (88) mit einem der Umfangsflächenabschnitte (164—178) der Kurvenscheibe (88) zusammenwirkt, und

eine zweite Spanneinrichtung (80,82) zur Festlegung der axialen Lage der Kurbelwelle, bestehend aus einem hydraulisch betätigbaren Druckstift (112) mit kegelstumpfförmigem Ende (114), der in eine von mehreren komplementären, auf einer Linie parallel zur Kurbelwellenachse angeordneten Druckstiftaufnahmen an dem die erste Spanneinrichtung tragenden Reitstock (54) einrastbar ist.

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