DE3887439T2

DE3887439T2 - Monotonische schneidevorrichtung.

Info

Publication number: DE3887439T2
Application number: DE3887439T
Authority: DE
Inventors: Allan J Heffron
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-05-13
Filing date: 1988-05-13
Publication date: 1994-06-30
Anticipated expiration: 2008-05-14
Also published as: EP0313644B1; DE3887439D1; WO1988008765A1; CA1319544C; JPH02500260A; EP0313644A4; US4790698A; US4790698B1; EP0313644A1

Description

Hintergrund der Erfindung

I. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Bearbeitung von Teilen, insbesondere eine Einrichtung zur Bearbeitung von Hauptlagern, Kurbelzapfen, Flanschen, Flanken u. dgl. der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine oder zur Bearbeitung irgend eines Teils, das einen runden Außendurchmesser oder Fläche hat.

II. Beschreibung des Standes der Technik

Die Kurbelwelle ist ein allgemein bekanntes Element eines Motors mit hin- und hergehendem Kolben oder eines Kompressors. Die Kurbelwelle weist mehrere Hauptlager auf, um deren Mitten die Kurbelwelle rotiert, und mehrere Kurbelzapfen, die gegenüber der Achse der Kurbelwelle versetzt sind. Die Kolben der Maschine sind mit den Kurbelzapfen mittels mehrerer Pleuelstangen verbunden. Die Kurbelwelle wandelt die lineare Bewegung der Kolben in eine Drehbewegung um, die dann auf eine Antriebseinrichtung, Getriebe o. dgl. übertragen wird.
Wegen der hohen Drehgeschwindigkeit und beim Betrieb auftretenden Beanspruchungen wird die Kurbelwelle aus Metall geschmiedet (üblicherweise Stahl oder duktiles Eisen), um ausreichende Festigkeit aufzuweisen; es ist wichtig, daß die Kurbelwelle mit großer Genauigkeit bearbeitet wird. Die zu bearbeitenden Elemente umfassen die Gegengewichte (Wangen) und die Durchmesser, die Hauptlager- und Kurbelzapfenlagerflächen (Seitenwände und Axiallagerwände), Durchmesser und Hinterschneidungen und andere Flächen und Durchmesser wie Zahnradsitze, Öldichtungen, Riemenanschlüsse, Schleuderringe, Zahnräder und Reluktoren.
Es sind verschiedene Verfahren bekannt, um Kurbelwellen aus rohen Schmiedestücken oder Gußstücken zu bearbeiten. Jedes dieser bekannten Verfahren hat jedoch mehrere Nachteile. Das Bearbeiten der Kurbelwellen durch Drehen ermöglicht nur eine geringe Flexibilität für den Werkzeugwechsel, erfordert häufigen Werkzeugwechsel und andere Wartungsarbeiten, ermöglicht eine geringe Spänekontrolle und führt zu einem hohen Geräuschpegel in der Werkstatt. Im Gegensatz dazu bedingt die Bearbeitung durch Schälen und/oder Drehräumen hohe Anfangskosten und Erneuerungskosten, fordert eine große Bodenfläche und hat eine geringe Auflagestabilität; die Flexibilität hinsichtlich der Maschinenausstattung ist gering. Auch Fräsen wurde schon eingesetzt, um Kurbelwellen zu bearbeiten, es ermöglicht jedoch nicht vollständig die Kombination von verschiedenen Arbeitsgängen am Werkstück am gleichen Ort; zugleich sind die Wartungskosten verhältnismäßig hoch; es ist nicht zweckmäßig für eine Anzahl von Kurbelwellenbearbeitungen, erfordert eine spezielle Vorbearbeitung der Kurbelwelle und hat verhältnismäßig hohe anfängliche Kosten und Erneuerungskosten. Schließlich ist es auch bekannt, jedoch nicht häufig angewendet, Kurbelwellen durch Schleifen zu bearbeiten, weil die Anfangskosten und die Erneuerungskosten hoch sind, die Produktionsleistung gering ist und die Kosten für empfindliche Werkzeuge hoch sind; die Stillstandszeit für den Werkzeugwechsel ist beträchtlich; es besteht keine Möglichkeit, verschiedene Bearbeitungen zu kombinieren; die Schnittgeschwindigkeiten, die Vorschubgeschwindigkeiten und die Toleranzen der Werkzeugabmessungen können nicht optimal gestaltet werden. Die verhältnismäßig hohen Kosten für die Bearbeitung von Kurbelwellen ist ein wesentlicher Faktor in den Herstellungskosten eines Motors und damit auch für die Herstellung eines Kraftfahrzeugs. Ein wesentlicher Grund für die Kosten und den geringen Wirkungsgrad bekannter Herstellungsverfahren liegt darin, daß es erforderlich ist, die Bearbeitungsschneide, das Werkzeug oder Anbaugerät aus dem Bereich des Werkstücks zurückzuziehen oder hin- und herzubewegen, bevor ein neues Werkstück eingebracht und bearbeitet werden kann.
Die genannten Nachteile sind teilweise überwunden worden durch eine Vorrichtung, die in der EP-A-0264474 dargestellt ist; es wird davon ausgegangen, daß deren Inhalt in den Angaben zum Stand der Technik gemäß Artikel 54(3) und (4) EPÜ zusammengefaßt ist. Die EP-A-0264474 offenbart eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks, das eine Mittellinie aufweist, wobei die Vorrichtung ein Drehbankbett aufweist, eine Einrichtung zum abnehmbaren Lagerung des Werkstücks an dem Drehbankbett, wobei die Werkstück-Mittelachse in einer vorgegebenen Richtung angeordnet ist, eine Einrichtung, um das Werkstück um die Mittelachse in einer ersten Drehrichtung zu drehen, eine Welle mit einer Längsachse, die parallel zu der Werkstückdrehachse angeordnet ist, eine Einrichtung, um die Welle um ihre Längsachse in einer zweiten Richtung zu drehen, die die gleiche ist wie die erste Richtung, eine ebene Scheibe, die rechtwinklig auf der Welle gelagert und mit dieser drehbar ist, um einen Scheibenmittelpunkt zu definieren, und mehrere aufeinanderfolgende Werkzeuge, die auf dem Umfang der Scheibe in Abständen von dem Scheibenmittelpunkt angeordnet sind, die allgemein schrittweise kontinuierlich längs einem ersten Abschnitt des Scheibenumfangs zunehmen; die Scheibe weist einen ausgeschnittenen zweiten Abschnitt an ihrem Umfang auf, der so dimensioniert ist, daß er Raum für das Einbringen und Herausnehmen des Werkstücks in und aus dem Drehbankbett schafft.
Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die die vorher genannten und andere Nachteile der bekannten Einrichtungen überwindet und eine gegenüber der Vorrichtung nach der EP-A-0264474 verbesserte Funktion aufweist.

Zusammenfassung der vorliegenden Erfindung

Diese Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung dadurch gelöst, daß eine Vorrichtung nach Anspruch 1 geschaffen wird. Diese Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks oder Teils mit rundem Außendurchmesser oder Fläche, wie eine Kurbelwelle, ergibt eine verbesserte Kombination von geringen anfänglichen Kosten und Erneuerungskosten mit einer hohen Flexibilität beim Werkzeugwechsel und der Änderung der Gestaltung, während der Bedarf an Bodenfläche und der Geräuschpegel auf ein Minimum verringert werden. Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kombiniert mehrere Bearbeitungsvorgänge in einem einzelnen Schritt und erlaubt die Verwendung von optimalen Schnittgeschwindigkeiten, Werkzeug-Vorschubgeschwindigkeiten, Schneidwerkzeug-Zusammenstellungen und Abmessungstoleranzen der Schneidwerkzeuge.
Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Drehbankbett und eine Einrichtung zur drehbaren Lagerung des Werkstücks, vorzugsweise einer geschmiedeten, vorzentrierten Kurbelwelle, auf dem Bett. Die Vorrichtung weist außerdem eine Welle auf, die parallel zu der Drehachse des Werkstücks angeordnet ist und in derselben Richtung wie die Drehrichtung des Werkstücks drehbar ist. Mindestens eine im wesentlichen ebene Scheibe ist fest auf der Welle angebracht und synchron mit dieser drehbar. Die Scheibe hat mehrere Schneidwerkzeuge, die an einem Teil des Scheibenumfangs angeordnet sind, wobei die Werkzeuge in einem im allgemeinen schrittweise zunehmendem Abstand von der Scheibenmitte angeordnet sind. Der Umfang der Scheibe weist auch einen zweiten ausgeschnittenen Abschnitt zwischen den radial äußersten und innersten Werkzeugen auf.
Im Betrieb wird die Scheibe gedreht, um zuerst die radial innersten Werkzeuge und dann die aufeinanderfolgend weiter äußeren Werkzeuge in Eingriff mit derselben Stelle am drehenden Werkstück zu bringen, um es zu bearbeiten. Das Werkstück und die Scheibe werden jeweils mit programmierten, veränderbaren Geschwindigkeiten gedreht, um die Schneidwerkzeug-Vorschubgeschwindigkeit und die lineare Werkstück-Oberflächengeschwindigkeit für jedes der Werkzeuge oder Gruppen von Werkzeugen optimal zu erreichen, beispielsweise für das Grobbearbeiten, für das Feinbearbeiten oder hinsichtlich der Dimensionierung der Werkzeuge, abhängig von den auszuführenden Bearbeitungen.
Sobald das radial äußerste Werkzeug das Werkstück bearbeitet hat, gibt der ausgeschnittene Abschnitt des Scheibenumfangs ausreichenden Raum, um das Werkstück vollständig von dem Drehbankbett abzunehmen, ohne daß es erforderlich ist, die Scheibe und ihre zugeordneten Schneidwerkzeuge aus dem Weg zu verschieben oder in ihre anfängliche Stellung außer Eingriff zu bringen. Das Werkstück wird einfach und direkt in seine Ausgangsstellung gedreht. So macht die vorliegende Erfindung zusätzlich zu den vorher erwähnten Vorteilen die Verwendung von Werkzeugschlitten oder hin- und herbewegbaren Werkzeugträgern überflüssig und vermeidet den damit verbundenen Verschleiß, nachteilige Abmessungstoleranzen und zusätzliche Mechanismen, die bei den bekannten Räumwerkzeugen u. dgl. vorhanden sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung, die im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung zu lesen ist, worin gleiche Bezugszahlen in allen Darstellung gleiche Teile bezeichnen; darin ist:
Fig. 1 eine Vorderansicht der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für die typische Anwendung bei einem Hauptlager;
Fig. 2 ein Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1;
Fig. 3 ein Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2;
Fig. 4 ein Schnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 2;
Fig. 5 eine Teildraufsicht auf die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ähnlich der Fig. 1, jedoch ohne Darstellung einer Maschine mit Antrieb an beiden Enden mit Bearbeitung der Gegengewichtkanten; und
Fig. 6 eine Teil-Seitenansicht einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei eine Maschine mit Antrieb an beiden Enden dargestellt ist zur Bearbeitung der Kurbelzapfen 2 und 3.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung

Wie in Fig. 1 gezeigt, weist die dort dargestellte Bearbeitungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung ein einteiliges äußeres Gehäuse 12 auf. Eine Lippe 13, die am Umfang des Gehäuses 12 angeordnet ist, leitet versprühte Kühlflüssigkeit oder Schmiermittel zurück zu einer die Späne zurückhaltenden Öffnung (nicht gezeigt), die in eine herkömmliche Vorrichtung zur Entsorgung der Späne führt. Das Gehäuse 12 weist zwei Spindelgehäuse 14 aus verstärktem, dickwandigem, feinkörnigem Gußeisen auf, die mit dem Gehäuse mit Querpaßfedern verbunden sind, um die Ausrichtung damit einzuhalten. Zwei Wellengehäuse 16 sind einteilig mit den Spindelgehäusen 14 ausgefüllt und in ähnlicher Weise aus feinkörnigem Gußeisen hergestellt.
Ein Drehbankbett zum Drehen eines zu bearbeitenden Werkstücks besteht aus zwei im Abstand angeordneten Lagern 18, die in den Spindelgehäusen 14 enthalten sind (wobei nur ein Lager 18 dargestellt ist); zwei Spindelhohlwellen 20 sind zurückziehbar in jedem der Lager 18 aufgenommen. Die Hohlwellen tragen jeweils eine Spindel 22, die auf ein Werkstück 26 zentrierbar ist, das zwischen den Spindeln 22 durch ein Spannfutter 24 am Ende jeder der Spindeln 22 erfaßt und gehalten wird. Die Spannfutter 24 sind hydraulisch betätigt, ebenso die Zurückziehung der Hohlwellen 20, so daß das Werkstück 26 vollständig auf dem Drehbankbett angebracht und davon abgenommen werden kann. Die Spannfutter 24 weisen jeweils mehrere Backen 25 auf, um das Werkstück 26 zu ergreifen und zu halten. Eine Werkzeugwelle 28 ist am Wellengehäuse 16 in zwei reibungsarmen Lagern 30 gelagert,die in dem Wellengehäuse 16 enthalten sind.
Die Vorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise zwei Stützen (Auflager) 27 aufweisen, die mit zwei Lagerflächen 29 in Eingriff stehen, die vorher an dem Werkstück 26 bearbeitet wurden. Zusätzlich oder alternativ (obwohl nicht dargestellt) kann die Vorrichtung 10 eine oder mehrere herkömmliche Vorrichtungen zur Handhabung des Werkstücks 26 aufweisen, wie eine Lade-, Transfer-, Übergabe- oder andere Einrichtung, um das Werkstück 26 relativ zu dem Maschinenbett zu bewegen.
Jede der Spindeln 22 und die Welle 28 drehen sich in derselben Richtung, d.h. jeweils im Uhrzeigersinn oder in entgegengesetzter Richtung, bei Blickrichtung von dem gleichen Ende. Jede Spindel 22 wird durch einen parallelen Satz von schrägverzahnten Zahnrädern (nicht gezeigt) durch einen frequenzgeregelten Wechselstrommotor oder einen anderen herkömmlichen Motor über eine Riemenscheibe, Keilriemen und eine Luftbremsenanordnung angetrieben. Das Werkstück 26 wird somit an seinen beiden Enden angetrieben. Die Welle 28 wird durch einen zweiten frequenzgeregelten Wechselstrommotor oder einen anderen herkömmlichen Motor über ein Hochleistungs- Schneckengetriebe und einen Schwingungsdämpfer (nicht gezeigt) angetrieben, wobei letzterer dem Zweck dient, ein Überdrehen der Welle 28 zu vermeiden. Die Antriebsverbindung zwischen den Einrichtungen zum Antrieb der Spindeln 22 und der Welle 28 ist dadurch gekennzeichnet, daß sie geeignet ist, die Spindel 22 und die Welle 28 mit unterschiedlichen, veränderbaren Drehgeschwindigkeiten anzutreiben.
Die Welle 28 weist vorzugsweise ein Stahlrohr von 250 mm Durchmesser mit einer Wanddicke von 50 mm auf. Der Außendurchmesser der Welle 28 ist geschliffen und dient als Basis für einen oder mehrere drehbare Schneidkörper, die daran angebracht sind. Die Schneidkörper weisen vorzugsweise mehrere Scheiben auf, wie die Scheiben 32, 34 und 36, die in Fig. 1 gezeigt sind. Eine Drehung der Welle 28 dreht die Schneidkörper in Bezug auf das Werkstück 26, wodurch ein Bearbeitungsvorgang daran ausgeführt wird. Das Werkstück 26 wird mit einer Geschwindigkeit gedreht, die größer ist als die Drehgeschwindigkeit der Welle 28, wobei eine einzige Drehung der Welle 28 ausreichend ist, um die Bearbeitung des Werkstücks 26 durch die Vorrichtung 10 zu vollenden.
Mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 wird der Aufbau der Schneidkörper im einzelnen am Beispiel der Scheibe 32 erläutert. Mehrere Schneidwerkzeuge 38 sind am Umfang 40 der Scheibe 32 angeordnet, wobei ihr radialer Abstand von der Mitte der Scheibe 32 von einem radial innersten Schneidwerkzeug 42 zu einem radial äußersten Schneidwerkzeug 44 zunimmt. Der Umfang 40 der Scheibe 32 weist auch einen ausgeschnittenen Abschnitt 46 auf, der keine Schneidwerkzeuge trägt, jedoch einen freien Raum für den freien Durchtritt des Werkstücks 26 in Bezug auf die Scheibe 32 schafft. Die Scheibe 32 ist aus mehreren Scheibensegmenten 50 gebildet, die starr jedoch abnehmbar auf einer Scheibennabe 48 angeordnet sind. Die Anordnung der Segmente 50 in Bezug auf die Nabe 48 wird genau eingehalten durch Eingriff einer Nabenpaßfeder 49 an der Nabe 48 und an jedem der Segmente 50. Die Nabe 48 ist in ähnlicher Weise starr jedoch abnehmbar an der Welle 28 angebracht und wird in einer genauen Stellung durch eine Wellenpaßfeder 51 gehalten, die in Eingriff mit der Welle 28 und der Nabe 48 steht.
Im Betrieb dreht sich das Werkstück 26 beispielsweise im Gegenuhrzeigersinn, wie durch den Pfeil 54 dargestellt. Die Scheibe 32 dreht sich in der gleichen Richtung, beispielsweise im Gegenuhrzeigersinn, wie durch den Pfeil 52 dargestellt. Die Drehung der Scheibe 32 bringt somit zunächst das radial innerste Schneidwerkzeug 42 in Eingriff mit dem Werkstück 26, und die anderen Werkzeuge 38 werden nacheinander in Eingriff mit dem Werkstück 26 gebracht, bis das Werkstück schließlich in Eingriff mit dem radial äußersten Werkzeug 44 tritt und bearbeitet wird.
In Fig. 3 ist ein Verfahren zur Befestigung der Segmente 50 an der Nabe 48 in Einzelheiten gezeigt. Jedes Scheibensegment 50 weist eine ringförmige Ausnehmung auf, die an der radial inneren Fläche des Segments 50 ausgebildet ist, die darin einen ringförmigen Vorsprung 58 aufnimmt, der auf der radial äußeren Fläche der Nabe 48 ausgebildet ist. Außerdem weist jedes der Segmente 50 mindestens zwei Öffnungen 60 auf, die in Zuordnung zu einem entsprechenden Paar von Gewindebohrungen 62 ausgebildet sind, die in der Nabe 48 ausgebildet sind, und zwar eine auf jeder Seite der Vorsprünge 58. Eine Schraube 64 ist in jeder Öffnung 60 angeordnet und steht in Eingriff jeweils mit einer der Bohrungen 62, so daß jedes Segment 50 an der Welle starr, jedoch abnehmbar befestigt ist.
In den Fig. 3 und 4 sind zwei der mehreren verschiedenen Werkzeugschneidkörper dargestellt, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Vorzugsweise sind die Werkzeuge 38 am Umfang 40 der Scheibe 32 so angeordnet, daß Werkzeugschneidkörper normaler Leistungsfähigkeit, wie ein Paar von Schneidkörpern 66 am Werkzeug 42, bei den radial weiter inneren Werkzeugen 38 verwendet werden, während Präzisionswerkzeugschneidkörper, wie die Schneidkörper 68, am Werkzeug 44 an den radial weiter äußeren Werkzeugen 38 verwendet werden. Dies ermöglicht es, Werkzeugschneidkörper normaler Leistungsfähigkeit für den groben Schnitt u. dgl. zu verwenden, d.h. für die weniger genauen Bearbeitungsschritte, während Präzisionswerkzeugschneidkörper verwendet werden, um die Durchmesser-Fertigbearbeitung, Kalibrierung u. dgl. auszuführen. Die Schneidplatten 66 normaler Leistungsfähigkeit und die Präzisionsschneidkörper 68 werden an den jeweiligen Scheibensegmenten 50 in irgendeiner herkömmlichen Weise befestigt, beispielsweise durch Schrauben und Klemmeinrichtungen (nicht gezeigt).
Die Vorrichtung 10 nach der vorliegenden Erfindung ist besonders brauchbar für die Bearbeitung der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine. Eine solche Kurbelwelle ist allgemein in Fig. 1 dargestellt, jedoch sind die Teile der Anordnung im einzelnen in den Fig. 5 oder 6 gezeigt. Beispielsweise weist eine Kurbelwelle 70 für einen Vierzylinder-Automobilmotor mehrere koaxiale Hauptlager 72 auf, die zwei Paare 74 und 76 von koaxialen Kurbelzapfen trennen. Die Kurbelzapfen 74 und 76 sind mit den Hauptlagern 72 durch mehrere Arme 78 verbunden. Die Arme 78 verbinden auch mehrere Gegengewichte 80 mit den Hauptlagern 72 gegenüber den Kurbelzapfen 74 und 76. Während des Bearbeitungsvorgangs müssen die Durchmesser der Hauptlager 72 und Lagerzapfen 74 und 76 auf die entsprechenden Durchmesser bearbeitet werden, durch Grobschleifen und/oder Feinschleifen. Außerdem müssen die Stirnflächen der Gegengewichte 80 und die Stirnflächen der Flansche so bearbeitet werden, daß sichergestellt ist, daß sie bei der Drehung der Kurbeln auf den Kurbelzapfen 74 und 76 während des Betriebs der Maschine nicht stören. Außerdem ist es erwünscht, zwei Stege 84 an jedem der Kurbelzapfen 76 auszubilden, mindestens auf ihrer radial äußeren Fläche. Ein Hinterschneiden der verschiedenen Teile der Kurbelwelle 70 ist ebenfalls erwünscht.
Die Kurbelwelle 70 weist ein erstes Ende 86 auf, an dem ein Zapfen ausgebildet ist, und einen Flansch oder ein zweites Ende 88 mit einem daran ausgebildeten Flansch. Vorzugsweise ist jedes Ende 86 und 88 der Kurbelwelle 70 vorherzentriert, d.h. eine konische Ausnehmung wurde in das Ende vertieft, um eine Mittellinie für die Drehung, die Bearbeitung und die Reparatur zu bilden; zusätzlich weist die Kurbelwelle zwei daran bearbeitete Bezugsdurchmesser 90 bzw. 92 auf. Während die Bezugsdurchmesser 90 und 92 gemäß der vorliegenden Erfindung bearbeitet werden können, werden diese Durchmesser vorzugsweise an der Kurbelwelle vor der Bearbeitung durch die Vorrichtung 10 nach der vorliegenden Erfindung ausgeführt. Um die Bearbeitung durchzuführen, während die Kurbelwelle 70 um die Achse der Hauptlager 72 gedreht wird, ergreifen die Spannfutter 24 die Durchmesser 90 und 92, indem die Backen 25 dort angreifen.
Mit Bezug wiederum zu Fig. 1 kann die Wirkungsweise der Vorrichtung 10 nach der vorliegenden Erfindung zur Bearbeitung der Kurbelwelle 7 jetzt vollständig verstanden werden. Wie dargestellt, weist die Vorrichtung 10 vorzugsweise drei Schneidscheiben 32, 34 und 36 auf, die jeweils jedem der beiden Hauptlager 72 und dem Öldichtungsdurchmesser 73 der Kurbelwelle 70 zugeordnet sind. Zunächst werden die Hohlwellen 20 in die Spindelgehäuse 17 zurückgezogen, so daß die Stützen 27 die Kurbelwelle 70 als das speziell zu bearbeitende Werkstück 26 zwischen den Spindeln 22 stützen und positionieren können. Die Hohlwellen 20 werden dann betätigt, um die Spindeln 22 in Eingriff mit der Kurbelwelle 70 zu bringen, und die Spannfutter 24 werden betätigt, um die Durchmesser 90 und 92 an dem Zapfenende 86 und dem Flanschende 88 der Kurbelwelle zu spannen. In dieser Ruhestellung sind die ausgeschnittenen Abschnitte 46 des Umfangs 40 der Scheibe 32 und der Scheiben 34 und 36 benachbart zur Kurbelwelle 70 angeordnet. Die Kurbelwelle 70 wird dann in Richtung des Pfeiles 54 durch die Spindeln 22 und die Hohlwellen 20 gedreht. Üblicherweise ist die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle ungefähr 1000 Umdrehungen pro Minute, wird jedoch im Betrieb verändert. Wenn die Kurbelwelle 70 ihre Geschwindigkeit erreicht hat, wird die Welle 28 gedreht, um die Schneidwerkzeuge 38 am Umfang jeder der Scheiben 32, 34 und 36 in Eingriff mit der Oberfläche der Kurbelwelle 70 zu bringen, und zwar insbesondere an jedem der beiden Hauptlager 72 und dem Öldichtungsdurchmesser 73. Die Werkzeuge 38 auf jeder der Scheiben 32, 34 und 36 sind so gestaffelt, daß nur die Werkzeuge 38 auf einer der Scheiben 32, 34 und 36 in jedem Augenblick in Eingriff mit der Kurbelwelle 70 stehen.
Die Welle 28 wird gedreht (wiederum vorzugsweise mit veränderbarer Geschwindigkeit), so daß zunächst das radial innerste Werkzeug 42 auf jeder der Scheiben 32, 34 und 36 in Eingriff mit der sich drehenden Kurbelwelle 70 tritt, worauf die radial weiter äußeren Werkzeuge 38 auf jeder der Scheiben 32, 23 und 36 in Eingriff treten, bis das Werkstück schießlich in Eingriff mit dem radial äußersten Werkzeug 44 auf jeder der Scheiben 32, 34 und 36 steht. Bei ihrer Bewegung auf die Hauptlager 72 zu bearbeiten (planen) die Werkzeuge 38 auch die Flächen der benachbarten Arme 78 und der Gegengewichte 80.
Wenn die Welle in eine Position gedreht wurde, in der der ausgeschnitte Abschnitt 46 jeder der Scheiben 32, 34 und 36 benachbart zu der Kurbelwelle 70 ist, wird die Drehung der Welle 28 und der Kurbelwelle 70 beendet.
Die Spannfutter 24 werden dann betätigt und geben die Kurbelwelle 70 frei, und die Hohlwellen 20 werden zurückgezogen, um die Spindeln 22 und die Spannfutter 24 von der Kurbelwelle 70 zurückzuziehen. Die Stütze 27 wird dann betätigt, um die Kurbelwelle 70 von dem Drehmaschinenbett zu entfernen und durch ein neues zu bearbeitendes Werkstück zu ersetzen. Die Welle 28 wird nach dem Bearbeitungsvorgang nicht zurückgedreht oder quer zurückgezogen, sondern in ihrer Stellung gehalten, wobei die ausgeschnittenen Ausschnitte 46 jeder Scheibe 32, 34 und 36 verhindern, daß das Laden und Abladen der Kurbelwelle 70 gestört wird. Die Scheiben 32, 34 und 36 sind somit in einer Stellung, um eine neue Kurbelwelle 70 zu bearbeiten, ohne in die entgegengesetzte Richtung gedreht zu werden.
Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung und ist bevorzugt, daß mehrere verschiedene Bearbeitungsvorgänge während einer einzelnen Drehung der Welle 28 durchgeführt werden. Beispielsweise mit Bezug auf die Hauptlager 72 können die Bearbeitungsvorgänge, die durch die aufeinanderfolgenden mehreren Werkzeuge 38 durchgeführt werden, die folgenden Vorgänge umfassen: grobes Schneiden, grobes Hinterschneiden, grobes Durchmesserdrehen, halbfeines Hinterschneiden, außerdem grobes Durchmesserdrehen, feines Hinterschneiden und feines Durchmesser-Drehen sowie die vorher erwähnte Planbearbeitung.
Die Vorrichtung nach der vorliegenden Rfindung kann verwendet werden, um verschiedene andere Bearbeitungsvorgänge durchzuführen. Beispielsweise, besonders mit Bezug auf Fig. 5, kann die hier gezeigte bevorzugte Ausführungsform verwendet werden, um die radial äußersten Kanten 98 der Gegengewichte 80 zu bearbeiten. Die Kurbelwelle 70 ist an ihren Enddurchmessern 90 und 92 eingespannt und wird so gedreht, daß die Kanten 98 der Gegengewichte 80 so angeordnet sind, daß sie durch zwei gestaffelte Paare von drehbaren Schneidscheiben 100, 102 bearbeitet werden können. Der deutlicheren Darstellung halber sind die Scheiben 100 und 102 in Fig. 5 so dargestellt, als ob sie auf verschiedenen Wellen angeordnet wären, um ihren Eingriff mit allen vier Gegengewichtkanten 98 zu zeigen. Wenn die Scheiben 100 und 102 alle auf derselben Welle angeordnet sind, dann wären sie selbstverständlich auf derselben Seite der Kurbelwelle 70 angeordnet; die Scheiben 100 wären dann beispielsweise in einer Stellung diametral entgegengestzt zu der Kurbelwelle 70 im Vergleich zu ihrer in Fig. 5 gezeigten Stellung.
In Fig. 6 ist eine andere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, die für die Bearbeitung von Kurbelzapfen 74 oder 76 selbst nützlich ist, sowie für die benachbarten Flächen der Gegengewichte 80 und Flansche 78. Die Spannfutter 24 der Vorrichtung 10 sind ersetzt durch zwei Topfspannfutter 94 und 96, die auf den Spindeln 22 zentriert sind. Die Topfspannfutter 94 und 96 weisen jeweils einen radial versetzten Teilschlitz 104 bzw. 106 auf, die parallel zueinander angeordnet sind. Die Schlitze 104 und 106 haben jeweils einen abgerundeten Grund (nicht gezeigt) und sind so bemessen, daß sie gleitend koaxiale Durchmesser oder Lager der Kurbelwelle 70 aufnehmen können, beispielsweise die Nr.2- und 4- Hauptlager 108 bzw. 110. Zwei Anschläge 112 und 114 der Topfspannfutter 94 und 96 berühren die äußere Fläche der Kurbelwelle 70 und verhindern eine Drehung der Kurbelwelle 70 relativ zu den Spannfuttern 94 und 96, d.h. eine Drehung am Boden der Schlitze 104 und 106, wenn die Kurbelwelle 7 während der Bearbeitung gedreht wird. Die Schlitze 104 und 106 sind so bemessen, entweder dadurch daß sie um einen ausreichenden Abstand gegenüber der Drehachse 116 der Spindeln 22 versetzt sind, oder dadurch, daß sie eine Länge und einen Winkel in Bezug auf die Mitten der Spannfutter 94 und 96 aufweisen, so daß ein Satz von Kurbelzapfen 74 oder 76 (der letztere in Fig. 6) koaxial auf der Spindelachse 116 angeordnet ist. Die Kurbelzapfen 76 werden dann gedreht und bearbeitet in der gleichen Weise wie die Hauptlager 72, mittels eines Paares von Schneidscheiben 118 und 120. Das andere Paar von Kurbelzapfen 74 kann in ähnlicher Weise bearbeitet werden, wobei es in (nicht dargestellten) Topfspannfuttern erfaßt ist, die spiegelbildliche Gegenstücke der Topfspannfutter 94 und 96 sind. Selbstverständlich können in der Praxis auf der Vorrichtung 10 nach dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung Kurbelwellen in und außer Eingriff mit den Schlitzen 104 und 106 der Topfspannfutter 94 und 96 gebracht werden.
Verschiedene vorteilhafte Merkmale charakterisieren jede dieser Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die Drehgeschwindigkeiten der Kurbelwelle 70 (oder eines anderen Werkstücks 26) und der Welle 28 werden mit Bezug aufeinander so verändert, daß das Zusammenpassen der Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeuge 38 und die lineare Oberflächengeschwindigkeit des zu bearbeitenden Abschnitts der Kurbelwelle 70 optimiert wird in Abhängigkeit von der Art des Schneidvorgangs oder der Bearbeitung, die durch jedes einzelne Werkzeug 38 ausgeführt wird. Bei den oben beschriebenen Bearbeitungsvorgängen können mehr als ein Dutzend verschiedener Arten von Schneidwerkzeugen auf jeder der Scheiben verwendet werden, um eine möglichst vollständige Bearbeitung der zu bearbeitenden Teile der Kurbelwelle 70 zu ermöglichen. Es ist auch bevorzugt bei der vorliegenden Erfindung, daß - soweit praktikabel - die Werkzeuge 38 indexierbare Hartmetallschneidkörper von herkömmlichen, austauschbaren Abmessungen aufweisen. Beispielsweise ist es bevorzugt, daß Werkzeuge zur Fertigbearbeitung der Seitenwände und der Durchmesser in voreinstellbaren Patronen aufgenommen sind. Auf diese Weise können Werkzeugeinsätze oder Schneidkörper vollständig gewechselt werden, während die Welle und die Schneideinrichtungen in der Maschine verbleiben, im Gegensatz zu den aufwendigen Stillstandszeiten, die beim Stand der Technik für das Auswechseln der Bearbeitungswerkzeuge erforderlich sind.
Es hat sich außerdem als vorteilhaft erwiesen, ein Kühlmittel oder Schmiermittel im Zusammenhang mit der Vorrichtung 10 nach der vorliegenden Erfindung zu verwenden, jedoch im allgemeinen mehr zum Zweck der Späne-Kontrolle als zum Kühlen oder Schmieren. Vorzugsweise werden bei der Vorrichtung Einrichtungen vorgesehen zur Kontrolle der Temperatur der Schneidscheiben und der zugeordneten Maschineneinrichtungen, anstelle der Verwendung eines Kühlmittels oder eine mechanische Temperaturkompensation, um die Abmessungstoleranzen der angeschlossenen Maschine zu kontrollieren.
Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung besitzt zahlreiche Vorteile gegenüber den Bearbeitungsvorrichtungen nach dem Stand der Technik. Ein wesentlicher Vorteil ist die Verringerung des Lärms in der Umgebung, weil die schweren intermittierenden stoßartigen Schnitte fehlen, die bei den herkömmlichen Maschinen zum Räumen, Fräsen oder Drehen auftreten. Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kombiniert mehrere Bearbeitungsvorgänge zu einem einzelnen Vorgang, verringert die Zeit, die Energie und die Einrichtungen, die erforderlich sind, um den Bearbeitungsvorgang zu vollenden. Das Fehlen jedes Schlittens eines herkömmlichen Räumwerkzeugs ermöglicht es, höhere Abmessungstoleranzen zu erreichen im Vergleich zu herkömmlichen Bearbeitungsvorrichtungen. Insbesondere ermöglicht die Vorrichtung eine sorgfältige Anpassung der Vorschubgeschwindigkeit der einzelnen Werkzeuge (durch unterschiedliche Steuerung der Drehgeschwindigkeit der Welle) an die lineare Oberflächengeschwindigkeit des zu bearbeitenden Werkstücks (ebenfalls veränderbar und direkt abhängig von der Drehgeschwindigkeit des Werkstücks). Darüber hinaus bestehen andere Vorteile.

Claims

1. Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks (26), das eine Mittelachse aufweist, wobei die Vorrichtung aufweist:

ein Drehbankbett;

eine Einrichtung (22, 24) zur abnehmbaren Lagerung des Werkstücks (16) an dem Drehbankbett, wobei die Werkstück-Mittelachse in einer vorgegebenen Richtung angeordnet ist;

eine erste Antriebseinrichtung, um das Werkstück um seine Mittelachse in einer ersten Drehrichtung zu drehen, wodurch eine Werkstück-Drehachse definiert wird;

eine Welle (28) mit einer Längsachse, die parallel zu der Mittelachse angeordnet ist;

eine zweite Antriebseinrichtung, um die Welle (28) um die Längsachse in einer zweiten Drehrichtung zu drehen, die die gleiche ist wie die erste Drehrichtung;

eine ebene Scheibe (32), die rechtwinklig auf der Welle gelagert und mit dieser drehbar ist, um einen Scheibenmittelpunkt zu definieren;

mehrere aufeinanderfolgende gesonderte Werkzeuge (38), die auf dem Umfang der Scheibe (32) in Abständen von dem Scheibenmittelpunkt angeordnet sind, die allgemein schrittweise kontinuierlich längs einem ersten Abschnitt des Scheibenumfangs zunehmen,

wobei die Scheibe einen ausgeschnittenen zweiten Abschnitt (46) am Umfang der Scheibe (32) aufweist, der so dimensioniert ist, daß er Raum für das Einbringen und Herausnehmen des Werkstücks in und aus dem Drehbankbett schafft,

wobei die erste Antriebseinrichtung eine Einrichtung aufweist, um die Welle (26) um höchstens eine einzige Umdrehung um die Längsachse und mit veränderbarer Geschwindigkeit zu drehen, wobei die zweite Antriebseinrichtung eine Einrichtung aufweist, um das Werkstück (26) mit veränderbarer Geschwindigkeit während einer einzelnen Umdrehung der Welle (28) zu drehen, wobei die Vorrichtung (10) Einrichtungen aufweist, um die veränderbare Werkstückdreheinrichtung und die veränderbare Wellendreheinrichtung so zu koordinieren, daß die Geschwindigkeit der Werkzeuge (38) auf der Scheibe (32) an die lineare Oberflächengeschwindigkeit des Werkstücks (26) angepaßt wird, wo es in Eingriff mit den Werkzeugen steht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine zweite Scheibe (34, 36) aufweist, die mehrere Werkzeuge aufweist, die relativ zu den Werkzeugen (38) auf der erstgenannten Scheibe (32) so versetzt sind, daß in jedem Zeitpunkt das Werkstück (26) mit einem Werkzeug (38) auf nur einer der Scheiben (32, 34, 36) in Eingriff steht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein einheitliches äußeres Gehäuse (12) aufweist, daß die erste Antriebseinrichtung zwei Spindelgehäuse (14) aufweist, die an dem Gehäuse (12) angebracht sind, zwei Arbeitsspindeln (22), die mit dem Werkstück (26) in Eingriff bringbar sind, und zwei zurückziehbare Hohlwellen (20), die jeweils in einem der Spindelgehäuse (14) enthalten sind und mit denen die Arbeitsspindeln (22) verbunden sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwellen (20) im Spindelgehäuse in reibungsarmen Lagern (18) gelagert sind.