WO1998053944A1 - Verfahren zum steuern der bearbeitung eines werkstückes - Google Patents

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WO1998053944A1
WO1998053944A1 PCT/EP1998/003203 EP9803203W WO9853944A1 WO 1998053944 A1 WO1998053944 A1 WO 1998053944A1 EP 9803203 W EP9803203 W EP 9803203W WO 9853944 A1 WO9853944 A1 WO 9853944A1
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crankshaft
tool
speed
workpiece
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PCT/EP1998/003203
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Paul-Dieter Scharpf
Matthias Kohlhase
Wolf-Dietrich Voss
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Boehringer Werkzeugmaschinen Gmbh
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C3/00—Milling particular work; Special milling operations; Machines therefor
    • B23C3/06—Milling crankshafts
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    • Y10T409/306664—Milling including means to infeed rotary cutter toward work
    • Y10T409/307784—Plural cutters

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling the machining of a workpiece which is moving during machining and on which a plurality of tool units work simultaneously at different machining points
  • Machining in particular machining on a metal T workpiece
  • the optimization of the machining is not only based on the cutting speed, i.e. the relative speed of Tool cutting edge to workpiece at the respective processing point, but also according to a variety of other factors, such as temperature at the processing point, maximum and average chip thickness, time interval between disengaging devices of a cutting edge and new engagement of the next cutting edge of the same tool, etc
  • the speed of the crankshaft thus represents the master specification for the other machining points based on the master-slave principle
  • the disadvantage of this method lies in the fact that although processing can be carried out optimally for one of the processing points, the processing result cannot be optimized by the sum of the processing points
  • the task thus arises to create a method for controlling such processing which allows optimization over the entire processing
  • processing point A for example, was optimized 100% by using the following parameters
  • crankshaft speed nKW was increased to, for example, 17 rpm
  • speed na of the milling cutter a had to be increased to 140 rpm
  • service life ta was only 950 min
  • the smallest available service life of the milling cutters a, b that are being worked on has increased from 600 to 700 minutes, which means that when machining begins with two new milling cutters a, b, a milling cutter first appears after 700 and not after 600 minutes What has to play a role in the reduction of the tool change frequency across the machine as an optimization goal must be changed
  • 1 a is a plan view of a machine which simultaneously processes a crankshaft at two points
  • the milling machine shown in Figures 1 a and 1 b comprises a bed 20 with a chip trough 34 and a chip conveyor 45 then housed above the chip trough 34 are spaced in the Z direction and against each other two headstocks 23, 24, of which at least one headstock 24 can be moved in the Z direction
  • the headstocks in turn carry mutually directed chucks 21, 22 which can be driven in rotation and are at least electronically, possibly mechanically, synchronized in their rotation with one another
  • crankshaft KW is clamped between the two chucks 21, 22, which is clamped by the chuck 21 on its end flange and by the chuck 22 on its end journal, i.e. on the central axis MA of the crankshaft KW, which thus coincides with the headstock axis the circumferential surfaces on the end flange and on the end journal are pre-machined, in particular machined, and in addition corresponding stop surfaces are pre-machined on the crankshaft for inserting the crankshaft into the chuck in a defined rotational position Since the headstocks 23, 24 not only drive the crankshaft in a rotating manner, but can also position it in its rotational position (trained C-axis), the crankshaft KW clamped therein can be brought into the desired rotational position at any time during machining, and at a defined speed
  • Z guides 33 are arranged on the bed 20 of the milling machine, on which the lower slides 29 30 of the tool supports 25, 26 in FIG. Direction can be moved
  • an upper section 27 28 runs, which carries a disc milling cutter a, b in each case so as to be drivable about an axis parallel to the Z axis
  • the upper part 27, 28 can be moved relatively steeply from above at an angle of less than 45 ° to the vertical, in the X direction on the central axis MA.
  • the X guides between the upper part 27, 28 and the lower slide 29, 30 are preferably correct with the connection of the center points of the disc milling cutter a or b and the center axis MA
  • crankshaft 1 clamped on the central axis MA must complete at least one complete revolution during the machining
  • the disc cutters a, b not only move differently in the X direction, but rotate mostly with different, constantly adjusted speeds
  • the milling cutters a, b as well as their supports 25, 26 and the machine control jointly controlling the rotation of the headstocks, i.e. the crankshaft KW, can additionally be corrected with correction values via an input field 36 on the machine on the basis of the machining result of the first pieces of a workpiece series determined in practice
  • FIG. 2 shows the basic situation of machining a circumferential surface, for example the journal of a crankshaft, but also a non-circular circumferential surface, in the direction of view of the Z axis, by means of external milling. An enlargement of the machining point is shown in the right part of FIG. 2
  • the workpiece is to be machined from the larger raw size to the smaller final size
  • the cutting edges S protrude radially over the basic tool body in order to be able to effect this removal.
  • the basic tool body can be moved in the X direction in a defined manner and rotates counterclockwise. Since milling should take place in synchronism, this rotates Workpiece clockwise so that tool and workpiece move in the same direction at the machining point As the enlarged illustration shows, the new cutting edge S will produce a chip 2 which is delimited in cross-section by two convex and one concave arc segments and which has the shape of a flat irregular triangle
  • the concave side is the flank created by the previous cut
  • the long convex side is the flank created by the new cutting edge S.
  • the short convex flank is the length ⁇ l u measured along the circumference of the branch, i.e. the circumferential length between the incidence of two successive cutting edges of the tool on the circumference of the workpiece
  • the chip 2 naturally does not retain the shape shown in FIG. 2, but is rolled up spirally due to the deflection on the chip surface of the cutting edge
  • FIG. 3 shows - again viewed in the Z direction - for example a crankshaft for a 6-cylinder in-line engine with three crank pins H1-H3 positioned differently in their rotational position relative to the central bearing ML
  • two separate tools for example disc-shaped external cutters (a, b) are in use.
  • One of the tools could, for example, process the crank pin H1, the other the crank pin H2, as shown in Fig. 3, but one could as well one of the tools has a crank pin, and the other of the tools is machining the end face of a cheek
  • the cheek machining could theoretically be carried out partly with the crankshaft stationary, by the tool a or b in question moving along the end face of the cheek in the feed direction, i.e. in the X direction.
  • the crankshaft is stationary, the machining of a jacket surface takes place at a different axial position be it a crank pin H or a center bearing ML, no machining progress can be achieved, the machining of the cheek surface will preferably take place with the crankshaft rotating
  • Fig. 5 shows the more detailed relationships when two separate tools WZ1, WZ2 machine two different crank pins H1, H2 at the same time.
  • the tools WZ1 and WZ2 can move independently in the X direction in a defined manner and their speed can be controlled.
  • the connecting variable is the rotation the one around the central bearings as well controlled rotatably driven crankshaft as a workpiece which can also be stopped during certain work operations
  • crank pin H2 is in line with the center bearing ML1 and the center Mt and M 2 of the tools WZ1 or WZ2.
  • the crank pin H1 is offset by approximately 120 ° in the clockwise direction with respect to the center bearing
  • crank pin The absolute movement of the crank pin, however, is not important when assessing whether there is synchronous or counter-rotating milling, but whether the thrust bearing H2 rotates relative to its center, which always allows its surface to move in the same direction as the machining point Cutter
  • crank pin H2 that moves upward in FIG. 5 obviously rolls upward along the tool WZ2, so that the pin bearing rotates clockwise relative to the center of the pin bearing H2 and thus de facto synchronism prevails at the machining point
  • Fig. 5 also shows the forcibly existing relationship between the machining on the two pin bearings H1 and H2, especially in the Optimization of several machining processes taking place simultaneously, for example with regard to a certain chip thickness, must be taken into account
  • the same chip thickness should also be achieved at the machining point of the pin bearing H1 if possible.
  • the center point of the pin bearing H t is - provided the same speed and the same diameter of the tools WZ1 and WZ2 - pivoted by the angular amount ⁇ relative to the center of the pin bearing until the tool WZ1 engages the next cutting edge
  • the resulting offset a ⁇ at the processing point is greater than a 2 , since the distance from the center of the center bearing ML to the processing point on the pin bearing H1 is slightly larger than the center of the pin bearing Hi.
  • This offset ai has a pronounced component X t in X -Direction, which must be compensated for by corresponding movement of the tool WZ1 in the X direction. This leaves only a relatively small portion of a as the cutting distance ⁇ l u ⁇ left in the Y direction. This resulted in the thin chip shown on the right in Fig. 5 with a maximum thickness of only h 1ma) ⁇ , which is much less than the optimum chip thickness
  • the speed of the tool WZ1 must be reduced compared to the speed of WZ2 so that the cutting distance ⁇ l 1 increases until the desired chip thickness is also achieved on the pin bearing pin H ⁇ the speed of tool WZ1 up to about 30% of the speed of tool WZ2 is necessary
  • the secondary optimization goal could be a cutting speed that should move within a predetermined target range or should not exceed a certain maximum value
  • FIG. 4 shows a crankshaft Eg for a four-cylinder in-line engine in which the crank pins H1 and H2 with respect to the center bearing ML face each other in the radial direction
  • a rotation of the crankshaft can generally not be dispensed with completely, since otherwise machining of a bearing journal that is currently taking place elsewhere on the crankshaft would no longer result in machining progress
  • the first optimization goal will most likely be the service life of the cutting edges, since on the one hand the dead time of the system due to the replacement of the tools and on the other hand the cost of the replacement tool itself is the most influencing factor influencing the efficiency of the system
  • the chip thickness or the non-exceeding of a maximum chip thickness is often chosen as an auxiliary parameter to improve the tool life. What matters most is that the tool life is as long as possible. This can mean If, for example, the six or more bearing points including the adjacent cheek plane surfaces are machined with two disc cutters, the longest possible service life of each of the two tool units a, b or WZ1, WZ2 or, which are usually used simultaneously
  • the tools a, b do not necessarily wear uniformly quickly, due to the not entirely symmetrical structure of the crankshaft or the blanks for the crankshaft, this may mean that not every one of the tools a, b, c is considered as long as possible with regard to one another Tool life is optimized during machining, but under certain circumstances the tools that wear more slowly during optimal machining, e.g. the tool b deliberately more abrasion-intensive e.g. with a higher cutting speed etc or greater chip thickness, are driven because the wear limit of this tool b is extended beyond the time of wear of the Tool a is not useful
  • machining point A is the machining of one Cheek end face (possibly together with the adjacent pin bearing surface)
  • machining point B is the machining of a pin bearing journal
  • the corresponding characteristic curve for the optimal speed of the crankshaft only for processing point A i.e. the cheek machining, which is designated with nkw A , has the shape of an inverted hat and runs partly below and partly above the optimum speed for processing case B.
  • this speed nkw B was selected in the optimization mode of the prior art, with the result that an optimization degree of 100% was obtained for processing point B, but only 70% for processing point A.
  • processing points A, B resulted in better optimization than in the optimization method according to the prior art 6 only shows the dependence of the crankshaft speed on the crankshaft position.
  • the milling cutter speed na of the milling cutters a, b acting on the machining points A, B can also be changed
  • Figures 7 and 8 show the relationship between tool life ts, chip thickness h and cutting speed v s
  • the tool life t s plotted against the chip thickness h results in an asymmetrical, cap-shaped curve, so that the tool life t s reaches a relative maximum with a chip thickness h opt in the range ⁇ ⁇ h in which this cap-shaped curve still falls relatively flat the service life t s is still approximately optimal
  • the chip thickness h (it only plays a subordinate role whether one starts from the maximum chip thickness h max or the average chip thickness of a chip) corresponds to the crankshaft speed nKW, provided the cutter speed remains constant
  • Each of the cap-shaped curves in FIG. 7 corresponds to a certain cutting speed v s
  • a minimum limit of the tool life t s is specified in the curve according to FIG. 8, which corresponds to a certain cutting speed v s2 according to FIG. 8. Only the hatched area, ie v s * v smax , should be permitted for processing Fig. 7 the family of curves from v s2 and above
  • FIG. 8 shows - the cutting speed v s cannot be reduced arbitrarily, since a maximum cycle time is specified for the manufacturing process - usually by the customer - within which the crankshaft is to be finished, which also results in the maximum available Time for the simultaneous processing of the processing points AB results in this necessitates the at least necessary cutting speed v sm ⁇ in FIG. 8
  • An additional variation possibility is not to select exactly h opt when determining the chip thickness in FIG. 7, but to move in the bandwidth between h opt ⁇ ⁇ h, with the range limits i ⁇ h being chosen such that the decrease is within this range the service life due to the deviation from the optimal chip thickness is less than the decrease in service life due to an analog increase in the cutting speed (at constant crankshaft speed nKW)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Bearbeitung eines sich während der Bearbeitung bewegenden Werkstückes - an dem mehrere Werkzeugeinheiten an unterschiedlichen Bearbeitungsstellen gleichzeitig arbeiten -, insbesondere des Drehfräsens eines sich drehenden Werkstückes, wie etwa einer Kurbelwelle, an mehreren Bearbeitungsstellen (A, B, ...) gleichzeitig durch getrennte Werkzeugeinheiten (a, b, ...), das sich dadurch kennzeichnet, daß in Kenntnis der für jede Bearbeitungsstelle (A, B) separaten optimalen Bewegungsparameter (nkwa, na, xa, ya, ...; nkwb, nb, xb, yb, ...) von Werstück (KW) und Werkzeug (WZ) die Bewegungsgeschwindigkeit des Werstückes, insbesondere die Drehzahl (nKWa, nKWb) der Kurbelwelle (KW), sowie die Bewegungsgeschwindigkeiten (na, xa, ya, ...; nb, xb, yb, ...) der Werkzeugeinheiten (a, b, ...) so gewählt werden, daß in der Summe (S) aller gleichzeitig bearbeiteten Bearbeitungsstellen (A, B, ...) insgesamt ein optimales Bearbeitungsergebnis erzielt wird.

Description

Verfahren zum Steuern der Bearbeitung eines
Werkstückes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Bearbeitung eines sich o wahrend der Bearbeitung bewegenden Werkstuckes an dem mehrere Werkzeugeinheiten an unterschiedlichen Bearbeitungsstellen gleichzeitig arbeiten
Eine Bearbeitung, insbesondere eine spanende Bearbeitung an einem metallenen T Werkstuck, kann durch Veränderung der Bewegungsparameter des Werkstuckes sowie des Werkzeuges, insbesondere der Bewegungsparameter relativ zueinander, stark beeinflußt werden Dabei wird versucht, bei der Bearbeitung ein bestimmtes Optimierungsziel zu erreichen, beispielsweise die Erzielung einer möglichst guten Oberflachenqualitat, die Erzielung einer möglichst kurzen 0 Gesamtbearbeitungszeit pro Werkstuck oder die Erzielung einer möglichst hohen Standzeit der Werkzeuge Letzteres ist aufgrund des Pπmarzieles der Kosten Senkung heute das häufigste Optimierungsziel
Im folgenden wird konkret die Bearbeitung einer Kurbelwelle mittels Drehfrasen, τ bei welcher ein relativ schnell rotierendes Fraswerkzeug an einer relativ langsam drehenden Kurbelwelle Mantelflachen und/oder Stirnflachen bearbeitet, beschrieben, ohne daß die vorliegende Erfindung hierauf beschrankt ist
Bei spanenden Bearbeitungen wie dem Drehfrasen, insbesondere dem o Hochgeschwindigkeits-Drehfrasen, richtet sich die Optimierung der Bearbeitung nicht nur nach der Schnittgeschwindigkeit, also der Relativgeschwindigkeit von Werkzeugschneide zu Werkstuck an der jeweiligen Bearbeitungsstelle, sondern auch nach einer Vielzahl anderer Faktoren, wie Temperatur an der Bearbeitungsstelle, maximale und durchschnittliche Spandicke, zeitlicher Abstand zwischen Außereingriffgeraten einer Schneide und neuem Eingriff der nächsten Schneide desselben Werkzeuges etc
Da zwei oder mehr Fraseinheiten, die hinsichtlich ihrer Bewegungsparameter, insbesondere ihrer Drehzahl, unabhängig voneinander steuerbar sind, gleichzeitig an der sich drehenden Kurbelwelle an z B unterschiedlichen Axialpositionen arbeiten, können nicht alle Bearbeitungsstellen jeweils für sich auf 100 % des möglichen Optimierungszieles eingestellt werden, da die zwar frei wählbare, jedoch für alle Bearbeitungsstellen gleich vorliegende Drehzahl der Kurbelwelle dies verhindert
Gemäß der DE 195 46 197 C1 wird daher vorgeschlagen die Bewegungsparameter, insbesondere die Drehzahl der Kurbelwelle, so zu wählen, daß an einer der Bearbeitungsstellen eine 100 %-ιge Optimierung der Bearbeitung erreicht wird Die sich daraus ergebende Drehzahl der Kurbelwelle muß für die anderen Bearbeitungsstellen als nicht abdingbare Eingangsgröße akzeptiert werden, so daß diese anderen Bearbeitungsstellen keinen 100 %-ιgen Optimierungsgrad mehr erreichen können
Die Drehzahl der Kurbelwelle stellt damit für die übrigen Bearbeitungsstellen nach dem Master-Slave-Prinzip die Mastervorgabe dar
Der Nachteil dieses Verfahrens hegt jedoch darin, daß hierdurch zwar für eine der Bearbeitungsstellen die Bearbeitung optimal gefahren werden kann, jedoch über die Summe der Bearbeitungsstellen keine Optimierung des Bearbeitungsergebnisses erzielt werden kann Damit stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren zum Steuern einer solchen Bearbeitung zu schaffen, welches eine Optimierung über die gesamte Bearbeitung erlaubt
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelost Vorteilhafte Ausfuhrungsformen ergeben sich aus den Unteranspruchen
Dadurch ergeben sich zwar für die Bewegungsparameter, insbesondere für die Kurbelwellendrehzahl, Werte die von den jeweiligen entsprechenden Optimalwerten der einzelnen Bearbeitungsstellen abweichen, in der Summe der Bearbeitung jedoch eine optimale Bearbeitung ermöglicht
Erst durch Abrücken von den Bewegungsparametern und insbesondere von der Kurbelwellendrehzahl, die für eine einzige der mehreren gleichzeitigen in Arbeit befindlichen Bearbeitungsstellen optimal wäre kann in der Summe ein optimales Bearbeitungsergebnis erreicht werden
Dies kann an folgendem Zahlenbeispiel verifiziert werden
An der Kurbelwelle KW arbeiten an den zwei Bearbeitungsstellen A B die Hochgeschwindigkeits-Außenfraser a, b Optimierungsziel sei eine möglichst hohe Standzeit der Fräser a bzw b
Nach dem vorbeschriebenen bekannten Verfahren wurde z B die Bearbeitungsstelle A zu 100 % optimiert, indem dort bei folgenden Parametern
Drehzahl der Kurbelwelle nKW 15 U/min Drehzahl des Fräsers na 120 U/min
die Standzeit ta = 1 000 min erreicht wird Wegen nKW = 15 U/min wird an der Bearbeitungsstelle B eine relative Optimierung dadurch erreicht, daß der Fräser b dort mit nb = 40 U/min dreht, was eine Standzeit tb dieses Fräsers b von 600 min bewirkt
Wurde man dagegen die Kurbelwellendrehzahl nKW auf z B 17 U/min steigern, so mußte deshalb die Drehzahl na des Fräsers a auf 140 U/min gehoben werden, und es wurde sich eine Standzeit ta von lediglich noch 950 min ergeben
Allerdings konnte sich dadurch für den Fräser b, der dann beispielsweise mit einer Drehzahl von 50 U/min drehen wurde eine Standzeit von 700 min ergeben
In der Summe wäre damit die Standzeit der Werkzeuge mit 950 + 700 = 1 650 min um 50 min hoher als bei dem vorbekannten Verfahren bei dem sich lediglich 1 000 + 600 = 1 600 min ergaben
Zusätzlich ist die kleinste vorhandene Standzeit der gleichzeitig in Arbeit befindlichen Fräser a, b von 600 auf 700 min gestiegen, was bedeutet, daß bei Beginn der Bearbeitung mit zwei neuen Fräsern a, b das erste Mal erst nach 700 und nicht nach 600 min ein Fräser gewechselt werden muß was bei der Reduzierung der Werkzeugwechselhaufigkeit über die Maschine insgesamt als Optimierungsziel eine Rolle spielen konnte
Die Gegebenheiten der vorliegenden Patentanmeldung werden im folgenden anhand der Figuren beispielhaft naher erläutert Es zeigen
Fig 1 a eine Aufsicht auf eine Maschine welche an zwei Stellen gleichzeitig eine Kurbelwelle bearbeitet,
Fig 1 b die Maschine gemäß Fig 1 a, betrachtet in axialer Richtung,
Fig 2 eine Pπnzipdarstellung der Spanabnahme Fig 3 eine Pπnzipdarstellung bei Bearbeitung an zwei verschiedenen Hublagerzapfen,
Fig 4 eine Pπnzipdarstellung bei der Bearbeitung der Wangenstirnflache,
Fig 5 Detaildarstellungen zur Spanform,
Fig 6 eine Darstellung der Optimierung über zwei Bearbeitungsstellen, und
Figuren 7 und 8 Darstellungen des Standzeitverlaufes über die Drehzahl bzw Schnittgeschwindigkeit
Die in den Figuren 1 a und 1 b dargestellte Fräsmaschine umfaßt ein Bett 20 mit einer Spanewanne 34 und einem dann untergebrachten Spaneforderer 45 Über der Spanewanne 34 sind in Z-Richtung beabstandet und gegeneinandergeπchtet zwei Spindelstocke 23, 24 aufgesetzt, von denen wenigstens der eine Spindelstock 24 in Z-Richtung verfahrbar ist
Die Spindelstocke tragen wiederum gegeneinander gerichtete Futter 21 , 22, welche drehend antreibbar sind und in ihrer Drehung miteinander wenigstens elektronisch, evtl mechanisch, synchronisiert sind
Zwischen den beiden Futtern 21 , 22 ist eine Kurbelwelle KW eingespannt, welche vom Futter 21 an ihrem Endflansch und vom Futter 22 an ihrem Endzapfen, also auf der Mittelachse MA der Kurbelwelle KW, welche damit mit der Spindelstockachse zusammenfallt, gespannt ist Die Spannflachen, also die Umfangsflachen am Endflansch und am Endzapfen, sind dabei vorbearbeitet, insbesondere spanend vorbearbeitet, und zusatzlich sind zum Einlegen der Kurbelwelle in die Spannfutter in einer definierten Drehlage entsprechende Anschlagflachen vorbearbeitet an der Kurbelwelle vorhanden Da die Spindelstocke 23, 24 die Kurbelwelle nicht nur drehend antreiben sondern auch in ihrer Drehlage positionieren können (ausgebildete C-Achse) ist die darin gespannte Kurbelwelle KW jederzeit wahrend der Bearbeitung in die gewünschte Drehlage bringbar, und dies mit einer definierten Geschwindigkeit
In Blickrichtung der Fig 1 a hinter der Spanewanne 34 und von dieser aus schräg nach hinten ansteigend sind auf dem Bett 20 der Fräsmaschine Z-Fuhrungen 33 angeordnet, auf welchen die in Fig 1 a sichtbaren Unterschlitten 29 30 der Werkzeugsupporte 25, 26 in Z-Richtung verfahrbar sind
Auf jedem der Unterschlitten 29, 30 lauft ein Oberschhtten 27 28, welcher jeweils einen Scheibenfraser a, b um eine zur Z-Achse parallele Achse drehend antreibbar tragt
Der Oberschhtten 27, 28 ist dabei relativ steil von oben her unter einem Winkel von weniger als 45° zur Senkrechten, in X-Richtung auf die Mittelachse MA bewegbar Die X-Fuhrungen zwischen Oberschhtten 27, 28 und den Unterschlitten 29, 30 stimmt dabei vorzugsweise mit der Verbindung der Mittelpunkte der Scheibenfraser a bzw b und der Mittelachse MA uberein
Um mit einer derartigen Fräsmaschine mit einem außen verzahnten Scheibenfraser den Umfang eines Hublagerzapfens H1 , H2 über den gesamten Umfang bearbeiten zu können, muß die auf der Mittelachse MA gespannte Kurbelwelle 1 wahrend der Bearbeitung mindestens eine vollständige Umdrehung vollziehen
Wie am besten anhand von Fig 1 a nachvollziehbar ist, werden wahrend der Drehung der Kurbelwelle 1 mit Hilfe der Werkzeugsupporte 25, 26 die gleichzeitig im Einsatz an unterschiedlichen Bearbeitungsstellen befindlichen Scheibenfraser a, b in X-Richtung standig nachgefuhrt Wie spater im Detail erläutert werden wird, sind somit die Bewegungen der beiden Werkzeugsupporte 25, 26 indirekt voneinander abhangig, indem sie von der Drehung der gemeinsam bearbeiteten Kurbelwelle und der Geometrie der zu bearbeitenden exzentrischen Flachen abhangen
Wenn dabei Optimierungen der Bearbeitung durch diese mehreren unabhängig voneinander steuerbaren Supporte vorgenommen werden sollen beispielsweise im Hinblick auf eine bestimmte Spandicke oder eine in der Summe für die Kurbelwelle optimal langen Werkzeugstandzeit bewegen sich die Scheibenfraser a, b nicht nur in X-Richtung unterschiedlich, sondern drehen sich großenteils auch mit unterschiedlichen, standig angepaßten Drehzahlen
Die Fräser a, b als auch deren Supporte 25, 26 und die Drehung der Spindelstocke, also der Kurbelwelle KW gemeinsam steuernde Maschinensteuerung kann zusätzlich über ein Eingabefeld 36 an der Maschine aufgrund des in der Praxis ermittelten Bearbeitungsergebnisses der ersten Stucke einer Werkstuckserie mit Korrekturwerten nachkorrigiert werden
Fig 2 zeigt in Blickrichtung der Z-Achse die grundsätzliche Situation der Bearbeitung einer Umfangsflache, beispielsweise des Zapfens einer Kurbelwelle, aber auch einer unrunden Umfangsflache, mittels Außenfrasen Eine Vergrößerung der Bearbeitungsstelle ist im rechten Teil der Fig 2 dargestellt
Das Werkstuck soll von dem größeren Rohmaß auf das kleinere Endmaß bearbeitet werden
Dabei stehen die Schneiden S, von denen nur eine eingezeichnet ist, über den Werkzeuggrundkorper radial vor, um diesen Abtrag bewirken zu können Der Werkzeuggrundkorper ist dabei in X-Richtung definiert verfahrbar und rotiert gegen den Uhrzeigersinn Da das Fräsen im Gleichlauf geschehen soll, rotiert das Werkstuck im Uhrzeigersinn, so daß sich an der Bearbeitungsstelle Werkzeug und Werkstuck in die gleiche Richtung bewegen Wie die vergrößerte Darstellung zeigt, wird die neue Schneide S einen Span 2 erzeugen, der durch zwei konvexe und eine konkave Bogensegmente im Querschnitt begrenzt wird, und die Form eines flachen unregelmäßigen Dreiecks, besitzt
Dabei ist die konkave Seite die durch den vorhergehenden Schnitt erzeugte Flanke, und die lange konvexe Seite, die durch den die neue Schneide S erzeugte Flanke Die kurze konvexe Flanke ist die entlang des Umfanges des Zweigstuckes gemessene Lange Λlu, also die Umfangslange zwischen dem Auftreffen von zwei hintereinander angeordneten Schneiden des Werkzeuges auf dem Umfang des Werkstuckes
In der Praxis behalt der Span 2 natürlich nicht die aus Fig 2 ersichtliche Form bei, sondern wird aufgrund der Ablenkung an der Spanflache der Schneide spiralig aufgerollt
Aus Fig 2 ist zu erkennen, daß der Span 2 - in Durchlaufrichtung der Schneide betrachtet - zunächst in seiner Spandicke, z B hι, schnell zunimmt bis zur maximalen Spandicke t Von dort aus nimmt die Spandicke relativ langsam bis zum Ende kontinuierlich (z B hx) ab
Aus dieser Darstellung ist ersichtlich - wenn die Differenz zwischen Rohmaß und Endmaß gleich bleibt und die Drehgeschwindigkeit des Werkstuckes ebenfalls gleich bleibt - daß eine Verringerung der Drehgeschwindigkeit des Werkzeuges eine Vergrößerung des Schnittabstandes Λlu bewirkt, und damit auch eine Vergrößerung von hmaχ
Fig 3 stellt - wiederum in Z-Richtung betrachtet - z B eine Kurbelwelle für einen 6-Zylιnder-Reιhenmotor mit drei in ihrer Drehlage zum Mittellager ML unterschiedlich positionierten Hubzapfen H1 -H3 dar An dieser Kurbelwelle sind - an unterschiedlichen axialen Positionen - zwei separate Werkzeuge, beispielsweise scheibenförmige Außenfraser (a, b) im Einsatz Eins der Werkzeuge konnte beispielsweise den Hubzapfen H1 , das andere den Hubzapfen H2 bearbeiten, wie in Fig 3 dargestellt, aber ebenso konnte eines der Werkzeuge einen Hubzapfen, das andere der Werkzeuge die Stirnflache einer Wange bearbeiten
In letzterem Fall konnte theoretisch die Wangenbearbeitung teilweise bei stillstehender Kurbelwelle erfolgen, indem sich das betreffende Werkzeug a oder b in Vorschubrichtung, also in X-Richtung die Stirnflache der Wange entlangarbeitet Da bei Stillstand der Kurbelwelle jedoch an der an anderer axialer Position stattfindenden Bearbeitung einer Mantelflache sei es eines Hubzapfens H oder eines Mittellagers ML, kein Bearbeitungsfortschritt erzielbar ist, wird auch die Bearbeitung der Wangenflache vorzugsweise bei drehender Kurbelwelle erfolgen
Dabei ergeben sich - bei einem Beginn der Wangenbearbeitung in der in Fig 3 dargestellten Position der Kurbelwelle und anschließendem Weiterdrehen der Kurbelwelle - Schneidbahnen sa, sb, sm sy von denen einige in Fig 3 eingezeichnet sind
Wie ersichtlich, haben diese Schneidbahnen - wegen des Gleichlaufes des Fräsers - mit der Werkstuckdrehung - an ihrem Beginn einen größeren Abstand voneinander als an ihrem Ende, also dem Punkt des Auslaufens der Schneide aus der Wangenseitenflache
Fig 5 zeigt die detaillierteren Zusammenhange auf, wenn zwei separate Werkzeuge WZ1 , WZ2 zwei verschiedene Hubzapfen H1 , H2 gleichzeitig bearbeiten Die Werkzeuge WZ1 und WZ2 können unabhängig voneinander in X- Richtung definiert verfahren und in ihrer Drehzahl gesteuert werden Die verbindende Große ist jedoch die Drehung der um die Mittellager ebenfalls gesteuert drehbar angetriebenen Kurbelwelle als Werkstuck welche bei bestimmten Arbeitsoperationen auch angehalten werden kann
In der in Fig 5 dargestellten Situation befindet sich Hubzapfen H2 auf einer Linie mit dem Mittellager ML1 und dem Mittelpunkt Mt und M2 der Werkzeuge WZ1 oder WZ2 Der Hubzapfen H1 ist gegenüber dem Mittellager um ca 120° in Uhrzeigerrichtung versetzt
Wenn - wie angegeben - die Werkzeuge WZ1 und WZ2 jeweils im Gegen- Uhrzeigersinn rotieren, und die Kurbelwelle - wie an deren Mittellager ML eingezeichnet - im Uhrzeigersinn, wird ersichtlich an dem Hublager H1 im Gleichlaufverfahren gefräst, was aus den oben angegebenen Gründen gewünscht
Am Hublager H2 konnte der Eindruck entstehen, daß es sich hier um ein Gegenlauffrasen handelt, da sich das Werkzeug WZ2 an dieser Stelle nach unten bewegt, der Hubzapfen H2 jedoch nach oben
Auf die Absolutbewegung des Hubzapfens kommt es jedoch bei der Beurteilung, ob Gleichlauf- oder Gegenlauffrasen vorliegt nicht an sondern darauf, ob das Hublager H2 relativ um seinen Mittelpunkt eine Drehung vollzieht, die seine Oberflache an der Bearbeitungsstelle immer in der gleichen Richtung bewegen laßt wie den Fräser
Der in Fig 5 - absolut betrachtet - nach oben wandernde Hubzapfen H2 rollt jedoch ersichtlich entlang des Werkzeuges WZ2 nach oben ab, so daß also relativ zum Mittelpunkt des Hublagers H2 eine Drehung des Hublagers im Uhrzeigersinn stattfindet und damit an der Bearbeitungsstelle de facto Gleichlauf herrscht
Fig 5 zeigt ferner den zwangsweise vorhandenen Zusammenhang zwischen der Bearbeitung an den beiden Hublagern H1 und H2, die vor allem bei der Optimierung von mehreren gleichzeitig ablaufenden Bearbeitungsvorgangen im Hinblick z B auf eine bestimmte Spandicke zu berücksichtigen ist
Es sei angenommen, daß sich der Fräser WZ2 in Relation zur Kurbelwelle 1 - von welcher in Fig 5 nur das Mittellager ML und die zwei momentan bearbeiteten Hubzapfen H1 und H2 der Übersichtlichkeit halber dargestellt sind - so schnell relativ zueinander drehen, daß zwischen dem Eingriff zweier aufeinanderfolgender Schneiden des Werkzeuges WZ2 am Hublager H2 die Kurbelwelle um den Winkel Λα weitergedreht wurde Da in Fig 5 der Mittelpunkt des Hublagers H2 und der Mittelpunkt der Kurbelwelle, also des Mittellagers ML, auf einer Linie mit der Mitte M2 des Werkzeuges WZ2 hegen bewirkt der Schwenkwinkel Δα einen Versatz a2 des Auftreffpunktes der neuen Schneide gegenüber der alten Schneide, der fast genau in Y-Richtung verlauft
Dadurch muß nur eine sehr geringe X-Komponente x2 durch entsprechende X-Bewegung des Werkzeuges WZ2 erfolgen, und der sich ergebende Schnittabstand Δlu2 bedingt einen Spanquerschnitt, dessen Dicke der optimalen Spandicke entsprechen soll
An der Bearbeitungsstelle des Hublagerzapfens H1 soll ebenfalls möglichst die gleiche Spandicke erzielt werden Auch der Mittelpunkt des Hublagerzapfens Ht ist - gleiche Drehzahl und gleichen Durchmesser der Werkzeuge WZ1 und WZ2 vorausgesetzt - um den Winkelbetrag Λσ gegenüber der Mitte des Hublagers verschwenkt worden, bis vom Werkzeug WZ1 die nächste Schneide in Eingriff gelangt
Der an der Bearbeitungsstelle dadurch bewirkte Versatz a^ ist dabei großer als a2, da der Abstand von der Mitte des Mittellagers ML zur Bearbeitungsstelle am Hublager H1 geringfügig großer ist als zur Mitte des Hublagers Hi Dieser Versatz ai besitzt eine ausgeprägte Komponente Xt in X-Richtung, die durch entsprechende Bewegung des Werkzeuges WZ1 in X-Richtung ausgeglichen werden muß Damit bleibt von a nur ein relativ geringer Anteil als Schnittabstand Δluι in Y-Richtung übrig Dies wurde den in Fig 5 rechts außen dargestellten dünnen Span mit einer Maximaldicke von nur h1ma)< ergeben, welche sehr viel geringer ist als die optimale Spandicke
Um auch an dieser Bearbeitungsstelle auf die optimale Spandicke zu kommen, muß die Drehzahl des Werkzeuges WZ1 gegenüber der Drehzahl von WZ2 so reduziert werden, daß der Schnittabstand Λl 1 soweit ansteigt, bis die gewünschte Spandicke auch am Hublagerzapfen HΪ erreicht wird Dabei ist eine Reduzierung der Drehzahl von Werkzeug WZ1 auf bis zu etwa 30 % der Drehzahl von Werkzeug WZ2 notwendig
Neben dem beschriebenen ersten Optimierungsziel einer bestimmten - mittleren oder maximalen - Spandicke konnte das sekundäre Optimierungsziel eine Schnittgeschwindigkeit sein, die sich innerhalb eines vorgegebenen Zielkorπdors bewegen soll oder einen bestimmten Maximalwert nicht überschreiten soll
Die in Fig 5 dargestellten gegenseitigen Abhängigkeiten, vor allem bei Einhaltung einer bestimmten Spandicke treten verstärkt dann auf, wenn eine von mehreren gleichzeitigen Bearbeitungsstellen an der Kurbelwelle die Bearbeitung einer Stirnflache einer Wange ist, wie in Fig 4 dargestellt Die Darstellung in Fig 4 zeigt eine Kurbelwelle z B für einen Vierzylinder-Reihenmotor bei der sich in radialer Richtung die Hubzapfen H1 und H2 bezuglich des Mittellagers ML gegenüberstehen
Wenn in der in Fig 4 dargestellten Position mit der Bearbeitung der Wangenflache 3 durch das Werkzeug WZ begonnen wurde, wurde sich die Kurbelwelle um die Mitte des Mittellagers ML weiter in der angegeben Richtung (im Uhrzeigersinn) drehen, wahrend das Werkzeug WZ gegen den Uhrzeigersinn dreht, um Gleichlauffrasen zu erzielen
Auf der Wangenflache 3 sind einige der sich dadurch ergebenden Schneidbahnen sa, sb, sm, sx eingezeichnet Wegen der gleichzeitigen Drehung der Kurbelwelle ergeben sich dadurch Spanquerschnitte, die wiederum am Beginn des Spanes deutlich großer sind als gegen Ende des Spanes, und zusätzlich unterscheiden sich die Spane stark in der Spanlange, abhangig von der jeweiligen Lage der Schneidbahn auf der Wangenflache 3
Auf eine Drehung der Kurbelwelle kann in der Regel nicht vollständig verzichtet werden, da sonst ein an anderer Stelle der Kurbelwelle gerade stattfindende Bearbeitung eines Lagerzapfens keinen Bearbeitungsfortschritt mehr zeitigen wurde
Wenn somit an einer Kurbelwelle gleichzeitig mehrere Wangenseitenflachen oder eine Wangenseitenflache gleichzeitig mit der Bearbeitung eines Lagerzapfens stattfindet, treten die am Beispiel der Fig 5 dargestellten Diskrepanzen der Spandicken zwischen den verschiedenen Bearbeitungsstellen bei gleichen Drehzahlen und Durchmessern aller Werkzeuge verstärkt auf, so daß verstärkt die Drehzahlen, und/oder bei Wangenbearbeitung auch die Bewegung in Querrichtung, also X-Richtung durch den Fräser, standig verändert werden müssen, um in jeder Phase der Bearbeitung und an allen Bearbeitungsstellen gleichzeitig die gewünschte optimale Spandicke einzuhalten
Höchstwahrscheinlich wird jedoch das erste Optimierungsziel die Standzeit der Schneiden sein, da einerseits die durch das Auswechseln der Werkzeuge bedingte Totzeit der Anlage und andererseits die Kosten für das Ersatzwerkzeug selbst der die Effizienz der Anlage am stärksten beeinflussende Faktor sind Das Einhalten einer bestimmten Bandbreite für die mittlere Spandicke bzw das Nichtuberschreiten einer maximalen Spandicke wird mangels anderer Indikatoren ersatzweise häufig als Hilfsparameter zum Verbessern der Standzeit gewählt Dabei kommt es vor allem darauf an, daß die Standzeit der Werkzeuge insgesamt möglichst hoch ist Dies kann bedeuten wenn z B mit zwei Scheibenfrasern die sechs oder auch mehr Lagerstellen einschließlich der angrenzenden Wangenstimflachen bearbeitet werden, eine möglichst große Standzeit jedes einzelnen der beiden meist gleichzeitig im Einsatz befindlichen Werkzeugeinheiten a, b bzw WZ1 , WZ2 oder
eine Optimierung der Standzeit dahingehend, daß die zwei oder auch mehr auf einer Maschine vorhandenen Werkzeuge a, b möglichst zum gleichen Zeitpunkt verschlissen sind und gewechselt werden können (Maximierung der zeitlichen Wechselabstande)
Da die Werkzeuge a, b nicht unbedingt gleichmäßig schnell verschleißen, aufgrund nicht ganz symmetrischen Aufbaus der Kurbelwelle bzw der Rohlinge für die Kurbelwelle bedeutet dies unter Umstanden, daß nicht jedes einzelne der Werkzeuge a, b, c im Hinblick auf eine für sich betrachtet möglichst lange Standzeit wahrend der Bearbeitung optimiert wird, sondern unter Umstanden die bei optimaler Bearbeitung langsamer verschleißenden Werkzeuge, z B das Werkzeug b bewußt abtragsintensiver z B mit höherer Schnittgeschwindigkeit etc , oder größerer Spandicke, gefahren wird da ein Hinauszogern der Verschleißgrenze dieses Werkzeuges b über den Verschleißzeitpunkt des Werkzeuges a nicht sinnvoll ist
Auf diese Art und Weise kann erreicht werden, daß alle auf einer Maschine befindlichen Werkzeuge, also a, b , gemeinsam gewechselt werden
Zu diesem Zweck ist es unter Umstanden auch notwendig, Bearbeitungen, die im Hinblick auf eine kurzestmoghche Bearbeitungszeit von ohnehin schneller verschleißendem Werkzeug a geleistet wurden, gezielt vom Werkzeug b durchfuhren zu lassen
Fig 6 zeigt einen bestimmten Bearbeitungszustand an einer Kurbelwelle, bei dem die Kurbelwelle gleichzeitig an zwei Bearbeitungsstellen A, B von Werkzeugen a, b bearbeitet wird Die Bearbeitungsstelle A ist dabei die Bearbeitung einer Wangenstirnflache (evtl zusammen mit der angrenzenden Hublagerflache), wahrend die Bearbeitungsstelle B die Bearbeitung eines Hublagerzapfens ist Für jede Bearbeitungsstelle allein betrachtet, wurde sich für die Bearbeitungsstelle B, also die Bearbeitung des Hubiagerzapfens, über eine gesamte Umdrehung der Kurbelwelle eine immer gleichmäßige optimale Drehzahl nkwB ergeben
Die entsprechende Kennlinie für die optimale Drehzahl der Kurbelwelle allein für die Bearbeitungsstelle A, also die Wangenbearbeitung welche mit nkwA bezeichnet ist, hat dagegen die Form eines umgekehrten Hutes und verlauft zum Teil unterhalb und zum Teil oberhalb der Optimaldrehzahl für den Bearbeitungsfall B
Dabei ist insbesondere von gleichen Fraserdrehzahlen (na = nb) ausgegangen
Da eine übereinstimmende Kurbelwellendrehzahl festgelegt werden muß, ist es bereits bekannt, die sich bei jeder Winkelstellung ergebende tiefere Drehzahl zu wählen, wie mit durchgezogener Linie als Stand der Technik (StdT) eingezeichnet
Entsprechend wurde bei der Optimierungsweise des Standes der Technik diese Drehzahl nkwB gewählt werden, mit der Folge daß sich für die Bearbeitungsstelle B ein Optimierungsgrad von 100 %, für die Bearbeitungsstelle A jedoch nur von 70 % ergeben wurde
Durch die erfindungsgemaße Optimierungsweise wurde zwar - z B im Bereich knapp oberhalb von 0° Kurbelwellenstellung - durch die für die Bearbeitungsstelle B zu hohe Drehzahl der Optimierungsgrad an dieser Bearbeitungsstelle B verschlechtert, dagegen für die Bearbeitungsstelle A verbessert, und zwar um einen größeren Betrag als die Verschlechterung bei B In der Summe über die Bearbeitungsstellen A, B, wurde sich damit jedoch eine bessere Optimierung ergeben als bei der Optimierungsweise nach dem Stand der Technik Fig 6 zeigt lediglich die Abhängigkeit der Kurbelwellendrehzahl von der Kurbelwellenstellung Unabhängig von der Kurbelwellendrehzahl nKW kann jedoch auch die Fraserdrehzahl na der an den Bearbeitungsstellen A, B wirkenden Fräser a, b verändert werden
Die Figuren 7 und 8 zeigen dabei die Zusammenhange zwischen Standzeit ts, Spandicke h sowie Schnittgeschwindigkeit vs auf
Wie Fig 7 zeigt, ergibt die Standzeit ts aufgetragen über der Spandicke h eine unsymmetrische, kappenformige Kurve, so daß die Standzeit ts ein relatives Maximum bei einer Spandicke hopt erreicht Im Bereich ι \h in dem diese kappenformige Kurve noch relativ flach abfallt ist die Standzeit ts noch annähernd optimal
Dabei entspricht die Spandicke h (wobei es nur eine untergeordnete Rolle spielt, ob man von der maximalen Spandicke hmax oder der durchschnittlichen Spandicke eines Spanes ausgeht) der Kurbelwellendrehzahl nKW, sofern die Fraserdrehzahl konstant bleibt
Jede der kappenformigen Kurven in Fig 7 entspricht einer bestimmten Schnittgeschwindigkeit vs
Denn wie Fig 8 zeigt, herrscht zwischen der Standzeit ts einerseits und der Schnittgeschwindigkeit vs andererseits eine umgekehrt exponentielle Beziehung, so daß also die Standzeit mit abnehmender Schnittgeschwindigkeit stark verbessert werden kann
Die Situation gemäß Fig 7 gilt - sofern der Durchmesser der einzelnen Hublagerzapfen identisch ist - in gleicher Weise für alle Hubzapfen einer zu bearbeitenden Kurbelwelle Soll nun die Standzeit der Werkzeuge in der Summe über alle Bearbeitungsstellen, wenigstens jedoch über die beiden gleichzeitig bearbeiteten Bearbeitungsstellen A, B optimiert werden, so wird wie folgt vorgegangen
Als Mindestforderung wird in der Kurve gemäß Fig 8 eine untere Grenze der Standzeit ts vorgegeben, welche gemäß Fig 8 einer bestimmten Schnittgeschwindigkeit vs2 entspricht Für die Bearbeitung zugelassen soll somit nur der schraffierte Bereich, also vs * vsmax, sein Dies entspricht in Fig 7 der Kurvenschar von vs2 und darüber
Für die Optimierung an den gleichzeitig bearbeiteten Bearbeitungsstellen A B, wird nun so vorgegangen, daß z B für die Bearbeitungsstelle A in Fig 7 die Kurve mit der größten noch zulassigen Schnittgeschwindigkeit (vs2) ausgewählt wird, und dort wiederum der Punkt mit der höchsten Standzeit, also entsprechend der Spandicke hopt Bei der somit feststehenden Spandicke hopt und der nun ebenfalls feststehenden Schnittgeschwindigkeit vs? ergibt sich zwingend eine Kurbelwellendrehzahl nKWA für diese Bearbeitungsstelle A Wie Fig 7 zeigt, hegen die Hochstpunkte der Kurvenschar tς = f(h) im wesentlichen vertikal übereinander
Aus Gründen der Standzeitoptimierung soll nun auch für die Bearbeitungsstelle B die Spandicke hopt gewählt werden Wegen der bereits feststehenden Kurbelwellendrehzahl nKWB = nKWA ergibt sich zwingend in Fig 7 eine bestimmte Kurve aus der Kurvenschar Handelt es sich um eine im zulassigen Bereich hegende Kurve z B vs3 so wird die dieser Schnittgeschwindigkeit vs3 entsprechende Fraserdrehzahl nb gewählt und mit den nun bekannten Parametern nKW na, nb die gleichzeitige Bearbeitung an den Bearbeitungsstellen A, B vorgenommen
Ergibt sich jedoch eine nicht zulassige Schnittgeschwindigkeit in Form z B der Kurve vsι in Fig 7 für die Bearbeitungsstelle B so wird statt dessen die gerade noch zulassige Kurve vs2 für die Bearbeitungsstelle B gewählt mithin also an der Bearbeitungsstelle B zusammen mit der Schnittgeschwindigkeit zwingend auch die Kurbelwellendrehzahl nKWB reduziert da die Spandicke hopt unverändert bleiben soll
Wegen der Ruckkopplung über die gemeinsame Kurbelwellendrehzahl bedeutet dies für die Bearbeitungsstelle A, daß für diese Bearbeitungsstelle A nicht wie ursprunglich willkürlich gesetzt in Fig 7 die der Schnittgeschwindigkeit vs2 entsprechende Kurve gilt, sondern eine hoher hegende Kurve, z B vs3 An der Bearbeitungsstelle A hat sich gegenüber der willkürlich gesetzten Ausgangs- Situation, also Schnittgeschwindigkeit und Kurbelwellendrehzahl, zugunsten der Beibehaltung der optimalen Spandicke reduziert
Zusätzlich kann - wie Fig 8 zeigt - die Schnittgeschwindigkeit vs nicht beliebig reduziert werden, da für den Fertigungsprozeß - in der Regel vom Kunden - eine maximale Taktzeit vorgegeben wird, innerhalb derer die Kurbelwelle fertigbearbeitet sein soll, woraus sich auch die maximal zur Verfugung stehende Zeit für die gleichzeitige Bearbeitung der Bearbeitungsstellen A B ergibt Dies bedingt die mindestens notwendige Schnittgeschwindigkeit vsmιπ in Fig 8
Eine zusätzliche Vaπationsmoghchkeit besteht noch darin, bei der Festlegung der Spandicke in Fig 7 nicht exakt hopt zu wählen sondern sich in der Bandbreite zwischen hopt ±Δh zu bewegen, wobei die Bereichsgrenzen i Λh so zu wählen sind, daß innerhalb dieses Bereiches die Abnahme der Standzeit bedingt durch Abweichung von der optimalen Spandicke geringer ist als die Abnahme der Standzeit durch analoge Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit (bei konstanter Kurbelwellendrehzahl nKW)

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 Verfahren zum Steuern der Bearbeitung eines sich bewegenden Werkstuckes, insbesondere des Drehfrasens eines sich drehenden Werkstuckes, wie etwa einer Kurbelwelle, an mehreren Bearbeitungsstellen (A, B, ) gleichzeitig durch getrennte Werkzeugeinheiten (a, b, ), dadurch gekennzeichnet, daß in Kenntnis der für jede Bearbeitungsstelle (A B) separaten optimalen Bewegungsparameter (nkwa, na, xa, ya, nkwb, nb xb, yb ) von Werkstuck (KW) und Werkzeug (WZ) die Bewegungsgeschwindigkeit des Werkstuckes, insbesondere die Drehzahl (nKWa, nKWb) der Kurbelwelle (KW), sowie die Bewegungsgeschwindigkeiten (na, xa, ya, ,nb, xb, yb, ) der
Werkzeugeinheiten (a, b, ) so gewählt werden, daß in der Summe (S) aller gleichzeitig bearbeiteten Bearbeitungsstellen (A, B, ) insgesamt ein optimales Bearbeitungsergebnis erzielt wird
2 Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitung eine spanende Bearbeitung ist
3 Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Werkstuckes eine Drehung des Werkstuckes um die eigene Achse ist
4 Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Optimierungsziel eine in der Summe (S) möglichst große Werkzeugstandzeit 5 Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das Optimierungsziel das Erreichen eines möglichst großen zeitlichen Abstandes zwischen den Werkzeugwechsel-Vorgangen an der mit gleichzeitig arbeitenden verschiedenen Werkzeugeinheiten (a, b, ) arbeitenden Werkzeugmaschine ist
6 Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die eingestellten Bewegungsparameter insbesondere die eingestellte Drehzahl (nKW) der Kurbelwelle (KW) zwischen dem höchsten und dem niedrigsten der für die einzelnen Bearbeitungsstellen (A B ) jeweils separat festgestellten optimalen Bewegungsgeschwindigkeiten (nKWa, nKWb, ) liegt
7 Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die festgelegten Bewegungsparameter ungleich der für jede Bearbeitungsstelle separat betrachteten optimalen Bewegungsparameter (nKWa, na, xa, ya, nKWb, nb, xb, yb, ) sind
8 Verfahren zum Steuern der Bearbeitung eines sich bewegenden Werkstuckes insbesondere des Drehfrasens eines sich drehenden Werkstuckes, wie etwa einer Kurbelwelle, an mehreren Bearbeitungsstellen (A, B, ) gleichzeitig durch getrennte Werkzeugeinheiten (a, b, ) insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der Summe (S) aller gleichzeitig bearbeiteten Bearbeitungsstellen (A, B, ) insgesamt eine möglichst große Werkzeugstandzeit erzielt werden soll, dadurch gekennzeichnet daß für jede der gleichzeitig bearbeiteten Bearbeitungsstellen (A B, ) eine Spandicke (H) im optimalen Bereich (hop, i \h) eingehalten wird, und dabei die Schnittgeschwindigkeiten (Vs) an den Bearbeitungsstellen (A, B, ) so gewählt werden, daß unter Einhaltung der vorgegebenen Taktzeit für die Bearbeitung der Bearbeitungsstellen (A, B, ) bzw der gesamten Kurbelwelle (KW) die maximale Werkzeugstandzeit erzielt wird
9 Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Spandicke (h) die optimale Spandicke (hopt) entsprechend der Beziehung Werkzeugstandzeit (ts = f(h))
10 Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß zu Beginn des Optimierungsvorganges eine maximal zulassige Schnittgeschwindigkeit (vsmax) entsprechend einer minimal einzuhaltenden Werkzeugstandzeit (tsmln) vorgegeben wird
11 Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zu Beginn der Optimierung für die erste (A) der gleichzeitig zu bearbeitenden Bearbeitungsstellen (A, B, ) die maximal zulassige Schnittgeschwindigkeit (vsmax) gesetzt wird - daraus die sich für die anderen Bearbeitungsstellen (B, ) ergebenden Schnittgeschwindigkeiten (vs) ermittelt werden, und die Schnittgeschwindigkeiten (vs) für alle Bearbeitungsstellen (A, B ) angehoben, insbesondere um den gleichen Wert angehoben werden falls eine der sich für die anderen Bearbeitungsstellen (B, ) ergebenden Schnittgeschwindigkeiten oberhalb der zulassigen Grenze (vsmax) lag
12 Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zu Beginn der Optimierung für die Schnittgeschwindigkeiten eine untere Grenze (Vsmm), insbesondere in Abhängigkeit von der vorgegebenen Taktzeit, gesetzt wird
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0122244D0 (en) * 2001-09-17 2001-11-07 Uniscrew Ltd Manufacture of punches,screwdrivers and bits for use with uniscrew screw head profiles
GB2403441B (en) * 2001-09-17 2005-02-16 Uni Screw Worldwide Inc Method of manufacturing a cold forming punch
US6772039B2 (en) * 2001-12-04 2004-08-03 Yoshiaki Kakino NC program generating method, NC program generating apparatus, computer memory product, and computer program product
JP4024051B2 (ja) * 2002-02-06 2007-12-19 コマツ工機株式会社 クランクシャフトの旋削加工装置
JP4473165B2 (ja) * 2005-03-24 2010-06-02 株式会社森精機製作所 工作機械
JP4410139B2 (ja) * 2005-04-01 2010-02-03 株式会社森精機製作所 複合旋盤
JP2009544482A (ja) * 2006-07-25 2009-12-17 モリ・セイキ・ユーエスエー・インコーポレーテッド 複合加工の方法及び装置
DE102009030856A1 (de) * 2009-06-26 2010-12-30 Kennametal Inc. Verfahren und Vorrichtung zur endmaßgenauen Bearbeitung von Kurbel- oder Nockenwellen
JP5431987B2 (ja) * 2010-01-29 2014-03-05 Ｄｍｇ森精機株式会社 工作機械の制御装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996039269A1 (de) * 1995-06-06 1996-12-12 Widia Gmbh Verfahren zur spanenden bearbeitung von zylindrischen konturen, vorrichtung zur durchführung des verfahrens und schneideinsatz hierzu
DE19626627C1 (de) * 1996-07-02 1997-09-18 Boehringer Werkzeugmaschinen Fräsmaschine
DE19626609A1 (de) * 1996-07-02 1998-01-15 Boehringer Werkzeugmaschinen Mehrfachfräsen an Kurbelwellen

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1100842A (en) * 1911-12-16 1914-06-23 Christen Overgaard Manufacture of crank-shafts and the like.
US2215007A (en) * 1938-12-17 1940-09-17 Ingersoll Milling Machine Co Metal turning
US2942526A (en) * 1955-03-28 1960-06-28 Elektroantrieb Kurt Maecker Fa Automatic electric control arrangement for a crankshaft milling machine
DE2822346C2 (de) * 1978-05-22 1985-09-05 GFM Gesellschaft für Fertigungstechnik und Maschinenbau GmbH, Steyr Elektrische numerische Programmsteuerung für Kurbelwellenfräsmaschinen und Kurbelwellen-Schleifmaschinen
AT358361B (de) * 1979-03-08 1980-09-10 Gfm Fertigungstechnik Verfahren zum bearbeiten von mehrfach gekroepften kurbelwellen
JPS63102817A (ja) * 1986-10-20 1988-05-07 Honda Motor Co Ltd クランクシヤフトピンの加工方法
US4790698A (en) * 1987-05-13 1988-12-13 Cm Systems, Incorporated Monotonic cutting machine
US5197172A (en) * 1991-05-31 1993-03-30 Toyoda Koki Kabushiki Kaisha Machining system
DE4446475C2 (de) * 1994-12-23 2000-06-21 Boehringer Werkzeugmaschinen Verfahren und Maschine zum Bearbeiten von Werkstücken
GB2303091A (en) * 1995-07-10 1997-02-12 Western Atlas Uk Ltd Control of circularly asymmetric machining
US5801963A (en) * 1995-11-13 1998-09-01 The University Of Kentucky Research Foundation Method of predicting optimum machining conditions
DE19546197C1 (de) * 1995-12-11 1997-01-23 Widia Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Drehfräsen

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996039269A1 (de) * 1995-06-06 1996-12-12 Widia Gmbh Verfahren zur spanenden bearbeitung von zylindrischen konturen, vorrichtung zur durchführung des verfahrens und schneideinsatz hierzu
DE19626627C1 (de) * 1996-07-02 1997-09-18 Boehringer Werkzeugmaschinen Fräsmaschine
DE19626609A1 (de) * 1996-07-02 1998-01-15 Boehringer Werkzeugmaschinen Mehrfachfräsen an Kurbelwellen

Also Published As

Publication number Publication date
EP0984842B1 (de) 2001-08-08
DE19722454A1 (de) 1998-12-10
ATE203944T1 (de) 2001-08-15
EP0984842A1 (de) 2000-03-15
ES2161542T3 (es) 2001-12-01
DE59801185D1 (de) 2001-09-13
US6506004B1 (en) 2003-01-14
JP2001526595A (ja) 2001-12-18

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