用于精加工工件的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的目標是在緊隨著粗加工并且實質(zhì)上在硬化之后的尤其是曲柄軸（1）的材料移除加工期間，縮短過程鏈。為了實現(xiàn)所述目標，根據(jù)本發(fā)明，提出借助于精加工、電化學(xué)蝕刻將作為第一步驟的旋轉(zhuǎn)銑削或單點銑削以及隨后的精加工步驟進行組合。
【專利說明】用于精加工工件的方法和裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于機械加工旋轉(zhuǎn)對稱的和非旋轉(zhuǎn)對稱的部件，尤其是曲柄軸以及將曲柄軸的(曲柄銷軸承以及軸頸軸承的)尤其是軸承表面批量生產(chǎn)至可用條件的方法和裝置，因此該條件是曲柄軸可以安裝在發(fā)動機中而不需要在軸承表面處移除額外的材料。
[0002]因此軸承表面是包封表面，因而軸承的寬度，并且還是所謂的橫梁表面，因此表面與(例如)用于軸向支撐的軸承寬度相鄰。
【背景技術(shù)】
[0003]曲柄軸，尤其是用于汽車發(fā)動機的具有多個汽缸的曲柄軸已知是在機械加工期間不穩(wěn)定的工件，因此難于對其進行加工。除了軸向軸承寬度之外，主要通過評估以下參數(shù)來確定精加工的曲柄軸的尺寸配合性:
[0004]-與從軸承小齒輪的預(yù)定標稱直徑的最大偏差相等的直徑偏差。
[0005]-與從軸承銷的圓形標稱輪廓的宏觀偏差相等的圓度，所述宏觀偏差由外包封圓和內(nèi)包封圓的距離確定；
[0006]-與由旋轉(zhuǎn)軸承的離心率引起的旋轉(zhuǎn)工件的徑向尺寸偏差和/或從理想圓形的軸承的形狀偏差相等的離心率；
[0007]-用平均個體粗糙度(meanindividual roughness)Rz表示的粗糙度=表示軸承表面的微觀粗糙度的計算值；
[0008]-支撐部分=與接觸的相對表面接觸的在微觀上看到的表面結(jié)構(gòu)的支撐表面部分，
[0009]以及另外地用于曲柄銷軸承:
[0010]-沖程偏差=實際沖程(曲柄銷的實際中心距離曲柄軸頸的實際中心的距離)從標稱沖程的尺寸偏差以及
[0011]-角度偏差=曲柄銷的實際角位置從其相對于軸頸中心線的標稱角位置以及相對于剩余曲柄銷的角位置的偏差，所述剩余曲柄銷的角位置在角度上被指定或者被指定為相對于沖程在周向方向上提供的縱向尺寸。
[0012]因此，保持這些參數(shù)的所需公差通過可用的機械加工方法并且還通過工件和切削力的不穩(wěn)定性來限制。同樣地，所述方法的有效性和經(jīng)濟因素在實際應(yīng)用中，尤其在其中循環(huán)時間以及因此生產(chǎn)成本是十分重要的批量生產(chǎn)中是十分重要的，同時單個件或技術(shù)原型不會遭受這些限制。
[0013]典型地，從因此形成的澆鑄或鍛造的曲柄軸的軸承中移除材料在三個材料移除機械加工步驟中執(zhí)行:
[0014]步驟I粗加工
[0015]通過界定的邊緣進行碎片移除機械加工。因此，使用如下方法:車削、車削-拉削(turn-broaching)、車削-車 削-拉削、內(nèi)部圓銑和外部圓銑、正交銑削尤其是執(zhí)行為高速銑削或這些方法的組合。待移除的過量材料處于若干毫米的范圍內(nèi)。
[0016]步驟2精加工:
[0017]濕磨法，尤其是在工件通過堅硬的、大規(guī)模磨具(例如，研磨盤)的先前硬化之后，所述模具通常隨著其與待機械加工的曲柄軸的旋轉(zhuǎn)軸平行的旋轉(zhuǎn)軸進行旋轉(zhuǎn)；待移除的過量材料處于若干0.1暈米的范圍內(nèi)。
[0018]當存在較大的過量尺寸時，也在多個步驟中執(zhí)行研磨，例如，在通過預(yù)研磨和精磨的兩個步驟中。
[0019]步驟3主表面結(jié)構(gòu)化:
[0020]通過典型振蕩的磨具(研磨帶或研磨石)的精加工，所述模具擠壓在旋轉(zhuǎn)軸承的外圓周上；移除的過量材料典型地處于l/100mm的范圍內(nèi)或甚至μ m范圍內(nèi)。
[0021]因此，基于曲柄軸的材料(鋼鐵或鑄鐵)該過程必須是不同的，其中尤其是優(yōu)選地用于高負載部件的鋼鐵曲柄軸在第一碎片移除機械加工步驟之后，在軸承的表面處進行硬化。這樣會引起曲柄軸的再次扭曲，這必須通過研磨和精加工來進行補償。硬化鑄鐵曲柄軸目前通常被省略并且可以通過使用具有更大硬度，例如，GGG60或70以及改進的強度值的澆鑄材料完全得到避免。
[0022]為了降低曲柄軸機械加工的成本，需要將軸承的機械加工從三個不同的機械加工步驟減少至兩個不同的機械加工步驟。
[0023]通過提供足夠的形成精確度，通常鍛造精確度，而省略粗加工步驟，使得隨后僅需要精加工，迄今為止至少在一系列生產(chǎn)中未成功，。至少這會產(chǎn)生以下影響:尤其是將通過研磨提供的材料移除必須大于迄今為止已執(zhí)行的研磨過程。
[0024]然而，通過濕磨法移除材料的缺點在于:
[0025]-由添加的冷卻劑-潤滑劑產(chǎn)生的研磨屑難于進行處理；
[0026]-由于包含在冷卻劑-潤滑劑中的石油，例如，在CBN研磨期間存在爆炸的潛在風險。
[0027]-對于研磨所使用的冷卻劑-潤滑劑的量遠遠大于對于碎片移除機械加工方法所使用的量，因為冷卻劑-潤滑劑另外用于通過需要大量能量的高壓噴灑將研磨粉從研磨盤的表面移除；
[0028]-不管所有上述缺點如何，過度加熱工件的風險非常高。
[0029]因此，過去嘗試將復(fù)雜度減到最小，因此將投資量以及機械加工時間減到最小，并且對于部分硬化的工件是類似的，因此尤其是將硬化之后的機械加工減到最小。
[0030]因此，尤其嘗試消除濕磨法并且從碎片移除機械加工，例如，直接過渡到DE197146677A1中所提出的精加工，同時相對于單個尺寸參數(shù)預(yù)先確定限定的轉(zhuǎn)換條件。
[0031]同樣地，EP2338625A1提出應(yīng)取代濕磨法步驟的具有界定的邊緣的特定精加工，然而，精加工可選地在其后提供，所述精加工應(yīng)不僅改進形狀和表面而且在較小程度上改進尺寸精確度
[0032]然而，先前的最優(yōu)化嘗試不會充分考慮具有界定的邊緣以及同樣具有非界定的邊緣以及不具有邊緣的新機械加工方法的選擇以及尤其是可能的組合，這同時在硬機械加工，因此機械加工硬化的工件表面的變型中提供，并且因此可以在硬化之后的工件處使用。
[0033]-在車銑加工，因此旋轉(zhuǎn)工件的銑削期間，微調(diào)(精確至Iμ m)切割板尤其是用于外部銑削，因此具有銑刀鉆頭的銑削中，所述銑刀鉆頭是盤形的并且在其圓周處是鋸齒狀的，其中切割板，例如，布置在銑刀鉆頭的基底元件的楔(wedge)系統(tǒng)上，其中切割板是可足夠精確地調(diào)節(jié)的，以使得同樣對于銑刀鉆頭上的20至50個齒，可以在工件處實現(xiàn)良好的圓度以及直徑精確度。
[0034]-對于正交的銑刀鉆頭，在表面處使用I至10個切削刃可以同時實現(xiàn)可接受的材料移除性能，而不會在過度消極的程度上影響表面質(zhì)量，因為切削刃相對于彼此不僅可以非常好地進行調(diào)節(jié)或接地，而且因為另外地，這同樣適用于外部銑刀鉆頭，切削刃，例如，由具有非常精細的砂粒結(jié)構(gòu)的最精細的晶粒硬質(zhì)合金制成。這尤其是有助于部分地克服切削刃的硬度和彈性的先前互斥性。
[0035]-在軸承位置的精細縱向車削期間，迄今為止存在的問題是:具有不同彎管的車刀需要用于車削左下角和右下角部分，并且因此通常10至30 μ m的不可避免的步在兩個機械加工位置的過渡部分中提供，其中該步無法通過單獨地精加工有效地移除，因為由于精加工工具的相對不精確的自引導(dǎo)支撐，因此對于移除幾倍長的該步需要執(zhí)行材料移除，需要大量的精加工時間。
[0036]軸承可以用單個車刀進行機械加工，所述車刀在X方向上是可增長的，在Z方向上是可移動的并且另外地圍繞B軸是可旋轉(zhuǎn)的(單點車削)，因此軸承可以進行車削而不會產(chǎn)生肩狀物。
[0037]-利用切削刃的切線車削不僅在中心軸承，而且在桿軸承的一系列生產(chǎn)中是同時可用的，所述切削刃相對于工件的旋轉(zhuǎn)軸以傾斜角定向并且以切向或弓形的方式移動。當脫離旋轉(zhuǎn)凹槽不是所制造的表面的主要目標時，以良好的效率產(chǎn)生高的表面質(zhì)量。
[0038]-即使當工具的冷卻和清洗配備有壓縮空氣時，不具有液體冷卻劑和潤滑劑的干燥研磨僅可以提供極小的材料移除，尤其是約10至30 μ m。
[0039]-在精加工期間，有時使用被稱為尺寸形態(tài)精加工的多步驟，其中利用粗砂粒的第一步驟產(chǎn)生達到30 μ m的顯著材料移除并且可以在測量之后終止或繼續(xù)。
[0040]利用更精細砂粒的精加工的第二步驟(幾何圖形的精加工和測量)和第三步驟(表面結(jié)構(gòu)化)產(chǎn)生處于5至15 μ m范圍內(nèi)的材料移除并且基于時間來執(zhí)行且最終用于表面結(jié)構(gòu)化。
[0041 ] 此外，存在表面的電化學(xué)蝕刻，這應(yīng)該用于表面的修邊以及特定的壓型，因此尤其是用于移除微觀表面結(jié)構(gòu)的峰。
[0042]眾所周知的是，對于結(jié)構(gòu)化，這不僅是相關(guān)的以移除峰，而且對于保持谷打開以將這些谷保持為儲油庫也是十分重要的。假設(shè)利用已知的方法，例如，精加工，這是無法充分實現(xiàn)的，那么例如，通過包括激光束處理可以將已知方法積極地包括在其中。
[0043]當然，客戶端的精確度要求也已經(jīng)提高，該精確度要求關(guān)于圓度通常是5 μ m,相對于直徑精確度是ISO質(zhì)量水平6,因此,例如,對于汽車曲柄軸約16 μ m并且相對于同心度在
0.05mm 與 0.1mm 之間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0044]a)技術(shù)目標
[0045]因此，本發(fā)明的目標是減少上述工件的精加工以(尤其是)在硬化之后提供可用性，尤其是以減少工序的數(shù)目。
[0046]b)解決方案
[0047]該目標是通過權(quán)利要求1、2和18的描述特征來實現(xiàn)的。可以從屬權(quán)利要求中得到有利的實施例。
[0048]因此，本發(fā)明的目標是對上述工件進行機械加工，并且尤其是在實現(xiàn)0.1mm的精確度的碎片移除粗加工以及引起額外扭曲的可能的隨后的硬化之后，對工件的軸承進行機械加工。
[0049]隨后敘述的工序典型地涉及相同的機械加工位置。
[0050]根據(jù)本發(fā)明，假定在粗加工之后需要第一精加工步驟，其中所述第一精加工步驟用于實現(xiàn)尺寸精確度并且第二精加工步驟用于實現(xiàn)相應(yīng)的表面質(zhì)量。
[0051]第一精加工步驟是利用界定的邊緣的碎片切割。這可以是利用在機械加工期間平行于工件旋轉(zhuǎn)的外部銑刀鉆頭或正交銑刀鉆頭(其旋轉(zhuǎn)軸垂直于工件的旋轉(zhuǎn)軸定向或者與工件的旋轉(zhuǎn)軸成傾斜角定向)的車銑，或者是車削，尤其是采用單點車削形式的車削，所述車削都能夠機械加工至約IOym的公差，然而，根據(jù)本發(fā)明該公差不應(yīng)總是完全用在過程鏈中。
[0052]對于第二精加工步驟，尤其是利用未界定的邊緣的材料移除，例如，精細-干燥研磨或精加工，因此尤其是尺寸形態(tài)精加工的精細步驟是可用的或者利用或不利用電極的脈動負載進行電化學(xué)蝕刻。
[0053]理想地，在粗加工之后的過程鏈僅包括第一精加工步驟和第二精加工步驟。
[0054]如果有必要，精細的中間步驟在其中間執(zhí)行(根據(jù)權(quán)利要求2)。以下是可用的:
[0055]-干燥研磨，與例如至多150μ m的濕磨法相比，干燥研磨僅移除少得多的材料量，或者
[0056]-切向車削，因此具有界定的邊緣機械加工方法，或者
[0057]-尺寸形態(tài)精加工的粗糙步驟，或者
[0058]-在未選擇用于第一精加工步驟的情況下，單點車削是另一種選擇。
[0059]主要取決于客戶要求來確定在用于結(jié)構(gòu)化表面的第二精加工步驟之后，是否需要最終的精加工步驟。
[0060]這可以，尤其是，用于將腔室作為儲油庫引入工件的表面中，以便改進潤滑以及因此改進滑動性能。
[0061]為此，在未選擇作為第二精加工步驟的機械加工方法的情況下，具體而言有目標的激光沖擊可以用于實現(xiàn)此類腔室或者進而實現(xiàn)電化學(xué)蝕刻。
[0062]也就是說，在這種情況下，用于更換工件中的腔室的相應(yīng)突起部已被機械加工成用于電化學(xué)蝕刻的電極，并且在一個工序中引入腔室，并且微觀表面結(jié)構(gòu)的峰被削去。
[0063]這樣，在常規(guī)過程鏈中并且不管提高的客戶要求如何，將過程鏈縮短。這具有以下優(yōu)點:尤其是防止?jié)衲シ?，并且另外地取決于特定組合，可以在相同機器中并且利用相同的夾緊步驟執(zhí)行若干工序。
[0064]因此，除了電化學(xué)蝕刻之外，第一精細加工步驟和第二精細加工步驟的機械加工方法可以共同地實施于一個機器中，并且因此工件可以在一個夾緊步驟中進行機械加工。
[0065]不管對于此精細中間步驟的機械加工方法的實際選擇如何，甚至額外的精細中間步驟可以包括在其中。
[0066]甚至用于沖擊工件表面的激光單元可以另外地用于機床中，所述機床本質(zhì)上是因此用于工件的一種車床，所述工件在利用界定的且已知的(C軸)旋轉(zhuǎn)位置進行處理期間是可驅(qū)動的。
[0067]然而，根據(jù)本發(fā)明，有利地提出在第一精加工步驟之后直接執(zhí)行第二精加工步驟，并且將精加工或電化學(xué)蝕刻用作第二精加工步驟。
[0068]因此，至多僅10 μ m的材料移除在第二精加工步驟中執(zhí)行。精加工以及電化學(xué)蝕亥IJ是基于時間執(zhí)行的，因此在不需要測量所實現(xiàn)的結(jié)果的情況下具有限定的沖擊時間。
[0069]然而，在第一精加工步驟中，這些方法的最大精確度并不是預(yù)定的，但是圓度被機械加工到至少10 μ m的精確度并且直徑利用車銑被機械加工到至多10 μ m的精確度。然而，在單點車削期間，實現(xiàn)至多IOym的精確度并且對于直徑，實現(xiàn)至多10 μ m的精確度。
[0070]然而，在這種第一精細加工步驟中，這些方法的最大可能的精確度是根本無法達到的，但是車銑對于圓度提供至少10 μ m的精確度，并且對于直徑提供最大10 μ m的精確度，然而，單點車削向圓度提供最大IOym的精確度并且向直徑提供最大IOym的精確度。
[0071]對于150米/分鐘至400米/分鐘的切削速度，這可以優(yōu)選地實現(xiàn)。
[0072]在材料移除以及仍需要在第二精加工步驟中實現(xiàn)的所需精確度在經(jīng)濟上是不再可實現(xiàn)的情況下，執(zhí)行所述精細-中間步驟。
[0073]在精加工步驟中選擇電化學(xué)蝕刻的情況下，根據(jù)本發(fā)明提出將突起部或外蓋直接布置在用于此目的的電極的有效表面上，其中所述突起部或外蓋隨后以限定的分布以及限定的深度在工件的表面中產(chǎn)生腔室。隨后，這些突起部具有至多IOym的高度；更好地至多6 μ m0
[0074]然而，在第二精加工步驟中選擇精加工的情況下，可以同樣通過激光沖擊以限定方式以及限定數(shù)目、尺寸和分布產(chǎn)生腔室，因為同樣地激光單元可以在相同機器中非常完
美地結(jié)合。
[0075]為了進一步提高第一精加工步驟中的精確度，使用銑刀，其中切削刃可以通過楔系統(tǒng)相對于工具的基底元件經(jīng)受精細對準，其中所述精細對準比5μπι更精確，以便實現(xiàn)10 μ m或以下的范圍內(nèi)的機械加工精確度。
[0076]另外，當使用正交切削工具時，使用在表面處具有I至10個切削刃，尤其是4至6個切削刃的切削工具，然而，所述切削刃可以在圓周上不均勻地分布，從而不產(chǎn)生任何共振頻率。
[0077]另外，正交切削工具在待加工的包封表面處接合地(因此)移動正交切削工具的直徑的至少20%，更好地至少50%，尤其是至多60%，通常在接合期間，在正交切削工具的表面的外圓周處在Y方向上相對于工件的旋轉(zhuǎn)軸開始，因此切削性能和切削方向的問題是，連續(xù)執(zhí)行的軸偏移會使得軸承的所有長度部分都能夠以足夠的精確進行機械加工，所述問題在正交切削工具的中心減少或者由于缺乏切削刃得到解決根本不存在。
[0078]為此，工件至少兩倍地旋轉(zhuǎn)，同時執(zhí)行正交切削工具的軸偏移，所述工件更好地至少10倍地旋轉(zhuǎn)或者甚至更好地至少20倍地旋轉(zhuǎn)。
[0079]因此，正交切削工具的速度應(yīng)該為工件速度的至少80倍、更好地100倍或者甚至更好地130倍。[0080]當對硬化的表面進行處理時，具有界定的邊緣的鑿平工具的切削刃通常由CBN或硬質(zhì)合金制造。然而，不管是否具有足夠的硬度，隨后硬質(zhì)合金優(yōu)選地用0.2μηι至0.5μηι的砂粒制造，并且因此更正確地用彈性織物制造。
[0081]在第二精細加工步驟中選擇電化學(xué)蝕刻的情況下，因此執(zhí)行至多30 μ m,更好地僅20 μ m,但是至少2 μ m的材料移除，因為僅這樣將微觀表面結(jié)構(gòu)的充分平滑實現(xiàn)至至少50%的支撐部分，這是第二精細加工步驟的基本目標。
[0082]可以實現(xiàn)生產(chǎn)過程的進一步加速，因為第二精加工步驟，尤其是，電化學(xué)蝕刻僅對升降軸承，因此曲柄軸處的桿軸承的周向部分進行機械加工，所述周向部分在點火之后負載有連接桿的壓力，所述周向部分總是相同的周向部分。
[0083]尤其是，僅桿軸承的相應(yīng)一半的圓周在第二精加工步驟中進行處理。
[0084]這樣，第一精加工步驟可以在相同的夾持步驟中(在尤其是與行動粗加工相同的夾持步驟中)用于對升降軸承，因此桿軸承進行機械加工，當硬化未在中間執(zhí)行或者誘導(dǎo)的硬化也在相同機器和相同的夾持步驟中執(zhí)行時，這是尤其重要的。
[0085]尤其是在第二精加工步驟中，盡管這也可以在第一精加工步驟中執(zhí)行，但是曲柄軸通過至少一個固定的支撐件進行支撐。
[0086]這樣在支撐的軸承圓周上產(chǎn)生固定支撐件的印記，其中所述印記并不是必須地與尺寸和表面質(zhì)量相關(guān)，但是應(yīng)該由于光學(xué)原因進行精加工，因為所述印記在最后的精加工步驟中消除，該最后的精加工步驟得到促進，因為通過相鄰固定支撐件的支撐通常位于最后精加工步驟的前進方向的一側(cè)上。
[0087]在第一精加工步驟中，凸緣和小齒輪優(yōu)選地進行處理，同時曲柄軸通過中心處具有中心銷的卡盤以及在其上各自拉回的叉鉗進行支撐，其中曲柄軸通過卡盤支撐在一側(cè)上并且通過中心銷支撐在另一末端處。
[0088]盡管小齒輪通常不經(jīng)受精加工步驟，但是嘗試在第二精加工步驟中在凸緣處產(chǎn)生自由旋轉(zhuǎn)表面。
[0089]為了執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法，所采用的車床需要以下部件:
[0090]-機床
[0091]_床頭，尤其是具有卡盤的，
[0092]-具有卡盤的相對床頭，
[0093]-受控的C軸，
[0094]-至少一個垂直支撐件，
[0095]-具有盤形切削工具或具有正交切削工具的銑削單元，其中除了X軸之外，所述正交切削工具包括Y軸，
[0096]-可選地，精加工單元和/或圍繞C軸旋轉(zhuǎn)的研磨盤。
[0097]有利的是，車床還包括以下部件:
[0098]-用于沖擊工件的周向表面的激光單元，和/或
[0099]-可激活的且可去激活的測量單元。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0100]本發(fā)明的實施例隨后將參考附圖進行更詳細地描述，其中:[0101]圖la、b:圖示了側(cè)視圖形式的典型的曲柄軸以及放大的單個軸承；
[0102]圖2a、b:圖示了具有布置在轉(zhuǎn)動軸上方以及下方的支撐件的車床；
[0103]圖3:圖示了具有僅布置在轉(zhuǎn)動軸上方的支撐件的車床；
[0104]圖4a、b:圖示了標志工件處的不同加工情況；
[0105]圖5:圖示了軸承的截面中的尺寸偏差；以及
[0106]圖6:圖不了工件表面處的微觀表面結(jié)構(gòu)。
【具體實施方式】
[0107]圖1a圖示了四個汽缸燃燒發(fā)動機的典型曲柄軸I的側(cè)視圖，其中因此具有四個偏心電梯-或桿軸承PLl至PL4以及相鄰地布置于其上的總計5個主要軸承HLl至HL5，其中主要軸承布置在隨后的旋轉(zhuǎn)軸(曲柄軸的Z軸)上，因此通過利用一端處的凸緣4處的夾爪6以及在曲柄軸I的另一端處的小齒輪3的徑向夾持，曲柄軸I在車床(未進行更加詳細的描述)中被夾持在所述旋轉(zhuǎn)軸上，其中旋轉(zhuǎn)軸也被指定為圖1的圖示中的旋轉(zhuǎn)軸2。
[0108]尤其是，本發(fā)明涉及對軸承，因此對主要軸承以及包括相鄰側(cè)面(所謂的鏡面)的桿軸承的包封表面進行機械加工。
[0109]在曲柄軸I的上方和下方，從左上方至右方以示例性方式圖示了機床:
[0110]-一方面，端銑刀5，所述端銑刀的旋轉(zhuǎn)軸5’垂直于旋轉(zhuǎn)軸2，所述旋轉(zhuǎn)軸2通常被定義為車床的3維坐標系中的Z軸；
[0111]-在端銑刀的一個表面上，布置一個或多個，優(yōu)選地2至8個切削刃7，所述切削刃延伸到端銑刀5的周向表面上，以使得軸承可以通過在旋轉(zhuǎn)軸承的包封表面處接觸旋轉(zhuǎn)端銑刀5以碎片移除方式進行機械加工。
[0112]-與其相鄰地布置盤形切削工具8，所述盤形切削工具的旋轉(zhuǎn)軸8’平行于Z軸，并且在所述盤形切削工具的圓周上布置有大量的切削刃7’，所述切削刃沿著周向表面的整個寬度并且徑向地在盤形切削工具8的盤狀基底元件的外邊緣部分上延伸。
[0113]由于通常80切削刃或切割板23的數(shù)目較多，所述切削刃或切割板必須在盤形切削工具8處以，例如，700_的直徑進行調(diào)節(jié)，與切割板同步的徑向和軸向方向上的精確調(diào)節(jié)是十分費時的。
[0114]-在與其相鄰的右側(cè)上，圖示了研磨盤9，所述研磨盤圍繞布置在Z方向上的旋轉(zhuǎn)軸9’旋轉(zhuǎn)，所述研磨盤用研磨砂粒、通常硬質(zhì)合金、陶瓷或CBN覆蓋在其包封部分以及相鄰的表面部分中，并且具有在Z方向上測量到的與盤形切削工具8類似的軸向延伸部分，其中所述軸向延伸部分對應(yīng)于相應(yīng)的軸承。
[0115]在曲柄軸下方，圖示了配置為單點車刀的車刀10，其中所述車刀不會精確地在X方向上延伸，但是在朝向軸承的方向上以略微的傾斜角延伸，并且可以接觸軸承以便也能夠車削軸承彎管頭中的一者。
[0116]為了利用相同的車刀10車削包括包封表面的兩個彎管頭，而不會停止并且因此不會產(chǎn)生肩狀物，除了在X方向上的可移動性并且明顯足夠纖細的，圖1b中以詳細視圖圖示的此種車刀10圍繞B軸是可樞轉(zhuǎn)的，以便在軸承中移動。
[0117]應(yīng)理解，在圍繞主要軸承軸旋轉(zhuǎn)的曲柄軸處對桿軸承PLl至PL4中的一者進行機械加工，接合工具另外地必須在X方向上執(zhí)行進給運動，并且對于端銑刀7以及對于切削工具10，需要Y方向上的額外的進給運動，以便能夠跟隨運轉(zhuǎn)的桿軸承。
[0118]圖2a和b以Z方向上的前視圖圖示了車床的實施例，該實施例可以用于利用根據(jù)本發(fā)明的方法對曲柄軸等工件進行機械加工。
[0119]如圖2b所示，在機床11的垂直前表面的前方，床頭12布置在其上部部分中，其中床頭12支撐可驅(qū)動的夾盤(clamping chuck) 13，以使夾爪6旋轉(zhuǎn)并且包括夾爪。相對的床頭14相對于床頭12進行布置，其中相對的床頭14也支撐夾盤13，使得工件，例如，曲柄軸I可以利用旋轉(zhuǎn)軸2上的兩個末端被接收，所述旋轉(zhuǎn)軸在Z方向上在一個相應(yīng)的夾盤13中延伸并且可以被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。
[0120]在旋轉(zhuǎn)軸下方的床11的前側(cè)上并且在床11的平坦上側(cè)上，縱向引導(dǎo)件15被布置成分別在Z方向上成對延伸，其中工具單元在縱向引導(dǎo)件上市可移動的，在這種情況下，一個工具單元在下部縱向引導(dǎo)件上是可移動的并且兩個工具單元在上部縱向引導(dǎo)件15上是可移動的。
[0121 ] 每個工具單元由沿著縱向引導(dǎo)件15可移動的Z滑動件16以及在Z滑動件上延伸并且在X方向上可移動的X滑動件17制成，其中工具或工具單元安裝在X滑動件上。
[0122]在旋轉(zhuǎn)軸2下方的單元中，這是具有車刀10以及在Z方向上延伸的樞轉(zhuǎn)軸的典型的工具旋轉(zhuǎn)器18，所述插入其中的車刀被配置為星形旋轉(zhuǎn)器。
[0123]左上部分的單元是單點配置的單個車刀10，因此圍繞大約在X方向上延伸的B軸是可樞轉(zhuǎn)的并且因此同樣根據(jù)樞轉(zhuǎn)運動在X方向上是可移動的。
[0124]右上部分的單元是精加工工具19，所述精加工工具可以在工件平滑器處制造周向表面。
[0125]在圖2b中，在Z方向上觀察，圖示了此種精加工工具19。其中，顯而易見的是，此種工具包括:精加工形態(tài)件(finish form piece)20,所述精加工形態(tài)件具有根據(jù)工件的凸起周向表面的腔室，所述腔室附接到所述工件上，例如，配置為半圓形；以及精加工帶21，所述精加工帶在形態(tài)件20的接觸表面上延伸并且利用其末端纏繞在相應(yīng)的存儲滾筒上。
[0126]同樣地，單點車刀10在與圖2b相鄰的視圖中再次圖示出。
[0127]另一方面，圖3圖示了車削機器，其中進而曲柄軸I作為工件再次由床頭進行支撐，并且兩個夾盤之間的相對床頭14相對于彼此進行定向，所述床頭在圍繞旋轉(zhuǎn)軸2旋轉(zhuǎn)時是可驅(qū)動的，所述旋轉(zhuǎn)軸被配置為C軸，如圖2中的車床中一樣。
[0128]在這種情況下，縱向引導(dǎo)件15僅在機床11處布置在車削軸2的上方，其中提供兩個工具單元，其中Z滑動件16和X滑動件17在所述兩個工具單元上運行。
[0129]在這種情況下，右側(cè)的X滑動件17支撐盤形切削工具8，所述切削工具平行于圖1所指示的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，并且左側(cè)的Z滑動件17支撐研磨盤9，所述研磨盤也圍繞平行于Z軸的軸旋轉(zhuǎn)。
[0130]另外，在右側(cè)X滑動件17處提供測量單元22，其中測量單元可以通過樞轉(zhuǎn)激活以及去激活，以便在周向表面處關(guān)于橫梁表面的直徑、圓度、縱向位置執(zhí)行測量，而不需要松開或重新夾持工件，因為將在X方向上靠近的測量探針與周向表面接觸。
[0131]圖4a圖示了處理與曲柄軸無關(guān)但與周向工件有關(guān)的周向表面的一部分,所述周向表面可以是通過切線車削的升降軸承或桿軸承的周向表面。
[0132]因此，對于直線方向上的切線中的直邊緣以及對于圍繞平行于旋轉(zhuǎn)軸2延伸的樞軸的切向、弓形方向上的凹入邊緣，布置成偏斜至旋轉(zhuǎn)工件的旋轉(zhuǎn)軸的直線或凹入的切削刃在切向移動方向24上移動，所述切向移動方向在工件的周向表面處接觸。
[0133]因此，僅可以移除極少的過量尺寸；然而，機械加工結(jié)果是非常精確的并且具有優(yōu)良的表面。
[0134]在圖4c中圖示了電化學(xué)蝕刻。
[0135]因此，EMC電極25朝向工件移動，所述EMC電極的接觸表面有利地適合于所制造的工件的圓周輪廓，并且所述EMC電極包括相應(yīng)腔室，其中電流或電壓被施加在一側(cè)上的工件與另一側(cè)上的電極25之間，并且另外地，鹽溶液或酸被引入這兩者之間。
[0136]當相應(yīng)地選擇這些參數(shù)時，靠近表面的部分，尤其是，工件的微觀表面結(jié)構(gòu)的峰在鹽溶液中被腐蝕掉并且被沖走。出于改進目的，電極25可以以脈動方式徑向地和周向地移動，以便通過鹽溶液或酸將提取最優(yōu)化。
[0137]從原則上來說，工件可以圍繞旋轉(zhuǎn)軸2旋轉(zhuǎn)。
[0138]然而，在如圖示情況下，當多個小的微觀突起部26提供于電極表面25的接觸表面上時，工件顯然必須進行機械加工同時保持靜止，所述微觀突起部用于在工件的表面中制造相應(yīng)的微觀腔室，這些微觀腔室隨后用作儲油庫。
[0139]否則，此類典型地僅具有幾微米的深度的在微觀上精細的腔室也可以通過激光沖擊來制造。
[0140]因此，圖6具有不同的微觀表面結(jié)構(gòu)，對于具有界定的邊緣的不同碎片移除機械加工方法，所述微觀表面結(jié)構(gòu)是典型的。
[0141]縱向車削產(chǎn)生通常均勻的鋸齒輪廓，所述鋸齒輪廓的粗糙度Rz處于3 μ m至10 μ m的范圍內(nèi)。
[0142]切線車削之后的表面結(jié)構(gòu)會引起沒有縱向車削的周期性均勻的結(jié)構(gòu)，并且峰與谷之間的距離小得多，其中Rz約為1.5μπι至5μπι。
[0143]然而，對于外部圓銑，通常表面結(jié)構(gòu)包括其后的部分，根據(jù)在工件上一個接一個的單個銑削葉片以及因此形成的工件上的極精細的刻面的沖擊，所述部分在微觀上處于不同的水平。
[0144]圖6的下部部分圖示了放大的微觀結(jié)構(gòu)以及在移除大致所需用于軸承的峰之后所需的50%的支撐部分。
[0145]因此，同樣清楚的是，尤其是在精加工期間，峰的額外移除以及增加的支撐部分、通過工具進行機械加工的表面變得越來越大，并且因此徑向方向上的移除變得越來越慢。
[0146]圖5圖示了(在Z軸的方向上觀察)通過(例如)曲柄軸的軸承的截面，所述曲柄軸的標稱輪廓是確切地圓形輪廓。然而，在實際應(yīng)用中，這是非圓形的輪廓，該輪廓通過特定干擾參數(shù)的影響至少在具有界定的切削刃的碎片移除機械加工之后產(chǎn)生。
[0147]因此，為了確定圓度，內(nèi)部包封圓Ki和外部包封圓Ka應(yīng)用于實際輪廓并且兩個包封圓之間的距離界定圓度。
[0148]另外，同樣地，相應(yīng)軸承的實際中心可以不完全與標稱中心一致，尤其對升降軸承銷也是如此，并且對同心度產(chǎn)生不利影響。
[0149]此外，在精加工之后界定標稱輪廓，因此實現(xiàn)最終輪廓，所述最終輪廓在具有界定的邊緣的碎片切割之后相應(yīng)徑向地位于標稱輪廓內(nèi)。[0150]參考標號和名稱
[0151]1曲柄軸
[0152]1’工件
[0153]2旋轉(zhuǎn)軸
[0154]3小齒輪
[0155]4凸緣
[0156]5端統(tǒng)刀
[0157]5’旋轉(zhuǎn)軸
[0158]6夾爪 [0159]7，7’切削刃
[0160]8盤形切削工具
[0161]8’旋轉(zhuǎn)軸
[0162]9研磨盤
[0163]9’旋轉(zhuǎn)軸
[0164]10車刀
[0165]11機床
[0166]12床頭
[0167]13夾盤
[0168]14相對的床頭
[0169]15縱向引導(dǎo)件
[0170]16Z-滑動件
[0171]17X-滑動件
[0172]18工具旋轉(zhuǎn)器
[0173]19精加工工具
[0174]20精加工形態(tài)件
[0175]21精加工帶
[0176]22測量單元
[0177]22a測量探針
[0178]23切割板
[0179]24切向移動方向
[0180]25ECM 電極
[0181]26突起部
[0182]27切向車刀
【權(quán)利要求】
1.一種用于對準備與旋轉(zhuǎn)對稱的以及可選地非旋轉(zhuǎn)對稱的周向表面一起使用的工件，尤其是曲柄軸進行精加工的方法，其中所述周向表面被布置成同心的以及可選地離心的且相鄰的側(cè)面， 其中在碎片尤其是所述周向表面的碎片移除粗加工以及隨后可選的部分硬化之后，所述周向表面的精加工通過以下步驟執(zhí)行: 具有界定的切削刃的第一精加工步驟，尤其是通過 采用外部銑削或正交銑削形式的車銑或， 車削，尤其是采用單點車削或切向車削形式的車削，緊接著是 第二精加工步驟，其通過 精加工，尤其是尺寸形態(tài)精加工的精細階段和/或 電化學(xué)蝕刻(ECM)尤其是具有電極的脈動負載(PECM)的電化學(xué)蝕刻(ECM)。
2.一種用于對準備與旋轉(zhuǎn)對稱的以及可選地非旋轉(zhuǎn)對稱的周向表面一起使用的工件，尤其是曲柄軸進行精加工的方法，所述周向表面是同心的以及可選地離心的且相鄰的側(cè)面，其中在碎片尤其是所述周向表面的碎片移除粗加工以及隨后可選的部分硬化之后，所述周向表面的精加工在以下步驟中執(zhí)打: 具有界定的切削刃的第一精加工步驟，尤其是通過 采用外部銑削或正交銑削形式的車銑或， 車削，尤其是采用 單點車削形式的車削， 可選地，精細的中間步驟，其通過， 干燥研磨， 切向銑削 尺寸形態(tài)精加工的粗糙步驟， 單點車削，或 車銑，其中切削刃比5 μ m更精確地定向 第二精加工步驟，其通過 精細干燥研磨， 精加工，尤其是尺寸形態(tài)精加工的精細步驟，或 電化學(xué)蝕刻(ECM)，尤其是具有電極的脈動負載(PCM) 的電化學(xué)蝕刻(ECM)， 可選地，用于結(jié)構(gòu)化腔室的表面的精細完成步驟，其通過 激光沖擊或， 電化學(xué)蝕刻(ECM)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述第二精加工步驟完成的情況下，在所述第二精加工步驟之后，尤其是，尺寸形態(tài)精加工的精細階段之后，執(zhí)行通過激光沖擊的精細完成步驟。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述第一精加工步驟包括 通過單點車削對主要軸承(HL)進行機械加工，以及 通過車銑尤其是周向銑削形式的車銑對升降軸承或桿軸承(PL)進行機械加工和/或車削使用尤其是150米/分鐘至400米/分鐘的切削速度以及/或者當精加工或ECM接著執(zhí)行時，對于圓度，至少達到10 μ m的精確度或更精確地執(zhí)行機械加工并且對于直徑，達到10 μ m的精確度或更精確地執(zhí)行機械加工， 單點車削使用具體而言150米/分鐘至400米/分鐘的切削速度，以及/或者對于圓度，至少達到10 μ m的精確度或更精確地執(zhí)行機械加工并且對于直徑，達到10 μ m的精確度或更精確地執(zhí)行機械加工。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在所述第二精加工步驟是電化學(xué)蝕刻(ECM)的情況下，所述電極包括在其有效表面上界定分布的突起部，其中所述突起部具有至多10 μ m的高度，更好地至多6 μ m，用于將腔室引入工件表面中。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，多階段精加工包括在最后精加工步驟之后的激光沖擊。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，正交銑削使用具有I至10個切削刃，尤其是具有4至6個切削刃的切削工具，所述切削刃可以在圓周上不均勻地分布。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，銑削使用具有切削刃的工具，所述工具通過楔系統(tǒng)促進相對于所述工具的基底元件的比5 μ m更精確的精細對準。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，正交銑削包括在Y方向上將接合切削工具推進其直徑的至少20%、更好地至少50%，尤其是至多60%，其中在該時間周期期間，所述工件執(zhí)行至少2個循環(huán)，更好地至少10個循環(huán)，更好地至少20個循環(huán)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要 求中的一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，正交銑削以正交切削工具的速度執(zhí)行，所述正交切削工具的速度是所述工件速度的至少80倍，更好地至少100倍，更好地至少130倍。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述切削刃由具有0.2μηι至0.5μηι的砂粒的微晶粒硬質(zhì)合金制成。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，電化學(xué)蝕刻(ECM)包括至多30 μ m,更好地僅20 μ m,更好地僅10 μ m,但尤其是至少2 μ m的材料移除。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，電化學(xué)蝕刻(ECM)僅處理桿軸承的表面部分，尤其是相應(yīng)的半個圓，所述表面部分在點火期間經(jīng)受桿壓力。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在第一精加工步驟中，升降軸承和桿軸承在相同的夾持步驟以及尤其是與前述粗加工步驟相同的夾持步驟中進行機械加工，并且尤其是因此所述曲柄軸承在所述凸緣以及所述小齒輪處用夾盤進行支撐。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在第二精加工步驟中，所述曲柄軸承尤其是分別在軸承處用垂直支撐件進行支撐，所述軸承在第一步驟中已進行精加工，其中垂直支撐在主要軸承處執(zhí)行，所述主要軸承尤其是直接與待機械加工的軸承相鄰，并且尤其是，在最后的精加工步驟中，在機械加工后的軸承上產(chǎn)生的垂直支撐件壓痕被消除，其中所述支撐件總是在此最后步驟中的前進方向上提供于側(cè)面上。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在第一精加工步驟中，除了中心和升降軸承之外，還對凸緣和小齒輪進行機械加工，其中所述曲柄軸尤其是在夾盤中支撐在一側(cè)上并且利用相對于所述夾盤可延伸的定心尖端支撐在另一側(cè)上。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述第一精加工步驟利用界定的邊緣執(zhí)行，并且所述精加工和/或激光沖擊和/或干燥研磨和/或切向銑削和/單點銑削在相同的機器以及在所述工件的相同夾持步驟中執(zhí)行。
18.一種用于對準備與旋轉(zhuǎn)對稱的以及可選地非旋轉(zhuǎn)對稱的、同心的以及可選地離心的周向表面和相鄰側(cè)面一起使用的工件，尤其是曲柄軸進行精加工的車床，所述車床包括: 機床(11)， 尤其是具有夾盤(13)的床頭(12)， 具有夾盤(13)的相對床頭(14)， 受控的C軸， 至少一個垂直支撐件， 具有盤形切削工具(8)或具有正交切削工具的銑削單元，其中除了 X軸之外，所述正交切削工具包括Y軸， 可選地，精加工單元和/或圍繞所述C軸旋轉(zhuǎn)的研磨盤(9)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的車床，其特征在于 所述車床包括 用于沖擊所述工件的所述周向表面的激光單元和/或 可激活的且可去激活的測量單元(22)。
【文檔編號】B23P15/00GK103813881SQ201280044671
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月18日
【發(fā)明者】利奧·施瑞博爾, 馬蒂亞斯·韋博 申請人:美艾格工業(yè)自動化系統(tǒng)股份有限公司