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DE10314280A1 - Producing bearing surfaces on dynamically balanced workpiece e.g. pin bearing of crankshaft used in engine, involves drilling radial bearing area of workpiece to form stop collars and drilling stop collars to form clearance groove - Google Patents

Producing bearing surfaces on dynamically balanced workpiece e.g. pin bearing of crankshaft used in engine, involves drilling radial bearing area of workpiece to form stop collars and drilling stop collars to form clearance groove Download PDF

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DE
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workpiece
radial bearing
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stop collars
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Reinhard Waldhauer
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Volkswagen AG
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Abstract

The method involves drilling the bearing surface of the radial bearing area (16) of a workpiece e.g. crankshaft (14) to form stop collars (18) of predetermined radial distance from the radial bearing area. Another drilling tool is used to process the bearing surfaces of the stop collars to form a clearance groove (25) on the workpiece. An independent claim is included for the drilling tool used in producing bearing surfaces on dynamically balanced workpiece.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Lageroberflächen eines Lagers an einem rotationssymmetrischen Werkstück, mit einer Radiallagerfläche und zwei sich an gegenüberliegenden, axial beabstandeten Enden der Radiallagerfläche von dieser radial erstreckenden Anlaufbünden sowie je einem Einstich an den axialen Enden der Radiallagerfläche am Übergang der Radiallagerfläche zu den Anlaufbünden, insbesondere zum Herstellen einer Lageroberfläche eines Hublagers einer Kurbelwelle für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft ferner ein Fräswerkzeug zum Ausführen eines zweiten Bearbeitungsschrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 3.The The invention relates to a method for producing bearing surfaces Bearing on a rotationally symmetrical workpiece, with a radial bearing surface and two on opposite, axially spaced ends of the radial bearing surface of this radially extending start frets as well as a puncture at the axial ends of the radial bearing surface at the transition the radial bearing surface to the startup collars, in particular for producing a bearing surface of a pin bearing of a crankshaft for an internal combustion engine, especially a motor vehicle. The invention further relates to a milling tool to run a second processing step of the method according to the invention, according to the preamble of claim 3.

Bei der Herstellung beispielsweise einer Kurbelwelle für eine Brennkraftmaschine ist es aus der DE 41 35 681 C3 bekannt, mittels einer Fräsbearbeitung eine Lageroberfläche für Hublager aus der Kurbelwelle in mehreren Schritten bis zu einem Schleifmaß heraus zu arbeiten. In bekannter Weise werden dabei an einem besonders belasteten Bereich der Kurbelwelle, nämlich an einem Übergangsbereich von einer Radiallagerfläche zu seitlichen Anlaufbünden, jeweilige Einstiche ausgearbeitet, was eine Kaltverfestigung des Werkstoffes der Kurbelwelle an diesen Stellen erzielt. Bei dem Verfahren gemäß DE 41 35 681 C3 steht das Bearbeitungswerkzeug fest und die Kurbelwelle wird gedreht. Durch Drehen des Bearbeitungswerkzeuges zwischen verschiedenen Bearbeitungsschritten werden jeweils unterschiedliche Fräseinsätze, welche am Umfang des Fräswerkzeuges angeordnet und in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind, der drehenden Kurbelwelle zugewandt, wodurch nacheinander unterschiedliche Bearbeitungsschritte ausgeführt werden, wenn bei drehender Kurbelwelle das Bearbeitungswerkzeug radial auf die Kurbelwelle zu bewegt wird.When manufacturing, for example, a crankshaft for an internal combustion engine, it is from the DE 41 35 681 C3 known to work by means of milling a bearing surface for pin bearings from the crankshaft in several steps up to a grinding dimension. In a known manner, respective recesses are worked out on a particularly loaded area of the crankshaft, namely on a transition area from a radial bearing surface to lateral thrust collars, which achieves strain hardening of the material of the crankshaft at these points. In the process according to DE 41 35 681 C3 the machining tool is fixed and the crankshaft is turned. By rotating the machining tool between different machining steps, different milling inserts, which are arranged on the circumference of the milling tool and are spaced apart in the circumferential direction, face the rotating crankshaft, as a result of which different machining steps are carried out in succession when the machining tool is moved radially towards the crankshaft while the crankshaft is rotating ,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Fräswerkzeug der obengenannten Art bzgl. Oberflächengüte der hergestellten Lageroberflächen, Kosten und Betriebssicherheit zu verbessern.The The invention is based on the object of a method and a milling tool of the type mentioned above with regard to surface quality of the bearing surfaces produced, costs and improve operational safety.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o.g. Art mit den in Anspruch 1 angegebenen Verfahrensschritten und durch ein Fräswerkzeug der o.g. Art mit den in Anspruch 3 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This The object is achieved by a Procedure of the above Type with the process steps specified in claim 1 and through a milling tool the above Type solved with the features characterized in claim 3. advantageous Embodiments of the invention are specified in the dependent claims.

Bei einem Verfahren der o.g. Art sind erfindungsgemäß folgende Schritte vorgesehen: In einem ersten Bearbeitungsschritt wird aus dem Werkstück mit einem ersten Fräswerkzeug die Lageroberfläche der Radiallagerfläche vollständig bis zu einem Schleifmaß und die Lageroberfläche der Anlaufbünde bis zu einem vorbestimmten radialen Abstand von der Radiallagerfläche bis zu einem Schleifmaß heraus gearbeitet und in einem zweiten Bearbeitungsschritt werden mit einem zweiten Fräswerkzeug die jeweiligen Lageroberflächen der Anlaufbünde auch im Bereich des vorbestimmten radialen Abstandes von der Radiallagerfläche vollständig bis zum Schleifmaß fertig bearbeitet und gleichzeitig aus dem Werkstück die Einstiche heraus gearbeitet.at a procedure of the above According to the invention, the following steps are provided: In a first machining step, the workpiece is turned into a first milling tool the bearing surface of the Radial bearing surface Completely up to a grinding dimension and the bearing surface the startup collars up to a predetermined radial distance from the radial bearing surface to a grinding measure worked and in a second processing step with a second milling tool the respective bearing surfaces the startup collars also completely in the range of the predetermined radial distance from the radial bearing surface ready to measure processed and at the same time worked the recesses out of the workpiece.

Dies hat den Vorteil, daß eine Verbesserung der Oberflächenqualität am Anlaufbund bei gleichzeitig verbesserter Standzeit der Bearbeitungswerkzeuge und damit reduzierten Herstellungskosten erzielt wird.This has the advantage that a Improvement of the surface quality on the start collar with improved tool life at the same time and thus reduced manufacturing costs.

Zweckmäßigerweise werden Wendeschneidplatten des zweiten Fräswerkzeuges mittels einer Feineinstellung auf eine Abweichung relativ zueinander im Bereich von μm eingestellt.Conveniently, become indexable inserts of the second milling tool by means of a fine adjustment set to a deviation relative to each other in the range of μm.

Bei einem Fräswerkzeug der o.g. Art ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß jede Aufnahme eine Verstellvorrichtung für die dieser Aufnahme zugeordnete Schneidplatte in axialer Richtung bzgl. des Rades aufweist.at a milling tool the above Art is provided according to the invention that each recording is a Adjustment device for the insert assigned to this receptacle in the axial direction with respect to the wheel.

Dies hat den Vorteil, daß für die Bearbeitung im zweiten Bearbeitungsschritt eine Feineinstellung der Schneidplatten möglich ist. Zusätzlich wird das Bearbeitungswerkzeug im zweiten Bearbeitungsschritt nur noch seitlich und durch die Feineinstellung gleichmäßiger belastet, was eine höhere Standzeit mit entsprechend reduzierten Kosten aufgrund gleichmäßiger Abnutzung der Schneidplatten zur Folge hat.This has the advantage that for processing in second processing step a fine adjustment of the inserts possible is. additionally the editing tool is only in the second editing step evenly loaded laterally and by the fine adjustment, what a higher Service life with correspondingly reduced costs due to even wear the result of cutting inserts.

Zweckmäßigerweise ist die Position jeder Schneidplatte in axialer Richtung bzgl. des Rades mittels der Verstellvorrichtung im μm-Bereich einstellbar.Conveniently, is the position of each insert in the axial direction with respect to the Wheel adjustable in the μm range using the adjustment device.

Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen. Diese zeigen inFurther Features, advantages and advantageous embodiments of the invention result from the dependent claims and from the following description of the invention with reference to the attached Drawings. These show in

1 eine schematische Darstellung eines ersten Bearbeitungsschrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens, 1 2 shows a schematic representation of a first processing step of the method according to the invention,

2 eine schematische Darstellung eines zweiten Bearbeitungsschrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens, 2 is a schematic representation of a second processing step of the invention process,

3 eine perspektivische Darstellung eines Teils einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fräswerkzeuges und 3 a perspective view of part of a preferred embodiment of a milling tool according to the invention and

4 eine Verstelleinrichtung für Schneidplatten des Fräswerkzeuges gemäß 3 in schematischer Schnittansicht. 4 an adjustment device for cutting plates of the milling tool 3 in a schematic sectional view.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Bearbeitung eines Hublagers einer Kurbelwelle für eine Brennkraftmaschine näher erläutert. Dies ist jedoch lediglich beispielhaft zu verstehen und die Erfindung ist nicht auf die Bearbeitung von Kurbelwellen beschränkt.following the invention is based on the processing of a pin bearing Crankshaft for one Internal combustion engine closer explained. However, this is only to be understood as an example and the invention is not limited to machining crankshafts.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in lediglich zwei Bearbeitungsschritten mittels Hochgeschwindigkeitsfräsen an einer Kurbelwelle eine Lageroberfläche für ein Hublager mit Radiallagerfläche, Anlaufbund und Einstichen ausgearbeitet. 1 veranschaulicht den ersten Bearbeitungsschritt. Mit einem ersten Fräswerkzeug 10 wird zwischen zwei Kurbelwangen 12 einer ansonsten nicht näher dargestellten Kurbelwelle 14 eine Lageroberfläche mit einer Radiallagerfläche 16 und zwei seitlichen Anlaufbünden 18 ausgearbeitet. Hierbei erfolgt die Bearbeitung derart, daß der in 1 schwarz dargestellte Bearbeitungsbereich 20 spanend heraus gearbeitet wird. Der Zustand nach dem ersten Bearbeitungsschritt ist in 2 dargestellt. Wie unmittelbar ersichtlich, wird im ersten Bearbeitungsschritt, welcher auch als "Schruppen" bezeichnet wird, die Radiallagerfläche 16 vollständig bis auf ein Schleifmaß bearbeitet. Die Flächen der Anlaufbünde 18 werden bis zu einem vorbestimmten radialen Abstand von der Radiallagerfläche 16 vollständig auf das Schleifmaß bearbeitet.In the method according to the invention, a bearing surface for a pin bearing with radial bearing surface, thrust collar and recesses is worked out in only two machining steps by means of high-speed milling on a crankshaft. 1 illustrates the first processing step. With a first milling tool 10 is between two crank webs 12 an otherwise not shown crankshaft 14 a bearing surface with a radial bearing surface 16 and two side collars 18 elaborated. Here, the processing is such that the in 1 Processing area shown in black 20 is machined out. The state after the first processing step is in 2 shown. As can be seen immediately, in the first machining step, which is also referred to as "roughing", the radial bearing surface 16 completely machined to a grinding dimension. The areas of the thrust collars 18 are up to a predetermined radial distance from the radial bearing surface 16 completely machined to the grinding dimension.

In einem aus 2 ersichtlichen zweiten Bearbeitungsschritt, der auch als "Schlichten" bezeichnet wird, werden die in 2 schwarz dargestellten Bearbeitungsbereiche 22 mittels eines zweiten Fräswerkzeuges 24 spanend heraus gearbeitet. Es erfolgt hierbei benachbart zu axialen Enden der Radiallagerfläche 16 und ohne diese in ihrem radialen Maß weiter zu bearbeiten, eine Einarbeitung von Einstichen 25. Gleichzeitig werden die Anlaufbünde 18 auch im Bereich des vorbestimmten Abstandes von der Radiallagerfläche 16, in dem im ersten Bearbeitungsschritt noch nicht das Schleifmaß erreicht wurde, bis auf das Schleifmaß fertig bearbeitet. Wie unmittelbar aus 2 ersichtlich, erfolgt eine spanabhebende Bearbeitung nur mit seitlichen Rändern des zweiten Fräswerkzeuges 24.In one out 2 apparent second processing step, which is also referred to as "finishing", the in 2 Processing areas shown in black 22 by means of a second milling tool 24 machined out. It takes place adjacent to the axial ends of the radial bearing surface 16 and without further processing these in their radial dimension, an insertion of recesses 25 , At the same time, the starting frets 18 also in the area of the predetermined distance from the radial bearing surface 16 , in which the grinding dimension has not yet been reached in the first machining step, except for the grinding dimension. How straight out 2 As can be seen, machining is carried out only with lateral edges of the second milling tool 24 ,

3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten zweiten Fräswerkzeuges 24 für den zweiten Bearbeitungsschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dieses zweite Fräswerkzeug 24 umfaßt ein Rad 26, an dem Schneidplatten 28 um den Außenumfang herum in jeweiligen Aufnahmen angeordnet sind. Jede Aufnahme ist mit einer Verstelleinrichtung ausgerüstet, die in 4 näher dargestellt ist. Die Verstelleinrichtung umfaßt eine die Schneidplatte 28 fixierende Befestigungsschraube 30 und eine durch einen Keil 32 greifende Verstellschraube 34. Durch Drehen der Verstellschraube 34 wird der Keil 32 in axialer Richtung 36 bzgl. der Verstellschraube 34 verschoben und wirkt dadurch derart auf die Schneidplatte 28 ein, daß diese je nach Stellung des Keils 32 in einer axialen Richtung 38 bzgl. des Rades 26 verschoben wird. 3 shows a preferred embodiment of a second milling tool designed according to the invention 24 for the second processing step of the method according to the invention. This second milling tool 24 includes a wheel 26 , on the inserts 28 are arranged around the outer circumference in respective receptacles. Each receptacle is equipped with an adjustment device that is in 4 is shown in more detail. The adjusting device comprises a cutting plate 28 fixing fastening screw 30 and one by a wedge 32 gripping adjusting screw 34 , By turning the adjustment screw 34 becomes the wedge 32 in the axial direction 36 regarding the adjusting screw 34 shifted and thus acts on the insert 28 one that depending on the position of the wedge 32 in an axial direction 38 regarding the wheel 26 is moved.

Die Verstellschraube weist ein erstes, in das Rad 26 greifendes Gewinde 40 und ein zweites, in den Keil 32 greifendes Gewinde 42 auf. In der dargestellten, bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Gewinde als M5×0,5 und das erste Gewinde als M6×0,75 ausgebildet. Hierdurch errechnet sich aus 0,75mm–0,5mm bei einer 360°-Drehung der Verstellschraube 34 eine Keilbewegung in die axiale Richtung 36 bzgl. der Verstellschraube 34 von 0,25mm. Über einen Keilwinkel von 0,025mm errechnet sich ein entsprechender Verstellweg der Schneidplatte 28 in axialer Richtung 38 bzgl. des Rades 26 gemäß folgender Formel:

Figure 00040001
The adjustment screw has a first one in the wheel 26 gripping thread 40 and a second one, in the wedge 32 gripping thread 42 on. In the preferred embodiment shown, the second thread is M5 × 0.5 and the first thread is M6 × 0.75. This is calculated from 0.75mm – 0.5mm with a 360 ° turn of the adjusting screw 34 a wedge movement in the axial direction 36 regarding the adjusting screw 34 of 0.25mm. A corresponding adjustment path of the insert is calculated using a wedge angle of 0.025mm 28 in the axial direction 38 regarding the wheel 26 according to the following formula:
Figure 00040001

Durch entsprechende Einstellung der Verstelleinrichtung für jede Schneidplatte 28 wird die Lagertoleranz in axialer Richtung 38 bzgl. des Rades 26 aller Schneidplatten relativ zueinander auf einen Wert unter 5μm eingestellt. Mittels der Befestigungsschraube wird jede Schneidplatte 28 fixiert. Hierdurch wird im zweiten Bearbeitungsschritt am Anlaufbund zum Pleuel eine Oberflächenrauhigkeit Rz < 6μm erzielt.By adjusting the adjustment device for each insert accordingly 28 the bearing tolerance in the axial direction 38 regarding the wheel 26 of all inserts relative to each other is set to a value below 5 μm. Using the fastening screw, each insert is 28 fixed. As a result, a surface roughness R z <6 μm is achieved in the second machining step on the connecting collar to the connecting rod.

Claims (4)

Verfahren und ein Fräswerkzeug zum Herstellen von Lageroberflächen eines Lagers an einem rotationssymmetrischen Werkstück, mit einer Radiallagerfläche und zwei sich an gegenüberliegenden, axial beabstandeten Enden der Radiallagerfläche von dieser radial erstreckenden Anlaufbünden sowie je einem Einstich benachbart zu den axialen Enden der Radiallagerfläche am Übergang der Radiallagerfläche zu den Anlaufbünden, insbesondere zum Herstellen einer Lageroberfläche eines Hublagers einer Kurbelwelle für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei in einem ersten Bearbeitungsschritt aus dem Werkstück mit einem ersten Fräswerkzeug die Lageroberfläche der Radiallagerfläche vollständig bis zu einem Schleifmaß und die Lageroberfläche der Anlaufbünde bis zu einem vorbestimmten radialen Abstand von der Radiallagerfläche bis zu einem Schleifmaß heraus gearbeitet wird und in einem zweiten Bearbeitungsschritt mit einem zweiten Fräswerkzeug die jeweiligen Lageroberflächen der Anlaufbünde auch im Bereich des vorbestimmten radialen Abstandes von der Radiallagerfläche vollständig bis zum Schleifmaß fertig bearbeitet und gleichzeitig aus dem Werkstück die Einstiche heraus gearbeitet werden.Method and a milling tool for producing bearing surfaces of a bearing on a rotationally symmetrical workpiece, with a radial bearing surface and two thrust collars extending radially at opposite, axially spaced ends of the radial bearing surface, as well as a recess adjacent to the axial ends of the radial bearing surface at the transition from the radial bearing surface to the thrust collars, in particular for producing a bearing surface of a pin bearing of a crankshaft for an internal combustion engine, in particular a motor vehicle, the bearing surface of the radial bearing surface being completely removed to a grinding dimension in a first machining step from the workpiece with a first milling tool and the bearing surface of the thrust collars is worked up to a predetermined radial distance from the radial bearing surface to a grinding dimension and in a second machining step with a second milling tool the respective bearing surfaces of the thrust collars are completely machined to the grinding dimension even in the range of the predetermined radial distance from the radial bearing surface and at the same time the recesses are worked out of the workpiece. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schneidplatten des zweiten Fräswerkzeuges mittels einer Feineinstellung auf eine Abweichung relativ zueinander im Bereich von μm eingestellt werden.A method according to claim 1, characterized in that cutting inserts of the second milling tool by means of a fine adjustment to a deviation relative to one another in the range of μm can be set. Fräswerkzeug (24) zum Ausführen des zweiten Bearbeitungsschrittes des Verfahrens gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Rad (26), auf dessen Umfang Aufnahmen für Schneidplatten (28) mit jeweiligen Schneidkanten ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Aufnahme eine Verstellvorrichtung (30, 32, 34) für die dieser Aufnahme zugeordnete Schneidplatte (28) in axialer Richtung (38) bzgl. des Rades (26) aufweist.Milling tool ( 24 ) for executing the second processing step of the method according to at least one of the preceding claims with a wheel ( 26 ), on the circumference of which receptacles for cutting inserts ( 28 ) are designed with respective cutting edges, characterized in that each receptacle has an adjusting device ( 30 . 32 . 34 ) for the insert assigned to this holder ( 28 ) in the axial direction ( 38 ) regarding the wheel ( 26 ) having. Fräswerkzeug (24) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Position jeder Schneidplatte (28) in axialer Richtung (38) bzgl. des Rades (26) mittels der Verstellvorrichtung (30, 32, 34) im μm-Bereich einstellbar ist.Milling tool ( 24 ) according to claim 3, characterized in that the position of each insert ( 28 ) in the axial direction ( 38 ) regarding the wheel ( 26 ) by means of the adjustment device ( 30 . 32 . 34 ) is adjustable in the μm range.
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