用于精加工工件的方法和装置制造方法

用于精加工工件的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明的目标是在紧随着粗加工并且实质上在硬化之后的尤其是曲柄轴（1）的材料移除机械加工期间，缩短过程链。为了实现这个目标，根据本发明，提出将作为第一步骤的周向铣削和作为第二步骤的随后的干燥研磨进行组合。
【专利说明】用于精加工工件的方法和装置【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于机械加工旋转对称的和非旋转对称的部件，尤其是曲柄轴以及将曲柄轴的(曲柄销轴承以及轴颈轴承的)尤其是轴承表面批量生产至可用条件的方法和装置，因此该条件是曲柄轴可以安装在发动机中而不需要在轴承表面处移除额外的材料。
[0002]因此轴承表面是包封表面，因而轴承的宽度，并且还是所谓的横梁表面，因此表面与(例如)用于轴向支撑的轴承宽度相邻。
【背景技术】
[0003]曲柄轴，尤其是用于汽车发动机的具有多个汽缸的曲柄轴已知是在机械加工期间不稳定的工件，因此难于对其进行加工。除了轴向轴承宽度之外，主要通过评估以下参数来确定精加工的曲柄轴的尺寸配合性:
[0004]-与从轴承小齿轮的预定标称直径的最大偏差相等的直径偏差。
[0005]-与从轴承销的圆形标称轮廓的宏观偏差相等的圆度，所述宏观偏差由外包封圆和内包封圆的距离确定；
[0006]-与由旋转轴承的离心率引起的旋转工件的径向尺寸偏差和/或从理想圆形的轴承的形状偏差相等的离心率；
[0007]-用平均个体粗糙度(meanindividual roughness) Rz表示的粗糙度=表示轴承表面的微观粗糙度的计算值；
[0008]-支撑部分=与接触的相对表面接触的在微观上看到的表面结构的支撑表面部分，
[0009]以及另外地用于曲柄销轴承:
[0010]-冲程偏差=实际冲程(曲柄销的实际中心距离曲柄轴颈的实际中心的距离)从标称冲程的尺寸偏差以及
[0011]-角度偏差=曲柄销的实际角位置从其相对于轴颈中心线的标称角位置以及相对于剩余曲柄销的角位置的偏差，所述剩余曲柄销的角位置在角度上被指定或者被指定为相对于冲程在周向方向上提供的纵向尺寸。
[0012]因此，保持这些参数的所需公差通过可用的机械加工方法并且还通过工件和切削力的不稳定性来限制。同样地，所述方法的有效性和经济因素在实际应用中，尤其在其中循环时间以及因此生产成本是十分重要的批量生产中是十分重要的，同时单个件或技术原型不会遭受这些限制。
[0013]典型地，从因此形成的浇铸或锻造的曲柄轴的轴承中移除材料在三个材料移除机械加工步骤中执行:
[0014]步骤I粗加工
[0015] 通过界定的边缘进行碎片移除机械加工。因此，使用如下方法:车削、车削-拉削(turn-broaching)、车削-车削-拉削、内部圆铣和外部圆铣、正交铣削尤其是执行为高速铣削或这些方法的组合。待移除的过量材料处于若干毫米的范围内。
[0016]步骤2精加工:
[0017]湿磨法，尤其是在工件通过坚硬的、大规模磨具(例如，研磨盘)的先前硬化之后，所述模具通常随着其与待机械加工的曲柄轴的旋转轴平行的旋转轴进行旋转；待移除的过量材料处于若干0.1晕米的范围内。
[0018]当存在较大的过量尺寸时，也在多个步骤中执行研磨，例如，在通过预研磨和精磨的两个步骤中。
[0019]步骤3主表面结构化:
[0020]通过典型振荡的磨具(研磨带或研磨石)的精加工，所述模具挤压在旋转轴承的外圆周上；移除的过量材料典型地处于l/100mm的范围内或甚至μ m范围内。
[0021]因此，基于曲柄轴的材料(钢铁或铸铁)该过程必须是不同的，其中尤其是，优选地用于高负载部件的钢铁曲柄轴在第一碎片移除机械加工步骤之后，在轴承的表面处进行硬化。这样会引起曲柄轴的再次扭曲，这必须通过研磨和精加工来进行补偿。硬化铸铁曲柄轴目前通常被省略并且可以通过使用具有更大硬度，例如，GGG60或70以及改进的强度值的浇铸材料完全得到避免。
[0022]为了降低曲柄轴机械加工的成本，需要将轴承的机械加工从三个不同的机械加工步骤减少至两个不同的机械加工步骤。
[0023]通过提供足够的形成精确度，通常锻造精确度，而省略粗加工步骤，使得随后仅需要精加工，迄今为止至少在一系列生产中未成功。至少这会产生以下影响:尤其是将通过研磨提供的材料移除必须大于迄今为止已执行的研磨过程。
[0024]然而，通过湿磨法移除材料的缺点在于:
[0025]-由添加的冷却剂-润滑剂产生的研磨屑难于进行处理；
[0026]-由于包含在冷却剂-润滑剂中的石油，例如，在CBN研磨期间存在爆炸的潜在风险。
[0027]-对于研磨所使用的冷却剂-润滑剂的量远远大于对于碎片移除机械加工方法所使用的量，因为冷却剂-润滑剂另外用于通过需要大量能量的高压喷洒将研磨粉从研磨盘的表面移除；
[0028]-不管所有上述缺点如何，过度加热工件的风险非常高。
[0029]因此，过去尝试将复杂度减到最小，因此将投资量以及机械加工时间减到最小，并且对于部分硬化的工件是类似的，因此尤其是将硬化之后的机械加工减到最小。
[0030]因此，尤其是尝试消除湿磨法并且从碎片移除机械加工，例如，直接过渡到DE197146 677A1中所提出的精加工，同时相对于单个尺寸参数预先确定限定的转换条件。
[0031]同样地，EP2 338 625A1提出应取代湿磨法步骤的具有界定的边缘的特定精加工，然而，精加工可选地在其后提供，所述精加工应不仅改进形状和表面，而且在较小程度上改进尺寸精确度。
[0032]然而，先前的最优化尝试不会充分考虑具有界定的边缘以及同样具有非界定的边缘以及不具有边缘的新机械加工方法的选择以及尤其是可能的组合，这同时在硬机械加工，因此机械加工硬化的工件表面的变型中提供，并且因此可以在硬化之后的工件处使用。
[0033]-在车铣加工，因此旋转工件的铣削期间，微调(精确至Iμ m)切割板尤其是用于外部铣削，因此具有铣刀钻头的铣削中，所述铣刀钻头是盘形的并且在其圆周处是锯齿状的，其中切割板，例如，布置在铣刀钻头的基底元件的楔(wedge)系统上，其中切割板是可足够精确地调节的，以使得同样对于铣刀钻头上的20至50个齿，可以在工件处实现良好的圆度以及直径精确度。
[0034]-对于正交的铣刀钻头，在表面处使用I至10个切削刃可以同时实现可接受的材料移除性能，而不会在过度消极的程度上影响表面质量，因为切削刃相对于彼此不仅可以非常好地进行调节或接地，而且因为另外地，这同样适用于外部铣刀钻头，切削刃，例如，由具有非常精细的砂粒结构的最精细的晶粒硬质合金制成。这尤其是，有助于部分地克服切削刃的硬度和弹性的先前互斥性。
[0035]-在轴承位置的精细纵向车削期间，迄今为止存在的问题是:具有不同弯管的车刀需要用于车削左下角和右下角部分，并且因此通常10至30 μ m的不可避免的步在两个机械加工位置的过渡部分中提供，其中该步无法通过单独地精加工有效地移除，因为由于精加工工具的相对不精确的自引导支撑，因此对于移除几倍长的该步需要执行材料移除，需要大量的精加工时间。
[0036]轴承可以用单个车刀进行机械加工，所述车刀在X方向上是可增长的，在Z方向上是可移动的并且另外地围绕B轴是可旋转的(单点车削)，因此轴承可以进行车削而不会产生肩状物。
[0037]-利用切削刃的切线车削不仅在中心轴承，而且在杆轴承的一系列生产中是同时可用的，所述切削刃相对于工件的旋转轴以倾斜角定向并且以切向或弓形的方式移动。当脱离旋转凹槽不是所制造的表面的主要目标时，以良好的效率产生高的表面质量。
[0038]-即使当工具的冷却和清洗用压缩空气执行时，尤其是利用研磨盘或研磨石的干燥研磨以及省略液体冷却剂和润滑剂仅实现极少的材料移除，尤其是，10至30 μ m,尤其是，利用例如200 μ m至50 μ m的研磨石的砂粒。
[0039]-在精加工期间，有时使用被称为尺寸形态精加工的多步骤，其中利用(例如)200 μ m至50 μ m的粗砂粒的第一步骤产生达到30 μ m的显著材料移除并且可以在测量之后终止或继续。
[0040]利用(例如)50 μ m至10 μ m的更精细砂粒的精加工的第二步骤(几何图形的精加工和测量)和第三步骤(表面结构化)产生处于5至15 μ m范围内的材料移除并且基于时间来执行且最终用于表面结构化。
[0041 ] 此外，存在表面的电化学蚀刻，这应该用于表面的修边以及特定的压型，因此尤其是用于移除微观表面结构的峰。
[0042]众所周知的是，对于结构化，这不仅是相关的以移除峰，而且对于保持谷打开以将这些谷保持为储油库也是十分重要的。假设利用已知的方法，例如，精加工，这是无法充分实现的，那么例如，通过包括激光束处理可以将已知方法积极地包括在其中。
[0043]当然，客户端的精确度要求也已经提高，该精确度要求关于圆度通常是5 μ m,相对于直径精确度是ISO质量水平6,因此,例如,对于汽车曲柄轴约16 μ m并且相对于同心度在0.05mm 与 0.1mm 之间。

【发明内容】
[0044]a)技术目标
[0045]因此，本发明的目标是减少上述工件的精加工以(尤其是)在硬化之后提供可用性，尤其是以减少工序的数目。
[0046]b)解决方案
[0047]该目标是通过权利要求1、2和24的描述特征来实现的。可以从属权利要求中得到有利的实施例。
[0048]因此，本发明的目标是对上述工件进行机械加工，并且尤其是在实现0.1mm的精确度的碎片移除粗加工以及引起额外扭曲的可能的随后的硬化之后，对工件的轴承进行机械加工。
[0049]随后叙述的工序典型地涉及相同的机械加工位置。
[0050]根据本发明，假定在粗加工之后需要第一精加工步骤，其中所述第一精加工步骤用于实现尺寸精确度并且第二精加工步骤用于实现相应的表面质量。
[0051]第一精加工步骤是利用界定的边缘的碎片切割。这可以是利用在机械加工期间平行于工件旋转的外部铣刀钻头或正交铣刀钻头(其旋转轴垂直于工件的旋转轴定向或者与工件的旋转轴成倾斜角定向)的车铣，或者是车削，尤其是采用单点车削形式的车削，所述车削都能够机械加工至约IOym的公差，然而，根据本发明该公差不应总是完全用在过程链中。
[0052]对于第二精加工步骤，尤其是利用未界定的边缘的材料移除，例如，精细-干燥研磨或精加工，因此尤其是尺寸形态精加工的精细步骤是可用的或者利用或不利用电极的脉动负载进行电化学硬化。
[0053]理想地，在粗加工之后的过程链仅包括第一精加工步骤和第二精加工步骤。
[0054]如果有必要，精细的中间步骤在其中间执行(根据权利要求2)。以下是可用的:干燥研磨，与例如至多150 μ m的湿磨法相比，干燥研磨仅移除少得多的材料量；或者切向车肖IJ，因此具有界定的边缘的方法；或者尺寸形态精加工的粗糙步骤；或者在未选择用于第一精加工步骤的情况下，单点车削是另一种选择。
[0055]主要取决于客户要求来确定在用于结构化表面的第二精加工步骤之后，是否需要最终的精加工步骤。
[0056]当存在片段(其中负载高于其他部分，例如，对于曲柄轴的轴承也是如此)时，尤其是通过ECM或带精加工的此种类型的精细完成步骤可以优选地仅在工件的特定周向片段中执行。
[0057]这可以，例如，用于将腔室作为储油库引入工件的表面中，以便改进润滑以及因此改进长期的滑动性能。
[0058]为此，在未选择作为第二精加工步骤的机械加工方法的情况下，尤其是受控的激光冲击可以用于产生腔室，尤其是在最终的精加工步骤之后或尤其是总体作为最终的精加工步骤，或者进而实现电化学蚀刻。
[0059]因此，在这种情况下，用于更换工件中的腔室的相应突起部(例如，具有至多10 μ m,更好地至多6 μ m，更好地至多2 μ m的高度)已被机械加工成用于电化学蚀刻的电极并且引入腔室，并且微观表面结构的峰在一个步骤中被削去。
[0060]这样，在常规过程链中并且不管提高的客户要求如何，将过程链缩短。这具有以下优点:尤其是防止湿磨法，并且另外地取决于特定组合，可以在相同机器中并且利用相同的夹紧步骤执行若干工序。
[0061]因此，除了电化学蚀刻之外，第一精细加工步骤和第二精细加工步骤的机械加工方法可以共同地实施于一个机器中，并且因此工件可以在一个夹紧步骤中进行机械加工。
[0062]不管对于此精细中间步骤的机械加工方法的实际选择如何，甚至额外的精细中间步骤可以包括在其中。
[0063]甚至用于冲击工件表面的激光单元可以另外地用于机器中，从原则上来说，所述机器因此用于工件的一种车床，所述工件在处理和限定期间相对于其旋转轴(C轴)是可驱动的。
[0064]根据本发明，在利用界定的边缘执行第一精加工步骤之后，干燥研磨或精细干燥研磨应在其后立即执行，其中这可以优选地在相同机器中并且在与利用界定的边缘的第一精加工步骤相同的步骤中执行。
[0065]因此，优选地对于圆度仅以25 μ m的精确度执行利用界定的边缘的机械加工，并且对于直径仅以30 μ m的精确度执行利用界定的边缘的机械加工，因此迄今为止在此机械加工步骤中未尝试最大的可能精确度。
[0066]优选地，车铣用作第一精加工步骤，所述第一精加工步骤被执行为外部铣削或正交铣削。
[0067]一种尤其有利的方法使用第一精加工步骤，其中
[0068]-主要轴承通过单点车削进行机械加工，并且因此尤其是具有250米/分钟至400米/分钟的切削速度和/或以相对于粗糙度和直径达到最大?ο μ m的精确度。
[0069]-升降轴承通过车削，尤其是采用周向铣削的形式进行机械加工，并且车削使用150米/分钟至400米/分钟的切削速度和/或当执行精加工或ECM时，以10 μ m的精确度或更精确地对圆度以及直径执行机械加工。
[0070]干燥研磨或精细的干燥研磨尤其是用研磨盘来执行，所述研磨盘在机械加工期间也围绕平行于车削轴的旋转轴进行旋转。因此，可以使用用于研磨盘和盘形切削工具的驱动单元，所述驱动单元配置得极其相似或者甚至是相同的。
[0071]当在第一精加工步骤之后直接执行精细干燥研磨时，在第一精加工步骤中，对于圆度以15 μ m或更好的精确度执行机械加工并且对于直径以15 μ m或更好的精确度执行机械加工。这些是通过研磨盘的颗粒中的70μπ?至100μL? (当过筛砂粒时的标称网格宽度)的极精细砂粒仍可移除的过量尺寸，并且因此取决于所需的最终精确度，也可以将精细干燥研磨留作精加工步骤，因此尤其是不会有任何带精加工紧随其后，但是至多用于表面结构化的一个精加工步骤紧随其后，例如，激光冲击或将腔室引入工件中或者用电化学蚀刻将表面峰弄平。
[0072]另一选择是用研磨盘的颗粒中的例如，140 μ m至200 μ m (用于过筛砂粒的标称网格宽度)的粗砂粒执行干燥研磨，并且因此实现更多的材料移除，但是随后将精加工或电化学蚀刻作为第二精加工步骤执行。
[0073]因此，在这种情况下，对于圆度仅以25 μ m的精确度执行利用界定的边缘的第一精加工步骤，并且对于直径仅以30 μ m的精确度执行利用界定的边缘的第一精加工步骤，因为由于使用粗砂粒，这些更多过量的尺寸仍可以通过干燥研磨来移除。[0074]在精细干燥研磨期间以及也在粗糙干燥研磨期间，优选地在机械加工位置处或靠近机械加工位置，例如，利用压缩空气对研磨装置进行冷却和清洗。
[0075]由于在本案中，不管特定的选定处理过程如何，仅电化学蚀刻是湿式机械加工，所有其他机械加工步骤可以在相同机器中执行并且因此在工件处在单个机械加工位置在相同夹持步骤中执行。另外，这有助于不同机械加工位置在不同工序中的同时机械加工。
[0076]因此，不仅过程的投资减少，而且尤其是，避免额外尺寸不精确的发生，当利用上述精确度执行机械加工时，在对工件进行夹持和重新夹持时，不可避免地会产生额外尺寸不精确。
[0077]利用干燥研磨的外部铣削的组合的另一优点在于，由于工具的基本盘形形状以及围绕Z轴的旋转，两个工具不仅类似地进行配置而且可以用于类似或甚至相同的工具支撑件上。
[0078]因此，可以省略研磨盘比盘形切削工具甚至通常高得多的切削速度，以利用这种优点。因此，例如，研磨盘的速度和/或切削速度可以至多设置成盘形切削工具的速度值的三倍，更好地仅两倍，这通过使用部分或完全相同配置的支撑件来促进。
[0079]尤其是，为此，将研磨盘的直径至多界定成约盘形切削工具的直径量级，然而大20%也是十分有用的。
[0080]为了进一步提高第一精加工步骤中的精确度，使用工具，其中切削刃可以通过，例如，楔系统相对于工具的基底元件经受精细对准，其中所述精细对准比5 μ m更精确，以便实现10 μ m或以下的范围内的精确度。
[0081]另外，当使用正交切削工具时，使用在表面处具有I至10个切削刃，尤其是4至6个切削刃的切削工具，优选地所述切削刃可以在圆周上不均匀地分布，从而不产生任何共
振频率。
[0082]另外，正交切削工具在待加工的包封表面处接合地(因此)移动正交切削工具的直径的至少20%，更好地至少50%，尤其是至多60%，通常在接合期间，在正交切削工具的表面的外圆周处在Y方向上相对于工件的旋转轴开始，因此切削性能和切削方向的问题是，连续执行的轴偏移会使得轴承的所有长度部分都能够以足够的精确进行机械加工，所述问题在正交切削工具的中心减少或者由于缺乏切削刃得到解决根本不存在。
[0083]为此，工件至少五倍地旋转，同时执行正交切削工具的轴偏移，所述工件更好地至少10倍地旋转或者甚至更好地至少20倍地旋转。
[0084]因此，正交切削工具的速度应该为工件速度的至少80倍、更好地100倍或者甚至更好地130倍。
[0085]当对硬化的表面进行处理时，具有界定的边缘的凿平工具的切削刃通常由CBM或硬质合金制造。然而，不管是否具有足够的硬度，随后硬质合金优选地用0.2μηι至0.5μηι的砂粒制造，并且因此更正确地用弹性织物制造。
[0086]在第二精细加工步骤中选择电化学蚀刻的情况下，因此执行至多30 μ m，更好地仅20μπι，但是至少2μπι的材料移除，因为仅这样将微观表面结构的充分平滑实现至至少50%，但不超过85%的支撑部分，这是第二精细加工步骤的基本目标。
[0087]可以实现生产过程的进一步加速，因为第二精加工步骤，尤其是，电化学蚀刻仅对升降轴承，因此曲柄轴处的杆轴承的周向部分进行机械加工，所述周向部分在点火之后负载有连接杆的压力，所述周向部分总是相同的周向部分。
[0088]尤其是，仅杆轴承的相应一半的圆周在第二精加工步骤中进行处理。
[0089]这样，第一精加工步骤可以在相同的夹持步骤中(在尤其是与行动粗加工相同的夹持步骤中)用于对升降轴承，因此杆轴承进行机械加工，当硬化未在中间执行或者诱导的硬化也在相同机器和相同的夹持步骤中执行时，这是尤其重要的。
[0090]尤其是在第二精加工步骤中，显然这也可以在第一精加工步骤中执行，曲柄轴通过垂直支撑件，并且因此在已在第一步骤中进行精加工的轴承处进行支撑，尤其是直接与待进行机械加工的轴承相邻。
[0091]这样在支撑的轴承圆周上产生固定支撑件的印记，其中所述印记并非与尺寸和表面质量相关，但是应该由于光学原因进行精加工，因为所述印记在最后的精加工步骤中消除，该最后的精加工步骤得到促进，因为通过相邻固定支撑件的支撑通常位于最后精加工步骤的前进方向的一侧上。
[0092]在第一精加工步骤中，凸缘和小齿轮优选地进行处理，同时曲柄轴通过中心处具有中心销的卡盘以及在其上各自拉回的叉钳进行支撑，其中曲柄轴通过卡盘支撑在一侧上并且通过中心销支撑在另一末端处。
[0093]尽管小齿轮通常不经受精加工步骤，但是尝试在第二精加工步骤中在凸缘处产生自由旋转表面。
[0094]为了能够执行根据本发明的方法，除了机床以外，所采用的车床具有:C轴；床头；以及具有相应夹盘的相对床头，并且一侧上的垂直支撑件需要具有盘形切削工具或正交切削工具的车削单元或铣削单元，其中除了 X轴以外，正交切削工具包括Y轴，并且车床也包括精加工单元或围绕平行于C轴的轴旋转的研磨盘。
[0095]在有利的实施例中，车床进一步需要用于冲击工件的周向表面的激光单元和/或用于圆度和/或直径的测量装置。
【专利附图】

【附图说明】
[0096]本发明的实施例随后将参考附图进行更详细地描述，其中:
[0097]图la、b:图示了侧视图形式的典型的曲柄轴以及放大的单个轴承；
[0098]图2a、b:图示了具有布置在转动轴上方以及下方的支撑件的车床；
[0099]图3:图示了具有仅布置在转动轴上方的支撑件的车床；
[0100]图4a、b:图示了标志工件处的不同加工情况；
[0101]图5:图示了轴承的截面中的尺寸偏差；以及
[0102]图6:图不了工件表面处的微观表面结构。
【具体实施方式】
[0103]图1a图示了四个汽缸燃烧发动机的典型曲柄轴I的侧视图，其中因此具有四个偏心电梯-或杆轴承PLl至PL4以及相邻地布置于其上的总计5个主要轴承HLl至HL5，其中主要轴承布置在随后的旋转轴(曲柄轴的Z轴)上，因此通过利用一端处的凸缘4处的夹爪6以及在曲柄轴I的另一端处的小齿轮3的径向夹持，曲柄轴I在车床(未进行更加详细的描述)中被夹持在所述旋转轴上，其中旋转轴也被指定为图1的图示中的旋转轴2。[0104]尤其是，本发明涉及对轴承，因此对主要轴承以及包括相邻侧面(所谓的镜面)的杆轴承的包封表面进行机械加工。
[0105]在曲柄轴I的上方和下方，从左上方至右方以示例性方式图示了机床:
[0106]-一方面，端铣刀5，所述端铣刀的旋转轴5’垂直于旋转轴2，所述旋转轴2通常被定义为车床的3维坐标系中的Z轴；
[0107]-在端铣刀的一个表面上，布置一个或多个，优选地2至8个切削刃7，所述切削刃延伸到端铣刀5的周向表面上，以使得轴承可以通过在旋转轴承的包封表面处接触旋转端铣刀5以碎片移除方式进行机械加工。
[0108]-与其相邻地布置盘形切削工具8，所述盘形切削工具的旋转轴8’平行于Z轴，并且在所述盘形切削工具的圆周上布置有大量的切削刃7’，所述切削刃沿着周向表面的整个宽度并且径向地在盘形切削工具8的盘状基底元件的外边缘部分上延伸。
[0109]由于通常80切削刃或切割板23的数目较多，所述切削刃或切割板必须在盘形切削工具8处以，例如，700_的直径进行调节，与切割板同步的径向和轴向方向上的精确调节是十分费时的。
[0110]-在与其相邻的右侧上，图示了研磨盘9，所述研磨盘围绕布置在Z方向上的旋转轴9’旋转，所述研磨盘用研磨砂粒、通常硬质合金、陶瓷或CBN覆盖在其包封部分以及相邻的表面部分中，并且具有在Z方向上测量到的与盘形切削工具8类似的轴向延伸部分，其中所述轴向延伸部分对应于相应的轴承。
[0111]在曲柄轴下方，图示了配置为单点车刀的车刀10，其中所述车刀不会精确地在X方向上延伸，但是在朝向轴承的方向上以略微的倾斜角延伸，并且可以接触轴承以便也能够车削轴承弯管头中的一者。
[0112]为了利用相同的车刀10车削包括包封表面的两个弯管头，而不会停止并且因此不会产生肩状物，除了在X方向上的可移动性并且明显足够纤细的，图1b中以详细视图图示的此种车刀10围绕B轴是可枢转的，以便在轴承中移动。
[0113]应理解，在围绕主要轴承轴旋转的曲柄轴处对杆轴承PLl至PL4中的一者进行机械加工，接合工具另外地必须在X方向上执行进给运动，并且对于端铣刀7以及对于切削工具10，需要Y方向上的额外的进给运动，以便能够跟随运转的杆轴承。
[0114]图2a和b以Z方向上的前视图图示了车床的实施例，该实施例可以用于利用根据本发明的方法对曲柄轴等工件进行机械加工。
[0115]如图2b所示，在机床11的垂直前表面的前方，床头12布置在其上部部分中，其中床头12支撑可驱动的夹盘(clamping chuck)13，以使夹爪6旋转并且包括夹爪。相对的床头14相对于床头12进行布置，其中相对的床头14也支撑夹盘13，使得工件，例如，曲柄轴I可以利用旋转轴2上的两个末端被接收，所述旋转轴在Z方向上在一个相应的夹盘13中延伸并且可以被旋转驱动。
[0116]在旋转轴下方的床11的前侧上并且在床11的平坦上侧上，纵向引导件15被布置成分别在Z方向上成对延伸，其中工具单元在纵向引导件上市可移动的，在这种情况下，一个工具单元在下部纵向引导件上是可移动的并且两个工具单元在上部纵向引导件15上是可移动的。
[0117]每个工具单元由沿着纵向引导件15可移动的Z滑动件16以及在Z滑动件上延伸并且在X方向上可移动的X滑动件17制成，其中工具或工具单元安装在X滑动件上。
[0118]在旋转轴2下方的单元中，这是具有车刀10以及在Z方向上延伸的枢转轴的典型的工具旋转器18，所述插入其中的车刀被配置为星形旋转器。
[0119]左上部分的单元是单点配置的单个车刀10，因此围绕大约在X方向上延伸的B轴是可枢转的并且因此同样根据枢转运动在X方向上是可移动的。
[0120]右上部分的单元是精加工工具19，所述精加工工具可以在工件平滑器处制造周向表面。
[0121]在图2b中，在Z方向上观察，图示了此种精加工工具19。其中，显而易见的是，此种工具包括:精加工形态件(finish form piece)20,所述精加工形态件具有根据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，配置为半圆形；以及精加工带21，所述精加工带在形态件20的接触表面上延伸并且利用其末端缠绕在相应的存储滚筒上。
[0122]同样地，单点车刀10在与图2b相邻的视图中再次图示出。
[0123]另一方面，图3图示了车削机器，其中进而曲柄轴I作为工件再次由床头进行支撑，并且两个夹盘之间的相对床头14相对于彼此进行定向，所述床头在围绕旋转轴2旋转时是可驱动的，所述旋转轴被配置为C轴，如图2中的车床中一样。
[0124]在这种情况下，纵向引导件15仅在机床11处布置在车削轴2的上方，其中提供两个工具单元，其中Z滑动件16和X滑动件17在所述两个工具单元上运行。
[0125]在这种情况下，右侧的X滑动件17支撑盘形切削工具8，所述切削工具平行于图1所指示的旋转轴旋转，并且左侧的Z滑动件17支撑研磨盘9，所述研磨盘也围绕平行于Z轴的轴旋转。
[0126]另外，在右侧X滑动件17处提供测量单元22，其中测量单元可以通过枢转激活以及去激活，以便在周向表面处关于横梁表面的直径、圆度、纵向位置执行测量，而不需要松开或重新夹持工件，因为将在X方向上靠近的测量探针与周向表面接触。
[0127]图4a图示了处理与曲柄轴无关但与周向工件有关的周向表面的一部分，所述周向表面可以是通过切线车削的升降轴承或杆轴承的周向表面。
[0128]因此，对于直线方向上的切线中的直边缘以及对于围绕平行于旋转轴2延伸的枢轴的切向、弓形方向上的凹入边缘，布置成偏斜至旋转工件的旋转轴的直线或凹入的切削刃在切向移动方向24上移动，所述切向移动方向在工件的周向表面处接触。
[0129]因此，仅可以移除极少的过量尺寸；然而，机械加工结果是非常精确的并且具有优良的表面。
[0130]在图4c中图示了电化学蚀刻。
[0131]因此，EMC电极25朝向工件移动，所述EMC电极的接触表面有利地适合于所制造的工件的圆周轮廓，并且所述EMC电极包括相应腔室，其中电流或电压被施加在一侧上的工件与另一侧上的电极25之间，并且另外地，盐溶液或酸被引入这两者之间。
[0132]当相应地选择这些参数时，靠近表面的部分，尤其是，工件的微观表面结构的峰在盐溶液中被腐蚀掉并且被冲走。出于改进目的，电极25可以以脉动方式径向地和周向地移动，以便通过盐溶液或酸将提取最优化。
[0133]从原则上来说，工件可以围绕旋转轴2旋转。
[0134]然而，在如图示情况下，当多个小的微观突起部26提供于电极表面25的接触表面上时，工件显然必须进行机械加工同时保持静止，所述微观突起部用于在工件的表面中制造相应的微观腔室，这些微观腔室随后用作储油库。
[0135]否则，此类典型地仅具有几微米的深度的在微观上精细的腔室也可以通过激光冲击来制造。
[0136]因此，图6具有不同的微观表面结构，对于具有界定的边缘的不同碎片移除机械加工方法，所述微观表面结构是典型的。
[0137]纵向车削产生通常均匀的锯齿轮廓,所述锯齿轮廓的粗糙度Rz处于3 μ m至10 μ m的范围内。
[0138]切线车削之后的表面结构会引起没有纵向车削的周期性均匀的结构，并且峰与谷之间的距离小得多，其中Rz约为1.5μπι至5μπι。
[0139]然而，对于外部圆铣，通常表面结构包括其后的部分，根据在工件上一个接一个的单个铣削叶片以及因此形成的工件上的极精细的刻面的冲击，所述部分在微观上处于不同的水平。
[0140]图6的下部部分图示了放大的微观结构以及在移除大致所需用于轴承的峰之后所需的50%的支撑部分。
[0141]因此，同样清楚的是，尤其是在精加工期间，峰的额外移除以及增加的支撑部分、通过工具进行机械加工的表面变得越来越大，并且因此径向方向上的移除变得越来越慢。
[0142]图5图示了(在Z轴的方向上观察)通过(例如)曲柄轴的轴承的截面，所述曲柄轴的标称轮廓是确切地圆形轮廓。然而，在实际应用中，这是非圆形的轮廓，该轮廓通过特定干扰参数的影响至少在具有界定的切削刃的碎片移除机械加工之后产生。
[0143]因此，为了确定圆度，内部包封圆Ki和外部包封圆Ka应用于实际轮廓并且两个包封圆之间的距离界定圆度。
[0144]另外，同样地，相应轴承的实际中心可以不完全与标称中心一致，尤其对升降轴承销也是如此，并且对同心度产生不利影响。
[0145]此外，在精加工之后界定标称轮廓，因此实现最终轮廓，所述最终轮廓在具有界定的边缘的碎片切割之后相应径向地位于标称轮廓内。
[0146]参考标号和名称
[0147]I曲柄轴
[0148]I’ 工件
[0149]2 旋转轴
[0150]3 小齿轮
[0151]4 凸缘
[0152]5 端铣刀
[0153]5’旋转轴
[0154]6 夹爪
[0155]7，7’ 切削刃
[0156]8盘形切削工具
[0157]8’旋转轴
[0158]9研磨盘[0159]9’旋转轴
[0160]10车刀
[0161]11机床
[0162]12床头
[0163]13夹盘
[0164]14相对的床头
[0165]15纵向引导件
[0166]16Z-滑动件
[0167]17X-滑动件
[0168]18工具旋转器
[0169]19精加工工具
[0170]20精加工形态件
[0171]21精加工带 [0172]22测量单元
[0173]22a测量探针
[0174]23切割板
[0175]24切向移动方向
[0176]25ECM 电极
[0177]26突起部
[0178]27切向车刀
【权利要求】
1.一种用于对准备使用的具有旋转对称的以及可选地非旋转对称的、同心的以及可选地离心的周向表面以及相邻侧面的工件尤其是曲柄轴进行精加工的方法，其中在碎片尤其是所述周向表面的碎片粗加工以及随后可选的部分硬化之后，所述周向表面的精加工执行如下: 在利用界定的边缘的第一精加工步骤之后，立即执行干燥研磨或精细干燥研磨，并且在利用界定的边缘的第一精加工步骤中，对于圆度优选仅以25 μ m的精确度执行机械加工并且对于直径优选仅以30 μ m的精确度执行机械加工。
2.一种用于对准备与旋转对称的以及可选地非旋转对称的周向表面一起使用的工件尤其是曲柄轴进行精加工的方法，所述周向表面是同心的以及可选地离心的且相邻的侧面，其中在碎片尤其是所述周向表面的碎片移除粗加工以及随后可选的部分硬化之后，所述周向表面的精加工在以下步骤中执打: 具有界定的切削刃的第一精加工步骤，尤其是通过 采用外部铣削或正交铣削形式的车铣或， 车削，尤其是采用单点车削形式的车削， 可选地，精细的中间步骤，其通过， 干燥研磨， 切向铣削 尺寸形态精加工的粗糙步骤，或 单点车削， 车铣，其中切削刃比5 μ m更精确地定向 第二精加工步骤，其通过 精细干燥研磨， 精加工，尤其是尺寸形态精加工的精细步骤，或 电化学蚀刻(ECM)，尤其是具有电极的脉动负载(PCM)的电化学蚀刻(ECM)， 可选地，用于结构化腔室的表面的精细完成步骤，其通过 激光冲击或， 电化学蚀刻(ECM)。
3.根据前述权利要求中的一项权利要求所述的方法，其特征在于，车铣，尤其是外部铣削或正交铣削形式的车铣用作第一精加工步骤。
4.根据前述权利要求中的一项权利要求所述的方法，其特征在于，在干燥研磨之后，通过用于电化学蚀刻(ECM)的精加工执行第二精加工步骤。
5.根据前述权利要求中的一项权利要求所述的方法，其特征在于，由于在所述第一精加工步骤之后立即执行的精细干燥研磨，在所述第一精加工步骤中，有利地，对于圆度以15 μ m或更好的精确度执行机械加工并且对于直径以15 μ m或更好的精确度执行机械加工，并且尤其是在精细干燥研磨之后不执行带精加工。
6.根据前述权利要求中的一项权利要求所述的方法，其特征在于，通过激光冲击执行精细完成步骤以及/或者通过ECM执行在所述工件中形成腔室。
7.根据前述权利要求中的一项权利要求所述的方法，其特征在于，通过ECM和/或仅在轴承的周向片段中的带精加工执行机械加工，其中在例如用于燃烧发动机中时，施加主要负载。
8.根据前述权利要求中的一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述第一精加工步骤利用界定的边缘执行，并且干燥研磨和/或精细干燥研磨和/或精加工在相同的机器以及在所述工件的相同夹持步骤中执行。
9.根据前述权利要求中的一项权利要求所述的方法，其特征在于，通过所述第一精加工步骤的外部铣削或正交铣削在所述工件的不同机械加工位置处同时执行干燥研磨和/或精细干燥研磨和/或车统。
10.根据前述权利要求中的一项权利要求所述的方法，其特征在于，对于用于干燥研磨或精细干燥研磨的研磨盘选择一个直径，当执行所述第一精加工步骤的所述外部铣削时，所述直径至少对应于所述盘形切削工具的直径，或者对于至多大20%的研磨盘选择一个直径。
11.根据前述权利要求中的一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述研磨盘的速度和/或切削速度至多是所述盘形切削工具的速度值的三倍，更好地两倍，并且尤其是相同地配置的支撑件用于盘形切削工具和研磨盘。
12.根据前述权利要求中的一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述第一精加工步骤包括 通过单点车削对主要轴承(HL)进行机械加工，以及 通过车铣尤其是周向铣削形式的车铣对升降轴承或杆轴承(PL)进行机械加工以及 车铣使用尤其是150米/分钟至400米/分钟的切削速度以及/或者当精加工或ECM接着执行时，对于圆度达到IOym的精确度或更精确地执行机械加工并且对于直径，达到10 μ m的精确度执行机械加工， 单点车削使用尤其是250米/分钟至400米/分钟的切削速度，以及/或者对于圆度，至少达到10 μ m的精确度或更精确地执行机械加工并且对于直径，达到10 μ m的精确度或更精确地执行机械加工。
13.根据前述权利要求中的一项权利要求所述的方法，其特征在于，在所述第二精加工步骤是电化学蚀刻(ECM)的情况下，所述电极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,甚至更好地至多2 μ m,用于将腔室引入工件表面中。
14.根据前述权利要求中的一项权利要求所述的方法，其特征在于，多阶段精加工包括在最后精加工步骤之后的激光冲击。
15.根据前述权利要求中的一项权利要求所述的方法，其特征在于，正交铣削使用具有I至10个切削刃，尤其是具有4至6个切削刃的切削工具，所述切削刃优选地在圆周上不均匀地分布。
16.根据前述权利要求中的一项权利要求所述的方法，其特征在于，铣削使用具有切削刃的工具，所述工具通过例如楔系统促进相对于所述工具的基底元件的5 μ m或更精确的精细对准。
17.根据前述权利要求中的一项权利要求所述的方法，其特征在于，正交铣削包括在Y方向上将接合切削工具推进其直径的至少20%、更好地至少50%，尤其是至多60%，其中在该时间周期期间，所述工件执行至少5个循环，更好地至少10个循环，更好地至少20个循环。
18.根据前述权利要求中的一项权利要求所述的方法，其特征在于，正交铣削以正交切削工具的速度执行，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。
19.根据前述权利要求中的一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述铣削切削工具的所述切削刃由具有0.2μηι至0.5μηι的砂粒的微晶粒硬质合金制成。
20.根据前述权利要求中的一项权利要求所述的方法，其特征在于，电化学蚀刻(ECM)包括至多30 μ m,更好地仅20 μ m,更好地仅10 μ m,但尤其是至少5 μ m的材料移除。
21.根据前述权利要求中的一项权利要求所述的方法，其特征在于，在第一精加工步骤中，升降轴承和杆轴承在相同的夹持步骤以及尤其是与前述粗加工步骤相同的夹持步骤中进行机械加工，并且因此尤其是所述曲柄轴承在所述凸缘以及所述小齿轮处用夹盘进行支撑。
22.根据前述权利要求中的一项权利要求所述的方法，其特征在于，在第二精加工步骤中，所述曲柄轴承尤其是分别在轴承处用垂直支撑件进行支撑，所述轴承在第一步骤中已进行精加工，其中垂直支撑在主要轴承处执行，所述主要轴承尤其是直接与待机械加工的轴承相邻，并且尤其是，在最后的精加工步骤中，在机械加工后的轴承上产生的垂直支撑件压痕被消除，其中所述支撑件总是在此最后步骤中的前进方向上提供于侧面上。
23.根据前述权利要求中的一项权利要求所述的方法，其特征在于，在所述第一精加工步骤中，除了中心和升降轴承之外，还对所述凸缘和所述小齿轮进行机械加工，其中在末端处与机械加工位置相邻的所述曲柄轴尤其是通过在拉回的所述夹爪处的定心尖端支撑在相对侧上，并且在夹盘中支撑在另一侧上。
24.一种用于对准备与旋转对称的以及可选地非旋转对称的、同心的以及可选地离心的周向表面和相邻侧面一起使用的工件，尤其是曲柄轴进行精加工的车床，所述车床包括: 机床(11)， 尤其是具有夹盘(13)的床头(12)， 具有夹盘(13)的相对床头(14)， 受控的C轴， 至少一个垂直支撑件， 具有盘形切削工具或具有正交切削工具的车削单元或铣削单元， 其中除了 X轴之外，所述正交切削工具包括Y轴， 研磨单元， 可选地，精加工单元和/或围绕所述C轴旋转的研磨盘(9)。
25.根据权利要求24所述的车床，其特征在于 所述车床包括用于冲击所述工件的所述周向表面的激光单元和/或 可激活的且可去激活的测量单元(22)。
【文档编号】B23Q39/02GK103998178SQ201280044691
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2012年9月18日 优先权日:2011年9月18日
【发明者】利奥·施瑞博尔, 马蒂亚斯·韦博 申请人:美艾格工业自动化系统股份有限公司