[发明专利]用于曲轴及凸轮轴的精密机加工的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及将曲轴或凸轮轴精密机加工为最终尺寸公差Rz＜10μm、优选≤5μm、以及同心度偏差≤30μm、优选≤6μm的一种方法和一种装置。这些曲轴或凸轮轴已经通过切削操作进行机加工并且至少部分地经受了硬化。

背景技术

在根据现有技术已知的多种机加工方法中，曲轴通常要经过多个机加工步骤。首先，铸造或锻造的轴要经受一次切削操作(如车拉削、车-车拉削、内旋铣削及外部铣削、尤其是在高铣削速度下)，其中由铸造或锻造的观点所提供的容差被消除到低至毫米范围内的一个剩余值。

为了增加曲轴的耐磨性，这种轴根据另一个步骤至少部分地被硬化(例如，通过感应性硬化)，以便实现所希望的材料结构或微观结构。在硬化过程中，不能排除这种曲轴或凸轮轴的畸变以及轻微的尺寸变化，而在随后的机加工步骤中必须对这种变化予以补偿。

在第三个机加工步骤中通常对这些曲轴进行研磨，例如，使用一种研磨砂轮，其转动轴线平行于旋转曲轴或凸轮轴的转动轴线而移动。这种研磨在多数情况下是通过增加冷却润滑剂来进行的，以便避免在随后的研磨操作过程中曲轴过度加热。除了移除所产生的研磨浆料(它包含研磨掉的轴颗粒以及研磨砂轮的这些磨损出的研磨颗粒)代价高昂这一事实外，因为研磨浆料必须作为特殊的废物来处理，不能够完全排除工件的可观加热、也不能完全排除在工件表面上的不利影响，而这些不利影响作为在研磨过程中高机加工压力的结果在微观范围内产生了一种人们不希望的表面结构。

由此开始，本发明的目的是提供在开篇时所提及类型的一种方法和一种装置，借助该方法和装置避免了所述缺点。

根据本发明，这种曲轴或凸轮轴首先要经受一个初始切削操作以及后续的硬化，例如至45至60洛氏硬度(HRC)之间、优选为50至53HRC之间的值。此后跟随着使用多个切削镶片的一次最终切削操作，这些切削镶片装配有CBN或PCD镶入件并且通过这些切削镶片使形状被加工成正确的最终尺寸。就设备而言，用于此目的一种装置包括一个内铣刀或外铣刀，在该铣刀的周边上紧固有多个径向和/或轴向可调节的切削镶片，这些镶片被各自装配有多个CBN或PCD镶入件，其中多个切削镶片按照彼此交替的方式在横向、径向和切向上被夹紧在位。然而，在切向上夹紧的切削镶片(它们用于使大端轴承或主要轴承平滑)的数目可以是远小于被横向夹紧的切削镶片的数目，这些横向夹紧的切削镶片是对应地用于机加工这些侧面并且用于产生这些凹切所要求的。

用一种切削操作替代跟随在硬化之后的研磨不仅具有使得整个生产线能够以干燥模式来运行(即不使用冷却润滑剂)的优点，由此特别地使得清除满载着切屑和研磨浆料的润滑剂、或者重新处理润滑剂不再必要，而且还提高了生产的精密度。然而，这假设了该切削加工是通过CBN或PCD切削刃来完成的，这首先使之有可能充分正确地将该曲轴或凸轮轴加工成精密的最终尺寸而同时保持了低的公差。仅仅将硬化之后的研磨方法替代为一次使用常规的碳化物切削镶片的切削操作并不会在任何情况下都产生所希望的最终尺寸，为此原因，这类切削操作之后还必须跟随精密研磨，例如通过研磨带。使用CBN或PCD切削刃提供了一种表面结构，该表面结构允许维持在Rz＜10μm范围内的一个公差以及在30μm以下(优选的是有待保持在约6μm或更小)的一个同心度偏差。

如果加工在硬化之前以及其之后都是通过一个限定的切削刃(即通过一次切削操作)来执行的，则在第一次机加工步骤中的一种较大的不圆度可以在最终切削操作中被移除，因为研磨位置上的被动的力明显地小于研磨过程中的力。在一次最终切削操作过程中，一次或两次铣削旋转即足以消除不圆度，而在研磨过程中具有上述这些缺点的多次重复旋转则是必要的。

作为另一个积极的作用，使用PCD或CBN切削刃(除了工件的高表面质量外)还导致长的使用寿命，由此增加了处理方法的经济有效性。PCD或CBN切削刃的高耐磨性还允许实现一种高度的加工可靠性以及高设置准确性。作为每个切削刃的更长的工具寿命量值的结果，在一个较短的周期时间内所得到的补偿就超过所造成的这些切削镶片价格上增长(与单件式碳化物切削镶片相比)，这样使得曲轴或凸轮轴的生产变得整体上降低了昂贵程度。

峰到谷的高度Rz代表在一个限定的测试区段中微观表面结构的最高的突出部与最低的凹陷之间的距离，如此确定的5个测试区段的值被确定为用于确定Rz。以此方式，来自表面轮廓的畸变值(即非常高的峰和非常深的谷)就未被过度估值。