Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten der Lagersitze von Wellen, insbesondere von Kurbelwellen, wobei die Lagersitze nach dem Urformen einer Welle durch Schmieden oder Gießen mehreren Bearbeitungsoperationen unterzogen werden.

Herkömmlicherweise werden die Lagersitze von Wellen, bei¬ spielsweise die Sitze der Hauptlager und der Hublager von Kurbelwellen, mehrstufig spanabhebend bearbeitet. Gemäß einer insoweit typischen Bearbeitungsfolge wird zunächst die geschmiedete oder gegossene Kurbelwelle durch Drehen, Fräsen oder Drehräumen vorbearbeitet, dann durch Schlei¬ fen zwischenbearbeitet und schließlich einer Finish- Bearbeitung unterzogen. Insbesondere seit sich eingebür¬ gert hat, die Lagersitze, nicht zuletzt um diese im Laufe der weiteren Fertigung vor Beschädigung zu schützen, zu härten, umfaßt die Bearbeitung regelmäßig, anschließend an das Härten, ein Umlaufschleifen; denn das Schleifen war lange Zeit das einzige brauchbare Verfahren, um La¬ gersitze, nachdem diese gehärtet worden sind, auf ihr Endmaß zu bringen.

Wiederholt ist auch das Drehfräsen der Lagersitze von Wellen vorgeschlagen worden, beispielsweise bereits in der DE 212950 und der AT 286067. Dabei wird jeweils ein Fräser, der sich um eine auf der Achse des zu bearbeiten¬ den Lagersitzes senkrecht stehende Rotationsachse dreht, mit tangentialem Vorschub an dem rotierenden Werkstück vorbeigeführt. In jüngerer Zeit sind solche Anregungen wieder aufgegriffen worden, insbesondere um - wegen des mit der Entsorgung der beim Schleifen anfallenden Abfall¬ produkte verbundenen Aufwands - ein Naßschleifen zu ver¬ meiden.

So schlägt die WO 97/32680 Al (nachfolgend wird dieses Dokument kurz als Dl bezeichnet) ein ohne Naßschleifen auskommendes Verfahren zur Bearbeitung der Lagersitze von Kurbelwellen vor, bei dem die Kurbelwelle mittels einer Aufnahmeeinrichtung, in welcher sie eingespannt und um ihre mit der C-Achse der Maschine zusammenfallende Längs¬ achse drehbar antreibbar gelagert ist, mit ca. 20 bis 100 Umdrehungen pro Minute gedreht und mit einem Fräswerkzeug bearbeitet wird, welches in einer Werkzeugspindel um sei¬ ne - zur X-Richtung der Maschine parallele - A-Achse ro¬ tierbar, längs seiner Achse zum Werkstück hin zustellbar und senkrecht zu seiner Achse (in Y-Richtung der Maschi¬ ne; tangential zum Werkstück) vorschiebbar ist. Die ent¬ sprechende Bearbeitung erfolgt dabei in zwei Stufen.

Nach den Erläuterungen in Dl (Seite 11, Zeilen 11 bis 25) soll, um den unterschiedlichen Beanspruchungen des Schneidwerkzeugs und den zu erzielenden Qualitäten des Bearbeitungsvorgangs Rechnung zu tragen, die tangentiale Vorschubgeschwindigkeit so gesteuert werden, daß während der Vorbearbeitungsphase (Schruppen) die Umfangsschneiden des Fräswerkzeugs optimale Schnittbedingungen haben und während des Fertigbearbeitens (Schlichten) des Laufsitzes die Stirnscheiden den ganzen Laufsitz erfassen können. Gemäß Seite 4, Zeile 27 bis Seite 5, Zeile 9 von Dl kön¬ nen durch entsprechend hohe Drehzahlen des Drehfräswerk¬ zeugs die beim High-Speed-Cutting erforderlichen hohen Schnittgeschwindigkeiten erreicht und die Kurbelwelle trotzdem mit der üblichen Drehzahl bis zu ca. 100 min ^"1 gedreht werden, die auch beim Schleifen zur Erzielung der hohen Qualitäten des Werkstücks zum Einsatz kommt. Durch die hohen Schnittgeschwindigkeiten sei die Werkstückbean¬ spruchung klein und es lasse sich eine sehr gute Raumgeo¬ metrie erreichen. Bei auf die Kontur des Lagersitzes

abgestimmtem Werkzeug ermögliche der tangentiale Vorschub des Drehfräswerkzeugs die Bearbeitung der gesamten Breite des Laufsitzes in einem Arbeitsgang. Die herkömmlicher¬ weise vorgesehenen Schritte Vorbearbeitung und Schleifbe¬ arbeitung der Lagersitze könnten - in einer Maschine und mit einer Einspannung der Kurbelwelle - zu einem Arbeits¬ schritt zusammengefaßt und damit eine erhebliche Rationa¬ lisierung erreicht werden. An dem Fräswerkzeug sind drei aus gängigen Schneidstoffarten bestehende, jeweils eine stirnseitige und eine umfangsseitige Schneide aufweisende Schneidplatten vorgesehen. Die Schneidplattengeometrie ist der Geometrie des zu bearbeitenden Lagersitzes hin¬ sichtlich Übergangsradius, Planschulter usw. angepaßt (vgl. Dl Seite 6, Zeile 33 bis Seite 7, Zeile 5) .

Angesichts der Hubhöhe der Kurbelwelle muß das bekannte Drehfräswerkzeug sehr lang gestreckt sein (Auskraglänge) , um die Bearbeitung des Lagersitzes vornehmen zu können (vgl. Dl Seite 8, Zeilen 18 bis 20) .

Zusammenfassend werden in Dl ein Verfahren und eine Vor¬ richtung vorgeschlagen, die durch Verwendung des Hochge- schwindigkeitsdrehfräsens kurze Zykluszeiten und eine sehr gute Qualität bei der Bearbeitung der (ungehärteten) Lagersitze von Kurbelwellen erreichbar machen sollen, so daß auf den Bearbeitungsschritt des Schleifens ganz ver¬ zichtet werden könne (vgl. Dl Seite 15, Zeilen 22 bis 27) .

Aus der EP 1 030 755 Bl (nachfolgend wird dieses Dokument kurz als D2 bezeichnet) ist das Bearbeiten von Kurbelwel¬ len durch die Abfolge der Bearbeitungsschritte Spanen - Härten - Spanen - Finishen bekannt. Dazu wird ausgeführt, daß vor allem bei Stahlkurbelwellen die Lagerflächen in deren oberflächennahen Bereichen gehärtet werden. Dies

dient einer erhöhten Abriebfestigkeit der Lagerstellen, einer Vorbeugung von Beschädigungen dieser Lagerflächen beim Handling während des gesamten Herstellungsprozesses sowie der Beeinflussung der Festigkeitseigenschaften der Kurbelwelle (vgl. D2 Spalte 1, Zeilen 23 bis 30) . Techni¬ scher Ausgangspunkt der Überlegungen von D2 ist das her¬ kömmliche Bearbeiten von Kurbelwellen in vier Schritten: Der erste Schritt ist die spanende Bearbeitung mit be¬ stimmter Schneide; in diesem Zusammenhang wird auch das Drehfräsen, insbesondere das Hochgeschwindigkeitsfräsen genannt . Im nachfolgenden zweiten Bearbeitungsschritt wird die Lagerfläche der Kurbelwelle gehärtet. Der dritte Schritt betrifft das Schleifen mittels eines harten, mas¬ siven Schleifwerkzeugs, beispielsweise einer Schleif¬ scheibe. Im vierten Schritt schließlich erfolgt das Finishen durch ein in der Regel stillstehendes Schleif¬ band oder Schleifstein, welches an den Außenumfang der rotierenden Lagerstelle der Kurbelwelle angedrückt wird. Das abgetragenen Materialaufmaß bewegt sich beim Finishen im Bereich von 1 bis 10 μm (vgl. D2 Spalte 2, Zeile 32 bis Spalte 3, Zeile 15) .

Um die Kosten bei der Kurbelwellenbearbeitung zu senken, wird nach D2 angestrebt, die Bearbeitung der Lagerstellen von vier auf drei unterschiedliche Bearbeitungsschritte zu reduzieren (vgl. D2 Spalte 3, Zeile 21 bis 24) . Durch das Weglassen der Schleifbearbeitung wird die Bearbei¬ tungsfolge von vier auf nur drei prinzipiell unterschied¬ liche Bearbeitungsverfahren reduziert. Damit sollen nicht nur Entsorgungsprobleme bei der Beseitigung von Schleif¬ schlamm wegfallen, sondern auch Investitionskosten für Schleifmaschinen, die Kosten für den Werkzeugverbrauch und nicht zuletzt der durch das Schleifen erhöhte Bestand an Werkstücken durch verlängerte Umlaufzeiten der Werkstücke. Demgegenüber sei die Entsorgung der Späne der

spanenden Bearbeitung unproblematisch, da entweder (Hoch¬ geschwindigkeitsfräsen) trocken geschnitten werde oder die Trennung Späne - Öl wegen der viel geringeren spezi¬ fischen Oberfläche der Späne gegenüber Schleifstaub voll¬ ständig möglich sei (vgl. D2 Spalte 4, Zeilen 21 bis 33) .

Weiterhin müsse berücksichtigt werden, daß beim bisheri¬ gen Schleifen von Lagerstellen die aus der spanenden Vor¬ bearbeitung resultierenden Rundheitsabweichungen durch das Schleifen in der Regel nur in ihrem Absolutwert redu¬ ziert würden, jedoch nicht in ihrer Charakteristik. Es würden also aus langwelligen Rundheitsabweichungen keine kurzwelligen Rundheitsabweichungen durch das Schleifen, sondern es würde die Anzahl der Wellentäler entweder bei¬ behalten oder gar reduziert, mit der Folge, daß die wei¬ tere Verbesserung der Rundheitsabweichungen durch das Finishen, betrachtet in Ergebnisverbesserung pro Zeitein¬ heit, beim Finishen eher erschwert wurde (vgl. D2 Spalte 7, Zeile 49 bis Spalte 8, Zeile 3) .

Nach dem Härten wird nach D2 nochmals eine Materialabnäh¬ me durch spanende Bearbeitung durchgeführt, insbesondere der zweite spanende Bearbeitungsschritt (Fertigspanen) eines zweistufigen Zerspanens (vgl. D2 Spalte 9, Zeilen 20 bis 24) .

Den Aussagen in Dl und D2 ist demnach gemeinsam,' die mehrstufige Drehfräsbearbeitung der Lagersitze durch Na߬ schleifen zu vermeiden. Damit könnten, wie dargelegt, bei ungehärteten (vgl. Dl) wie auch bei gehärteten (vgl. D2) Lagersitzen die Qualität der Fertigung gesteigert und die Kosten gesenkt werden, die durch Beseitigen des Schleif¬ schlammes anfallen. Die einhellige, bekannte Auffassung geht infolge dessen dahin, die mehrstufige Drehfräsbear¬ beitung in die Vorbearbeitung zu integrieren. Gegen diese

Auffassung spricht auch nicht, daß als mögliche Kombina¬ tion von Bearbeitungsfolgen bis zum verwendungsfähigen Zustand einer Kurbelwelle genannt wird: Spanen - Härten - Spanen - Finishen (vgl. D2 Spalte 4, Zeilen 50 bis 54) .

Die vorliegende Erfindung setzt an der Erkenntnis an, daß ausgehend von der strukturellen Komplexität von Kurbel¬ wellen und anderen Wellen mit Lagersitzen, insbesondere mit exzentrischen Lagersitzen, eine Optimierung von Her¬ stellungskosten und Arbeitsergebnis mit den bekannten Maßnahmen allein nicht erreicht werden kann. Sie hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Bearbeitung der Lagersitze von Wellen bereitzustellen, welches zu einer Fertigung hohen Qualitätsanforderungen genügenden Wellen zu vergleichsweise geringen Kosten beitragen kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelost durch ein Ver¬ fahren zum Bearbeiten der Lagersitze von Wellen, wobei die Lagersitze nach dem Urformen einer Welle durch Schmieden oder Gießen den folgenden Bearbeitungsoperatio¬ nen unterzogen werden:

Vorformen durch spanabhebende Bearbeitung mit be¬ stimmter Schneide, Härten, Richtwalzen,

Vorschnitt-Drehfrasen und Fertigschnitt-Drehfräsen, wobei das Vorschnitt-Drehfrasen und das Fertigschnitt- Drehfräsen während jeweils im wesentlichen einer voll¬ ständigen Umdrehung der Welle ohne Längsvorschub und ohne tangentialen Vorschub des Fräsers erfolgt. Somit erfolgt erfindungsgemäß nach dem Härten der Lagersitze ein mehr¬ stufiger Prozeß der spanabhebenden Bearbeitung mit be¬ stimmter Schneide durch Drehfräsen mit einem Vorschnitt und einem Fertigschnitt, wobei sich jeweils während des

betreffenden Umlaufs der Welle, d.h. zwischen dem An¬ schnitt und dem Austritt des Fräsers, die Lage des Frä¬ sers relativ zu der Achse des zu bearbeitenden Lagers nicht ändert. Aufgrund der Härte des abzutragenden Mate¬ rials und der Mehrstufigkeit der Drehfräs-Bearbeitung fallen nur relativ kleine, ausgeglühte Späne an, die trocken und problemlos zu entsorgen sind. Indem die Kur¬ bel- oder sonstige Welle während des Vorschnitt- Drehfräsens wie auch während des Fertigschnitt- Drehfräsens größenordnungsmäßig jeweils nur um etwa eine vollständige Umdrehung gedreht wird, was, wie weiter un¬ ten näher ausgeführt wird, ein Drehen der Welle um etwa eineinhalb vollständige Umdrehungen einschließt, läßt sich die Drehfräsbearbeitung innerhalb minimaler Zeit durchführen.

Die Achse des Drehfräswerkzeugs ist während der Drehfräs- bearbeitung gegenüber der Achse des zu bearbeitenden La¬ gersitzes um eine Exzentrizität versetzt, welche während der entsprechenden Bearbeitungsstufe, bevorzugt ein¬ schließlich der Phasen des Eintauchens und des Ausfahrens des Werkzeugs, beibehalten wird, d.h. konstant ist. Indem während der Drehfräsbearbeitung eine Vorschubbewegung des Fräsers quer zu seiner Längsachse, d.h. in Y-Richtung bzw. tangential zum Werkstück nicht erfolgt, richtet sich die Bearbeitungsgeschwindigkeit (relativer Vorschub) al¬ lein nach der Umdrehungsgeschwindigkeit der Welle und dem Radius des zu bearbeitenden Lagersitzes. Dabei werden beispielsweise folgende Bearbeitungsgeschwindigkeiten erreicht: Relativer Vorschub zwischen etwa 200 mm/min und 9000 mm/min, bevorzugt zwischen etwa 600 mm/min und 1500 mm/min; Schnittgeschwindigkeit etwa zwischen 60 m/min und 600 m/min, bevorzugt zwischen etwa 80 m/min und 120 m/min. Der Versatz der Achse des Fräsers zur Achse des zu bearbeitenden Lagersitzes ist abhängig von der Lagergeo-

metrie und entspricht bevorzugt etwa dem 0,1- bis 0,25- fachen Wert, besonders bevorzugt dem 0,15- bis 0,2-fachen Wert des Durchmessers des Fräsers. Durch die Exzentrizi¬ tät des Fräsers können die Stirnschneiden den kompletten Lagersitz überdecken. Die Exzentrizität kann zur Verrin¬ gerung des Schwingungsverhaltens optimiert werden. Die Welle kann während der Drehfräsbearbeitung in Richtung der Exzentrizität oder aber in der Gegenrichtung gedreht werden.

Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Werkstück nach dem Vorschnitt-Drehfrasen vermes¬ sen und die Zustellung des Fräsers für das Fertigschnitt- Drehfräsen in Abhängigkeit von dem Ergebnis dieser Mes¬ sung ermittelt. Das Vermessen der Lagersitze nach dem Vorschnitt-Drehfräsen erfolgt dabei an der eingespannten Welle, so daß das Vorschnitt-Drehfrasen, Vermessen und Fertigschnitt-Drehfräsen sich in unmittelbarer Abfolge vollzieht. Je nach den individuellen Gegebenheiten kann bei den einzelnen Schritten der Drehfräs-Bearbeitung der Lagersitze jeweils ein gleich großes oder aber ein unter¬ schiedliches Aufmaß der Bearbeitungsfläche abgetragen werden. Besonders günstig ist dabei regelmäßig der an zweiter Stelle genannte Fall, und zwar dergestalt, daß das nach dem Härten bestehende Aufmaß bevorzugt zu etwa 60 bis 80%, besonders bevorzugt zu etwa 65 bis 75%, wäh¬ rend des Vorschnitt-Drehfräsens und der Rest während des Fertigschnitt-Drehfräsens abgetragen wird.

Je nach den Anforderungen an die Oberflächengüte sowie anderen Randbedingungen kann sich an das Drehfräsen noch ein Finishen der Lagersitze anschließen oder aber auch nicht. Unter Kostengesichtspunkten ist dabei eine Verfah¬ rensführung ohne Finishen besonders zu bevorzugen. Dies ist auch grundsätzlich realisierbar; denn die nach dem

Fertigschnitt-Drehfräsen noch bestehenden Oberflächenune¬ benheiten verlaufen verfahrensbedingt nicht parallel, sondern vielmehr quer zur Bewegungsrichtung im Lager. Damit werden sie im Betrieb schneller egalisiert, und die Gefahr, daß an ihnen der Schmierfilm örtlich abreißt, ist geringer als im Falle von längs zur Bewegungsrichtung im Lager verlaufenden Riefen.

Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfin¬ dung weist die Zustellung des Fräsers während des Eintau¬ chens zu Beginn des Vorschnitt-Drehfräsens und zu Beginn des Fertigschnitt-Drehfräsens bezogen auf die Achse des Fräsers jeweils allein eine axiale Komponente auf. Der Fräser wird, mit anderen Worten, jeweils längs seiner Längsachse zugstellt und setzt radial auf das Werkstück auf, während die Welle um einen bestimmten Betrag (s.u.) gedreht wird. Dies ist von Vorteil, um beim Eintauchen des Fräsers in das abzutragende Material das Entstehen einer "Delle" zu verhindern. Indem auf diese Weise eine solche Dellenbildung vermieden werden kann, kann das vor dem Drehfräsen bestehende Aufmaß entsprechend gering aus¬ fallen (z.B. nur 0,35 mm) , was sich günstig auf die Wirt¬ schaftlichkeit der mehrstufigen Drehfräsbearbeitung auswirkt. Als besonders günstig hat sich erwiesen, wenn sich das Eintauchen des Fräsers in das abzutragende Mate¬ rial auf seine für das Vorschnitt-Drehfräsen maßgebliche Stellung über einen Drehwinkel der Kurbel- bzw. sonstigen Welle von etwa 3 bis 15°, besonders bevorzugt etwa 5° erstreckt . Entsprechendes gilt für das Eintauchen des Fräsers beim Fertigschnitt-Drehfräsen.

Eine andere bevorzugte Weiterbildung der Erfindung zeich¬ net sich dadurch aus, daß der Durchmesser des zum Dreh¬ fräsen eingesetzten Fräsers größer ist als die Breite des zu bearbeitenden Lagersitzes. Besonders bevorzugt beträgt

der Durchmesser des zum Drehfräsen verwendeten Fräsers etwa den 1,15- bis 1,35-fachen Betrag der Breite des zu bearbeitenden Lagersitzes. In diesem Falle wird zweckmä¬ ßigerweise während des Vorformens beidseitig des zu er¬ zeugenden Lagersitzes jeweils ein Freistich eingebracht, in dem der Fräser bei der Drehfräsbearbeitung auslaufen kann. Bei Berücksichtigung dieser Parameter ergibt sich ein für die Aufrechterhaltung eines Schmiermittelfilmes günstiger Verlauf der auf der Oberfläche der Lagersitze nach der Drehfräsbearbeitung verbleibenden Unebenheiten.

Wird die vorliegende Erfindung für die Bearbeitung der Lagersitze einer Kurbelwelle eingesetzt, so ist von Vor¬ teil, wenn die Kurbelwelle für die mehrstufige Drehfräs- Bearbeitung auf der Seite ihres Flansches in einem ersten drehbaren Spannfutter und auf der Seite ihres Zapfens in einem zweiten drehbaren Spannfutter eingespannt wird. Besonders bevorzugt sind dabei beide Spannfutter synchron antreibbar und drehen sich mit der Umlaufgeschwindigkeit zwischen 1 und 100 min ^"1 .

Die Lagersitze der einzelnen Hauptlager einer Kurbelwelle werden zweckmäßigerweise nacheinander mit einem einzigen Drehfräswerkzeug bearbeitet, während die Kurbelwelle be¬ vorzugt gleichzeitig an mindestens einem benachbarten Hauptlager in radialer Richtung von einer bzw. von zwei Lünetten abgestützt wird. Durch die Lünettenabstützung wird vermieden, daß sich die Kurbelwelle unter den Bear¬ beitungskräften verbiegt und sich somit das Bearbeitungs- ergebnis verschlechtert.

In entsprechender Weise werden die Lagersitze der einzel¬ ne Hublager zweckmäßigerweise nacheinander mit einem ein¬ zigen Drehfräswerkzeug bearbeitet, während die Kurbel¬ welle gleichzeitig an mindestens einem dem bearbeiteten

Hublager benachbarten Hauptlager in radialer Richtung von einer Lünette abgestützt wird.

Alternativ können jeweils gleichzeitig mehrerer Haupt¬ oder Hublager mit mehreren Drehfräswerkzeugen bearbeitet werden. Dabei ist eine entsprechende Mehrzahl von Dreh¬ fräswerkzeugen vorgesehen.

Besonders vorteilhaft ist, wenn für die mehrstufige Dreh¬ fräsbearbeitung eines jeden Lagersitzes ein eigenes indi¬ viduelles NC-Steuerungsprogramm abläuft. Eine derartige individuelle Steuerung setzt das Vorhandensein von Meßor¬ ganen und Meßprogrammen voraus, mit welchen das individu¬ elle Bearbeitungsergebnis der Vorschnitt-Drehfräs- bearbeitung unmittelbar erfaßt und im NC-Programm der Maschine für die Bearbeitung des betreffenden Lagersitzes während der Fertigschnitt-Drehfräsbearbeitung verwendet wird. Vorzugsweise wird, wie dargelegt, nach dem Vor¬ schnitt der mehrstufigen Drehfräsbearbeitung gemessen und anschließend die Zustellung für den Fertigschnitt vorge¬ nommen. Dank neuzeitlicher Entwicklungen ist eine derart komplexe NC-Steuerung der Bearbeitungsmaschine heutzutage ohne weiteres möglich.

Die Erfindung betrifft auch eine Werkzeugmaschine zur Durchführung des Verfahrens. Die Werkzeugmaschine be¬ sitzt : eine Hauptspindel mit einer Drehachse (C-Achse) in der Z-Richtung, entsprechend der Hauptdrehachse einer zu bearbeitenden Welle, ein um die C-Achse drehbar antreibbares Spannfutter, wenigstens eine um die parallel zur X-Richtung verlau¬ fende A-Achse drehbare Werkzeugspindel, die in der Y- Richtung und in der Z-Richtung verfahrbar ist,

- wenigstens eine entlang der Z-Richtung verfahrbare Lünette mit wenigstens einer Abstützung für die Welle an einem ihrer Lager, einen Reitstock mit einer Körnerspitze oder ein zwei¬ tes Spannfutter.

Beim Bearbeiten der Lager einer Kurbelwelle in einer Ma¬ schine mit zwei drehbar antreibbaren Spannfuttern nimmt das erste Spannfutter die Kurbelwelle an deren Flansch¬ seite und das zweite Spannfutter die Kurbelwelle an deren Zapfen auf. In jedem Falle ist die Kurbelwelle mit ihrer Drehachse längs der C-Achse (in der Z-Richtung) der Werk¬ zeugmaschine eingespannt.

Die Drehachse (A-Achse) der Werkzeugspindel mit dem Dreh¬ fräswerkzeug verläuft parallel zur X-Richtung der Maschi¬ ne, welche ihrerseits zur Z-Richtung orthogonal verläuft. Die Werkzeugspindel für das Drehfräswerkzeug weist auch eine Einrichtung auf, um die Werkzeugspindel zur Einstel¬ lung der Exzentrizität (des Versatzes) zwischen der Achse des zu bearbeitenden Lagers und der Werkzeugachse in der Y-Richtung der Maschine einstellbar zu machen. Schlie߬ lich ist die Werkzeugspindel auch noch in der Z-Richtung der Werkzeugmaschine verfahr- und feststellbar, um die einzelnen Lagersitze nacheinander bearbeiten zu können.

Die Maschinensteuerung erlaubt besonders bevorzugt, statt der oben erläuterten Zustellbewegung des Fräsers allein in dessen Längsrichtung auch eine sowohl eine axiale Kom¬ ponente (in X-Richtung) und eine radiale Komponente (in Y-Richtung) umfassende Zustellbewegung des Drehfräswerk¬ zeugs beim Eintauchen in die zu bearbeitende Lagerstelle zu Beginn des Vorschnitt-Drehfräsens und des Fertig¬ schnitt-Drehfräsens auszuführen. Dies gestattet, im Ein¬ zelfall durch eine für die spezifische Anwendung

besonders geeignete Zustellbewegung flexibel auf besonde¬ re Verhältnisse zu reagieren.

Für die Bearbeitung der Sitzflächen von Hublagern weist die Werkzeugspindel eine Einrichtung auf, mit deren Hilfe sie koordiniert in Richtung der X-Achse und der Y-Achse oszillieren kann, so daß sie den Kreisbewegungen des Hub- lagers während der Drehung der Kurbelwelle um deren Hauptachse folgen kann.

Die Werkzeugspindel ist bevorzugt zur Aufnahme eines Fin¬ gerfräsers vorgesehen, dessen Schaft eine Länge im Ver¬ hältnis zu seinem Durchmesser hat, die zwischen 10:1,5 bis 10:3 liegt. Diese Schlankheit des Fingerfräsers ist die Voraussetzung dafür, daß alle Lagerflächen (Mantel¬ flächen) bei sich drehender Kurbelwelle mit dem Werkzeug bearbeitet werden können. Die Schlankheit setzt aber auch voraus, daß der Schaft des Fingerfräsers eine hohe Biege¬ steifigkeit aufweist. Vorteilhaft ist es, wenn der Schaft des Fingerfräsers aus Hartmetall - oder sonstigen Mate¬ rialien mit hoher Biegesteifigkeit - hergestellt ist. Die Einspannung der Fingerfräser erfolgt vorzugsweise in ei¬ nem Schrumpffutter.

Um einen ruhigen und gleichmäßigen Schnitt zu erzielen, sind an dem Fingerfräser bevorzugt mindestens drei Stirn¬ schneiden aus aufgelöteten oder anderweitig geeignet be¬ festigten CBN-Schneidplatten (kubisch-kristallines Bornitrid) oder einem geeigneten anderen Schneidwerkstoff bestehende Schneidplatten vorgesehen.

Die CBN- oder sonstigen Schneidplatten weisen bevorzugt jeweils eine Abschrägung auf, so daß die Höhe der Schneidkanten über einer Normalebene vom Außenumfang des Fingerfräsers zu dessen Achse hin um einen geringen Be-

trag abnimmt. Durch eine solche Abschrägung läßt sich eine insbesondere bei Kurbelwellen günstige konvexe (bal¬ lige) Form der Lagerflächen erreichen. Der schräge An¬ schliff der stirnseitigen Werkzeugschneiden kann dabei insbesondere ca. 0,04 bis 0,1 mm betragen. Bevorzugt liegt das Verhältnis der Drehzahlen des bzw. der Spann¬ futter zur Drehzahl der Werkzeugspindel im Bereich von 1:400 bis 1:2000. Die Schnittgeschwindigkeiten liegen bevorzugt in der Größenordnung zwischen 80 bis 600 m/min. Das Werkzeug kann bei Bedarf innen gekühlt werden.

Eine bevorzugt vorzusehende Abstützung der jeweils nicht in Bearbeitung befindlichen Lagersitze durch eine Lünette (s.o.) erfolgt zweckmäßigerweise an drei Punkten eines Hauptlagers, von denen einer in der X-Richtung (gegenüber dem Drehfräswerkzeug) liegt. Um Störungen der Abstützung durch die notwendigen Ölbohrungen in den Haupt- und Hub¬ lagern auszuschließen, sind die Abstützflächen der Lünet¬ te bevorzugt als Gleitsteine ausgebildet, die im Bereich der Ölbohrungen der Hauptlagersitze jeweils eine Ausspa¬ rung in Form einer Nut aufweisen. Zusätzlich können die Gleitsteine der Oberflächenkontur der Mantellinie des Lagers angepaßt sein, insbesondere über einen auf den Lagerdurchmesser abgestimmten Hohlschliff. Dies verhin¬ dert das Eindringen von Spänen in den Bereich der Abstüt¬ zung der Welle an dem betreffenden Gleitstein der Lünette und beugt auf diese Weise einer Beschädigung der zum Ab¬ stützen der Welle herangezogenen Lager vor.

Die besonderen Vorteile der vorliegenden Erfindung zeigen sich, wie vorstehend ausgeführt, namentlich bei Kurbel- und sonstigen Wellen, deren Lagersitze gehärtet sind. Ist eine Härtung der Lagersitze allerdings weder im Hinblick auf deren Schutz während des weiteren Handlings noch im Hinblick auf die angestrebte Verschleißsicherheit erfor-

derlich, kommt in Betracht, die erfindungsgemäße Verfah¬ rensführung ohne Härtung der Lagersitze einzusetzen. In diesem Falle würden an die Schneiden des Drehfräswerk¬ zeugs geringere Anforderungen gestellt werden. Zudem könnte, da der sich regelmäßig beim Härten einstellende Verzug entfällt, das Aufmaß für die Drehfräsbearbeitung geringer ausfallen als bei gehärteten Lagersitzen, was unter Gesichtspunkten der Fertigungsökonomie günstig ist. Die Anmelderin behält sich insoweit vor, im Rahmen einer Teilanmeldung für eine solche Verfahrensführung gesonder¬ ten Schutz zu beanspruchen.

Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbei¬ spiel näher beschrieben.

Es zeigen jeweils in nicht maßstäblicher und teilweise stark vereinfachter Darstellung

Fig. 1 eine Vier-Zylinder-Kurbelwelle in perspektivi¬ scher Ansicht,

Fig. 2 ein zur erfindungsgemäßen Bearbeitung der Lager¬ sitze der Kurbelwelle nach Fig. 1 einsetzbares Drehfräswerkzeug in der Seitenansicht in ver¬ kleinertem Maßstab,

Fig. 3 das Drehfräswerkzeug der Fig. 2 in einer Drauf¬ sicht in Richtung des Pfeils A der Fig. 2 in vergrößertem Maßstab,

^■ Fig. 4 das stirnseitige Ende des Drehfräswerkzeugs in der Seitenansicht in vergrößertem Maßstab,

Fig. 5 das Bearbeiten eines Hauptlagers der Kurbelwelle nach Fig. 1 im Schnitt,

Fig. 5a in einer Vektordarstellung den relativen Vor¬ schub während verschiedener Phasen der Drehfräs- bearbeitung,

Fig. 6 das Abstützen eines anderen Hauptlagers im Schnitt und

Fig. 7 die Draufsicht auf einen Gleitstein der Lünette.

Die - spanabhebend vorgeformte, gehärtete und richtge¬ walzte - Kurbelwelle 1 ist um ihre Hauptdrehachse 2 in der Werkzeugmaschine (nicht gezeigt) drehbar eingespannt, in welcher ihre Haupt- und Hublagersitze bearbeitet wer¬ den. Am Zapfen 3 beginnend sind die Hauptlager nacheinan¬ der als HL 1 bis HL 5 bezeichnet. Ähnlich ist die Zählung der Hublager, welche in der Zeichnung vom Zapfen 3 her beginnend nacheinander die Bezeichnungen PL 1 bis PL 4 tragen. Das dem Zapfen 3 gegenüberliegende Ende der Kur¬ belwelle 1 ist der Flansch 4. Im vorliegenden Beispiel wird die Kurbelwelle 1 am Flansch 4 von einem Spannfutter gespannt, von dem zwei Spannbacken 5 dargestellt sind. Die Spannkräfte wirken entsprechend der Richtung der Pfeile 6 in radialer Richtung auf den Flansch 4.

Die Drehachse 2 der Kurbelwelle 1 ist zugleich die um Z- Richtung verlaufende C-Achse der Werkzeugmaschine. Begin¬ nend am Flansch 4 werden nacheinander die Hauptlager HL 5 bis HL 1 der Kurbelwelle 1 gemäß dem Pfeil 9 bearbeitet. Während der Bearbeitung in Richtung des Pfeils 9, X- Richtung der Werkzeugmaschine, erfolgt das Abstützen der Kurbelwelle 1 in Richtung des der Bearbeitungsrichtung entgegengesetzten Pfeils 10. Das Abstützen in Richtung des Pfeils 10 erfolgt durch eine oder zwei Lünetten (nicht gezeigt) der Werkzeugmaschine. Dabei erfolgt eine Bearbeitung von HL 5 bei Abstützung an HL 4, eine Bear¬ beitung von HL 4 bei Abstützung an HL 3, eine Bearbeitung von HL 3 bei Abstützung an HL 4 und/oder HL 2, eine Bear¬ beitung von HL 2 bei Abstützung an HL 3 und eine Bearbei¬ tung von HL 1 bei Abstützung an HL 2. Ähnlich gestaltet sich das Abstützen bei der Bearbeitung der Hublager PL 1 bis PL 4. Bei einer Bearbeitung von PL 1, beispielsweise in der Bearbeitungsrichtung 11, erfolgt das Abstützen an

HL 1 und/oder HL 2. Die Bearbeitung von PL 2 wiederum erfolgt bei Abstützung an HL 2 und/oder HL 3, die Bear¬ beitung von PL 3 bei Abstützung an HL 3 und/oder HL 4 und schließlich die Bearbeitung von PL 4 bei Abstützung an HL 4 oder HL 5. Der Einfachheit halber wird angenommen, daß die Bearbeitungsrichtung 11 der Bearbeitungsrichtung 9 und somit der X-Richtung der Werkzeugmaschine entspricht .

Für das Bearbeiten der Lagersitze HL und PL ist ein Fin¬ gerfräser 12 vorgesehen, wie er in der Fig. 2 dargestellt ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt der Durchmesser 13 des Fingerfräsers 24 mm, während die Brei¬ te der Hauptlagersitze HL und der Hublagersitze PL 19 mm beträgt . Dementsprechend ist während der Vorbearbeitung der Kurbelwelle an jedem der Lagersitze beidseitig je¬ weils ein Freistich von 2,5 mm eingebracht worden, in denen der Fräser auslaufen kann. Im Verhältnis zu seinem Durchmesser 13 hat der Schaft 15 des Fingerfräsers 12 eine große Länge 14. Die große Länge 14 des Schafts 15 macht es möglich, daß beispielsweise die Hublagerflächen PL 1 oder PL 4 aus den Richtungen 9 und 11 auch dann be¬ arbeitet werden können, wenn sie sich - nach etwa einer halben Drehung der Kurbelwelle - in der unteren Lage be¬ finden, in der in Fig. 1 die beiden inneren Hublager dar¬ gestellt sind. Zu diesem Zweck besitzt der Schaft 15 des Fingerfräsers 12 eine hohe Biegesteifigkeit . Der Schaft 15 steckt in einer üblichen Werkzeugaufnahme 16 der Werk¬ zeugspindel (nicht gezeigt) der Werkzeugmaschine. Die Drehachse 17 des Fingerfräsers 12 liegt zugleich parallel zu der X-Richtung der Werkzeugmaschine.

Aus der Richtung des Pfeils A betrachtet (Fig. 3) weist der Fingerfräser 12 drei Schneidplatten 18 auf, welche gleichmäßig über den Umfang verteilt sind. Die Schneid¬ platten 18 bestehen aus kubisch-kristallinem Bornitrid,

kurz CBN. Zur Drehachse 17 hin weisen die Schneidplatten 18 jeweils eine geringe Abschrägung 19 auf.

Die Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch ein beliebiges Hauptlager HL der Kurbelwelle 1. In Richtung der Drehach¬ se 2 befindet sich die C-Achse der Werkzeugmaschine; die mit der C-Achse zusammenfallende Z-Achse liegt also senk¬ recht zur Darstellungsebene. Orthogonal dazu erstreckt sich die X-Achse und wiederum orthogonal zur X-Achse und zur Z-Achse die Y-Achse. Gegenüber der X-Achse ist die Drehachse 17 des Fingerfräsers 12 um den Versatz e, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel etwa 4 bis 5 mm be¬ trägt, in Y-Richtung verschoben. Die Drehrichtung der Kurbelwelle 1 wird durch den gekrümmten Pfeil 20 und die Drehrichtung des Fingerfräsers 12 durch den gekrümmten Pfeil 21 angegeben.

Für die mehrstufige Drehfräsbearbeitung des Hauptlagers HL ist das Aufmaß 22 (z.B. 0,35 mm) vorgesehen. Während des Vorschnitts, bei dem die Kurbelwelle 1 etwa eine vol¬ le Umdrehung in der Richtung 20 macht, wird eine äußere Schicht 23 mit einer vorgegebenen Dicke (Schruppaufmaß z.B. 0,25 mm) vom Hauptlager HL abgetragen. Unmittelbar darauf, d.h. ohne Umspannen der Welle, erfolgt nach einem Vermessen des Lagers nach dem Vorschnitt im Feinschnitt das Abtragen der inneren Schicht 24 (Schlichtaufmaß z.B. 0,1 mm) , wobei sich die Kurbelwelle 1 wiederum in der Drehrichtung 20 dreht und der Fingerfräser 12 in der Drehrichtung 21. Eine Umkehr der Drehrichtung 20 und 21 für den Feinschnitt ist nicht vorgesehen, aber durchaus auch möglich. Während des Feinschnitts macht die Kurbel¬ welle 1 etwas mehr als eine volle Umdrehung. Zusammen mit dem Drehwinkelbereich für das Eintauchen des Werkzeugs zu Beginn der Feinschnitt-Drehfräsbearbeitungsstufe ist das

Werkzeug hier etwa über einen Winkelbereich von 420° im Eingriff.

Die Fig. 5a veranschaulicht über eine Vektordarstellung den relativen Vorschub beim Eintauchen (gestrichelt) des Fingerfräsers 12 in das Material, d.h. beim Anschnitt, beim Umlauf (durchgezogen) und beim Austritt (strichpunk¬ tiert) des Fingerfräsers. Bedingt durch die geometrischen Verhältnisse (Exzentrizität e, Lagerdurchmesser, Durch¬ messer des Fräsers, Schneidengeometrie etc.) liegt beim Umlauf kein rein tangentialer relativer Vorschub vor; vielmehr ist der tangentialen Komponente 35 eine - über¬ trieben groß dargestellte - radiale Komponente 36 überla¬ gert, woraus sich während des Umlaufs der als Vektor dargestellte relative Vorschub 37 ergibt. Während des Anschnitts kommt die Zustellbewegung 38 des Fräsers 12 längs dessen Längsachse (in X-Richtung) hinzu. Der durch Überlagerung mit dem Vektor 37 resultierende relative Vorschub während des Anschnitts ist durch den entspre¬ chenden Anschnitt- bzw. Eintauchvektor 39 veranschau¬ licht. Während des Austritts des Fräsers nach dem vollständigen Umlauf der Welle kommt zu dem relativen Vorschub 37 die - in -X-Richtung erfolgende - Zustellbe¬ wegung 40 des Fräsers 12 hinzu. Der durch Überlagerung mit dem Vektor 37 resultierende relative Vorschub während des Austritts des Fräsers ist durch den entsprechenden Austrittsvektor 41 veranschaulicht. Die jeweilige Größe der Zustellbewegungen 38 und 40 wird vorab experimentell ermittelt, wobei dabei die Drehrichtung der Welle entwe¬ der in oder entgegen der Richtung des Versatzes der Frä¬ serachse gegenüber der Wellenachse zu berücksichtigen ist . Als Anhaltspunkt für die Ermittlung der Größenord¬ nung der Zustellgeschwindigkeit in Abhängigkeit von den übrigen Bearbeitungsparametern sowie den geometrischen Verhältnissen kann gelten, daß der Anschnitt sich bevor-

zugt über einen Winkelbereich von 3° bis 15° der Drehung der Welle erstreckt.

Wie bereits erwähnt wird die Kurbelwelle 1 bei der mehr¬ stufigen Drehfräsbearbeitung eines Hauptlagers HL von einer oder zwei Lünetten (nicht gezeigt) der Werkzeugma¬ schine abgestützt. Das Abstützen erfolgt primär in der X- Richtung, die in der Fig. 6 in vertikaler Richtung darge¬ stellt ist. Zum Abstützen dient ein Gleitstein 25, wel¬ cher in den beiden Richtungen 26 längs der X-Achse beweglich ist. Neben der Abstützung in der X-Richtung durch den Gleitstein 25 erfolgt zusätzlich noch eine Ab¬ stützung durch zwei weitere Gleitsteine 27 und 28, welche jeweils in radialen Richtungen 29 auf den Hauptlagersitz HL der Kurbelwelle 1 zu- und wieder wegbewegt werden kön¬ nen. Ein Mechanismus (nicht gezeigt) der Lünette koordi¬ niert die drei Bewegungen 26 und 29 in der Weise, daß sich die Gleitsteine 27 und 28 auf das Hauptlager HL zu¬ bewegen, während sich der Gleitstein 25 in Richtung des Doppelpfeils 26 nach unten bewegt. Umgekehrt bewegen sich die Gleitsteine 27 und 28 in Richtung des Doppelpfeils 29 vom Hauptlager HL weg, während sich der Gleitstein 25 in Richtung des Doppelpfeils 26 nach oben bewegt. Ein an sich bekannter Mechanismus, der hier nicht weiter be¬ schrieben werden braucht, sorgt für die Koordination der Bewegungen 26 und 29.

Der Lagersitz 30 des Hauptlagers HL wird aber auch von einer Ölbohrung 31 unterbrochen. Vom Rand dieser Ölboh¬ rung 31 können Störungen ausgehen, die sich beim Rotieren der Kurbelwelle 1 einstellen, während das Hauptlager HL von den Gleitsteinen 25, 27 und 28 abgestützt wird. Zur Vermeidung derartiger Störungen sind die Gleitsteine 25, 27 und 28 jeweils mit einer Nut 32 versehen. Die Nut 32 bewirkt, daß der abstützende Anteil 33 an der gesamten

Stützfläche der Gleitsteine 25, 27 und 28 geringer ist als deren jeweilige Querschnittsfläche 34, welche dem Hauptlager HL während der Abstützung zugewandt ist. Nicht dargestellt ist in der Zeichnung die mögliche Anpassung der Gleitsteine an die Mantellinie des zu fertigenden Lagersitzes mittels eines Hohlschliffs (s.o.) .