ES2360343T3 - Procedimiento para el mecanizado de los asientos de cojinete de los cojinetes principales y cojinetes de elevación de los cigüeñales. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para el mecanizado de los asientos de cojinete de los cojinetes principales y cojinetes de elevación de los cigüeñales (1), en el que los asientos de cojinete de los cojinetes principales (HL) y cojinetes de elevación (PL) se someten a las operaciones de mecanizado siguientes después de la formación original del cigüeñal (1) por forja o fundición: - conformación por mecanizado con arranque de viruta con filo de corte definido, - laminado fijo de todos las gargantas huecas o escotaduras (42) de los asientos de cojinete, - enderezamiento del cigüeñal, - mecanizado de precisión con arranque de viruta con una fresa de punta (12) respectivamente por - fresado rotativo con precorte a velocidad elevada y - fresado rotativo con corte de acabado a velocidad elevada, durante respectivamente esencialmente una rotación completa del cigüeñal (1) sin avance longitudinal y sin avance tangencial de la fresa de punta (12) y - laminado de acabado después del fresado rotativo con corte de acabado.
Description
Procedimiento para el mecanizado de los asientos
de cojinete de los cojinetes principales y cojinetes de elevación de
los cigüeñales.
La invención se refiere a un procedimiento para
el mecanizado de los asientos de cojinete de los cojinetes
principales y cojinetes de elevación de los cigüeñales, en el que
los asientos de cojinete de los cojinetes principales y cojinetes de
elevación se someten a varias operaciones de mecanizado después de
la formación original del cigüeñal por forja o fundición.
Los asientos de cojinete de los cojinetes
principales y los cojinetes de elevación de cigüeñales se mecanizan
usualmente con arranque de viruta en varias etapas. Según una serie
de mecanizado típica en este sentido, los asientos de cojinete del
cigüeñal forjado o fundido se desbastan en primer lugar por
rotación, fresado o vaciado rotativo, luego se mecanizan de forma
intermedia por rectificado y finalmente se someten a un mecanizado
de acabado. En particular, para proteger los asientos de cojinete
frente a deterioros en el transcurso de la fabricación posterior, el
mecanizado comprende regularmente también el endurecimiento y a
continuación el rectificado para llevar los asientos de cojinete,
después de que han sido endurecidos, a sus dimensión final.
Así el prospecto de empresa de la empresa
Hegenscheidt, Erkelenz, del año 1983 con el título "Technologie
der Kurbelwellen - Bearbeitung zur Steigerung von Qualität und
Lebensdauer (Tecnología de los cigüeñales - mecanizado para el
aumento de la calidad y vida útil)" describe una "serie de
mecanizado para cigüeñales alojados 5 veces de 4 cilindros" (a
continuación este documento se denomina de forma abreviada como
Do).
La serie de mecanizado conocida comprende 25
operaciones para el mecanizado completo de un cigüeñal (compárese
Do, páginas 8 y 9). No todas las operaciones de mecanizado
efectuadas son interesantes para la presente invención. Aquí son
interesantes las operaciones 04, 05, 06, 09, 10, 11, 12, 13,14 y 22
a. Las operaciones 04 a 06 pueden sumarse bajo el concepto
"conformación por mecanizado con arranque de viruta con filo de
corte definido". Alternativamente a las operaciones 09 y 10,
endurecimiento y distensión, se indica la operación 22 a, laminado
de acabado; es decir, compactar las superficies no endurecidas de
los asientos de cojinete. Luego en cada caso se realiza un
rectificado de acabado de los asientos de cojinete de los cojinetes
principales y cojinetes de elevación conforme a las operaciones 13 y
14.
También se ha propuesto repetidamente el fresado
rotativo de los asientos de cojinete de cigüeñales, por ejemplo, en
el documento DE 212950 y el AT 286067. En este caso se pasa por
delante de la pieza en rotación respectivamente una fresa de punta,
que se rota alrededor de eje dispuesto perpendicularmente al eje del
asiento de cojinete a mecanizar, con avance tangencial. En tiempo
anterior tales activaciones se han retomado de nuevo, en particular
para evitar los barros de rectificado que se producen durante el
rectificado.
Así el documento WO 97/32680 A1 (a continuación
este documento se designa de forma abreviada como D1) propone un
procedimiento que se produce sin rectificado en húmedo para el
mecanizado de los asientos de cojinete de cigüeñales, en el que el
cigüeñal se rota mediante un dispositivo de recepción, en el que
está sujeto y está alojada accionable de forma rotativa alrededor de
su eje longitudinal, que coincide con el eje C de la máquina, con
aproximadamente 20 a 100 rotaciones por minuto y se mecaniza con una
herramienta de fresado que pueda rotar en un husillo de la
herramienta alrededor de su eje A - paralelo al eje X de la máquina
-, puede aproximarse a lo largo de su eje X hacia la herramienta y
puede desplazarse perpendicularmente a su eje X (en la dirección Y
de la máquina; tangencialmente a la herramienta). El mecanizado
correspondiente se realiza en este caso en dos etapas.
Según las explicaciones debe poderse controlar
la velocidad de avance tangencial, para considerar las diferentes
solicitaciones de la herramienta de corte y las calidades a obtener
del proceso de mecanizado, de forma que durante la fase de
preparación (desbaste) los filos de corte periféricos de la
herramienta de fresado tengan condiciones de corte óptimas y durante
el mecanizado de acabado (afinado) del asiento de cojinete los filos
de corte frontales puedan comprender todo el asiento de cojinete
(compárese D1, página 11, líneas 11 a 25). Mediante velocidades de
giro correspondientemente elevadas de la herramienta de fresado
rotativo pueden alcanzarse las elevadas velocidades de corte
necesarias en el Corte a Alta Velocidad
(High-Speed-Cutting) y el
cigüeñal puede rotarse aun así con la velocidad de giro de hasta
aproximadamente 100 min^{-1}, que también se utilizan durante el
rectificado para la obtención de calidades elevadas de la pieza.
Debido a las elevadas velocidades de corte, la solicitación de la
herramienta es pequeña y pueden conseguirse unas geometrías
espaciales muy buenas. En la herramienta adaptada al contorno del
asiento de cojinete, el avance tangencial de la herramienta de
fresado rotativo permite el mecanizado de toda la anchura del
asiento de cojinete en un ciclo de trabajo. Los pasos convencionales
del desbaste y mecanizado por rectificado de los asientos de
cojinete podrían englobarse - en una máquina y con una sujeción del
cigüeñal - en un paso de trabajo y por consiguiente podría
conseguirse una racionalización considerable. En la herramienta de
fresado está previstos tres placas de corte, hechas de tipos de
materiales de corte corrientes y que presentan respectivamente un
filo de corte en el lado frontal y uno en el lado periférico. La
geometría de las placas de corte está adaptada a la geometría del
asiento de cojinete a mecanizar respecto al radio de transición,
hombro plano, etc. (compárese D1 página 6, línea 33 hasta página 7,
línea 5).
Frente a la altura de elevación del cigüeñal, la
herramienta conocida de fresado rotativo debe ser muy estirada
(longitud saliente) para poder realizar el mecanizado del asiento de
cojinete (compárese D1 página 8, líneas 18 a 20).
En resumen en D1 se propone un procedimiento y
un dispositivo que mediante el uso del fresado rotativo con
velocidad elevada debe hacer alcanzables unos tiempos de ciclo
cortos y una calidad muy buena en el mecanizado de los asientos de
cojinete de los cigüeñales, de forma que pueda prescindirse
completamente del paso de mecanizado del rectificado (compárese D1
página 15, líneas 22 a 27). Se diferencia sólo entre cigüeñales de
automóviles, que pueden ser por forja o fundición, y cigüeñales
grandes y pesados, por ejemplo, para motores de barcos (compárese D1
página 1, párrafos 1 y 2, página 2, párrafo 2 y página 3, párrafo
1). Permanece abierto si están endurecidos los cigüeñales así
designados o han experimentado algún otro tipo de compactación de la
superficie de los asientos de cojinete. Pero el especialista sabe
que entre el mecanizado de los cigüeñales de automóviles y
cigüeñales para motores de barcos existen grandes diferencias
tecnológicas. Por consiguiente debe dudarse de si la enseñanza de D1
puede transmitirse de forma ilimitada a todos los tipos de
cigüeñales, sin que el especialista deba entrar en acción aquí de
forma inventiva.
Estimado a ojo en la cantidad de producción de
cigüeñales de automóviles aproximadamente un 25% no están
endurecidos. En aproximadamente el 50% de todos los cigüeñales de
automóviles producidos se endurecen los asientos de cojinete. Casi
el 25% de los cigüeñales de automóviles producidos tienen también
transiciones endurecidas entre asiento de cojinete y gualdera del
cigüeñal o escotaduras endurecidas.
Por el documento EP 1 030 755 B1 (a continuación
este documento se denomina de forma abreviada como D2) se conoce el
mecanizado de cigüeñales por la serie de pasos de mecanizado -
arranque de viruta - endurecimiento - arranque de viruta - acabado.
Para ello se explica que ante todo en el caso de cigüeñales de acero
se endurecen las superficies de los asientos de cojinete en sus
zonas próximas a la superficie. Esto sirve para una resistencia a la
abrasión aumentada de los asientos de cojinete, una prevención de
deterioros de estos asientos de cojinete en la manipulación durante
todo el proceso de fabricación, así como para la influencia de las
propiedades de resistencia del cigüeñal (compárese D2 columna 1,
líneas 23 a 30). El punto de partida técnico de las reflexiones de
D2 es el mecanizado convencional de cigüeñales en cuatro pasos: el
primer paso es el mecanizado con arranque de viruta con un filo de
corte definido; en este contexto se menciona también el fresado
rotativo, en particular el fresado rotativo de velocidad elevada. En
el segundo paso de mecanizado subsiguiente se endurecen los asientos
de cojinete del cigüeñal. El tercer paso se refiere al rectificado
mediante una herramienta de rectificado maciza y dura, por ejemplo,
una muela de rectificado. En el cuarto paso finalmente se realiza el
acabado mediante una banda abrasiva o piedra amoladora en general
paradas, que se presionan en el perímetro exterior de los asientos
de cojinete rotativos del cigüeñal. El material sobrante removido se
mueve en el acabado en el rango de 1 a 10 \mum (compárese D2
columna 2, línea 32 a columna 3, línea 15).
Para bajar los costes en el mecanizado de
cigüeñales, según D2 se pretende reducir el mecanizado de los
asientos de cojinete de cuatro a tres pasos de mecanizado diferentes
(compárese D2 columna 3, líneas 21 a 24). Mediante la supresión del
mecanizado de rectificado se reduce la serie de mecanizado de cuatro
a sólo tres procedimientos de mecanizado principalmente diferentes.
Por consiguiente no solo deben omitirse problemas en la eliminación
de desechos en la retirada del barro de rectificado, sino también
costes de inversión para máquinas de rectificado, los costes por el
consumo de herramienta y no en último lugar la existencia aumentada
por el rectificado de piezas debido a alargadas duraciones del ciclo
de las piezas. Por el contrario no es problemática la eliminación de
desechos de las virutas del mecanizado con arranque de viruta, ya
que se corta en seco (fresado con velocidad elevada) o la separación
de viruta - aceite es posible completamente debido a la superficie
específica mucho más pequeña de la viruta respecto al polvo del
rectificado (compárese D2 columna 4, líneas 21a 33).
Además, debe tenerse en cuenta que en el
rectificado actual de los asientos de cojinete, las desviaciones de
la redondez que resultan del desbaste con arranque de viruta se
reducirían mediante el rectificado en general solo en su valor
absoluto, no obstante, no en su característica. Así a partir de
desviaciones de la redondez de ondas largas no se originarían
desviaciones de la redondez de onda corta mediante el rectificado,
sino que se conservaría o reduciría el número de valles de la onda,
con la consecuencia de que la mejora ulterior de las desviaciones de
la redondez por el acabado, considerado en mejora del resultado por
unidad de tiempo, se dificultaría más bien en el acabado (compárese
D2 columna 7, línea 49 a columna 8, columna 3). Después del
endurecimiento según D2 se realiza otra vez una reducción del
material por mecanizado con arranque de viruta, en particular el
segundo paso de mecanizado con arranque de viruta (arranque de
viruta de acabado) de un mecanizado con arranque de viruta de dos
pasos (compárese D2 columna 9, líneas 20 a 24).
En las declaraciones en D1 y D2 es común evitar
el mecanizado por fresado rotativo en varios etapas de los asientos
de cojinete mediante rectificado en húmedo. Por consiguiente puede
aumentarse la calidad del acabado, según se ha expuesto, también en
el caso de asientos de cojinete endurecidos (compárese D2) y pueden
reducirse los costes que se producen por retirada del barro de
rectificado. La concepción conocida unánime pasa debido a ello por
integrar el mecanizado por fresado rotativo en varias etapas en el
desbaste. Frente a esta concepción tampoco habla que se menciona
como combinación posible de series de mecanizado hasta el estado
apto para el uso de un cigüeñal: arranque de viruta - endurecimiento
- arranque de viruta - acabado (compárese D2 columna 4, líneas 50 a
54).
También el documento de patente alemana 4446475
(a continuación este documento se designa de forma abreviada como
D9) se refiere a un procedimiento para el mecanizado de asientos de
cojinete de cojinetes principales y de cojinetes de elevación de
cigüeñales, en el que, sin que esto se explique expresamente en la
exposición, puede partirse de que al mecanizado de los asientos de
cojinete correspondientes le precede una conformación del cigüeñal
por forja o fundición. Este documento enseña un mecanizado por
fresado rotativo de los cojinetes de elevación; el mecanizado de los
cojinetes principales del cigüeñal no debe realizarse por el
contrario expresamente por fresado rotativo, sino mejor dicho por
vaciado rotativo. A un mecanizado por fresado rotativo sólo deben
someterse según el documento D9 expresamente las "superficies de
herramientas excéntricas", es decir, los cojinetes de
elevación.
La presente invención aplica el conocimiento de
que partiendo de la complejidad estructural de los cigüeñales y
otros árboles con asientos de cojinete, en particular con asientos
de cojinete excéntricos, sólo con las medidas conocidas no puede
conseguirse una optimización de los costes de fabricación y
resultado del trabajo. Se ha planteado el objetivo de proporcionar
un procedimiento y una máquina herramienta para el mecanizado de los
asientos de cojinete de cojinetes principales y cojinetes de
elevación de cigüeñales, que pueda contribuir a una fabricación de
cigüeñales de gran valor con costes comparablemente bajos.
Este objetivo se resuelve según la invención por
un procedimiento para el mecanizado de los asientos de cojinete de
los cojinetes principales y cojinetes de elevación de cigüeñales, en
el que los asientos de cojinete se someten a las siguientes
operaciones de mecanizado después de la de la conformación original
del cigüeñal por forja o fundición:
- -
- conformación por mecanizado con arranque de viruta con filo de corte definido,
- -
- laminado fijo de todos las gargantas huecas o escotaduras de los asientos de cojinete,
- -
- enderezamiento del cigüeñal,
- -
- mecanizado de precisión con arranque de viruta con una fresa de punta respectivamente por
- -
- fresado rotativo con precorte a velocidad elevada y
- -
- fresado rotativo con corte de acabado a velocidad elevada, y
- -
- laminado de acabado de los asientos de cojinete del cigüeñal después del fresado rotativo con corte de acabado.
una máquina herramienta montada
correspondientemente corresponde a la realización del procedimiento,
realizándose el fresado rotativo con precorte y el fresado rotativo
con corte de acabado durante respectivamente esencialmente una
rotación completa del cigüeñal sin avance longitudinal y sin avance
tangencial de la fresa de punta.
Si el cigüeñal también se endurece entre la
conformación con filo de corte con arranque de viruta y el laminado
fijo de las gargantas huecas o escotaduras, así se realiza también
después del endurecimiento de los asientos de cojinete un proceso
multietapa del mecanizado con arranque de viruta con un filo de
corte definido mediante fresado rotativo con un precorte y un corte
de acabado, en el que cada vez durante la revolución en cuestión del
cigüeñal, es decir, entre el corte inicial y la salida de la fresa
de punta, no cambia la posición de la fresa de punta respecto al eje
del cojinete a mecanizar. Debido a la densidad o dureza del material
a remover y la multiplicidad de etapas del mecanizado por fresado
rotativo se producen sólo virutas relativamente pequeñas, recocidas
que pueden retirarse en seco y sin problemas. Mientras que el
cigüeñal sólo se rota respectivamente aproximadamente una rotación
completa durante el fresado rotativo con precorte, como también
durante el fresado rotativo con corte de acabado debido al tamaño,
lo que encierra, según se explica más en detalle abajo, un giro del
cigüeñal de aproximadamente una rotación y media completa, puede
realizarse el mecanizado por fresado rotativo en un tiempo
mínimo.
La tecnología del laminado de acabado es un
mecanizado superficial de precisión sin viruta para todos los
materiales metálicos deformables plásticamente. El mecanizado se
realiza mediante rodillos de trabajo endurecidos, pulidos al brillo
bajo presión relativamente baja en un asiento de cojinete del
cigüeñal que rota. Durante el proceso de laminado de acabado tiene
lugar una deformación plástica en la capa marginal del material,
fluyendo hacia abajo las elevaciones del perfil y aplanándose las
puntas hasta que ha tenido lugar un aplanamiento total o parcial. La
microestructura antes y después del laminado de acabado muestra
claramente que no tiene lugar una superposición.
Las ventajas de la tecnología del laminado de
acabado en comparación a todas las demás tecnologías para la mejora
de la calidad superficial en piezas con elevadas solicitaciones
son:
- -
- mecanizado superficial uniforme,
- -
- porcentaje del área de contacto elevado,
- -
- costes de herramienta bajos,
- -
- duración elevada de la herramienta,
- -
- aumento de la dureza en la capa marginal,
- -
- aumento de la resistencia a torsión y
- -
- aumento de la vida útil.
La tecnología del laminado fijo es similar a la
tecnología del laminado de acabado, no obstante, tiene otro objetivo
diferente. Los rodillos de trabajo presionados bajo la fuerza del
laminado fijo siguen el contorno de la pieza. Al aplicar el
procedimiento en la escotadura, la fuerza del laminado fijo de los
rodillos puede regularse automáticamente en todo el perímetro del
diámetro a mecanizar en función del ángulo entre presiones mínimas y
máximas preseleccionables, y dentro de cada rotación del cigüeñal.
Puede preseleccionarse el número de pliegues.
El aumento conseguido de la resistencia a la
fatiga está en función del material, tamaño del radio, fuerza de
laminado y número de pliegues de la escotadura.
Las ventajas del laminado fijo consisten en
el
- -
- aumento de la dureza de la capa marginal,
- -
- introducción de tensiones de compresión,
- -
- forma de la geometría con laminado fijo conforme a la especificación nominal.
Hay diferentes procedimientos de laminado fijo
como aquí son el
- -
- procedimiento de avance y el
- -
- procedimiento de punzado.
En el fresado rotativo según la presente
invención, el eje de la fresa de punta está desplazado respecto al
eje del asiento de cojinete a mecanizar con una excentricidad que se
conserva durante el paso de mecanizado correspondiente, inclusive
las fases de la inmersión y la salida de la herramienta, es decir,
es constante. Durante el fresado rotativo no se realiza un
movimiento de avance de la fresa de punta transversalmente a un eje
longitudinal, es decir, en la dirección Y o tangencialmente a la
pieza. La velocidad de mecanizado (avance relativo) se ajusta sólo
según la velocidad de rotación del cigüeñal y el radio del asiento
de cojinete a mecanizar. En este caso se alcanzan, por ejemplo, las
siguientes velocidades de mecanizado: avance relativo entre 200
mm/min y 9000 mm/min, preferiblemente entre 600 mm/min y 1500
min/mm; velocidad de corte entre 60 m/min y 600 m/min,
preferiblemente entre aproximadamente 80 m/min y 180 m/min. El
desalineamiento del eje de la fresa de punta respecto al eje del
asiento de cojinete a mecanizar depende de la geometría del cojinete
y se corresponde de 0,1 a 0,25 veces el valor, preferiblemente
aproximadamente de 0,15 a 0,2 veces el valor del diámetro de la
fresa de punta. Los filos de corte frontales pueden recubrir el
asiento de cojinete completo debido a la excentricidad de la fresa
de punta. La excentricidad puede optimizarse para la reducción de la
dinámica del proceso de fresado (relación de oscilación). El
mecanizado por fresado del asiento de cojinete puede realizarse en
contra del avance o a favor del avance en la entrada del filo de
corte.
Según un aspecto especial de la presente
invención, la pieza se mide después del fresado rotativo con
precorte en el primer paso del mecanizado y la aproximación de la
fresa para el fresado rotativo con corte de acabado en el segundo
paso del mecanizado se determina en función del resultado de esta
medición. Es importante que para el mecanizado intermedio de cada
asiento de cojinete esté previsto un control numérico apropiado. Un
control semejante requiere la presencia de medidores y programas de
medición, con los que se registra directamente el resultado del
mecanizado y se utiliza en el programa de control numérico de la
máquina para el mecanizado de los asientos de cojinete.
Preferentemente se mide el diámetro después del precorte de un
mecanizado intermedio y a continuación se realiza la aproximación
exacta para la dimensión final como corte de acabado. En este caso
se determina la geometría de la superficie, como por ejemplo, el
diámetro, la redondez, la rugosidad y la rectitud y se utiliza para
la aproximación en conexión con una estrategia de compensación. La
medición se realiza preferentemente con un dispositivo medidor sin
contacto. Después de un primer corte se utilizan uno o varios
dispositivos medidores para la medición de los cojinetes principales
o cojinetes de elevación a través de un eje de control numérico
programable. La medición de los asientos de cojinete después del
fresado rotativo con precorte se realiza en este caso en el cigüeñal
sujeto, de forma que se realiza el fresado rotativo con precorte,
medición y fresado rotativo con corte de acabado en sucesión
directa. Según la situación individual, en los pasos individuales
del mecanizado por fresado rotativo de los asientos de cojinete
puede removerse respectivamente un material sobrante igual o
diferente de la superficie del asiento de cojinete. Es especialmente
favorable en este caso el caso mencionado en segundo lugar, de forma
que para un material sobrante existente después del endurecimiento
del 60 al 80%, preferiblemente de aproximadamente del 65 al 75%, se
remueve durante el fresado rotativo de precorte y el resto durante
el fresado rotativo con corte de acabado. La subdivisión del
material sobrante entre el primer y el segundo paso de mecanizado se
ajusta según el resultado del trabajo del primer paso de mecanizado.
En el fresado rotativo debe respetarse dado el caso un espesor de
viruta mínimo (por ejemplo, 0,1 mm). Para la determinación de la
subdivisión óptima del material sobrante a remover en conjunto a
través del mecanizado por fresado rotativo en los dos pasos del
mecanizado por fresado rotativo es ventajoso medir los asientos de
cojinete del cigüeñal de la manera explicada anteriormente ya antes
del fresado rotativo con precorte de velocidad elevada.
Según los requerimientos en la calidad
superficial, así como otras condiciones de borde, el laminado de
acabado de los asientos de cojinete va a continuación regularmente
del fresado rotativo. Desde puntos de vista de costes debe
preferirse especialmente además un guiado del procedimiento sin
acabado. Esto puede realizarse también básicamente; ya que los
desniveles superficiales existentes todavía después del fresado
rotativo con corte de acabado no discurren en paralelo condicionados
por el procedimiento, sino más bien transversalmente a la dirección
de movimiento en el asiento de cojinete. Con ello se igualan más
rápido durante el funcionamiento, y el peligro de que se rompa en
ellos la película lubricante es más pequeño que en el caso de
estrías que discurren radialmente en el asiento de cojinete.
Según otra ampliación preferida de la invención,
la aproximación de la fresa de punta durante la inmersión al inicio
del fresado rotativo con precorte y al inicio del fresado rotativo
con corte de acabado referido al eje de la fresa de punta presenta
respectivamente sólo una componente axial. La fresa de punta se hace
avanzar, con otras palabras, respectivamente a lo largo de su eje
longitudinal y se coloca radialmente sobre la pieza, mientras que el
cigüeñal se rota con un valor definido (s.u.). Esto es ventajoso
para impedir que durante la inmersión de la fresa de punta en el
material a remover se origine una "huella". Mientras que de
esta manera se evita una formación de huella, puede resultar
respectivamente pequeño el material sobrante existente antes del
fresado rotativo (por ejemplo sólo 0,5 mm, es decir, r = 0,25 mm
hasta r = 0.15 mm), lo que repercute favorablemente en la
rentabilidad del fresado rotativo fino de varias etapas. Se ha
demostrado como especialmente favorable si la inmersión de la fresa
de punta en el material a remover se extiende en su punto decisivo
para el fresado rotativo con precorte sobre un ángulo de rotación
del cigüeñal de aproximadamente 3º a 5º, preferentemente
aproximadamente 5º. Lo correspondiente es válido para la inmersión
de la fresa de punta en el fresado rotativo con corte de
acabado.
Para obtener la redondez óptima en la
combinación de ataque y salida de la fresa de punta, se compensan
las oscilaciones de la fuerza pasiva a través del husillo de la
herramienta con la ayuda de la técnica detectora y actuadora. En
este caso se corrige el desplazamiento del husillo de la herramienta
en el rango Xm de aproximadamente 10 a 20 \mum con elementos
piezoeléctricos. Una corrección automática de la aproximación
mediante la medición de las fuerzas y regulación de la posición del
eje X para la mejora de la redondez de los asientos de cojinete con
fresado rotativo fino parte de los fundamentos de producir el
equilibrio de las fuerzas pasivas herramienta/pieza durante el
mecanizado por fresado rotativo fino. Esto se realiza por medición
de fuerzas en el husillo de la herramienta (axial respecto a la
herramienta) para la determinación de la fuerza pasiva. Es necesario
un ratio de exploración (frecuencia de muestreo) > 1 kHz y
valoración por cálculo de dos puntos de medición subsiguientes para
la determinación del aumento positivo/negativo de la fuerza
(inclusive señal de tiempo \Deltat). Es necesario un accionamiento
rápido del eje X que puede generar 10 a 20 \mum (en distancia
conocida con diferencia de tiempo: tiempo Nless/tiempo de
cálculo/tiempo de desplazamiento) igualmente > 1 kHz por ejemplo
por elementos piezoeléctricos.
Detrás se encuentra el pensamiento base de que,
si la fuerza pasiva se cambia debido a oscilaciones duras o por
cambio de la sección transversal de corte (orificio de paso de
aceite), debe corregirse correspondientemente la aproximación de la
herramienta en la dirección X. En el caso de resolución y rapidez
suficientemente elevadas del accionamiento del eje X dentro de 10 a
20 \mum (desplazamiento - ventana) puede reducirse
considerablemente incluso la influencia de la vibración por entrada
y salida del filo de corte (principio de contraoscilación/borrado de
las crestas de onda y de los valles de onda).
Además, debe atenderse en este caso a que el
sistema para la sobreoscilación se inclina por cambios de fuerzas
pasivas que pueden originarse por el movimiento de avance corregido.
Si, por ejemplo, baja la dureza, baja también por consiguiente la
fuerza pasiva, siempre y cuando se "corrija" en este caso el
recorrido +X de la pieza, la fuerza pasiva baja aun más y el sistema
"se oscila".
Una solución posible consiste en realizar la
valoración de la señal de fuerza durante intervalos de tiempo más
largos o por calculo integral del valor medio deslizante y
corrección retardada con pausas entre las correcciones. Aun así
deben reducirse las oscilaciones de alta frecuencia.
Otra ampliación preferida de la invención se
destaca porque el diámetro del filo de corte de la fresa de punta
utilizada en el fresado rotativo es mayor que la anchura del asiento
de cojinete a mecanizar. El diámetro de la fresa de punta utilizada
para el fresado rotativo es preferiblemente aproximadamente 1,15 a
1,35 veces la anchura del asiento de cojinete a mecanizar. En este
caso durante la preformación se coloca convenientemente a ambos
lados del asiento de cojinete a generar cada vez una garganta de
salida, en la que la fresa puede terminar gradualmente la marcha en
el mecanizado por fresado rotativo. Al tener en cuenta estos
parámetros se produce un desarrollo favorable para el mantenimiento
de una película lubricante del perfil superficial que queda en la
superficie del asiento de cojinete después del mecanizado por
fresado rotativo.
En el mecanizado de los asientos de cojinete de
un cigüeñal es ventajoso si el cigüeñal se sujeta para el mecanizado
por fresado rotativo en varias etapas en el lado de su brida en un
primer mandril de sujeción rotativo y en el lado de su pivote en un
segundo mandril de sujeción rotativo. En este caso los dos mandriles
de sujeción pueden accionarse preferiblemente de forma síncrona y se
giran con la velocidad de rotación entre 1 y 100 min^{-1}.
Los asientos de cojinete de los cojinetes
principales individuales de un cigüeñal se mecanizan
convenientemente uno tras otro con una única herramienta de fresado
rotativo, mientras que el cigüeñal se apoya preferiblemente al mismo
tiempo en al menos un cojinete principal adyacente en dirección
radial mediante una o mediante dos lunetas. De manera
correspondiente se mecanizan los asientos de cojinete de los
cojinetes de elevación individuales convenientemente uno tras otro
con una herramienta individual de fresado rotativo, mientras que el
cigüeñal se apoya al mismo tiempo en al menos un cojinete principal
adyacente al cojinete de elevación en dirección radial mediante
una
luneta.
luneta.
Mediante el apoyo de lunetas se evita que el
cigüeñal se tuerza bajo fuerzas de mecanizado y se empeore con ello
el resultado del mecanizado.
Alternativamente pueden mecanizarse al mismo
tiempo respectivamente varios cojinetes principales o cojinetes de
elevación con varias herramientas de fresado rotativo. En este caso
está prevista una multiplicidad correspondiente de herramientas de
fresado rotativo.
Es especialmente ventajoso si para el mecanizado
por fresado rotativo en varias etapas de cada asiento de cojinete se
desarrolla un programa de control numérico individual propio. Un
control individual semejante requiere la presencia de medidores y
programas de medición, con los que se detecte directamente el
resultado individual del mecanizado del mecanizado por fresado
rotativo con precorte y se utilice en el programa de control
numérico de la máquina para el mecanizado del asiento de cojinete en
cuestión durante el mecanizado por fresado rotativo con corte de
acabado. Preferentemente se mide, según se ha expuesto, después del
precorte del mecanizado por fresado rotativo en varias etapas y a
continuación se realiza la aproximación para el corte de acabado.
Gracias a nuevos desarrollos hoy en día es posible sin más un
control numérico complejo de la máquina de mecanizado.
Junto al mecanizado descrito introductorio de
cigüeñales para motores de automóviles pueden mecanizarse de manera
análoga también cigüeñales para motores mayores, por ejemplo,
motores para barcos pequeños, tanques o locomotoras. Igualmente es
posible el mecanizado de árboles de levas o de mando.
La invención se refiere también a una máquina
herramienta para la realización del procedimiento. La máquina
herramienta posee:
- -
- un husillo principal con un eje de rotación (eje C) alrededor del eje Z, conforme al eje de rotación principal de un cigüeñal a mecanizar,
- -
- un mandril de sujeción accionable en rotación en el eje C,
- -
- al menos un husillo de la herramienta que rota alrededor del eje X, que puede desplazarse en la dirección Y y en la dirección Z y puede avanzar en la dirección X,
- -
- al menos una luneta desplazable a lo largo de la dirección Z con al menos un apoyo para el cigüeñal en un asiento de cojinete de sus cojinetes principales
- -
- un contracabezal con una punta de punzón o un segundo mandril de sujeción,
- -
- un dispositivo para laminado fijo de las gargantas huecas o escotaduras y para el enderezamiento del cigüeñal con la ayuda de herramientas de laminado fijo y
- -
- un dispositivo para el laminado de acabado de los asientos de cojinete de los cojinetes principales (HL) y cojinetes de elevación (PL).
Junto a una máquina semejante para el mecanizado
con arranque de viruta de cigüeñales están previstas máquinas o
dispositivos especiales para el laminado fijo de las gargantas
huecas o escotaduras o para el laminado de acabado de los asientos
de cojinete en los cojinetes principales o cojinetes de elevación de
cigüeñales. Siempre y cuando los dispositivos semejantes no estén
presentes ya en la máquina herramienta para el mecanizado con
arranque de viruta o puedan montarse en ella, está previsto realizar
las operaciones del laminado fijo y del laminado de acabado en
máquinas autónomas especializadas dentro de la cadena de las
operaciones de fabricación.
En el mecanizado de los asientos de cojinete de
un cigüeñal en una máquina con dos mandriles de sujeción accionables
en rotación, el primer mandril de sujeción aloja el cigüeñal en su
brida y el segundo mandril de sujeción el cigüeñal en su pivote.
Como mandril de sujeción se utilizan preferentemente mandriles de
compensación con alojamiento de punta.
El eje de rotación (eje A) del husillo de la
herramienta con la herramienta de fresado rotativo rota alrededor
del eje X ortogonalmente al plano de trabajo de la máquina. El
husillo de la herramienta para la herramienta de fresado rotativo
presenta también un dispositivo para poder ajustar el husillo de la
herramienta para el ajuste de una excentricidad (del
desalineamiento) entre el eje del asiento de cojinete a mecanizar y
el eje de la herramienta en la dirección Y. Finalmente el husillo de
la herramienta puede desplazarse y fijarse también en la dirección Z
de la máquina herramienta para poder mecanizar uno tras otro los
asientos de cojinete individuales.
Para el mecanizado de las superficies de los
asientos de cojinete de cojinetes de elevación, el husillo de la
herramienta presenta un dispositivo con cuya ayuda puede oscilar de
forma coordinada en dirección del eje X, de forma que puede seguir
los movimientos circulares del cojinete de elevación durante el giro
del cigüeñal alrededor del eje principal. Un segundo eje X
"superpuesto" está previsto para las aproximaciones hasta por
ejemplo de 10 \mum mediante elementos piezoeléctricos. Por ello es
posibilita también una reducción de la dinámica del proceso.
\newpage
El husillo de la herramienta está previsto
preferiblemente para el alojamiento de una fresa de punta, cuyo
mango tiene una longitud en relación a su diámetro que se sitúa
entre 10:1,5 a 10:3. Esta esbeltez de la fresa de punta es la
condición para que todas las superficies de los asientos de cojinete
(superficies laterales) puedan mecanizarse en el caso de cigüeñal
rotativo con la herramienta. La esbeltez requiere también que el
mango de la fresa de punta presente una elevada rigidez a flexión.
Es ventajoso si el mango de la fresa de punta está fabricado de
metal duro - u otros materiales con resistencia a la torsión. La
sujeción de la fresa de punta se realiza preferentemente en un
mandril encogible.
Para obtener un corte tranquilo y uniforme en la
fresa de punta están previstos preferiblemente al menos tres filos
de corte frontales a base de placas de corte CBN (nitruro de boro
con estructura cristalina cúbica) soldadas o fijadas de forma
apropiada o placas de corte de otro material de corte apropiado.
Los filos de corte frontales de la fresa de
punta presentan preferiblemente respectivamente un ángulo de ataque
muy pequeño entre 0,02º y 0,08º. Mediante un ángulo de ataque
semejante se puede conseguir una forma de las superficies de
cojinete convexa (de balón) favorable en los cigüeñales. El ángulo
de ataque que puede generarse por el afilado inclinado de los filos
de corte de la herramienta en el lado frontal puede ascender en
particular a aproximadamente 0,04º. La herramienta puede enfriarse
interiormente en caso de necesidad.
Un apoyo a prever preferiblemente de los
asientos de cojinete no situados respectivamente en el mecanizado
por una luneta (s.o.) se realiza convenientemente en tres puntos de
un cojinete principal, de los que uno se sitúa en la dirección X
(respecto a la herramienta de fresado rotativo). Para excluir
perturbaciones del apoyo debidas a los orificios de paso de aceite
necesarios en los cojinetes principales y cojinetes de elevación,
las superficies de apoyo de la luneta están configuradas
preferiblemente como deslizaderas, que en la zona de los orificios
de paso de aceite de los asientos de cojinete principales pueden
presentar respectivamente una entalladora en forma de una ranura.
Adicionalmente las deslizaderas del contorno de la superficie de la
línea generatriz del cojinete pueden estar adaptadas, en particular
a través de un rectificado hueco ajustado al diámetro del cojinete.
Esto sirve para el apoyo óptimo por maximización del porcentaje del
área de contacto.
Las ventajas especiales de la presente invención
se muestran, según se ha explicado anteriormente, principalmente en
cigüeñales y otros árboles, cuyos asientos de cojinete están
endurecidos. Si un endurecimiento de los asientos de cojinete no es
necesario con vista a su protección durante la manipulación
posterior ni con vista a la resistencia al desgaste pretendida,
también entra en consideración utilizar el procedimiento según la
invención sin endurecimiento de los asientos de cojinete. En este
caso se establecen requerimientos menores en los filos de corte de
la herramienta de fresado rotativo. Además, ya que se suprime el
retardo que se requiere regularmente en el endurecimiento, el
material sobrante para el mecanizado por fresado rotativo podría
resultar menor que en asientos de cojinete endurecidos, lo que es
favorable desde el punto de vista de la economía de fabricación.
A continuación se describe en detalle la
invención en un ejemplo de realización.
Las figuras muestran respectivamente en
representación fuertemente simplificada, no a escala y parcial,
Fig. 1 un cigüeñal de cuatro cilindros en vista
lateral,
Fig. 2 una fresa de punta que puede utilizarse
para el mecanizado de los asientos de cojinete del cigüeñal según la
fig. 1 en vista lateral a escala reducida,
Fig. 3 la fresa de punta de la fig. 2 en una
vista en planta en la dirección de la flecha A de la fig. 2 a escala
aumentada,
Fig. 4 el extremo final de la fresa de punta en
la vista lateral a escala aumentada,
Fig. 5 el mecanizado de un cojinete principal
del cigüeñal según la fig. 1 en sección,
Fig. 6 en una representación de vectores el
avance relativo durante diferentes fases del mecanizado por fresado
rotativo,
Fig. 7 el apoyo de otro cojinete principal en
sección y
Fig. 8 la vista en planta en una deslizadera de
la luneta,
Fig. 9 un cigüeñal en vista lateral con los
puntos preferidos para el laminado fijo,
Fig. 10 el ataque de una herramienta para
laminado fijo en un pivote del cojinete de elevación,
Fig. 11 un cigüeñal en vista lateral con los
puntos preferidos para el laminado de acabado,
Fig. 12 el ataque de una herramienta para
laminado de acabado en un pivote del cojinete de elevación.
En el cigüeñal 1 (pre)formado por
mecanizado con arranque de viruta con filo de corte definido se
endurecen - si está previsto - en primer lugar las superficies de
todos los asientos de cojinete y unido con ello también la mayoría
de las transiciones - gargantas huecas o escotaduras.
Independientemente de ello, como siguiente operación del mecanizado
continúa el laminado fijo de todas las gargantas huecas o
escotaduras 42 (fig. 9). En este caso se presionan dos rodillos de
laminado fijo 43 y 44 en la escotadura 42 bajo una fuerza de
laminado fija predeterminada, mientras que el cigüeñal 1 se rota.
Los rodillos de laminado fijo 43 y 44 se apoyan durante el laminado
fijo por un rodillo de guiado 45 que está alojado de forma giratoria
en un cabezal de los rodillos de laminado fijo 46 (fig. 10).
Respecto a los rodillos del laminado fijo 43 y 44, el pivote de
cojinete PL se apoya por dos rodillos de apoyo 47, que están
alojados de forma giratoria en un cabezal de rodillos de apoyo 48.
El cabezal de los rodillos del laminado fijo 46 y el cabezal de los
rodillos de apoyo 48 son partes de una herramienta de laminado fijo
(no mostrada).
Según la invención el cigüeñal se alinea después
del endurecimiento y/o laminado fijo de las gargantas huecas o
escotaduras 42. El alineamiento se realiza con la misma herramienta
de laminado fijo que el laminado fijo, además bajo regulación de la
fuerza del laminado fijo según el tamaño y dirección. Con el
laminado fijo se puede aumentar la resistencia a la fatiga de los
cigüeñales de acero un 200% y de cigüeñales de fundición esferoidal
un 300% respecto a la resistencia a la fatiga original. Este
cigüeñal 1 preformado con arranque de viruta, no endurecido o
endurecido y enderezado está sujeto de forma rotativa (no mostrado)
alrededor de su eje de giro principal 2 a una máquina herramienta
(no mostrada), en la que los asientos de cojinete de sus cojinetes
principales y cojinetes de elevación se mecanizan ahora por fresado
rotativo fino. Comenzando en el pivote 3 están designados los
cojinetes principales uno tras otro como HL 1 a HL 5. De forma
similar está la numeración de los cojinetes de elevación, que en el
dibujo comenzando del pivote 3 portan uno tras otro la referencia PL
1 a PL 4. El extremo del cigüeñal 1 opuesto al pivote 3 es la brida
4. En el presente ejemplo el cigüeñal 1 se sujeta en la brida 4 y el
pivote 3 cada vez en un mandril de sujeción, del que están
representadas respectivamente dos mordazas de sujeción 5. Las
fuerzas de sujeción actúan conforme a la dirección de las flechas 6
en la dirección radial en la brida 4.
El eje de rotación 2 del cigüeñal 1 es al mismo
tiempo el eje C de la máquina herramienta que discurre en la
dirección Z. Comenzando en la brida 4 se mecanizan uno tras otro en
primer lugar los cojinetes principales HL 5 a HL 1 del cigüeñal 1
según la flecha 9 mediante fresado rotativo fino con arranque de
viruta. Durante el mecanizado en la dirección de la flecha 9,
dirección X de la máquina herramienta, el apoyo del cigüeñal 1 se
realiza en la dirección de la flecha 10 opuesta a la dirección de
mecanizado 9. El apoyo en la dirección de la flecha 10 se realiza
por una o dos lunetas (no mostrado) de la máquina herramienta. En
este caso se realiza un mecanizado de HL 5 con apoyo en HL 4, un
mecanizado de HL 4 con apoyo en HL 3, un mecanizado de HL 3 con
apoyo en HL 4 y/o HL 2, un mecanizado de HL 2 con apoyo en HL 3 y un
mecanizado de HL 1 con apoyo en HL 2. El apoyo en el mecanizado de
los cojinetes de elevación PL 1 a PL 4 está estructurado de forma
similar. En un mecanizado de PL 1, por ejemplo, en la dirección de
mecanizado 11, se realiza el apoyo en HL 1 y/o HL 2. El mecanizado
de PL 2 se realiza de nuevo con apoyo en HL 2 y/o HL 3, el
mecanizado de PL 3 con apoyo en HL 3 y/o HL 4 y finalmente el
mecanizado de PL 4 con apoyo en HL 4 y/o HL 5. Debido a la sencillez
se asume que la dirección de mecanizado 11 se corresponde con la
dirección de mecanizado 9 y por consiguiente con la dirección X de
la máquina herramienta.
Para el fresado rotativo fino de los asientos de
cojinete HL y PL está prevista una fresa de punta 12 (fig. 2). En el
presente ejemplo de realización el diámetro 13 de la fresa de punta
es de 24 mm, mientras que la anchura de los asientos de cojinetes
principales HL y de los asientos de cojinete de elevación PL es de
19 mm. Por consiguiente durante la preformación se ha introducido
durante el mecanizado con arranque de viruta del cigüeñal 1 en cada
asiento de cojinete a ambos lados una garganta de salida de 2,5 mm,
en las que puede terminar gradualmente la marcha la fresa de punta
12. En relación a su diámetro 13 el mango 15 de la fresa de punta 12
tiene una longitud 14. La gran longitud 14 del mango 15 hace posible
que, por ejemplo, las superficies de los asientos de cojinete de los
cojinetes de elevación PL 1 ó PL 4 también puedan mecanizarse desde
las direcciones 9 y 11, si se sitúan - después de aproximadamente
una media rotación del cigüeñal 1 - en la posición inferior en la
que están representados los dos cojinetes de elevación interiores PL
2 y PL 3 (fig. 1). Con esta finalidad el mango 15 de la fresa de
punta 12 posee una elevada resistencia a la flexión. El mango 15 se
mete en un alojamiento de herramienta 16 habitual del husillo de la
herramienta (no mostrado) de la máquina herramienta. El eje de
rotación 17 de la fresa de punta 12 se sitúa al mismo tiempo en
paralelo a la dirección X de la máquina herramienta.
Observado desde la dirección de la flecha A, la
fresa de punta 12 presenta tres placas de corte 18 que están
distribuidas de forma uniforme sobre el perímetro (fig. 3). Las
placas de corte 18 están hechas de nitruro de boro con estructura
cristalina cúbica, abreviado CBN. Los filos de corte frontales de
las placas de corte 18 presentan respectivamente un ángulo de ataque
19 pequeño hacia el eje de rotación 17.
La fig. 5 muestra una sección a través de un
cojinete principal HL cualquiera del cigüeñal 1. En la dirección del
eje 2 se sitúa el eje C de la máquina herramienta; el eje Z se sitúa
así perpendicularmente al plano de representación. Ortogonalmente a
ello se extiende el eje X y de nuevo ortogonalmente al eje X y al
eje Z el eje Y (fig. 1 a la derecha abajo). Respecto al eje X el eje
de rotación 17 de la fresa de punta 12 está desplazado en la
dirección Y con la desalineación e, que en el presente ejemplo de
realización es de aproximadamente 4 a 5 mm. La dirección de rotación
del cigüeñal 1 se indica por la flecha 20 y la dirección de rotación
de la fresa de punta 12 por la flecha 21 curvada.
Para el mecanizado por fresado rotativo con
arranque de viruta en varias etapas del cojinete principal HL está
previsto el material sobrante 22 (por ejemplo 0,25 mm). Durante el
fresado rotativo con precorte, en el que el cigüeñal 1 hace una
rotación completa en la dirección 20, se remueve una capa exterior
23 con un espesor predeterminado (material sobrante de desbastado,
por ejemplo 0,15 mm) del cojinete principal HL. A continuación, es
decir, sin recambio del cigüeñal 1, se realiza después de una
medición del cojinete después del fresado rotativo con precorte en
el fresado rotativo con corte fino la remoción de la capa interior
24 (material sobrante de acabado, por ejemplo, 0,1 mm), girándose el
cigüeñal 1 de nuevo en la dirección de rotación 20 y la fresa de
punta 12 en la dirección de rotación 21. Una inversión de la
dirección de rotación 20 y 21 para el fresado rotativo con corte
fino también es posible. Durante el fresado rotativo con corte fino,
el cigüeñal 1 hace algo más de una rotación completa. Junto con la
zona del ángulo de rotación para la inmersión de la fresa de punta
12 al inicio del paso de mecanizado por fresado rotativo con corte
fino, la fresa de punta 12 está en contacto aquí aproximadamente
sobre una zona angular de 420º.
La fig. 6 ilustra a través de una representación
de vectores el avance relativo de la fresa de punta 12 en la
inmersión (a trazos) en el material, es decir, al iniciar el corte,
en la j rotación (de trazo continuo) y al salir (de trazos y
puntos). Condicionado por la geometría - sólo el diámetro del
asiento de cojinete y la velocidad angular determinan el vector en
la rotación - durante la circulación del cigüeñal 1 no existe un
avance relativo tangencial puro; mejor dicho la componente 35
tangencial está superpuesta a una componente 36 radial -
representada demasiado grande - por lo que durante la rotación del
cigüeñal 1 se produce el avance 37 relativo representado como
vector. Durante el inicio del corte el movimiento de avance 38 de la
fresa de punta 12 se agrega a lo largo de su eje longitudinal 17 (en
la dirección X). El avance relativo resultante por superposición con
el vector 37 durante el inicio del corte está ilustrado por el
vector correspondiente de inicio del corte o inmersión 39. Durante
la salida de la fresa de punta 12 después de la rotación completa
del cigüeñal 1, al avance 37 relativo se le agrega el movimiento de
aproximación 40 - que se realiza en la dirección X - de la fresa de
punta 12. El avance relativo resultante por superposición con el
vector 37 durante la salida de la fresa de punta 12 está ilustrado
por el vector de salida 41 correspondiente. La magnitud
correspondiente de los movimientos de aproximación 38 y 40 se
determina anteriormente de forma experimental, debiéndose tener en
cuenta la dirección de rotación 20 del cigüeñal 1 en o contra la
dirección de desalineamiento e del eje de la fresa 17 respecto al
eje de rotación 2 del cigüeñal 1. Como punto de parada para la
determinación del orden de magnitud de la velocidad de aproximación
en función de los parámetros de mecanizado restantes, así como de
las relaciones geométricas puede ser válido que el inicio del corte
se extienda preferiblemente sobre una zona angular de 3o a 15º de la
rotación del cigüeñal 1. Esto es válido igualmente para los
cojinetes principales HL y los cojinetes de biela PL.
Según se ha mencionado, el cigüeñal 1 se apoya
en el mecanizado por fresado rotativo con arranque de virutas en
varias etapas de un cojinete principal HL por una o dos lunetas (no
mostrado) de la máquina herramienta. El apoyo se realiza en primer
lugar en la dirección X, que está representada en la fig. 7 como
dirección vertical. Para el apoyo sirve una deslizadera 25 que puede
moverse en las dos direcciones 26 a lo largo del eje X. Junto al
apoyo en la dirección X mediante la deslizadera 25 se realiza
adicionalmente todavía un apoyo por otras dos deslizaderas 27 y 28,
que pueden moverse acercándose y alejándose respectivamente en
direcciones radiales 29 sobre el asiento de cojinete principal HL
del cigüeñal 1. Un mecanismo (no mostrado) de la luneta coordina los
tres movimientos 26 y 29 de manera que las deslizaderas 27 y 28 se
mueven acercándose al cojinete principal HL, mientras que la
deslizadera 25 se mueve hacia abajo en la dirección de la flecha
doble 26. A la inversa las deslizaderas 27 y 28 se mueven alejándose
en la dirección de la flecha doble 29 del cojinete principal HL,
mientras que la deslizadera 25 se mueve hacia arriba en la dirección
de la flecha doble 26. Un mecanismo conocido en sí, que no se debe
describirse aquí, se ocupa de la coordinación de los movimientos 26
y 29, por lo que se produce una sujeción central del cigüeñal con
diámetros diferentes de los asientos de cojinete.
Pero el asiento de cojinete 30 del cojinete
principal HL se interrumpe también por un orificio de paso de aceite
31. Del borde de este orificio de paso de aceite 31 pueden partir
perturbaciones que se ajustan durante la rotación del cigüeñal 1,
mientras que el cojinete principal HL se apoya por las deslizaderas
25, 27 y 28. Para evitar perturbaciones semejantes, las deslizaderas
25, 27 y 28 están provistas respectivamente de una ranura 32. La
ranura 32 actúa de forma que la parte 33 que se apoya en la
superficie de apoyo de la deslizadera 25, 27 y 28 es menor que su
superficie de corte transversal 34 correspondiente, que está
dirigida al cojinete principal HL durante el apoyo. No está
representada en el dibujo la adaptación posible de las deslizaderas
a la línea generatriz del asiento de cojinete a fabricar mediante un
rectificado hueco (s.o.).
A las operaciones de mecanizado precedentes del
fresado rotativo con precorte y con corte de acabado les sigue según
la invención todavía la operación del laminado de acabado de los
asientos de cojinete HL y PL (fig. 11 y fig. 12).
La figura 11 muestra la posición de los asientos
de cojinete HL y PL en un cigüeñal 1 con preferentemente laminado de
acabado. A las superficies de tope BL del cojinete de ajuste HL 3 de
un cigüeñal 1 también se les realiza el laminado de acabado; no
obstante, esta operación de mecanizado no se encuentra bajo la
presente invención y se menciona aquí sólo por completitud. El
laminado de acabado de los asientos de cojinete HL y PL se realiza
en lugar del acabado por cinta o piedra.
Se realiza el laminado de acabado con tres
rodillos de laminado de acabado cilíndricos que están distribuidos
sobre el perímetro del asiento de cojinete PL. En la fig. 12 pueden
verse de ellos sólo los dos rodillos de laminado de acabado 49 y 50;
el último se habría movido para la mejor compresión en el plano de
dibujo. Cada rodillo del laminado de acabado 49 y 50 se apoya
lateralmente por dos rodillos de apoyo 51 y 52 que están pivotados
aquí igualmente en el plano de dibujo. Los rodillos de apoyo 51 y 52
están alojados de forma rotativa, según puede reconocerse, por un
lado en carcasas 53 ó 54. Durante el laminado de acabado se rota el
cigüeñal 1 y pone en rotación en este caso los rodillos para el
laminado de acabado 49 y 50 y a través de los rodillos para el
laminado de acabado 49 y 50 al mismo tiempo los rodillos de apoyo 51
y 52. Durante el laminado de acabado se presionan los rodillos para
el laminado de acabado 49 y 50 bajo una fuerza de laminado
predeterminada sobre el asiento de cojinete PL del cigüeñal 1.
Mediante el laminado de acabado se obtiene una
característica superficial mejorada adecuada al funcionamiento de
los asientos de cojinete HL y PL. Se reduce la rugosidad residual
que queda después del fresado rotativo fino. Se aumenta el
porcentaje del área de contacto del perfil y la dureza de la capa
marginal. Se eleva la resistencia a torsión del cigüeñal 1.
Finalmente se reducen también eventuales desviaciones de la forma
todavía existentes.
En cada cigüeñal 1 se realiza el laminado de
acabado preferentemente también de las superficies de obturación 55
en el pivote 3 y 56 en la brida 4 fig. 11.
Junto al mecanizado de cigüeñales, el
procedimiento descrito anteriormente también es apropiado para
mecanizar de la misma manera árboles de levas y árboles de mando de
todo tipo.
Claims (24)
1. Procedimiento para el mecanizado de los
asientos de cojinete de los cojinetes principales y cojinetes de
elevación de los cigüeñales (1), en el que los asientos de cojinete
de los cojinetes principales (HL) y cojinetes de elevación (PL) se
someten a las operaciones de mecanizado siguientes después de la
formación original del cigüeñal (1) por forja o fundición:
- -
- conformación por mecanizado con arranque de viruta con filo de corte definido,
- -
- laminado fijo de todos las gargantas huecas o escotaduras (42) de los asientos de cojinete,
- -
- enderezamiento del cigüeñal,
- -
- mecanizado de precisión con arranque de viruta con una fresa de punta (12) respectivamente por
- -
- fresado rotativo con precorte a velocidad elevada y
- -
- fresado rotativo con corte de acabado a velocidad elevada, durante respectivamente esencialmente una rotación completa del cigüeñal (1) sin avance longitudinal y sin avance tangencial de la fresa de punta (12) y
- -
- laminado de acabado después del fresado rotativo con corte de acabado.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque después del fresado rotativo con
precorte se realiza una medición del diámetro de los asientos de
cojinete (HL, PL) y luego la aproximación para el corte de acabado
se efectúa a través del control numérico de la máquina de mecanizado
en función del resultado de la medición.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 o
reivindicación 2, caracterizado porque el endurecimiento al
menos de partes del cigüeñal sigue a la conformación por mecanizado
con arranqué de viruta con un filo de corte definido.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la aproximación
de la fresa de punta (12) se realiza durante la inmersión al inicio
del fresado rotativo con precorte y al inicio del fresado rotativo
con corte de acabado referido al eje de rotación (17) de la fresa de
punta (12) sólo en la dirección del eje de rotación (17).
5. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado porque el corte inicial durante la inmersión de
la fresa de punta (12) se extiende sobre 3º a 15º, preferiblemente
aproximadamente 5o del ángulo de rotación del cigüeñal (1).
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque una garganta de
salida se introduce durante la formación del cigüeñal a ambos lados
del asiento de cojinete a generar respectivamente.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el fresado
rotativo con precorte o con corte de acabado se realiza con una
desalineación (e) del eje de rotación (17) de la fresa de punta (12)
respecto al eje de rotación (12) del asiento de cojinete de
aproximadamente 0,15 a 0,2 veces el valor del diámetro de la fresa
de punta (12).
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque los asientos de
cojinete de los cojinetes principales (HL) se mecanizan,
mecanizándose sucesivamente cada asiento de cojinete individual con
una sola fresa de punta (12), mientras que el cigüeñal (1) se
sostiene al mismo tiempo en un cojinete principal (HL)
respectivamente adyacente en la dirección radial por una luneta.
9. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado porque se mecanizan los asientos de cojinete de
los cojinetes de elevación (PL) de un cigüeñal (1), mecanizándose
sucesivamente cada asiento de cojinete individual con una sola fresa
de punta (12), mientras que el cigüeñal (1) se soporta al mismo
tiempo en un cojinete principal (HL) respectivamente adyacente en la
dirección radial por una luneta.
10. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el fresado
rotativo con corte de acabado comprende más de 360º del ángulo de
rotación del cigüeñal.
11. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el inicio del
mecanizado de precisión con arranque de viruta se realiza durante el
fresado rotativo con precorte y/o durante el fresado rotativo con
corte de acabado en la zona de un orificio de paso de aceite.
12. Máquina herramienta para la realización del
procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 11,
caracterizada porque la máquina herramienta presenta
- -
- un husillo principal con un eje de rotación (eje C) alrededor del eje Z, conforme al eje de rotación principal (2) de un cigüeñal (1) a mecanizar,
- -
- dos mandriles de sujeción rotativos en el eje C para el cigüeñal (1), de los que al menos uno puede accionarse,
- -
- al menos un husillo de la herramienta que rota alrededor del eje X, que puede desplazarse en la dirección Y y en la dirección Z y puede aproximarse en la dirección X,
- -
- al menos una luneta desplazable a lo largo de la dirección Z con al menos un apoyo para el cigüeñal (1) en un asiento de cojinete de sus cojinetes principales (HL) y
- -
- al menos un dispositivo para laminado fijo de las gargantas huecas o escotaduras (42) y para el enderezamiento del cigüeñal (1) con la ayuda de herramientas de laminado fijo (43 a 48) y
- -
- al menos un dispositivo para el laminado de acabado de los asientos de cojinete de los cojinetes principales (HL) y cojinetes de elevación (PL).
13. Máquina herramienta según la reivindicación
12, caracterizada porque el primer mandril de sujeción aloja
un cigüeñal (1) en su brida (4) y el segundo mandril de sujeción
aloja el cigüeñal en su pivote (3).
14. Máquina herramienta según la reivindicación
12 o reivindicación 13, caracterizada porque el husillo de la
herramienta puede desplazarse un valor e en la dirección Y.
15. Máquina herramienta según una de las
reivindicaciones 12 a 14, caracterizada porque el husillo de
la herramienta está previsto para el alojamiento de una fresa de
punta (12), cuyo mango (15) tiene una longitud en relación a su
diámetro (13) que se sitúa entre 10:1,5 a 10:3.
16. Máquina herramienta según la reivindicación
15, caracterizada porque la fresa de punta (12) presenta tres
filos de corte a base de placas de corte CBN (18) soldadas.
17. Máquina herramienta según la reivindicación
16, caracterizada porque las placas de corte CBN (18)
presentan respectivamente un ángulo de ataque (19) que disminuye un
valor entre 0,02º y 0,08º del perímetro exterior de la fresa de
punta (12) en dirección a su eje longitudinal (17).
18. Máquina herramienta según la reivindicación
17, caracterizada porque la fresa de punta tiene un diámetro
que corresponde a un valor de 1,15 a 1,35 veces la anchura del
asiento de cojinete (HL o PL) a mecanizar.
19. Máquina herramienta según una de las
reivindicaciones 12 a 18, caracterizada porque la relación
entre la velocidad de rotación del o de los mandriles de sujeción
respecto a la velocidad de rotación del husillo de la herramienta
está entre 1:400 y 1:2000.
20. Máquina herramienta según una de las
reivindicaciones 12 a 19, caracterizada porque el apoyo de la
luneta se realiza en tres puntos de un cojinete principal (HL
1-5) de un cigüeñal (1), de los que uno se sitúa en
la dirección X.
21. Máquina herramienta según la reivindicación
20, caracterizada porque los apoyos del cigüeñal (1) están
configurados por lunetas como bloques deslizantes (25, 27, 28), que
en la zona del orificio de paso de aceite (31) del asiento de
cojinete (30) de un cojinete principal presentan respectivamente una
entalladura (32).
22. Máquina herramienta según la reivindicación
12, caracterizada porque presenta un dispositivo para el
endurecimiento de gargantas huecas o escotaduras (42) o de los
asientos de cojinete de cojinetes principales (HL) y cojinetes de
elevación (PL).
23. Máquina herramienta según la reivindicación
12, caracterizada porque la máquina herramienta presenta al
menos un dispositivo de medición que puede pivotarse y/o
posicionarse para la medición de los cojinetes principales (HL) y
cojinetes de elevación (PL).
24. Máquina herramienta según la reivindicación
23, caracterizada porque los dispositivos de medición sin
contacto están previstos para la medición de los cojinetes
principales (HL) y cojinetes de elevación (PL).
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