CH716180B1

CH716180B1 - Device and method for mechanically finishing a surface of a workpiece.

Info

Publication number: CH716180B1
Application number: CH000477/2020A
Authority: CH
Inventors: Steinwender Holger; Steioff Pascal; Schmitz Thomas
Original assignee: Thielenhaus Tech Gmbh
Priority date: 2019-05-09
Filing date: 2020-04-23
Publication date: 2023-04-14
Also published as: CH716180A2; DE102019112144A1; CH716180B9

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur mechanischen Finishbearbeitung einer Oberfläche eines Werkstückes, umfassend einen das Werkstück (1) haltenden Werkstückhalter, einen den Werkstückhalter und/oder das Werkstück (1) in eine Werkstückbewegung versetzenden Werkstückantrieb, ein Finishwerkzeug (4), wobei das Finishwerkzeug (4) aus in einem Bindemittel gebundenen Körnern gebildet ist und das Finishwerkzeug (4) einen hohlzylindrischen Abschnitt (5) aufweist, an dessen Stirnseite eine Bearbeitungsfläche (6) des Finishwerkzeuges (4) ausgebildet ist, einen das Finishwerkzeug (4) haltenden Werkzeughalter und einen Werkzeugantrieb (8) zum rotatorischen Antrieb des Werkzeughalters um eine Rotationsachse , wobei der Werkzeughalter als Spannvorrichtung (7) ausgebildet ist und die Spannvorrichtung (7) von einem Ausgangszustand in einen Spannzustand überführbar ist, wobei das Finishwerkzeug (4) in dem Ausgangszustand an der Spannvorrichtung (7) platzierbar ist und das Finishwerkzeug (4) in dem Spannzustand unmittelbar durch eine radial auf das Finishwerkzeug (4) wirkende Spannkraft von der Spannvorrichtung (7) befestigbar ist.The present invention relates to a device for the mechanical finishing of a surface of a workpiece, comprising a workpiece holder holding the workpiece (1), a workpiece drive which sets the workpiece holder and/or the workpiece (1) into a workpiece movement, a finishing tool (4), the finishing tool (4) is formed from grains bonded in a binder and the finishing tool (4) has a hollow-cylindrical section (5), on the front side of which a processing surface (6) of the finishing tool (4) is formed, a tool holder holding the finishing tool (4) and a tool drive (8) for driving the tool holder in rotation about an axis of rotation, the tool holder being designed as a clamping device (7) and the clamping device (7) being transferrable from an initial state to a clamping state, the finishing tool (4) being in the initial state on the Clamping device (7) can be placed and the finishing tool (4) can be fastened in the clamped state directly by a clamping force acting radially on the finishing tool (4) from the clamping device (7).

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur mechanischen Finishbearbeitung einer Oberfläche eines Werkstückes, umfassend einen das Werkstück haltenden Werkstückhalter, einen den Werkstückhalter und/oder das Werkstück in eine Werkstückbewegung versetzenden Werkstückantrieb, ein Finishwerkzeug, wobei das Finishwerkzeug aus in einem Bindemittel gebundenen Körnern gebildet ist und das Finishwerkzeug einen hohlzylindrischen Abschnitt aufweist, an dem eine Bearbeitungsfläche des Finishwerkzeuges ausgebildet ist, einen das Finishwerkzeug haltenden Werkzeughalter und einen Werkzeugantrieb zum rotatorischen Antrieb des Werkzeughalters um eine Rotationsachse, wobei zur Finishbearbeitung der Werkzeughalter und/oder der Werkstückhalter bewegt werden, so dass die Oberfläche des Werkstückes relativ zu der Rotationsachse des Finishwerkzeuges bewegt wird und die Rotationsachse des Finishweikzeuges in jeder Stellung senkrecht auf der Oberfläche des Werkstückes ausgerichtet ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur mechanischen Finishbearbeitung einer Oberfläche eines Werkstückes und insbesondere ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, umfassend die folgenden Schritte: Aufsetzen eines Finishwerkzeuges auf die Oberfläche des Werkstückes, wobei das Finishwerkzeug aus in einem Bindemittel gebundenen Körnern gebildet ist und das Finishwerkzeug einen hohlzylindrischen Abschnitt aufweist, an dessen Stirnseite eine Bearbeitungsfläche des Finishwerkzeuges ausgebildet ist, Antreiben des Finishwerkzeuges zu einer Rotationsbewegung um eine Rotationsachse, Antreiben des Werkstückes zu einer Werkstückbewegung, wobei die Oberfläche des Werkstückes relativ zu der Rotationsachse des Finishwerkzeuges bewegt wird und die Rotationsachse des Finishwerkzeuges in jeder Stellung senkrecht auf der Oberfläche des Werkstückes ausgerichtet ist.The present invention relates to a device for the mechanical finishing of a surface of a workpiece, comprising a workpiece holder holding the workpiece, a workpiece drive that sets the workpiece holder and/or the workpiece into a workpiece movement, a finishing tool, the finishing tool consisting of grains bound in a binding agent is formed and the finishing tool has a hollow-cylindrical section on which a machining surface of the finishing tool is formed, a tool holder holding the finishing tool and a tool drive for driving the tool holder in rotation about an axis of rotation, with the tool holder and/or the workpiece holder being moved for the finish machining, so that the surface of the workpiece is moved relative to the axis of rotation of the finishing tool and the axis of rotation of the finishing tool is aligned perpendicular to the surface of the workpiece in every position. The invention also relates to a method for mechanically finishing a surface of a workpiece and in particular to a method for operating a device according to the invention, comprising the following steps: Placing a finishing tool on the surface of the workpiece, wherein the finishing tool is formed from grains bound in a binder and the finishing tool has a hollow-cylindrical section, on the front side of which a processing surface of the finishing tool is formed, Driving the finishing tool to rotate around a rotation axis, Driving the workpiece to a workpiece movement, wherein the surface of the workpiece is moved relative to the axis of rotation of the finishing tool and the axis of rotation of the finishing tool is aligned perpendicular to the surface of the workpiece in each position.

[0002] Die Finishbearbeitung ist auch als Microfinishbearbeitung oder Superfinishbearbeitung bekannt. Bei der Finishbearbeitung von planen Werkstückoberflächen oder von sphärischen, insbesondere kalottenförmigen Werkstückoberflächen mittels eines rotierenden Finishwerkzeuges wird die Oberfläche des Werkstückes relativ zu dem Finishwerkzeug so bewegt, dass es zu einer Art Kreuzschliff kommt. Die Erfindung betrifft Finishwerkzeuge mit einer geometrisch unbestimmten Schneide, die in einem Sinterprozess hergestellt werden. Hierzu sind in einem Bindemittel die Schneidkanten aufweisenden Körner gebunden. Aufgrund dieses Aufbaus sind die Finishwerkzeuge empfindlich gegen hohe mechanische Belastungen. Die Finishwerkzeuge unterliegen zudem einem hohen Verschleiß und müssen daher häufig gewechselt werden. [0002] Finishing is also known as microfinishing or superfinishing. When finishing planar workpiece surfaces or spherical, in particular dome-shaped workpiece surfaces using a rotating finishing tool, the surface of the workpiece is moved relative to the finishing tool in such a way that a kind of cross-grinding occurs. The invention relates to finishing tools with a geometrically undefined cutting edge that are produced in a sintering process. For this purpose, the grains having cutting edges are bound in a binder. Due to this structure, the finishing tools are sensitive to high mechanical loads. The finishing tools are also subject to a high level of wear and tear and therefore have to be changed frequently.

[0003] Die Erfindung betrifft solche Finishwerkzeuge, die vollständig eine Hülsenform (im Sinne eines Rohrabschnittes) aufweisen oder bei denen an einem Ende eines hülsenförmigen Abschnittes insbesondere einteilig ein bevorzugt aus dem Bindemittel und Körnern bestehender Deckel mit einer (zentralen) Bohrung ausgebildet ist. Die letztgenannten Finishwerkzeuge werden auch als Topfscheibe bezeichnet. Die Bearbeitungsfläche ist hierbei insbesondere an einer Stirnseite des hülsenförmigen Abschnitts ausgebildet. The invention relates to such finishing tools that are completely sleeve-shaped (in the sense of a tube section) or in which a cover preferably consisting of the binder and grains and having a (central) bore is formed at one end of a sleeve-shaped section in particular in one piece. The latter finishing tools are also referred to as cup wheels. In this case, the processing surface is formed in particular on an end face of the sleeve-shaped section.

[0004] Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass die ausschließlich hülsenförmigen Finishwerkzeuge durch Kleben an einem Werkzeughalter befestigt werden. Die Topfscheiben werden entweder ebenfalls durch Kleben oder mittels einer durch die zentrale Bohrung geführte Schraube an dem Werkzeughalter befestigt. Durch die Vorbereitung des Klebers und das notwendige Entfernen der Kleberrückstände ist das Befestigen mittels Klebers sehr aufwendig. Beim Schrauben können Kleinteile verloren gehen. Zudem ist beim Schrauben eine Vorrichtung zur Halterung des Finishwerkzeuges sinnvoll, um beide Hände bei der Montage über Kopf direkt an dem Werkzeughalter frei zu haben. Der Wechsel der Finishwerkzeuge führt daher zu ungewünschten Maschinenstillständen. It is known from the prior art that the exclusively sleeve-shaped finishing tools are attached to a tool holder by gluing. The cup wheels are attached to the tool holder either by gluing or by means of a screw guided through the central bore. Due to the preparation of the adhesive and the necessary removal of the adhesive residue, fastening with adhesive is very complex. Small parts can get lost when screwing. In addition, a device for holding the finishing tool is useful when screwing in order to have both hands free when mounting overhead directly on the tool holder. Changing the finishing tools therefore leads to undesired machine downtimes.

[0005] Darüber hinaus sind die Finishwerkzeuge mit den vorgenannt beschriebenen Befestigungen nur schlecht an dem Werkzeughalter zentrierbar. Dies führt dazu, dass bei der Bearbeitung schlechte Rundlaufeigenschaften vorliegen. In addition, the finishing tools with the attachments described above are difficult to center on the tool holder. This leads to poor concentricity properties during machining.

[0006] Eine Vorrichtung mit den-eingangs genannten Merkmalen, bei der eine Topfscheibe mittels einer Schraube an dem Werkzeughalter befestigt ist, ist beispielsweise jeweils aus DE 10 2016 014 515 B4 und DE 37 23 995 A1 bekannt. A device with the features mentioned above, in which a cup wheel is fastened to the tool holder by means of a screw, is known, for example, from DE 10 2016 014 515 B4 and DE 37 23 995 A1.

[0007] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die mit Bezug zum Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zur mechanischen Finishbearbeitung einer Oberfläche anzugeben, mit denen das Finishwerkzeug einfacher wechselbar ist und besser an dem Werkzeughalter zentriert ist. The object of the present invention is therefore to at least partially solve the problems described with reference to the prior art and in particular to specify a device and a method for mechanical finishing of a surface with which the finishing tool can be changed more easily and is better attached to the tool holder is centered.

[0008] Gelöst werden diese Aufgaben mit einer Vorrichtung und einem Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche, Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung und des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben, wobei einzelne Merkmale der vorteilhaften Ausgestaltungen in technisch sinnvoller Weise beliebig miteinander kombinierbar sind. [0008] These objects are achieved with a device and a method with the features of the independent claims. Advantageous configurations of the device and the method are specified in the dependent claims, individual features of the advantageous configurations being able to be combined with one another in a technically sensible manner.

[0009] Gelöst werden die Aufgaben insbesondere dadurch, dass der Werkzeughalter als Spannvorrichtung ausgebildet ist, wobei die Spannvorrichtung von einem Ausgangszustand in einen Spannzustand überführbar ist, wobei das Finishwerkzeug in dem Ausgangszustand an der Spannvorrichtung platzierbar ist und das Finishwerkzeug in dem Spannzustand unmittelbar durch eine radial auf das Werkzeug wirkende Spannkraft von der Spannvorrichtung gehalten wird. The tasks are solved in particular by the fact that the tool holder is designed as a clamping device, with the clamping device being transferrable from an initial state to a clamping state, with the finishing tool being placeable on the clamping device in the initial state and the finishing tool in the clamping state directly by a radial clamping force acting on the tool is held by the clamping device.

[0010] Die Erfindung sieht in ihrem Grundgedanken also vor, dass das vollständig aus einer als gebrechlich aufzufassenden Materialzusammensetzung bestehende Finishwerkzeug mittels einer in radialer Richtung auf das Finishwerkzeug wirkenden Kraft eingespannt wird. Das Finishwerkzeug muss somit in dem Ausgangszustand der Spannvorrichtung lediglich an dieser platziert werden und wird sodann durch Überführen der Spannvorrichtung aus dem Ausgangszustand in den Spannzustand an der Spannvorrichtung festgelegt. Auf Klebstoff oder Schrauben zur Festlegung kann somit verzichtet werden. Darüber hinaus wird das Finishwerkzeug mittels der Spannvorrichtung automatisch zentriert, so dass auch die Rundlaufeigenschaften des Finishwerkzeuges während der Finishbearbeitung verbessert sind. Somit ist es aber auch ohne weiteres möglich, ein einmal benutztes Finishwerkzeug auszuwechseln und wiederzuverwenden, was insbesondere bei Kleinserien vorteilhaft ist. The basic idea of the invention is that the finishing tool, which consists entirely of a material composition that is to be regarded as fragile, is clamped by means of a force acting on the finishing tool in the radial direction. In the initial state of the clamping device, the finishing tool therefore only has to be placed on the latter and is then fixed on the clamping device by transferring the clamping device from the initial state into the clamping state. There is no need for adhesive or screws to fix it. In addition, the finishing tool is automatically centered using the clamping device, so that the concentricity properties of the finishing tool are also improved during finishing. However, it is also easily possible to replace and reuse a finishing tool that has been used once, which is particularly advantageous in the case of small series.

[0011] Die Spannvorrichtung kann beispielsweise mit einem, bevorzugt durch mehrere Spannelemente gebildeten Abschnitt in die zentrale Bohrung des Deckels der Topfscheibe oder unmittelbar in den hülsenförmigen Abschnitt des Finishwerkzeuges eingebracht werden, wobei durch Überführen der Spannvorrichtung aus dem Ausgangszustand in den Spannzustand das Finishwerkzeug befestigt wird, wobei das Finishwerkzeug somit radial von innen eingespannt wird. The clamping device can be introduced, for example with a section preferably formed by several clamping elements, into the central bore of the cover of the cup wheel or directly into the sleeve-shaped section of the finishing tool, with the finishing tool being fastened by transferring the clamping device from the initial state to the clamping state , whereby the finishing tool is thus clamped radially from the inside.

[0012] Alternativ kann die Spannvorrichtung zumindest mit einem beispielsweise durch mehrere Spannelemente gebildeten Abschnitt das Finishwerkzeug außen übergreifen, wozu das Finishwerkzeug in die Spannvorrichtung eingebracht werden kann, wobei das Finishwerkzeug somit radial von außen eingespannt wird. Dies ist insbesondere bei Werkzeugen mit relativ kleinem Außendurchmesser vorteilhaft. Zudem kann durch diese Einspannung das Finishwerkzeug bei der Finishbearbeitung von kugelförmigen Werkstückabschnitten optimal ausgenutzt werden. Alternatively, the clamping device can extend over the outside of the finishing tool at least with a section formed, for example, by several clamping elements, for which purpose the finishing tool can be introduced into the clamping device, with the finishing tool thus being clamped radially from the outside. This is particularly advantageous for tools with a relatively small outside diameter. In addition, this type of clamping means that the finishing tool can be optimally utilized when finishing spherical workpiece sections.

[0013] Die Spannvorrichtung ist insbesondere so ausgebildet, dass ein, bevorzugt durch mindestens ein Spannelement ausgebildeter (Innen- oder Außen-) Umfangsdurchmesser aus dem Ausgangszustand höchstens um 5 mm [Millimeter], bevorzugt um höchstens 3 mm, besonders bevorzugt um höchstens 1 mm veränderbar ist. Somit kann verhindert werden, dass zu hohe Auslenkungen/Kräfte auf das Finishwerkzeug wirken, die zu einer Zerstörung des Finishwerkzeuges führen könnten. Ist beispielsweise ein Abschnitt der Spannvorrichtung in einer Aufnahme (Bohrung im Deckel oder Innendurchmesser des hülsenförmigen Abschnitts) einbringbar, so ist der Außendurchmesser dieses einbringbaren Abschnitts aus dem Ausgangszustand höchstens um 5 mm vergrößerbar. Umgibt hingegen ein Abschnitt der Spannvorrichtung den hülsenförmigen Abschnitt des Finishwerkzeuges außen, so ist der diesbezügliche Innendurchmesser der Spannvorrichtung aus dem Ausgangszustand höchstens um 5 mm verkleinerbar. The clamping device is in particular designed in such a way that an (inner or outer) circumferential diameter, preferably formed by at least one clamping element, decreases from the initial state by at most 5 mm [millimeters], preferably by at most 3 mm, particularly preferably by at most 1 mm is changeable. It can thus be prevented that excessive deflections/forces act on the finishing tool, which could lead to the destruction of the finishing tool. For example, if a section of the clamping device can be introduced into a receptacle (hole in the cover or inner diameter of the sleeve-shaped section), then the outer diameter of this section that can be inserted can be increased by a maximum of 5 mm from the initial state. If, on the other hand, a section of the clamping device surrounds the sleeve-shaped section of the finishing tool on the outside, then the relevant inner diameter of the clamping device can be reduced from the initial state by a maximum of 5 mm.

[0014] Die Überführung der Spannvorrichtung aus dem Ausgangszustand in den Spannzustand und damit insbesondere eine Veränderung des entsprechenden Umfangsdurchmessers kann mechanisch, hydraulisch, pneumatisch und/oder piezoelektrisch erfolgen. Beispielsweise kann eine oder mehrere Kammern (als Spannelement) in der Spannvorrichtung ausgebildet sein, die hydraulisch oder pneumatisch expandierbar ist/sind, so dass sich ein Umfangsdurchmesser der Spannvorrichtung ändert. The transfer of the clamping device from the initial state to the clamping state and thus in particular a change in the corresponding peripheral diameter can be done mechanically, hydraulically, pneumatically and/or piezoelectrically. For example, one or more chambers (as a tensioning element) can be formed in the tensioning device, which can be expanded hydraulically or pneumatically, so that a peripheral diameter of the tensioning device changes.

[0015] Alternativ kann ein oder mehrere piezoelektrischen Element (als Spannelemente) an der Spannvorrichtung ausgebildet sein, mit denen oder mit dem der Umfangsdurchmesser veränderbar ist. Alternatively, one or more piezoelectric elements (as clamping elements) can be formed on the clamping device with which or with which the peripheral diameter can be changed.

[0016] Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Spannvorrichtung mehrere insbesondere in Umfangsrichtung hintereinander angeordnete Spannelemente sowie einen diese Spannelemente tragenden Grundkörper aufweist. Auf diese Weise kann eine besonders gute Zentrierung erreicht werden. It can be provided, in particular, that the clamping device has a plurality of clamping elements arranged one behind the other, in particular in the circumferential direction, and a base body carrying these clamping elements. A particularly good centering can be achieved in this way.

[0017] Insbesondere zur mechanischen Überführbarkeit der Spannvorrichtung aus dem Ausgangszustand in den Spannzustand kann vorgesehen sein, dass die mehreren Spannelemente gelenkig an dem Grundkörper angeordnet sind. In particular for the mechanical transferability of the clamping device from the initial state to the clamping state, it can be provided that the several clamping elements are arranged in an articulated manner on the base body.

[0018] Hierbei ist insbesondere bevorzugt, wenn die Spannelemente einteilig mit dem Grundkörper ausgebildet sind, so dass eine Art Feststoffgelenk zwischen dem Grundkörper und dem jeweiligen Spannelement ausgebildet wird. Ein Feststoffgelenk kann beispielsweise dadurch ausgebildet werden, dass die Materialdicke im Bereich des Übergangs vom Grundkörper zu dem Spannelement reduziert ist. It is particularly preferred if the clamping elements are formed in one piece with the base body, so that a kind of solid joint is formed between the base body and the respective clamping element. A solid joint can be formed, for example, by reducing the material thickness in the area of the transition from the base body to the tensioning element.

[0019] Die Spannelemente sind hierbei insbesondere ringförmig und bevzorzugt unterhalb des Grundkörpers angeordnet. [0019] The clamping elements are here in particular ring-shaped and are preferably arranged below the base body.

[0020] Die Gelenke sind dabei insbesondere so ausgebildet, dass die Spannelemente zumindest in radialer Richtung (in Bezug auf die Längsachse des zu haltenden Finishwerkzeuges) auslenkbar, insbesondere über das Gelenk schwenkbar sind. The joints are in particular designed in such a way that the clamping elements can be deflected at least in the radial direction (in relation to the longitudinal axis of the finishing tool to be held), in particular can be pivoted via the joint.

[0021] In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass zwischen den Spannelementen in Umfangsrichtung jeweils ein Spalt ausgebildet ist, so dass die Spannelemente gleichzeitig in radialer Richtung auslenkbar sind. In one embodiment it can be provided that in each case a gap is formed between the clamping elements in the circumferential direction, so that the clamping elements can be deflected in the radial direction at the same time.

[0022] Die Spannvorrichtung mit dem Grundkörper und den Spannelementen kann insbesondere einen (axialen) Anschlag ausbilden, an dem das Finishwerkzeug beim Platzieren zur Anlage kommt. Im Folgenden kann dann die Spannvorrichtung von dem Ausgangszustand in den Spannzustand überführt werden. The clamping device with the base body and the clamping elements can in particular form an (axial) stop on which the finishing tool comes to rest when placed. The clamping device can then be transferred from the initial state to the clamping state.

[0023] Damit die Spannelemente mechanisch, beispielsweise mittels eines Schraubelements, von dem Ausgangszustand in den Spannzustand überführbar sind, ist insbesondere vorgesehen, dass die Spannelemente an ihrem dem Werkzeug zugewandten Ende innen, also auf der Innenseite, oder außen, also auf der Außenseite, kegelförmig ausgebildet sind. Oberhalb oder unterhalb des kegelförmigen Abschnitts kann ein Innengewinde oder Außengewinde ausgebildet sein, Das Gewinde kann aber auch in dem kegelförmig ausgebildeten Abschnitt ausgebildet sein (Kegelgewinde). So that the clamping elements can be transferred mechanically, for example by means of a screw element, from the initial state to the clamping state, it is provided in particular that the clamping elements at their end facing the tool on the inside, i.e. on the inside, or outside, i.e. on the outside, are conical. An internal thread or external thread can be formed above or below the conical section. However, the thread can also be formed in the conical section (conical thread).

[0024] In einer Ausführungsform kann beispielsweise vorgesehen sein, dass auf der kegelförmig ausgebildeten Innenseite ein Kegelgewinde geformt ist, in das ein ebenfalls kegelförmiges Schraubelement eingeschraubt werden kann. Durch Einschrauben des Schraubelements werden also die Spannelemente radial nach außen ausgelenkt (gespreizt). In one embodiment, it can be provided, for example, that a tapered thread is formed on the cone-shaped inside, into which a likewise cone-shaped screw element can be screwed. By screwing in the screw element, the clamping elements are thus deflected (spread) radially outwards.

[0025] In einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass ein mutterförmiges Schraubelement mit einem Innengewinde auf ein insbesondere oberhalb der Spannelemente am Grundkörper ausgebildetes Außengewinde aufgeschraubt wird, wobei das Schraubelement bevorzugt einen Abschnitt aufweist, der einen geringeren Innendurchmesser aufweist als der Innendurchmesser des Gewindes. Dieser Abschnitt wird beim Aufschrauben des mutterförmigen Schraubelements außen entlang der Spannelemente entlang der Aufschraubrichtung bewegt. Dabei kann entweder das Schraubelement im Bereich des gegenüber dem Innengewinde verjüngten Abschnitts auf seiner den Spannelementen zugewandten (Innen-)Seite eine kegelförmige Gestalt und/oder die Spannelemente auf ihrer Außenseite eine kegelförmige Gestalt aufweisen. Somit werden die Spannelemente durch Aufschrauben des Schraubelements radial nach innen ausgelenkt. In a further embodiment it can be provided that a nut-shaped screw element with an internal thread is screwed onto an external thread formed in particular above the clamping elements on the base body, the screw element preferably having a section which has a smaller internal diameter than the internal diameter of the thread. When the nut-shaped screw element is screwed on, this section is moved on the outside along the clamping elements in the screwing-on direction. Either the screw element can have a conical shape in the region of the section that tapers compared to the internal thread on its (inner) side facing the clamping elements and/or the clamping elements can have a conical shape on their outside. The clamping elements are thus deflected radially inwards by unscrewing the screw element.

[0026] Es wird auch vorgeschlagen, dass die vorstehend beschriebene Spannvorrichtung zum Halten eines vorstehend beschriebenen Finishwerkzeuges verwendet wird, wobei insbesondere das Finishwerkzeug aus in einem Bindemittel gebundenen Körnern gebildet ist und das Finishwerkzeug einen hohlzylindrischen Abschnitt aufweist, an dessen Stirnseite eine Bearbeitungsfläche des Finishwerkzeuges ausgebildet ist, und die Spannvorrichtung von einem Ausgangszustand in einen Spannzustand überführbar ist, wobei das Finishwerkzeug in dem Ausgangszustand an der Spannvorrichtung platzierbar ist und das Finishwerkzeug in dem Spannzustand unmittelbar durch eine radial auf das Finishwerkzeug wirkende Spannkraft von der Spannvorrichtung gehalten wird. It is also proposed that the clamping device described above is used to hold a finishing tool as described above, the finishing tool in particular being formed from grains bound in a binder and the finishing tool having a hollow-cylindrical section on the end face of which is formed a processing surface of the finishing tool and the clamping device can be transferred from an initial state to a clamping state, wherein the finishing tool can be placed on the clamping device in the initial state and the finishing tool is held in the clamping state directly by the clamping device by a clamping force acting radially on the finishing tool.

[0027] Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine sphärische Oberfläche eines Werkstückes finishbearbeitet wird, wobei der Werkstückhalter und/oder das Werkstück zu einer Werkstückrotationsbewegung angetrieben werden, so dass sich die Rotationsachse des Werkzeuges und die Werkstückrotationsachse im Radiusmittelpunkt des Werkstückes schneiden. Die Werkzeugrotationsachse steht somit immer senkrecht auf der sphärischen Oberfläche des Werkstückes. According to one embodiment, it is provided that a spherical surface of a workpiece is finish-machined, with the workpiece holder and/or the workpiece being driven to rotate the workpiece, so that the axis of rotation of the tool and the axis of rotation of the workpiece intersect at the center of the radius of the workpiece. The tool axis of rotation is therefore always perpendicular to the spherical surface of the workpiece.

[0028] Der beschriebene Werkzeughalter kann beispielsweise unmittelbar Teil einer Werkzeugspindel sein, selbst einen wechselbaren Werkzeughalter ausbilden oder als Aufsatz für einen wechselbaren Werkzeughalter gebildet sein. The tool holder described can, for example, be part of a tool spindle itself, form an interchangeable tool holder or be formed as an attachment for an interchangeable tool holder.

[0029] Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden im Folgenden anhand der Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigen schematisch Figur 1: eine Vorrichtung zur mechanischen Finishbearbeitung eines Werkstückes mit einem Finishwerkzeug, Figur 2: ein Ausführungsbeispiel für eine Spannvorrichtung für das Finishwerkzeug in einem Längsschnitt, Figur 3: eine Querschnittsdarstellung durch die in Figur 2 dargestellte Spannvorrichtung, Figur 4: ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Spannvorrichtung für das Finishwerkzeug in einem Längsschnitt und Figur 5: eine Querschnittsansicht durch die Spannvorrichtung gemäß Figur 4.The invention and the technical environment are explained below with reference to the figures by way of example. It shows schematically Figure 1: a device for mechanical finishing of a workpiece with a finishing tool, Figure 2: an embodiment of a clamping device for the finishing tool in a longitudinal section, Figure 3: a cross-sectional view through the clamping device shown in Figure 2, Figure 4: another Exemplary embodiment of a clamping device for the finishing tool in a longitudinal section and FIG. 5: a cross-sectional view through the clamping device according to FIG. 4.

[0030] Figur 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung zur Finishbearbeitung einer Oberfläche eines Werkstückes 1. Das Werkstück 1 ist kugelförmig und wird mittels eines Werkstückhalters 2 gehalten, welcher wiederum mittels eines Werkstückantriebs 3 zu einer Rotationsbewegung um die Werkstückrotationsachse 14 antreibbar ist. Figure 1 shows the basic structure of a device for finishing a surface of a workpiece 1. The workpiece 1 is spherical and is held by a workpiece holder 2, which in turn can be driven by a workpiece drive 3 to rotate about the axis of rotation 14 of the workpiece.

[0031] Die Vorrichtung umfasst ferner ein Finishwerkzeug 4 mit einem hohlzylindrischen Abschnitt 5, an dessen Stirnseite eine Bearbeitungsfläche 6 ausgebildet ist. Das Finishwerkzeug 4 ist von einer Spannvorrichtung 7 gehalten, die wiederum von einem Werkzeugantrieb 8 zu einer Rotationsbewegung um eine Rotationsachse 9 antreibbar ist. The device also includes a finishing tool 4 with a hollow-cylindrical section 5, on the end face of which a processing surface 6 is formed. The finishing tool 4 is held by a clamping device 7 , which in turn can be driven by a tool drive 8 to rotate about an axis of rotation 9 .

[0032] Der Werkstückantrieb 3 und der Werkzeugantrieb 8 sind mit einer Steuereinheit 15 verbunden. The workpiece drive 3 and the tool drive 8 are connected to a control unit 15 .

[0033] Zur Finishbearbeitung wird die Bearbeitungsfläche 6 des Finishwerkzeuges 4 in Anlage mit der Oberfläche des Werkstückes 1 gebracht. Während der Finishbearbeitung wird sowohl das Finishwerkzeug 4 als auch das Werkstück 1 rotatorisch angetrieben, wobei der Winkel zwischen der Rotationsachse 9 und der Werkstückrotationsachse 14 während der Finishbearbeitung so verändert wird, dass die Rotationsachse 9 jederzeit senkrecht auf der kugelförmigen Oberfläche des Werkstückes 1 steht. For finishing, the working surface 6 of the finishing tool 4 is brought into contact with the surface of the workpiece 1. During the finish machining, both the finishing tool 4 and the workpiece 1 are driven in rotation, with the angle between the axis of rotation 9 and the axis of rotation 14 of the workpiece being changed during the finish machining in such a way that the axis of rotation 9 is always perpendicular to the spherical surface of the workpiece 1.

[0034] In den Figuren 2 und 3 ist eine erste Ausführungsform einer Spannvorrichtung 7 zur Halterung des Finishwerkzeuges 4 dargestellt. Das Finishwerkzeug 4 ist vollständig hohlzylindrisch ausgebildet und weist an seinem dem Werkstück 1 zugewandten Ende eine Bearbeitungsfläche 6 auf. Mit dem Bezugszeichen 1' ist die Stellung des Werkstückes angedeutet, wenn das Finishwerkzeug 4 stark abgenutzt ist. In the figures 2 and 3, a first embodiment of a clamping device 7 for holding the finishing tool 4 is shown. The finishing tool 4 is completely hollow-cylindrical and has a machining surface 6 on its end facing the workpiece 1 . The position of the workpiece is indicated by the reference number 1' when the finishing tool 4 is heavily worn.

[0035] Die Spannvorrichtung 7 umfasst einen Grundkörper 11, an dessen unterem Ende mehrere in Umfangsrichtung hintereinander angeordnete Spannelemente 10 einteilig ausgebildet sind. In Umfangsrichtung ist zwischen zwei benachbarten Spannelementen 10 jeweils ein Spalt 16 ausgebildet. Zwischen dem Grundkörper 11 und den Spannelementen 10 ist jeweils eine Schwächung 17 ausgebildet, so dass ein Feststoffgelenk zwischen dem Spannelement 10 und dem Grundkörper 11 geformt ist. Auf ihrer Außenseite weisen die Spannelemente 10 einen Konus 20 auf. The clamping device 7 comprises a base body 11, at the lower end of which a plurality of clamping elements 10 arranged one behind the other in the circumferential direction are formed in one piece. A gap 16 is formed in each case between two adjacent clamping elements 10 in the circumferential direction. A weakening 17 is formed between the base body 11 and the clamping elements 10 so that a solid joint is formed between the clamping element 10 and the base body 11 . The clamping elements 10 have a cone 20 on their outside.

[0036] Die Spannvorrichtung 7 umfasst zudem ein Schraubelement 12, welches auf ein an dem Grundkörper 11 ausgebildetes Gewinde 19 aufschraubbar ist. Das Schraubelement 12 weist auf seiner Innenseite an dem dem Finishwerkzeug 4 zugewandten Ende ebenfalls eine konische (kegelförmige) Gestalt 20 auf. Das Schraubelement 12 weist auf seiner Außenumfangsfläche zudem eine Betätigungskontur 18 auf, an die beispielsweise ein Werkzeug zum Anziehen des Schraubelements 12 ansetzbar ist. The clamping device 7 also includes a screw element 12 which can be screwed onto a thread 19 formed on the base body 11 . The screw element 12 also has a conical (conical) shape 20 on its inside at the end facing the finishing tool 4 . The screw element 12 also has an actuating contour 18 on its outer peripheral surface, to which, for example, a tool for tightening the screw element 12 can be attached.

[0037] In einem Ausgangszustand, in dem das Schraubelement 12 noch nicht auf den Grundkörper 11 aufgeschraubt ist, ist ein durch den Innenumfang der Spannelemente 10 gebildeter Durchmesser nur unwesentlich größer als ein Außendurchmesser des Finishwerkzeuges 4. In diesem Ausgangszustand kann das Finishwerkzeug 4 an der Spannvorrichtung 7 platziert werden. Beim anschließenden Aufschrauben des Schraubelements 12 auf den Grundkörper 11 werden aufgrund des durch die Konusse 20 erzeugten Keileffekts die Spannelemente 10 radial nach innen ausgelenkt, wodurch eine in radialer Richtung auf das Finishwerkzeug 4 wirkende Haltekraft ausgeübt wird. In diesem Spannzustand wird das Finishwerkzeug 4 durch in radialer Richtung auf das Finishwerkzeug 4 wirkende Kräfte gehalten. In den Figuren 4 und 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Spannvorrichtung 7 dargestellt. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel sind an einem Grundkörper 11 mehrere in Umfangsrichtung hintereinander angeordnete Spannelemente 10 ausgebildet, zwischen denen jeweils ein Spalt 16 ausgebildet ist. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Spannelemente 10 durch eine Schwächung 17 mittels eines Feststoffgelenks einteilig an dem Grundkörper 11 ausgebildet. In an initial state, in which the screw element 12 has not yet been screwed onto the base body 11, a diameter formed by the inner circumference of the clamping elements 10 is only slightly larger than an outer diameter of the finishing tool 4. In this initial state, the finishing tool 4 can be Clamping device 7 are placed. When the screw element 12 is subsequently screwed onto the base body 11, the clamping elements 10 are deflected radially inward due to the wedge effect produced by the cones 20, as a result of which a holding force acting in the radial direction on the finishing tool 4 is exerted. The finishing tool 4 is held in this clamped state by forces acting on the finishing tool 4 in the radial direction. In the figures 4 and 5 a second embodiment of a clamping device 7 is shown. Also in this exemplary embodiment, a plurality of clamping elements 10 arranged one behind the other in the circumferential direction are formed on a base body 11, between which a gap 16 is formed in each case. In this exemplary embodiment, too, the clamping elements 10 are formed in one piece on the base body 11 by means of a weakening 17 by means of a solid joint.

[0038] Ein durch die Spannelemente 10 gebildeter Außendurchmesser ist bei diesem Ausführungsbeispiel etwas geringer als ein Innendurchmesser des hohlzylindrischen Finishwerkzeuges 4, dessen Innendurchmesser eine Aufnahme 13 für die Spannelemente 10 bildet. Die Spannelemente 10 bilden auf ihrer Innenseite einen Konus 20 aus, an dem zudem ein Innengewinde 19 ausgebildet ist. An outer diameter formed by the clamping elements 10 is slightly smaller than an inner diameter of the hollow-cylindrical finishing tool 4 in this exemplary embodiment, the inner diameter of which forms a receptacle 13 for the clamping elements 10 . The clamping elements 10 form a cone 20 on their inside, on which an internal thread 19 is also formed.

[0039] Die Spannvorrichtung 7 umfasst zudem ein Schraubelement 12, das auf seinem Außenumfang konisch nach oben zusammenlaufend ausgebildet ist. Auf der Außenseite des Schraubelements 12 ist zudem ein Außengewinde ausgebildet. Das Schraubelement 12 kann somit in die Spannelemente 12 eingeschraubt werden. The clamping device 7 also includes a screw element 12 which is formed conically converging upwards on its outer circumference. An external thread is also formed on the outside of the screw element 12 . The screw element 12 can thus be screwed into the clamping elements 12 .

[0040] In einem Ausgangszustand, in dem das Schraubelement 12 noch nicht in die Spannelemente 10 eingeschraubt ist, ist der Außenumfang der Spannelemente 10 kleiner als der Innendurchmesser des Finishwerkzeuges 4, so dass das Finishwerkzeug 4 auf die Spannelemente 10 aufgesetzt werden kann. Anschließend kann das Schraubelement 12 in den durch die Spannelemente 10 gebildeten Konus eingeschraubt werden, so dass beim Einschrauben die Spannelemente 10 radial nach außen gespreizt werden, wodurch eine in radialer Richtung nach außen wirkende Kraft auf das Finishwerkzeug 4 wirkt. In an initial state, in which the screw element 12 has not yet been screwed into the clamping elements 10, the outer circumference of the clamping elements 10 is smaller than the inner diameter of the finishing tool 4, so that the finishing tool 4 can be placed on the clamping elements 10. The screw element 12 can then be screwed into the cone formed by the clamping elements 10 so that when screwing in the clamping elements 10 are spread radially outwards, as a result of which a force acting outwards in the radial direction acts on the finishing tool 4 .

[0041] Mit den beschriebenen Spannvorrichtungen 7 ist ein schneller Finishwerkzeugwechsel möglich, wobei das Finishwerkzeug 4 im Spannzustand der Spannvorrichtung unmittelbar zentriert ist. With the clamping devices 7 described, a quick change of finishing tool is possible, with the finishing tool 4 being centered directly in the clamping state of the clamping device.

Liste der BezugszeichenlisteList of Reference List

[0042] 1 Werkstück 2 Werkstückhalter 3 Werkstückantrieb 4 Finishwerkzeug 5 hohlzylindrischen Abschnitt 6 Bearbeitungsfläche 7 Spannvorrichtung 8 Werkzeugantrieb 9 Rotationsachse 10 Spannelement 11 Grundkörper 12 Schraubelement 13 Aufnahme 14 Werkstückrotationsachse 15 Steuereinheit 16 Spalt 17 Schwächung 18 Betätigungskontur 19 Gewinde 20 Konus 21 Durchmesser 1 workpiece 2 workpiece holder 3 workpiece drive 4 finishing tool 5 hollow-cylindrical section 6 processing surface 7 clamping device 8 tool drive 9 axis of rotation 10 clamping element 11 base body 12 screw element 13 receptacle 14 axis of rotation of workpiece 15 control unit 16 gap 17 weakening 18 actuating contour 19 thread 20 cone 21 diameter

Claims

1. A device for the mechanical finishing of a surface of a workpiece, comprising ¿ a workpiece holder (2) holding the workpiece (1), ¿ a workpiece drive (3) which causes the workpiece holder (2) and/or the workpiece (1) to move, ¿ a finishing tool (4), wherein the finishing tool (4) is formed from grains bound in a binder and the finishing tool (4) has a hollow-cylindrical section (5) on which a processing surface (6) of the finishing tool (4) is formed, ¿ a tool holder holding the finishing tool (4) and ¿ a tool drive (8) for driving the tool holder in rotation about an axis of rotation (9), with the tool holder and/or the workpiece holder (2) being designed for finishing so that the surface of the workpiece (1) can be moved relative to the axis of rotation (9) of the finishing tool (4) is movable and the axis of rotation (9) of the finishing tool (4) is aligned perpendicular to the surface of the workpiece (1) in any position, characterized in that the tool holder is designed as a clamping device (7). the clamping device (7) can be transferred from an initial state to a clamping state, the finishing tool (4) being placeable on the clamping device (7) in the initial state and the finishing tool (4) being placeable in the clamping state directly by means of a radial force on the finishing tool (4) acting clamping force in the clamping device (7) can be fastened.

2. Device according to claim 1, wherein the clamping device (7) has a plurality of clamping elements (10) and a base body (11), wherein the plurality of clamping elements (10) are preferably arranged in an articulated manner on the base body (11).

3. Device according to claim 2, wherein the clamping elements (10) are formed in one piece with the base body (11).

4. Apparatus according to claim 2 or 3, wherein the clamping elements (10) are arranged side by side in the circumferential direction, each with a gap (16) between adjacent clamping elements (10).

5. Device according to one of the preceding claims, wherein the clamping device (7) can be converted mechanically, hydraulically, pneumatically and/or piezoelectrically from the initial state into the clamping state.

6. Device according to one of the preceding claims, wherein the clamping device (7) comprises a screw element (12), wherein the screw element (12) for transferring the clamping device (7) from the initial state to the clamping state can be screwed in or screwed on.

7. Device according to one of claims 2 to 6, wherein clamping elements (10) of the clamping device (7) are conical at their finishing tool (4) facing end on their inside or their outside.

8. Device according to one of the preceding claims, wherein at least part of the clamping device (7) surrounds the hollow-cylindrical section (5) of the finishing tool (4) on the outside.

9. Device according to one of claims 2 to 8, wherein a circumferential diameter formed by one of the several clamping elements (10) can be changed from the initial state by at most 5 mm.

10. Device according to one of the preceding claims, wherein at least part of the clamping device (7) is arranged in a receptacle (13) of the finishing tool (4).

11. Use of a clamping device (7) for holding a finishing tool (4) in a device according to one of claims 1 to 10, wherein the finishing tool (4) is formed from grains bound in a binder and the finishing tool (4) has a hollow-cylindrical section (5), on the front side of which a processing surface (6) of the finishing tool (4) is formed, and- the clamping device (7) is transferred from an initial state to a clamping state, the finishing tool (4) being in the initial state on the clamping device ( 7) is placed and the finishing tool (4) is held in the clamped state directly by the clamping device (7) by a clamping force acting radially on the finishing tool (4).

12. Method for the mechanical finishing of a surface of a workpiece (1) by means of a device according to one of claims 1 to 10, comprising the following steps: - placing a finishing tool (4) on the surface of a workpiece (1), wherein the finishing tool ( 4) is formed from grains bonded in a binder and the finishing tool (4) has a hollow-cylindrical section (5), on the front side of which a processing surface (6) of the finishing tool (4) is formed,- driving the finishing tool (4) to rotate about an axis of rotation (9), - driving the workpiece (1) to a workpiece movement, whereby the surface of the workpiece (1) is moved relative to the axis of rotation (9) of the finishing tool (4) and the axis of rotation (9) of the finishing tool (4 ) is aligned vertically on the surface of the workpiece (1) in every position, characterized in that the finishing tool (4) is held directly by a clamping force of a clamping device (7) acting radially on the finishing tool (4).