DE102005063549B4 - Workpiece or molding element, method for material-removing machining of workpieces, machine control program and processing device - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Material abtragenden Bearbeitung von Werkstücken, bei dem das Werkstück (8) durch Eingriff eines wenigstens abschnittsweise zylindrischen und/oder kegelstumpfförmigen rotierenden Werkzeugs (13), insbesondere eines Fräserwerkzeuges (14), Bohrers oder Schleifwerkzeugs, ausgehend von einem Rohteil (10) in eine Endkontur gebracht wird, wobei das rotierende Werkzeug (13) sowohl stirnseitig als auch mantelseitig mit dem Werkstück (8) in Eingriff gebracht wird und wobei eine Relativbewegung des Werkzeugs (13) von dem eingespannten Werkstück (8) weg erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (8) aus Keramik gebildet wird und zur Herstellung einer gewölbten Außenkontur des Werkstückes (8) ausgehend von dem unteren Rand (26) der Wölbung einer Erhebung (22) mit dem rotierenden Werkzeug (13) eine mehrachsige Roh- und/oder Feinbearbeitung unter Herstellung eines wenigstens mantelseitigen Werkzeugeingriffs und unter Bildung der Erhebung (22) in Richtung zu deren oberer Wölbung hin erfolgt.Process for the material-removing machining of workpieces, in which the workpiece (8) by engagement of an at least partially cylindrical and / or frusto-conical rotating tool (13), in particular a cutter tool (14), drill or grinding tool, starting from a blank (10) in a final contour is brought, wherein the rotating tool (13) both the front side and the shell side is brought into engagement with the workpiece (8) and wherein a relative movement of the tool (13) from the clamped workpiece (8) takes place, characterized in that the workpiece (8) is formed of ceramic and for producing a curved outer contour of the workpiece (8) starting from the lower edge (26) of the curvature of a survey (22) with the rotating tool (13) a multi-axis raw and / or fine machining making an at least shell-side tool engagement and forming the elevation (22) towards the top thereof curvature takes place.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Material abtragenden Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere aus Keramik oder keramischen Werkstoffen, und ein Werkstück bzw. Formelement, insbesondere aus Keramik oder keramischen Werkstoffen.The invention relates to a method for material-removing machining of workpieces, in particular of ceramic or ceramic materials, and a workpiece or molding element, in particular of ceramic or ceramic materials.
Keramische Werkstoffe zeichnen sich durch eine hohe mechanische Belastbarkeit, eine sehr geringe Wärmedehnung sowie durch eine ausgeprägte Abriebfestigkeit aus. Zudem weisen keramische Werkstoffe einen minimalen Ionenaustausch auf, so dass sie eine hohe Bioverträglichkeit aufweisen. Derartige keramische Werkstoffe werden insbesondere in Bereichen eingesetzt, in denen herkömmliche Metall- oder Kunststoffwerkstoffe einem zu hohen Verschleiß und/oder einer unzulässig hohen Bauteilverformung aufgrund mechanischer Belastung ausgesetzt wären. Insbesondere werden Keramiken als prothetische Bauteile eingesetzt, bspw. als Zahnersatz. Hierfür eignen sich insbesondere keramische Werkstoffe aus Zirkonoxid (Zr02), das eine sehr hohe Härte aufweist. Aus der
Bei der Verarbeitung von Zirkonoxid und anderen Keramikmaterialen wird normalerweise ein Rohling aus vorgesintertem Material hergestellt, der anschließend in eine gewünschte Endform gebracht und danach durchgesintert bzw. dichtgesintert wird. Ein solches Verfahren zur Herstellung von Zahnersatz ist bspw. in der
In der
Da solche Verfahren jedoch einen erheblichen Rechenaufwand verursachen und zudem eine äußerst exakte Einhaltung aller Verarbeitungsbedingungen (Materialzusammensetzungen, Verarbeitungszeiten und -temperaturen) erfordern, sind auch Hartbearbeitungsverfahren bekannt geworden. Problematisch bei diesen Verfahren sind insbesondere die hohen Werkzeugbelastungen und der ausgeprägte Werkzeugverschleiß, der oftmals sogar einen Werkzeugwechsel während der Herstellung der gewünschten Endkontur unumgänglich macht.However, since such methods cause considerable computational effort and also require extremely exact compliance with all processing conditions (material compositions, processing times and temperatures), also hard machining methods have become known. The problem with these methods are in particular the high tool loads and the pronounced tool wear, which often makes even a tool change during the production of the desired final contour unavoidable.
So beschreibt die
Aus der
In der
Schließlich ist in der
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Material abtragenden Bearbeitung von harten, insbesondere keramischen Werkstücken, zur Verfügung zu stellen, das sich durch eine verbesserte Effizienz, insbesondere durch eine reduzierte Bearbeitungszeit, durch eine verbesserte Maßhaltigkeit und/oder durch einen geringeren Werkzeugverschleiß auszeichnet, sowie ein Werkstück bzw. Formelement bereitzustellen, das sich mit einem Bearbeitungsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ausführungsformen herstellen lässt.The present invention is therefore based on the object to provide a method for material-removing machining of hard, in particular ceramic workpieces, which is characterized by improved efficiency, in particular by a reduced machining time, by improved dimensional stability and / or by a smaller Tool wear distinguishes, as well as to provide a workpiece or molding element, which deals with a machining method according to a of the preceding embodiments.
Diese Aufgabe wird in verfahrenstechnischer Hinsicht durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved in procedural terms by the features of claim 1.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Material abtragenden Bearbeitung von harten, insbesondere keramischen Werkstücken, bei dem das Werkstück durch Eingriff eines rotierenden Werkzeugs, insbesondere eines Fräsers, Bohrers oder Schleifwerkzeugs, von einer Rohkontur in eine Endkontur gebracht wird, ist vorgesehen, dass das rotierende Werkzeug sowohl stirnseitig als auch mantelseitig mit dem Werkstück in Eingriff gebracht werden kann. Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass eine Relativbewegung des Werkzeugs im Wesentlichen vom eingespannten Werkstück weg erfolgt. Damit ist gemeint, dass das rotierende Werkzeug bzw. der Fräser sich zunächst nah am Werkstück befindet, und dass er mit zunehmendem Bearbeitungsfortschritt vom Werkstück entfernt bzw. abgehoben wird. Die Bearbeitung einer Kavität erfolgt dementsprechend, indem zunächst ein Loch gebohrt wird, das anschließend durch mantel- und/oder stirnseitigen Werkzeugeingriff zunehmend aufgeweitet wird, bis schließlich aus dem Rohteil die gewünschte Endkontur herausgearbeitet ist. In gleicher Weise kann eine äußere Wölbung des Werkstückes entsprechend der Erfindung hergestellt werden, indem zunächst am Fuß der Wölbung angesetzt wird, wonach das Werkzeug in Material abtragendem Umlauf zunehmend nach oben, d. h., in Richtung zur Spitze der Erhebung verfahren wird, bis schließlich die gewünschte Endkontur erzielt ist.In the inventive method for material-removing machining of hard, especially ceramic workpieces, in which the workpiece is brought by engagement of a rotating tool, in particular a milling cutter, drill or grinding tool, from a rough contour into a final contour, it is provided that the rotating tool both can be brought frontally and shell side with the workpiece in engagement. According to the invention, it is further provided that a relative movement of the tool essentially takes place away from the clamped workpiece. This means that the rotating tool or the milling cutter is initially close to the workpiece, and that it is removed or lifted off the workpiece with increasing processing progress. The processing of a cavity is carried out accordingly by first drilled a hole, which is then increasingly widened by coat and / or end-side tool engagement until finally from the blank, the desired final contour is worked out. In the same way, an outer curvature of the workpiece according to the invention can be made by first attaching it to the base of the arch, after which the tool is increasingly moved upwards in material-removing circulation, ie. h., Is moved in the direction of the top of the survey, until finally the desired final contour is achieved.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 19 beschrieben.Further advantageous details of the method according to the invention are described in claims 2 to 19.
Erfindungsgemäße Ausgestaltungen können u. a. vorsehen, dass bei einer spanabhebenden Bearbeitung des Werkstückes weitgehend eine gesamte Schneidoberfläche des rotierenden Werkzeugs bzw. Schneidwerkzeugs in Eingriff gebracht werden kann. Hierdurch kann die Bearbeitungsgeschwindigkeit gegenüber einem nur stirnseitigen, einem nur mantelseitigen oder einem punktuellen Eingriff des Werkzeugs deutlich erhöht werden. Zudem wird der Werkzeugverschleiß reduziert, indem weitgehend alle Schneidflächen zum Eingriff kommen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass eine Außenkontur des Werkstückes durch eine mehrachsige Bearbeitungsstrategie unter Einsatz der Werkzeugstirnseite und/oder des Werkzeugmantels hergestellt wird.Inventive embodiments may u. a. Provide that in a machining of the workpiece can be brought into engagement largely an entire cutting surface of the rotating tool or cutting tool. As a result, the processing speed can be significantly increased with respect to only an end face, a shell side only or a punctual engagement of the tool. In addition, the tool wear is reduced by largely all cutting surfaces come into engagement. In particular, it can be provided that an outer contour of the workpiece is produced by a multiaxial machining strategy using the tool front side and / or the tool casing.
Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Material abtragenden Bearbeitung von harten Werkstücken wie Stahl oder Keramik. Grundsätzlich können damit jedoch weitgehend alle Materialien bearbeitet werden. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der deutlich reduzierte Werkzeugverschleiß, wodurch sich wesentlich längere Werkzeugstandzeiten erzielen lassen.The method is particularly suitable for material-removing machining of hard workpieces such as steel or ceramic. In principle, however, it can be used to process almost all materials. A significant advantage of the method according to the invention is the significantly reduced tool wear, which can be achieved significantly longer tool life.
Zur Herstellung einer Kavität im Werkstück eignet sich eine mehrachsige Bearbeitungsstrategie unter Einsatz der Werkzeugstirnseite und/oder des Werkzeugmantels, so dass sich die erwähnten Vorteile ergeben. Insbesondere kann eine fünfachsige Relativbewegungssteuerung des rotierenden Werkzeugs gegen das Werkstück vorgesehen sein.To produce a cavity in the workpiece, a multiaxial machining strategy using the tool end face and / or the tool jacket is suitable so that the mentioned advantages result. In particular, a five-axis relative movement control of the rotating tool can be provided against the workpiece.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind nacheinander eine Rohbearbeitung (Schruppen) und eine anschließende Feinbearbeitung (Schlichten) des Werkstückes vorgesehen. Die Rohbearbeitung und die Feinbearbeitung können aufgrund des geringen Werkzeugverschleißes mit demselben Werkzeug erfolgen. Der Wegfall des Werkzeugwechsels erhöht deutlich die Bearbeitungspräzision und Maßhaltigkeit des Werkstückes, da eine erneute Kalibrierung entfallen kann. Zudem erhöht sich hierdurch die Bearbeitungsgeschwindigkeit. Besonders bevorzugt ist jedoch eine gleichzeitige Roh- und Feinbearbeitung mit nur einem Arbeitsgang, was gegenüber herkömmlichen Verfahren deutlich schnellere Bearbeitungen erlaubt.According to one embodiment of the method according to the invention, a rough machining (roughing) and a subsequent fine machining (finishing) of the workpiece are provided in succession. The roughing and the fine machining can be done with the same tool due to the low tool wear. The elimination of the tool change significantly increases the machining precision and dimensional accuracy of the workpiece, since a recalibration can be omitted. In addition, this increases the processing speed. However, particularly preferred is a simultaneous rough and fine machining with only one operation, which compared to conventional methods allows significantly faster machining.
Eine Kavität im Werkstück kann insbesondere durch abtragende Bearbeitung, beginnend vom Grund der Kavität bis zu deren oberem Rand, hergestellt bzw. durch Bearbeitung von der Rohkontur in die vorgesehene Endkontur und/oder in einen noch zu bearbeitenden Zwischenzustand gebracht werden. Hierbei kann das Werkzeug bei der Bearbeitung des Rohzustandes zur Herstellung der vorgesehenen Endkontur der Kavität, beginnend von deren Grund bis zum oberen Rand der Kavität geführt werden. Der Grund der Kavität kann zuvor durch Bohren erreicht werden. Wahlweise kann jedoch die Kavität im Rohzustand des Werkstückes auch schon vorgegeben sein, so dass das Werkzeug unmittelbar vom Grund aus mit der Material abtragenden Bearbeitung beginnen kann. Das Werkzeug wird vorzugsweise zumindest bei der Herstellung des Zwischenzustandes stirnseitig und/oder mantelseitig mit dem Werkstück in Eingriff gebracht.A cavity in the workpiece can be produced in particular by abrasive machining, starting from the bottom of the cavity to its upper edge, or brought by machining of the raw contour in the intended final contour and / or in an intermediate state still to be processed. In this case, the tool can be guided in the processing of the raw state for producing the intended final contour of the cavity, starting from the bottom to the upper edge of the cavity. The bottom of the cavity can be reached beforehand by drilling. Optionally, however, the cavity in the raw state of the workpiece also be predetermined, so that the tool can start immediately from the bottom with the material-removing machining. The tool is preferably at least in the preparation of the intermediate state frontally and / or shell side engaged with the workpiece.
Zur Herstellung einer Kavität kann zunächst eine Bohrung mit dem Werkzeug bis zum Grund der Kavität erfolgen, wonach eine mehrachsige Roh- und/oder Feinbearbeitung, ausgehend vom Grund der Kavität, unter Herstellung eines mantelseitigen Werkzeugeingriffs sowie unter Aufweitung der Kavität in Richtung zu deren oberem Rand hin erfolgt. Die Kavität kann wahlweise helixförmig aufgeweitet werden.To produce a cavity, a hole can first be made with the tool to the bottom of the cavity, after which a multi-axis raw and / or fine machining, starting from the bottom of the cavity, to produce a shell-side tool engagement and expansion of the cavity in the direction of the upper edge takes place. The cavity can be widened helically.
Eine gewölbte Außenkontur des Werkstückes kann durch mehrachsige Roh- und/oder Feinbearbeitung, ausgehend vom unteren Rand bzw. Ansatz der Wölbung einer Erhebung mit dem rotierenden Werkzeug unter Herstellung eines wenigstens mantelseitigen Werkzeugeingriffs und unter Bildung der Erhebung in Richtung zu deren oberer Wölbung erfolgen. A curved outer contour of the workpiece can be done by multiaxial roughing and / or finishing, starting from the lower edge or approach of the curvature of a survey with the rotating tool to produce an at least shell-side tool engagement and formation of the survey in the direction of the upper curvature.
Als Werkzeug kann insbesondere ein rotierendes, spanabhebendes Schneidwerkzeug, insbesondere ein Fräswerkzeug verwendet werden. Als Fräswerkzeug kann bspw. ein Fingerfräser mit stirnseitigen und mantelseitigen Schneidflächen zum Einsatz kommen.As a tool, in particular a rotating, cutting tool, in particular a milling tool can be used. As a milling tool, for example, a finger milling cutter with frontal and shell-side cutting surfaces can be used.
Als Werkstücke können Metalle, Kunststoffe und/oder gesinterte Keramikmaterialien verwendet werden, wobei sich voll- oder teilgesinterte Keramikmaterialen verwenden lassen. Als Werkstücke können Keramikmaterialien, insbesondere solche, umfassend im Wesentlichen Zirkonoxid (ZrO2) und/oder Aluminiumoxid (Al2O3), verwendet werden.As workpieces metals, plastics and / or sintered ceramic materials can be used, which can be used fully or partially sintered ceramic materials. As workpieces, ceramic materials, in particular those comprising essentially zirconium oxide (ZrO 2 ) and / or aluminum oxide (Al 2 O 3 ), can be used.
Wahlweise kann das Werkstück im Rohzustand aus teilgesinterter Keramik bestehen, die erst nach der ersten Bearbeitungsstufe (Schruppen) vollständig gesintert wird. Die Feinbearbeitung des Werkstückes zur Herstellung dessen Endkontur kann wahlweise nach dem vollständigen Sintern des Keramikmaterials erfolgen.Optionally, the workpiece in the raw state may consist of partially sintered ceramic, which is completely sintered only after the first processing stage (roughing). The fine machining of the workpiece for the production of its final contour can optionally be done after complete sintering of the ceramic material.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Werkstück teilweise in einer Hilfsmatrix aus Kunststoff oder einem anderen Material eingeformt ist, die insbesondere zum Einspannen des Werkstückes in der Bearbeitungsmaschine dient.Furthermore, it can be provided that the workpiece is partially formed in an auxiliary matrix made of plastic or another material, which serves in particular for clamping the workpiece in the processing machine.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass bei der Herstellung einer Kavität mittels Feinbearbeitung deren oberen Randes eine Randkontur definierter Höhe und/oder Stärke erzeugt wird. Die Herstellung einer derartig definierten Randkontur wird dadurch ermöglicht, dass das Werkzeug bei der Herstellung der Kavität von deren Grund allmählich nach oben bewegt wird, so dass der zunächst recht dicke Rand allmählich durch Materialabtrag dünner wird, bis die gewünschte Stärke und Höhe erreicht ist.An embodiment of the invention provides that in the production of a cavity by means of fine machining whose upper edge an edge contour of defined height and / or thickness is generated. The production of such a defined edge contour is made possible by the fact that the tool is gradually moved upward in the production of the cavity from the bottom, so that the initially quite thick edge is gradually thinner by material removal until the desired thickness and height is reached.
Das Werkstück bildet gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein Formelement, das nach einer Endbearbeitung als Zahnersatz verwendbar ist. Die erwähnte Randkontur definierter Höhe und/oder Stärke kann dabei eine Präparationsgrenze des Zahnersatzes, insbesondere einen Zementspalt bilden.The workpiece forms according to a preferred embodiment of the invention, a molding element which is usable after a finishing as a denture. The mentioned edge contour of defined height and / or thickness can thereby form a preparation boundary of the dental prosthesis, in particular a cement gap.
Diese Aufgabe wird weiterhin in gegenständlicher Hinsicht durch die Merkmale der Ansprüche 20 bis 23 gelöst.This object is further achieved in the subject matter by the features of
Entsprechend der Erfindung kann das Werkstück bzw. Formelement, insbesondere im Wesentlichen bestehend aus Keramik, vorzugsweise aus einem teil- oder voll- oder teilgesintertem Keramikmaterial, demnach mittels eines Bearbeitungsverfahrens nach der Erfindung herstellbar sein bzw. hergestellt werden.According to the invention, the workpiece or molding element, in particular essentially consisting of ceramic, preferably of a partially or fully or partially sintered ceramic material, thus be produced or produced by means of a machining method according to the invention.
Das erfindungsgemäße Formelement kann insbesondere eine der Endform eines Zahnersatzes angenäherte Form aufweisen. Dabei kann weiterhin vorgesehen sein, dass der Zahnersatz mindestens eine Kavität, insbesondere zur Abdeckung eines Zahnstumpfes aufweist, die an ihrem Rand eine Präparationsgrenze des Zahnersatzes mit einer Randkontur definierter Höhe und/oder Stärke, insbesondere einen Zementspalt, bildet.The molding element according to the invention may in particular have an approximate shape to the final shape of a dental prosthesis. It can further be provided that the dental prosthesis has at least one cavity, in particular for covering a tooth stump, which forms at its edge a preparation margin of the dental prosthesis with a contour of defined height and / or thickness, in particular a cement gap.
Das Werkstück bzw. Formelement kann insbesondere im Wesentlichen aus einem teil- oder vollgesintertem Keramikmaterial, insbesondere im Wesentlichen aus Zirkonoxid (ZrO2) und/oder aus Aluminiumoxid (Al2O3) bestehen.The workpiece or molding element may, in particular, essentially consist of a partially or fully sintered ceramic material, in particular substantially of zirconium oxide (ZrO 2 ) and / or of aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
Weitere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nun folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hervor, die als nicht einschränkendes Beispiel dient und auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt.Other features, objects, and advantages of the present invention will be apparent from the following detailed description of a preferred embodiment of the invention, given by way of non-limiting example, with reference to the accompanying drawings.
Die
Die
Die
Die
Die
Die
Die
Die
Die
Das anhand der
Wenn im vorliegenden Zusammenhang lediglich von gesinterten Keramikmaterialen die Rede ist, die als Zahnersatz Verwendung finden, so ist dies keineswegs einschränkend zu verstehen. Grundsätzlich lassen sich mit dem beschriebenen Verfahren auch die vielfältigsten anderen Werkstücke bearbeiten, bspw. Getriebeteile aus Hartmetall, Motorenteile aus keramischen Werkstoffen, Gehäuseteile aus Metallguss, etc.If, in the present context, only sintered ceramic materials are mentioned which are used as dental prostheses, this is by no means to be understood as limiting. Basically, with the described method, the most diverse other workpieces can be processed, for example. Gear parts made of hard metal, engine parts made of ceramic materials, housing parts made of cast metal, etc.
Bei der Formgebung eines durch Vollsintern bereits in eine Rohform
Bei der weiteren Formgebung eines durch Vollsintern bereits in eine Rohform
Als Fräser
Die
Die
Anhand der
Die
Die
Eine solche Bearbeitung in mehreren Ebenen entsprechend
Die
Die
Die
Auch bei der Herstellung einer Kavität
Wie bei der Herstellung einer äußeren Wölbung
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein. Die Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen denkbar, die von dem erfindungsgemäßen Gedanken Gebrauch machen und deshalb ebenfalls in den Schutzbereich fallen.The features of the invention disclosed in the foregoing description, drawings and claims may be significant to the realization of the invention in its various forms both individually and in any combination thereof. The invention is not limited to the above embodiments. Rather, a variety of variants and modifications are conceivable that make use of the inventive concept and therefore also fall within the scope.
Claims (23)
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Representative=s name: WUESTHOFF & WUESTHOFF, PATENTANWAELTE PARTG MB, DE |
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