DE102006011304A1

DE102006011304A1 - Verfahren zur Finisbearbeitung eines Werkstücks

Info

Publication number: DE102006011304A1
Application number: DE200610011304
Authority: DE
Inventors: Holger Dipl.-Ing. Steinwender
Original assignee: Thielenhaus Technologies GmbH
Current assignee: Thielenhaus Technologies GmbH
Priority date: 2006-03-11
Filing date: 2006-03-11
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2026-03-12
Also published as: DE102006011304B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Finishbearbeitung eines Werkstückes, bei dem die Werkstückoberfläche mechanisch mittels eines Finishwerkzeuges abgetragen wird. Das Finishwerkzeug führt eine zur Werkstückoberfläche gerichtete Zustellbewegung aus. Die Zustellgeschwindigkeit dieser Zustellbewegung und eine Regelung der Schnittkraft werden in der folgenden Weise gesteuert: In einer mit der Werkstückberührung beginnenden ersten Bearbeitungsphase (Grobfinish) wird ein Sollwert für die Schnittkraft vorgegeben, der im Vergleich zu einer daran anschließenden zweiten Bearbeitungsphase (Fertigfinish) einen großen Materialabtrag pro Zeiteinheit ermöglicht. Die zweite Bearbeitungsphase beginnt, wenn das Werkstückaufmaß einen Wert erreicht hat, der um ein vorher definiertes Übermaß größer ist als das vorgegebene Endmaß des Enderzeugnisses. Die Vorgabewerte für die Schnittkraft folgen in der zweiten Bearbeitungsphase einer degressiven Funktion in Abhängigkeit des Werkstückabtrags, so dass die Zustellgeschwindigkeit während des Fertigfinishens degressiv abnimmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Finishbearbeitung eines Werkstücks, bei dem die Werkstückoberfläche mechanisch mittels eines Finishwerkzeuges abgetragen wird.
Durch eine Finishbearbeitung werden Maßabweichungen und Unrundheiten eines Werkstückes beseitigt. Gleichzeitig wird eine Werkstückoberfläche, die sich durch eine hohe Oberflächengüte auszeichnet, angestrebt. Unter den Begriff "Finishbearbeitung" fallen insbesondere die Verfahren Feinschleifen und Honen. Als Finishwerkzeuge sind beispielsweise Schleifbänder, Honsteine, rotierende Topfscheiben und dergleichen einsetzbar. Die Auswahl des geeigneten Finishwerkzeuges richtet sich nach dem zu bearbeitenden Werkstück. Als Werkstücke kommen beispielsweise Wellen, Nocken- und Kurbelwellen, Ringe, Körper mit komplexen Strukturen und dergleichen in Betracht.
Wenn das Verfahren zur Finishbearbeitung von Serienteilen eingesetzt wird, ist eine kurze Bearbeitungszeit anzustreben. Gleichzeitig müssen aber auch eine hohe Oberflächengüte und gute Maßhaltigkeit der bearbeiteten Erzeugnisse gewährleistet werden. Das gleichzeitige Einhalten aller dieser Kriterien ist schwierig, denn eine kurze Bearbeitungszeit erfordert eine hohe Schnittleistung, während die Anforderungen an Maßhaltigkeit und Oberflächengüte der bearbeiteten Werkstückoberfläche nur dann erfüllt werden könnten, wenn mit einer geringen Schnittkraft gearbeitet wird. Im Rahmen der aus der Praxis bekannten Maßnahmen werden bei der Finishbearbeitung von Serienteilen Toleranzen von ca. 5 μm in Kauf genommen. Es besteht der Wunsch, die Maßtoleranz zu reduzieren.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein für die Serienfertigung geeignetes Verfahren zur Finishbearbeitung anzugeben, welches eine kurze Bearbeitungszeit ermöglicht und zur Bearbeitung von Werkstücken geeignet ist, an die hohe Anforderungen an Maßhaltigkeit und Oberflächengüte gestellt werden.

Gegenstand der Erfindung und Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren zur Finishbearbeitung eines Werkstücks, bei dem die Werkstückoberfläche mittels eines Finishwerkzeuges abgetragen wird, wobei das Finishwerkzeug eine zur Werkstückoberfläche gerichtete Zustellbewegung ausführt und dabei die Schnittkraft des Finishwerkzeugs und das sich in Folge des Materialabtrags ändernde Werkstückaufmaß gemessen werden und wobei die Zustellgeschwindigkeit der Zustellbewegung und eine Regelung der Schnittkraft in der folgenden Weise gesteuert werden:

a) In einer mit der Werkstückberührung beginnenden ersten Bearbeitungsphase (Grobfinish) wird ein Sollwert für die Schnittkraft vorgegeben, der im Vergleich zu einer daran anschließenden zweiten Bearbeitungsphase (Fertigfinish) einen großen Materialabtrag pro Zeiteinheit ermöglicht;
b) die zweite Bearbeitungsphase (Fertigfinish) beginnt, wenn das Werkstückaufmaß einen Wert erreicht hat, der um ein vorher definiertes Übermaß größer ist als das vorgegebene Endmaß des Enderzeugnisses;
c) die Vorgabewerte für die Schnittkraft folgen in der zweiten Bearbeitungsphase einer degressiven Funktion in Abhängigkeit des Werkstückabtrags, wobei die Zustellgeschwindigkeit während des Fertigfinishens degressiv abnimmt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Finishbearbeitung in verschiedene Bearbeitungsphasen aufgeteilt. In einer ersten Bearbeitungsphase, der Schrupp-Bearbeitungsphase, erfolgt ein Grobfinish zur Beseitigung des größten Teils des Aufmaßes und von Unrundheiten und Maßabweichungen. Für die Grobfinishbearbeitung in der ersten Bearbeitungsphase wird auf der Basis von Erfahrungswerten eine möglichst große Schnittkraft vorgegeben, um durch einen möglichst großen Materialabtrag pro Zeit die Finishzeit zu minimieren. Sobald das Werkstück an der bearbeiteten Fläche ein vorher festgelegtes Aufmaß erreicht hat, das sich von dem Fertigmaß nur noch wenig unterscheidet, ist die erste Bearbeitungsphase beendet und wird in die zweite Bearbeitungsphase umgeschaltet. Die zweite Bearbeitungsphase ist ausgelegt für ein Fertigfinish. Hier wird die Schnittkraft in Abhängigkeit des Materialabtrags nach einer degressiven Funktion reduziert. In dem Maße, in dem die Schnittkraft kleiner wird, nimmt auch die Zustellgeschwindigkeit ab. Die Finishbearbeitung wird beendet, wenn das Werkstückaufmaß dem vorgegebenen Aufmaß des Enderzeugnisses entspricht. Die zweite Bearbeitungsphase (Fertigfinish) ist auf den Punkt fokussiert, an dem die Werkstückabmessungen den Abmessungen des Fertigerzeugnisses entsprechen. Je näher sich das Werkstückaufmaß dem Endmaß annähert, um so geringer wird die Zustellgeschwindigkeit und desto kleiner wird der Materialabtrag pro Zeit. Die abnehmende Schnittkraft wirkt sich positiv auf die Oberflächengüte der bearbeiteten Fläche aus. Aufgrund des immer kleiner werdenden Materialabtrags pro Zeit kann das gewünschte Fertigmaß präzisionsgenau erreicht werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, die Toleranzen auf 1 μm zu reduzieren. Schnittkraft ist die Kraft, die sich an dem Mikrofinishwerkzeug während des Materialabtrags einstellt. Bei der Bearbeitung zylindrischer Werkstücke weist die Schnittkraft eine Komponente in Umfangsrichtung des Werkstückes sowie eine Kraftkomponente in Werkstück-längsrichtung auf. Die Schnittkraft ist proportional zur Andruckkraft des Finishwerkzeuges, mit der das Finishwerkzeug in Folge einer Zustellbewegung gegen die Werkstückoberfläche gedrückt wird. Bei der praktischen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Andruckkraft auch als Maß für die Schnittkraft verwendet werden.

Eine zweckmäßige Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Werkstückberührung des zunächst mit einer Anfahrgeschwindigkeit auf das zu bearbeitende Werkstück zubewegten Finishwerkzeuges detektiert wird und dass die Zustellbewegung des Finishwerkzeuges danach mit einer für das Grobfinish geeigneten geringeren Zustellgeschwindigkeit fortgesetzt wird, die durch die Schnittkraftregelung dann gesteuert wird. Vorzugsweise vergleicht die Schnittkraftregelung die gemessene Schnittkraft mit einem oberen und einem unteren Kraftgrenzwert. Erreicht die Schnittkraft den oberen Kraftgrenzwert, wird die Zustellgeschwindigkeit reduziert. Erreicht die Schnittkraft den unteren Kraftgrenzwert, wird die Zustellgeschwindigkeit vergrößert.

In der zweiten Bearbeitungsphase (Fertigfinish) werden die Vorgabewerte für die Schnittkraft nach einer degressiven Funktion bestimmt, welche die Schnittkraft in Abhängigkeit des Materialabtrags festlegt. Als Anfangswert wird vorzugsweise die bei Beendigung der ersten Bearbeitungsphase aktuelle Schnittkraft verwendet. Als Endwert wird ein Vorgabewert eingesetzt, der abhängig ist von der gewünschten Oberflächengüte und der gewünschten Maßhaltigkeit der bearbeiteten Werkstückoberfläche. Der Vorgabewert für den Endwert beruht auf Erfahrungswerten oder kann anhand weniger orientierender Versuche ermittelt werden.

Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Die einzige Figur zeigt ein Weg/Zeitdiagramm. Dargestellt sind die Zustellbewegung des Werkzeuges bis zur Berührung des Werkstückes und danach während des Materialabtrags in Abhängigkeit der Finishzeit.

Dem in der einzigen Figur dargestellten Diagramm liegt ein Verfahren zur Finishbearbeitung eines Werkstückes zugrunde, bei dem die Werkstückoberfläche mechanisch mittels eines Finishwerkzeuges abgetragen wird. Zunächst wird das Finishwerkzeug mit einer Anfahrgeschwindigkeit V_o auf das zu bearbeitende Werkstück zubewegt, dessen Oberfläche durch die Linie 1 dargestellt ist. Die Werkstückberührung an der Stelle 2 wird detektiert. Das Werkstückaufmaß des noch unbearbeiteten Werkstücks 1 ist um ein Maß X_o größer als das gewünschte und durch die Kontur 3 angedeutete Aufmaß des Fertigerzeugnisses. Das Übermaß X_o wird nunmehr mechanisch mittels des Finishwerkzeuges abgetragen. Dabei werden die Schnittkraft des Finishwerkzeuges und das sich in Folge des Materialabtrags ändernde Werkstückaufmaß X gemessen. Die Geschwindigkeit der Zustellbewegung wird in Abhängigkeit der Schnittkraft in der folgenden Weise gesteuert.
In einer mit der Werkstückberührung 2 beginnenden ersten Bearbeitungsphase A wird ein Sollwert für die Schnittkraft vorgegeben, der im Vergleich zu einer daran anschließenden zweiten Bearbeitungsphase B einen großen Materialabtrag pro Zeiteinheit ermöglicht. In der ersten Bearbeitungsphase A erfolgt ein Grobfinish. Für die Werkzeugzustellung wird zunächst nach Erfahrungswerten eine Zustellgeschwindigkeit V₁ eingestellt, die zwischen einer maximalen Zustellgeschwindigkeit V_max und einer minimalen Zustellgeschwindigkeit V_min liegt. Die Schnittkraftregelung vergleicht die gemessene Schnittkraft mit einem oberen und einem unteren Kraftgrenzwert. Sobald die Schnittkraft beispielsweise am Punkt 4 den oberen Kraftgrenzwert erreicht, wird die Zustellgeschwindigkeit reduziert, und zwar im Ausführungsbeispiel auf die minimale Zustellgeschwindigkeit V_min. Sobald der untere Kraftgrenzwert (beispielsweise am Punkt 5) erreicht wird, wird die Zustellgeschwindigkeit wieder vergrößert. Im Ausführungsbeispiel wird die maximale Zustellgeschwindigkeit V_max eingestellt.
Die zweite Bearbeitungsphase B beginnt, wenn das Werkstückaufmaß X einen Wert erreicht hat, der um ein vorher definiertes Übermaß X₁ größer ist als das vorgegebene Endmaß des Enderzeugnisses 3. In der zweiten Bearbeitungsphase B erfolgt ein Fertigfinish. Die Vorgabewerte für die Schnittkraft folgen in der zweiten Bearbeitungsphase einer degressiven Funktion in Abhängigkeit des Werkstückabtrags, so dass die Zustellgeschwindigkeit V₂ während des Fertigfinishens degressiv abnimmt. Als Anfangswert wird die bei Beendigung der ersten Bearbeitungsphase A aktuelle Schnittkraft verwendet. Die Zustellgeschwindigkeit V₂ bei Beginn der zweiten Bearbeitungsphase entspricht damit der Zustellgeschwindigkeit, die sich in der ersten Bearbeitungsphase eingestellt hat. Sie sinkt dann in einem degressiven Verlauf bis auf einen Endwert ab, dem eine entsprechend niedrige Schnittkraft zugeordnet ist. Für den Schnittkraftendwert wird ein Vorgabewert eingesetzt, der abhängig ist von der gewünschten Oberflächengüte und der gewünschten Maßhaltigkeit der bearbeiteten Werkstückoberfläche 3. Die Bearbeitung wird beendet, wenn das Werkstückaufmaß dem vorgegebenen Aufmaß des Enderzeugnisses 3 entspricht. Somit ist die zweite Bearbeitungsphase fokussiert auf den Punkt 6, an dem das Werkstückaufmaß dem vorgegebenen Fertigmaß entspricht.

Claims

Verfahren zur Finishbearbeitung eines Werkstücks, bei dem die Werkstückoberfläche mechanisch mittels eines Finishwerkzeuges abgetragen wird, wobei das Finishwerkzeug eine zur Werkstückoberfläche gerichtete Zustellbewegung ausführt und dabei die Schnittkraft des Finishwerkzeugs und das sich in Folge des Materialabtrags ändernde Werkstückaufmaß gemessen werden und wobei die Zustellgeschwindigkeit der Zustellbewegung und eine Regelung der Schnittkraft in der folgenden Weise gesteuert werden: a) In einer mit der Werkstückberührung beginnenden ersten Bearbeitungsphase (Grobfinish) wird ein Sollwert für die Schnittkraft vorgegeben, der im Vergleich zu einer daran anschließenden zweiten Bearbeitungsphase (Fertigfinish) einen großen Materialabtrag pro Zeiteinheit ermöglicht; b) die zweite Bearbeitungsphase (Fertigfinish) beginnt, wenn das Werkstückaufmaß einen Wert erreicht hat, der um ein vorher definiertes Übermaß größer ist als das vorgegebene Endmaß des Enderzeugnisses; c) die Vorgabewerte für die Schnittkraft folgen in der zweiten Bearbeitungsphase einer degressiven Funktion in Abhängigkeit des Werkstückabtrags, so dass die Zustellgeschwindigkeit während des Fertigfinishens degressiv abnimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Werkstückberührung des zunächst mit einer Anfahrgeschwindigkeit auf das zu bearbeitende Werkstück zubewegten Finishwerkzeuges detektiert wird und wobei die Zustellbewegung des Finishwerkzeuges danach mit einer für das Grobfinish geeigneten geringeren Zustellgeschwindigkeit fortgesetzt wird, die durch die Schnittkraftregelung dann gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Schnittkraftregelung die gemessene Schnittkraft mit einem oberen und einem unteren Haftgrenzwert vergleicht und wobei die Zustellgeschwindigkeit bei Erreichen des oberen Kraftgrenzwertes reduziert und bei Erreichen des unteren Kraftgrenzwertes vergrößert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Vorgabewerte für die Schnittkraft in der zweiten Bearbeitungsphase nach einer degressiven Funktion bestimmt werden, welche die Schnittkraft in Abhängigkeit des Materialabtrags festlegt, wobei als Anfangswert die bei Beendigung der ersten Bearbeitungsphase aktuelle Schnittkraft verwendet wird und wobei als Endwert ein Vorgabewert eingesetzt wird, der abhängig ist von der gewünschten Oberflächengüte und der gewünschten Maßhaltigkeit der bearbeiteten Werkstückoberfläche.