-
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Oberflächenbearbeitung von Werkstücken, insbesondere
von metallischen oder keramischen Werkstücken, mit einer Spindeleinheit
mit einer über
einen Spindelantrieb rotierend antreibbaren Werkzeugspindel, an
welcher ein auf das Werkstück
arbeitendes Werkzeug befestigbar ist, und mit einer Vorschubeinrichtung
für die
Spindeleinheit, wobei die Werkzeugspindel in der Spindeleinheit
in einem oder mehreren Radiallagern und in zumindest einem Axiallager
gelagert ist. – Oberflächenbearbeitung
meint im Rahmen der Erfindung insbesondere eine Schleifbearbeitung, eine
Finishbearbeitung oder eine Läppbearbeitung. Bei
der Finishbearbeitung handelt es sich um eine Oberflächenfeinstbearbeitung
mit vorzugsweise gegenläufig
rotierendem Werkzeug und Werkstück.
Bei den Werkstücken
der Finishbearbeitung kann es sich beispielsweise um Werkstücke für die Automobiltechnik,
z. B. Werkstücke
für Einspritzeinrichtungen
in Brennkraftmaschinen handeln. Bei den Werkzeugen für die Finishbearbeitung
kann es sich um formbare Werkzeuge, z. B. einen formbaren Stein
bzw. Honstein oder eine Topfscheibe handeln, die sowohl zur Bearbeitung
von ebenen Werkstückflächen als
auch von gekrümmten
Werkstückflächen eingesetzt
werden. Die Erfindung umfasst jedoch auch nicht formbare Werkzeuge,
z. B. in Form eines Diamant-Stiftes, welcher beispielsweise im Zuge
der Finishbearbeitung von Freiformflächen eingesetzt wird. Bei den Werkzeugen
für die
Schleifbearbeitung handelt es sich üblicherweise um Schleifscheiben
oder dergleichen.
-
Bei
der Oberflächenbearbeitung
und insbesondere Finishbearbeitung von Werkstücken sind präzise geführte Zustellbewegungen
des rotierenden Bearbeitungswerkzeuges erforderlich, um hohe Anforderungen
an die Maßhaltigkeit
und Oberflächengüte der bearbeiteten
Werkstückfläche zu erfüllen. Bei
den aus der Praxis bekannten Bearbeitungsvorrichtungen zur Finishbearbeitung
erfolgt die Einstellung der Schrägstellung
der Spindelachse und des Radialversatzes der Spindelachse zur Werkstückachse
mechanisch. Eine solche mechanische Verstellung der Werkzeugspindelachsen
durch mechanische Schrägstellung
der gesamten Spindeleinheit einschließlich Vorschubeinrichtung relativ
zu dem Maschinengestell führt
zu verhältnismäßig langen Rüstzeiten.
Aufwendige Sonderformen von Oberflächen mit sowohl hohlen bzw.
konvexen als auch balligen bzw. konkaven Oberflächen müssen bei solchen Vorrichtungen
mit mechanisch fester Schrägstellung
der Werkzeugspindelachse in zumindest zwei verschiedenen Bearbeitungsstationen
bearbeitet werden. Der Vorschub bzw. die Zustellung des Werkzeuges
erfolgt bei den aus der Praxis bekannten Vorrichtungen ausschließlich über eine üblicherweise
elektromotorisch betriebene Vorschubeinrichtung, welche die gesamte
Spindeleinheit mit der rotierend gelagerten Werkzeugspindel gegen
das Werkstück
drückt.
Die Bearbeitungsgenauigkeit der Werkstücke mit solchen Vorrichtungen
ist begrenzt. Im Übrigen
erfordern hohe Anforderungen an die Formgenauigkeit und die Rauigkeit
der Oberflächen von
Werkstücken
eine kraftgesteuerte Zustellung des Werkzeuges. Dazu sind separate
Kraftmesselemente und eine entsprechende Auswertelektronik erforderlich.
Selbst kleinste Zustellbewegungen des Werkzeuges zur Erreichung
des Sollmaßes
am Werkstück
müssen
durch den elektromotorischen Vorschubantrieb erfolgen. Eine Finishbearbeitung von
Freiformflächen
kleiner Werkstücke
ist mit den bekannten Vorrichtungen nicht befriedigend möglich. Freiformflächen sind
beispielsweise asymmetrische Sonderflächen, die über "Finite-Elemente-Methoden" berechnet werden
und insbesondere im Automobilbereich eingesetzt werden, um Werkstückverformungen
während
des Betriebes, z. B. bei Beanspruchung oder bei thermischer Belastung
zu berücksichtigen. Wegen
der asymmetrischen Oberflächenausbildung lassen
sich solche Freiformflächen
häufig
mit den bekannten Finishvorrichtungen mit mechanisch eingestellter
Spindelachse nicht oder nur unzureichend finishbearbeiten.
-
Auch
bei der Schleifbearbeitung erfolgt die Zustellung in der Praxis
mittels elektromotorisch verstellbaren Zustellschlitten.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Oberflächenbearbeitung,
insbesondere zur Finishbearbeitung oder Schleifbearbeitung von Werkstücken, insbesondere
von metallischen oder keramischen Werkstücken, zu schaffen, welche bei
kompaktem und kostengünstigem
Aufbau eine hochgenaue und flexible Bearbeitung unterschiedlichster
Werkstücke
und Oberflächen
ermöglicht.
Außerdem
soll ein geeignetes Verfahren zur hochgenauen und flexiblen Oberflächenbearbeitung angegeben
werden.
-
Zur
Lösung
dieser Aufgabe lehrt die Erfindung bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung
zur Oberflächenbearbeitung
von Werkstücken
der eingangs beschriebenen Art, dass die Radiallager und/oder das
Axiallager als einstellbare magnetische Lager mit einstellbaren
(bzw. veränderbaren)
Lagerspalten ausgebildet sind. Im Rahmen der Erfindung werden folglich
die bei Bearbeitungsvorrichtungen üblicherweise eingesetzten Wälzlager
für die
Werkzeugspindel durch (aktive) magnetische Lager mit einstellbaren
Lagerspalten bzw. Magnetspalten ersetzt. Denn magnetische Lager
zeichnen sich wegen der verschleißfreien Lagerung durch berührungsfreien
Lauf der Spindel in den Magnetlagern nicht nur durch hohe Lebensdauer
und Prozessfähigkeit
aus, vielmehr geht die Erfindung auch von der Erkenntnis aus, dass
die Oberflächenbearbeitung über einstellbare
Magnetlager aktiv beeinflusst werden kann. So besteht bei einer
Bearbeitungsvorrichtung, bei welcher die Spindelachse relativ zu
der Werkstückachse mit
einem vorgegebenen Radialversatz radial versetzt angeordnet ist,
die Möglichkeit,
dass der radiale Versatz innerhalb der Spindeleinheit mittels der
magnetischen Radiallager einstellbar ist. Es besteht zwar nach wie
vor die Möglichkeit,
den Radialversatz der Spindelachse relativ zu der Werkstückachse
im Sinne einer Voreinstellung oder Grobeinstellung mechanisch durch
Verstellung der gesamten Spindeleinheit einzustellen. Die magnetischen
Radiallager ermöglichen
dann jedoch eine Feineinstellung des Radialversatzes mit höchster Genauigkeit
und insbesondere eine Variation des Radialversatzes während des Betriebes,
so dass die Rüstzeiten
erheblich verkürzt werden
können.
Dementsprechend gelingt mittels der magnetischen Radiallager bei
einer Bearbeitungsvorrichtung, bei welcher die Spindelachse relativ
zu der Werkzeugachse mit einem vorgegebenen Anstellwinkel angestellt
ist, dass der Anstellwinkel innerhalb der Spindeleinheit mittels
der Radiallager einstellbar ist. Während zur Erzeugung eines Radialversatzes üblicherweise
ein oberes Radiallager und ein unteres Radiallager in derselben
Richtung manipuliert werden, besteht die Möglichkeit zur Variation des
Anstellwinkels lediglich eines der Radiallager zu manipulieren oder
die Radiallager in unterschiedlicher Stärke bzw. unterschiedlicher
Richtung einzustellen. Denn im Rahmen der Erfindung ist vorzugsweise
vorgesehen, dass die Spindelachse in zumindest zwei voneinander
beabstandeten Radiallagern gelagert ist, wobei der Spindelantrieb
als elektromotorischer Antrieb beispielsweise zwischen den beiden
Radiallagern angeordnet sein kann.
-
Alternativ
oder ergänzend
zu den beschriebenen einstellbaren magnetischen Radiallagern besteht
nach besonders bevorzugter Ausführungsform der
Erfindung die Möglichkeit,
dass das üblicherweise
vorhandene Axiallager als einstellbares magnetisches Axiallager
ausgebildet ist. Folglich kann der Vorschub der Werkzeugspindel
mittels dieses Axiallagers eingestellt werden. Dieses gilt sowohl
für die Finishbearbeitung
als auch für
die Schleif- oder Läppbearbeitung.
Dabei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass die Vorschubgenauigkeit über die bisher
verwendeten Vorschubantriebe, welche die gesamte Spindeleinheit
verschieben, begrenzt ist und erheblich verbessert werden kann,
wenn ergänzend
zu den herkömmlichen
Vorschubantrieben eine Feineinstellung der Zustellbewegung über das
magnetische Axiallager erfolgt. Damit gelingt eine axiale Zustellung
des Werkzeuges in kleinsten Schritten mit höchster Genauigkeit.
-
Nach
einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist eine Steuer- und/oder
Regeleinrichtung vorgesehen, welche mit den Radiallagern und/oder
mit dem Axiallager und/oder mit dem Spindelantrieb verbunden ist.
Mit dieser Steuer- und/oder
Regeleinrichtung sind der Radialversatz über die Radiallager und/oder
der Anstellwinkel über
die Radiallager und/oder der Vorschub über das Axiallager steuerbar bzw.
regelbar. Dabei sind den Radiallagern und/oder den Axiallagern (bzw.
deren Magnetspalten) jeweils zumindest ein Messwertaufnehmer (zur
Ermittlung der Spaltweiten) zugeordnet, welche vorzugsweise in diese
magnetischen Lager integriert sind und vorzugsweise die erforderlichen
Messwerte bzw. Ist-Werte für
eine exakte Steuerung und/oder Regelung bzw. für eine Überwachung liefern. Die Steuer- und/oder
Regeleinrichtung umfasst vorzugsweise einen Rechner, z. B. einen
PC und/oder eine NC-Steuerung, wobei die Steuer- und/oder Regeleinrichtung als
Maschinensteuerung sämtliche
Prozessparameter steuern bzw. regeln und überwachen kann. Bei den Parametern
handelt es sich üblicherweise
um Drehzahl des Werkstückes
und Drehzahl des Werkzeuges, Vorschubgeschwindigkeit über den
Vorschubantrieb, Vorschubweg, Vorschubkraft bzw. Andrückkraft,
Anstellwinkel, Radialversatz usw. In die Steuer- und/oder Regeleinrichtung
können
die jeweils gewünschten
Soll-Werte oder auch komplexe Bearbeitungsprogramme eingegeben werden,
da die einstellbaren magnetischen Lager ohne Umrüstung und ohne Wechsel der
Bearbeitungsstation eine hochgenaue Bearbeitung selbst aufwendiger
Werkstückformen
erlauben.
-
Ferner
ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Oberflächenbearbeitung,
z. B. Finishbearbeitung, Schleifbearbeitung oder auch zum Lappen von
Werkstücken,
insbesondere von metallischen und keramischen Werkstücken, unter
Verwendung einer Vorrichtung der beschriebenen Art. Erfindungsgemäß werden
die gewünschten
Parameter der Werkzeugspindel bzw. deren Position mittels der magnetischen
Radiallager und/oder Axiallager eingestellt und/oder während der
Bearbeitung verändert. Sofern
die Werkzeugspindel mit vorgegebenem Anstellwinkel schräg zur Werkstückachse
und/oder mit vorgegebenem Radialversatz relativ zur Werkstückachse
rotierend angetrieben wird, schlägt
die Erfindung vor, dass z. B. bei der Finishbearbeitung der Anstellwinkel
und/oder der Radialversatz mittels der Radiallager eingestellt wird.
Dabei kann es sich insbesondere um eine Feineinstellung oder auch
eine Variation der genannten Parameter während eines Bearbeitungsvorganges
handeln. Alternativ oder ergänzend
schlägt
die Erfindung z. B. bei einer Finish- oder Schleifbearbeitung vor, dass der
Vorschubweg, die Vorschubgeschwindigkeit und/oder die Vorschubkraft
bzw. Andrückkraft
des Werkzeuges mittels des Axiallagers eingestellt werden. Vorzugsweise
werden der Radialversatz und/oder der Anstellwinkel und/oder der
Vorschub (Vorschubweg, Vorschubgeschwindigkeit und/oder Vorschubkraft)
unter Berücksichtigung
von in den Radiallagern und/oder in dem Axiallager ermittelten Messwerten
gesteuert und/oder geregelt. Dabei besteht die Möglichkeit, dass in dem magnetischen
Axiallager und/oder in dem magnetischen Radiallager bzw. mit den
magnetischen Lagern zugeordneten Messwertaufnehmern Weg-Messwerte
und/oder Kraft-Messwerte ermittelt werden und dass über die
Steuer/Regeleinrichtung unter Berücksichtigung der ermittelten
Weg-Messwerte und/oder Kraft-Messwerte eine Weg-Steuerung/Regelung
oder eine Kraft-Steuerung/Regelung oder eine kombinierte Kraft-Weg-Steuerung/Regelung
erfolgt. Insofern kann ein Messwertaufnehmer, insbesondere in dem
magnetischen Axiallager mit einer Steuer/Regeleinrichtung, z. B.
einem Industrie-PC in Verbindung stehen, welche die gemessenen elektrischen
Stromwerte in dem magnetischen Axiallager in Kraftgrößen wandelt
und diese an die Weg-Steuerung weiterleitet, so dass eine kombinierte
Kraft-Weg-Steuerung bei der Bearbeitung erfolgen kann.
-
Im
Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen (Finishbearbeitungs-)Verfahrens
werden (komplexe) Werkstückoberflächen mit zumindest
einem hohlen (bzw. konvexen) Oberflächenbereich und mit zumindest
einem balligen (bzw. konkaven) Oberflächenbereich bearbeitet und
zwar vorzugsweise unter Verwendung eines formbaren Werkzeuges, z.
B. einer formbaren Topfscheibe aus z. B. Stein. Dabei schlägt die Erfindung
vor, dass zur Bearbeitung der einzelnen Oberflächenbereiche nacheinander der
Radialversatz und/oder der Anstellwinkel über die Radiallager verändert werden.
Dabei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass solche Sonderformen
im Rahmen der Erfindung in einer einzigen Bearbeitungsstation ohne
Umrüstung
bearbeitet werden können,
da durch Veränderung
des Radialversatzes und/oder des Anstellwinkels nacheinander sowohl
hohle (konvexe) als auch ballige (konkave) Oberflächenbereiche
bearbeitet werden können.
-
In
abgewandelter Ausführungsform
besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, zur Erzeugung vorgegebener
Schliffbilder in der Planfläche des
Werkstückes
der Rotation der Werkzeugachse eine orbitmäßige radiale Auslenkung zu überlagern.
-
In
weiterer Ausgestaltung erlaubt die Erfindung mit einer (Finish-)Bearbeitungsvorrichtung
mit magnetischen Radiallagern und/oder magnetischen Axiallagern
die Erzeugung oder die Bearbeitung vorgewählter oder in das Werkstück eingebrachter
Freiformflächen.
Eine solche Bearbeitung von Freiformflächen erfolgt vorzugsweise mit
einem nicht formbaren Werkzeug, z. B. mit einem Diamantstift. Dabei schlägt die Erfindung
vor, dass über
die Radiallager und/oder über
das Axiallager der Anstellwinkel, der Radialversatz und/oder der
Vorschub unter Berücksichtigung
der in den Messwertaufnehmern ermittelten Messwerten kraft- und/oder
weggesteuert (bzw. geregelt) variiert werden. Dabei geht die Erfindung von
der Erkenntnis aus, dass die einstellbaren Radial- und Axiallager
eine hochflexible (Finish-)Bearbeitung selbst komplexer Oberflächenformen
in einer einzigen Bearbeitungsstation ermöglichen, da die wesentlichen
Parameter (Anstellwinkel, Radialversatz, Vorschubkraft, Vorschubweg
und Vorschubgeschwindigkeit) in gewissen Grenzen frei vorgewählt und
exakt eingestellt werden können.
Damit lassen sich im Rahmen der Erfindung selbst hoch komplizierte
Oberflächen
bearbeiten, welche bisher bei mechanisch eingestellter Werkzeugspindelachse
einer Finishbearbeitung nicht zugänglich waren.
-
Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich Ausführungsbeispielen
darstellenden Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen
-
1 eine
erfindungsgemäße Vorrichtung zur
Finishbearbeitung in einer schematischen Seitenansicht,
-
2 einen
Ausschnitt aus dem Gegenstand nach 1 im Zuge
der Bearbeitung in einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
-
3 einen
vergrößerten Ausschnitt
aus dem Gegenstand nach 2 mit zugestelltem Werkzeug,
-
4 einen
Ausschnitt aus dem Gegenstand nach 1 in einer
abgewandelten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
-
5 einen
vergrößerten Ausschnitt
aus dem Gegenstand nach 4 mit zugestelltem Werkzeug.
-
6 eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung zur Schleifbearbeitung in einer schematischen Seitenansicht.
-
In
den 1 bis 5 ist eine Vorrichtung zur Finishbearbeitung
von Werkstücken,
insbesondere von metallischen oder keramischen Werkstücken dargestellt.
Gemäß 1 weist
eine solche Vorrichtung in ihrem grundsätzlichen Aufbau eine Spindeleinheit 1 mit
einer über
einen Spindelantrieb 2 rotierend antreibbaren Werkzeugspindel 3 auf,
an welcher ein auf das Werkstück 4 arbeitendes
Werkzeug 5 befestigt ist. Das Werkzeug 5 ist über eine Werkzeughalterung 6 an
der Werkzeugspindel 3 befestigt und rotiert um die Spindelachse 5 bzw.
Werkzeugachse. Das Werkstück 4 ist
an einer Werkstückaufnahme 7 bzw.
Werkstückhalterung
befestigt und rotiert um die Werkstückachse W. Üblicherweise rotieren Werkstück 4 und
Werkzeug 5 dabei gegenläufig.
-
Ferner
ist im Ausführungsbeispiel
eine Vorschubeinrichtung 8 für die Spindeleinheit 1 vorgesehen.
Die Vorschubrichtung 8 (bzw. Zustelleinheit) weist einen
Vorschubschlitten 9 bzw. Zustellschlitten auf, welcher über einen
Vorschubantrieb 10 bzw. Zustellantrieb an einem ortsfesten
Maschinengestell 11 verschiebbar ist. Die Spindeleinheit 1 ist über eine Spindelhalterung 12 fest
an dem Vorschubschlitten 9 angeordnet.
-
Die
Werkzeugspindel 3 ist in der Spindeleinheit 1 in
zumindest zwei Radiallagern 13a, 13b und in zumindest
einem Axiallager 14 gelagert. Die Figuren machen deutlich,
dass ein oberes und ein unteres (bzw. ein hinteres und ein vorderes)
Radiallager 13a, 13b vorgesehen sind, wobei der
Spindelantrieb 2 zwischen diesen beiden Radiallagern 13a, 13b angeordnet
ist. Bei dem Spindelantrieb 2 handelt es sich im Ausführungsbeispiel
um einen mehrpoligen Asynchronmotor.
-
Erfindungsgemäß sind nun
sowohl die Radiallager 13a, b als auch das Axiallager 14 als
magnetische Lager mit jeweils einstellbaren Lagerspalten bzw. Magnetspalten
ausgebildet. Die Lagerteile dieser magnetischen Lager werden berührungsfrei
mit Luftspalt durch magnetische Kräfte getrennt gehalten, wobei
diese magnetischen Kräfte
durch Elektromagneten erzeugt und eingestellt werden. Damit lässt sich
die Spindelachse S in den Radiallagern 13a, 13b in
radialer Richtung und in dem Axiallager 14 in axialer Richtung
in gewissen Grenzen verschieben.
-
Die
Funktionsweise der erfindungsgemäßen Finishbearbeitungsvorrichtung
soll beispielhaft anhand eines ersten Anwendungsbeispiels gemäß 2 erläutert werden. 2 zeigt
eine Bearbeitungsvorrichtung mit schräg und radial versetzt zur Werkstückachse
W angeordneter Spindeleinheit bzw. Spindelachse S. Eine solche Schrägstellung
mit Radialversatz dient in an sich bekannter Weise der Finishbearbeitung "hohler" Oberflächen mit
gegenläufig
rotierendem Werkstück 4 und
Werkzeug 5. Der Anstellwinkel α ist in den Figuren stark überzeichnet dargestellt,
er beträgt üblicherweise
deutlich weniger als 1°.
Das Werkzeug ist im Ausführungsbeispiel nach 2 als
anformbare Topfscheibe aus z. B. Stein ausgebildet. Ferner ist in 2 angedeutet, dass
sowohl der radiale Versatz V als auch der Anstellwinkel α innerhalb
der Spindeleinheit 1 mittels der beiden Radiallager 13a, 13b einstellbar
ist. Es besteht grundsätzlich
die Möglichkeit über die üblicherweise
vorhandenen mechanischen Anstelleinrichtungen (z. B. zwischen Vorschubeinheit
und Maschinengestell) eine feste Schrägstellung und einen festen
Radialversatz (vor-)einzustellen. Die erfindungsgemäßen magnetischen
Radiallager 13a, 13b ermöglichen nun aber eine exakte
Feineinstellung und insbesondere eine Variierung des Anstellwinkels α und/oder
des Radialversatzes V innerhalb der Spindeleinheit 1. Damit
gelingt nun gemäß 3 erfindungsgemäß eine Finishbearbeitung
einer komplexen Werkstückoberfläche 15 mit
einerseits einem hohlen (konvexen) Oberflächenbereich 15a und
andererseits einem balligen (konkaven) Oberflächenbereich 15b unter
Verwendung z. B. eines anformbaren Werkzeuges 5. 3 zeigt
dabei zunächst
die eingestellten Parameter für
die Bearbeitung des (zentralen) hohlen Bereiches 15a. Nach
erfolgter Bearbeitung dieses Bereiches kann dann der Radialversatz V
und/oder der Anstellwinkel α variiert
werden, so dass anschließend
eine Bearbeitung des angedeuteten äußeren (ringförmigen)
balligen Oberflächen bereichs 15b erfolgen
kann. Dieses gelingt in einer einzigen Bearbeitungsstation ohne
Umrüstung
allein über
die Radiallager 13a, 13b.
-
1 zeigt
im Übrigen,
dass die erfindungsgemäße Finishbearbeitungsvorrichtung
eine Steuer- bzw. Regeleinrichtung 16 aufweist, welche
mit den beiden Radiallagern 13a, b und mit dem Axiallager 14 und
mit dem Spindelantrieb 2 verbunden ist. Mit Hilfe dieser
Steuer- und/oder Regeleinrichtung 16, welche mehrere Regler-Module 17 aufweist,
lassen sich zunächst
einmal der Radialversatz V als auch der Anstellwinkel α exakt einstellen.
Dabei sind den Radiallagern 13a, 13b und dem Axiallager 14 jeweils
zumindest ein Messwertaufnehmer 18, 19 zugeordnet,
wobei diese Messwertaufnehmer vorzugsweise in die magnetischen Lager
integriert sind.
-
Da
nicht nur die Radiallager 13a, 13b, sondern auch
das Axiallager 14 als magnetische Lager ausgebildet sind,
besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass auch der Vorschub
der Werkzeugspindel in axialer Richtung innerhalb der Spindeleinheit 1 mittels
des Axiallagers 14 einstellbar ist. Dieses gelingt durch
exakte Einstellung des Magnetspaltes innerhalb des Axiallagers 14,
so dass die Zustellbewegung bzw. Vorschubbewegung in gewissen Grenzen
durch Ansteuerung des Axiallagers 14 erfolgen kann. Damit
gelingt zunächst
einmal eine axiale Zustellung des Werkzeuges 5 in kleinsten
Schritten unabhängig
von der ggf. zusätzlich
vorhandenen elektromotorischen Vorschubeinrichtung 8, welche die
gesamte Spindeleinheit 1 verschiebt. Über die magnetischen Axiallager 14 lassen
sich dabei Vorschubweg, Vorschubgeschwindigkeit und insbesondere
die Vorschubkraft bzw. Andrückkraft
des Werkzeuges 5 gegen das Werkstück 4 exakt einstellen. Unter
Berücksichtigung
der integrierten Messwertaufnehmer 19 gelingt eine kraftgesteuerte
oder auch kraft- und weggesteuerte Finishbearbeitung. Die über die
Lager ermittelten Messwerte erlauben zugleich Rückschlüsse über den Zustand des Werkzeuges 5 und
einen evtl. Werkzeugbruch, so dass hier auch eine einfache und zuverlässige Überwachung erfolgen
kann, ohne dass separate Messwertaufnehmer eingesetzt werden müssen. Die
Steuer/Regeleinrichtung 16 kann als Industrie-PC ausgebildet bzw.
Bestandteil eines Industrie-PC sein, welcher mit den Messwertaufnehmern 18, 19 in
Verbindung steht. Dieser PC wandelt die in den Lagern über die Aufnehmer 18 und/oder 19 gemessenen
Stromwerte in Kraftgrößen, welche
an eine Weg-Steuerung weitergeleitet werden, so dass eine kombinierte Kraft-Weg-Steuerung/Regelung
bei der Bearbeitung erfolgen kann.
-
Eine
abgewandelte Ausführungsform
der Erfindung soll anhand der 4 und 5 erläutert werden.
Diese zeigen die Finishbearbeitung einer Freiformfläche mit
einem nicht anformbaren Werkzeug 5 in Stiftform mit beschichtetem
Schneidstoff zur Oberflächenfeinstbearbeitung,
z.B. einem Diamantstift. Da das Werkzeug 5 über die
Spindel 3 mit Hilfe der magnetischen Lager 13a,
b, 14 in gewissen Grenzen frei und vollautomatisch positionierbar
ist, besteht die Möglichkeit,
durch elektronische Ansteuerung der Lager 13a, 13b, 14 über die
Steuer- bzw. Regeleinrichtung eine exakte Positionierung des Werkzeuges
unter Berücksichtigung
der zu erzeugenden bzw. zu bearbeitenden Freiformfläche zu gewährleisten.
Dabei kann im Sinne einer Finishbearbeitung eine bereits geformte
Freiformfläche über eine
Kraftsteuerung adaptiv bearbeitet werden. Es besteht aber auch die
Möglichkeit,
dass die Freiformfläche
mit Materialabtrag unter Berücksichtigung
zuvor exakt berechneter und in die Steuer- bzw. Regeleinrichtung
eingegebener Werte bearbeitet bzw. erzeugt wird.
-
Der
in die Spindeleinheit z. B. bei der Finishbearbeitung integrierte
Spindelantrieb arbeitet mit Drehzahlen zwischen 1000 und 30000 Umdrehungen
pro Minute, z. B. 1000 bis 10000 Umdrehungen pro Minute. Dabei weist
er eine Leistung (bei 7000 Umdrehungen pro Minute) von 2 bis 3 kW,
z. B. 2,8 kW auf. Die innerhalb des Spindelantriebes über die radialen
Magnetlager erreichbare Auslenkung der Spindelachse, d. h. die Variation
des radialen Versatzes V der Spindelachse über die Magnetlager, beträgt vorzugsweise
bis zu 0,3 mm, z. B. bis zu 0,2 mm. Es kann jedoch auch mit lediglich
einer Variation des Radialversatzes von maximal 0,1 mm gearbeitet werden.
Insgesamt kann der radiale Versatz aber auch deutlich größer sein,
da nach wie vor die Möglichkeit
besteht, den radialen Versatz mechanisch "voreinzustellen", so dass dann über die Magnetlager nur noch
eine Feineinstellung und/oder eine Variation in den angegebenen
Grenzen erfolgt.
-
Während die 1 bis 5 eine
Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Finishbearbeitung betreffen,
zeigt 6 eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung, nämlich eine
Vorrichtung zur Schleifbearbeitung von Werkstücken. Im Ausführungsbeispiel
handelt es sich um eine Doppelseiten-Schleifmaschine für das Doppelseitenschleifen,
d. h. für
die gleichzeitige Bearbeitung verschiedener Oberflächenbereiche
eines Werkstückes 4.
Gemäß 6 weist
eine solche Doppelseiten-Schleifmaschine in ihrem grundsätzlichen
Aufbau zwei Spindeleinheiten 1 mit jeweils einer über jeweils
einen Spindelantrieb 2 rotierend antreibbaren Werkzeugspindel 3 auf,
an welcher ein auf das Werkstück 4 arbeitendes
Werkzeug 5 befestigt ist. In 6 ist dabei
lediglich eine dieser Spindeleinheiten 1 dargestellt, die
andere ist lediglich angedeutet. Das Werkzeug 5 ist als
Schleifscheibe ausgebildet und an der Werkzeugspindel 3 befestigt.
Es rotiert um die Spindelachse S bzw. Werkzeugachse. Das Werkstück 4 ist
an einer nicht dargestellten Werkstückaufnahme bzw. Werkstückhalterung
befestigt. Das Werkstück
kann ebenfalls rotieren. Dieses ist in 6 nicht
dargestellt. Für
jede der Spindeleinheiten 1 ist jeweils eine Vorschubeinrichtung 8 vorgesehen,
welche einen Vorschubschlitten bzw. Zustellschlitten 9 aufweist,
welcher über
einen Vorschubantrieb 10 bzw. Zustellantrieb an einem nicht
dargestellten ortsfesten Maschinengestell verschiebbar ist. Die
Spindeleinheit 1 kann über
eine nicht dargestellte Spindelhalterung fest an dem Vorschubschlitten 9 angeordnet
sein. Wie bereits zu den Ausführungsformen
nach 1 bis 5 erläutert, ist auch hier die Werkzeugspindel
(nämlich
Schleifspindel 3) in der Spindeleinheit 1 in zumindest
zwei Radiallagern 13a, 13b und in zumindest einem
Axiallager 14 gelagert. Dabei ist ein vorderes Radiallager 13b und
ein hinteres Radiallager 13a vorgesehen. Zwischen diesen
beiden Radiallagern 13a, 13b ist ein Axiallager 14 vorgesehen.
Sowohl die Radiallager 13a, 13b als auch das Axiallager 14 sind
als magnetische Lager mit jeweils einstellbaren Lagerspalten bzw.
Magnetspalten ausgebildet. Die Erläuterungen zu den 1 bis 5 gelten
hier entsprechend. Mit Hilfe der Radiallager lässt sich hier die Spindelachse S
in radialer Richtung verschieben oder auch verkippen. Mit Hilfe
des Axiallagers 14 gelingt insbesondere eine besonders
exakte Zustellbewegung bzw. Vorschubbewegung entlang der Spindelachse.
Die zu den 1 bis 5 beschriebenen
Einstellmöglichkeiten
sowie die Möglichkeiten
einer Steuerung/Regelung bestehen bei der dargestellten Schleifbearbeitungsmaschine
in gleicher Weise. Die erforderlichen Parameter sind an die Anforderungen
bzw. Gegebenheiten des Schleifprozesses anzupassen.