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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entgraten eines Werkstücks mittels
eines Werkzeugs, wobei das Werkzeug in Richtung auf das Werkstück bewegt
und mit diesem zum Entgraten in Kontakt gebracht wird. Die Erfindung
ist ferner gerichtet auf eine Vorrichtung zum Entgraten eines Werkstücks, mit
einem Werkzeug, das über
eine Pendelachse schwenkbar gelagert und in Richtung auf das Werkstück bewegbar
ist.
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Werkstücke müssen nach
ihrer Herstellung häufig
entgratet werden. Hierzu sind verschiedene Verfahren bekannt.
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Die
Erfindung findet insbesondere Anwendung bei Zahnrädern. Es
sei jedoch an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass mit der Erfindung
die Bearbeitung verschiedenster Werkstücke möglich ist.
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Werkstücke wie
zum Beispiel Zahnräder werden
maschinell mittels Schleifstiften oder -scheiben, Fräsern oder
rotierenden Bürsten
entgratet. Ein bekanntes Verfahren besteht darin, das Werkstück in Drehung
zu versetzen und das Werkzeug mit dem sich drehenden Werkstück in Kontakt
zu bringen. Die Einstellung der Vorspannung wird manuell vorgenommen
und erfolgt über
eine Spiralfeder, die an der Pendelachse angreift.
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Das
bekannte Verfahren hat sich grundsätzlich bewährt und ist seit vielen Jahren
als Standard eingeführt.
Es wurde jedoch gefunden, dass das bekannte Verfahren noch verbesserungswürdig ist,
und zwar in Hinblick auf die erreichbare Bearbeitungsgeschwindigkeit
und in Bezug auf eine Neueinstellung der Vorrichtung bei einem Wechsel
der Werkstücke, die
dann erforderlich wird, wenn die Werkstücke eine andere Geometrie und/oder
einen anderen Werkstoff aufweisen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bearbeitungsgeschwindigkeiten
beim Entgratungsvorgang zu erhöhen
und nach Möglichkeit
die Stillstandzeiten der Vorrichtung während eines Werkstückwechsels
zu verkürzen.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist das gattungsgemäße Verfahren erfindungsgemäß dadurch
gekennzeichnet, dass die Vorspannung des Werkzeugs auf das Werkstück pneumatisch
eingestellt wird.
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Durch
die Erfindung sind erheblich höhere Bearbeitungsgeschwindigkeiten
möglich.
Während die
Vorspannung des Werkzeugs auf das Werkstück bisher über eine Federkraft erfolgte,
wird die Vorspannung erfindungsgemäß pneumatisch eingestellt. Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die gegenüber einer
Feder deutlich reduzierte Massenträgheit einer pneumatischen Vorspannung das
Werkstück
mit höheren
Geschwindigkeiten bearbeitet werden kann. Vorzugsweise wird der
Grad der Vorspannung über
die Höhe
des pneumatischen Drucks eingestellt.
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Ein
weiterer erheblicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die
pneumatische Einstellung der Vorspannung kürzere Stillstandzeiten bei
einem Werkstückwechsel
gestattet. Während
es bei dem bekannten Verfahren erforderlich war, die Vorspannkraft
auf das Werkstück
manuell einzustellen, kann die pneumatische Einstellung der Vorspannkraft
besonders einfach programmiert und spezifische Werte elektronisch
hinterlegt werden. Bei einem Gattungswechsel der Werkstücke können die
spezifischen Bearbeitungsparameter einfach wieder abgerufen werden.
Einer manuellen Federeinstellung bedarf es erfindungsgemäß nicht
mehr.
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Grundsätzlich kann
die Zustellung des Werkzeugs auf das Werkstück und die Vorspannung als zwei
unterschiedliche Abläufe
aufgefasst werden. So ist es im Rahmen der Erfindung beispielsweise
möglich,
die Zustellung nicht-pneumatisch, also zum Beispiel elektronisch
vorzunehmen und lediglich die Vorspannung pneumatisch einzustellen.
Als besonders vorteilhaft wird es jedoch angesehen, wenn auch die Zustellung
des Werkzeugs pneumatisch erfolgt, wie es in Weiterbildung der Erfindung
vorgeschlagen wird. Die pneumatische Steuerung der Zustellung und
die ebenfalls pneumatische Einstellung der Vorspannkraft gestatten
eine besonders einfache und zügige
Bearbeitung.
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Dabei
kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Einstellung der Vorspannung
und/oder die Zustellung stufenlos erfolgt.
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Vorteilhafterweise
erfolgt die Vorspannung und/oder die Zustellung über ein pneumatisch angetriebenes
Bauelement, dessen Länge
in Abhängigkeit
des Innendrucks verändert
wird. Je höher
die Innendruck des Bauelements, desto kürzer wird das Bauelement, oder
umgekehrt. Das Bauelement und das Werkzeug sind also derart miteinander
gekoppelt, dass eine Änderung
des pneumatischen Drucks zu einer Längenänderung des Bauelements und
die Längenänderung
zu einer Änderung
der Lage des Werkstücks
(Zustellung) und/oder Änderung
der Vorspannkraft führt.
Insoweit wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn die Längenänderung
des Bauelements eine Schwenkbewegung des Werkzeugs bewirkt.
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In
konkreter Ausgestaltung ist das Bauelement als eine Art Schlauchabschnitt
ausgebildet, der sich in Abhängigkeit
von seinem Innendruck verkürzt oder
verlängert.
Die Höhe
des Drucks bei der Einstellung der Vorspannkraft ist proportional
zu der Kontaktkraft zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück.
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Eine
wesentliche Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass die Werte für die
Vorspannung und/oder die Zustellung für eine Art von Werkstück gespeichert
und für
eine spätere
Bearbeitung der gleichen Art von Werkstück wieder abgerufen werden.
Jeder Werkstückart
können
also individuelle Parameter zugeordnet werden, die als elektronische
Daten gespeichert werden und bei Bedarf aufrufbar sind.
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Die
gattungsgemäße Vorrichtung
ist zur Lösung
der eingangs genannten Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorspannung des Werkzeugs auf das Werkstück pneumatisch einstellbar
ist. Es wurde überraschend
gefunden, dass eine pneumatische Vorspannung hervorragende Eigenschaften
in Bezug auf die Abfederung des Werkzeugs aufweist. Dies kommt vor
allem dann zum Tragen, wenn nicht-rotationssymmetrische Werkstücke bearbeitet
werden müssen.
Bei Zahnrädern
beispielsweise bewirkt jeder Zahn ein „Pendeln" des Werkzeugs, wobei bekannte Werkzeugmaschinen
mit einer Federvorspannung zwar zuverlässig arbeiten, ihnen jedoch
in Hinblick auf die Bearbeitungsgeschwindigkeit Grenzen gesetzt
sind. Bei der pneumatischen Vorspannung hingegen können deutlich höhere Bearbeitungsgeschwindigkeiten
gefahren werden.
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Wie
bereits zuvor beschrieben, kann vorteilhafterweise vorgesehen sein,
dass auch die Zustellung des Werkzeugs pneumatisch erfolgt.
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Vorzugsweise
erfolgt die Vorspannung und/oder die Zustellung über ein pneumatisch angetriebenes
Bauelement, dessen Länge
in Abhängigkeit
des Innendrucks veränderbar
ist. Das Bauelement wird also mit Druckluft versorgt. Eine Änderung des
pneumatischen Drucks führt
zu einer Längenänderung
des Bauelements.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird
die Längenänderung des
pneumatischen Bauelements in eine Schwenkbewegung des Werkzeugs
umgewandelt. In diesem Zusammenhang wird vorgeschlagen, dass die
Längenänderung
orthogonal zu der Pendelachse erfolgt.
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Bei
der Einstellung der Vorspannung (und ggf. bei der Zustellung) des
Werkzeugs muss sichergestellt werden, dass die Kraft des Bauelements
sicher übertragen
wird. Insoweit hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass das pneumatisch
angetriebene Bauelement mit seinem einen Ende an einem hinteren
Festlager festgelegt und mit seinem anderen Ende über einen
Abstandshalter mit der Pendelachse verbunden ist. Eine Längenänderung
des Bauelements führt
also zu einer Schwenkbewegung des Werkzeugs, wie auch bereits zuvor
ausgeführt.
Umgekehrt wird eine Pendelbewegung des Werkzeugs über den
Abstandshalter auf die Pendelachse übertragen und von dort aus
auf das pneumatisch angetriebene Bauelement, das vorgespannt ist
und die Pendelbewegung abdämpft.
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Zweckmäßig weist
der Abstandshalter mehrere Einstellmöglichkeiten zum Einstellen
des Abstands zur Pendelachse auf. Insbesondere können die Einstellmöglichkeiten
als Festlegepunkte ausgebildet werden, die einen unterschiedlichen
Abstand zu der Pendelachse aufweisen. Mit einer derartigen Konstruktion
können
unterschiedliche Winkelwege eingestellt werden. Greift das Bauelement
achsnah an dem Abstandshalter an, sind die Winkelwege bei gleicher
Längenänderung
des Bauelements gegenüber
einer achsfernen Festlegung größer. Auch
das auf die Pendelachse aufbringbare Drehmoment nimmt mit zunehmenden
Abstand von der Pendelachse zu.
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Grundsätzlich können sowohl
die Zustellung des Werkzeugs als auch die Einstellung der Vorspannung über dasselbe
Bauelement erfolgen. In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen,
dass eine Haupt-Zustellung über
das hintere Festlager erfolgt. Hierzu ist das hintere Festlager
vorzugsweise bewegbar ausgebildet.
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Das
pneumatische Bauelement bleibt bei der Haupt-Zustellung (Grobeinstellung)
zunächst
ohne Druckbeaufschlagung. Die Fein-Zustellung und die Einstellung
der Vorspannung erfolgen dann über
das pneumatische Bauelement. Im Rahmen der Erfindung liegt es, dass
auch die Zustellung des Werkzeugs pneumatisch erfolgt, wobei die
Zustellung eine Fein- und/oder
Haupt-Zustellung sein kann. Bevorzugt wird die Haupteinstellung über das
hintere Festlager, weil dadurch das pneumatische Bauelement unbelastet
bleibt und insoweit bei der Vorspannung die gesamte Bandbreite der
Vorspannkraft zur Verfügung
steht.
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Zur
Bewegung des hinteren Festlagers kommen verschiedene Antriebe in
Betracht. Insbesondere kann die Verstellung manuell oder motorisch
erfolgen. Alternativ kann ein weiteres pneumatisch angetriebenes
Bauelement vorgesehen sein, das seinerseits an einem hinteren stationären Festlager
festgelegt ist. Neben dem pneumatisch angetriebenen Bauelement,
das eine stufenlose Zustellung ermöglicht, ist auch ein pneumatischer
Zylinder möglich,
der zwischen zwei Endstellungen hin- und herbewegt werden kann.
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Bei
der Zustellung des Werkzeugs in Richtung auf das Werkstück ist ein
korrekter Anstellwinkel des Werkzeugs besonders wichtig. Insoweit
ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Pendelachse
geneigt werden kann. Zweckmäßig erfolgt
die Neigung der Pendelachse um die Längsachse des pneumatischen
Bauelements.
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Die
Bearbeitungsparameter für
eine saubere Entgratung wird der Benutzer aus Erfahrungswerten ableiten,
die ggf. gespeichert worden und abrufbar sind. Zur Aufnahme des
Ist-Zustands der Bearbeitung ist zweckmäßig ein Sensor zur Erfassung
des Winkels der Pendelachse vorgesehen. Der Sensor ist beispielsweise
in ein Pendelkopfgehäuse
integriert und ermöglicht
eine Überwachung
des Entgratungsvorgangs.
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Eine
in wirtschaftlicher Hinsicht interessante Variante der Erfindung
sieht vor, dass das Werkzeug pneumatisch angetrieben ist. Auf diese
Weise kann die ohnehin vorhandene Drucklufteinrichtung nicht nur
zur Aufbringung der Vorspannung (und ggf. Zustellung) des Werkzeugs
sondern zusätzlich
auch für den
eigentlichen Antrieb der Werkzeugspindel eingesetzt werden.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
im Zusammenhang mit der anhängenden
Zeichnung näher
erläutert.
Die Zeichnung zeigt in:
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1 in
schematischer Darstellung eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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2 in
schematischer Darstellung eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel
nach 1; und
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3 das
Ausführungsbeispiel
nach 1 in der Seitenansicht, wobei die Vorrichtung
aufgeschnitten und ohne Schwenkarm dargestellt ist.
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1 zeigt
eine schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Entgraten eines Werkstücks,
das vorliegend als Zahnrad 1 dargestellt ist. Das Zahnrad 1 weist
nach seiner Herstellung im Bereich der Zähne 2 einen Grat auf,
der für einen
späteren
sauberen Lauf des Zahnrads entfernt werden muss. Dies erfolgt mittels
der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Die
Vorrichtung weist ein rotierendes Werkzeug 3 auf, mit dem
die Zähne 2 (und
Zahnlücken) des
Zahnrads bearbeitet werden. Das Werkzeug ist als Schaftfräser ausgebildet,
kann aber verschiedene Formen aufweisen. Das Werkzeug 3 sitzt
in einer Werkzeugaufnahme 4, die Bestandteil einer Antriebsspindel 5 ist.
Die Antriebsspindel 5 ist in einer Halterung 6 festgelegt.
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Die
Antriebsspindel 5 ist um eine Pendelachse 7 schwenkbar
angeordnet, und zwar in Richtung des Doppelpfeils P1. Hierzu ist
die Antriebsspindel 5 über
die Halterung 6 mit der Pendelachse 7 drehfest (vorzugsweise
lösbar)
verbunden. Durch die Schwenkbewegung ist das Werkzeug 3 in
Richtung auf Werkstück 1 zustellbar,
wobei an dieser Stelle darauf hingewiesen sei, dass vorzugsweise
auch eine lineare Zustellung des Werkzeugs 3 vorgenommen
werden kann, und zwar in Richtung des Pfeils P2. Die Vorspannung
des Werkzeugs 3 auf das Werkstück 1 wird bei dem
gezeigten Ausführungsbeispiel über die
Schwenkbewegung in Richtung des Pfeils P1 eingestellt.
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Es
wird auf 2 Bezug genommen, die eine Draufsicht
auf das Ausführungsbeispiel
gemäß 1 zeigt.
Das Zahnrad 1 wird zur Entgratung durch eine (nicht gezeigte)
Antriebseinrichtung in Richtung des Pfeils P3 gedreht.
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Durch
die Rotation des Zahnrades 1 wird das Werkzeug 3 in
eine Pendelbewegung in Richtung des Pfeils P1 (siehe 1)
versetzt. Von wesentlicher Bedeutung für die Qualität der Entgratung
ist dabei die Höhe
der Vorspannkraft des Werkzeugs 3 auf das Zahnrad 1.
Ursprünglich
wurde die Vorspannung manuell über
eine Feder eingestellt. Erfindungsgemäß hingegen wird die Vorspannung
pneumatisch eingestellt. Das Werkzeug wird also pneumatisch beaufschlagt
und auf das Zahnrad 3 gedrückt.
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Vorteilhafterweise
bestimmt die Höhe
des Luftdrucks die Höhe
der Vorspannkraft.
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3 zeigt
das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel
in einer aufgeschnittenen Seitenansicht. In dieser Ansicht sind
aus Übersichtsgründen die
Antriebsspindel 5 mit der Werkzeugaufnahme 4 und
dem Werkzeug 3 sowie die Spindelhalterung 6 weggelassen.
Das Gehäuse 8 ist
aufgeschnitten.
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In
dem Gehäuse 8 ist
ein pneumatisch angetriebenes Bauelement 9 angeordnet,
das auf einer Seite an einem (hinteren) Festlager 10 festgelegt
und auf der anderen Seite mit einem Abstandshalter 11 verbunden
ist. Das Festlager 10 ist während des Entgratungsvorgangs
stationär
und kann zur Voreinstellung über
eine Einstellvorrichtung 12 in Längsrichtung verstellt werden,
wie es durch den Doppelpfeil P4 angedeutet ist.
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Der
Abstandshalter 11 ist mit der Pendelachse 7 drehfest
gekoppelt, und zwar derart, dass eine Längenänderung des pneumatischen Bauelements 9 zu
einem Verschwenken des Abstandshalters um die Achse 7 und
damit zu einer Schwenkbewegung der ebenfalls mit der Pendelachse 7 gekoppelten
Antriebsspindel 5 (2) führt.
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Das
pneumatisch angetriebene Bauelement 9 ist schlauchartig
ausgebildet und wird über
ein (nicht gezeigtes) Proportionalventil mit Druckluft aus einer
Druckluftquelle versorgt. Eine Änderung
des Luftdrucks führt
zu einer Längenänderung
des Bauelements 9. Die Längenänderung kann dabei in Abhängigkeit
des Drucks kontinuierlich erfolgen. Das gezeigte Bauelement 9 ist
derart ausgebildet, dass sich durch Druckbeaufschlagung des Bauelements der
Schlauch vorzugsweise im Wesentlichen zylinderförmig radial ausbreitet und
sich dadurch verkürzt. Die
Längenänderung
erfolgt (von oben gesehen) orthogonal zur Pendelachse.
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Der
erhebliche Vorteil einer pneumatischen Vorspannung liegt in einer
gewissen Nachgiebigkeit der Vorspannkraft. So kann das Werkzeug 3 mit
einer definierten Vorspannkraft auf das Zahnrad 1 vorgespannt
werden und federt (pendelt) bei einer Drehung des Zahnrades – bedingt
durch die Zähne
und Zahnlücken – zurück, ohne
den Kontakt zu dem Zahnrad zu verlieren. Als Folge sind deutlich
höhere Bearbeitungsgeschwindigkeiten
gegenüber
herkömmlichen
Lösungen
möglich.
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Die
Position des hinteren Festlagers 10 ist über die
Einstelleinrichtung 12 manuell einstellbar. Gleichermaßen möglich ist
eine elektrische Verstellung des Festlagers 10.
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Auch
ist in Weiterbildung der Erfindung an ein (nicht gezeigtes) zweites
pneumatische Bauelement gedacht, das auf der einen (hinteren) Seite
festgelegt ist und auf der anderen (vorderen) Seite an dem Festlager 10 angreift.
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Im
Rahmen des Erfindungsgedankens sind durchaus Abwandlungen möglich. So
kommt statt des schlauchartigen pneumatischen Bauelements auch eine
herkömmliche
Kolben-Zylinder-Anordnung in Frage, wenngleich sich das pneumatisch
angetriebene Bauelement bestens bewährt hat und insoweit bevorzugt
ist. Als Werkzeug wurde ein Schaftfräser beschrieben. Statt dessen
können
auch andere Werkzeuge zum Einsatz kommen, wie beispielsweise Scheiben,
Bürsten
etc. Die Werkzeugaufnahme wird man ggf. anpassen.
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- 1
- Zahnrad
- 2
- Zähne
- 3
- Werkzeug
- 4
- Werkzeugaufnahme
- 5
- Antriebsspindel
- 6
- Halterung
- 7
- Pendelachse
- 8
- Gehäuse
- 9
- Pneumatisches
Bauelement
- 10
- Hinteres
Festlager
- 11
- Abstandshalter
- 12
- Einstellvorrichtung
- P1
- Pfeil
1
- P2
- Pfeil
2
- P3
- Pfeil
3
- P4
- Pfeil
4