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Die
Erfindung betrifft eine Werkzeugvorrichtung für eine Werkzeugmaschine.
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Die
Erfindung betrifft ferner eine Werkzeugmaschine, umfassend mindestens
einen Werkzeugträger.
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Aus
der nicht vorveröffentlichten
deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2007
045 054.3 vom 13. September 2007 der gleichen Anmelderin
ist eine Werkzeugmaschine bekannt, welche einen Werkzeugträger
mit einer trägerseitigen Kühlschmierstoff-Schnittstelle
zur Versorgung eines Hon-Werkzeugs mit einem wassergemischten Kühlschmierstoff aufweist.
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Aus
der
WO 2006/136361
A1 ist ein Ventilsitz- und Ventilführungsbearbeitungswerkzeug
zur Feinbearbeitung von Ventilsitz und Ventilführung in einem
Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine bekannt. Dieses Werkzeug umfasst
mindestens zwei Teilwerkzeuge, von denen ein erstes mindestens eine
geometrisch bestimmte Schneide aufweist und der Ventilsitzbearbeitung
zugeordnet ist. Ein zweites Teilwerkzeug weist mindestens eine geometrische bestimmte
Schneide auf und ist der Ventilführungsbearbeitung zugeordnet.
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In
dem Prospekt "MAPAL/ISOTOOL, Aussteuerwerkzeuge
und Plandrehköpfe, Vorabexemplar METAV 2006" ist
ein Kegeldrehwerkzeug für Ventilsitz und Ventilführung
beschrieben, mit dem sich Ventilsitze drehen lassen und Ventildurchführungen durch
Reiben herstellen lassen. Es erfolgt dabei eine Pinolenbewegung
unabhängig von der Vorschubbewegung des Grundwerkzeugs.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugvorrichtung für
eine Werkzeugmaschine bereitzustellen, mittels welcher sich auf
einfache Weise eine Werkstückbearbeitung beispielsweise über
eine Vorschubbewegung durchführen lässt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass die Werkzeugvorrichtung mindestens eine Schnittstelle für
Fluid umfasst, mindestens eine Kolbeneinrichtung mit einer ersten
Kolbenfläche umfasst, welche in fluidwirksamer Verbindung
mit der mindestens einen Schnittstelle für Fluid steht,
und mit einer zweiten Kolbenfläche, welche der ersten Kolbenfläche
gegenüberliegt, eine Rückstelleinrichtung umfasst,
welche auf die zweite Kolbenfläche wirkt, und eine Werkstückbearbeitungseinrichtung
umfasst, welche an die mindestens eine Kolbeneinrichtung gekoppelt
ist, wobei die mindestens eine Kolbeneinrichtung durch Kraftbeaufschlagung über
das Fluid beweglich und positionierbar ist.
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Bei
der erfindungsgemäßen Lösung lässt sich
eine Werkstückbearbeitung fluidgesteuert durchführen.
Die mindestens eine Kolbeneinrichtung lässt sich fluidgesteuert
bewegen. Es lässt sich für eine Vorschubbewegung
einer Werkstückbearbeitungseinrichtung beispielsweise eine
sowieso vorhandene Schnittstelle für Kühlmittel,
Schmiermittel oder Druckluft nutzen.
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Durch
die Rückstelleinrichtung wird eine Rückstellkraft
bereitgestellt, durch welche sich eine Kolbeneinrichtung nach einer
Vorschubbewegung auf einfache Weise zurückstellen lässt.
Die Grundstellung der Kolbeneinrichtung (ohne Fluidbeaufschlagung)
wird vorzugsweise durch die Rückstelleinrichtung definiert.
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Die
Werkzeugvorrichtung lässt sich auf einfache und kompakte
Weise ausbilden. Insbesondere muss kein zusätzlicher elektrischer
Energieanschluss vorgesehen werden. Die Bewegung der Kolbeneinrichtung
kann unabhängig von der Bewegung eines Werkzeugträgers,
welcher die Werkzeugvorrichtung hält, erfolgen. Es lassen
sich an einer Werkzeugvorrichtung auch mehrere Kolbeneinrichtungen verwenden,
um beispielsweise ein Kombinationswerkzeug bereitzustellen.
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Es
ist dann möglich, beispielsweise über eine Werkzeugvorrichtung
an einem Werkstück eine Ventilführung zu bearbeiten
und einen Ventilsitz ohne Umspannung des Werkstücks zu
bearbeiten. Beispielsweise ist es auch möglich, über
ein entsprechendes Kombinationswerkzeug eine Grobbearbeitung und
eine Feinbearbeitung an einem Werkstück in der gleichen
Aufspannung durchzuführen.
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Beispielsweise
umfasst die Werkstückbearbeitungseinrichtung einen Werkzeugbereich
zum Drehen, Reiben, Bohren, Stechen, Stirnen oder Gewinden. Es lassen
sich dadurch umfangreiche Bearbeitungsvorgänge je nach
Ausbildung der Werkzeugvorrichtung durchführen. Eine entsprechende
Werkzeugmaschine und insbesondere ein Bearbeitungszentrum lässt
sich dadurch variabel einsetzen.
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Günstigerweise
ist die mindestens eine Kolbeneinrichtung linear beweglich. Dadurch
lässt sich die Werkzeugvorrichtung auf einfache Weise ausbilden.
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Vorteilhafterweise
ist eine Bewegungsachse einer Linearbeweglichkeit der mindestens
einen Kolbeneinrichtung parallel oder koaxial zu einer Rotationsachse
der Werkzeugvorrichtung als Ganzes. Dadurch lässt sich
auf einfache Weise eine Werkzeugvorrichtung mit einer internen Vorschubbeweglichkeit realisieren,
wobei die Werkzeugvorrichtung als Ganzes rotierbar ist.
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Insbesondere
sind die erste Kolbenfläche und/oder die zweite Kolbenfläche
quer und insbesondere senkrecht zu einer Bewegungsachse einer Linearbeweglichkeit
der mindestens einen Kolbeneinrichtung orientiert. Dadurch ergibt
sich eine optimierte Steuerbarkeit und insbesondere Fluidsteuerbarkeit der
Bewegung und Positionierung der Kolbeneinrichtung.
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Bei
der erfindungsgemäßen Lösung ist die Bewegung
und/oder Positionierung der mindestens einen Kolbeneinrichtung fluidgesteuert.
Es lässt sich eine sowieso vorhandene Schnittstelle für
Kühlmittel bzw. Druckluft zur Bewegung und/oder Positionierung
der mindestens einen Kolbeneinrichtung und damit eines Werkzeugbereichs,
welcher die eigentliche Werkstückbearbeitung durchführt,
realisieren.
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Die
mindestens eine Schnittstelle für Fluid ist insbesondere
eine Schnittstelle für Kühlmittel oder für
Druckluft.
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Vorteilhafterweise übt
Fluid, welches über die mindestens eine Schnittstelle für
Fluid bereitgestellt ist, eine Druckkraft zur Bewegung und Positionierung
der mindestens einen Kolbeneinrichtung aus und die Rückstelleinrichtung
stellt eine dieser Kraft entgegenwirkende Kraft bereit. Wenn beispielsweise die
Fluidbereitstellung abgeschaltet wird bzw. der Druck im Fluid reduziert
wird, dann sorgt die Rückstelleinrichtung automatisch für
eine Rückstellung.
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Günstigerweise
ist die Werkstückbearbeitungseinrichtung durch die mindestens
eine Kolbeneinrichtung beweglich. Dadurch kann ein definierter Werkstückbearbeitungsvorgang
durchgeführt werden. Beispielsweise kann eine Bearbeitung über
Reiben oder Stechen durchgeführt werden.
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Es
kann vorgesehen sein, dass die Werkstückbearbeitungseinrichtung
durch die mindestens eine Kolbeneinrichtung zustellungsbeweglich
ist. Dadurch kann beispielsweise eine Drehbearbeitung durchgeführt
werden. Dadurch lässt sich beispielsweise eine Fase an
einem Ventilsitz auf einfache Weise herstellen.
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Bei
einer Ausführungsform oder innerhalb einer Werkzeugvorrichtung
kann die Werkstückbearbeitungseinrichtung durch die mindestens
eine Kolbeneinrichtung gehalten sein. Eine Bewegung der entsprechenden
Kolbeneinrichtung äußert sich dadurch direkt in
einer entsprechenden Bewegung der Werkstückbearbeitungseinrichtung.
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Es
ist auch möglich, dass die Werkstückbearbeitungseinrichtung
durch Einwirken der mindestens einen Kolbeneinrichtung in einer
Linearbewegungsrichtung beweglich ist, welche in einem spitzen Winkel
zu einer Linearbewegungsrichtung der mindestens einen Kolbeneinrichtung
ist. In diesem Falle stellt die Kolbeneinrichtung einen direkten
Antrieb für die Werkstückbearbeitungseinrichtung
dar. Dadurch lässt sich auf einfache Weise eine Zustellungsbewegung
der Werkstückbearbeitungseinrichtung zu einer Achse der
Werkzeugvorrichtung realisieren, wobei die entsprechende Werkzeugvorrichtung
sich mit geringen Durchmesserabmessungen ausbilden lässt.
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Insbesondere
ist dann die Werkstückbearbeitungseinrichtung an einer
Führungseinrichtung gehalten oder gebildet, deren Bewegung
und Positionierung durch die mindestens eine Kolbeneinrichtung gesteuert
ist. Die Kolbeneinrichtung ist direkt fluidgesteuert beweglich und
positionierbar. Diese Bewegung und Positionierung bewirkt direkt
eine Bewegung und Positionierung der Führungseinrichtung.
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Günstigerweise
weist die Führungseinrichtung eine Rückstelleinrichtung
auf. Dadurch ist es beispielsweise möglich, dass eine Gleitführung
der Führungseinrichtung und der Kolbeneinrichtung aneinander
vorgesehen ist. Wenn die Kolbeneinrichtung zurückbewegt
wird (was grundsätzlich in einem Verlust des Kontakts resultieren
kann), dann kann die Rückstellungseinrichtung dafür
sorgen, dass die Führungseinrichtung gegen die Kolbeneinrichtung gedrückt
wird und dadurch der Gleitkontakt nicht verloren geht.
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Bei
einer konstruktiv günstigen Ausführungsform weist
die mindestens eine Kolbeneinrichtung eine erste Rampenfläche
und die Führungseinrichtung eine zweite Rampenfläche
auf, wobei die erste Rampenfläche auf die zweite Rampenfläche
wirkt und die erste Rampenfläche und die zweite Rampenfläche
in einem spitzen Winkel zu einer Linearbewegungsrichtung der mindestens
einen Kolbeneinrichtung orientiert sind. Vorzugsweise gleiten die
ersten Rampenflächen und die zweiten Rampenflächen
aneinander. Über die Rampenfläche lässt
sich eine Bewegungsrichtung verändern; die Bewegungsrichtung der
Kolbeneinrichtung lässt sich in eine Bewegungsrichtung
der Führungseinrichtung, welche in einem Winkel zu der
Bewegungsrichtung der Kolbeneinrichtung liegt, wandeln.
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Günstig
ist es, wenn die Rückstelleinrichtungen eine oder mehrere
Federn insbesondere mechanische Federn umfassen. Dadurch lässt
sich auf einfache Weise eine Rückstellung erreichen. Es
ist dadurch auch möglich, wenn die Federkraft entsprechend
gewählt wird, dass die mindestens eine Kolbeneinrichtung
automatisch in einer Ausgangsposition ist und eine aktive Fluidbeaufschlagung
notwendig ist, um eine Vorschubbewegung aus dieser Ausgangsstellung
heraus zu erreichen.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel ist ein Kombinationswerkzeug
dadurch gebildet, dass eine erste Kolbeneinrichtung vorhanden ist,
welche fluidwirksam mit einer ersten Schnittstelle für
Fluid in Verbindung steht und an welche eine erste Werkstückbearbeitungseinrichtung
gekoppelt ist, und eine zweite Kolbeneinrichtung vorhanden ist,
welche fluidwirksam mit einer zweiten Schnittstelle für
Fluid in Verbindung steht und an welche eine zweite Werkstückbearbeitungseinrichtung
gekoppelt ist. Dadurch können über die erste Werkstückbearbeitungseinrichtung und
die zweite Werkstückbearbeitungseinrichtung insbesondere
nacheinander unterschiedliche Bearbeitungsvorgänge an demselben
Werkstück durchgeführt werden. Beispielsweise
ist nacheinander eine Ventilführungsbearbeitung und eine
Ventilsitzbearbeitung an dem gleichen Werkstück möglich.
Es kann dann eine Werkstückbearbeitung in der gleichen
Aufspannung erfolgen. Die Positionsbewegungen des Werkstücks
bzw. eines Werkstückträgers lassen sich dadurch
minimieren. Dadurch kann eine zeitsparende Werkstückbearbeitung
erfolgen. Es lässt sich auch eine hohe Genauigkeit erreichen.
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Es
kann vorgesehen sein, dass die zweite Kolbeneinrichtung die erste
Kolbeneinrichtung umgibt. Dadurch lässt sich eine Werkzeugvorrichtung mit
geringen Abmessungen realisieren.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel ist die erste Werkstückbearbeitungseinrichtung
zur Bearbeitung einer Ventilführung ausgebildet und/oder
die zweite Werkstückbearbeitungseinrichtung ist zur Bearbeitung
eines Ventilsitzes ausgebildet. Beispielsweise umfasst dann die
erste Werkstückbearbeitungseinrichtung ein Reibwerkzeug
zur Feinbearbeitung von Ventilführungen. Die zweite Werkstückbearbeitungseinrichtung
umfasst eine oder mehrere geometrisch definierte Schneiden zur Drehbearbeitung
eines Ventilsitzes und insbesondere zur Herstellung von Fasen an
dem Ventilsitz.
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Der
Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine
der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche universell einsetzbar
ist.
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Diese
Aufgabe wird bei der eingangs genannten Werkzeugmaschine erfindungsgemäß dadurch
gelöst, dass diese mindestens einen Werkzeugträger
umfasst, welcher mindestens eine Schnittstelle für Fluid
umfasst und an welchem eine erfindungsgemäße Werkzeugvorrichtung
gehalten ist, wobei die mindestens eine Schnittstelle für
Fluid des mindestens einen Werkzeugträgers in fluidwirksamer
Verbindung mit der mindestens einen Schnittstelle für Fluid
der Werkzeugvorrichtung steht.
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Bei
der erfindungsgemäßen Lösung lässt sich
auf einfache Weise eine Vorschubbewegung eines Werkzeugs über
die Werkzeugvorrichtung erreichen, wobei der Antrieb der Vorschubbewegung
fluidgesteuert ist. Die Vorschubbewegung kann dadurch ohne relative
Bewegung des Werkzeugträgers und des Werkstücks
erfolgen.
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Die
erfindungsgemäße Werkzeugmaschine weist die im
Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Werkzeugvorrichtung
erwähnten Vorteile auf.
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Insbesondere
ist die mindestens eine Schnittstelle für Fluid des mindestens
einen Werkzeugträgers eine Schnittstelle für Kühlmittel, Schmiermittel
oder Druckluft.
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Vorzugsweise
ist der mindestens eine Werkzeugträger als Werkzeugspindel
ausgebildet, an welcher eine fixierte Werkzeugvorrichtung um eine
Rotationsachse rotierbar ist. Die Werkzeugvorrichtung lässt
sich dadurch als Ganzes drehen. Innerhalb der Werkzeugvorrichtung
lässt sich eine Vorschubbewegung eines Werkzeugbereichs über
eine fluidgesteuerte Kolbeneinrichtung realisieren.
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Vorzugsweise
ist der mindestens eine Werkzeugträger relativ zu einem
Werkstückträger mindestens in einer Richtung linear
beweglich.
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Eine
erfindungsgemäße Werkzeugvorrichtung und eine
erfindungsgemäße Werkzeugmaschine lassen sich
auf vorteilhafte Weise zur Bearbeitung von Ventilführungen
und Ventilsitzen verwenden.
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Die
nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung
der Erfindung. Es zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Werkzeugmaschine (ohne Arbeitsraumverkleidung);
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2 eine
schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Werkzeugvorrichtung; und
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3 eine
schematische Darstellung einer Ventilanordnung an einem Verbrennungsmotor.
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Ein
Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Werkzeugmaschine ist ein Bearbeitungszentrum. Eine Ausführungsform
eines Bearbeitungszentrums, welches in 1 in einer
Teildarstellung schematisch gezeigt und dort mit 10 bezeichnet
ist, umfasst ein Maschinenbett 12, an welchem ein Maschinengestell 14 angeordnet
ist. Das Maschinengestell 14 ist portalartig ausgebildet
und ragt in einer bezogen auf die Schwerkraftrichtung vertikalen
Richtung über das Maschinenbett 12 hinaus. An
dem Maschinengestell 14 ist eine Werkzeugträgereinrichtung 16 gehalten,
welche mindestens einen Werkzeugträger 18 umfasst.
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Bei
dem gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Werkzeugträgereinrichtung 16 einen
ersten Werkzeugträger 18a und einen zweiten Werkzeugträger 18b.
Die Werkzeugträger 18a und 18b sind dabei
als Werkzeugspindeln ausgebildet. Ein an dem jeweiligen Werkzeugträger 18a, 18b gehaltenes Werkzeug
ist um eine Rotationsachse 20a, 20b rotierbar.
Bei der Darstellung gemäß 1 liegen
die Rotationsachsen 20a, 20b parallel zueinander.
Sie sind parallel zu einer Z-Richtung orientiert, welche bei der
Darstellung gemäß 1 senkrecht
zur Zeichenebene liegt Die Z-Richtung ist bezogen auf die Schwerkraftrichtung
insbesondere eine horizontale Richtung.
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Die
Werkzeugträgereinrichtung 16 ist als Schlitten
ausgebildet, welcher an einer Schlittenführung 24 gehalten
ist und über die Schlittenführung 24 in einer
Y-Richtung (Richtung und Gegenrichtung) linear beweglich ist. Die
Y-Richtung liegt quer und insbesondere senkrecht zur Z-Richtung.
Bezogen auf die Schwerkraftrichtung ist die Y-Richtung insbesondere
eine vertikale Richtung.
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Zum
Antrieb der Bewegung des Schlittens 22 in der Y-Richtung
und zu dessen Positionierung ist dem Schlitten 22 eine
Antriebseinrichtung 26 zugeordnet. Diese kann beispielsweise
einen Kugelgewindetrieb oder einen Linearmotor umfassen.
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Der
Schlitten 22 ist selber an einem Schlitten 28 gehalten,
welcher in einer X-Richtung (Richtung und Gegenrichtung) an einer
Schlittenführung 30 linear verschieblich ist.
Zur Verschiebung und Positionierung ist ein entsprechender Antrieb
vorgesehen. Die X-Richtung ist quer und insbesondere senkrecht zu
der Y-Richtung und der Z-Richtung. Die X-Richtung ist bezogen auf
die Schwerkraftrichtung insbesondere eine horizontale Richtung.
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Die
Werkzeugträgereinrichtung 16 ist dadurch in der
X-Richtung und der Y-Richtung relativ zu dem Maschinengestell 14 beweglich.
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An
dem Maschinenbett 12 ist (mindestens) ein Werkstückträger 32 angeordnet.
Der erste Werkzeugträger 18a und der zweite Werkzeugträger 18b und
damit daran gehaltene Werkzeuge und der Werkstückträger 32 sind
in der Z-Richtung (Richtung und Gegenrichtung) relativ zueinander
beweglich. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Werkzeugträger 18a, 18b in
der Z-Richtung zur Bearbeitung eines Werkstücks nicht beweglich
und der Werkstückträger 32 ist in der
Z-Richtung verschieblich an dem Maschinenbett 12 gehalten.
Dem Werkstückträger 32 ist dazu ein Antrieb
zugeordnet. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel
sind der erste Werkzeugträger 18a und der zweite
Werkzeugträger 18b verschieblich an der Werkzeugträgereinrichtung 16 gehalten,
um eine Z-Verschieblichkeit zu ermöglichen.
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Es
ist auch möglich, eine Z-Verschieblichkeit der Werkzeugträger 18a, 18b an
der Werkzeugträgereinrichtung 16 und eine Z-Verschieblichkeit
des Werkstückträgers 32 an dem Maschinenbett 12 zu kombinieren.
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Es
kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass der Werkstückträger 32 um
eine beispielsweise vertikale Achse drehbar ist.
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Bei
dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Bearbeitungszentrum 10 eine
Lagereinrichtung 34 für Werkzeuge 36 auf,
welche oberhalb eines Arbeitsraums 38, in welchem Werkstücke
bearbeitet werden, angeordnet ist.
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Ferner
ist eine Werkzeugwechseleinrichtung 40 vorgesehen, über
welche Werkzeuge an die Werkzeugträger 18a und 18b einsetzbar
sind und von dieser entnehmbar sind.
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Das
Bearbeitungszentrum 10 kann auch nur einen einzigen Werkzeugträger
umfassen oder mehr als zwei Werkzeugträger umfassen.
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Ein
jeweiliger Werkzeugträger 18 weist eine Schnittstelle 42 zur
Fixierung einer Werkzeugvorrichtung 44 auf. Die Schnittstelle 42 ist
beispielsweise als HKS-Schnittstelle ausgebildet. Die Werkzeugvorrichtung 44 ist
als Ganzes über den entsprechenden Werkzeugträger 18 um
eine Rotationsachse 46 rotierbar.
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Ein
Werkzeugträger 18 weist ferner (mindestens) eine
Schnittstelle für Fluid auf. Unter Fluid werden hier allgemein
fließfähige Stoffe verstanden. Beispiele für
Fluide sind Kühlmittel, Schmiermittel und Druckluft. Bei
einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Werkzeugvorrichtung 44 (2) sind
eine erste Schnittstelle 48 für Fluid und eine zweite
Schnittstelle 50 für Fluid vorgesehen. Die erste
Schnittstelle 48 ist beispielsweise eine Schnittstelle
für Kühlmittel (welches auch Schmiermittelfunktion aufweisen
kann), welche über diese erste Schnittstelle 48 der
Werkzeugvorrichtung 44 bereitstellbar ist. Die zweite Schnittstelle 50 ist
beispielsweise eine Schnittstelle für Druckluft, über
welcher der Werkzeugvorrichtung 44 Druckluft bereitstellbar
ist.
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Entsprechend
weist die Werkzeugvorrichtung 44 eine erste Schnittstelle 52 für
Fluid auf und eine zweite Schnittstelle 54 für
Fluid. Die erste Schnittstelle 48 des Werkzeugträgers 18 ist
mit der ersten Schnittstelle 52 der Werkzeugvorrichtung 44 in
fluidwirksamer Verbindung verbindbar. Ferner ist die zweite Schnittstelle 50 des
Werkzeugträgers 18 an die zweite Schnittstelle 54 der
Werkzeugvorrichtung 44 koppelbar. Die erste Schnittstelle 48 und
die zweite Schnittstelle 50 sind dabei vorzugsweise so ausgebildet,
dass über sie eine Fluidsteuerung der Werkzeugvorrichtung 44 möglich
ist.
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Die
Werkzeugvorrichtung 44 weist eine Achse 56 auf,
welche bei an dem Werkzeugträger 18 fixierter
Werkzeugvorrichtung 44 koaxial mit der Rotationsachse 46 ist.
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Die
Werkzeugvorrichtung 44 umfasst eine erste Kolbeneinrichtung 58 mit
einer ersten Kolbenfläche 60 und einer der ersten
Kolbenfläche gegenüberliegenden zweiten Kolbenfläche 62.
Die erste Kolbenfläche 60 steht in fluidwirksamer
Verbindung mit der ersten Schnittstelle 52 für
Fluid. Die zweite Kolbenfläche 62 ist fluidwirksam
gegenüber dieser ersten Schnittstelle 52 getrennt.
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Vor
der ersten Kolbenfläche 60 ist ein Fluid-Verteilungsraum 64 angeordnet, über
den eine Druckbeaufschlagung der ersten Kolbenfläche 60 mit Fluid,
welches über die erste Schnittstelle 48 des Werkzeugträgers 18 bereitgestellt
wird, erfolgt. Die erste Schnittstelle 52 für
Fluid weist eine Öffnung auf, welche in den Fluidverteilungsraum 64 mündet.
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Vor
der ersten Kolbenfläche 60 ist eine Membran 66 angeordnet,
die verhindert, dass Fluid direkt die erste Kolbenfläche 60 beaufschlagen
kann.
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Die
erste Kolbeneinrichtung 58 ist an einer Führungseinrichtung 68 linear
verschieblich geführt. Eine Linearbewegungsrichtung 70 (Richtung
und Gegenrichtung) ist dabei parallel bzw. koaxial zur Achse 56 und
dadurch parallel bzw. koaxial zur Rotationsachse 46.
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Die
Führungseinrichtung 68 ist beispielsweise durch
eine Kolbenaufnahme 72 gebildet. Die Kolbenaufnahme 72 weist
dabei eine Stirnwand 74 auf, welche der ersten Kolbenfläche 60 abgewandt
ist und der zweiten Kolbenfläche 62 zugewandt
ist. Zwischen der Stirnwand 74 und der zweiten Kolbenfläche 62 ist
eine Rückstelleinrichtung 76 angeordnet, welche
eine Kraft auf die zweite Kolbenfläche 62 ausübt,
die in Richtung von der zweiten Kolbenfläche 62 zu
der ersten Kolbenfläche 60 orientiert ist und
dabei parallel zur Achse 56 orientiert ist. Fluid, welches über
die erste Schnittstelle 52 eingekoppelt wird, übt auf
die erste Kolbenfläche 60 eine Kraft aus, welche in
einer Richtung von der ersten Kolbenfläche 60 zu der
zweiten Kolbenfläche 62 parallel zur Achse 56 orientiert
ist.
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Die
Rückstelleinrichtung 76 ist insbesondere als elastische
Einrichtung ausgebildet und umfasst eine oder mehrere mechanische
Federn, wobei, wenn eine Feder vorgesehen ist, diese sich an der Stirnwand 74 und
der zweiten Kolbenfläche 62 abstützt.
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Es
ist beispielsweise grundsätzlich auch möglich,
dass die Rückstelleinrichtung 76 als Gasfeder
ausgebildet ist.
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Ein
Raum 80, in welchem die Rückstelleinrichtung 76 angeordnet
ist, ist fluiddicht von dem Fluidverteilungsraum 64 getrennt.
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Die
erste Kolbeneinrichtung 58 hält eine erste Werkstückbearbeitungseinrichtung 82, über
welche eine Werkstückbearbeitung erfolgt. Die Werkstückbearbeitungseinrichtung 82 ist
das eigentliche Werkzeug, welches auf ein Werkstück direkt
mechanisch einwirkt.
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Die
Werkstückbearbeitungseinrichtung umfasst einen Werkzeugbereich 84.
Dieser Werkzeugbereich 84 ist über Rotation des
Werkzeugträgers 18 um die Rotationsachse 46 rotierbar. Über
die Linearbeweglichkeit der ersten Kolbeneinrichtung 58 ist
er in der Linearbewegungsrichtung 70 verschieblich.
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Der
Werkzeugbereich 84 ist beispielsweise ein Werkzeugbereich
zum Drehen, Reiben, Bohren, Stechen, Stirnen oder Gewinden an einem
Werkstück.
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Bei
dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der
Werkzeugbereich ein Reibwerkzeugbereich. Mit einem solchen Reibwerkzeugbereich
können beispielsweise Ventilführungen 86 (2, 3)
bearbeitet werden.
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Die
erste Schnittstelle 48 und auch die erste Schnittstelle 52 sind
vorzugsweise so ausgebildet, dass der Werkzeugbereich 84 mit
Kühlmittel versorgbar ist.
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Bei
der ersten Kolbeneinrichtung 58 ist die erste Werkstückbearbeitungseinrichtung 82 fest
an der Kolbeneinrichtung gehalten und dabei mindestens näherungsweise
koaxial zu der Achse 56 ausgerichtet. Der ersten Werkstückbearbeitungseinrichtung 82 folgt
durch die Fixierung an der ersten Kolbeneinrichtung 58 direkt
jeder Bewegung der ersten Kolbeneinrichtung 58.
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Die
Werkzeugvorrichtung 44 umfasst ferner eine zweite Kolbeneinrichtung 88.
Diese umgibt die erste Kolbeneinrichtung 58.
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Die
zweite Kolbeneinrichtung 88 ist an einer Führungseinrichtung 90 in
einer Linearbewegungsrichtung 92 (Richtung und Gegenrichtung)
verschieblich geführt. Die Linearbewegungsrichtung 92 ist
dabei parallel zur Linearbewegungsrichtung 70.
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Die
Führungseinrichtung 90 ist beispielsweise als
Außenführung ausgebildet; die erste Kolbeneinrichtung 58 ist
in einem Gehäuse 94 angeordnet, und eine Außenseite 96 des
Gehäuses oder eine direkt mit der Außenseite 96 verbundene
Einrichtung bildet eine Gleitfläche für die zweite
Kolbeneinrichtung 88.
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Die
zweite Kolbeneinrichtung 88 weist eine erste Kolbenfläche 98 auf,
welche in fluidwirksamer Verbindung mit der zweiten Schnittstelle 54 der Werkzeugvorrichtung 44 steht.
Vor der ersten Kolbenfläche 98 ist ein Fluidverteilungsraum 100 gebildet.
Beispielsweise führt von der zweiten Schnittstelle 54 eine
Fluidleitung 102 in den Fluidverteilungsraum 100,
um in diesen Fluid einkoppeln zu können und eine Druckbeaufschlagung
der ersten Kolbenfläche 98 zur Bewegung und Positionierung
der zweiten Kolbeneinrichtung 88 zu bewirken.
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Die
zweite Kolbeneinrichtung hat eine zweite Kolbenfläche 104.
Zwischen der zweiten Kolbenfläche 104 und der
ersten Kolbenfläche 98 ist eine stationäre
Wand 106 angeordnet. Diese Wand weist eine erste Seite 108a auf,
welche der ersten Kolbenfläche 98 zugewandt ist,
und eine zweite Seite 108b auf, welche der zweiten Kolbenfläche 104 zugewandt ist.
Die Wand 106 ist an dem Gehäuse 94 angeordnet,
wobei sie in einer Richtung quer und insbesondere senkrecht zu der
Achse 56 orientiert ist. Die erste Seite 108a der
Wand 106 begrenzt (gemeinsam mit der ersten Kolbenfläche 98)
den Fluidverteilungsraum 100. Die Fluidleitung 102 mündet
dabei zwischen der ersten Kolbenfläche 98 und
Wand 106 in den Fluidverteilungsraum 100 derart,
dass in jeder Stellung der zweiten Kolbeneinrichtung 88 eine
Einkopplung von Fluid in den Fluidverteilungsraum 100 möglich
ist.
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Zwischen
der zweiten Seite 108b und der zweiten Kolbenfläche 104 ist
ein Raum 110 gebildet, in welchem eine Rückstelleinrichtung 112 angeordnet
ist. Die Rückstelleinrichtung 112 stellt eine
Kraft bereit, welche eine Kraftrichtung von der ersten Kolbenfläche 98 weg
zu der zweiten Kolbenfläche 104 aufweist. Eine
Druckkraft des Fluids in dem Fluidverteilungsraum 100 wirkt
in einer Richtung von der zweiten Kolbenfläche 104 weg
zur ersten Kolbenfläche 98.
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Die
Rückstelleinrichtung 112 ist insbesondere als
elastische Einrichtung ausgebildet und umfasst beispielsweise eine
oder mehrere mechanische Federn.
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Wenn
eine Feder vorgesehen ist, dann stützt sich diese an der
zweiten Seite 108b der Wand 106 und der zweiten
Kolbenfläche 104 ab.
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Es
ist grundsätzlich auch möglich, dass die Rückstelleinrichtung 112 beispielsweise
als Gasfeder ausgebildet ist.
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Die
zweite Kolbeneinrichtung 88 weist an einer Vorderseite
(welche dem Werkzeugträger 18 abgewandt ist) eine
erste Rampenfläche 114 auf. Diese ist in einem
spitzen Winkel 116 orientiert.
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Es
ist eine Führungseinrichtung 118 vorgesehen, welche
eine zweite Werkstückbearbeitungseinrichtung 120 hält.
Die Führungseinrichtung 118 ist in einer Linearbewegungsrichtung 122 linearverschieblich.
Die Linearbewegungsrichtung 122 liegt dabei in einem spitzen
Winkel zu der Linearbewegungsrichtung 92, wobei dieser
spitze Winkel vom Betrag dem Winkel 116 entspricht.
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Die
Führungseinrichtung 118 hat eine zweite Rampenfläche 124,
welche in dem spitzen Winkel 116 zu der Linearbewegungsrichtung 92 orientiert
ist und parallel zur ersten Rampenfläche 114 ausgerichtet
ist. Bei einer Vorschubbewegung der zweiten Kolbeneinrichtung 88 wirkt
die erste Rampenfläche 114 auf die zweite Rampenfläche 124 der
Führungseinrichtung 118. Dadurch wird die Führungseinrichtung 118 mit
der zweiten Werkstückbearbeitungseinrichtung 120 in
der Linearverschiebungsrichtung 122 in Richtung der Achse 56 verschoben.
Dadurch lässt sich die zweite Werkstückbearbeitungseinrichtung 120 mit
einem entsprechenden Werkzeugbereich 126 einem Werkstück
zustellen. Es ist dadurch beispielsweise eine Drehbearbeitung an
einem Werkstück möglich.
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Die
zweite Rampenfläche 124 ist an der ersten Rampenfläche 114 gleitgelagert,
wobei beispielsweise über Kühlmittel eine Schmierung
erfolgt. Entsprechend ist eine Kühlmittelversorgung der
Gleitflächen vorgesehen.
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Beispielsweise
lässt sich ein Ventilsitz 128 (2, 3)
bearbeiten.
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Die
zweite Kolbeneinrichtung 88 ist nicht starr mit der Führungseinrichtung 118 verbunden, sondern
schiebt diese gewissermaßen über Einwirkung der
ersten Rampenfläche 114 auf die zweite Rampenfläche 124.
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Die
Führungseinrichtung 118 umfasst eine Rückstelleinrichtung 130.
Die Rückstelleinrichtung 130 weist beispielsweise
eine oder mehrere mechanische Federn 132 auf. Eine entsprechende
Feder 132 stützt sich dabei an der beweglichen
Führungseinrichtung 118 ab und weist ferner eine
Abstützung 134 auf, welche bezüglich
des Gehäuses 94 fest, das heißt unbeweglich
ist.
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Die
Rückstelleinrichtung 130 bewirkt eine Bewegung
der Führungseinrichtung 118 (und damit des Werkzeugbereichs 126)
von der Achse 56 weg, wenn die zweite Kolbeneinrichtung 88 keine
Schiebkraft mehr auf die Führungseinrichtung 118 aufweist.
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Die
erfindungsgemäße Werkzeugvorrichtung 44 funktioniert
wie folgt:
Die Werkzeugvorrichtung 44 lässt
sich über die mechanische Schnittstelle 42 lösbar
an dem Werkzeugträger 18 fixieren. Bei der Fixierung
erfolgt dabei eine Verbindung der ersten Schnittstellen 48 und 52 und der
zweiten Schnittstellen 50 und 54. Dadurch ist
ein Fluidaustausch zwischen der Werkzeugmaschine über den
Werkzeugträger 18 und der Werkzeugvorrichtung 44 möglich.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel wird beispielsweise über
die erste Schnittstelle 48 Kühlmittel unter einem
Druck der Größenordnung von beispielsweise 40
bar bereitgestellt. Über die zweite Schnittstelle 50 wird
Druckluft bereitgestellt. Die Fluidbeaufschlagung der ersten Kolbeneinrichtung 58 und
der zweiten Kolbeneinrichtung 88 ist dabei steuerbar.
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Bei
fixierter Werkzeugvorrichtung 44 ist diese als Ganzes um
die Rotationsachse 46 rotierbar, um eine Werkstückbearbeitung
durchführen zu können. Bei dem Bearbeitungszentrum 10 ist
dabei eine relative Beweglichkeit in Z-Richtung zwischen der Werkzeugvorrichtung 44 und
einem Werkstück 136 möglich.
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Ohne
Fluidbeaufschlagung der ersten Kolbenfläche 60 der
ersten Kolbeneinrichtung 58 befindet sich die erste Kolbeneinrichtung 58 in
einer ersten Stellung 138. Die erste Stellung 138 ist
dabei über die Rückstelleinrichtung 76 und
einen Anschlag, an welchem die Rückstelleinrichtung 76 die
erste Kolbeneinrichtung 58 drückt, vorgegeben.
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Durch
Fluidbeaufschlagung der ersten Kolbenfläche 60 über
die erste Schnittstelle 52 lässt sich eine fluidgesteuerte
Bewegung und Positionierung der ersten Kolbeneinrichtung 58 und
damit der ersten Werkstückbearbeitungseinrichtung 82 erreichen.
Die erste Kolbeneinrichtung 58 lässt sich dadurch
in eine oder mehrere Bearbeitungsstellungen bringen, wobei die Bewegung
der ersten Kolbeneinrichtung 58 nach vorne von der ersten
Position 138 weg selber ein Bearbeitungsvorgang wie beispielsweise
ein Stechvorgang oder Reibvorgang sein kann.
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In 2 ist
schematisch eine zweite Stellung 140 angedeutet, welche
durch Verschiebung der ersten Kolbeneinrichtung 58 aus
der ersten Stellung 38 heraus entstanden ist.
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Die
Druckkraft, welche durch die Fluidbeaufschlagung der ersten Kolbenfläche 60 entsteht,
muss dabei die Rückstellkraft der Rückstelleinrichtung 76 und
eventuelle Gegenkräfte bei der Werkstückbearbeitung überwinden,
um einen Vorschub zu erreichen. Wenn die Druckkraft der Fluidbeaufschlagung unterhalb
der Resultierenden dieser Kräfte liegt, wird die erste
Kolbeneinrichtung 58 zurück in die erste Stellung 138 verschoben.
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Die
zweite Kolbeneinrichtung 88 lässt sich unabhängig
von der ersten Kolbeneinrichtung 58 bewegen. Die zweite
Kolbeneinrichtung 88 weist eine erste Stellung 142 auf,
welche durch eine Rückstellkraft der Rückstelleinrichtung 112 und
einen entsprechenden Anschlag der zweiten Kolbeneinrichtung 88 definiert
ist.
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Die
Führungseinrichtung wird über die Rückstelleinrichtung 130 so
verschoben, bis die zweite Rampenfläche 124 an
die erste Rampenfläche 114 stößt
bzw. bei einer entsprechenden Zurückbewegung der zweiten
Kolbeneinrichtung 88 folgt die Führungseinrichtung 118 dieser
Bewegung, wobei die erste Rampenfläche 114 eine
Anlagefläche definiert.
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Wenn
der Fluidverteilungsraum 100 insbesondere gesteuert mit
Fluid wie beispielsweise Druckluft beaufschlagt wird, dann wird
auf die erste Kolbenfläche 98 eine entsprechende
Kraft ausgeübt, welche die zweite Kolbeneinrichtung 88 aus
der ersten Stellung 142 hinaus nach vorne schiebt. Durch die
schräge Ausbildung der ersten Rampenfläche 114 und
Anlage an der zweiten Rampenfläche 124 wird die
Führungseinrichtung 118 in der Linearbewegungsrichtung 122 verschoben
und dadurch wird eine Zustellung des Werkzeugbereichs 126 zu
der Achse 56 hin bewirkt. Es kann dadurch eine entsprechende
Werkstückbearbeitung erfolgen.
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Die
Druckkraft, welche über Fluid auf die erste Kolbenfläche 98 ausgeübt
wird, muss dabei so groß sein, dass die Summe aus Rückstellkraft
der Rückstelleinrichtung 112 und eventueller Gegenkräfte
durch die Werkstückbearbeitung überwunden werden.
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Wenn
nach Beendigung des Bearbeitungsvorgangs die Druckkraft verringert
wird (über entsprechende Steuerung der Fluidbeaufschlagung) und
unter die größte Rückstellkraft fällt,
dann wird die zweite Kolbeneinrichtung 88 zurück
in die erste Stellung 142 verschoben und damit wird auch
der Werkzeugbereich 126 von der Achse 56 weg verschoben.
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Über
eine erfindungsgemäße Werkzeugvorrichtung 44 ist
es beispielsweise möglich, Ventilführungen 86 und
Ventilsitze 128 in einer Aufspannung durch ein Bearbeitungszentrum 10 zu
bearbeiten.
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Ventile 144 eines
Verbrennungsmotors weisen einen Ventilkopf 146 auf, welcher
bei geschlossenem Ventil in einem Ventilsitz 128 sitzt.
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An
dem Ventilkopf 146 ist eine Ventilstange 148 angeordnet.
Diese ist in einer Ventilführung 86 geführt,
wobei in der Ventilführung 86 eine Buchse 150 angeordnet
sein kann, in welcher die Ventilstange 148 geführt
ist.
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Über
die erste Werkstückbearbeitungseinrichtung 82 lässt
sich beispielsweise eine Ventilführung 86 zum
Bearbeiten und insbesondere Feinbearbeiten.
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Nach
Abschluss der Bearbeitung der Ventilführung 86 lässt
sich über die zweite Werkstückbearbeitungseinrichtung 120 der
Ventilsitz 128 bearbeiten und insbesondere feinbearbeiten.
Dies kann dabei in der gleichen Aufspannung erfolgen, sodass eine zeitsparende
und auch genaue Bearbeitung möglich ist.
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Bei
dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Werkzeugvorrichtung 44 eine
Kombinationsbearbeitungs-Werkzeugvorrichtung, über welche
sich mindestens zwei Bearbeitungsvorgänge an einem Werkstück
durchführen lassen.
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Grundsätzlich
lassen sich eine Vielzahl von unterschiedlichen Bearbeitungsvorgängen
durchführen, wobei die Bearbeitung nacheinander erfolgt.
Beispielsweise lässt sich zunächst eine Grobbearbeitung
durchführen und dann eine Feinbearbeitung. Wie oben erwähnt,
lässt sich beispielsweise eine Ventilführung über
beispielsweise ein Reibwerkzeug bearbeiten und anschließend
lässt sich ein Ventilsitz mit Fase drehen.
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Die
Werkzeugmaschine stellt über den Werkzeugträger 18 Fluid
zur Fluidsteuerung der ersten Werkstückbearbeitungseinrichtung 82 und
der zweiten Werkstückbearbeitungseinrichtung 120 in
ihrer jeweiligen Linearbeweglichkeit bereit. Es kann dadurch die
sowieso vorhandene erste Schnittstelle 48 bzw. zweite Schnittstelle 50 des
Werkzeugträgers 18 genutzt werden, um eine Vorschubbewegung
bzw. Zustellbewegung von Werkzeugbereichen 84 bzw. 126 zu
erreichen. Die Werkzeugvorrichtung 44 lässt sich
entsprechend einfach ausgestalten, da kein aktiver Antrieb an der
Werkzeugvorrichtung 44 mit eigener Versorgung mit elektrischer
Energie vorgesehen werden muss; es lassen sich sowieso vorhandene Schnittstellen
beispielsweise für Kühlmittel und/oder Druckluft
nutzen.
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Die
Linearbewegung der ersten Kolbeneinrichtung 58 und der
zweiten Kolbeneinrichtung 88 erfolgt dabei unabhängig
von einer möglichen Z-Bewegung des Werkzeugträgers 18 relativ
zu dem Werkstück.
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Es
ist grundsätzlich auch möglich, über
ein interpoliertes Verfahren eine Winkeleinstellung bei der Bearbeitung
zu realisieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102007045054 [0003]
- - WO 2006/136361 A1 [0004]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - Prospekt ”MAPAL/ISOTOOL,
Aussteuerwerkzeuge und Plandrehköpfe, Vorabexemplar METAV
2006” [0005]