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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft eine Maschine zur Schleifbearbeitung von Piezoaktoren.
Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Maschinen zur Schleifbearbeitung
von Piezoaktoren, die bei Brennstoffeinspritzventilen für Brennstoffeinspritzanlagen
von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Brennkraftmaschinen, zum
Einsatz kommen.
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Bei
der Schleifbearbeitung von Piezoaktoren ist es denkbar, dass die
Endgeometrie des Piezoaktors in zwei aufeinanderfolgenden Bearbeitungsstufen
erzeugt wird. Hierbei werden in der ersten Bearbeitungsstufe die
beiden Aktorstirnflächen
und in der zweiten Bearbeitungsstufe beispielsweise vier Umfangsflächen bearbeitet.
Bei dieser Bearbeitung werden bei diesem Beispielsfall auch die
zwölf Kanten des
quaderförmigen
Aktors bearbeitet. Ein Maschinenaufbau für diese Bearbeitung kann aus
zwei Schleifspindeln bestehen, die auf einer schwenkbaren Rotationsachse
angebracht sind. Die Rotationsachse kann sich hierbei auf einer
hydrostatisch gelagerten Translationsachse befinden. In der ersten
Bearbeitungsstufe werden die beiden Stirnflächen plan geschliffen, was
unter Einsatz der ersten Schleifspindel erfolgt. Der Aktor kann
hierbei in ein Prisma gespannt werden und mittels eines Diamantschleifscheibenpaars
auf Länge
geschliffen werden, wodurch die Aktorstirnflächen ihre Planparallelität erhalten.
Eine erforderliche Vorschubbewegung der Schleifscheiben wird über die
Translationsachse ausgeführt.
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Nach
dem Abschluss der ersten Bearbeitungsstufe erfolgt ein Schwenken
um die Rotationsachse von 180°,
um die Diamantprofilschleifscheibe der zweiten Schleifspindel für die zweite
Bearbeitungsstufe zu positionieren. Hierbei wird das Werkstück, das
heißt
der Piezoaktor, umgespannt. Das heißt, dass der Piezoaktor an
den plan geschliffenen Stirnflächen
mittels Reibbelägen
kraftgebunden eingespannt werden kann. Nun kann ein Schleifen der Aktorumfangsflächen und
der Aktorkantengeometrie erfolgen. Hierbei kann gleichzeitig die
Bearbeitung der Stirnkantengeometrie erfolgen. Die Bearbeitung der
Stirnkantengeometrie kann durch ein Profil der Diamantprofilschleifscheibe
der zweiten Schleifspindel vorgegeben werden.
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Dieser
denkbare Maschinenaufbau zur Schleifbearbeitung eines Piezoaktors
hat den Nachteil, dass zur vollständigen Bearbeitung des Piezoaktors
zwei nacheinander ablaufende Bearbeitungsstufen auf einer Maschine
erforderlich sind, wodurch sich eine relativ große Taktzeit ergibt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Maschine
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine Schleifbearbeitung
von Piezoaktoren optimiert ist. Speziell kann eine Wirtschaftlichkeit
der Schleifbearbeitung verbessert werden, insbesondere kann eine
Taktzeit der Schleifbearbeitung reduziert werden.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen
Maschine möglich.
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Die
Maschine zur Schleifbearbeitung von Piezoaktoren ermöglicht in
vorteilhafter Weise die Schleifbearbeitung einer Vielzahl von Piezoaktoren mit
einem optimierten Bearbeitungsablauf. Die Piezoaktoren sind dabei
nicht Teil der Maschine zur Schleifbearbeitung. Bei der Schleifbearbeitung
ist eine simultane Bearbeitung des von der Aufnahmeeinrichtung des
ersten Bearbeitungsteils aufgenommenen Piezoaktors und des in die
Einspanneinrichtung des zweiten Bearbeitungsteils eingespannten Piezoaktors
ermöglicht.
Hierbei kann nach erfolgter Schleifbearbeitung der beiden Piezoaktoren
der von der Aufnahmeeinrichtung des ersten Bearbeitungsteils aufgenommene
Piezoaktor direkt in die Einspanneinrichtung des zweiten Bearbeitungsteil überführt werden.
Allerdings ist es auch möglich,
dass ein anderer Piezoaktor, der bearbeitete Stirnflächen aufweist,
in die Einspanneinrichtung des zweiten Bearbeitungsteils eingespannt
wird.
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Vorteilhaft
ist es, dass eine erste translatorische Achse für den ersten Bearbeitungsteil
vorgegeben ist, dass die erste Schleifeinrichtung entlang der ersten
translatorischen Achse bewegbar ist, dass eine zweite translatorische
Achse für
den ersten Bearbeitungsteil vorgegeben ist, die zumindest näherungsweise
parallel zu der ersten translatorischen Achse ist, und dass die
Aufnahmeeinrichtung entlang der zweiten translatorischen Achse bewegbar
ist. Hierbei ist es ferner vorteilhaft, dass die Bewegung der ersten
Schleifeinrichtung entlang der ersten translatorischen Achse und
die Bewegung der Aufnahmeeinrichtung entlang der zweiten translatorischen
Achse so überlagert
sind, dass eine oszillierende Vorschubbewegung der ersten Schleifeinrichtung
relativ zu der Aufnahmeeinrichtung erzielt ist. Hierdurch kann eine
vorteilhafte Bearbeitung der Stirnflächen des von der Aufnahmeeinrichtung
des ersten Bearbeitungsteils aufgenommenen Piezoaktors erfolgen.
Die aus der Überlagerung
der Bewegungen resultierende oszillierende Vorschubbewegung führt zu einer
verbesserten Oberflächenqualität der Stirnflächen, da
gerichtete Schleifspuren entsprechend einer Flugkreisbahn von Schneidkörnern vermieden
sind und ein Kreuzschliff entsteht. Hierdurch kann eine Rauhheit
der Stirnflächen
des Piezoaktors verringert und somit ein Oberflächentraganteil erhöht werden.
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In
vorteilhafter Weise ist die erste translatorische Achse sowohl für den ersten
Bearbeitungsteil als auch für
den zweiten Bearbeitungsteil vorgegeben, wobei die erste Schleifeinrichtung
und die zweite Schleifeinrichtung zusammen entlang der ersten translatorischen
Achse bewegbar sind. Hierdurch kann eine Vorschubbewegung der ersten
Schleifeinrichtung entlang der ersten translatorischen Achse zugleich
für die
zweite Schleifeinrichtung genutzt werden. Hierdurch können zwei
Piezoaktoren simultan bearbeitet werden, so dass sich zumindest
näherungsweise
die halbe Taktzeit in Bezug auf eine Einzelbearbeitung von Piezoaktoren
ergibt.
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Vorteilhaft
ist es, dass zumindest eine rotatorische Achse für den zweiten Bearbeitungsteil
vorgegeben ist, dass die Einspanneinrichtung um die rotatorische
Achse drehbar ist und dass die Drehung der Einspanneinrichtung um
die rotatorische Achse und die Bewegung der zweiten Schleifeinrichtung
entlang der ersten translatorischen Achse synchronisiert sind. Hierbei
ist es ferner vorteilhaft, dass die Drehung der Einspanneinrichtung
um die rotatorische Achse und die Bewegung der zweiten Schleifeinrichtung
entlang der ersten translatorischen Achse entsprechend einer vorgegebenen
Beziehung zwischen einem Drehwinkel der Einspanneinrichtung und
einer Achsenposition der zweiten Schleifeinrichtung bezüglich der
ersten translatorischen Achse synchronisiert sind. Die Beziehung
zwischen dem Drehwinkel der Einspanneinrichtung und der Achsenposition
der zweiten Schleifeinrichtung bezüglich der ersten translatorischen
Achse kann beispielsweise in Form einer Tabelle vorgegeben sein.
Hierdurch lassen sich bestimmte Außenkonturen des Piezoaktors
vorgeben.
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Vorteilhaft
ist es allerdings auch, dass eine dritte translatorische Achse für den zweiten
Bearbeitungsteil vorgegeben ist und dass die zweite Schleifeinrichtung
entlang der dritten translatorischen Achse bewegbar ist. Hierbei
ist es ferner vorteilhaft, dass zumindest eine rotatorische Achse
für den
zweiten Bearbeitungsteil vorgegeben ist, dass die Einspanneinrichtung
um die rotatorische Achse drehbar ist und dass die Drehung der Einspanneinrichtung
um die rotatorische Achse und die Bewegung der zweiten Schleifeinrichtung
entlang der dritten translatorischen Achse synchronisiert sind.
Hierdurch können die
erste Schleifeinrichtung und die zweite Schleifeinrichtung unabhängig voneinander
entlang der ersten translatorischen Achse beziehungsweise entlang
der dritten translatorischen Achse bewegt werden. Durch die Synchronisierung
der Drehung der Einspanneinrichtung und der Bewegung der zweiten
Schleifeinrichtung können
in vorteilhafter Weise gewünschte Außenkonturen
für den
Piezoaktor vorgegeben werden.
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Möglich ist
es auch, dass die erste Schleifeinrichtung des ersten Bearbeitungsteils
als ortsfeste erste Schleifeinrichtung ausgestaltet ist. Bei dieser Ausgestaltung
erfolgt der Vorschub im ersten Bearbeitungsteil durch die Aufnahmeeinrichtung
des ersten Bearbeitungsteils relativ zu der rotierenden, ortsfesten
ersten Schleifeinrichtung.
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Vorteilhaft
ist es ferner, dass ein Schleifspindelstock vorgesehen ist, der
als gemeinsamer Schleifspindelstock für die erste Schleifeinrichtung des
ersten Bearbeitungsteils und die zweite Schleifeinrichtung des zweiten
Bearbeitungsteils dient. Hierdurch kann ein kompakter Aufbau der
Maschine erreicht werden, wodurch sich der Raumbedarf in Bezug auf
die zur Verfügung
gestellte Maschinenkapazität
weiter verringert und gegebenenfalls Bauteilkosten eingespart werden
können.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand der
beigefügten
Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen
versehen sind, näher
erläutert.
Es zeigt:
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1 eine
Maschine zur Schleifbearbeitung in einer schematischen Darstellung
entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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2 den
in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt der Maschine
zur Schleifbearbeitung in einer detaillierten Darstellung;
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3 eine
erste Schleifeinrichtung eines ersten Bearbeitungsteils der in 1 dargestellten Maschine
zur Schleifbearbeitung aus der mit III bezeichneten Blickrichtung
zur Erläuterung
der Erfindung;
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4 eine
zweite Schleifeinrichtung eines zweiten Bearbeitungsteils der in 1 dargestellten Maschine
zur Schleifbearbeitung aus der mit IV bezeichneten Blickrichtung
in einer schematischen Darstellung bei einer ersten Drehwinkelstellung
des Bauteils;
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5 die
in 4 dargestellte zweite Schleifeinrichtung des zweiten
Bearbeitungsteils der Maschine zur Schleifbearbeitung bei einer
zweiten Drehwinkelstellung des Bauteils;
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6 eine
vorgegebene Beziehung zwischen einem Drehwinkel für das Bauteil
und einer Achsenposition der zweiten Schleifeinrichtung des zweiten
Bearbeitungsteils der Maschine zur Schleifbearbeitung zur Erläuterung
der Erfindung;
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7 die
in 1 dargestellte Maschine zur Schleifbearbeitung
entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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8 die
in 1 dargestellte Maschine zur Schleifbearbeitung
entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel
und
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9 die
in 1 dargestellte Maschine zur Schleifbearbeitung
entsprechend einem vierten Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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1 zeigt
eine Maschine 1 zur Schleifbearbeitung von Bauteilen. Die
Maschine 1 dient dabei insbesondere zur Endbearbeitung
von zylinder- und quaderförmigen
Bauteilen. Speziell eignet sich die Erfindung zur Schleifbearbeitung
von Piezoaktoren, das heißt
für Bauteile,
die als Piezoaktoren ausgestaltet sind. Hierbei eignet sich die
Maschine 1 zur Schleifbearbeitung einer Vielzahl von Bauteilen,
insbesondere Piezoaktoren. Hierbei ist eine simultane Bearbeitung
von jeweils zwei Bauteilen möglich.
Beispielsweise sind in der 1 zwei Piezoaktoren 19, 20 dargestellt,
die während
eines Taktes der Maschine 1 einer synchronen Schleifbearbeitung
unterzogen werden. Die Ausgestaltung der Maschine 1 ist
im folgenden am Beispiel der Piezoaktoren 19, 20 dargestellt.
Allerdings eignet sich die Maschine 1 auch zur Schleifbearbeitung
von anderen Bauteilen.
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Die
Maschine 1 des ersten Ausführungsbeispiels weist einen
ersten Bearbeitungsteil 2 und einen zweiten Bearbeitungsteil 3 auf.
Der erste Bearbeitungsteil 2 weist eine Aufnahmeeinrichtung 4 zum Aufnehmen
des Piezoaktors 19 auf. Ferner weist der erste Bearbeitungsteil 2 eine
erste Schleifeinrichtung 5 mit Schleifscheiben 6, 7 auf.
Die Aufnahmeeinrichtung 4 ist auf einer Führungsschiene 8 gelagert.
Entlang der Führungsschiene 8 kann
die Aufnahmeeinrichtung 4 bewegt werden. Ferner weist die
Aufnahmeeinrichtung 4 eine Bauteilspanneinrichtung 9 auf, die
zum Einspannen beziehungsweise Festhalten des Piezoaktors 19 dient.
Somit kann der Piezoaktor 19 von der Aufnahmeeinrichtung 4 aufgenommen werden.
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Der
erste Bearbeitungsteil 2 weist außerdem einen Spindelstock 10 auf,
der zum Antreiben einer Welle 11 dient, auf der die erste
Schleifeinrichtung 4 montiert ist. Hierbei ist ein Schlitten 12 vorgesehen, der
auf Führungsschienen 13, 14 gelagert
ist. Auf dem Schlitten 12 ist der Spindelstock 10 montiert.
Somit kann der Spindelstock 10 mittels des Schlittens 12 entlang
der Führungsschienen 13, 14 betätigt werden.
Bei dieser Betätigung
erfolgt auch eine Bewegung der ersten Schleifeinrichtung 5.
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Für den ersten
Bearbeitungsteil 2 sind eine erste translatorische Achse
X1 und eine zweite translatorische Achse X2 vorgegeben. Hierbei
sind die beiden translatorischen Achsen X1, X2 parallel zueinander.
Der Spindelstock 10 ist zusammen mit der ersten Schleifeinrichtung 5 entlang
der ersten translatorischen Achse X1 bewegbar. Die Aufnahmeeinrichtung 4 ist
entlang der zweiten translatorischen Achse X2 bewegbar. Hierbei
kann die Bewegung der Aufnahmeeinrichtung 4 entlang der
zweiten translatorischen Achse X2 unabhängig von der Bewegung der ersten
Schleifeinrichtung 5 entlang der ersten translatorischen
Achse X1 erfolgen. Allerdings sind diese Bewegungen für die gewünschte Bearbeitung des
Piezoaktors 19 aneinander angepasst. Somit kann eine vorteilhafte
Bearbeitung des in der Bauteilspanneinrichtung 9 festgeklemmten
Piezoaktors 19 durch die erste Schleifeinrichtung 5 erfolgen.
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Der
zweite Bearbeitungsteil 3 der Maschine 1 weist
eine Einspanneinrichtung 15 mit einem Spindelstock 16 und
einem Spindelstock 17 auf, die bezüglich des einzuspannenden beziehungsweise
eingespannten Piezoaktors 20 einander gegenüberliegend
angeordnet sind. Die Spindelstöcke 16, 17 der Einspanneinrichtung 15 dienen
zum Verstellen von Bauteilspanneinrichtungen 25, 26.
Außerdem
weist der zweite Bearbeitungsteil 3 eine zweite Schleifeinrichtung 27 auf.
Außerdem
ist ein Spindelstock 28 für den zweiten Bearbeitungsteil 3 vorgesehen,
der zum Antreiben der zweiten Schleifeinrichtung 27 mittels einer
Welle 29 dient. Der Spindelstock 28 des zweiten
Bearbeitungsteils 3 ist zusammen mit dem Spindelstock 10 des
ersten Bearbeitungsteils 2 auf dem Schlitten 2 montiert.
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Bei
dem in der 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel
ist für
die zweite Schleifeinrichtung 27 ebenfalls die erste translatorische
Achse X1 vorgegeben. Die zweite Schleifeinrichtung 27 kann dabei
entlang der ersten translatorischen Achse X1 bewegt werden. Durch
die gemeinsame Anordnung der beiden Spindelstöcke 10, 28 der
beiden Bearbeitungsteile 2, 3 auf dem entlang
der Führungsschienen 13, 14 geführten Schlitten 12 ist
allerdings eine gemeinsame Bewegung der Schleifeinrichtungen 11, 27 der
beiden Bearbeitungsteile 2, 3 vorgegeben. Allerdings
kann diese gemeinsame Bewegung in vorteilhafter Weise ausgenutzt
werden, um eine simultane Bearbeitung des von der Aufnahmeeinrichtung 4 des
ersten Bearbeitungsteils 2 aufgenommenen Piezoaktors 19 und
des in die Einspanneinrichtung 15 des zweiten Bearbeitungsteils
eingespannten Piezoaktors 20 zu ermöglichen.
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Der
Piezoaktor 20 ist bereits an seinen Stirnflächen 30, 31 (2)
bearbeitet, insbesondere durch eine vorausgegangene Bearbeitung
in dem ersten Bearbeitungsteil 2 der Maschine 1.
Hierdurch ist eine Einspannung des Piezoaktors 20 an seinen Stirnflächen 30, 31 durch
die Bauteilspanneinrichtungen 25, 26 ermöglicht.
Für die
Einspanneinrichtung 15 ist eine rotatorische Achse C vorgegeben.
Die Bauteilspanneinrichtungen 25, 26 sind um die
rotatorische Achse C drehbar, um eine Drehung des Piezoaktors 20 während der
Bearbeitung durch den zweiten Bearbeitungsteil 3 zu ermöglichen.
Dies ist durch die Pfeile 32, 33 veranschaulicht,
die einen möglichen
Drehsinn angeben.
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Im
Betrieb der Maschine 1 rotiert die erste Schleifeinrichtung 5 um
eine durch die Welle 11 vorgegebene Drehachse 34,
beispielsweise in einem Drehsinn 35. Außerdem rotiert die zweite Schleifeinrichtung 27 um
eine durch die Welle 29 vorgegebene Drehachse 36,
beispielsweise in einem Drehsinn 37. Die Drehgeschwindigkeit
der ersten Schleifeinrichtung 5 und die Drehgeschwindigkeit
der zweiten Schleifeinrichtung 27 sind dabei im Hinblick
auf die Schleifbearbeitung der Piezoaktoren 19, 20 optimiert. Die
Drehung des Piezoaktors 20 um die rotatorische Achse C
ist hingegen an die Bewegung des Schlittens 12 und somit
die Bewegung der zweiten Schleifeinrichtung 27 angepasst,
das heißt
mit dieser synchronisiert.
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Die
Bearbeitung der Piezoaktoren 19, 20 durch die
Maschine 1 ist im folgenden auch unter Bezugnahme auf die 2 bis 6 in
weiterem Detail beschrieben.
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Bei
der anhand der 1 dargestellten Ausgestaltung
der Maschine 1 entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel
sind die translatorischen Achsen X1, X2 und die rotatorische Achse
C vorgegeben. Die Schleifspindelstöcke 10, 28 für die Bearbeitungsteile 2, 3 sind
dabei gemeinsam auf der translatorischen Achse X1 aufgebaut. Zu
Beginn eines neuen Schleifzykluses kann beispielsweise durch ein
geeignetes, automatisches Handhabungssystem ein Piezoaktor aus dem
ersten Bearbeitungsteil 2 in den zweiten Bearbeitungsteil 3 überführt werden.
Der mit den Bezugszeichen 19 gekennzeichnete Piezoaktor übernimmt
somit die Rolle des mit 20 gekennzeichneten Piezoaktors,
dessen Bearbeitung durch die Maschine 1 abgeschlossen ist.
Der (neue) Piezoaktor 20 wird in der Einspanneinrichtung 15 positioniert und
an seinen Stirnflächen 30, 31 durch
die Einspanneinrichtung 15 eingespannt. Gleichzeitig kann
das automatische Handhabungssystem einen noch unbearbeiteten Piezoaktor 19 in
die Bauteilspanneinrichtung 9 der Aufnahmeeinrichtung 4 des
ersten Bearbeitungsteils 2 einlegen beziehungsweise einführen, so
dass die Aufnahmeeinrichtung 4 des ersten Bearbeitungsteils 2 mit
dem (neuen) Piezoaktor 19 bestückt ist. Nachdem die Aufnahmeeinrichtung 4 des
ersten Bearbeitungsteils 2 den Piezoaktor 19 aufgenommen
hat und die Einspanneinrichtung 15 des zweiten Bearbeitungsteils 3 den
Piezoaktor 20 eingespannt hat, beginnt die Schleifbearbeitung durch
die Maschine 1. Die Schleifscheiben 6, 7 der ersten
Schleifeinrichtung 5 und die zweite Schleifeinrichtung 27 rotieren
in dem Drehsinn 35 um die Drehachse 34 beziehungsweise
in dem Drehsinn 37 um die Drehachse 36.
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Die
Piezoaktoren 19, 20 weisen bereits im Ausgangszustand
eine vorgegebene Kontur an ihrer Außenseite 38 (2)
auf. Die endgültige
Geometrie der Außenseite 38 wird
in dem zweiten Bearbeitungsteil 3 durch eine synchrone
Bewegung, die durch eine Interpolationsbewegung festgelegt sein
kann, der zweiten Schleifeinrichtung 27 entlang der ersten translatorischen
Achse X1 und der Drehung des Piezoaktors 20 mittels der
Einspanneinrichtung 15 um die rotatorische Achse C erzeugt.
Speziell wird hierbei ein Drehwinkel α (4) der Einspanneinrichtung 15 mit
der Bewegung der zweiten Schleifeinrichtung 27, insbesondere
einem Vorschub der zweiten Schleifeinrichtung 27 entlang
der ersten translatorischen Achse synchronisiert. Bei dieser Synchronisierung
führt der
Schlitten 12 hierbei eine Bewegung entlang der ersten translatorischen
Achse X1 aus, was sich in einem entsprechenden Vorschub der zweiten
Schleifeinrichtung 27 relativ zu dem auf der rotatorischen
Achse C positionierten Piezoaktor 20 auswirkt, wie es anhand
der 4 bis 6 in weiterem Detail beschrieben
ist.
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Für die Bearbeitung
der Kontur des Piezoaktors 20 an seiner Außenseite 38 ist
somit eine oszillierende Bewegung des Schlittens 12 entlang
der ersten translatorischen Achse X1 erforderlich. Diese oszillierende
Bewegung des Schlittens 12 entlang der ersten translatorischen
Achse X1 führt
gleichzeitig zu einer oszillierenden Bewegung der ersten Schleifeinrichtung 5 des
ersten Bearbeitungsteils 2. Außerdem wird gleichzeitig eine
Bewegung der Aufnahmeeinrichtung 4 entlang der zweiten
translatorischen Achse X2 erzeugt, was sich zu einer resultierenden
Vorschubbewegung der ersten Schleifeinrichtung 5 relativ
zu dem von der Aufnahmeeinrichtung 4 des ersten Bearbeitungsteils 2 aufgenommenen
Piezoaktor 19 überlagert.
Diese resultierende Vorschubbewegung zur Bearbeitung der Stirnflächen 30, 31 des
Piezoaktors 19 ist somit eine Überlagerung aus den linearen Bewegungen
der Aufnahmeeinrichtung 4 entlang der zweiten translatorischen
Achse X2 und der ersten Schleifeinrichtung 5 entlang der
ersten translatorischen Achse X1. Ein Vorteil dieser resultierenden Vorschubbewegung
ist eine verbesserte Oberflächenqualität der bearbeiteten
Stirnflächen 30, 31 des Piezoaktors 19.
Während
sich bei einem gleichmäßigen Vorschub
gerichtete Schleifspuren entsprechend der Flugkreisbahn der Schneidkörner der
Schleifscheiben 6, 7 der ersten Schleifeinrichtung 5 ausbilden,
entsteht bei der oszillierenden Vorschubbewegung ein Kreuzschliff,
so dass eine Oberflächenrauhheit
der Stirnflächen 30, 31 des
Piezoaktors 19 verringert und somit ein Oberflächentraganteil
erhöht
ist. Nach der Beendigung dieses Taktes zur Schleifbearbeitung wird
der Piezoaktor 20 aus der Maschine 1 entnommen.
Ferner wird der Piezoaktor 19 aus der Aufnahmeeinrichtung 4 des
ersten Bearbeitungsteils 2 in die Einspanneinrichtung 15 des
zweiten Bearbeitungsteils 3 überführt. Anschließend kann
ein neuer Takt, das heißt
Schleifzyklus, der Maschine 1 beginnen.
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2 zeigt
den in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt des ersten Bearbeitungsteils 2 der
Maschine 1 in einer detaillierten Darstellung. Der erste Bearbeitungsteil 2 dient
zum Planschleifen der beiden Stirnflächen 30, 31 des
Piezoaktors 19. Der Piezoaktor 19 wird dabei in
die Bauteilspanneinrichtung 9 der Aufnahmeeinrichtung 4 eingespannt.
Die Bauteilspanneinrichtung 9 ist dabei an die Kontur der
Außenseite 38 des
Piezoaktors 19 angepasst. Beispielsweise kann die Bauteilspanneinrichtung 9 Spannbacken
aufweisen, die an die Außenkontur
der Außenseite 38 des
Piezoaktors 19 angepasst sind, um ein Rotieren des Piezoaktors 19 in
der Bauteilspanneinrichtung 9 zu verhindern. Die Schleifscheiben 6, 7 der
ersten Schleifeinrichtung 5 weisen jeweils einen Schlichtbelag 39, 40 auf,
an dem Einlaufkanten 41, 42 vorgesehen sind. Ein
Abstand der Schleifscheiben 6, 7 kann über ein
Distanzelement 43 eingestellt werden.
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3 zeigt
die Schleifscheibe 6 der ersten Schleifeinrichtung 5 und
den Piezoaktor 19 aus der in 1 mit III
bezeichneten Blickrichtung zur weiteren Erläuterung der Erfindung. Der
Piezoaktor 19 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen näherungsweise quadratischen
Querschnitt mit abgerundeten Kanten auf. Der Piezoaktor 19 ist
dabei so in die Bauteilspanneinrichtung 9 eingespannt,
dass keine Drehung des Piezoaktors 19 möglich ist. Die Schleifscheibe 6 rotiert
im Drehsinn 35. Die Relativbewegung zwischen dem Piezoaktor 19 und
der Schleifscheibe 6 resultiert aus der Bewegung des Piezoaktors 19 entlang
der ersten translatorischen Achse X2 und der Schleifscheibe 6 entlang
der zweiten translatorischen Achse X1.
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4 zeigt
die zweite Schleifeinrichtung 27 des zweiten Bearbeitungsteils 3 und
den Piezoaktor 20 in einer schematischen Darstellung aus
der in 1 mit IV bezeichneten Blickrichtung. Der Piezoaktor 20 ist
in die Einspanneinrichtung 15 eingespannt. Hierbei gibt
die Einspanneinrichtung 15 eine gewisse Drehwinkelstellung
des Piezoaktors 20 vor. In der 4 ist der
Piezoaktor 20 aus seiner Ausgangsstellung um einen Drehwinkel α in Richtung des
Drehsinns 33 gedreht. Die zweite Schleifeinrichtung 27 rotiert
mit einer Drehgeschwindigkeit, wie sie für den Schleifprozess erforderlich
ist. Ferner ist die zweite Schleifeinrichtung 27 entlang
der ersten translatorischen Achse X1 bewegt. Die Bewegung der zweiten
Schleifeinrichtung 27 ist dabei an den momentanen Drehwinkel α und somit
an die Kontur der Außenseite 38 des
Piezoaktors 20 angepasst. Bei dem in der 4 veranschaulichten
Drehwinkel α von
etwa 45° ist
ein Vorschubweg der zweiten Schleifeinrichtung 27 reduziert,
da eine Längskante 45 des Piezoaktors 20 geschliffen
wird.
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5 zeigt
die in 4 dargestellte zweite Schleifeinrichtung 27 und
den Piezoaktor 20 bei einer weiteren Drehwinkelstellung.
In diesem Fall ist die Piezoaktor 20 ausgehend von der
in der 4 dargestellten Drehwinkelstellung mit dem Drehwinkel α von 45° weitergedreht,
so dass ein Drehwinkel von etwa 90° erreicht ist. Der Vorschubweg
der zweiten Schleifeinrichtung 27 ist nun vergrößert.
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6 zeigt
ein Diagramm, wobei an der Abszisse der Drehwinkel α und an der
Ordinate ein Vorschubweg 46 der zweiten Schleifeinrichtung 27 entlang
der ersten translatorischen Achse X1 angetragen sind. Der Drehwinkel α ist dabei
für Werte
von 0° bis
360° dargestellt.
Für den
Vorschubweg 46 kann eine geeignete Längeneinheit vorgegeben sein.
Bei einem Drehwinkel α von
0° hat der
Vorschubweg 46 der zweiten Schleifeinrichtung 27 einen
maximalen Wert 50. Mit der Drehung des Piezoaktors 20 in
der Drehrichtung 33 nimmt der Vorschubweg 46 ab
bis ein Drehwinkel α von
45° erreicht
ist. Bei dem Drehwinkel α von
45° nimmt
der Vorschubweg 46 seinen minimalen Wert 51 an.
Beispielsweise kann von dem Wert 50 des Vorschubwegs 46 zu
dem Wert 51 eine Reduzierung des Vorschubwegs 46 um
etwa 1 mm erfolgen. Ausgehend von dem Drehwinkel α von 45° nimmt der
Vorschubweg 46 bis zum Drehwinkel α von 90° wieder zu.
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Hierbei
wird wiederum der maximale Wert 50 erreicht. Die Ab- und
Zunahme des Vorschubwegs 46 setzt sich periodisch mit zunehmenden
Drehwinkel α fort.
In der 6 ist der Drehwinkel α von 0° bis 360° dargestellt, was einer kompletten
Drehung des Piezoaktors 20 entspricht. Nach dem Erreichen
einer Umdrehung kann sich gegebenenfalls eine weitere Bearbeitung
anschließen,
die wiederum bei 0° beginnt.
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Der
in der 6 veranschaulichte Verlauf des Vorschubwegs 46 in
Abhängigkeit
von dem Drehwinkel α kann
beispielsweise in Form einer Tabelle hinterlegt sein, wobei Zwischenwerte
interpoliert werden.
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Bei
der in der 1 dargestellten Maschine 1 des
ersten Ausführungsbeispiels
ist die Drehachse 34 der ersten Schleifeinrichtung 5 vorzugsweise
parallel zu der Drehachse 36 der zweiten Schleifeinrichtung 27 gewählt. Da
zwei getrennte Spindelstöcke 10, 28 vorgesehen
sind, können
die Drehrichtungen 35, 37 der Schleifeinrichtungen 5, 27 unabhängig voneinander
gewählt
werden. Außerdem
können auch
unterschiedliche Drehgeschwindigkeiten vorgegeben werden.
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7 zeigt
die in 1 dargestellte Maschine 1 entsprechend
einem zweiten Ausführungsbeispiel.
In diesem Ausführungsbeispiel
ist ein gemeinsamer Spindelstock 10 vorgesehen, der sowohl
für die
erste Schleifeinrichtung 5 des ersten Bearbeitungsteils 2 als
auch für
die zweite Schleifeinrichtung 27 des zweiten Bearbeitungsteils 3 dient.
Dadurch ist auch eine gemeinsame Drehachse 34' für die beiden Schleifeinrichtungen 5, 27 vorgegeben.
Außerdem sind
die Drehsinne 35, 37 für die beiden Schleifeinrichtungen 5, 27 nun
zwingend gleich. Abgesehen von einer möglichen Übersetzung, sind auch die Drehgeschwindigkeiten
der beiden Schleifeinrichtungen 5, 27 gleich groß oder zumindest
aneinander gekoppelt.
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Die
Maschine 1 des zweiten Ausführungsbeispiels ermöglicht eine
weitere Optimierung des Bauraums.
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Die
erste translatorische Achse X1 ist sowohl für die erste Schleifeinrichtung 5 als
auch für
die zweite Schleifeinrichtung 27 vorgegeben. Ferner ist für die Aufnahmeeinrichtung 4 die
zweite translatorische Achse X2 vorgegeben. Für die Einspanneinrichtung 15 ist
die rotatorische Achse C vorgegeben.
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Während bei
dem anhand der 1 beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel
die Aufnahmeeinrichtung 4 und die Einspanneinrichtung 15 bezüglich der
ersten translatorischen Achse X1 auf unterschiedlichen Seiten angeordnet
sind, sind bei dem anhand der 7 beschriebenen
zweiten Ausführungsbeispiel
die Aufnahmeeinrichtung 4 und die Einspanneinrichtung 15 bezüglich der
ersten translatorischen Achse X1 auf der gleichen Seite angeordnet.
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8 zeigt
die in 1 dargestellte Maschine 1 entsprechend
einem dritten Ausführungsbeispiel.
In diesem Ausführungsbeispiel
ist für
den ersten Bearbeitungsteil 2 die erste translatorische
Achse X1 vorgegeben. Außerdem
ist für
den ersten Bearbeitungsteil 2 die zweite translatorische
Achse X2 vorgegeben. Allerdings ist für den zweiten Bearbeitungsteil 3 eine
dritte translatorische Achse X3 vorgegeben. Hierbei sind Führungsschienen 13', 14' vorgesehen,
auf denen ein Schlitten 12' geführt ist.
Der Schlitten 12' nimmt
den Spindelstock 28 des zweiten Bearbeitungsteils 3 auf.
Hierdurch können
die Schleifeinrichtungen 5, 27 unabhängig voneinander
betrieben werden, insbesondere können
unterschiedliche Vorschubbewegungen entlang der ersten translatorischen
Achse X1 beziehungsweise der dritten translatorischen Achse X3 gewählt werden.
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9 zeigt
die in 1 dargestellte Maschine 1 entsprechend
einem vierten Ausführungsbeispiel.
In diesem Ausführungsbeispiel
ist der Spindelstock 10 der ersten Schleifeinrichtung 5 des
ersten Bearbeitungsteils 2 ortsfest angeordnet. Allerdings ist
der Spindelstock 28 der zweiten Schleifeinrichtung 27 des
zweiten Bearbeitungsteils 3 auf dem Schlitten 12 angeordnet,
der entlang der Führungsschienen 13, 14 bewegbar
ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist
die erste translatorische Achse X1 für den zweiten Bearbeitungsteil 3 vorgegeben,
wobei eine Synchronisierung der Bewegung der zweiten Schleifeinrichtung 27 entlang
der ersten translatorischen Achse X1 und der Drehung des Piezoaktors 20 um
die rotatorische Achse C erfolgt. Für den ersten Bearbeitungsteil 2 ist
die zweite translatorische Achse X2 vorgegeben, wobei die Relativbewegung zwischen
der ersten Schleifeinrichtung 5 und der Aufnahmeeinrichtung 4 und
somit dem Piezoaktor 19 allein durch die Bewegung der Aufnahmeeinrichtung 4 entlang
der zweiten translatorischen Achse X2 verursacht ist. Dadurch können die
Stirnflächen 30, 31 des
Piezoaktors 9 gegebenenfalls auch ohne Oszillation geschliffen
werden. Die in der 9 dargestellte Situation kann auch
bei dem anhand der 8 beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel
erreicht werden, indem die Vorschubgeschwindigkeit des Schlittens 12 im
ersten Bearbeitungsteil 2 auf Null eingestellt wird.
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Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.