-
Die Erfindung betrifft eine Finishvorrichtung, umfassend einen Finishsteinhalter zum Halten eines Finishsteins und einen Werkstückantrieb zum Antrieb eines finishend zu bearbeitenden Werkstücks um eine Rotationsachse.
-
Die finishende Bearbeitung eines Werkstücks ist ein auch als ”Superfinishen” oder ”Feinstbearbeitungsverfahren” bezeichnetes Verfahren zur Oberflächenbearbeitung eines Werkstücks. Bei diesem Verfahren wird ein abrasiv wirkender Finishstein auf die zu bearbeitende Werkstückoberfläche gedrückt. Dabei rotiert die zu bearbeitende Werkstückoberfläche. Üblicherweise wird der Rotation der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche eine oszillierende Bewegung überlagert, bei welcher sich der Finishstein und die zu bearbeitende Werkstückoberfläche in zu der Rotationsachse parallelen Richtungen relativ zueinander bewegen.
-
Um die Herstellung hochgenauer Oberflächen gewährleisten zu können, ist eine sorgfältige Einrichtung des Finishsystems erforderlich. Dabei muss um eine korrekte Relativlage des Finishsteins und des Werkstücks gewährleistet sein. Diese korrekte Relativlage muss während der Bearbeitung eines Werkstücks oder einer Serie von Werkstücken auch mit zunehmender Abnutzung des Finishsteins aufrechterhalten werden. Es ist daher gewünscht, den zeitlichen Aufwand zur Einrichtung eines Finishsystems zu minimieren.
-
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Finishvorrichtung zu schaffen, welches die Möglichkeit der Herstellung hochgenauer Oberflächen mit einem geringen Aufwand zur Einrichtung der Finishvorrichtung kombiniert.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Finishsteinhalter um eine zu der Rotationsachse parallele Schwenkachse verschwenkbar ist, dass eine Erfassungsvorrichtung zur Erfassung mindestens einer Grenzschwenklage vorgesehen ist, und dass eine in Abhängigkeit des Erreichens der Grenzschwenklage ansteuerbare Aktoreinheit zur Umkehr der Relativbewegungsrichtung zwischen der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche und einer Wirkfläche des Finishsteins vorgesehen ist.
-
Die erfindungsgemäße Finishvorrichtung beruht auf dem Gedanken, eine Bewegbarkeit des Finishsteins um eine Schwenkachse zuzulassen, sodass die auf eine Wirkfläche des Finishsteins wirkenden Kräfte ein Verschwenken des Finishsteins in Richtung einer Grenzschwenklage bewirken. Das Erreichen einer solchen Grenzschwenklage wird mittels einer Erfassungsvorrichtung erfasst, um eine Aktoreinheit ansteuern zu können. Die Aktoreinheit dient dazu, die Relativbewegungsrichtung zwischen der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche und einer Wirkfläche des Finishsteins umzukehren. Durch die Umkehr der Relativbewegungsrichtung wird der Finishstein ausgehend von der Grenzschwenklage wieder zurückverschwenkt, sodass eine große Nutzlänge des Finishsteins zur Verfügung steht und sodass (mit Ausnahme der Relativbewegungsrichtungsumkehr) für eine große nutzbare Länge des Finishsteins keine Einrichtvorgänge der Finishvorrichtung erforderlich sind.
-
Um eine besonders gute Ausnutzung einer nutzbaren Länge des Finishstein zu gewährleisten, wird vorgeschlagen, dass der Finishstein eine Finishsteinlängsachse (die Finishsteinlängsachse ist diejenige Achse, entlang welcher sich die Wirkfläche bei einer Abnutzung des Finishsteins verlagert) aufweist, welche in einer neutralen Finishsteinstellung senkrecht zu der Rotationsachse verläuft, wobei der Finishstein ausgehend von der neutralen Finisheinstellung in einander entgegengesetzten Schwenkrichtungen um die Schwenkachse verschwenkbar ist. Dies ermöglicht eine Anpassung der Wirkfläche des Finishsteins ausgehend von einer neutralen Finishsteinstellung in eine erste Grenzschwenklage. Ausgehend von dieser ersten Grenzschwenklage kann der Finishstein in vorstehend beschriebener Weise zurückverschwenkt werden, die neutrale Finishsteinstellung einnehmen und schließlich in eine entgegengesetzte zweite Grenzschwenklage verschwenken.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Erfassungsvorrichtung zur Erfassung von zwei unterschiedlichen Grenzschwenklagen ausgebildet ist. Dies ermöglicht es, unterschiedliche Zustände definieren zu können, welche eine Relativbewegungsrichtungsumkehr auslösen.
-
Es ist denkbar, die mindestens eine Grenzschwenklage oder unterschiedliche Grenzschwenklagen mittels eines einzigen Sensors zu erfassen, beispielsweise mittels eines bildaufnehmenden und bildauswertenden Systems.
-
Eine besonders robuste und störungsunanfällige Erfassungsvorrichtung kann geschaffen werden, wenn die Erfassungsvorrichtung jeweils unterschiedlichen Grenzschwenklagen zugeordnete Sensoren zur Erfassung jeweils einer Grenzschwenklage aufweist. Dies ermöglicht die Verwendung besonders einfach aufgebauter Sensoren, beispielsweise von Näherungssensoren oder Kontaktschaltern.
-
Für ein besonders gutes Finishergebnis ist es bevorzugt, wenn eine Anpresseinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher der Finishstein elastisch nachgiebig gegen die zu bearbeitende Werkstückoberfläche andrückbar ist. Eine solche Anpresseinrichtung ist insbesondere von Vorteil, wenn Werkstückoberflächenabschnitte bearbeitet werden sollen, welche zu der Rotationsachse nicht rotationssymmetrisch sind. Die Anpresseinrichtung kann beispielsweise in Form einer Feder ausgebildet sein.
-
Zur Umkehr der Relativbewegungsrichtung zwischen der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche und der Wirkfläche des Finishsteins ist es möglich, dass die Aktoreinheit eine Wendeeinrichtung zum Wenden des Finishsteins um 180° um eine Finishsteinlängsachse umfasst. Dies hat den Vorteil, dass eine Rotationsrichtung des Werkstücks beibehalten werden kann.
-
Nach einer zusätzlichen oder alternativen Möglichkeit ist vorgesehen, dass die Aktoreinheit eine Umkehreinrichtung zur Umkehrung einer Drehrichtung des Werkstücksantriebs umfasst. Dies hat den Vorteil, dass eine Lage des Finishsteins um die Finishsteinlängsachse beibehalten werden kann.
-
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Umkehreinrichtung integraler Bestandteil des Werkstückantriebs, insbesondere einer Steuerung des Werkstückantriebs, ist. In diesem Fall genügt es, dass mittels der Erfassungsvorrichtung bei Erfassung einer Grenzschwenklage ein Steuersignal generierbar ist, welches als Steuersignal zur Umkehr der Drehrichtung des Werkstückantriebs zur Verfügung gestellt wird.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels.
-
1 eine schematische Vorderansicht einer Ausführungsform eines Finishsystems mit einem unbenutzten Finishstein;
-
2 eine schematische Vorderansicht des Finishsystems gemäß 1 mit einem in eine erste Grenzschwenklage verschwenkten Finishstein;
-
3 eine schematische Vorderansicht des Finishsystems gemäß 1 mit einem in eine zweite Grenzschwenklage verschwenkten Finishstein;
-
4 eine Seitenansicht des Finishsystems gemäß 1;
-
5 eine Seitenansicht des Finishsystems gemäß 1 mit einem im Vergleich zu 4 um 180° um eine Finishsteinlängsachse verschwenkten Finishstein; und
-
6 eine Vorderansicht des Finishsystems gemäß 1.
-
Ein Finishsystem ist in der Zeichnung insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Das Finishsystem 10 umfasst eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnete Finishvorrichtung und ein Werkstück 14.
-
In den 1 bis 3 ist nur ein Teil der Bestandteile des Finishsystems 10 dargestellt. Die Finishvorrichtung 12 umfasst einen Finishstein 16, welcher sich entlang einer Finishsteinlängsachse 18 erstreckt.
-
Der Finishstein 16 ist um eine Schwenkachse 20 schwenkbar gelagert. Zur Schwenklagerung ist kein aktiver Antrieb vorgesehen; der Finishstein 16 ist also passiv verschwenkbar.
-
Der Finishstein 16 weist an einer Stirnseite eine Wirkfläche 22 auf, mittels welcher eine Werkstückoberfläche 24 des Werkstücks 14 bearbeitet wird.
-
Das Werkstück 14 ist um eine Rotationsachse 26 in einer Rotationsrichtung 28 rotierend angetrieben.
-
Bei der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche 24 handelt es sich insbesondere um eine Exzenterfläche 30, deren Exzentermittelachse 32 um ein Maß 34 relativ zu der Rotationsachse 26 versetzt ist.
-
Die Schwenkachse 20 verläuft parallel oder im Wesentlichen parallel zu der Rotationsachse 26.
-
Die Schwenkachse 20 verläuft senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu der Finishsteinlängsachse 18.
-
Bevorzugt ist es, wenn sich die Schwenkachse 20 und die Finishsteinlängsachse 18 schneiden.
-
Eine auch in 1 dargestellte neutrale Finishsteinstellung, in welcher die Finishsteinlängsachse 18 die Rotationsachse 26 schneidet, ist in den 1 und 2 mit dem Bezugszeichen 36 bezeichnet. Ausgehend von dieser neutralen Finishsteinstellung ist der Finishstein 16 in einer ersten Schwenkrichtung 38 in eine erste Grenzschwenklage 40 verschwenkbar. Ferner ist der Finishstein 16 in einer zu der ersten Schwenkrichtung 40 entgegengesetzten zweiten Schwenkrichtung 42 verschwenkbar (vgl. 3). Hierbei kann eine von der ersten Grenzschwenklage 40 verschiedene zweite Grenzschwenklage 44 des Finishsteins 16 erreicht werden.
-
Zur Erfassung der Grenzschwenklagen 40 und 44 ist eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 46 bezeichnete Erfassungsvorrichtung vorgesehen. Diese umfasst mindestens einen Sensor 48, 50, beispielsweise in Form eines optischen oder magnetischen Näherungssensors. Ein erster Sensor 48 dient zur Erfassung der ersten Grenzschwenklage 40. Ein zweiter Sensor 50 dient zur Erfassung der zweiten Grenzschwenklage 44.
-
Weiter Bauteile des Finishsystems 10 und der Finishvorrichtung 12 sind in den 4 bis 6 dargestellt.
-
Zum Antrieb des Werkstücks 30 um die Rotationsachse 26 ist ein an sich bekannter und daher nur schematisch dargestellter Werkstückantrieb 52 vorgesehen.
-
Optional ist ein Oszillationsantrieb vorgesehen, mittels welchem das Werkstück 30 und die Wirkfläche 22 des Finishsteins 16 in zu der Rotationsachse 26 parallelen Richtungen 54 oszillierend angetrieben werden können.
-
Die Finishvorrichtung 12 umfasst ferner einen Finishsteinhalter 56 mit einem Einspannbereich 58 zum Einspannen eines Einspannbereichs 60 des Finishsteins 16.
-
Der Finishsteinhalter 56 weist einen Lagerabschnitt 62 auf, welcher in einem Schwenklager 64 schwenkbar gelagert ist. Das Schwenklager 64 umfasst ein Gehäuse 66 und mindestens ein Gleit- oder Wälzlager 68. Das Zentrum des Schwenklagers 64 definiert die Schwenkachse 20, um welche der Finishsteinhalter 56 und somit auch der Finishstein 16 verschwenkbar ist.
-
Zum Andrücken der Wirkfläche 18 des Finishsteins 16 gegen die zu bearbeitende Werkstückoberfläche 24 des Werkstücks 30 ist eine beispielsweise als Feder ausgebildete Anpresseinrichtung 70 vorgesehen.
-
Mittels der Anpresseinrichtung 70 wird die Wirkfläche 18 in einem ständigen Kontakt mit der Exzenterfläche 30 gehalten. Außerdem bewirkt die Anpresseinrichtung 70 mit einer Abnutzung des Finishsteins 16 einhergehend eine Verlagerung der Schwenkachse 20 in Richtung auf die Rotationsachse 26. Alternativ hierzu ist für die Verlagerung der Schwenkachse 20 in Richtung auf die Rotationsachse 26 ein (nicht dargestellter) zusätzlicher Antrieb vorgesehen.
-
Die Erfassungsvorrichtung 46 bzw. die Sensoren 48 und 50 sind mit einer Aktoreinheit 72 (vgl. 6) gekoppelt. Die Aktoreinheit 72 ist bei einer Ausführungsform der Erfindung mit dem Werkstückantrieb 52 gekoppelt, welcher eine Umkehreinrichtung 74 zur Umkehrung der Drehrichtung des Werkstücks 30 um die Rotationsachse 26 umfasst.
-
Zusätzlich oder alternativ hierzu umfasst die Finishvorrichtung 12 eine Wendeeinrichtung 76 (vgl. 4 und 5), welche mit der Aktoreinheit 72 gekoppelt ist und dazu dient, den Finishstein 16 um die Finishsteinlängsachse 18 um jeweils 180° wenden zu können (vgl. 4 und 5). Dabei ist es möglich, den Finishstein unter Verwendung wechselnder Wenderichtungen ”hin und her” zu wenden oder den Finishstein unter Beibehaltung einer Wenderichtung jeweils um 180° um die Finishsteinlängsachse 18 weiterzudrehen.
-
Bevorzugt ist es, wenn die Sensoren 48 und 50 der Erfassungsvorrichtung 46 an Sensorhaltern 78, 80 gehalten sind (vgl. 6), welche fest mit dem Finishsteinhalter 56 verbunden sind, sodass die Sensoren 48 und 50 beim Wenden des Finishsteins 16 um die Finishsteinlängsachse 18 ebenfalls mit gewendet werden.
-
Das vorstehend beschriebene Finishsystem 10 funktioniert folgendermaßen:
In einem Ausgangszustand des Finishsteins 16 liegt eine frische Wirkfläche 22 an der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche 24 an. Wenn sich das Werkstück 30 in einer ersten Drehrichtung 28 um die Rotationsachse 26 bewegt, übt die zu bearbeitende Werkstückoberfläche 24 auf Höhe der Wirkfläche 22 eine Kraft auf den Finishstein 16 aus, welche eine Verschwenkung des Finishsteins 16 in der ersten Schwenkrichtung 38 in Richtung auf die erste Grenzschwenklage 40 bewirkt.
-
Mit zunehmender Abnutzung des Finishsteins 16 und einer damit einhergehenden Verlagerung der Schwenkachse 20 in Richtung auf die Rotationsachse 26 nimmt der Schwenkwinkel des Finishsteins 16 zu, bis die erste Grenzschwenklage 40 erreicht ist. Dieser Zustand kann mittels des Sensors 48 erfasst werden. Die mit dem Sensor 48 gekoppelte Aktoreinheit 72 steuert dann entweder die Umkehreinrichtung 74 an, sodass das Werkstück 30 in zu einer der ersten Drehrichtung 28 entgegengesetzten zweiten Drehrichtung 82 (vgl. 2 und 3) angetrieben wird; oder die Aktoreinheit 72 steuert ausgehend von dem in 4 dargestellten Zustand die Wendeeinrichtung 76 so an, dass der Finishstein 16 um 180° um die Finishsteinlängsachse 18 verdreht und der in 5 dargestellte Zustand erreicht wird. Selbstverständlich wird nur eine der vorstehend beschriebenen Maßnahmen durchgeführt, sodass in jedem Fall eine Umkehr der Relativbewegungsrichtung zwischen der Drehrichtung 28, 82 des Werkstücks 30 und der Wirkfläche 22 des Finishsteins 16 erreicht wird.
