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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Finishbearbeitung eines insbesondere ringförmigen Werkstücks, mit einem Träger zur Verbindung mit einem Finishwerkzeughalter zum Halten eines Finishwerkzeugs, und mit einer Antriebseinrichtung zur Erzeugung einer linearen Oszillationsbewegung des Trägers.
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Die finishende Bearbeitung eines Werkstücks ist ein auch als ”Superfinishen” oder ”Feinstbearbeitungsverfahren” bezeichnetes Verfahren zur Oberflächenbearbeitung eines Werkstücks. Bei diesem Verfahren wird ein abrasiv wirkendes Finishwerkzeug, beispielsweise ein Finishstein oder ein Finishband, auf die zu bearbeitende Werkstückoberfläche gedrückt. Dabei rotiert die zu bearbeitende Werkstückoberfläche. Der Rotation der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche wird eine oszillierende Bewegung überlagert, bei welcher sich das Finishwerkzeug und die zu bearbeitende Werkstückoberfläche in zu der Rotationsachse parallelen oder geneigten Richtungen relativ zueinander bewegen.
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Zur Bearbeitung von im Profil ungekrümmten Werkstückoberflächen werden sogenannte ”Linearschwinger” verwendet, die eine Antriebseinrichtung aufweisen, welche dazu dient, ein mittels eines Finishwerkzeughalters an einem Träger befestigtes Finishwerkzeug in eine lineare, also ”geradlinige” Oszillationsbewegung zu versetzen. Solche Linearschwinger sind beispielsweise durch die Werkzeugmaschine ”Race 715” der Anmelderin bekannt geworden.
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Es hat sich herausgestellt, dass es wünschenswert ist, mit derselben Vorrichtung sowohl sehr kleine als auch sehr große Werkstücke finishend bearbeiten zu können. Darüber hinaus ist es wünschenswert, dieselbe Vorrichtung zur finishenden Bearbeitung unterschiedlicher Werkstückgeometrien verwenden zu können. Schließlich werden möglichst kurze Bearbeitungszeiten angestrebt.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Finishbearbeitung zu schaffen, welche sich zur effizienten Finishbearbeitung von Werkstücken mit voneinander stark abweichenden Abmessungen und/oder Geometrien eignet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Oszillationseinheit, welche eine Finishwerkzeugaufnahme zur Aufnahme eines Finishwerkzeugs und eine Zusatzantriebseinrichtung zur Erzeugung einer linearen Oszillationsbewegung der Finishwerkzeugaufnahme aufweist, und durch eine Verbindungseinrichtung zur Verbindung der Oszillationseinheit mit dem Träger.
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Die erfindungsgemäße Finishvorrichtung hat den Vorteil, dass die Vorrichtung unter herkömmlicher Verwendung eines Finishwerkzeughalters zur finishenden Bearbeitung eines Werkstücks verwendet werden kann. Bei dieser Bearbeitung oszilliert der Träger und somit der Finishwerkzeughalter und das an dem Finishwerkzeughalter gehaltene Finishwerkzeug aufgrund einer mittels der Antriebseinrichtung erzeugten Oszillationsbewegung. Auf diese Weise kann durch geeignete Auswahl der Abmessungen des Trägers ein erstes Größen- und/oder Abmessungsspektrum von Werkstücken abgedeckt werden.
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Es ist nun aber auch möglich, zusätzlich und insbesondere alternativ zu der Verwendung zu einem Finishwerkzeughalter zum Halten eines Finishwerkzeugs den Träger mit einer Oszillationseinheit zu verbinden, welcher eine Zusatzantriebseinrichtung zur Erzeugung einer linearen Oszillationsbewegung einer Finishwerkzeugaufnahme zur Aufnahme eines Finishwerkzeugs aufweist. Die Oszillationseinheit weist also eine eigene Antriebseinheit zur Erzeugung einer Oszillationsbewegung auf, welche die Finishwerkzeugaufnahme der Oszillationseinheit und somit auch das daran oder darin aufgenommene Finishwerkzeug in eine Oszillationsbewegung versetzt. Die Verwendung dieser zusätzlichen Oszillationseinheit hat den Vorteil, dass die während des Betriebs der Zusatzantriebseinrichtung in Schwingung versetzten Massen vergleichsweise klein sind, da der Träger, welcher mit der (Haupt-)Antriebseinrichtung in einer Oszillationsbewegung versetzbar ist, stillstehen kann.
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Bei Verwendung der Oszillationseinheit kann also ein zweites Abmessungs- und/oder Geometriespektrum von Werkstücken abgedeckt werden, wobei gleichzeitig eine Reduzierung der oszillierenden Massen erreicht wird, wodurch ein Werkstück mit erhöhten Oszillationsfrequenzen bearbeitet werden kann.
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Die im Rahmen der vorliegenden Anmeldung gewählten Ausdrücke ”Finishwerkzeughalter” und ”Finishwerkzeugaufnahme” betreffen im Prinzip ähnliche oder gleiche Bauteile oder Baugruppen. Deren unterschiedliche Benennung dient lediglich der besseren Erläuterung der Erfindung.
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Zur Verbindung der Oszillationseinheit mit dem Träger ist eine Verbindungseinrichtung vorgesehen. Es ist denkbar, dass an dem Träger sowohl der Finishwerkzeughalter zum Halten eines Finishwerkzeugs als auch die Oszillationseinheit und deren Finishwerkzeugaufnahme befestigt sind.
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Bevorzugt ist es jedoch, dass die Verbindungseinrichtung einen trägerseitigen Verbindungsabschnitt umfasst, an welchem wahlweise, insbesondere unter Berücksichtigung der Größe des zu bearbeitenden Werkstücks, der Finishwerkzeughalter oder die Oszillationseinheit (mit der Finishwerkzeugaufnahme) befestigbar ist. Dies ermöglicht eine alternative Verwendung in herkömmlicher Weise eines Finishwerkzeughalters oder in neuer Weise der Oszillationseinheit mit deren Finishwerkzeugaufnahme.
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Besonders vorteilhaft ist, dass bereits existierende Werkzeugmaschinen in einfacher Weise umgerüstet werden können, nämlich indem der bereits vorhandene Finishwerkzeughalter entfernt und die Oszillationseinheit anstelle des Finishwerkzeughalters befestigt wird.
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Um einen möglichst großen Aktionsradius der Vorrichtung zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass eine erste Schwenkeinrichtung zur Verschwenkung des Trägers relativ zu einem Trägergestell vorgesehen ist. Hierdurch kann insbesondere die Neigung einer Oszillationsachse des Trägers eingestellt werden.
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Ferner ist es bevorzugt, wenn eine Positioniereinrichtung zur Positionierung des Trägers entlang zueinander senkrecht der Positionierachsen vorgesehen ist, sodass auch die Lage der Oszillationsachse des Trägers innerhalb einer Positionierebene einstellbar ist.
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Bevorzugt ist es ferner, wenn der Träger in Form eines Trägerarms ausgebildet ist, wodurch eine räumliche Entkopplung von der (Haupt-)Antriebseinrichtung und der Verbindungseinrichtung geschaffen werden kann.
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Eine weitere vorteilhafte Beeinflussung des Aktionsraums der Vorrichtung ergibt sich, wenn eine Einstelleinrichtung zur Einstellung der Länge des Trägerarms vorgesehen ist. Diese Einstellbarkeit kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass Teile des Trägerarms relativ zueinander bewegbar sind oder dass der Trägerarm aus einer Mehrzahl von miteinander verbindbaren Trägerarmabschnitten besteht, wobei die Einstellung der Länge des Trägerarms durch Auswahl der Anzahl und/oder Länge der Trägerarmabschnitte erfolgt.
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Eine weitere Flexibilisierung des Aktionsradius der Vorrichtung ergibt sich, wenn eine zusätzliche Schwenkeinrichtung zur Verschwenkung der Oszillationseinheit relativ zu dem Träger vorgesehen ist. Auf diese Weise kann auch die Neigung der Oszillationsbewegung der Finishwerkzeugaufnahme der Oszillationseinheit eingestellt werden.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Oszillationsbewegung des Trägers eine erste Oszillationsachse zugeordnet ist, dass der Oszillationsbewegung der Finishwerkzeugaufnahme der Oszillationseinheit eine zusätzliche Oszillationsachse zugeordnet ist, und dass die zusätzliche Oszillationsachse in einer Ebene verläuft, welche parallel zu der ersten Oszillationsachse verläuft. Auf diese Weise können, falls dies gewünscht ist, auch zwei voneinander unabhängige Oszillationsbewegungen einander überlagert werden, also unter gleichzeitiger Verwendung der Antriebseinrichtung des Trägers und der Zusatzantriebseinrichtung der Oszillationseinheit (”Überlagerungshub”).
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Ferner ist es bevorzugt, wenn die Verbindungseinrichtung und/oder die Oszillationseinheit eine Stelleinrichtung zur Positionierung und/oder Kraftbeaufschlagung des Finishwerkzeugs des Finishwerkzeughalters oder des Finishwerkzeugs der Finishwerkzeugaufnahme in einer zu der Oszillationsbewegung des Finishwerkzeugs senkrechten Richtung aufweist. Dies ermöglicht eine einfache Positionierung einer Wirkfläche des an dem Finishwerkzeughalter oder an der Finishwerkzeugaufnahme angeordneten Finishwerkzeugs relativ zu einer zu bearbeitenden Werkstückoberfläche und/oder die Erzeugung einer Anpresskraft, mit welcher die Wirkfläche des Finishwerkzeugs auf die zu bearbeitende Werkstückoberfläche gedrückt wird.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, mittels welcher lineare und/oder bogenförmige Positionier- und/oder Oszillationsbewegungen eines Finishwerkzeugs einander überlagerbar sind. Hierdurch können – insbesondere durch Interpolation – beliebige Bewegungen des Finishwerkzeugs erzeugt werden.
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Die Erfindung betrifft ferner ein System zur Finishbearbeitung von insbesondere ringförmigen Werkstücken, welche eine vorstehend beschriebene Vorrichtung und einen Finishwerkzeughalter umfasst. Ein solches System kann unter Verwendung der Antriebseinrichtung des Trägers gemeinsam mit dem Finishwerkzeughalter betrieben werden und unter Verwendung der Oszillationseinheit unter Verwendung der Zusatzantriebseinrichtung betrieben werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Finishbearbeitung, welche einen Träger umfasst;
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2 eine der 1 entsprechende Seitenansicht mit einer an dem Träger montierten Verbindungseinrichtung;
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3 eine der 2 entsprechende Seitenansicht mit einem mit der Verbindungseinrichtung verbundenen Finishwerkzeughalter;
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4 eine der 2 entsprechende Seitenansicht mit einer mit der Verbindungseinrichtung verbundenen Oszillationseinheit;
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5 eine perspektivische Darstellung der Oszillationseinheit; und
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6 eine perspektivische Darstellung der Verbindungseinrichtung.
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Eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Finishbearbeitung ist in 1 bis 4 dargestellt und dort insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet.
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Die Vorrichtung 10 umfasst eine Positioniereinrichtung 12 mit einem ersten Schlitten 14, welcher an einer ersten Schlittenführung 16 und 18 geführt und mittels eines ersten Positionierantriebs 20 längs einer ersten Positionierachse 22 positionierbar ist.
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Die Positioniereinrichtung 12 umfasst einen zweiten Schlitten 24, welcher an dem ersten Schlitten 14 geführt ist und mittels eines zweiten Antriebs 26 längs einer zweiten Positionierachse 28 positionierbar ist.
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Der zweite Schlitten 24 ist mit einem Trägergestell 30 verbunden, an welchem ein Träger 32 in Form eines Trägerarms 34 mittels einer ersten Schwenkeinrichtung 36 um eine erste Schwenkachse 38 schwenkbar gelagert ist.
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Die erste Positionierachse 22, die zweite Positionierachse 28 und die erste Schwenkachse 38 verlaufen vorzugsweise jeweils senkrecht zueinander.
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Das Trägergestell 30 dient auch zur Aufnahme einer Antriebseinrichtung 40 zur Erzeugung einer linearen Oszillationsbewegung des Trägers 32 längs einer der Erstreckungsrichtung des Trägerarms 34 entsprechenden ersten Oszillationsachse 42.
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Zur Erzeugung dieser Oszillationsbewegung kann beispielsweise mittels eines Antriebsmotors 44 eine Drehbewegung erzeugt werden, welche mittels eines an sich bekannten und daher nicht näher erläuterten Exzenters 46 in eine lineare Hubbewegung umgesetzt wird.
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Der Trägerarm 34 weist ein der Antriebseinrichtung 40 abgewandtes freies Ende 48 auf. Der Abstand zwischen dem freien Ende 48 und der Schwenkachse 38, gemessen in einer Richtung parallel zu der zweiten Positionierachse 28, ist vorzugsweise einstellbar, beispielsweise durch Wahl der Anzahl und/oder Länge unterschiedlicher Trägerabschnitte 50 des Trägerarms 34.
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An dem freien Ende 48 des Trägerarms 34 ist eine Befestigungsfläche 52 vorgesehen, welche zur Befestigung einer Verbindungseinrichtung 54 (vergleiche 2 und 6) dient. Die Verbindungseinrichtung 54 weist einen Verbindungsabschnitt 56 auf, welcher zur Verbindung mit nachfolgend beschriebenen Bauteilen an dem Träger 34 dient. Dieser trägerseitige Verbindungsabschnitt 56 weist beispielsweise Schraubenaufnahmen oder Schrauben 58, nutförmige Befestigungsabschnitte 60 oder andere Befestigungselemente auf, die zur Verbindung des trägerseitigen Verbindungsabschnitts 56 mit nachfolgend beschriebenen Bauteilen dienen.
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Bei einer ersten Verwendungsart des trägerseitigen Verbindungsabschnitts 56 wird an diesem ein Finishwerkzeughalter 62 zum Halten eines Finishwerkzeugs 64 befestigt. Bei dem Finishwerkzeug 64 handelt es sich insbesondere um einen Finishstein.
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Wenn die Antriebseinrichtung 40 aktiv ist und sich der Träger 32 entlang der ersten Oszillationsachse 42 oszillierend hin und her bewegt, bewegt sich auch das Finishwerkzeug 64 in entsprechenden Richtungen (in der Zeichnung mit einem Doppelpfeil dargestellt), sodass sich auch eine Wirkfläche 66 des Finishwerkzeugs 64 in entsprechender Weise hin und her bewegt. Mit der Wirkfläche 66 kann dann eine Werkstückoberfläche 68 eines Werkstücks 70 finishend bearbeitet werden. Das Werkstück 70 ist üblicherweise rotationssymmetrisch und wird seinerseits um eine der zentralen Achse des Werkstücks entsprechende Achse rotatorisch angetrieben. Bei der Werkstückoberfläche 68 handelt es sich beispielsweise um die Innenfläche eines Lagerrings.
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In 3 ist eine erste Schwenklage des Trägers 32 mit durchgezogenen Linien dargestellt, in welcher eine Werkstückoberfläche 68, welche parallel zu der Rotationsachse des Werkstücks 70 verläuft, finishend bearbeitet werden kann.
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Eine zweite Schwenklage des Trägers 32 ist in 3 mit strichpunktierten Linien dargestellt. Diese Schwenklage ermöglicht die finishende Bearbeitung einer Werkstückoberfläche 72 eines Werkstücks 74, bei welchem die zu bearbeitende Werkstückoberfläche 72 relativ zu der zentralen Rotationsachse des Werkstücks 74 geneigt ist.
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Bei einer weiteren Verwendungsart des trägerseitigen Verbindungsabschnitts 56 ist anstelle des Finishwerkzeughalters 62 mit Finishwerkzeug 64 (vergleiche 3) eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 76 bezeichnete Oszillationseinheit an dem Träger 32 befestigt (vergleiche 4).
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Die Oszillationseinheit 76 weist eine Zusatzantriebseinrichtung 78 auf, welche dazu dient, eine Finishwerkzeugaufnahme 82 und ein an der Finishwerkzeugaufnahme 82 gehaltenes oder dort aufgenommenens Finishwerkzeug 84 (vorzugsweise ein Finishstein) in eine oszillierende Bewegung zu versetzen. Dieser Oszillationsbewegung ist eine zusätzliche Oszillationsachse 86 zugeordnet. Diese zusätzliche Oszillationsachse 86 verläuft in einer in 4 mit durchgezogenen Linien der Oszillationseinheit 76 dargestellten Lage parallel zu der ersten Oszillationsachse 42.
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Mittels der Oszillationseinheit 76 können zu der Rotationsachse eines Werkstücks 88 parallele Werkstückoberflächen 68 oder geneigte Werkstückoberflächen 72 (in 4 nicht dargestellt, vergleiche 3) oder sogar senkrecht verlaufende Werkstückoberflächen 92 finishend bearbeitet werden. Hierfür ist es vorteilhaft, wenn die Oszillationseinheit 76 und/oder die Verbindungseinrichtung 54 eine zusätzliche Schwenkeinrichtung 94 (vergleiche 2 und 6) umfasst, mittels welcher die Verbindungseinrichtung 56 gemeinsam mit der Oszillationseinheit 76 oder lediglich die Oszillationseinheit 76 um eine zusätzliche Schwenkachse 96 verschwenkbar ist. Dies ermöglicht es, die zusätzliche Oszillationsachse 86 innerhalb einer zu der zusätzlichen Schwenkachse 96 senkrechten Ebene zu verdrehen, beispielsweise in eine in 4 in gestrichelten Linien dargestellte Lage der Oszillationseinheit 76, in welcher die zusätzliche Oszillationsachse 86 senkrecht zu der ersten Oszillationsachse 42 verläuft.
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Die Schwenkeinrichtung 94 ermöglicht es auch, gekrümmte Werkstückoberflächen 90 eines Werkstücks 88 (vergleiche 4) oszillierend zu bearbeiten, und zwar insbesondere durch Überlagerung einer oszillierenden Schwenkbewegung um die Schwenkachse 96 und einer linearen Oszillationsbewegung entlang der Oszillationsachse 86.
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Die zusätzliche Schwenkachse 96 verläuft vorzugsweise parallel zu der ersten Schwenkachse 38.
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Eine Ausführungsform einer Oszillationseinheit 76 ist in 5 dargestellt. Bei dieser Oszillationseinheit wird eine Drehbewegung eines Motors 98 über eine an sich bekannte und daher nicht näher erläuterte Exzenteranordnung 100 in eine lineare Oszillationsbewegung eines Oszillationsschlittens 80 umgewandelt, welcher entlang der zusätzlichen Oszillationsachse 86 oszilliert. Die mit dem Oszillationsschlitten 80 verbundene Finishwerkzeugaufnahme 82 und das daran gehaltene Finishwerkzeug 84 führen eine der Bewegung des Oszillationsschlittens 80 entsprechende Oszillationsbewegung aus.
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Alternativ hierzu kann die Oszillationsbewegung der Finishwerkzeugaufnahme 82 und des Finishwerkzeugs 84 auch mittels hydraulischer, pneumatischer oder elektrischer Linearantriebe erzeugt werden.
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In 6 ist die Verbindungseinrichtung 54 perspektivisch dargestellt. Diese weist als Teil der Schwenkeinrichtung 94 einen Motor 102 auf, welcher insbesondere als Servomotor ausgebildet ist. Die Bewegung des Motors 102 wird mittels eines in einem Gehäuse 104 angeordneten Getriebes (beispielsweise eines Schneckengetriebes) in eine Schwenkbewegung einer Schlittenanordnung 106 um die Schwenkachse 96 übertragen.
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Das Gehäuse 104 weist eine Außenfläche 108 auf, welche zur Befestigung an der Befestigungsfläche 52 des Trägers 32 dient, beispielsweise unter Verwendung einer Passfeder 109.
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Die Schlittenanordnung 106 umfasst einen um die Schwenkachse 96 schwenkbaren Schlittenträger 110 und einen an diesem geführten Schlitten 112. Der Schlitten 112 ist relativ zu dem Schlittenträger längs einer Schlittenachse 114 mittels einer innerhalb des Schlittens 112 angeordneten Stelleinrichtung 116 bewegbar angetrieben.
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Die Stelleinrichtung 116 ist beispielsweise in Form eines hydraulischen oder pneumatischen Antriebs ausgebildet. Zur Versorgung des Antriebs mit einem druckbeaufschlagten Fluid kann in dem Schlitten 112 eine Drehdurchführung vorgesehen sein.
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Die Schwenkachse 96 ist vorzugsweise als NC-Achse ausgebildet. Dies ermöglicht es, kreisbogenförmige Bewegungen eines an einem Finishwerkzeughalter 62 gehaltenen Finishwerkzeugs 64 oder eines Finishwerkzeugs 84 der Oszillationseinheit 76 bereitzustellen, entweder zur Positionierung des Finishwerkzeugs 64, 84 oder auch zur Erzeugung einer kreisbogenförmigen Oszillationsbewegung. Diese Bewegung kann auch von einer linearen Oszillationsbewegung der Oszillationseinheit 76 und/oder des Trägers 32 und/oder der Positioniereinrichtung 12 entlang mindestens einer der Achsen 22, 28 überlagert werden, sodass auch eine von einem Kreisbogen abweichende bogenförmige Positionier- oder Oszillationsbewegung erzeugbar ist.
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Eine Positionier- oder Oszillationsbewegung eines Finishwerkzeugs 64, 84 kann insbesondere durch Interpolation mindestens einer linearen Bewegung entlang zumindest einer der Achsen 22, 28, 114 und mindestens einer Schwenkbewegung um zumindest eine der Achsen 38, 96 erzeugt werden.
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Eine Kombination von Linear- und Schwenkbewegungen ist insbesondere zur Bearbeitung großer Werkstücke 88 vorteilhaft.
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Es ist auch möglich, Schwenkbewegungen der ersten Schwenkeinrichtung 36 und der zusätzlichen Schwenkeinrichtung 94 miteinander zu kombinieren, um eine bogenförmige Oszillationsbewegung zu erzeugen, bei welcher unterschiedlich große Bewegungen mit vorzugsweise unterschiedlichen Oszillationsfrequenzen einander überlagert werden (”Überlagerungsbogen”).
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Der Schlittenträger 110 ist vorzugsweise um 360° um die Schwenkachse 96 verschwenkbar, sodass ein an dem Schlitten 112 montierter Finishwerkzeughalter 62 oder eine an dem Schlitten 112 montierte Oszillationseinheit 76 in beliebigen Lagen um die Schwenkachse 96 positionierbar ist.
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Es ist auch möglich, anstelle eines Trägers 32 und einer Antriebseinrichtung 40, eine frei positionierbare Einheit zu verwenden, beispielsweise in Form eines Roboterarms. Diese Einheit weist dann eine Befestigungsfläche 52 zur Befestigung des Finishwerkzeughalters 62 und/oder zur Befestigung der Oszillationseinheit 76 auf. Alternativ hierzu ist die Einheit, insbesondere mittels deren Befestigungsfläche 52, mit der Verbindungseinrichtung 54 verbunden, welche dann ihrerseits zur Verbindung mit dem Finishwerkzeughalter 62 und/oder der Oszillationseinheit 76 dient.
