DE102012021873A1 - Method for machining of workpieces e.g. blade wheels, involves moving workpiece such that predetermined workpiece contour is formed by superposition movements of tool and workpiece - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein Werkzeug zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken.The invention relates to a method, a device and a tool for machining workpieces.
Zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken ist bereits eine Vielzahl von Verfahren bekannt. Dazu gehören Drehen, Fräsen, Stoßen oder Hobeln. Alle diese bekannten Verfahren haben bisher jedoch den Nachteil, dass sich bestimmte Werkstückgeometrien nur schwer mit diesen Verfahren darstellen lassen.For the machining of workpieces a variety of methods is already known. These include turning, milling, pushing or planing. However, all of these known methods have hitherto had the disadvantage that certain workpiece geometries are difficult to represent with these methods.
Solche Schwierigkeiten können sich insbesondere dann ergeben, wenn die Werkstücke Übergänge zwischen gekrümmten Flächen aufweisen, insbesondere dann, wenn die Übergangsbereiche enge Radien aufweisen, in die ein Werkzeug bei der Bearbeitung eintauchen muss. Derartige Probleme treten beispielsweise bei der Fertigung von Schaufelrädern auf.Such difficulties may arise in particular if the workpieces have transitions between curved surfaces, in particular if the transition regions have narrow radii into which a tool must dive during machining. Such problems occur, for example, in the manufacture of paddle wheels.
Ähnlich problematisch gelagert ist die Fertigung von Oberflächenkonturen, welche sich in inneren, verdeckten Bereichen eines Werkstücks befinden, wie es beispielsweise bei geschlossenen Impellern der Fall ist.Similarly problematic stored is the production of surface contours, which are located in inner, hidden areas of a workpiece, as is the case for example with closed impellers.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein Werkzeug aufzuzeigen, welche die Fertigung von Werkstücken mit Geometrien der beschriebenen Art erlauben.The invention is therefore based on the object to show a method, a device and a tool that allow the production of workpieces with geometries of the type described.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen.The object is solved by the subject matters of the independent claims. The dependent claims relate to advantageous embodiments.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass ein Werkzeug in einer Bewegung entlang einer ersten Achse abwechselnd in einer ersten Bewegungsrichtung und einer der ersten Bewegungsrichtung entgegengesetzten zweiten Bewegungsrichtung bewegt wird. Das Werkzeug kommt dabei während seiner Bewegung in der ersten Bewegungsrichtung mit einem Werkstück in Eingriff, wobei eine spanabhebende Bearbeitung des Werkstücks durch das Werkzeug erfolgt. Dabei wird das Werkstück derart bewegt, dass durch die Überlagerung der Bewegungen von Werkzeug und Werkstück eine vorgebbare Werkstückkontur durch die spanabhebende Bearbeitung des Werkstücks erzeugt wird.The method according to the invention provides that a tool is moved in a movement along a first axis alternately in a first direction of movement and a second direction of movement opposite to the first direction of movement. The tool comes during its movement in the first direction of movement with a workpiece into engagement, wherein a machining of the workpiece is performed by the tool. In this case, the workpiece is moved in such a way that a predefinable workpiece contour is produced by the superposition of the movements of the tool and workpiece by the machining of the workpiece.
Bei dieser Art der Bearbeitung führt also das Werkzeug einen periodischen Arbeitshub aus, während gleichzeitig durch eine entsprechende Bewegung des Werkstücks eine Relativbewegung zwischen Werkstück und Werkzeug, insbesondere Werkzeugschneide erzeugt wird, die so geführt ist, dass die Werkzeugschneide in ihrer Bewegung relativ zum Werkstück eine gekrümmte Fläche beschreibt. Auf diese Weise ist es möglich, mit dem Werkzeug bei jedem Arbeitshub, d. h. jeder Bewegung in der ersten Bewegungsrichtung, eine spanabhebende Bearbeitung entlang einer gekrümmten Fläche an dem Werkstück durchzuführen. Durch das Aneinanderreihen einer Mehrzahl Arbeitshübe bei gleichzeitigem Bewegen des Werkstücks kann so die gewünschte Werkstückkontur durch die Überlagerung der einzelnen spanenden Bearbeitungsschritte erfolgen.In this type of machining, therefore, the tool performs a periodic working stroke, while at the same time a relative movement between the workpiece and tool, in particular tool cutting edge is produced by a corresponding movement of the workpiece, which is guided so that the tool cutting edge in its movement relative to the workpiece a curved Area describes. In this way it is possible with the tool at each stroke, d. H. any movement in the first direction of movement to perform a machining operation along a curved surface on the workpiece. By juxtaposing a plurality of working strokes with simultaneous movement of the workpiece so the desired workpiece contour can be done by the superposition of the individual machining steps.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst dabei eine entlang einer ersten Achse bewegbare Werkzeugaufnahme, die abwechselnd in einer ersten Bewegungsrichtung und einer der ersten Bewegungsrichtung entgegengesetzten zweiten Bewegungsrichtung bewegbar ist sowie eine bewegbare Werkstückaufnahme und eine Steuerung, die dafür eingerichtet ist, die Bewegungen von Werkzeugaufnahme und Werkstückaufnahme derart anzusteuern, dass durch die aus den Bewegungen von Werkzeugaufnahme und Werkstückaufnahme resultierende Relativbewegung eines in der Werkstückaufnahme aufgenommenen Werkstücks und eines in der Werkzeugaufnahme aufgenommenen Werkzeugs eine vorgebbare Kontur des Werkstücks durch eine spanabhebende Bearbeitung des Werkstücks durch das Werkzeug erzeugbar ist.In this case, the device according to the invention comprises a tool holder movable along a first axis, which is movable alternately in a first direction of movement and a second direction of movement opposite the first direction of movement, and a movable workpiece holder and a controller, which is configured to control the movements of the tool holder and workpiece holder in that a predeterminable contour of the workpiece can be produced by the tool resulting from the movements of the tool holder and workpiece holder relative movement of a workpiece received in the workpiece holder and a tool received in the tool holder by a machining of the workpiece.
Die Steuerung kann dabei einen Computer umfassen, welcher dafür eingerichtet ist, computerverarbeitbare Daten über die zu erzeugende Werkstückkontur oder die hierfür erforderlichen Relativbewegungen zu verarbeiten und aufgrund dieser Daten die Vorrichtung in geeigneter Weise anzusteuern.The controller may include a computer which is adapted to process computer processable data on the workpiece contour to be generated or the relative movements required for this purpose and to control the device in a suitable manner on the basis of this data.
Grundsätzlich ist es vorteilhaft, die vorgebbare Werkstückkontur in Form von in einem Computer verarbeitbaren Daten zu erfassen und mit einem Computer aufgrund dieser Daten die zur Erzeugung der Werkstückkontur notwendigen Bewegungen von Werkzeug und Werkstück zu berechnen. Gerade bei komplexen Geometrien mit gekrümmten Flächen, die sich nur durch eine Überlagerung einer Vielzahl von Schnittbewegungen fertigen lassen, bietet sich eine derartige computergestützte Berechnung der Bewegungsabläufe an. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn der Computer dafür eingerichtet ist, Datensätze bereits bekannter CAD-Software einzulesen und zu verarbeiten, um eine leichtere Adaption des erfindungsgemäßen Verfahrens zu ermöglichen.In principle, it is advantageous to detect the specifiable workpiece contour in the form of data that can be processed in a computer and to use a computer to calculate the movements of tool and workpiece necessary for generating the workpiece contour on the basis of this data. Especially in the case of complex geometries with curved surfaces, which can only be produced by superimposing a large number of cutting movements, such a computer-aided calculation of the motion sequences lends itself. In this case, it is particularly advantageous if the computer is set up to read in and process data records of already known CAD software in order to facilitate easier adaptation of the method according to the invention.
Um eine möglichst große Vielfalt an möglichen Konturen fertigen zu können, ist es vorteilhaft, das Werkstück mindestens um eine zweite von der ersten Achse verschiedene Achse verschwenken oder entlang dieser verfahren zu können. Vorteilhaft ist es, wenn ein Verschwenken und/oder Verfahren entlang einer dritten, von der ersten und zweiten Achse verschiedenen Achse möglich ist. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn zwei der drei Achsen oder alle drei Achsen senkrecht zueinander stehen, da dann bei der Ansteuerung mit einem rechtwinkligen Koordinatensystem gearbeitet werden kann.In order to be able to produce the widest possible variety of possible contours, it is advantageous to be able to pivot the workpiece at least about a second axis that is different from the first axis, or to be able to move along this axis. It is advantageous if pivoting and / or moving along a third, different from the first and second axis axis is possible. It is particularly advantageous if two of the three axes or all three axes are perpendicular to each other, since then can be used in the control with a rectangular coordinate system.
Für den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung bedeutet dies, dass die Werkstückaufnahme derart ausgelegt wird, dass sie entlang der jeweiligen Achsen verfahren bzw. verschwenkt werden kann.For the structure of the device according to the invention, this means that the workpiece holder is designed such that it can be moved or pivoted along the respective axes.
Weitere Vorteile im Hinblick auf Gestaltungsfreiheit gerade bei den Werkstückkonturen und der Schnittführung ergeben sich aus einer relativen Verschwenkbarkeit von Werkzeugaufnahme und Werkstückaufnahme relativ zueinander um die erste Achse. Eine Verschwenkbewegung um die erste Achse des Werkstücks relativ zum Werkzeug führt zu einer schraubenartigen Bewegungsbahn der Werkzeugschneide relativ zu dem Werkstück während der spanenden Bearbeitung. Dabei kann die absolute Schwenkbewegung um die erste Achse sowohl von dem Werkstück durch ein entsprechendes Verschwenken der Werkstückaufnahme als auch durch das Werkzeug durch eine entsprechende Verschwenk- bzw. Verdrehbarkeit der Werkzeugaufnahme realisiert werden.Further advantages in terms of freedom of design, especially with regard to the workpiece contours and the cutting guide, result from a relative pivotability of the tool holder and workpiece holder relative to each other about the first axis. A pivoting movement about the first axis of the workpiece relative to the tool leads to a helical movement path of the tool cutting edge relative to the workpiece during machining. In this case, the absolute pivoting movement about the first axis can be realized both from the workpiece by a corresponding pivoting of the workpiece holder as well as by the tool by a corresponding pivoting or rotatability of the tool holder.
Wesentliche Vorteile ergeben sich bei der erfindungsgemäßen Bearbeitungsmethode aus den Verhältnissen der unterschiedlichen Wegstrecken, die absolut von Werkzeug und Werkstück zur Erzeugung der gewünschten Schnittflächenkontur zurückgelegt werden. Es ist davon auszugehen, dass in aller Regel die Masse des Werkzeugs erheblich niedriger sein wird als die des Werkstücks. Zur Erzeugung der gewünschten gekrümmten Schnittflächen muss das Werkstück um wesentlich kleinere Streckenbeträge bewegt werden als das Werkzeug bei Ausführung der Arbeitshübe. Daraus resultiert insgesamt eine vorteilhafte Kinematik, die es erlaubt, die Antriebe der Vorrichtung in sinnvoller Weise auszulegen und die zu erzeugende Kontur mit einem verhältnismäßig geringen Bewegungsaufwand im Hinblick darauf zu erzeugen, dass die erwartungsgemäß größte Masse, nämlich die des Werkstücks, nur um verhältnismäßig geringe Teilstrecken mit verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit bewegt werden muss (verglichen mit der Hubbewegung des Werkzeugs).Significant advantages arise in the processing method according to the invention from the ratios of the different distances that are absolutely covered by the tool and workpiece to produce the desired cut surface contour. It can be assumed that as a rule the mass of the tool will be considerably lower than that of the workpiece. To produce the desired curved cutting surfaces, the workpiece must be moved by much smaller distances than the tool when performing the strokes. This results in a total of advantageous kinematics, which allows to interpret the drives of the device in a meaningful way and to generate the contour to be generated with a relatively small amount of movement in terms of the expected largest mass, namely that of the workpiece, only relatively small Sections with relatively low speed must be moved (compared to the stroke movement of the tool).
Dementsprechend resultiert bei dem Verfahren eine spanende Bearbeitung, bei der die Schnittgeschwindigkeit im Wesentlichen der Geschwindigkeit des Werkzeugs bei der Hubbewegung entspricht bzw. durch diese bestimmt wird.Accordingly, the method results in a machining operation in which the cutting speed substantially corresponds to or is determined by the speed of the tool during the lifting movement.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der
Durch die Überlagerung der Verschiebe- und Verschwenkbewegungen des Werkstücks
Die gewünschte Endkontur der Schaufeln
In
Das vorteilhafte erfindungsgemäße Werkzeug weist einen Grundkörper
Vorteilhafterweise weist das Werkzeug auch eine Krümmung auf, die entlang seiner Haupterstreckungsrichtung H verläuft. Durch diese Krümmung wird der Angriff des Werkzeugs auch an schwer zugänglichen Stellen des Werkstücks
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DE201210021873 DE102012021873A1 (en) | 2012-11-07 | 2012-11-07 | Method for machining of workpieces e.g. blade wheels, involves moving workpiece such that predetermined workpiece contour is formed by superposition movements of tool and workpiece |
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