DE102012108594A1

DE102012108594A1 - Vorrichtung zur Finishbearbeitung von Werkstücken

Info

Publication number: DE102012108594A1
Application number: DE201210108594
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Hesse Siegfried
Original assignee: Thielenhaus Technologies GmbH
Current assignee: Thielenhaus Technologies GmbH
Priority date: 2011-09-16
Filing date: 2012-09-14
Publication date: 2013-03-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Finishbearbeitung von Werkstücken mit einem Werkzeughalter (1), einer Werkzeugaufnahme (2) für mindestens ein Finishwerkzeug (3) und einem Oszillationskopf (4). Der Werkzeughalter (1) weist eine Schnittstelle (5) mit einer drehbar gelagerten Spindel (6) zum Anschluss an eine Motorspindel einer Werkzeugmaschine sowie eine Abtriebswelle (8) auf. Der Oszillationskopf (4) enthält eine Exzenteranordnung (7) zur Transformation von Rotationsbewegungen der Abtriebswelle (8) in Oszillationsbewegungen der Werkzeugaufnahme (2). Erfindungsgemäß ist die Abtriebswelle (8) axial verschiebbar und in Drehrichtung formschlüssig innerhalb einer Hohlwelle (9) angeordnet, die durch eine Rotation der Spindel (6) in Rotation versetzt wird. Der Oszillationskopf (4) ist in Axialrichtung der Abtriebswelle (8) linear beweglich an dem Werkzeughalter (1) geführt, wobei die Exzenteranordnung (7) des Oszillationskopfes (4) auf einem Wellenende der Abtriebswelle (8) angeordnet ist und mit dieser eine relativ zur Hohlwelle (9) verschiebbare Funktionseinheit bildet. Dem Oszillationskopf (4) ist ferner eine in Zustellrichtung des Werkzeuges (3) wirkende Andruckeinrichtung (18) zugeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Finishbearbeitung von Werkstücken. Unter Finishbearbeitung wird eine Feinstbearbeitung von Werkstückflächen unter Verwendung eines oszillierenden Werkzeuges verstanden. Als Werkzeuge sollen insbesondere Honsteine und Finishbänder verwendet werden.
Die der Erfindung zugrundeliegende Vorrichtung umfasst in ihrem grundsätzlichen Aufbau einen Werkzeughalter, der eine Schnittstelle mit einer drehbar gelagerten Spindel zum Anschluss an eine Motorspindel einer Werkzeugmaschine sowie einer Abtriebswelle aufweist, eine Werkzeugaufnahme für mindestens ein Finishwerkzeug sowie einen Oszillationskopf mit einer Exzenteranordnung zur Transformation von Rotationsbewegungen der Abtriebswelle in Oszillationsbewegungen der Werkzeugaufnahme. Die Vorrichtung weist keinen eigenen Oszillationsantrieb auf, sondern ist mit einer normgerechten Schnittstelle zum Anschluss an eine Motorspindel einer Werkzeugmaschine ausgestattet. Die Vorrichtung kann beispielsweise an einen Werkzeugrevolver von Drehmaschinen eingeschlossen werden, bei denen mindestens eine Aufnahme des Werkzeugrevolvers einen Antrieb aufweist oder die mit einem Zentralantrieb ausgestattet sind, der an die Aufnahmen des Werkzeugrevolvers ankuppelbar ist.
Eine Vorrichtung mit den eingangs beschriebenen Merkmalen ist aus DE 10 2005 026 296 B4 bekannt. Die Werkzeugaufnahme der bekannten Vorrichtung ist über zwei parallel angeordnete Blattfedern mit dem Werkzeughalter gekoppelt. Die bekannte Vorrichtung ermöglicht keine Nachstellung des Werkzeuges zur Kompensation des Werkstückabtrags und eines Werkzeugverschleißes. Die Zustellbewegung des Werkzeuges muss über programmgesteuerte Stellbewegungen der Werkzeugmaschine erfolgen, an welche die Vorrichtung zur Finishbearbeitung angeschlossen ist. Der Zustellschlitten einer Werkzeugmaschine ist für die Feinstbearbeitung mit Honstein- und Bandwerkzeugen allerdings häufig zu steif, um kleinste radiale Unebenheiten des Werkstückes auszugleichen, ohne dass das Werkzeug beschädigt wird. Bei einer Feinstbearbeitung der Werkstücke durch Honen muss das Werkzeug mit einer definierten Andruckkraft an der Werkzeugoberfläche anliegen. Zum Ausgleich des Werkstückabtrags sowie zum Ausgleich des Werkzeugverschleißes müssen Zustellbewegungen mit sehr hoher Präzision ausgeführt werden. Ungenauigkeiten der Zustellbewegungen und daraus resultierende Schwankungen der Andruckkraft an der Kontaktfläche zwischen Werkzeug und Werkstück beeinträchtigen die Qualität der Finishbearbeitung.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit den eingangs beschriebenen Merkmalen so auszubilden, dass sichergestellt ist, dass das Werkzeug bei der Finishbearbeitung stets mit einer definierten Andruckkraft an der Werkstückoberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes anliegt. Die Vorrichtung soll insbesondere so ausgebildet werden, dass der Werkstoffabtrag an der Werkstückfläche, ein Verschleiß des Werkzeuges und nachteilige Steifigkeiten in den Zustellbewegungen einer NC-gesteuerten Werkzeugmaschine kompensiert werden können, ohne dass sich die Andruckkraft des Werkzeuges an der Werkstückoberfläche ändert.
Gegenstand der Erfindung und Lösung dieser Aufgabe ist eine Vorrichtung zur Finishbearbeitung von Werkstücken nach Anspruch 1. Die Erfindung setzt eine Vorrichtung des eingangs beschriebenen Aufbaus voraus. Erfindungsgemäß ist die Abtriebswelle axial verschiebbar und in Drehrichtung formschlüssig innerhalb einer Hohlwelle angeordnet, die durch eine Rotation der Spindel in Rotation versetzt wird. Der Oszillationskopf ist in Axialrichtung der Abtriebswelle linear beweglich an dem Werkzeughalter geführt, wobei die Exzenteranordnung des Oszillationskopfes auf einem Wellenende der Abtriebswelle angeordnet ist und mit dieser eine relativ zur Hohlwelle verschiebbare Funktionseinheit bildet. Der Oszillationskopf kann infolge dieser Konstruktion Ausgleichsbewegungen in Zustellrichtung des Finishwerkzeuges ausführen, so dass der Materialabtrag an der Werkstückoberfläche und ein Werkzeugverschleiß kompensiert werden kann, ohne dass die Position des Werkzeughalters korrigiert werden muss. Dem Oszillationskopf ist eine in Zustellrichtung des Werkzeuges wirkende Andruckeinrichtung zugeordnet. Diese stellt sicher, dass der Oszillationskopf mit einer definierten und durch die Andruckeinrichtung vorgegebenen Andruckkraft an der Werkstückoberfläche anliegt.
Die Andruckeinrichtung weist vorzugsweise mindestens einen Pneumatikzylinder auf, der an den Werkzeughalter angeschlossen ist und auf den Oszillationskopf wirkt. Dem Pneumatikzylinder kann ein Proportionalventil zur Einstellung der Werkzeug-Andruckkraft zugeordnet sein. Zur Linearführung des Oszillationskopfes können insbesondere Rundführungen eingesetzt werden. Vorzugsweise ist der Oszillationskopf an zwei Rundführungen geführt, die sich parallel zur Abtriebswelle erstrecken.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist zwischen der Spindel der Schnittstelle und der Hohlwelle ein Winkelgetriebe angeordnet, so dass die Spindel der Schnittstelle und die Abtriebswelle im rechten Winkel zueinander ausgerichtet sind.
Der Oszillationskopf weist vorzugsweise einen Träger und einen an dem Träger geführten Schlitten auf, der mit der Exzenteranordnung zusammenwirkt und die Werkzeugaufnahme trägt. Der Schlitten ist insbesondere an zwei parallelen Rundführungen geführt. Die Rundführungen sind vorzugsweise mit Kugelbuchsen ausgestattet. Die Exzenteranordnung weist gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung zwei konzentrisch angeordnete und über ein Wälzlager verbundene Exzenterhülsen auf. Die innere Exzenterhülse ist auf dem Wellenende der Abtriebswelle angeordnet. Die äußere Exzenterhülse ist an dem Schlitten des Oszillationskopfes angeschlossen. Die Exzenterhülsen können zu Einstellzwecken ausgetauscht werden. Durch Drehverstellung der Exzenterhülsen ist der Exzenterhub des Schlittens einstellbar.
Die Abtriebswelle ist insbesondere als Vielkeilwelle ausgebildet und vorzugsweise unter Zwischenschaltung von Wälzkörpern in der Hohlwelle geführt. Die Wälzkörper sind in zugeordneten Nuten an der Außenseite der Abtriebswelle und der Innenfläche der Hohlwelle geordnet. Durch die Wälzkörper ist die Abtriebswelle innerhalb der Hohlwelle reibungsarm verschiebbar. Gleichzeitig übertragen die in Nuten eingelegten Wälzkörper das erforderliche Drehmoment für die Rotationsbewegung der Abtriebswelle.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.
Es zeigen schematisch
1 eine Vorrichtung zur Finishbearbeitung von Werkstücken mittels eines Honsteins,
2 einen Längsschnitt durch die in 1 dargestellte Vorrichtung,
3 eine Vorrichtung zur Bandfinishbearbeitung von Werkstücken,
4 einen Werkzeugrevolver mit zwei erfindungsgemäßen Vorrichtungen für eine zweistufige Finishbearbeitung von Werkstücken.
Zum grundsätzlichen Aufbau der in den Figuren dargestellten Vorrichtung gehören ein Werkzeughalter 1, eine Werkzeugaufnahme 2 für mindestens ein Finishwerkzeug 3 und ein Oszillationskopf 4 zur Erzeugung von Oszillationsbewegungen der Werkzeugaufnahme 2. Der Werkzeughalter 1 weist eine genormte Schnittstelle 5 mit einer drehbar gelagerten Spindel 6 zum Anschluss an eine Motorspindel einer Werkzeugmaschine auf. Der Oszillationskopf 4 ist mit einer Exzenteranordnung 7 ausgestattet, welche Rotationsbewegungen einer Abtriebswelle 8 des Werkzeughalters 1 in Oszillationsbewegungen der Werkzeugaufnahme 2 transformiert.
Gemäß der Schnittdarstellung in 2 ist die Abtriebswelle 8 des Werkzeughalters 1 axial verschiebbar und in Drehrichtung formschlüssig innerhalb einer Hohlwelle 9 angeordnet, die durch eine Rotation der Spindel 6 in Rotation versetzt wird. Die Exzenteranordnung 7 des Oszillationskopfes 4 ist auf einem Wellenende der Abtriebswelle 8 angeordnet und bildet mit dieser eine relativ zur Hohlwelle 9 verschiebbare Funktionseinheit. Die Exzenteranordnung 7 weist zwei konzentrisch angeordnete und durch ein Wälzlager 10 verbundene Exzenterhülsen 11, 12 auf. Die äußere Exzenterhülse 12 ist an einem Schlitten 13 angeschlossen, der in einem Träger 14 des Oszillationskopfes 4 linear geführt ist und nach Maßgabe des durch die Exzenteranordnung 7 einstellbaren Exzenterhubes Oszillationsbewegungen ausführt, wenn die Abtriebswelle 8 in Rotation versetzt wird. Der Schlitten 13 ist an zwei Rundführungen 15 geführt und trägt die Werkzeugaufnahme 2, in der im Ausführungsbeispiel ein Honstein eingespannt ist.
Der Oszillationskopf 4 ist in Axialrichtung der Abtriebswelle 8 linear beweglich an dem Werkzeughalter 1 geführt. In der Darstellung in 1 ist der Oszillationskopf 4 an Rundführungen 17 geführt, die sich parallel zur Abtriebswelle 8 erstrecken. Im Oszillationskopf 4 ist ferner eine in Zustellrichtung des Werkzeuges 3 wirkende Andruckeinrichtung 18 zugeordnet. Die Andruckeinrichtung 18 besteht gemäß der Darstellung in 1 aus mindestens einem Pneumatikzylinder, der an den Werkzeughalter angeschlossen ist und auf den Oszillationskopf 4 wirkt.
In dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel, welches eine bevorzugte Ausführung der Erfindung darstellt, ist zwischen der Spindel 6 der Schnittstelle 5 und der Hohlwelle 9 ein Winkelgetriebe 19 angeordnet. Die Hohlwelle 9 ist mit einem Abtriebsglied, z. B. einem Kegelrad, des Winkelgetriebes 19 verbunden und an Wälzlagern 20 drehbar im Werkzeughalter 1 gelagert. Die Abtriebswelle 8 ist insbesondere als Vielkeilwelle ausgebildet und vorzugsweise unter Zwischenschaltung von Wälzkörpern 21 in der Hohlwelle 9 geführt. Die Wälzkörper 21 sind in korrespondierenden Nuten an der Außenfläche der Abtriebswelle 8 und an der Innenfläche der Hohlwelle 9 angeordnet. Sie ermöglichen eine nahezu reibungsfreie Schiebebewegung der Abtriebswelle 8 innerhalb der Hohlwelle 9 und übertragen das für die Rotationsbewegung erforderliche Drehmoment von der Hohlwelle 9 auf die Abtriebswelle 8.
In dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht das Finishwerkzeug 3 aus einem Honstein. Die Werkzeugaufnahme 2 ist vorzugsweise als universelle Schnittstelle ausgebildet und kann alternativ auch mit einem Finishband betrieben werden. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bandfinishbearbeitung von Werkstücken. Die Werkzeugaufnahme 2 weist ein Gehäuse auf, in dem Bandrollen zum Abwickeln und Aufwickeln eines Finishbandes 22 sowie ein Motor für den Vorschub des Finishbandes 22 angeordnet sind. Das Finishband 22 ist über eine Andruckrolle 23 geführt, die an die Werkzeugaufnahme 2 des Oszillationskopfes 4 angeschlossen ist. Die Andruckrolle 23 ist vorzugsweise gummiert.
In 4 ist ein Werkzeugrevolver einer Werkzeugmaschine dargestellt, an denen zwei erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtungen zur Bandfinishbearbeitung angeschlossen sind. Der Werkzeugrevolver 24 ist um eine B-Achse schwenkbar und mit einem entsprechenden Schwenkantrieb 26 ausgestattet. An dem Werkzeugrevolver sind Motorspindeln 27 zum Antrieb der Vorrichtungen 25 angeordnet. Anstelle von zwei Motorspindeln 27 kann auch eine Motorspindel vorgesehen sein, die nach Drehung des Werkzeugrevolvers 24 in der Betriebsstellung an die Vorrichtungen 25 ankuppelbar ist. Die in 4 dargestellte Anordnung ermöglicht eine zweistufige Bearbeitung von Werkstücken. Beispielsweise kann die Anordnung zur Grob- und Feinstbearbeitung von Werkstückoberflächen eingesetzt werden. Insbesondere eignet sich die in 4 dargestellte Anordnung für eine zweistufige Feinstbearbeitung von Laufbahnen eines Lagerrings für Großlager in Windkraftanlagen. Es versteht sich, dass die Vorrichtungen 25 der in 4 dargestellten Anordnung auch mit Honsteinen betrieben werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005026296 B4 [0003]

Claims

Vorrichtung zur Finishbearbeitung von Werkstücken mit einem Werkzeughalter (1), der eine Schnittstelle (5) mit einer drehbaren gelagerten Spindel (6) zum Anschluss an eine Motorspindel einer Werkzeugmaschine sowie eine Abtriebswelle (8) aufweist; einer Werkzeugaufnahme (2) für mindestens ein Finishwerkzeug (3); und einem Oszillationskopf (4) mit einer Exzenteranordnung (7) zur Transformation von Rotationsbewegungen der Abtriebswelle (8) in Oszillationsbewegungen der Werkzeugaufnahme (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (8) axial verschiebbar und in Drehrichtung formschlüssig innerhalb einer Hohlwelle (9) angeordnet ist, die durch eine Rotation der Spindel (6) in Rotation versetzt wird, dass der Oszillationskopf (4) in Axialrichtung der Abtriebswelle (8) linear beweglich an dem Werkzeughalter (1) geführt ist, wobei die Exzenteranordnung (7) des Oszillationskopfes (4) auf einem Wellenende der Abtriebswelle (8) angeordnet ist und mit dieser eine relativ zur Hohlwelle (9) verschiebbare Funktionseinheit bildet, und dass dem Oszillationskopf (4) eine in Zustellrichtung des Werkzeuges (3) wirkende Andruckeinrichtung (18) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zwischen der Spindel (6) der Schnittstelle (5) und der Hohlwelle (9) ein Winkelgetriebe (19) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Werkzeughalter (1) mindestens ein Pneumatikzylinder angeschlossen ist, der auf den Ozillationskopf (4) wirkt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Pneumatikzylinder ein Proportionalventil zur Einstellung der Werkzeug-Andruckkraft zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillationskopf (4) an parallelen Rundführungen (17) linear geführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillationskopf (4) einen Träger (14) und einen an dem Träger geführten Schlitten (13) aufweist, wobei der Schlitten (13) mit der Exzenteranordnung (10) zusammenwirkt und die Werkzeugaufnahme (2) trägt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (13) an zwei parallelen Rundführungen (15) geführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzenteranordnung (7) zwei konzentrisch angeordnete und über ein Wälzlager (10) verbundene Exzenterhülsen (11, 12) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (8) als Vielkeilwelle ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (8) unter Zwischenschaltung von Wälzkörpern (21) in der Hohlwelle (9) geführt ist.