DE102013224311B3

DE102013224311B3 - Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken

Info

Publication number: DE102013224311B3
Application number: DE201310224311
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-11-27
Filing date: 2013-11-27
Publication date: 2015-02-12
Anticipated expiration: 2033-11-28
Also published as: DE102013224311B8

Abstract

Vorrichtung (1) zum Bearbeiten von hohlwandigen Werkstücken (10) mit vorzugsweise unrunder Innenkontur (11), mit einer Spanneinrichtung (5) zum Spannen der hohlwandigen Werkstücke (10), mit einem hochfrequent, axial bewegbarem Werkzeug (45), und mit einer mit dem Werkzeug (45) gekoppelten Antriebseinheit (20), wobei das Werkzeug (45) über eine Gelenkeinheit (40) an die Antriebseinheit (20) gekoppelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten von hohlwandigen Werkstücken gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Eine Vorrichtung zum Herstellen von nicht-rotationssymmetrischen Innen- oder Außenkonturen an Werkstücken ist aus DE 44 19 163 A1 bekannt. Dort ist der Werkzeughalter in Form eines Hebelarmes ausgebildet.
Vorrichtungen zum Bearbeiten von unrunden Werkstücken sind hinlänglich bekannt. Hierbei handelt es sich zum Beispiel um sogenannte Hochgeschwindigkeits-Drehautomaten, bei denen hochdynamische Werkzeugzustelleinheiten eingesetzt werden. Dabei wird regelmäßig horizontal auf das zu bearbeitende Werkstück mit hoher Frequenz ein Werkzeug, in der Regel ein Drehmeißel oder Ähnliches, zu- und wieder weggefahren. Die Zustellbewegung des Werkzeuges erfolgt dabei je nach augenblicklicher Stellung des rotierenden Werkstückes, so dass mit hoher Rechenleistung in Abhängigkeit der augenblicklichen Stellung des Werkstücks Material vom Werkstück abgenommen wird oder eben nicht. Hierdurch kann eine vorher festgelegte, vorzugsweise unrunde Kontur des Werkstücks herausgearbeitet werden.
Beispiele solcher Hochgeschwindigkeits-Drehautomaten sind in DE 198 10 996 A1 und EP 2 313 232 B1 beschrieben.
Problematisch bei diesen bekannten Vorrichtungen ist, dass die Werkstücke regelmäßig nur von außen her bearbeitbar sind.
Die Erfindung hat das Ziel, hohlwandige Werkstücke, insbesondere Zylinder, Kolbenringe oder Kreisringe, oder andere ringförmige, hohlwandige Körper auf der Innenseite unrund bearbeiten zu können.
Dieses Ziel wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung beruht im Wesentlichen darauf, die bisher bekannten hochdynamischen Werkzeugzustelleinheiten, die lediglich eine axiale beziehungsweise horizontale Bewegung ausführen, mit einer besonderen Gelenkeinheit zu koppeln, um die hochfrequenten, axialen Bewegungen über einen geeigneten Drehhebel in das Innere des hohlwandigen Werkstückes umzulenken.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bearbeiten von hohlwandigen Werkstücken mit Innenkontur ist eine mit der Antriebseinheit gekoppelte Gelenkeinheit, die insbesondere einen präzise gelagerten Drehhebel bzw. Schwinghebel aufweist. Dieser Drehhebel beziehungsweise Schwinghebel ist über ein Gelenk herum drehbar gelagert und verfügt einenends über einen Werkzeughalter zur Aufnahme mindestens eines Werkzeuges. Andernends ist der Drehhebel mit der bzw. an die Antriebseinheit gekoppelt. Durch Wahl der Hebelverhältnisse lässt sich die gewünschte Schnittkraft und die Schnitttiefe in die spannabhebende Innenbearbeitung des Werkstücks einstellen.
Eine etwaig notwendige Außenbearbeitung des Werkstückes kann in herkömmlicher Form mit den eingangs genannten, vorbekannten Hochgeschwindigkeits-Drehautomaten erfolgen. Dank der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist jedoch auch jetzt eine Innendrehbearbeitung als Unrunddrehbearbeitung möglich. Bevorzugterweise kann die Außendrehbearbeitung synchron zur Innendrehbearbeitung erfolgen. Für das Spannen von solchen hohlwandigen Werkzeugen ist beispielsweise die aus der DE 10 2009 033 824 B3 beschriebene Spannvorrichtung bestens geeignet. Ist das Werkstück einmal hochgenau gespannt, kann dieses mit den bekannten Hochgeschwindigkeits-Drehautomaten einerseits von außen bearbeitet und in einem vorher oder später stattfindenden Bearbeitungsgang, aber auch gleichzeitig mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung von innen her bearbeitet werden.
Sowohl bei der Außenbearbeitung mit den Hochgeschwindigkeits-Drehautomaten als auch bei der hochfrequenten Bearbeitung der Innenkontur des Werkstücks ist jeweils eine sehr schnelle Recheneinheit notwendig, die in Abhängigkeit der augenblicklichen Drehlage des Werkstücks die Druck- und Hubeinheit in der Spantiefe berechnet und entsprechend das Werkzeug zum Bearbeiten des Werkstückes ansteuert.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sitzt vorzugsweise innerhalb eines geeigneten Gehäuses eine hochfrequent belastbare Gelenkeinheit. In dieser ist der genannte Schwinghebel beziehungsweise Drehhebel gelagert.
Über eine geeignete Abstreifeinheit die an der Gelenkeinheit angebracht ist, können bei der Bearbeitung des Werkstückes anfallende Späne an dem Drehhebel am Gehäuse der Gelenkeinheit abgleiten. Es gibt hiermit keinen Spänensstau innerhalb des Werkstücks.
Vorzugsweise ist der Drehhebel als sogenannter „Stahlhalter” zur Aufnahme unterschiedslichter Werkzeuge oder zur Direktaufnahme von Schneidwerkstoffen ausgebildet. Hierfür verfügt der Drehhebel einenends über einen geeigneten Werkzeughalter, an dem ein oder mehrere Werkzeuge befestigbar sind. Durch entsprechende Drehung des Werkzeughalters kann das jeweils erforderliche Werkzeug für die Bearbeitung des Werkstückes bereitgestellt werden.
Die Gelenkeinheit ist vorzugsweise über eine zweite Lagerung innerhalb des Gehäuses an der Schnittkante in der spanabhebenden Bearbeitung sehr präzise ansteuerbar und mechanisch geführt. Diese Mehrfachlagerung nimmt alle Zerspannungs- und Bearbeitung kompensierend auf. Die Gelenkeinheit kann als spielfreies, gekapseltes und vorzugsweise mit einer Zentralschmierung und Sperrluft versorgtes Gelenk/Schwingachse ausgebildet sein.
Der Drehhebel ist vorzugsweise aus einem hochfesten und sehr leichten Werkstoff für die hochfrequente Hubfunktion ausgelegt. Dieser kann deshalb aus einem Kohlefaser-Verbundwerkstoff, aus einer gelöcherten Hartmetallstruktur oder aus einer gelöcherten Metallstruktur bestehen oder aus einer Kombination dieser Werkstoffe. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann an verschiedene Hubantriebe, d. h. unterschiedliche Antriebseinheiten über eine geeignete Flanscheinheit angekoppelt werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung können weitere Bearbeitungsachsen als angetriebene Einheit oben auf dem Werkzeughalter aufgesetzt werden. So kann mit einer aktiven Schleifeinheit oder mit einem anderen spanabhebenden Verfahren auch ein schwingender Schleifprozess für die Innenbearbeitung von Werkstücken realisiert werden. Damit lassen sich unterschiedslichte Kurvenformen, Spiralen oder andere Oberflächen tiefenvariabel in die Innenwandung des Werkstückes einbringen.
Die Erfindung wird im Nachfolgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
1 Eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bearbeiten von hohlwandigen Werkstücken.
In 1 ist in Schnittansicht der prinzipielle Aufbau einer Vorrichtung zum Bearbeiten von hohlwandigen Werkstücken dargestellt. Die Vorrichtung ist mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Die Vorrichtung 1 verfügt über eine Spanneinrichtung 5, in welcher ein hohlwandiges Werkstück 10 hochpräzise eingespannt werden kann. Eine solche Spanneinrichtung ist beispielsweise aus DE 10 2009 033 824 B3 bekannt. Auf die dort beschriebene Spanneinrichtung wird zum Zwecke der Offenbarung hiermit explizit Bezug genommen. In dieser Spanneinrichtung 5 ist das Werkstück 10 eingespannt und um eine Vertikalachse X drehbar. Das Werkstück 10, das beispielsweise ein Kreisring, Kolbenring oder auch Zylinder sein kann, verfügt über eine Innenkontur 11 und eine Außenkontur 12. An seiner oberen und unteren Seite ist das Werkstück 10 in der Spanneinrichtung 5 festgelegt.
Dieses Werkstück 10 kann an seiner Außenkontur 12 in an sich bekannter Weise unrund bearbeitet werden. Dies ist in 1 lediglich schematisiert anhand einer Antriebseinheit 60 angedeutet, über die eine Hochgeschwindigkeitsbearbeitung der Außenkontur 12 des Werkstückes 10 erfolgen kann.
Die in 1 dargestellte Vorrichtung 1 ist jedoch dafür geeignet, das Werkstück 10 auch an seiner Innenkontur 11 zu bearbeiten, vorzugsweise unrund zu bearbeiten.
Hierfür ist eine weitere Antriebseinheit 20, die eine Hochgeschwindigkeits-Antriebseinheit sein kann, vorgesehen. Diese Antriebseinheit 20 ist über eine Gelenkeinheit 40 mit einem Werkzeug 45 gelenkig gekoppelt, wobei das Werkzeug 45 innerhalb des Werkstückes 10 platziert ist, um die Innenkontur 11 des Werkstückes entsprechend bearbeiten zu können.
Im Einzelnen verfügt die Gelenkeinheit 40 über ein Gehäuse 48, in welchem ein Drehhebel 42 angeordnet ist. Der Drehhebel 42 ist in etwa mittig an einem Gelenk 43 festgelegt. Der Drehhebel besteht z. B. aus einer gelöcherten Hartmetallstruktur, wobei vorzugsweise die Masseverteilung M1 = M2 ist. An dem dem Werkstück 10 zugewandten Ende des Drehhebels 42 ist ein Werkzeughalter 44 angeordnet, auf welchem ein oder mehrere Werkzeuge 45, 45' vorzugsweise auswechselbar eingesetzt sind. An dem anderen Ende des Drehhebels 42 befindet sich ein weiteres Gelenk 47, das an einem Gehäuseabschnitt des Gehäuses 48 festgelegt ist. Dieser Gehäuseabschnitt ist mit der Antriebseinheit 20 derart gekoppelt, dass ein horizontales Hin- und Her bewegen eines Aktors der Antriebseinheit 20 zu einem Hin- und Her Schwenken des Drehhebels 42 führt, so dass das Werkzeug 45 an der Innenkontur 11 des Werkstückes 10 angreifen und dort Material abtragen kann oder nicht, je nachdem, ob der Aktor 20 das Gelenk 47 des Drehhebels 42 in der Darstellung von 1 nach links drückt oder nach rechts zieht, wie es entsprechend der Doppelfeildarstellung in 1 angedeutet ist.
Es versteht sich, dass durch eine geeignete Hebelwahl, also durch eine geeignete Platzierung des Gelenks 43 sowie der Länge des Drehhebels 42 die Hubtiefe und damit Schnitttiefe des Werkzeuges 45 einstellbar ist und so mehr oder weniger Material an der Innenkontur 11 des Werkstücks abzutragen ist. Wenngleich, es in 1 nicht dargestellt ist, versteht es sich, dass der Drehhebel 42 samt Werkzeug 45 selbstverständlich auch relativ zur Innenkontur 11 des Werkstückes 10 höhenverstellbar ist, um das Werkstück 10 an seiner Innenkontur 11 entlang der gesamten Höhe des Werkstücks 10 bearbeiten zu können. An Stelle den Drehhebel 42 bzw. die Gelenkeinheit 40 axial zu verstellen ist es ebenfalls möglich, die Spanneinrichtung 5 entsprechend in der Höhe zu verändern.
Wie in 1 angedeutet, ist der Werkzeughalter 44 nicht nur dazu vorgesehen, ein einziges Werkzeug 45 zu haltern, sondern mehrere Werkzeuge aufzunehmen. In 1 ist hier ein zweites Werkzeug 45' gezeigt, welches gegenüberliegend dem ersten Werkzeug 45 platziert ist. Durch eine Drehung des Werkzeughalters 44 um 180° kann dieses zweite Werkzeug 45' zum Einsatz kommen.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
5: Spanneinrichtung
10: Werkstück
11: Innenkontur des Werkstücks
12: Außenkontur des Werkstücks
20: hochfrequent arbeitende erste Antriebseinheit
30: Werkzeugeinheit
40: Gelenkeinheit
42: Drehhebel
43: Gelenk
44: Werkzeughalter
45: Werkzeug
45': Zweites Werkzeug
47: weiteres Gelenk
48: Gehäuse
60: hochfrequent arbeitende zweite Antriebseinheit
X: Achse
M1: erste Masse
M2: zweite Masse

Claims

Vorrichtung (1) zum Bearbeiten von hohlwandigen Werkstücken (10), die eine Innenkontur (11) aufweisen, mit einer Spanneinrichtung (5) zum Spannen der hohlwandigen Werkstücke (10), mit einem hochfrequent bewegbaren Werkzeug (45), und mit einer mit dem Werkzeug (45) gekoppelten, horizontal bewegbaren Antriebseinheit (20), dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (45) über eine Gelenkeinheit (40) an die Antriebseinheit (20) gekoppelt ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkeinheit (40) einen Drehhebel (42) aufweist, welcher um ein Gelenk (43) herum drehbar gelagert ist und einenends mindestens einen Werkzeughalter (44) zur Aufnahme des Werkzeuges (45) aufweist und andernends mit der Antriebseinheit (20) gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehhebel (42) andernends über ein weiteres Gelenk (47) an einem Gehäuse (48) festgelegt ist, wobei das Gehäuse (48) mit der Antriebseinheit (20) gekoppelt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeughalter (44) zur Aufnahme von mehreren Werkzeugen (45, 45') vorbereitet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehhebel (42) aus einem hochfesten und leichtgewichtigen Werkstoff gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (10) ein Kolbenring, ein Zylinder oder ein Kreisring ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (20) unterhalb des Werkstücks (10) angeordnet ist und das Werkzeug (45) über die Gelenkeinheit (40) in das Innere des Werkstücks (10) greift.