DE102015217600B4 - Vorrichtung zur Finishbearbeitung von Werkstücken - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung (10) zur Finishbearbeitung von Werkstücken (18), mit einer Werkzeugspindel (26) für ein Finishwerkzeug (12), mit einer Zustelleinrichtung (32) für die Zustellung der Werkzeugspindel (26), mit einer zwischen der Werkzeugspindel (26) und der Zustelleinrichtung (32) wirksamen Kraftmesseinrichtung (56), und mit einer zwischen der Werkzeugspindel (26) und der Zustelleinrichtung (32) wirksamen Verbindungseinrichtung (44) zum Verbinden der Werkzeugspindel (26) mit der Zustelleinrichtung (32), wobei die Verbindungseinrichtung (44) zwei relativ zueinander bewegbare Bauteile (46, 48) umfasst, die mittels der Kraftmesseinrichtung (56) miteinander verbunden sind, sodass die Kraftmesseinrichtung (56) integraler und kraftleitender Bestandteil der Verbindungseinrichtung (44) ist, wobei die Bauteile (46, 48) mit nur einem einzigen Freiheitsgrad relativ zueinander bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der einzige Freiheitsgrad eine Relativverschwenkbarkeit der Bauteile (46, 48) ist und dass die Verbindungseinrichtung (44) ein zu der Kraftmesseinrichtung (56) und zu einer Spindelachse (30) der Werkzeugspindel (26) beabstandet angeordnetes Schwenklager (50) umfasst, mittels welchem die Bauteile (46, 48) relativ zueinander verschwenkbar sind.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Finishbearbeitung von Werkstücken, mit einer Werkzeugspindel für ein Finishwerkzeug, mit einer Zustelleinrichtung für die Zustellung der Werkzeugspindel, mit einer zwischen der Werkzeugspindel und der Zustelleinrichtung wirksamen Kraftmesseinrichtung, und mit einer zwischen der Werkzeugspindel und der Zustelleinrichtung wirksamen Verbindungseinrichtung zum Verbinden der Werkzeugspindel mit der Zustelleinrichtung.
- Eine solche Vorrichtung ist aus der
EP 1 329 289 A2 bekannt. Bei dieser Vorrichtung ist die Verbindungseinrichtung durch Blattfedern gebildet, welche die Werkzeugspindel auf der Zustelleinrichtung abstützen. Eine Kraftmesseinrichtung in Form eines Piezoelements dient zur Erfassung einer Prozesskraft, die während der finishenden Bearbeitung eines Werkstücks auftritt. - Die bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, dass bei der Finishbearbeitung eines Werkstücks auftretende Bearbeitungskräfte Schwingungen verursachen können, welche die Genauigkeit, mit der ein Werkstück finishend bearbeitet werden kann, herabsetzen.
- Eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 ist aus der
DE 690 09 890 T2 bekannt. Weitere Vorrichtungen sind aus derUS 2009/0104855 A1 DE 10 2007 024 760 A1 und derDE 20 2006 017 265 U1 bekannt. - Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass eine Prozesskraft gemessen werden kann, ohne dabei aber die Genauigkeit, mit der ein Werkstück finishend bearbeitet werden kann, herabzusetzen.
- Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
- Erfindungsgemäß bildet die Kraftmesseinrichtung einen integralen und kraftleitenden Bestandteil der Verbindungseinrichtung. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einer Verbindungseinrichtung eine Einrichtung verstanden, welche einen mechanischen Zusammenhalt zwischen der Zustelleinrichtung und der Werkzeugspindel herstellt. Ein integraler Bestandteil der Verbindungseinrichtung ist die Kraftmesseinrichtung. Die Kraftmesseinrichtung nimmt zumindest einen Teil der für den mechanischen Zusammenhalt zwischen Zustelleinrichtung und Werkzeugspindel erforderlichen Kräfte auf; eine Demontage der Kraftmesseinrichtung geht damit einher, dass der mechanische Zusammenhalt zwischen der Werkzeugspindel und der Zustelleinrichtung unterbrochen wird.
- Durch die erfindungsgemäße Integration der Kraftmesseinrichtung in die Verbindungseinrichtung kann ein insgesamt stabiler Aufbau geschaffen werden, der die Genauigkeit, mit welcher ein Werkstück finishend bearbeitet werden kann, nicht herabsetzt. Gleichzeitig ist es möglich, im Zuge der Finishbearbeitung eines Werkstücks auftretende Prozesskräfte zu messen, da diese Prozesskräfte von der Werkzeugspindel über die Verbindungseinrichtung auf die Zustelleinrichtung übertragen werden.
- Ein besonders einfacher Aufbau der Verbindungseinrichtung ergibt sich, wenn ein erstes Bauteil der Verbindungseinrichtung mit der Zustelleinrichtung und ein zweites Bauteil der Verbindungseinrichtung mit der Werkzeugspindel verbunden ist.
- Ein besonders bevorzugter und stabiler Aufbau sieht vor, dass die Bauteile als Plattenkörper ausgebildet sind. Diese Plattenkörper sind in sich mechanisch stabil und dienen jeweils als Träger für die Werkzeugspindel bzw. für die Zustelleinrichtung.
- Erfindungsgemäß sind die Bauteile mit nur einem einzigen Freiheitsgrad relativ zueinander bewegbar, wobei der genannte einzige Freiheitsgrad eine Relativverschwenkbarkeit der Bauteile ist.
- Vorzugsweise ist die Kraftmesseinrichtung auf Zug und/oder Druck belastbar und hemmt eine Relativbewegbarkeit der Bauteile. Insbesondere ist die Kraftmesseinrichtung ausschließlich auf Zug und/oder Druck belastbar. Bei einer besonders bevorzugten Variante ist die Kraftmesseinrichtung ausschließlich zur Aufnahme von Druckkräften vorgesehen. Als integraler Bestandteil der Verbindungseinrichtung überträgt die Kraftmesseinrichtung statische Verbindungskräfte, die für den mechanischen Zusammenhalt zwischen der Zustelleinrichtung und der Werkzeugspindel erforderlich sind. Der Betrag der statischen Verbindungskraft hängt von den Gewichten der Bauteile und von der Orientierung der Vorrichtung ab; die statische Verbindungskraft kann von der Kraftmesseinrichtung gemessen werden, beispielsweise um einen „Nullpunkt“ zu bestimmen, von welchem ausgehend dann eine während des Betriebs der Vorrichtung auftretende Prozesskraft gemessen wird. Die von der Kraftmesseinrichtung zu messende Prozesskraft und die statische Verbindungskraft verlaufen entlang einer identischen Kraftübertragungsachse.
- Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Verbindungseinrichtung ein zu der Kraftmesseinrichtung und zu einer Spindelachse der Werkzeugspindel beabstandet angeordnetes Schwenklager umfasst, mittels welchem die Bauteile relativ zueinander verschwenkbar sind. Hierdurch kann ein einfacher und gleichzeitig stabiler Aufbau der Verbindungseinrichtung geschaffen werden, welcher darüber hinaus eine einfache Umlenkung von Prozesskräften ermöglicht, welche ausgehend von einem Werkstück auf das an der Werkzeugspindel angeordnete Werkzeug wirken und dann über die Werkzeugspindel in die Verbindungseinrichtung eingeleitet werden und zu der Kraftmesseinrichtung gelangen.
- Wenn eine durch das Schwenklager definierte Schwenkachse winklig, insbesondere senkrecht, zu einer Zustellachse der Zustelleinrichtung verläuft, ist es insbesondere bei der Bearbeitung von planen und sphärischen Flächen möglich, einen Eingriffswinkel eines Finishwerkzeugs mit einem Werkstück einzustellen und somit die geometrischen Parameter eines sogenannten „Kreuzschliffs“ zu beeinflussen.
- Ferner ist es bevorzugt, wenn die Kraftmesseinrichtung im Kraftfluss einer zwischen den Bauteilen wirksamen Abstandseinstelleinrichtung angeordnet ist. Die Abstandseinstelleinrichtung ermöglicht die Einstellung eines Abstands zwischen den Bauteilen im Sinne eines durch die Kraftmesseinrichtung hindurch gemessenen Abstands der Bauteil, der in diesem Bereich zwischen den Bauteilen anliegt. Die Abstandseinstelleinrichtung ermöglicht die Einstellung eines absoluten Abstands zwischen den Bauteilen oder die Einstellung eines Winkelabstands zwischen den Bauteilen.
- Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels.
- In den Zeichnungen zeigen:
-
1 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Finishbearbeitung von Werkstücken; -
2 eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß1 , wobei eine Werkzeugspindel der Vorrichtung eine Grundstellung einnimmt; und -
3 eine der2 entsprechende Seitenansicht, wobei die Werkzeugspindel eine gegenüber der Grundstellung geneigte Betriebsstellung einnimmt. - In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur Finishbearbeitung eines Werkstücks insgesamt mit dem Bezugszeichen
10 bezeichnet. Die Vorrichtung10 weist ein Finishwerkzeug12 auf, das beispielsweise in Form einer Topfscheibe ausgebildet ist. Eine Topfscheibe weist an ihrer Stirnseite eine ringförmige Wirkfläche14 auf, mit welcher eine plane oder sphärische Oberfläche16 eines Werkstücks18 finishend bearbeitbar ist. - Das Werkstück
18 ist in einem Werkstückhalter20 (beispielsweise einem Spannfutter) aufgenommen. Mittels eines Werkstückantriebs22 wird das Werkstück18 rotatorisch um eine Antriebsachse24 angetrieben. - Das Werkzeug
12 ist an einer Werkzeugspindel26 gehalten und mittels eines Antriebs28 um eine Spindelachse30 rotatorisch angetrieben. Die Spindelachse30 und die Antriebsachse24 des Werkstücks18 verlaufen im Wesentlichen parallel zueinander oder sind um wenige Grad (beispielsweise maximal 5°) relativ zueinander geneigt. - Um die Wirkfläche
14 des Werkzeugs12 in Richtung auf das Werkstück18 zustellen und wieder entfernen zu können, ist eine insgesamt mit dem Bezugszeichen32 bezeichnete Zustelleinrichtung vorgesehen. Die Zustelleinrichtung32 umfasst einen Träger34 , welcher mit einem Antrieb36 verbunden ist, der auf einen Schlitten38 wirkt. Der Schlitten38 ist mittels des Antriebs36 entlang einer Zustellachse40 verschiebbar. Die Zustellachse40 verläuft parallel oder zumindest im Wesentlichen parallel (beispielsweise maximal um 5° geneigt) zu der Spindelachse30 . Die Zustelleinrichtung32 dient auch dazu, eine Andrückkraft zu erzeugen, mit welcher die Wirkfläche14 des Finishwerkzeugs12 auf die Oberfläche16 des Werkstücks18 drückt. - Zur Verbindung des Schlittens
38 der Zustelleinrichtung32 einerseits und eines Gehäuses42 der Werkzeugspindel26 andererseits umfasst die Vorrichtung10 eine insgesamt mit dem Bezugszeichen44 bezeichnete Verbindungseinrichtung. - Die Verbindungseinrichtung
44 umfasst zwei relativ zueinander bewegbare, plattenkörperförmige Bauteile46 und48 . Ein erstes Bauteil46 ist mit dem Schlitten38 der Zustelleinrichtung32 verbunden, insbesondere verschraubt. Ein zweites Bauteil48 ist mit dem Gehäuse42 der Werkzeugspindel26 verbunden, insbesondere verschraubt. - Zur Verbindung der Bauteile
46 und48 ist ein Schwenklager50 vorgesehen, das eine Schwenkachse52 definiert. Die Schwenkachse52 weist einen Abstand54 zu der Spindelachse30 der Werkzeugspindel26 auf. Das Schwenklager50 ist in der Zeichnung nur schematisch dargestellt; es umfasst beispielsweise in an sich bekannter Weise einen Schwenkbolzen und den Schwenkbolzen umgreifende Buchsen. - Das Schwenklager
50 zwischen den Bauteilen46 und48 verbindet die Bauteile46 und48 so, dass diese lediglich in einem einzigen Freiheitsgrad relativ zueinander bewegbar sind. Die Bauteile46 und48 sind also ausschließlich um die Schwenkachse52 relativ zueinander verschwenkbar. Bevorzugt ist es, dass die Schwenkachse52 an einem zu dem Werkzeug12 benachbarten Ende der Bauteile46 ,48 angeordnet ist. - Um eine Verschwenkbarkeit zwischen den Bauteile
46 und48 zu hemmen, umfasst die Verbindungseinrichtung44 einen Verbindungsbereich54 , welcher als kraftleitender Bestandteil der Verbindungseinrichtung44 wirksam ist. In dem Verbindungsbereich54 werden ausschließlich Zug- und Druckkräfte übertragen. In dem Verbindungsbereich54 werden zwischen den Bauteilen46 und48 wirksame Verbindungskräfte durch eine Kraftmesseinrichtung56 hindurch übertragen. Die Kraftmesseinrichtung56 kann beispielsweise durch eine Kraftmessdose gebildet sein. - In dem Verbindungsbereich
54 überträgt die Kraftmesseinrichtung56 Zug- und Druckkräfte entlang einer Kraftübertragungsachse58 . - Insbesondere überträgt die Kraftmesseinrichtung
56 ausschließlich Druckkräfte entlang der Kraftübertragungsachse58 . Für diesen Fall ist es bevorzugt, dass die Kraftmesseinrichtung56 zwei relativ zueinander bewegbare Bauelemente umfasst, welche mittels Federn relativ zueinander vorgespannt sind und durch eine Sensoreinheit zueinander beabstandet sind. Auf diese Weise können die Bauteile46 und48 relativ zueinander spielfrei angeordnet werden. - Die Kraftübertragungsachse
58 ist winklig, insbesondere senkrecht oder zumindest im Wesentlichen senkrecht, zu der Schwenkachse52 angeordnet und weist zu der Schwenkachse52 einen Abstand60 auf. - In dem Verbindungsbereich
54 ist, mechanisch in Reihe mit der Kraftmesseinrichtung angeordnet, eine Abstandseinstelleinrichtung62 angeordnet. Diese umfasst beispielsweise eine Einstellspindel64 , welche einenends mit einem der Bauteile46 oder48 und anderenends mit der Kraftmesseinrichtung56 verbunden ist. Zur Fixierung der Abstandseinstelleinrichtung62 kann eine Einstellmutter66 vorgesehen sein. - Die Abstandseinstelleinrichtung
62 ermöglicht es, einen entlang der Kraftübertragungsachse58 gemessen Abstand zwischen den Bauteilen46 und48 einzustellen. Durch die Beabstandung der Kraftübertragungsachse58 zu der Schwenkachse52 geht eine Veränderung eines entlang der Kraftübertragungsachse vorhandenen Abstands zwischen den Bauteilen46 und48 damit einher, dass die Bauteile46 und48 um die Schwenkachse52 relativ zueinander verschwenkt werden, vgl.2 und3 . Auf diese Weise ist ein Neigungswinkel der Spindelachse30 einstellbar. Beispielsweise können die Achsen24 und30 parallel zueinander verlaufen (vgl.2 ); oder aber die Achsen24 und30 sind relativ zueinander geneigt (vgl.3 ). - Während der finishenden Bearbeitung des Werkstücks
18 rotiert das Werkstück18 um die Achse24 . Gleichzeitig rotiert das Werkzeug12 um die Spindelachse30 . Die Wirkfläche14 des Werkzeugs12 steht in Eingriff mit der Werkstückfläche16 des Werkstücks18 . Da zur finishenden Bearbeitung des Werkstücks18 eine Druckkraft von dem Werkzeug12 auf das Werkstück18 ausgeübt wird, erfährt das Werkzeug12 eine entsprechende Andrückkraft, welche in2 mit dem Bezugszeichen62 angedeutet ist. Die Andrückkraft62 bewirkt über den „Hebelarm“54 ein auf die Werkzeugspindel26 wirkendes Drehmoment um die Schwenkachse52 (Der zeichnerischen Darstellung in2 entsprechend verläuft dieses Drehmoment im Uhrzeigersinn um die Schwenkachse52 .) - Die mit dem „Hebelarm“
60 zu der Schwenkachse52 beabstandete Kraftmesseinrichtung56 übt ein entgegengesetztes Drehmoment auf die Werkzeugspindel26 aus, sodass diese bezogen auf die Schwenkachse52 stillsteht. Das entgegengesetzte Drehmoment ist gleich einer von der Kraftmesseinrichtung56 entlang der Kraftübertragungsachse58 gemessenen Prozesskraft (entspricht der Gegenkraft zu einer von dem zweiten Bauteil48 auf die Kraftmesseinrichtung ausgeübten Druckkraft), multipliziert mit der Länge des „Hebelarms“ 60. - Dementsprechend ist die Andrückkraft
62 gleich der von der Kraftmesseinrichtung56 gemessenenen Prozesskraft multipliziert mit dem Hebelarmfaktor (Abstand60 geteilt durch Abstand54 ).
Claims (6)
- Vorrichtung (10) zur Finishbearbeitung von Werkstücken (18), mit einer Werkzeugspindel (26) für ein Finishwerkzeug (12), mit einer Zustelleinrichtung (32) für die Zustellung der Werkzeugspindel (26), mit einer zwischen der Werkzeugspindel (26) und der Zustelleinrichtung (32) wirksamen Kraftmesseinrichtung (56), und mit einer zwischen der Werkzeugspindel (26) und der Zustelleinrichtung (32) wirksamen Verbindungseinrichtung (44) zum Verbinden der Werkzeugspindel (26) mit der Zustelleinrichtung (32), wobei die Verbindungseinrichtung (44) zwei relativ zueinander bewegbare Bauteile (46, 48) umfasst, die mittels der Kraftmesseinrichtung (56) miteinander verbunden sind, sodass die Kraftmesseinrichtung (56) integraler und kraftleitender Bestandteil der Verbindungseinrichtung (44) ist, wobei die Bauteile (46, 48) mit nur einem einzigen Freiheitsgrad relativ zueinander bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der einzige Freiheitsgrad eine Relativverschwenkbarkeit der Bauteile (46, 48) ist und dass die Verbindungseinrichtung (44) ein zu der Kraftmesseinrichtung (56) und zu einer Spindelachse (30) der Werkzeugspindel (26) beabstandet angeordnetes Schwenklager (50) umfasst, mittels welchem die Bauteile (46, 48) relativ zueinander verschwenkbar sind.
- Vorrichtung (10) nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Bauteil (46) mit der Zustelleinrichtung (32) und ein zweites Bauteil (48) mit der Werkzeugspindel (26) verbunden ist. - Vorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (46, 48) als Plattenkörper ausgebildet sind.
- Vorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftmesseinrichtung (56) auf Zug und/oder Druck belastbar ist und eine Relativbewegbarkeit der Bauteile (46, 48) hemmt.
- Vorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch das Schwenklager (50) definierte Schwenkachse (52) winklig, insbesondere senkrecht, zu einer Zustellachse (40) der Zustelleinrichtung (32) verläuft.
- Vorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftmesseinrichtung (56) im Kraftfluss einer zwischen den Bauteilen (46, 48) wirksamen Abstandseinstelleinrichtung (62) angeordnet ist.
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