DE102017000681B4

DE102017000681B4 - Verfahren zum kombinierten Feinbearbeiten mindestens eines Profils und mindestens einer Funktionsfläche eines Werkstücks auf einer Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102017000681B4
Application number: DE102017000681.4A
Authority: DE
Inventors: Matthias Schmidt; Achim STEGNER; José López
Original assignee: Niles Werkzeugmaschinen GmbH; Kapp Werkzeugmaschinen GmbH
Current assignee: Niles Werkzeugmaschinen GmbH; Kapp Werkzeugmaschinen GmbH
Priority date: 2017-01-26
Filing date: 2017-01-26
Publication date: 2018-11-15
Anticipated expiration: 2037-01-27
Also published as: DE102017000681A1

Abstract

Verfahren zum kombinierten Feinbearbeiten mindestens eines Profils (P) und mindestens einer Funktionsfläche (B) eines Werkstücks (1) auf einer Werkzeugmaschine (2), wobei die Werkzeugmaschine (2) ein Maschinenbett (3) mit einer Werkstückaufnahme (4) aufweist, wobei auf dem Maschinenbett (3) ein Ständer (5) angeordnet ist, der in mindestens eine erste translatorische Richtung (Y) auf dem Maschinenbett (3) verfahrbar ist, wobei auf dem Ständer (5) ein Werkzeugträger (6) angeordnet ist, wobei der Werkzeugträger (6) in eine zweite translatorische Richtung (Z) verfahrbar ist, wobei die zweite translatorische Richtung (Z) senkrecht zur ersten translatorischen Richtung (Y) angeordnet ist, wobei der Werkzeugträger (6) relativ zum Ständer (5) um eine Schwenkachse (A) schwenkbar angeordnet ist, wobei die Schwenkachse (A) zur ersten und zur zweiten translatorischen Richtung (Y, Z) senkrecht steht, wobei der Werkzeugträger (6) mindestens zwei Werkzeugspindeln (7, 8) trägt, wobei die eine Werkzeugspindel (7) eine Schleifschnecke (9) für die Bearbeitung des Profils (P) trägt und wobei die andere Werkzeugspindel (8) ein Feinbearbeitungswerkzeug (10) für die Bearbeitung der Funktionsfläche (B) des Werkstücks (1) trägt, dadurch gekennzeichnet, dass während der Bearbeitung oder im Zuge der Bearbeitung des Profils (P) mittels der Schleifschnecke (9) die Schleifschnecke (9) zur Durchführung einer Shiftbewegung in Richtung einer Verschiebeachse (S) translatorisch verschoben wird, wobei die Verschiebeachse (S) identisch mit der Drehachse der Schleifschnecke (9) ist und wobei die Bewegung der Schleifschnecke (9) in Richtung der Verschiebeachse (S) aus der Kombination einer Bewegung in die erste translatorische Richtung (Y) und in die zweite translatorische Richtung (Z) zusammengesetzt wird, wobei die Schleifschnecke (9) mindestens zwei unterschiedliche sich in Richtung der Verschiebeachse (S) erstreckende Schleifabschnitte (9', 9") aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kombinierten Feinbearbeiten mindestens eines Profils und mindestens einer Funktionsfläche eines Werkstücks auf einer Werkzeugmaschine, wobei die Werkzeugmaschine ein Maschinenbett mit einer Werkstückaufnahme aufweist, wobei auf dem Maschinenbett ein Ständer angeordnet ist, der in mindestens eine erste translatorische Richtung auf dem Maschinenbett verfahrbar ist, wobei auf dem Ständer ein Werkzeugträger angeordnet ist, wobei der Werkzeugträger in eine zweite translatorische Richtung verfahrbar ist, wobei die zweite translatorische Richtung senkrecht zur ersten translatorischen Richtung angeordnet ist, wobei der Werkzeugträger relativ zum Ständer um eine Schwenkachse schwenkbar angeordnet ist, wobei die Schwenkachse zur ersten und zur zweiten translatorischen Richtung senkrecht steht, wobei der Werkzeugträger mindestens zwei Werkzeugspindeln trägt, wobei die eine Werkzeugspindel eine Schleifschnecke für die Bearbeitung des Profils trägt und wobei die andere Werkzeugspindel ein Feinbearbeitungswerkzeug für die Bearbeitung der Funktionsfläche des Werkstücks trägt.
Ein solches Verfahren geht beispielsweise aus der DE 20 2016 004 284 U1 hervor. Kommt für die Hartfeinbearbeitung des Profils ein Schleifen mit einer Schleifschnecke in Betracht, wie es häufig der Fall ist, kann ein Shiften der Schleifschnecke während des Bearbeitens vorgesehen werden bzw. erforderlich sein, d. h. ein translatorisches Verschieben der Schleifschnecke in Richtung ihrer Drehachse. Hierdurch können beispielsweise unterschiedliche Bereiche der Schleifschnecke zum Einsatz gebracht werden. Üblicherweise erfolgt das Shiften der Schleifschnecke mittels einer separaten translatorischen Achse.
Aus der DE 10 2014 203 402 B3 ist es bekannt, mittels einer profilierten Schleifscheibe eine zylindrische Umfangsfläche oder ebene Stirnfläche mittels Einstechschleifen zu bearbeiten, wozu die die Schleifscheibe tragende Schleifspindel CNC-gesteuert in die Bearbeitungsposition auf das zu bearbeitende Werkstück hin zugestellt wird.
Auch in der Firmenschrift der INDEX-Werke GmbH & Co. KG - Hahn & Tessky „VerticalLine V 160 C / V 160 G CNC-Vertikaldrehmaschinen“ wird eine Beispielkonfiguration für eine Drehmaschine gezeigt, bei der eine gleichzeitige Vorder- und Rückseitenbearbeitung eines Werkstücks auf der Maschine möglich ist, wozu die benötigten Werkzeuge CNC-gesteuert zugestellt werden. Ähnliches offenbart die US 2005/0271488 A1 .
Ist die Anforderung an die Präzision des Werkstücks besonders groß, ist es vorteilhaft, die Bearbeitung mit möglichst wenigen Achsen zu realisieren. Hierdurch kann nicht nur der Kostenaufwand gering gehalten werden, auch die Steifigkeit der Maschine kann gegebenenfalls erhöht werden, was wiederum zu einer präziseren Bearbeitung führt.
Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die komplette Funktionalität der Werkzeugmaschine zur Verfügung zu stellen, um sowohl das Profil als auch eine Funktionsfläche des Werkstücks präzise bearbeiten zu können, hierbei allerdings mit möglichst wenigen Achsen auskommen zu können.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass während der Bearbeitung oder im Zuge der Bearbeitung des Profils mittels der Schleifschnecke die Schleifschnecke zur Durchführung einer Shiftbewegung in Richtung einer Verschiebeachse translatorisch verschoben wird, wobei die Verschiebeachse identisch mit der Drehachse der Schleifschnecke ist und wobei die Bewegung der Schleifschnecke in Richtung der Verschiebeachse aus der Kombination einer Bewegung in die erste translatorische Richtung und in die zweite translatorische Richtung zusammengesetzt wird, wobei die Schleifschnecke mindestens zwei unterschiedliche sich in Richtung der Verschiebeachse erstreckende Schleifabschnitte aufweist.
Demgemäß ist nach der Erfindung keine separate Shiftachse für das Schleifwerkzeug vorgesehen, die die Verschiebung des Schleifwerkzeugs in Richtung seiner Drehachse bewerkstelligt, sondern die genannte Shiftbewegung wird durch zwei translatorische Achsen realisiert, die an der Maschine ohnehin vorhanden sind. Dies hat sich insbesondere bei der Fertigung von Bauteilen bewährt, die eine sehr hohe Genauigkeit aufweisen müssen, wie es insbesondere für Bauteile von Zykloidengetrieben gilt.
Die Werkstückaufnahme ist bevorzugt um eine Drehachse drehbar, wobei die Drehachse vertikal angeordnet ist.
Die erste translatorische Richtung ist bevorzugt horizontal ausgerichtet. Die zweite translatorische Richtung ist vorzugsweise vertikal ausgerichtet. Die Schwenkachse ist bevorzugt horizontal ausgerichtet und steht senkrecht auf der Ebene, die von der ersten translatorischen Richtung und von der zweiten translatorischen Richtung aufgespannt wird.
Ein erster Schleifabschnitt der Schleifschnecke ist vorzugsweise ein solcher, mit dem der Schleifvorgang mit einem Schleifkorn erster Größe erfolgt (hier handelt es sich namentlich um eine konventionelle Schleifschnecke), wobei dann ein zweiter Schleifabschnitt ein solcher ist, mit dem der Schleifvorgang mit einem Schleifkorn zweiter Größe erfolgt, wobei die zweite Größe kleiner ist als die erste Größe (hierbei handelt es sich demgemäß namentlich um ein Feinschleifen).
Das Feinbearbeitungswerkzeug für die Funktionsfläche (Bohrung) ist vorzugsweise eine Schleifscheibe, ein Honwerkzeug oder ein Hartdrehwerkzeug.
Bei dem Werkstück handelt es sich bevorzugt um eine Zykloidenscheibe eines Zykloidengetriebes.
Mit der vorgeschlagenen Vorgehensweise wird es möglich, sowohl komplexe Profile als auch zylindrische bzw. ebene Flächen eines Werkstücks in einer Aufspannung präzise zu bearbeiten. Dennoch ist der maschinentechnische Aufwand relativ gering, da die genannte Shiftbewegung der Schleifschnecke mit den vorhandenen translatorischen Maschinenachsen, also ohne zusätzliche Achse, realisiert werden kann.
Bevorzugt und besonders vorteilhaft werden damit Profile und gleichzeitig (in einer Aufspannung) zylindrische Flächen bearbeitet, wie sie bei Bauteilen für Zykloidengetriebe benötigt werden. Weiterhin ist es im gegebenen Falle auch möglich, in der gleichen Aufspannung, in der die Profile geschliffen werden, auch stirnseitige ebene Flächen zu schleifen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die einzige Figur zeigt schematisch eine Werkzeugmaschine in der Vorderansicht.
In der Figur ist eine Werkzeugmaschine 2 in Form einer Schleifmaschine zu sehen, auf der ein Werkstück 1 in Form einer Zykloidenscheibe eines Zykloidengetriebes feinbearbeitet wird.
Das Werkstück 1 hat dabei an seinem Außenumfang ein Profil P (in Form einer Zykloide) und ansonsten eine Funktionsfläche in Form einer Bohrung B (die Funktionsfläche kann, allgemein gesprochen, natürlich auch eine Planfläche sein; vorhanden können auch sowohl Bohrungs- als auch Planflächen sein).
Die Werkzeugmaschine 1 weist ein Maschinenbett 3 auf, auf der eine Werkstückaufnahme 4 in Form eines Drehtisches angeordnet ist. Die Drehachse der Werkstückaufnahme 4 ist mit a bezeichnet; sie ist vertikal ausgerichtet (vertikaler Richtung V). Das Werkstück 1 ist auf der Werkstückaufnahme 4 gespannt und kann um die Drehachse a drehen.
Auf dem Maschinenbett 3 ist weiterhin ein Ständer 5 angeordnet, der in eine erste translatorische Richtung Y relativ zum Maschinenbett 3 verfahren werden kann (eine Verfahrbewegung des Ständers 5 senkrecht zur Zeichenebene ist ebenfalls gegeben, spielt nachfolgend allerdings keine weitere Rolle).
Auf dem Ständer 5 ist ein Werkzeugträger 6 angeordnet, der relativ zum Ständer 5 in eine zweite translatorische Richtung Z bewegt werden kann. Die erste und die zweite translatorische Richtung Y und Z stehen dabei senkrecht aufeinander.
Auf dem Werkzeugträger 6 sind zwei Werkzeugspindeln 7 und 8 angeordnet, und zwar schwenkbar um eine Schwenkachse A, die senkrecht zur ersten und zweiten translatorischen Richtung Y und Z steht, d. h. senkrecht auf der Zeichenebene. Im übrigen ist die Schwenkachse A auch horizontal (Horizontale H) ausgerichtet. Die eine Werkzeugspindel 7 trägt ein Schleifwerkzeug 9 in Form einer Schleifschnecke. Indes trägt die Werkzeugspindel 8 ein Feinbearbeitungswerkzeug 10, das im Ausführungsbeispiel auch eine Schleifscheibe für das Rundschleifen der Bohrung B ist.
Beachtlich ist, dass zur Durchführung des Schleifvorgangs mittels der Schleifschnecke 9 die Werkzeugspindel 7 um die Schwenkachse A auf einen definierten Schwenkwinkel eingestellt werden muss. Während des Schleifvorgangs mit der Schleifschnecke 9 ist eine Shiftbewegung S, d. h. eine translatorischen Verschiebung in Richtung der Drehachse der Schleifschnecke, erforderlich, um beispielsweise die beiden Schleifabschnitte 9' und 9" der Schleifschnecke in Eingriff zu bringen.
Während es sich bei dem Schleifabschnitt 9' um einen solchen einer konventionellen Schleifschnecke handelt, ist der Schleifabschnitt 9" ein Abschnitt für das Feinschleifen des Profils P.
Um die verschiedenen Schleifabschnitte 9', 9" der Schleifschnecke 9 in Eingriff zu bringen, ist demgemäß die besagte Shiftbewegung S erforderlich.
Hierfür ist keine separate Bewegungsachse vorhanden, sondern die Bewegung in Richtung der Shiftachse S wird durch eine zusammengesetzte kombinierte Bewegung der beiden translatorischen Richtungen Y und Z realisiert.
Somit kann die Bewegung mit großer Präzision, aber ohne zusätzliche Achse erfolgen, was das Maschinenkonzept insgesamt steifer macht und eine kostengünstige Realisierung ermöglicht.
Die Maschinensteuerung gibt demgemäß in Kenntnis des eingestellten Schwenkwinkels der Werkzeugspindeln 7, 8 entsprechende Zustellbewegungen in den Achsen Y und Z vor, so dass eine effektive Verschiebung der Werkzeugspindel 7 in Richtung der Verschiebeachse S erfolgt. Die beiden genannten Achsen Y und Z werden demgemäß zur Erzeugung der translatorischen Verschiebung in Richtung der Shiftachse S interpoliert.
Das vorgeschlagene Maschinenkonzept bzw. die erläuterte Verfahrensweise kann natürlich noch durch entsprechende weitere übliche Maßnahmen ergänzt werden, insbesondere was das Vermessen der bearbeiteten Profile bzw. Funktionsflächen anbelangt.
Bezugszeichenliste

1: Werkstück
2: Werkzeugmaschine
3: Maschinenbett
4: Werkstückaufnahme
5: Ständer
6: Werkzeugträger
7: Werkzeugspindel
8: Werkzeugspindel
9: Schleifwerkzeug (Schleifschnecke)
9': erster Schleifabschnitt des Schleifwerkzeugs
9": zweiter Schleifabschnitt des Schleifwerkzeugs
10: Feinbearbeitungswerkzeug
P: Profil (Zykloide)
B: Funktionsfläche (Bohrung / Planfläche)
Y: erste translatorische Richtung
Z: zweite translatorische Richtung
A: Schwenkachse
S: Verschiebeachse (Shiftachse)
a: Drehachse
H: Horizontale
V: Vertikale

Claims

Verfahren zum kombinierten Feinbearbeiten mindestens eines Profils (P) und mindestens einer Funktionsfläche (B) eines Werkstücks (1) auf einer Werkzeugmaschine (2), wobei die Werkzeugmaschine (2) ein Maschinenbett (3) mit einer Werkstückaufnahme (4) aufweist, wobei auf dem Maschinenbett (3) ein Ständer (5) angeordnet ist, der in mindestens eine erste translatorische Richtung (Y) auf dem Maschinenbett (3) verfahrbar ist, wobei auf dem Ständer (5) ein Werkzeugträger (6) angeordnet ist, wobei der Werkzeugträger (6) in eine zweite translatorische Richtung (Z) verfahrbar ist, wobei die zweite translatorische Richtung (Z) senkrecht zur ersten translatorischen Richtung (Y) angeordnet ist, wobei der Werkzeugträger (6) relativ zum Ständer (5) um eine Schwenkachse (A) schwenkbar angeordnet ist, wobei die Schwenkachse (A) zur ersten und zur zweiten translatorischen Richtung (Y, Z) senkrecht steht, wobei der Werkzeugträger (6) mindestens zwei Werkzeugspindeln (7, 8) trägt, wobei die eine Werkzeugspindel (7) eine Schleifschnecke (9) für die Bearbeitung des Profils (P) trägt und wobei die andere Werkzeugspindel (8) ein Feinbearbeitungswerkzeug (10) für die Bearbeitung der Funktionsfläche (B) des Werkstücks (1) trägt, dadurch gekennzeichnet, dass während der Bearbeitung oder im Zuge der Bearbeitung des Profils (P) mittels der Schleifschnecke (9) die Schleifschnecke (9) zur Durchführung einer Shiftbewegung in Richtung einer Verschiebeachse (S) translatorisch verschoben wird, wobei die Verschiebeachse (S) identisch mit der Drehachse der Schleifschnecke (9) ist und wobei die Bewegung der Schleifschnecke (9) in Richtung der Verschiebeachse (S) aus der Kombination einer Bewegung in die erste translatorische Richtung (Y) und in die zweite translatorische Richtung (Z) zusammengesetzt wird, wobei die Schleifschnecke (9) mindestens zwei unterschiedliche sich in Richtung der Verschiebeachse (S) erstreckende Schleifabschnitte (9', 9") aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückaufnahme (4) um eine Drehachse (a) drehbar ist, wobei die Drehachse (a) vertikal (V) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste translatorische Richtung (Y) horizontal (H) ausgerichtet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite translatorische Richtung (Z) vertikal (V) ausgerichtet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachse (A) horizontal (H) ausgerichtet ist und senkrecht auf der Ebene steht, die von der ersten translatorischen Richtung (Y) und von der zweiten translatorischen Richtung (Z) aufgespannt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Schleifabschnitt (9') ein solcher ist, mit dem der Schleifvorgang mit einem Schleifkorn erster Größe erfolgt, und dass ein zweiter Schleifabschnitt (9") ein solcher ist, mit dem der Schleifvorgang mit einem Schleifkorn zweiter Größe erfolgt, wobei die zweite Größe kleiner ist als die erste Größe.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Feinbearbeitungswerkzeug (10) eine Schleifscheibe, ein Honwerkzeug oder ein Hartdrehwerkzeug ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (1) eine Zykloidenscheibe eines Zykloidengetriebes ist.