DE102017114149A1

DE102017114149A1 - Verfahren und Vorrichtung der Hartstoffbearbeitung zur Herstellung von geometrisch bestimmten Schneiden für die spanende Bearbeitung

Info

Publication number: DE102017114149A1
Application number: DE102017114149.9A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-06-26
Filing date: 2017-06-26
Publication date: 2018-12-27

Abstract

Im Rahmen des Verfahrens der Hartstoffbearbeitung wird eine rotierende Werkzeugspindel (5) einer Vorrichtung (1) der Hartstoffbearbeitung mit einer formgebenden Profilierscheibe (11), die kontinuierlich mit Abrasivmedium benetzt wird, über zumindest eine mit einer numerischen Steuerung verbundenen Sonotrode (14) mit Booster durch Ultraschall mit vorgegebener oder einstellbarer Amplitude in radiale und/oder axiale Schwingung versetzt, wobei die Werkzeugspindel (5) von den übrigen Komponenten der Vorrichtung (1) der Hartstoffbearbeitung mechanisch entkoppelt ist, derart, dass die Schwingungen nicht auf die übrigen Komponenten der Vorrichtung (1) übertragen werden, wobei das zu bearbeitende Werkstück (12) aus Hartstoff vom einem Werkstückträger (3) gehalten wird, und wobei die Position der Werkzeugspindel (5) und/oder des Werkstückträgers (3) von der numerischen Steuerung derart gesteuert wird, dass sich ein minimaler Spalt zwischen der Profilierscheibe (11) und dem zu bearbeitenden Werkstück (12) einstellt, so dass sich zwischen der Profilierscheibe (11) und dem zu bearbeitenden Werkstück (12) ein Abrasivmediumfilm bilden kann, wobei durch die Rotation der auf der Werkzeugspindel (5) angeordneten Profilierscheibe (11) die im Abrasivmedium befindlichen Mikrokörner während der Rotationsbewegung gegen das zu bearbeitende Werkstück (12) geschossen werden, was zu Mikroausbrüchen an dem Werkstück (12) und damit zu Werkstückabtrag führt, wobei am Ende der Bearbeitung die Ultraschall-Beaufschlagung der rotierenden Werkzeugspindel (5) abgeschaltet und der Prozess weitergeführt wird, bis die Mikroausbrüche durch Abrasion geschlossen sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren der Hartstoffbearbeitung zur Herstellung von geometrisch bestimmten Schneiden für die spanende Bearbeitung. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Hartstoffbearbeitung zur Herstellung von geometrisch bestimmten Schneiden für die spanende Bearbeitung, insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Bekannter Stand derTechnik:
Ein Werkstück wird manuell mit Gefühl gegen eine mit Abrasivmedium benetzte rotierende Profilierscheibe geführt. Dieser Prozess ist in nachteiliger Weise zeitintensiv, erfordert ein hohes Maß an Erfahrung und ist nicht prozessfähig reproduzierbar.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der Hartstoffbearbeitung zur Herstellung von geometrisch bestimmten Schneiden für die spanende Bearbeitung anzugeben, durch dessen Durchführung die erwähnten Nachteile des Standes der Technik vermieden werden. Zudem soll eine Vorrichtung zur Hartstoffbearbeitung zur Herstellung von geometrisch bestimmten Schneiden für die spanende Bearbeitung, insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben werden.
Diese Aufgabe wird für ein Verfahren durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Eine Vorrichtung ist Gegenstand des Patentanspruchs 5. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Demnach wird ein Verfahren der Hartstoffbearbeitung zur Herstellung von geometrisch bestimmten Schneiden für die spanende Bearbeitung vorgeschlagen, bei dem eine rotierende Werkzeugspindel einer Vorrichtung der Hartstoffbearbeitung zur Herstellung von geometrisch bestimmten Schneiden für die spanende Bearbeitung mit einer formgebenden Profilierscheibe, welche kontinuierlich mit Abrasivmedium benetzt wird, über zumindest eine mit einer numerischen Steuerung verbundenen Sonotrode mit Booster durch Ultraschall mit vorgegebener oder einstellbarer Amplitude in radiale und/oder axiale Schwingung versetzt wird, wobei die Werkzeugspindel von den übrigen Komponenten der Vorrichtung der Hartstoffbearbeitung mechanisch entkoppelt ist, derart, dass die Schwingungen nicht auf die übrigen Komponenten übertragen werden, wobei das zu bearbeitende Werkstück aus Hartstoff vom einem Werkstückträger gehalten wird, und wobei die Position der Werkzeugspindel und/oder des Werkstückträgers von der numerischen Steuerung derart gesteuert wird, dass sich ein minimaler Spalt zwischen der Profilierscheibe und dem zu bearbeitenden Werkstück einstellt, so dass sich zwischen der Profilierscheibe und dem zu bearbeitenden Werkstück ein Abrasivmediumfilm bilden kann.
Durch die Rotation der mit Ultraschall beaufschlagten, auf der Werkzeugspindel angeordneten Profilierscheibe werden die im Abrasivmedium befindlichen Mikrokörner während der Rotationsbewegung gegen das zu bearbeitende Werkstück geschossen, was zu Mikroausbrüchen an dem Werkstück und damit zu Werkstückabtrag führt, wobei am Ende der Bearbeitung die Ultraschall-Beaufschlagung der rotierenden Spindel abgeschaltet und der Prozess weitergeführt wird, bis die Mikroausbrüche durch Abrasion geschlossen sind. Der erzeugte Ultraschall weist vorzugsweise eine Frequenz auf, die gleich oder höher als 19kHz ist.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung wird der Werkstückträger über eine mit der numerischen Steuerung verbundenen Kraft-Weg-geregelte Linearachse gegen die rotierende Werkzeugspindel und somit gegen die rotierende Profilierscheibe geführt, wobei die Werkzeugspindel fest angeordnet ist. Hierbei wird die Werkzeugspindel und somit auch die Profilierscheibe durch Ultraschall mit vorgegebener oder einstellbarer Amplitude in radiale Schwingung versetzt, wobei die Mikrokörner des Abrasivmediums in die wirksamste Richtung, nämlich senkrecht zum Werkstück, geschossen werden.
Im Rahmen weiterer Ausgestaltungen der Erfindung ist der Werkstückträger auf einer mit der numerischen Steuerung verbundenen Kraft-Weg-geregelten Linearachse angeordnet, wobei die Werkzeugspindel auf einer weiteren mit der numerischen Steuerung verbundenen Kraft-Weg-geregelten Linearachse senkrecht zur Kraft-Weg-geregelten Linearachse des Werkstückträgers angeordnet ist und/oder wobei der Werkzeugträger entlang einer Hochachse senkrecht zu einer Platte aus schwingungsdämpfendem Material, auf der die Vorrichtung angeordnet bzw. aufgebaut ist, mittels der numerischen Steuerung höhenverstellbar angeordnet ist und/oder wobei der Werkzeugträger um die Linearachse, auf der er angeordnet ist mittels der numerischen Steuerung schwenkbar ist und/oder wobei der Werkzeugträger um die Hochachse mittels der Steuerung schwenkbar ist und/oder wobei die Werkzeugspindel um eine Achse parallel zu der Platte und senkrecht zur Kraft-Weg-geregelten Linearachse, auf der der Werkstückträger angeordnet ist, mittels der Steuerung schwenkbar ist. Auf diese Weise können zur Hartstoffbearbeitung bis zu sechs Achsen, die als Linear- oder Schwenkachsen ausgeführt sein können, vorgesehen sein, was zur Realisierung beliebiger Werkzeugspindel- und Werkstück-Bewegungen im Arbeitsraum führt.
Wenn hierbei die Werkzeugspindel über zumindest eine Achse schwenk- oder verschiebbar ist, kann die Profilierscheibe in vorteilhafter Weise derart ausgeführt sein, dass sie ein einfaches Profil aufweist, wobei am Werkstück komplexe Geometrien über die Steuerung der Position des Werkstückträgers, der Position der Werkzeugspindel und der zumindest einen Sonotrode erzeugt werden. Die Werkzeugspindel kann z.B. zur Bearbeitung des Werkstücks gesteuert entlang einer vorgegebenen Bahn verfahren werden. Die gewünschte Kontur am Werkstück wird durch interpolierte Verfahrbewegung erzeugt.
Bei Vorsehen einer Schwenkachse für die Werkzeugspindel und/oder für den Werkstückträger wird vorzugsweise die Werkzeugspindel und somit auch die Profilierscheibe durch Ultraschall mit vorgegebener oder einstellbarer Amplitude in radiale und wenn erforderlich in axiale Schwingung versetzt, derart, dass die Wirkrichtung des Ultraschalls über die Leistungsverteilung an den Sonotroden derart gesteuert wird, dass die Mikrokörner des Abrasivmediums in die wirksamste Richtung, nämlich senkrecht zum Werkstück, geschossen werden. Wird etwa die Werkzeugspindel 30° geschwenkt, wodurch die Profilierscheibe nicht mehr rechtwinklig zum Werkstück steht, kann dadurch die Wirkrichtung des Ultraschalls durch Leistungsverteilung auf zwei Sonotroden ebenfalls um 30° geschwenkt werden, wodurch die Mikrokörner des Abrasivmediums senkrecht zum Werkstück geschossen werden.
Das Verfahren erfordert eine dem Fachmann wohl bekannte numerische Steuerung. Der bei diesem Verfahren notwendige Einsatz einer numerischen Steuerung hat den positiven Effekt, dass das Verfahren unter definierten Bedingungen abläuft, wodurch eine hohe Reproduzierbarkeit gegeben ist. Das Verfahren kann insbesondere für die wirtschaftliche Herstellung von Diamant- oder PKD-Formwerkzeugen vorgesehen sein, eignet sich aber allgemein für die Bearbeitung aller Hartstoffe, wie Keramik, Glas, Karbid-Sintermetalle etc..
Durch die erfindungsgemäße Konzeption erfolgt der gewünschte Werkstoffabtrag über die durch Ultraschall erzeugten Mikroausbrüche gegenüber den bisherigen Verfahren deutlich schneller, was in vorteilhafter Weise zu einer um bis zu 80% reduzierten Bearbeitungszeit gegenüber bisherigen Verfahren führt.
Eine gemäß der Erfindung ausgeführte Vorrichtung zur Hartstoffbearbeitung zur Herstellung von geometrisch bestimmten Schneiden für die spanende Bearbeitung, insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst einen Werkstückträger und eine Werkzeugspindel mit einer formgebenden Profilierscheibe, die während des Betriebs kontinuierlich mit Abrasivmedium benetzt wird, wobei die Werkzeugspindel als Resonanzkörper hinsichtlich der angewandten Ultraschallfrequenz ausgebildet ist und durch zumindest eine mit einer numerischen Steuerung verbundenen Sonotrode mit Ultraschall mit vorgegebener oder einstellbarer Amplitude beaufschlagbar und in axialer und/oder radialer Schwingung versetzbar ist.
Der Werkzeugspindelantrieb ist vorzugsweise als Riemen- oder Direktantrieb ausgeführt, wobei die Werkzeugspindel eine Werkzeugaufnahme zur Aufnahme einer Profilierscheibe aufweist, die als Direktaufnahme oder als steifes Spannsystem ausgeführt ist, wobei die Position der Werkzeugspindel und/oder des Werkstückträgers von einer numerischen Steuerung derart steuerbar ist, dass sich ein minimaler Spalt zwischen der Profilierscheibe und dem zu bearbeitenden Werkstück einstellt, so dass sich zwischen der Profilierscheibe und dem zu bearbeitenden Werkstück ein Abrasivmediumfilm einstellt.
Die Profilierscheibe besteht erfindungsgemäß aus hinsichtlich der angewandten Ultraschallfrequenz resonanzfähigem Material, in der Regel aus Metall; harte Profilierscheiben, etwa aus gehärtetem Stahl, führen zu einem hohem Abtrag bei relativ geringer Oberflächengüte, wobei weiche Profilierscheiben, etwa aus Messing oder Aluminium, zu einem geringeren Abtrag bei hoher Oberflächengüte führen. Vorzugsweise bestehen die weichen Profilierscheiben nur im Randbereich aus Messing oder Aluminium, der z.B. durch einen aufgeschrumpften Ring mit dem Innenbereich verbunden ist, der vorzugsweise aus gehärtetem Stahl ist. Gehärteter Stahl weist sehr gute Übertragungseigenschaften für UltraschallSchwingungen auf.
Die durch die erfindungsgemäße Ultraschallbeaufschlagung in Schwingung befindliche Werkzeugspindel mit Anbauteilen muss von den übrigen Komponenten der Vorrichtung mechanisch entkoppelt sein, da die Schwingungen nicht auf die übrigen Komponenten der Vorrichtung übertragen werden dürfen. Erfindungsgemäß erfolgt die Entkopplung durch eine Luft- oder Flüssigkeitslagerung der Werkzeugspindel in einer Spindelaufnahme aus Metall, vorzugsweise aus hartanodisiertem Aluminium. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung auf einer Platte aus schwingungsdämpfendem Material, etwa Grauguss oder Hartgestein, aufgebaut ist.
Für den Fall, dass die Entkopplung durch eine Luftlagerung der Werkzeugspindel erfolgt, bildet die Spindelaufnahme zur optimalen Dämpfung gegen die Ultraschall-Schwingung mit einer Spindel-Grundplatte eine Luftlager-Einheit, wobei der Lagerspalt größer als das 1,2 -fache der Ultraschall-Amplitude sein muss, um die Dämpfungs- bzw. Entkopplungsfunktion zu gewährleisten.
Die erforderliche kontinuierliche Versorgung der Profilierscheibe mit Abrasivmedium kann durch Einsatz eines Schlämmbehälters erfolgen. Hierbei wird die rotierende Profilierscheibe bei der Bewegung durch den Schlämmbehälter mit Abrasivmedium benetzt.
Als Abrasivmedium kommt vorzugsweise eine handelsübliche Schleifpaste wie z. B. Diamant- oder Bornitrit-Paste zum Einsatz, wobei die Viskosität der Schleifpaste durch Verdünnen mit z. B. Petroleum angepasst werden kann. Im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung kann der Schlämmbehälter mit einer Einrichtung umfassend eine Umwälzeinheit zur automatischen Aufbereitung des Abrasivmediums ausgestattet sein.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Werkstückträger über eine mit der numerischen Steuerung verbundenen Kraft-Weg-geregelten Linearachse gegen die rotierende Werkzeugspindel führbar, wobei die Werkzeugspindel fest angeordnet ist. Wie bereits erläutert, kann die Vorrichtung insgesamt bis zu sechs Achsen aufweisen, die als Linear- oder Schwenkachsen ausgeführt sein können.
Die Kraft-Weg-geregelten Linearachsen sind vorzugsweise als vorgespannter Kugelgewindetrieb oder Direktantrieb ausgeführt, wobei die Kraftregelung vorzugsweise über Messung und Begrenzung des Antriebsstroms erfolgt. Zur Erhöhung der Präzision können gemäß einer Weiterbildung an den Schwenk und/oder Linearachsen jeweils eine Kraftmessdose und an der Werkzeugspindel eine Drehmomentüberwachung vorgesehen sein, deren Ist-Werte aus in der numerischen Steuerung verarbeitet und zur Kraft-Weg-Regelung der Achsen (Linear- oder Schwenkachsen) verwendet werden.
Die Linearachsen können z.B. über einen Schrittmotor mit Encoder angetrieben werden, der im Mikroschritt betrieben wird. Über einen vorgespannten Kugelgewindetrieb mit 5 mm Steigung ergibt sich so ein Zustellschritt von <0,001 mm.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Bauteile. Es zeigen:

1: Eine schematische Draufsicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2: Eine erste schematische Seitenansicht der Ausführungsform gemäß 1; und
3: Eine zweite schematische Seitenansicht der Ausführungsform gemäß 1.

In 1, 2 und 3 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Hartstoffbearbeitung dargestellt, welche auf einer Platte 2 aus schwingungsdämpfendem Material angeordnet bzw. aufgebaut ist. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Werkstückträger 3, dessen Ausführung vom zu bearbeitenden Werkstück abhängt und eine in einer Spindelaufnahme 4 aus Metall aufgenommene Werkzeugspindel 5. Bei dem gezeigten Beispiel bildet die Spindelaufnahme 4 zur optimalen Dämpfung gegen die Ultraschall-Schwingung mit einer Spindel-Grundplatte 6 eine Luftlager-Einheit, wobei der Lagerspalt größer als das 1,2 -fache der Ultraschall-Amplitude ist, um die Dämpfungs-Funktion zu gewährleisten.
Mit dem Bezugszeichen 7 ist in 1 eine Abstimmplatte bezeichnet, die ebenfalls aus schwingungsdämpfendem Material hergestellt ist. In 1 und 3 ist mit dem Bezugszeichen 8 ein zentraler Luftanschluß bezeichnet, über welchen zur Realisierung der Luftlagerung trockene und gereinigte Druckluft in den Lagerspalt zwischen der Spindel-Grundplatte 6 der Spindelaufnahme 4 bläst. Alternativ kann die Lagerung als Flüssigkeitslagerung ausgeführt sein, wobei in diesem Fall Flüssigkeit mit definierte Menge und Druck zwischen der Spindel-Grundplatte 6 und der Spindelaufnahme 4 zugeführt wird. Die Werkzeugspindel 5 wird bei dem gezeigten Beispiel mittels eines Riemenantriebs 9 angetrieben, wodurch die Ultraschalschwingungen weiter gedämpft werden.
Bezugnehmend auf 1 weist die Werkzeugspindel 5 eine Werkzeugaufnahme 10 zur Aufnahme einer Profilierscheibe 11 auf, die als Direktaufnahme oder als steifes Spannsystem ausgeführt ist. Ein zu bearbeitendes Werkstück ist mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet. Bei dem gezeigten Beispiel ist der Werkstückträger 3 über eine mit der numerischen Steuerung verbundenen Kraft-Weg-geregelte Linearachse 13 gegen die rotierende Werkzeugspindel 5 und somit gegen die rotierende Profilierscheibe 11 führbar, welche fest angeordnet ist. Die Kraft-Weg-geregelte Linearachse 13 ist bei dem gezeigten Beispiel als vorgespannter Kugelgewindetrieb ausgeführt, wobei die Kraftregelung über Messung und Begrenzung des Antriebsstroms erfolgt. Im Rahmen einer Weiterbildung weist die Werkzeugspindel 5 ein Werkzeug-Wechselsystem auf, womit verschiedene Profilierscheiben 11 bei Bedarf eingewechselt werden können.
Gemäß 1 und 2 weist die Vorrichtung 1 eine Sonotrode 14 mit Booster auf, welche die Werkzeugspindel 5 mit vorgegebener oder einstellbarer Amplitude beaufschlagt und die Werkzeugspindel 5 und somit auch die Profilierscheibe 11 in radialer Schwingung versetzt, wodurch die Mikrokörner des Abrasivmediums in die wirksamste Richtung, nämlich senkrecht zum Werkstück 12, geschossen werden. Die Werkzeugspindel 5 und die Profilierscheibe 11 sind hinsichtlich der Ultraschallfrequenz als Resonanzkörper ausgeführt.
Die Profilierscheibe 11 wird erfindungsgemäß während des Betriebs der Vorrichtung 1 kontinuierlich mit Abrasivmedium benetzt, wobei dies bei dem gezeigten Beispiel dadurch erreicht wird, dass die Vorrichtung 1 zur erforderlichen kontinuierlichen Versorgung der Profilierscheibe 11 mit Abrasivmedium einen Schlämmbehälter 15 aufweist, wobei die rotierende Profilierscheibe 11 bei der Bewegung durch den Schlämmbehälter 15 mit Abrasivmedium benetzt wird.

Claims

Verfahren der Hartstoffbearbeitung zur Herstellung von geometrisch bestimmten Schneiden für die spanende Bearbeitung, dadurch gekennzeichnet, dass eine rotierende Werkzeugspindel (5) einer Vorrichtung (1) der Hartstoffbearbeitung zur Herstellung von geometrisch bestimmten Schneiden für die spanende Bearbeitung mit einer formgebenden Profilierscheibe (11), die kontinuierlich mit Abrasivmedium benetzt wird, über zumindest eine mit einer numerischen Steuerung verbundenen Sonotrode (14) mit Booster durch Ultraschall mit vorgegebener oder einstellbarer Amplitude in radiale und/oder axiale Schwingung versetzt wird, wobei die Werkzeugspindel (5) von den übrigen Komponenten der Vorrichtung (1) der Hartstoffbearbeitung mechanisch entkoppelt ist, derart, dass die Schwingungen nicht auf die übrigen Komponenten der Vorrichtung (1) übertragen werden, wobei das zu bearbeitende Werkstück (12) aus Hartstoff vom einem Werkstückträger (3) gehalten wird, und wobei die Position der Werkzeugspindel (5) und/oder des Werkstückträgers (3) von der numerischen Steuerung derart gesteuert wird, dass sich ein minimaler Spalt zwischen der Profilierscheibe (11) und dem zu bearbeitenden Werkstück (12) einstellt, so dass sich zwischen der Profilierscheibe (11) und dem zu bearbeitenden Werkstück (12) ein Abrasivmediumfilm bilden kann, wobei durch die Rotation der auf der Werkzeugspindel (5) angeordneten Profilierscheibe (11) die im Abrasivmedium befindlichen Mikrokörner während der Rotationsbewegung gegen das zu bearbeitende Werkstück (12) geschossen werden, was zu Mikroausbrüchen an dem Werkstück (12) und damit zu Werkstückabtrag führt, wobei am Ende der Bearbeitung die Ultraschall-Beaufschlagung der rotierenden Werkzeugspindel (5) abgeschaltet und der Prozess weitergeführt wird, bis die Mikroausbrüche durch Abrasion geschlossen sind.
Verfahren der Hartstoffbearbeitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückträger (3) über eine mit der numerischen Steuerung verbundenen Kraft-Weg-geregelte Linearachse (13) gegen die rotierende Werkzeugspindel (5) geführt wird, wobei die Werkzeugspindel (5) fest angeordnet ist.
Verfahren der Hartstoffbearbeitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückträger (3) auf einer mit der numerischen Steuerung verbundenen Kraft-Weg-geregelten Linearachse (13) angeordnet ist, wobei die Werkzeugspindel (5) auf einer weiteren mit der numerischen Steuerung verbundenen Kraft-Weg-geregelten Linearachse senkrecht zur Kraft-Weg-geregelten Linearachse (13) des Werkstückträgers (3) angeordnet ist und/oder wobei der Werkzeugträger (3) entlang einer Hochachse senkrecht zu einer Platte (2) aus schwingungsdämpfendem Material, auf der die Vorrichtung (1) angeordnet ist, mittels der numerischen Steuerung höhenverstellbar angeordnet ist und/oder wobei der Werkzeugträger (3) um die Linearachse (13), auf der er angeordnet ist mittels der numerischen Steuerung schwenkbar ist und/oder wobei der Werkzeugträger (3) um die Hochachse mittels der Steuerung schwenkbar ist und/oder wobei die Werkzeugspindel (5) um eine Achse parallel zu der Platte (2) und senkrecht zur Kraft-Weg-geregelten Linearachse (13), auf der der Werkstückträger angeordnet ist, mittels der Steuerung schwenkbar ist, wodurch zur Hartstoffbearbeitung bis zu sechs Achsen vorgesehen sind, was zur Realisierung beliebiger Werkzeugspindel- und Werkstück-Bewegungen im Arbeitsraum führt.
Verfahren der Hartstoffbearbeitung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, die Werkzeugspindel (5) über zumindest eine Achse schwenk- oder verschiebbar ist, wobei die Profilierscheibe (11) derart ausgeführt ist, dass sie ein einfaches Profil aufweist, wobei am Werkstück (12) komplexe Geometrien über die Steuerung der Position des Werkstückträgers (3), der Position der Werkzeugspindel (5) und der zumindest einen Sonotrode (14) erzeugt werden.
Vorrichtung (1) zur Hartstoffbearbeitung zur Herstellung von geometrisch bestimmten Schneiden für die spanende Bearbeitung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Werkstückträger (3) und eine Werkzeugspindel (5) mit einer formgebenden Profilierscheibe (11), die während des Betriebs kontinuierlich mit Abrasivmedium benetzt wird umfasst, wobei die Werkzeugspindel (5) als Resonanzkörper ausgebildet ist und durch zumindest eine mit einer numerischen Steuerung verbundenen Sonotrode (14) mit Ultraschall mit vorgegebener oder einstellbarer Amplitude beaufschlagbar und in axialer und/oder radialer Schwingung versetzbar ist, wobei der Spindelantrieb als Riemen- oder Direktantrieb (9) ausgeführt ist, wobei die Werkzeugspindel (5) eine Werkzeugaufnahme (10) zur Aufnahme einer Profilierscheibe (11) aufweist, die als Direktaufnahme oder als steifes Spannsystem ausgeführt ist, wobei die Position der Werkzeugspindel (5) und/oder des Werkstückträgers (3) von einer numerischen Steuerung derart gesteuert wird, dass sich ein minimaler Spalt zwischen der Profilierscheibe (11) und dem zu bearbeitenden Werkstück (12) einstellt, so dass sich zwischen der Profilierscheibe (11) und dem zu bearbeitenden Werkstück (12) ein Abrasivmediumfilm einstellt.
Vorrichtung (1) zur Hartstoffbearbeitung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierscheibe (11) aus hinsichtlich der Ultraschallfrequenz resonanzfähigem Material besteht.
Vorrichtung (1) zur Hartstoffbearbeitung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugspindel (5) von den übrigen Komponenten der Vorrichtung (1) entkoppelt ist, wobei die Entkopplung durch eine Luft- oder Flüssigkeitslagerung der Werkzeugspindel (5) in einer Spindelaufnahme (4) aus Metall erfolgt, wobei die Vorrichtung auf einer Platte (2) aus schwingungsdämpfendem Material, insbesondere Grauguss oder Hartgestein, angeordnet bzw. aufgebaut sein kann.
Vorrichtung (1) zur Hartstoffbearbeitung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Entkopplung durch eine Luftlagerung der Werkzeugspindel (5) erfolgt, wobei die Spindelaufnahme (4) zur optimalen Dämpfung gegen die Ultraschall-Schwingung mit einer Spindel-Grundplatte (6) eine Luftlager-Einheit bildet, wobei der Lagerspalt größer als das 1,2 -fache der Ultraschall-Amplitude ist, um die Dämpfungs-Funktion zu gewährleisten.
Vorrichtung (1) zur Hartstoffbearbeitung nach Anspruch 5, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur erforderlichen kontinuierlichen Versorgung der Profilierscheibe (11) mit Abrasivmedium einen Schlämmbehälter (15) aufweist, wobei die rotierende Profilierscheibe (11) bei der Bewegung durch den Schlämmbehälter (15) mit Abrasivmedium benetzt wird.
Vorrichtung (1) zur Hartstoffbearbeitung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlämmbehälter (15) eine Einrichtung umfassend eine Umwälzeinheit zur automatischen Aufbereitung des Abrasivmediums aufweist.
Vorrichtung (1) zur Hartstoffbearbeitung nach Anspruch 5, 6, 7, 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückträger (3) über eine mit der numerischen Steuerung verbundenen Kraft-Weg-geregelte Linearachse (13) gegen die rotierende Werkzeugspindel (5) führbar ist, wobei die Werkzeugspindel (5) fest angeordnet ist.
Vorrichtung (1) zur Hartstoffbearbeitung nach Anspruch 5, 6, 7, 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückträger (3) auf einer mit der numerischen Steuerung verbundenen Kraft-Weg-geregelten Linearachse (13) angeordnet ist, wobei die Werkzeugspindel (5) auf einer weiteren mit der numerischen Steuerung verbundenen Kraft-Weg-geregelten Linearachse senkrecht zur Kraft-Weg-geregelten Linearachse (13) des Werkstückträgers (3) angeordnet ist und/oder wobei der Werkzeugträger (3) entlang einer Hochachse senkrecht zu der Platte (2), auf der die Vorrichtung angeordnet oder aufgebaut ist, mittels der numerischen Steuerung höhenverstellbar angeordnet ist und/oder wobei der Werkzeugträger (3) um die Linearachse (13), auf der er angeordnet ist mittels der numerischen Steuerung schwenkbar ist und/oder wobei der Werkzeugträger (3) um die Hochachse mittels der Steuerung schwenkbar ist und/oder wobei die Werkzeugspindel (5) um eine Achse parallel zu der Platte (2) und senkrecht zur Kraft-Weg-geregelten Linearachse (13), auf der der Werkstückträger (3) angeordnet ist, mittels der Steuerung schwenkbar ist, wodurch zur Hartstoffbearbeitung bis zu sechs Achsen vorgesehen sind, was zur Realisierung beliebiger Werkzeugspindel- und Werkstück-Bewegungen im Arbeitsraum führt.
Vorrichtung (1) zur Hartstoffbearbeitung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearachsen als vorgespannter Kugelgewindetrieb oder Direktantrieb ausgeführt sind, wobei die Kraftregelung über Messung und Begrenzung des Antriebsstroms erfolgt.
Vorrichtung (1) zur Hartstoffbearbeitung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Präzision an den Schwenk und/oder Linearachsen jeweils eine Kraftmessdose und an der Werkzeugspindel eine Drehmomentüberwachung vorgesehen sind, deren Ist-Werte aus in der numerischen Steuerung verarbeitet und zur Kraft-Weg-Regelung der Achsen verwendet werden.
Vorrichtung (1) zur Hartstoffbearbeitung nach einem der Ansprüche 5-14, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugspindel (5) zusätzlich mit einem Werkzeug-Wechselsystem ausgestattet ist, womit verschiedene Profilierscheiben (11) bei Bedarf eingewechselt werden können.