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Technisches Anwendungsgebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schleifen von dreidimensionalen Objekten, insbesondere von keramischen Objekten wie bspw. Zahnersatz, mit einem Schleifwerkzeug, das einen Schleifschaft und eine Schleifspitze aufweist, bei dem eine Rohform für das Objekt, die eine Ober- und eine Unterseite sowie eine Seitenfläche aufweist, an der Seitenfläche mit dem Schleifschaft des Schleifwerkzeuges und an der Ober- und/oder Unterseite mit der Schleifspitze des Schleifwerkzeugs entlang einer oder mehrerer Bearbeitungsbahnen bearbeitet wird, um aus der Rohform das dreidimensionale Objekt zu schleifen.
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Dreidimensionale Objekte aus harten Materialien, wie bspw. Keramik oder Glaskeramik, lassen sich nicht mit herkömmlichen Fräswerkzeugen aus einer Rohform herstellen. Für die Bearbeitung der Rohform werden daher in der Regel Schleifwerkzeuge eingesetzt, die mit Diamantpartikeln beschichtet sind. 1 zeigt ein Beispiel für ein derartiges Schleifwerkzeug 1, das einen diamantbeschichteten Schleifschaft 2 und eine diamantbeschichtete Schleifspitze 3 aufweist.
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Stand der Technik
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Beim Schleifen eines dreidimensionalen Objektes aus einer Rohform wird üblicherweise zunächst die Seitenfläche der Rohform mit dem Schleifschaft des Schleifwerkzeuges Schicht für Schicht abgetragen und anschließend die Ober- und/oder Unterseite in vertikaler Richtung mit der Schleifspitze des Schleifwerkzeugs bearbeitet, um aus der Rohform das dreidimensionale Objekt zu schleifen. Das Schleifwerkzeug wird dabei bisher entlang einer oder mehrerer Bearbeitungsbahnen mit konstantem Bahnversatz geführt, wie dies in der 2 beispielhaft dargestellt ist. Diese Figur zeigt im linken oberen Teil das zu erzeugende dreidimensionale Objekt 5 und im rechten oberen Teil die Rohform 4, aus dem dieses Objekt 5 geschliffen werden soll. Im unteren Teil der 2 ist die in diesem Fall umlaufende Bearbeitungsbahn 6 zu erkennen, auf der das Schleifwerkzeug bzw. die Schleifspitze des Schleifwerkzeugs während der Bearbeitung geführt wird. Die Bearbeitung erfolgt hierbei beginnend von den Seitenflächen der Rohform 4 von außen nach innen. An den Seitenflächen des Objektes 5 wird das Schleifwerkzeug dann auf einer aufsteigenden Bahn und im inneren Hohlraum des Objektes 5 auf einer absteigenden Bahn mit jeweils aufsteigender und absteigender Richtung des Bahnversatzes geführt. Aufgrund der geringen Dicke der Diamantschicht an der Schleifspitze des Schleifwerkzeugs sollte die jeweils bei der Bearbeitung in absteigender Richtung abgetragene Schicht ausreichend dünn sein, um Beschädigungen oder einen erhöhten Verschleiß des Schleifwerkzeugs zu vermeiden. Dies erfordert einen entsprechend kleinen konstanten Bahnversatz bei der Bearbeitung.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Schleifen von dreidimensionalen Objekten mit einer Mehrachs-Schleifmaschine anzugeben, das eine schnellere Bearbeitung ermöglicht, ohne die Gefahr für eine Beschädigung des Schleifwerkzeuges zu erhöhen.
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Darstellung der Erfindung
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Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.
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Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zum Schleifen von dreidimensionalen Objekten wird in bekannter Weise ein Schleifwerkzeug eingesetzt, das einen Schleifschaft und eine Schleifspitze aufweist und über eine Mehrachs-Schleifmaschine geführt wird. Bei dem Verfahren wird eine Rohform für das Objekt, die eine Ober- und eine Unterseite sowie eine Seitenfläche aufweist, an der Seitenfläche mit dem Schleifschaft des Schleifwerkzeugs und an der Ober- und/oder Unterseite mit der Schleifspitze des Schleifwerkzeugs entlang einer oder mehrerer Bearbeitungsbahnen bearbeitet, um aus der Rohform das dreidimensionale Objekt zu schleifen. Die Rotationsachse des Schleifwerkzeugs entspricht dabei der z-Achse bei der Bearbeitung, entlang der auch die aufsteigende bzw. absteigende Richtung definiert wird. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren werden lokale Steigungen von Begrenzungsflächen des zu schleifenden dreidimensionalen Objektes bei der Bahnplanung ermittelt und der Bahnversatz der einen oder mehreren Bearbeitungsbahnen bei der Bearbeitung mit dem Schleifwerkzeug dann in Abhängigkeit von diesen lokalen Steigungen und der Richtung des Bahnversatzes variiert. Diese Variation des Bahnversatzes - im Gegensatz zu dem bisher genutzten konstanten Bahnversatz - ermöglicht bei der Bearbeitung der Seitenflächen mit dem Schleifschaft einen höheren (aufsteigenden) Bahnversatz in steileren Bereichen, insbesondere in vertikalen Bereichen, als in Bereichen mit kleinerer Steigung oder bei rein horizontalem Vorschub. In Bereichen mit absteigender Richtung kann der (absteigende) Bahnversatz zur Vermeidung einer Beschädigung oder eines erhöhten Verschleißes des Schleifwerkzeuges geeignet klein gewählt werden. In Bereichen mit rein horizontalem Vorschub (x- bzw. y-Richtung) kann dennoch ein größerer Bahnversatz verwendet werden. Dies ermöglicht eine schnellere Bearbeitung ohne eine höhere Gefahr einer Zerstörung des Schleifwerkzeugs. Die Bearbeitungsbahn setzt sich dabei jeweils in bekannter Weise aus mehreren geradlinigen und/oder gekrümmten nebeneinander verlaufenden Bahnabschnitten zusammen, die einen dem gewählten Bahnversatz entsprechenden Bahnabstand aufweisen.
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Die lokalen Steigungen, d.h. die Steigungen an jeder Position der Begrenzungsfläche des Objektes werden in einfacher Weise an dem dreidimensionalen Modell des Objektes bestimmt, das für die Bearbeitung vorgegeben wird. Hierzu kann dieses Modell bspw. mit einem gleichmäßigen Raster an Punkten überzogen werden, wobei dann an jedem Punkt die Steigung bestimmt wird. Unter der Steigung ist dabei der der Winkel zwischen der Oberflächennormalen und der Achse des Werkzeugschaftes bzw. der z-Achse bei der Bearbeitung zu verstehen. In gleicher Weise wird bei der Bahnplanung auch die Richtung des Bahnversatzes ermittelt, d. h. ob das Schleifwerkzeug bei der Bearbeitung an den jeweiligen Steigungen auf aufsteigenden Bahnabschnitten mit aufsteigendem Bahnversatz, auf absteigenden Bahnabschnitten mit absteigendem Bahnversatz oder auf Bahnabschnitten mit einem quer zur z-Richtung verlaufenden Bahnversatz geführt wird. Auf Basis dieser ermittelten Steigungen sowie der ermittelten Versatzrichtung erfolgt dann die Variation des Bahnversatzes bei der Bearbeitung.
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Vorzugsweise werden hierbei ein minimaler, ein maximaler und ein Standard-Bahnversatz vorgegeben. Auf horizontalen Abschnitten der Bearbeitungsbahn (Bewegung in der x-y-Ebene) wird dann der Standard-Bahnversatz gewählt, an vertikal verlaufenden Begrenzungsflächen des Objektes bei aufsteigender Schnittrichtung mit aufsteigendem Bahnversatz der maximale Bahnversatz und auf abfallenden Begrenzungsflächen mit abfallendem Bahnversatz der minimale Bahnversatz. Bei nichtvertikalen Steigungen und einer aufsteigenden Bearbeitungsbahn mit aufsteigendem Bahnversatz erfolgt vorzugsweise die Wahl oder Variation des Bahnversatzes zwischen dem Standard-Bahnversatz und dem maximalen Bahnversatz in Abhängigkeit von der Steigung, wobei bei steileren Flächen ein größerer Bahnversatz als bei flacheren Steigungen gewählt wird.
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Das vorgeschlagene Verfahren eignet sich vor allem zum Schleifen von Zahnersatz, bspw. von Kronen, Brücken oder Abutments, die aus einem entsprechen harten Material bestehen. Selbstverständlich sind auch andere Anwendungen für das vorgeschlagene Verfahren möglich.
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Figurenliste
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Das vorgeschlagene Verfahren wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen:
- 1 ein Beispiel für ein Schleifwerkzeug, das beim vorgeschlagenen Verfahren einsetzbar ist;
- 2 ein Beispiel für die Vorgehensweise beim Schleifen eines dreidimensionalen Objektes gemäß dem Stand der Technik;
- 3 ein Beispiel für die Verhältnisse bei aufsteigender Schnittrichtung gemäß dem Stand der Technik;
- 4 ein Beispiel für die Verhältnisse bei absteigender Schnittrichtung gemäß dem Stand der Technik;
- 5 eine schematische Darstellung der Vorgehensweise gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren; und
- 6 ein Beispiel für die Herstellung einer Zahnkrone gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren in stark schematisierter Darstellung.
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Wege zur Ausführung der Erfindung
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Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird ein Schleifwerkzeug mit einem Schleifschaft und einer Schleifspitze in einer mehrachsigen Bearbeitungsmaschine eingesetzt, wie es bspw. in der 1 zu erkennen ist. Dieses Schleifwerkzeug 1 weist einen Schleifschaft 2 und eine Schleifspitze 3 auf, die jeweils mit Diamantpartikeln beschichtet sind. Das Schleifwerkzeug 1 rotiert während der Bearbeitung um seine Längsachse und wird mit der Mehrachs-Bearbeitungsmaschine vorzugsweise in drei Achsen (x-, y- und z-Achse) geführt. Die z-Achse liegt dabei parallel zur Rotationsachse des Schleifwerkzeugs. Die bisherige Bearbeitung einer Rohform 4 zum Schleifen eines dreidimensionalen Objektes 5 wurde bereits in der Beschreibungseinleitung im Zusammenhang mit 2 erläutert. Die Bearbeitung erfolgt dabei von außen nach innen, wie dies in den 3 und 4 nochmals detaillierter dargestellt ist.
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3 zeigt hierbei zwei Zeitpunkte während der Bearbeitung einer Rohform 4 zum Schleifen eines dreidimensionalen Objekts 5. In der linken Teilabbildung hat das Schleifwerkzeug 1 mit dem Schleifschaft 2 gerade die vertikale Begrenzungsfläche des dreidimensionalen Objektes 5 erreicht. Entsprechend der bisherigen Vorgehensweise gemäß dem Stand der Technik wird dann das Schleifwerkzeug 1 mit dem Schleifschaft 2 auf einer aufsteigenden Bearbeitungsbahn 6 mit konstantem aufsteigendem Bahnversatz bis zur Oberseite des dreidimensionalen Objektes 5 geführt, wie dies in der rechten Teilabbildung der 3 zu erkennen ist. Bei diesem aufsteigenden Bahnversatz an der vertikalen Begrenzungsfläche des Objekts 5 erfolgt jedoch aufgrund des engen Bahnversatzes der aufsteigenden Bearbeitungsbahn 6 eine redundante Bearbeitung.
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4 zeigt einen weiteren Zeitpunkt der Bearbeitung, bei dem die Rohform von der Oberseite her mit der Schleifspitze bearbeitet wird, um den entsprechenden Hohlraum im dreidimensionalen Objekt 5 zu erzeugen. In der linken Teilabbildung ist hierbei ein Zustand zu erkennen, bei dem das Schleifwerkzeug 1 bereits einige umlaufende Bahnabschnitte der Bearbeitungsbahn 6 mit absteigendem Bahnversatz bewältigt hat. Bei dieser absteigenden Bearbeitungsrichtung wird eine hohe Last auf die Schleifspitze ausgeübt. Es muss daher darauf geachtet werden, dass der Bahnversatz klein genug gewählt wird, damit bei dieser absteigenden Bearbeitungsrichtung keine Beschädigung des Schleifwerkzeuges auftritt. Durch die Bearbeitung mit konstantem Bahnversatz wirkt sich dies auf die gesamte Bearbeitungsbahn aus. Der rechte Teil der 4 zeigt den Zustand der linken Teilabbildung nochmals ohne die Bahnen 6.
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Demgegenüber wird beim dem vorgeschlagenen Verfahren ein variabler Bahnversatz genutzt, wie dies beispielhaft in 5 angedeutet ist. Bei der Bahnplanung werden hierbei lokale Steigungen der Begrenzungsfläche des dreidimensionalen Objektes 5 detektiert bzw. ermittelt und auch die bei der Führung des Schleifwerkzeugs auf der Bearbeitungsbahn 6 jeweils vorliegende Richtung des Bahnversatzes. Der Bahnabstand bzw. Bahnversatz wird hierbei dann in Abhängigkeit von der jeweiligen Steigung der Begrenzungsfläche des Objektes 5 und der Richtung des Bahnversatzes variiert. Im Beispiel der 5 weist das Objekt 5 vertikale Seitenflächen, eine horizontale Oberseite und wiederum vertikale Innenflächen auf. In diesem Fall werden drei unterschiedliche Bahnabstände für die Bearbeitung gewählt. Für die horizontale Bewegung des Schleifwerkzeugs oder die Erzeugung horizontaler Flächen wird die Bearbeitung mit einem vorgebbaren Standard-Bahnversatz durchgeführt. An der vertikalen Außenwand des Objekts 5 erfolgt dann eine Bearbeitung mit einem deutlich größeren maximalen Bahnversatz, wie dies der 5 beispielhaft zu entnehmen ist. Anschließend erfolgt die Bearbeitung der horizontalen Oberseite wiederum mit dem Standard-Bahnversatz, während die Erzeugung des Hohlraums im Inneren des Objekts 5 mit der Schleifspitze mit dem minimalen Bahnversatz erfolgt, der in dieser Figur nicht aufgelöst ist. Durch den größeren Bahnversatz bei aufsteigender Bearbeitungsrichtung wird die Bearbeitungszeit gegenüber dem bisherigen Verfahren deutlich reduziert. Der geringe Bahnversatz bei der absteigenden Bearbeitungsrichtung erhöht wiederum die Lebensdauer des Schleifwerkzeugs.
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Die Wahl des Bahnversatzes hängt dabei jeweils von der Richtung des Bahnversatzes und der Steigung bzw. Steilheit der Begrenzungsflächen des zu erzeugenden dreidimensionalen Objekts ab. Für anatomische Formen, wie sie bspw. bei der Herstellung von Zahnersatz auftreten, erfolgt eine kontinuierliche Anpassung des Bahnversatzes an die jeweils ermittelte lokale Steigung bzw. Steilheit der Begrenzungsfläche.
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6 zeigt beispielhaft in stark schematisierter Darstellung die Bearbeitung einer Zahnkrone auf einer Bearbeitungsbahn 6 mit einer Vielzahl geradliniger Bahnabschnitte, wobei die variierenden Bahnabstände bei aufsteigendem Bahnversatz zu erkennen sind. In diesem Fall tritt an Seitenbereichen auch ein Bahnversatz quer zur z-Richtung auf, der dann wie bei horizontaler Bearbeitung in diesen Bereichen konstant gehalten wird.
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Mit dem vorgeschlagenen Verfahren wird nicht nur die Bearbeitungszeit sondern auch die Länge des Bearbeitungspfades signifikant verringert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schleifwerkzeug
- 2
- Schleifschaft
- 3
- Schleifspitze
- 4
- Rohform
- 5
- Dreidimensionales Objekt
- 6
- Bearbeitungsbahn
